RU2599443C2 - Modified genetically coded photosensitizer - Google Patents

Modified genetically coded photosensitizer Download PDF

Info

Publication number
RU2599443C2
RU2599443C2 RU2013135638/10A RU2013135638A RU2599443C2 RU 2599443 C2 RU2599443 C2 RU 2599443C2 RU 2013135638/10 A RU2013135638/10 A RU 2013135638/10A RU 2013135638 A RU2013135638 A RU 2013135638A RU 2599443 C2 RU2599443 C2 RU 2599443C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
protein
cell
proteins
nucleic acid
cells
Prior art date
Application number
RU2013135638/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013135638A (en
Inventor
Карен Сергеевич Саркисян
Александр Сергеевич Мишин
Сергей Анатольевич Лукьянов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО НижГМА Минздрава 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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО НижГМА Минздрава России) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО НижГМА Минздрава России)
Priority to RU2013135638/10A priority Critical patent/RU2599443C2/en
Publication of RU2013135638A publication Critical patent/RU2013135638A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2599443C2 publication Critical patent/RU2599443C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/435Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • C07K14/43504Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans from invertebrates
    • C07K14/43595Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans from invertebrates from coelenteratae, e.g. medusae
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2330/00Production
    • C12N2330/50Biochemical production, i.e. in a transformed host cell
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2510/00Genetically modified cells
    • C12N2510/02Cells for production

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: invention relates to biotechnology and can be used for recombinant production of mutants of phototoxic fluorescent protein. Mutants of KillerRed phototoxic fluorescent protein are obtained by recombinant production. KillerOrange mutant with SEQ ID NO: 02 comprises replacements Y68W, D115G, N147S, F179L, Y223H and E238Q, wherein KillerGreen with SEQ ID NO: 04 comprises replacements V46A, Y68W, A74T, D115G, N147S, Y223H and E238Q.
EFFECT: invention enables to obtain mutants of KillerRed phototoxic fluorescent protein having changed spectral characteristics.
6 cl, 3 dwg, 1 tbl, 5 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится в основном к области биологии и химии, и направлено, в частности, на флуоресцентные белки.The present invention relates mainly to the field of biology and chemistry, and is directed, in particular, to fluorescent proteins.

Флуоресцентные белки, включая зеленый флуоресцентный белок (Green Fluorescent Protein, GFP), 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.Fluorescent proteins, including green fluorescent protein (Green Fluorescent Protein, GFP), its mutants and homologs, are now widely known for their intensive use as in vivo fluorescent markers in biomedical research, as discussed in detail by Lippincott-Schwartz and Patterson in Science (2003) 300 (5616): 87-91.

Флуоресцентные белки - это белки, которые 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 proteins that 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 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.GFP hydromedusa Aequorea aequorea (synonym for A. victoria), has been described by Johnson et al. at J Cell Comp Physiol. (1962), 60: 85-104, as part of a jellyfish bioluminescent system, where GFP acts as a secondary emitter that converts blue light from an equorin photo protein to green cDNA light, 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 that are suitable and optimized for various research purposes. The avGFP (codon usage) genetic code 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. GFP-подобные белки из Anthozoa обладали большим спектральным разнообразием и включали циановые, зеленые, желтые, красные флуоресцентные белки и фиолетово-синие нефлуоресцентные 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 has demonstrated that these proteins are not necessarily a component of the bioluminescent system. GFP-like proteins from Anthozoa had a large spectral diversity and included cyanic, green, yellow, red fluorescent proteins and violet-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 homologs. 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 Struct Biol (2000), 7: 1133-1138; Yarbrough et al. Proc Natl 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). Было постулировано, что все члены семейства обладают общей 3D структурой, представляющей собой так называемый бочонок из 11 бета-слоев, образующих компактную встречно-параллельную структуру, внутри которой располагается альфа-спираль, содержащая хромофор. Хромофор формируется 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 Struct Biol (2000), 7: 1133-1138; Yarbrough et al . Proc Natl 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, 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. The chromophore is formed 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 positions of the amino acid residues forming the chromophore correspond 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.

Процесс автокаталитического формирования хромофора белков с различными спектральными свойствами подробно описан в ряде статей и включает несколько химических реакций (Heim et al. Proc Natl 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 Natl 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 Natl Acad Sci USA. 2000; 97:11990-11995; Wall et al. Nat Struct Biol. 2000; 7:1133-1138; Yarbrough et al., J. Proc Natl Acad Sci USA. 2001; 98:462-467; Pakhomov, A.A. and Martynov, 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 Natl 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 Natl 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 Natl Acad Sci USA. 2000; 97: 11990-11995; Wall et al. Nat Struct Biol. 2000; 7: 1133-1138 ; Yarbrough et al., J. Proc Natl Acad Sci USA. 2001; 98: 462-467; Pakhomov, AA and Martynov, 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; Kikuch i et al. (2008) Biochemistry 47, 11573-11580; Yampolsky et al. Biochemistry, 2009, 48 (33), pp 8077-8082).

Было показано, что флуоресцентный белок KillerRed обладает фототоксическими свойствами, что позволяет использовать его для прицельного уничтожения клеток и биологических молекул (белков, ДНК) непосредственно в живых организмах (Bulina et al., Nat Biotechnol. 2006 Jan; 24(1):95-9; Bulina et al., Nat Protoc. 2006; 1(2):947-53). В неактивном состоянии KillerRed - красный флуоресцентный белок, малотоксический для клеток и белков. Под воздействием зеленого света KillerRed начинает продуцировать активные формы кислорода. Активация фототоксичности белка сопровождается структурной перестройкой хромофора и утратой способности к флуоресценции.It was shown that the fluorescent protein KillerRed has phototoxic properties, which allows it to be used for targeted destruction of cells and biological molecules (proteins, DNA) directly in living organisms (Bulina et al., Nat Biotechnol. 2006 Jan; 24 (1): 95- 9; Bulina et al., Nat Protoc. 2006; 1 (2): 947-53). In the inactive state, KillerRed is a red fluorescent protein, low-toxic to cells and proteins. Under the influence of green light, KillerRed begins to produce reactive oxygen species. Activation of the phototoxicity of the protein is accompanied by structural rearrangement of the chromophore and loss of ability to fluorescence.

Пространственная организация мономера KillerRed представляет собой типичный для флуоресцентных белков β-бочонок, образованный 11-ю β-сегментами, с центральной δ-спиралью, содержащей хромофор, полученный в результате посттрансляционной модификации хромофор-образующей последовательности Gln65-Ty66-Gly67 (Pletnev et al., J Biol Chem. 2009; 284(46): 32028-32039). В белке KillerRed GFP-подобный домен (β-бочонок) составляют аминокислотные остатки в положениях с 6 по 225, соответствующие положениям с 6 по 229 последовательности avGFP.The spatial organization of the KillerRed monomer is a β-barrel, typical of fluorescent proteins, formed by 11 β-segments, with a central δ-helix containing a chromophore obtained by post-translational modification of the chromophore-forming sequence Gln65-Ty66-Gly67 (Pletnev et al. J Biol Chem. 2009; 284 (46): 32028-32039). In the KillerRed protein, the GFP-like domain (β-barrel) is composed of amino acid residues at positions 6 through 225 corresponding to positions 6 through 229 of the avGFP sequence.

Хромофор KillerRed в активной флуоресцентной форме представляет собой планарную бициклическую систему сопряженных двойных связей, состоящую из пятичленного имидазолинонового и фенольного циклов. Фенольный цикл Тук66 принимает цис-ориентацию по отношению к связи Ca-N(66), отвечающую активному флуоресцентному состоянию белка. Эта ориентация стабилизируется двумя водородными связями с Asn145 и через молекулу воды с Thr201. В процессе формирования хромофора Сα атом первого остатка Gln65 принимает sp2 гибридизацию, характеризующуюся плоским тригональным расположением примыкающих связей. При этом, образующаяся частично двойная N-ацилиминная связь N=Cα(Gln65) приводит к расширению сопряженной л-электронной системы, вызывающему сдвиг максимумов длин волн возбуждения и эмиссии в красную область спектра. Ближайшее окружение хромофора сформировано из боковых цепей 17-ти остатков, включая каталитические Arg94 и Glu218. Большинство этих остатков вовлечено в развитую систему водородных связей, как непосредственно, так и через молекулы воды.The KillerRed chromophore in active fluorescent form is a planar bicyclic conjugated double bond system consisting of five-membered imidazolinone and phenolic rings. The Tuk66 phenolic cycle assumes a cis orientation with respect to the Ca-N bond (66), which corresponds to the active fluorescent state of the protein. This orientation is stabilized by two hydrogen bonds with Asn145 and through a water molecule with Thr201. In the process of the formation of the C α chromophore, the atom of the first Gln65 residue accepts sp 2 hybridization, characterized by a planar trigonal arrangement of adjacent bonds. In this case, the partially formed double N-acylimine bond N = C α (Gln65) leads to the expansion of the conjugated π-electron system, causing a shift of the maxima of the excitation and emission wavelengths to the red region of the spectrum. The immediate environment of the chromophore is formed from the side chains of 17 residues, including catalytic Arg94 and Glu218. Most of these residues are involved in a developed system of hydrogen bonds, both directly and through water molecules.

Уникальной особенностью пространственной структуры KillerRed является наличие заполненного водой канала, идущего от торца β-цилиндрической архитектуры белка к центральной области хромофора. Этот канал может облегчать доступ кислорода к хромофору, способствовать выходу активных форм кислорода из белка наружу, а также служить проводником протонов или электронов при фотовозбуждении хромофора. Эта особенность, по-видимому, является одним из ключевых структурных факторов наблюдаемых фототоксических свойств белка.A unique feature of the spatial structure of KillerRed is the presence of a channel filled with water, going from the end of the β-cylindrical protein architecture to the central region of the chromophore. This channel can facilitate the access of oxygen to the chromophore, facilitate the release of reactive oxygen species from the protein to the outside, and also serve as a conductor of protons or electrons upon photoexcitation of the chromophore. This feature, apparently, is one of the key structural factors of the observed phototoxic properties of the protein.

Белок KillerRed является единственным на сегодняшний день GFP-подобным флуоресцентным белком, проявляющим выраженные фототоксические свойства. Создание мутантов этого белка, имеющих иные спектральные характеристики, существенно расширяет возможности прицельной инактивации клеточных белков (метод хромофор-зависимой световой инактивации, CALI, от chromophore-assisted light inactivation), так как открывает возможность, меняя длину волны облучения, прицельно инактивировать светом не один клеточный белок, а несколько. Введение в клетку сразу нескольких фототоксических белков, обладающих различными спектральными характеристиками, позволяет также увеличить общую фототоксичность для клеток при облучении белым светом. Кроме того, создание мутантов, фототоксичность которых активируется светом с длиной волны 450-470 нм, позволяет использовать их в двухфотонной микроскопии.The KillerRed protein is currently the only GFP-like fluorescent protein with pronounced phototoxic properties. The creation of mutants of this protein with different spectral characteristics significantly expands the possibilities of targeted inactivation of cellular proteins (the method of chromophore-dependent light inactivation, CALI, from chromophore-assisted light inactivation), as it opens up the possibility, by varying the irradiation wavelength, more than one targeted inactivation of light cell protein, but several. The introduction of several phototoxic proteins with different spectral characteristics into the cell at once also allows one to increase the overall phototoxicity for cells when exposed to white light. In addition, the creation of mutants, the phototoxicity of which is activated by light with a wavelength of 450-470 nm, allows their use in two-photon microscopy.

Предлагаемый в настоящей заявке подход направлен на создание таких мутантов и расширение линейки фототоксических GFP-подобных флуоресцентных белков.The approach proposed in this application is aimed at creating such mutants and expanding the range of phototoxic GFP-like fluorescent proteins.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Предлагаемое изобретение обеспечивает выделенные молекулы нуклеиновых кислот, кодирующие мутантные формы KillerRed, обладающие иными спектральными характеристиками, чем исходный белок.The present invention provides isolated nucleic acid molecules encoding mutant forms of KillerRed having different spectral characteristics than the original protein.

В преимущественных воплощениях указанные белки характеризуются аминокислотной последовательностью, которая отличается от последовательности белка KillerRed по крайней мере заменой Y68W (тирозина в положении 68 на триптофан; здесь и далее аминокислотные остатки указаны в однобуквенном коде, нумерация аминокислот соответствует нумерации аминокислот в KillerRed, SEQ ID NO: 6).In preferred embodiments, these proteins are characterized by an amino acid sequence that differs from the KillerRed protein sequence by at least replacing Y68W (tyrosine at position 68 with tryptophan; hereinafter, the amino acid residues are indicated in a single letter code, the numbering of amino acids corresponds to the numbering of amino acids in KillerRed, SEQ ID NO: 6).

В преимущественных воплощениях указанные белки содержат также несколько дополнительных замен, выбранных из группы V46A, А74Т, D115G, N147S, F179L, Y223H, E238Q.In preferred embodiments, these proteins also contain several additional substitutions selected from the group V46A, A74T, D115G, N147S, F179L, Y223H, E238Q.

Примеры аминокислотных последовательностей функциональных белков предлагаемого изобретения приведены в SEQ ID NO: 02 и SEQ ID NO: 04. Примеры их нуклеотидных последовательностей приведены в SEQ ID NO: 01 и SEQ ID NO: 03.Examples of amino acid sequences of the functional proteins of the invention are shown in SEQ ID NO: 02 and SEQ ID NO: 04. Examples of their nucleotide sequences are shown in SEQ ID NO: 01 and SEQ ID NO: 03.

Так же обеспечиваются нуклеиновые кислоты, кодирующие белки предлагаемого изобретения, слитые с сигналом внутриклеточной локализации. Будучи экспрессированы в клетках, эти белки направляются в определенные клеточные компартменты или органеллы, чувствительные к окислению активными формами кислорода.Nucleic acids encoding the proteins of the invention fused to the intracellular localization signal are also provided. Being expressed in cells, these proteins are sent to certain cellular compartments or organelles that are sensitive to oxidation by reactive oxygen species.

Молекулы нуклеиновых кислот, которые отличаются от представленных нуклеотидных последовательностей вследствие вырожденности генетического кода так же входят в рамки предлагаемого 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 invention.

Белки предлагаемого изобретения могут быть экспрессированы в живых клетках и использованы для прицельного уничтожения целевых белков, выбранных клеток или клеточных популяций, как в клеточной культуре, так и в целых организмах.The proteins of the invention can be expressed in living cells and used for targeted destruction of target proteins, selected cells or cell populations, both in cell culture and in whole organisms.

В других воплощениях также обеспечиваются векторы, включающие нуклеиновую кислоту предлагаемого изобретения. Кроме того, предлагаемое изобретение обеспечивает кассеты экспрессии, включающие нуклеиновую кислоту предлагаемого 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 предлагаемого изобретения.In other embodiments, vectors comprising the nucleic acid of the invention are also provided. In addition, the invention provides expression cassettes comprising the nucleic acid of the invention and 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 invention are also provided.

В других воплощениях обеспечиваются функциональные флуоресцентные белки предлагаемого изобретения, которые кодируются нуклеиновыми кислотами указанными выше (например, выделенные белки имеющие аминокислотные последовательности SEQ ID NO: 02 и SEQ ID NO: 04).In other embodiments, the functional fluorescent proteins of the invention are provided that are encoded by the nucleic acids described above (for example, isolated proteins having the amino acid sequences of SEQ ID NO: 02 and SEQ ID NO: 04).

Кроме того, обеспечиваются наборы, содержащие нуклеиновые кислоты или векторы или экспрессионные кассеты, включающие указанные нуклеиновые кислоты предлагаемого изобретения.In addition, kits comprising nucleic acids or vectors or expression cassettes comprising said nucleic acids of the invention are provided.

Краткое описание представленных фигурA brief description of the figures

На фиг.1 показано выравнивание белка KillerRed (KillR, SEQ ID NO: 06) и других флуоресцентных белков - хромобелка amn2CP (SEQ ID NO: 7) из антомедузы, на основе которого был получен KillerRed, красного флуоресцентного белка DsRed (SEQ ID NO: 8) из кораллового полипа Discosoma, и зеленого флуоресцентного белка avGFP (SEQ ID NO:9) из медузы Aequorea victoria. Аминокислотные остатки, формирующие хромофор, подчеркнуты. Аминокислотные остатки, чьи боковые цепи погружены внутрь белковой глобулы, показаны на сером фоне.Figure 1 shows the alignment of the KillerRed protein (KillR, SEQ ID NO: 06) and other fluorescent proteins, the amn2CP chromoprotein (SEQ ID NO: 7) from the antomedusa, on the basis of which KillerRed, the red fluorescent protein DsRed (SEQ ID NO: 8) from Discosoma coral polyp, and avGFP green fluorescent protein (SEQ ID NO: 9) from Aequorea victoria jellyfish. The amino acid residues forming the chromophore are underlined. Amino acid residues whose side chains are embedded inside a protein globule are shown against a gray background.

На фиг.2 представлены спектры возбуждения (1) и эмиссии (2) флуоресценции белка KillerOrange (SEQ ID NO: 1, 2).Figure 2 presents the spectra of excitation (1) and emission (2) of fluorescence of the KillerOrange protein (SEQ ID NO: 1, 2).

На фиг.3 представлены спектры возбуждения (1) и эмиссии (2) флуоресценции белка KillerGreen (SEQ ID NO: 3, 4).Figure 3 presents the spectra of excitation (1) and emission (2) of fluorescence of the KillerGreen protein (SEQ ID NO: 3, 4).

Подробное описание предлагаемого изобретенияDetailed Description of the Invention

Предлагаемое изобретение направлено на молекулы нуклеиновых кислот, которые кодируют мутантные формы KillerRed. Нуклеиновые кислоты настоящего изобретения получены с помощью рекомбинантных технологий. В предпочтительных воплощениях, нуклеиновые кислоты предлагаемого изобретения кодируют белки, обладающие иными спектральными характеристиками, нежели KillerRed. В некоторых воплощениях нуклеиновые кислоты предлагаемого изобретения кодируют мутантные формы KillerRed оперативно слитые с сигналами внутриклеточной локализации.The present invention is directed to nucleic acid molecules that encode mutant forms of KillerRed. Nucleic acids of the present invention obtained using recombinant technologies. In preferred embodiments, the nucleic acids of the invention encode proteins having different spectral characteristics than KillerRed. In some embodiments, the nucleic acids of the invention encode mutant forms of KillerRed operatively fused to intracellular localization signals.

Также обеспечиваются векторы и кассеты экспрессии, включающие нуклеиновую кислоту предлагаемого изобретения. Кроме того, обеспечиваются клетки, стабильные клеточные линии, трансгенные животные и трансгенные растения, включающие нуклеиновые кислоты, векторы или экспрессионные кассеты предлагаемого изобретения.Also provided are vectors and expression cassettes comprising the nucleic acid of the invention. In addition, provided are cells, stable cell lines, transgenic animals and transgenic plants, including nucleic acids, vectors or expression cassettes of the invention.

В других воплощениях обеспечиваются функциональные флуоресцентные белки предлагаемого изобретения, которые кодируются нуклеиновыми кислотами, указанными выше.In other embodiments, the functional fluorescent proteins of the invention are provided, which are encoded by the nucleic acids indicated above.

Указанные белковые и нуклеотидные композиции применяются во многих различных приложениях и методах, в частности, в приложениях инактивации целевых белков и прицельного уничтожения клеток с помощью облучения светом определенной длины волны. Наконец, обеспечиваются наборы для их использования в таких методах и приложениях.These protein and nucleotide compositions are used in many different applications and methods, in particular, in applications of inactivation of target proteins and targeted destruction of cells by irradiation with light of a certain wavelength. Finally, kits are provided for their use in such methods and applications.

ОпределенияDefinitions

Различные термины, относящиеся к биологическим молекулам предлагаемого изобретения, используются выше и также в описании и в формуле изобретения.Various terms related to the biological molecules of the 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 содержит GFP-домен и обладает способностью к флуоресценции; например, он может проявлять низкую, среднюю или интенсивную флуоресценцию при облучении светом с подходящей для возбуждения длиной волны. Флуоресцентное свойство этих белков 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 предлагаемого изобретения не включают белки, которые обладают флуоресценцией за счет отдельных флуоресцирующих остатков, таких как триптофан, тирозин и фенилаланин.As used here, the term "fluorescent protein" means a protein belonging to the family of GFP-like proteins, which contains the GFP domain and is capable of 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 these proteins 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 invention do not include proteins that exhibit fluorescence due to individual fluorescent residues, such as tryptophan, tyrosine and phenylalanine.

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 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 the green fluorescent protein from Aequorea victoria jellyfish, including avGFP variants known in the art, designed to provide greater fluorescence or fluorescence in other color areas. The wild-type avGFP sequence has been disclosed in Prasher et al. (1992, Gene 111: 229-33).

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 предлагаемом изобретении, в котором одна или более аминокислот добавлены и/или замещены и/или удалены (делетированы) 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 here, 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 (deleted) 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.

[001] 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%, 97%б 98% или 99% идентичности. Две последовательности, которые идентичны одна другой, так же по существу сходны.[001] As used here, the amino acid or nucleotide sequences are "substantially similar" or "essentially the same as the reference sequence if the amino acid or nucleotide sequences have at least 85% identity with the specified 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%, 97%, 98% or 99% identity Two sequences that are identical to one another are also essentially similar.

Для целей предлагаемого изобретения длина сравниваемых последовательностей флуоресцентных белков соответствует длине GFP-домена. GFP-домен может быть идентифицирован с помощью анализа кристаллической структуры флуоресцентного белка или с помощью выравнивания аминокислотной последовательности белка с avGFP. GFP-домен может быть идентифицирован так же с помощью программ для анализа доменной организации белков, таких как Conserved Domain Database (CDD) и SMART (a Simple Modular Architecture Research Tool). Было показано, что в состав домена, формирующего "бочонок" входят аминокислотные остатки, соответствующие положениям с 6 по 229 последовательности avGFP, где позиции соответствующих аминокислотных остатков определяются с помощью выравнивания аминокислотной последовательности белка с avGFP (рис.1). Для белка KillerRed в состав домена входят аминокислотные остатки, соответствующие положениям с 6 по 225. Было показано, что аминоксилотные фрагменты, не входящие в состав GFP-домена, могут содержать делеции, инсерции и замены аминокислотных остатков; при этом не происходит существенного изменения спектральных свойств флуоресцентного белка (Shimozono et al., Biochemistry 2006, 45, 6267-6271; Crameri et al., Nat. Biotechnol. 1996, 14:315-319).For the purposes of the present invention, the length of the compared sequences of fluorescent proteins corresponds to the length of the GFP domain. The GFP domain can be identified by analyzing the crystal structure of the fluorescent protein or by aligning the amino acid sequence of the protein with avGFP. The GFP domain can also be identified using protein domain analysis programs such as the Conserved Domain Database (CDD) and SMART (a Simple Modular Architecture Research Tool). It was shown that the barrel-forming domain includes amino acid residues corresponding to positions 6 through 229 of the avGFP sequence, where the positions of the corresponding amino acid residues are determined by aligning the amino acid sequence of the protein with avGFP (Fig. 1). For the KillerRed protein, the domain contains amino acid residues corresponding to positions 6 to 225. It was shown that amino acid fragments that are not part of the GFP domain may contain deletions, insertions, and substitutions of amino acid residues; however, there is no significant change in the spectral properties of the fluorescent protein (Shimozono et al., Biochemistry 2006, 45, 6267-6271; Crameri et al., Nat. Biotechnol. 1996, 14: 315-319).

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 предлагаемого 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, the comparison of nucleotide and amino acid sequences 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 флуоресцентные белки" или "по существу сходные флуоресцентные белки" относится к флуоресцентным белкам, которые имеют GFP-домены, 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%).As used here, the term "similar fluorescent proteins" or "essentially similar fluorescent proteins" refers to fluorescent proteins that have GFP domains that are 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%).

В некоторых воплощениях, термин "подобные флуоресцентные белки" или "по существу сходные флуоресцентные белки" относится к флуоресцентным 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 fluorescent proteins” or “substantially similar fluorescent proteins” refers to fluorescent proteins that have whole protein amino acid sequences that are 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 KillerRed и химерного белка предлагаемого изобретения, означает, что белок имеет фототоксические свойства.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 KillerRed and chimeric protein of the present invention, means that the protein has phototoxic properties.

Как здесь используется, "биохимические свойства" относятся к белковому фолдингу (сворачиванию) и скорости созревания, времени полужизни, способности к агрегации, способности к олигомеризации, pH и температурной стабильности, и другим подобным свойствам.As used herein, “biochemical properties” refer to protein folding (folding) and maturation rate, half-life, aggregation ability, oligomerization ability, 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 oyaniya and optical anisotropy. The measured difference can be defined as the amount of any quantitative fluorescence property, for example, the fluorescence intensity at a certain wavelength, or the integral fluorescence over the entire emission spectrum.

Как здесь используется, термины "фототоксические свойства" или "фототоксичность" относятся к способности белка вызывать повреждение близлежащих молекул, например близлежащих белков, нуклеиновых кислот, и/или липидов, что в свою очередь может вызывать гибель клеток, остановку клеточных делений или нарушение клеточной дифференцировки и/или пролиферации. Для сравнения фототоксических свойств может быть использована бактериальная система. Например, белки могут быть экспрессированы в клетках бактерий (например, Е. coli) путем трансфекции подходящими экспрессирующими векторами, кодирующими указанные белки под контролем промотора, обеспечивающего экспрессию белка в данных бактериальных клетках. Колонии выращивают в течение ночи при 37°C и далее чашки инкубируют при 4°С до полного созревания белков. Для каждого белка отбирают единичную колонию, которую суспендируют в 0.1 мл буфера PBS, после чего половину объема 30 мин облучают активирующим светом определенной интенсивности, а половину оставляют в темноте в качестве контроля. Полученные суспензии клеток высеивают на чашки Петри в различных разведениях и после ночного роста при 37°C подсчитывают число выросших колоний. Чем сильнее фототоксические свойства белка, тем меньше колоний вырастает после облучения.As used here, the terms “phototoxic properties” or “phototoxicity” refer to the ability of a protein to damage nearby molecules, such as nearby proteins, nucleic acids, and / or lipids, which in turn can cause cell death, cell division arrest or impaired cell differentiation and / or proliferation. A bacterial system can be used to compare phototoxic properties. For example, proteins can be expressed in bacterial cells (e.g., E. coli) by transfection with suitable expression vectors encoding these proteins under the control of a promoter that provides protein expression in these bacterial cells. Colonies are grown overnight at 37 ° C and then the plates are incubated at 4 ° C until the proteins mature completely. A single colony was selected for each protein, which was suspended in 0.1 ml of PBS buffer, after which half of the volume was irradiated with activating light of a certain intensity for 30 minutes, and half was left in the dark as a control. The resulting cell suspensions were plated on Petri dishes in various dilutions and, after overnight growth at 37 ° C, the number of colonies grown was counted. The stronger the phototoxic properties of the protein, the fewer colonies grow after irradiation.

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. Нуклеотидные 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 strand identical to mRNA and usually used in the list of sequences can be indicated, as well as a complementary strand 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" или ему подобный при описании химерных белков относится к полипептидным последовательностям, которые находятся в физической и функциональной связи одна с другой. В наиболее предпочтительных воплощениях, функции полипептидных компонентов химерной молекулы не изменены по сравнению с функциональными свойствами выделенных полипептидных компонентов. Например, белок настоящего изобретения может быть сшит с представляющим интерес партнером слияния. В этом случае химерный белок сохраняет фототоксические свойства белка предлагаемого изобретения, а представляющий интерес полипептид (например, сигнал определенной внутриклеточной локализации) сохраняет его оригинальную биологическую активность. Например, когда белок предлагаемое изобретения сшит с представляющим интерес сигналом внутриклеточной локализации, химерный белок сохраняет флуоресценцию и фототоксичность, 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 “operably linked” or the like when describing chimeric proteins refers to polypeptide sequences that are in physical and functional relationship with one another. In the most preferred embodiments, the 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 protein of the present invention may be crosslinked with a fusion partner of interest. In this case, the chimeric protein retains the phototoxic properties of the protein of the invention, and the polypeptide of interest (for example, a signal of a certain intracellular localization) retains its original biological activity. For example, when a protein of the invention is crosslinked with an intracellular localization signal of interest, the chimeric protein retains fluorescence and phototoxicity, but is localized in a particular 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.

Молекулы нуклеиновых кислотNucleic acid molecules

Предлагаемое изобретение обеспечивает выделенные молекулы нуклеиновых кислот, кодирующие мутант белка KillerRed, имеющий измененные спектральные характеристики. В частности, предлагаемое изобретение обеспечивает выделенные молекулы нуклеиновых кислот, кодирующие белок, имеющий аминокислотную последовательность, выбранную из SEQ ID NO: 02, 04 и подобную ей. Примеры нуклеотидных последовательностей, обеспечиваемых предлагаемым изобретением, показаны в SEQ ID NO: 01 и SEQ ID NO: 03.The present invention provides isolated nucleic acid molecules encoding a KillerRed protein mutant having altered spectral characteristics. In particular, the present invention provides isolated nucleic acid molecules encoding a protein having an amino acid sequence selected from SEQ ID NO: 02, 04 and the like. Examples of nucleotide sequences provided by the invention are shown in SEQ ID NO: 01 and SEQ ID NO: 03.

Как здесь используется, молекула нуклеиновой кислоты это молекула ДНК, такая как геномная ДНК 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 экзоны и 5′ и 3′ некодирующие области.As used herein, a nucleic acid molecule is a DNA molecule, such as a genomic DNA 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.

[002] Молекула нуклеиновой кислоты, кодирующая белок согласно данному изобретению может быть синтезирована из подходящих нуклеозидтрифосфатов. Метод хорошо описан в известных в данной области протоколах. Например, доступность информации о последовательности аминокислот (например, SEQ ID NO: 02 или SEQ ID NO: 04) или информации о нуклеотидной последовательности (например, SEQ ID NO: 01 или SEQ ID NO: 03) дает возможность изготовить выделенные молекулы нуклеиновых кислот настоящего изобретении с помощью олигонуклеотидного синтеза. В случае информации о последовательности аминокислот, несколько нуклеиновых кислот отличающихся друг от друга вследствие вырожденности генетического кода может быть синтезировано. Методы выбора вариантов кодонов для требуемого хозяина хорошо известны в данной области.[002] A nucleic acid molecule encoding a protein according to this invention can be synthesized from suitable nucleoside triphosphates. The method is well described in protocols known in the art. For example, the availability of amino acid sequence information (e.g., SEQ ID NO: 02 or SEQ ID NO: 04) or nucleotide sequence information (e.g., SEQ ID NO: 01 or SEQ ID NO: 03) makes it possible to produce 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.

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 фргменты могут быть сшиты с помощью ДНК-лигазы или метода, основанного на ПЦР.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, 2nd 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 enzymes can be crosslinked using a DNA ligase or PCR based method.

[003] В некоторых воплощениях, молекула нуклеиновой кислоты настоящего изобретения - это ДНК (или кДНК) молекула, содержащая открытую рамку считывания, которая кодирует химерный белок настоящего изобретения и способна в подходящих условиях (например, 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.[003] 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 chimeric protein of the present invention and is capable of under suitable conditions (for example, expression of a protein in a host cell. The present invention is as follows it encompasses nucleic acids that are homologous, substantially similar, identical, or derived from nucleic acids encoding the proteins of the present invention, said nucleic acids being in a medium other than where they are located in vivo, e.g., they are isolated, presented in an increased amount, or are expressed in in vitro systems, or in cells or organisms other than those in which they are located in vivo.

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 may 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.

Нуклеотидные последовательности предлагаемого изобретения кодируют мутанты белка KillerRed, имеющие GFP-домен, который по крайней мере на 85% идентичен (чаще по крайней мере на 90% идентичен, как правило по крайней мере на 95% идентичен) GFP-домену белка KillerRed.The nucleotide sequences of the invention encode KillerRed protein mutants having a GFP domain that is at least 85% identical (more often at least 90% identical, typically at least 95% identical) to the KillerRed protein GFP domain.

Например, указанный GFP-домен может быть по крайней мере на 96%, 97%, 98%, 99%, или 100% идентичен GFP-домену белка KillerRed. 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 ГЩР (error-prone PCR), shuffling, олигонуклеотид-направленный мутагенез, ПЦР со сборкой, парный ГШР 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 лигированием (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, радоактивный мутагенез, делетационный мутагенез, рестрикционно-избирательный мутагенез, рестрикционный мутагенез с очисткой, синтез искусственных генов, множественный мутагенез, создание химерных множественных нуклеиновых кислот и их комбинации. В некоторых воплощениях флуоресцентные белки, кодируемые мутантными или производными нуклеиновыми кислотами, имеют те же самые флуоресцентные или биохимические свойства как флуоресцентный белок дикого типа. В других воплощениях, мутантные или производные нуклеиновые кислоты кодируют флуоресцентные белки с измененными свойствами.For example, the specified GFP domain may be at least 96%, 97%, 98%, 99%, or 100% identical to the Giller domain of the KillerRed protein. Mutant or derivative nucleic acids can be obtained on a matrix nucleic acid selected from the above nucleic acids, by modifying, deletion or addition of one or more nucleotides in the 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 GSH mutagenesis, in vivo mutagenesis, cassette mutagenesis, recursive multiple mutagenesis, exponential multiple mutagenesis, site-specific mutagenesis, random mutagenesis, gene re assembly (gene reassembly), gene site-saturating mutagenesis (GSSM), artificial ligation rearrangement (SLR), or combinations thereof. Modifications, additions or deletions can also be performed by a method including recombination, recursive recombination of sequences, phosphotioate-modified DNA mutagenesis, mutagenesis on a uracil-containing matrix, double-pass mutagenesis, mismatch spot recovery mutagenesis, strain mutagenesis, recovery-deficient mutagenesis, radioactive mutagenesis, deletion mutagenesis, restriction-selective mutagenesis, restriction mutagenesis with purification, synthesis of artificial g new, multiple mutagenesis, creation of multiple chimeric nucleic acids, and combinations thereof. In some embodiments, the fluorescent proteins encoded by mutant or derivative nucleic acids have the same fluorescent or biochemical properties as wild-type fluorescent protein. In other embodiments, mutant or derivative nucleic acids encode fluorescent proteins with altered properties.

Кроме того, также обеспечиваются вырожденные варианты нуклеиновых кислот, которые кодируют белки 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. Особенный интерес представляют гуманизированные версии нуклеиновых кислот настоящего изобретения. Как здесь используется, термин "гуманизированный" 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, и раскрытие которого здесь включено ссылкой. Примеры вырожденных вариантов, представляющих интерес, описаны более подробно в экспериментальной части, ниже.In addition, degenerate nucleic acid variants that encode the proteins 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 substituted codons encode the same amino acid. 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. 5795737, which describes the humanization of proteins, and the disclosure of which is incorporated herein by reference. Examples of degenerate variants of interest are described in more detail in the experimental part below.

Нуклеиновые кислоты, кодирующие укороченные и удлиненные варианты белков предлагаемого изобретения так же входят в рамки предлагаемого изобретения. Как здесь используется, эти варианты белков содержат аминокислотные последовательности с измененными С-, N-, или обоими концами. В удлиненных вариантах, С- или N-конец белка может содержать дополнительные аминокислотные остатки. В укороченных вариантах одна или более (обычно до 11, чаще до 7 и преимущественно до 5) аминокислотных остатков могут быть удалены из последовательности или заменены на любые другие аминокислотные остатки. Такие модификации не изменяют по существу свойства белков, но могут облегчать белковый фолдинг в клетке-хозяине, снижать способность к агрегации или модулировать другие биохимические свойства белков, например, полупериод распада. В некоторых воплощениях, эти модификации не изменяют биохимические свойства белка. Все виды модификаций и мутаций, указанные выше, осуществляются на уровне нуклеиновой кислоты.Nucleic acids encoding shortened and elongated variants of the proteins of the invention are also included in the scope of the invention. As used here, these protein variants contain amino acid sequences with altered C-, N-, or both ends. In extended embodiments, the C- or N-terminus of the protein may contain additional amino acid residues. In shortened versions, one or more (usually up to 11, more often up to 7 and mostly up to 5) amino acid residues can be removed from the sequence or replaced with any other amino acid residues. Such modifications do not essentially change the properties of the proteins, but can facilitate protein folding in the host cell, reduce the ability to aggregate, or modulate other biochemical properties of the proteins, for example, half-life. In some embodiments, these modifications do not alter the biochemical properties of the protein. All types of modifications and mutations mentioned above are carried out at the nucleic acid level.

Также обеспечиваются нуклеиновые кислоты, кодирующие химерные белки, состоящие из белка настоящего изобретения и сигнала определенной внутриклеточной локализации. Такие химерные белки могут быть получены путем оперативного соединения нуклеиновой кислоты настоящего изобретения, кодирующей мутант KillerRed, 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 the protein 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 KillerRed mutant and a nucleic acid encoding an intracellular localization signal. Methods for producing such nucleic acids are well known to those skilled in the art.

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. Essentially 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 usually not bound on the chromosome found naturally in its natural host organism.

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 предлагаемого изобретения в подходящего хозяина. Выбор подходящего вектора является понятным для квалифицированного специалиста в данной области, и много таких векторов доступны коммерчески. Для приготовления конструкции, полноразмерная нуклеиновая кислота или ее часть обычно вставляются 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 нуклеотидной последовательности. Гомологичные участки добавляются лигированием олигонуклеотидов или полимеразной цепной реакцией, с использованием праймеров, включающих, например, как гомологичные участки, так и часть желательной нуклеотидной последовательности.A vector and other nucleic acid constructs containing the claimed nucleic acids are also provided. Suitable vectors include viral and non-viral vectors, plasmids, cosmids, phages, etc., preferably plasmids, and are used for cloning, amplification, expression, transfer, etc., the nucleic acid sequence of the invention in a suitable host. The selection of a suitable vector is understandable to a person skilled in the art, and many such vectors are commercially available. 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 флуоресцентных белков или химерных белков на их основе или для репликации заявленных молекул нуклеиновой кислоты. Кассета экспрессии может существовать как внехромосомный элемент или может быть включена в геном клетки в результате введения указанной кассеты экспрессии в клетку. Для экспрессии генный продукт, кодируемый нуклеиновой кислотой изобретения, экспрессируется в любой удобной системе экспрессии, включая, например, бактериальные системы, дрожжевые, насекомых, земноводных или клетки млекопитающих. В экспрессионном векторе, указанная нуклеиновая кислота является функционально связанной с регуляторной последовательностью, которая может включить промоторы, энхансеры, терминаторы, операторы, репрессоры и индукторы. Методы изготовления кассет экспрессии или систем для экспрессии желаемого продукта известны специалистом, квалифицированным в данной области.Also provided are expression cassettes or systems used inter alia to produce the claimed fluorescent proteins or chimeric proteins based on them or to replicate the claimed nucleic acid molecules. The expression cassette may exist as an extrachromosomal element or may be incorporated into the genome of a cell as a result of introducing said expression cassette into the cell. For expression, the gene product encoded by the nucleic acid of the invention is expressed in any convenient expression system, including, for example, bacterial systems, yeast, insects, amphibians, or mammalian cells. In an expression vector, said nucleic acid is operably linked to a regulatory sequence that may include promoters, enhancers, terminators, operators, repressors and inducers. Methods for making expression cassettes or systems for expressing a desired product are known to those skilled in the art.

Клеточные линии, которые устойчиво экспрессируют белки настоящего изобретения, могут быть выбраны способами, известными в данной области (например ко-трансфекция с селектируемым маркером, таким как dhfr, gpt, неомицин, гигромицин, что делает возможным выявление и выделение транфецированных клеток, которые содержат ген, включенный в геном).Cell lines that stably express the proteins of the present invention can be selected by methods known in the art (e.g., co-transfection 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).

Вышеописанные системы экспрессии могут использоваться в прокариотических или эукариотических хозяевах. 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 above expression systems can be used in prokaryotic or eukaryotic hosts. To obtain the protein, 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, for example, COS 7 cells, HEK 293, CHO, can be used 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.

Молекулы нуклеиновых кислот предлагаемого изобретения могут применяться для продукции белка (экспрессии гена) в клетке-хозяине. Способ, в котором исследуются клетки на наличие специфических нуклеотидных последовательностей, таких как геномная ДНК или РНК, хорошо отработан в данной области. Кратко, выделяют ДНК или мРНК из образца клетки. мРНК может быть амплифицирована ОТ-ГЩР, с использованием обратной транскриптазы для формирования комплементарной цепочки ДНК, с последующей амплификацией с помощью полимеразной цепной реакцией с использованием праймеров, специфических для заявленных последовательностей ДНК. Альтернативно, образец мРНК отделяют с помощью гель-электрофореза, переносят на подходящий носитель, например, нитроцеллюлозу, нейлон и т.д., и затем тестируют фрагментом заявленной ДНК в качестве пробы. Могут также использоваться другие способы, такие как анализы сшивания олигонуклеотидов, гибридизация in situ и гибридизация ДНК-пробами, иммобилизованными на твердый чип. Обнаружение мРНК, гибридизующейся с заявленной последовательностью, указывает на экспрессию гена в образце.The nucleic acid molecules of the invention can be used to produce protein (gene expression) in a host cell. A method in which cells are examined for the presence of specific nucleotide sequences, such as genomic DNA or RNA, is well established in the art. Briefly, DNA or mRNA is isolated from a cell sample. mRNA can be amplified by RT-GSR, using reverse transcriptase to form a complementary DNA strand, followed by amplification by polymerase chain reaction using primers specific for the declared DNA sequences. Alternatively, the mRNA sample is separated by gel electrophoresis, transferred to a suitable carrier, for example, nitrocellulose, nylon, etc., and then tested with a fragment of the claimed DNA as a sample. Other methods may also be used, such as oligonucleotide crosslinking assays, in situ hybridization, and hybridization with DNA probes immobilized on a solid chip. Detection of mRNA hybridizing with the claimed sequence indicates gene expression in the sample.

БелкиSquirrels

Нуклеиновые кислоты по предлагаемому изобретению кодируют мутанты белка KillerRed. В преимущественных воплощениях указанные белки содержат замену Y68W. Указанная аминокислота находится в позиции, которая соответствует Y66 у avGFP и входит в состав хромофора. В преимущественных воплощениях указанные белки содержат также несколько дополнительных замен, выбранных из группы V46A, А74Т, D115G, N147S, F179L, Y223H, E238Q. Например, в некоторых воплощениях указанные белки содержат указанные комбинации аминокислотных замен V46A+Y68W+А74Т+D115G+N147S+Y223H+E238Q и Y68W+D115G+N147S+F179L+Y223H+E238Q. Примеры аминокислотных последовательностей функциональных белков предлагаемого изобретения приведены в SEQ ID NO: 02 и SEQ ID NO:04. Белки предлагаемого изобретения являются GFP-подобными белками по существу сходными с белком KillerRed и имеющими GFP-домен, аминокислотная последовательность которого имеет по крайней мере 85% идентичности (например, по крайней мере 90% идентичности, по крайней мере 95% идентичности или более, например 96%, 97%, 98% или 100%) с GFP-доменом белка KillerRed.The nucleic acids of the invention encode KillerRed protein mutants. In preferred embodiments, said proteins comprise a Y68W substitution. The specified amino acid is in the position that corresponds to Y66 in avGFP and is part of the chromophore. In preferred embodiments, these proteins also contain several additional substitutions selected from the group V46A, A74T, D115G, N147S, F179L, Y223H, E238Q. For example, in some embodiments, said proteins comprise said combinations of amino acid substitutions V46A + Y68W + A74T + D115G + N147S + Y223H + E238Q and Y68W + D115G + N147S + F179L + Y223H + E238Q. Examples of amino acid sequences of the functional proteins of the invention are given in SEQ ID NO: 02 and SEQ ID NO: 04. The proteins of the invention are GFP-like proteins substantially similar to the KillerRed protein and having a GFP domain whose amino acid sequence has at least 85% identity (e.g., at least 90% identity, at least 95% identity, or more, e.g. 96%, 97%, 98% or 100%) with the Giller domain of the KillerRed protein.

До перехода в активированное состояние, белки по данному изобретению обладают низкой токсичностью в клетках-хозяевах.Prior to the transition to an activated state, the proteins of this invention have low toxicity in host cells.

До перехода в активированное состояние, белки по данному изобретению обладают способностью к детектируемой флуоресценции. В некоторых воплощениях, неактивированный (до активации фототоксических свойств) белок имеет максимум возбуждения флуоресценции в диапазоне от приблизительно 400 нм до 550 нм, обычно от приблизительно 420 нм до 500 нм. В некоторых воплощениях белок по данному изобретению имеет максимум эмиссии в диапазоне от приблизительно 450 до 600 нм, обычно от приблизительно 460 нм до 590 нм и чаще всего от приблизительно 470 до 560 нм.Prior to the transition to the activated state, the proteins of this invention are capable of detectable fluorescence. In some embodiments, an unactivated (prior to activation of phototoxic properties) protein has a maximum fluorescence excitation in the range from about 400 nm to 550 nm, usually from about 420 nm to 500 nm. In some embodiments, the protein of this invention has an emission maximum in the range of from about 450 to 600 nm, usually from about 460 nm to 590 nm, and most often from about 470 to 560 nm.

Заявленный белок обычно имеет максимальный коэффициент экстинкции в диапазоне от приблизительно 30,000 до 150,000 и обычно от приблизительно 60,000 до 120,000.The claimed protein usually has a maximum extinction coefficient in the range of from about 30,000 to 150,000 and usually from about 60,000 to 120,000.

Флуоресценция белка по данному изобретению может быть обнаружена обычными способами (например, визуальный скрининг, спектрофотометрия, спектрофлуориметрия, флуоресцентная микроскопия, FACS приборами, и т.д.)The fluorescence of the protein of this invention can be detected by conventional methods (e.g., visual screening, spectrophotometry, spectrofluorimetry, fluorescence microscopy, FACS devices, etc.)

Белок по данному изобретению переходит в активированное состояние под действием света определенной длины волны (активирующего света). В некоторых воплощениях, длина волны активирующего света находится в диапазоне приблизительно от 350 до 550 нм, обычно приблизительно от 400 до 500 нм, и чаще всего приблизительно от 430 до 480 нм, например, при 440-470 нм.The protein of this invention goes into an activated state under the influence of light of a certain wavelength (activating light). In some embodiments, the wavelength of the activating light is in the range of about 350 to 550 nm, usually about 400 to 500 nm, and most often about 430 to 480 nm, for example, at 440-470 nm.

В активированном состоянии белок по данному изобретению обладает выраженной токсичностью по отношению к клеткам. В некоторых воплощениях, в активированном состоянии белок по данному изобретению способен к продукции активных форм кислорода. В некоторых воплощениях, в активированном состоянии белок по данному изобретению меняет спектральные характеристики, например, теряет способность к флуоресценции или меняет спектр возбуждения и/или эмиссии флуоресценции.In the activated state, the protein of this invention has pronounced toxicity to cells. In some embodiments, in the activated state, the protein of this invention is capable of producing reactive oxygen species. In some embodiments, in the activated state, the protein of this invention changes spectral characteristics, for example, loses its fluorescence ability or changes the spectrum of excitation and / or fluorescence emission.

В некоторых воплощениях, белок по данному изобретению быстро созревает после экспрессии в клетке-хозяине. Под быстрым созреванием понимается то, что белок достигает своей третичной структуры, которая обеспечивает его спектральные и фототоксические свойства, за короткий период времени. В этих воплощениях, белок укладывается в течение периода времени, который в общем случае не превышает приблизительно 60 ч, обычно не превышает приблизительно 48 ч и чаще не превышает 24 ч (например, полупериод укладки может быть 4-6 часов). Специфические белки, представляющие интерес, включают белки KillerOrange (Seq ID NO: 1, 2) и KillerGreen (SEQ ID No: 03 и 04), описанные подробно в разделе «Примеры» ниже, и их функциональные мутанты.In some embodiments, the protein of this invention matures rapidly after expression in the host cell. By rapid maturation, it is understood that the protein reaches its tertiary structure, which provides its spectral and phototoxic properties, in a short period of time. In these embodiments, the protein is laid over a period of time that generally does not exceed about 60 hours, usually does not exceed about 48 hours, and more often does not exceed 24 hours (for example, a half-period of laying may be 4-6 hours). Specific proteins of interest include the KillerOrange (Seq ID NO: 1, 2) and KillerGreen (SEQ ID No: 03 and 04) proteins, described in detail in the Examples section below, and their functional mutants.

Мутанты могут сохранять свойства исходного белка или могут иметь биологические свойства, отличные от форм исходного белков. Термин "биологические свойства" белков предлагаемого изобретения относится, но не лимитирован, спектральными свойствами, такими как максимум возбуждения флуоресценции, максимум испускания, максимальный коэффициент экстинкции, яркость (например, по сравнению с референсным белков), фотостабильность и подобные; биохимические свойства, такие как in vivo и/или in vitro стабильность (например, полу период распада); скорость созревания, склонность к агрегации и склонность к олигомеризации и другие подобные свойства (по сравнению с референсным белком). Мутации включают единичные аминокислотные замены, делеции и инсерции одной или более аминокислот, укорочение или удлинение N-конца, укорочение или удлинение С-конца и тому подобное.Mutants may retain the properties of the parent protein or may have biological properties different from the forms of the parent protein. The term "biological properties" of the proteins of the present invention includes, but is not limited to, spectral properties such as maximum fluorescence excitation, maximum emission, maximum extinction coefficient, brightness (for example, compared with reference proteins), photo stability and the like; biochemical properties such as in vivo and / or in vitro stability (for example, half-life); maturation rate, a tendency to aggregation and a tendency to oligomerization, and other similar properties (compared to a reference protein). Mutations include single amino acid substitutions, deletions and insertions of one or more amino acids, shortening or lengthening of the N-terminus, shortening or lengthening of the C-terminus, and the like.

Мутанты 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 большой 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. Также обеспечиваются белки, которые по существу сходны с указанными выше специфическими белками, где по существу сходны означает, что эти белки имеют аминокислотную последовательность, идентичную последовательности исходного белка, 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).Mutants can be obtained using standard methods of molecular biology, 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 large 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. Also provided are proteins that are substantially similar to the above specific proteins, where substantially similar means that these proteins have an amino acid sequence identical to the sequence of the original protein, at least 85% identity, usually at least 90% and more often, at least 95% (for example, 95% and higher; 96% and higher, 97% and higher; 98% and higher: 99% and higher or 100% sequence identity).

Белки предлагаемого изобретения присутствуют в среде, отличной от их естественной среды; например, они рекомбинантны. Белки предлагаемого 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, 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%.The proteins of the invention are present in an environment different from their natural environment; for example, they are recombinant. The proteins of the invention may be in an isolated state, which means that the proteins are substantially free of other proteins and other biological molecules present in the natural environment, such as oligosaccharides, nucleic acids and fragments thereof and the like, where the term "essentially 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 purified at least 95%, usually at least 97%, and more often at least 99%.

Заявленные белки 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, афинной хроматографии и т.п.The claimed proteins 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 белки предлагаемого 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 K. (Advances in Protein Chemistry, Vol.54, 2000, p.277-344).Also provided are fusion proteins, including the proteins 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 specialists in this field and are described, for example, by Nakai K. (Advances in Protein Chemistry, Vol. 54, 2000, p. 277-344).

ТрансформантыTransformants

Нуклеиновые кислоты предлагаемого изобретения могут использованы 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 предлагаемому изобретению, в качестве трансгена. Для целей изобретения любая приемлемая клетка-хозяин может быть использована, включая прокариотические (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. Выделенная нуклеиновая кислота предлагаемого изобретения может быть введена в хозяина способами, известными в данной области, например инфицированием, трансфекцией, трансформацией или трансконъюгацией. 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).Nucleic acids of the present invention can be 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 prokaryotic (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. The isolated nucleic acid of the invention can be introduced into the host by methods known in the art, for example, infection, transfection, transformation or trans-conjugation. 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 (e.g., 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) Allen and Unwin, London, pp 401-429) и King et al Molecular and Cell Biology of Yeasts, E F Walton and G T 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 векторых.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) Allen and Unwin, London, pp 401-429) and King et al Molecular and Cell Biology of Yeasts EF Walton and GT 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.

Другой организм хозяина является животным. Трансгенные животные могут быть получены способами трансгеноза, 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, ретровирусы и другие животные вирусы, YAC, и т.п.Another host organism is an animal. Transgenic animals can be obtained by transgenosis methods known in the art and are 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, retroviruses and other animal viruses, YAC, and the like.

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.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.

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.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.

Конструкции ДНК для гомологичной рекомбинации будут содержать по меньшей мере часть нуклеиновой кислоты настоящего изобретения, где ген имеет желательную генетическую модификацую(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.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.

Для эмбриональных стволовых (ЭС) клеток могут быть использованы ЭС клеточные линии или эмбриональные клетки могут быть получены непосредственно от хозяина, такого как мышь, крыса, морская свинка и т.д. Такие клетки выращиваются на подходящем фибропласт-питающем слое или в присутствии фактора ингибирования лейкемии (LIF). Трансформированные ЭС или эмбриональные клетки могут быть использованы для получения трансгенных животных, с помощью подходящего способа, описанного в данной области.For embryonic stem (ES) cells, ES cell lines can be used, or embryonic cells can be obtained directly from a host, such as a mouse, rat, guinea pig, etc. Such cells are grown on a suitable fibroblast-feeding layer or in the presence of leukemia inhibition factor (LIF). Transformed ES or embryonic cells can be used to produce transgenic animals using a suitable method described in this field.

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.Характерные примеры использования трансгенных животных включают те, которые описанные ниже.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. Representative examples of the use of transgenic animals include those described below.

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.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.

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 через ДНК-опосредованные протоколы передачи гена, включая инкубацию протопластов с очищенной ДНК, такой как плазмида, содержащая целевую экзогенную последовательность, представляющую интерес, 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 отбираются, выращиваются в каллус, и в конечном счете в трансгенное растение при контакте с подходящими количествами и отношениями стимулирующих факторов, таких как ауксины и цитокины. Другие подходящие способы получения растения могут использоваться, такие, как применение "генной пушки", или Agrobacterium-опосредованная трансформация, которые доступны для квалифицированных специалистов в данной области.For example, embryogenic explants containing somatic cells can be used to produce 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. When isolated protoplasts are present, it is possible to introduce through DNA-mediated gene transfer protocols, including incubating protoplasts with purified DNA, such as a plasmid containing the desired exogenous sequence of interest in the presence of polyvalent cations (e.g., 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 and ratios of stimulatory factors such as auxins and cytokines. Other suitable plant production methods may be used, such as the use of a "gene gun", or Agrobacterium-mediated transformation, which are available to those skilled in the art.

Способы примененияApplication methods

Белки предлагаемого изобретения являются генетически кодируемыми флуоресцентными белками - фотосенсибилизаторами, проявляющими фототоксические свойства при облучении светом, более чем в 1000 раз превышающую токсичность других известных зеленых и красных флуоресцентных белков, включая avGFP. Они могут быть использованы для селективной инактивации интересующих белков и селективного подавления клеточных делений или убийства клеток с адресной доставкой с помощью вирусных векторов и других методов.The proteins of the present invention are genetically encoded fluorescent proteins - photosensitizers that exhibit phototoxic properties when exposed to light, more than 1000 times the toxicity of other known green and red fluorescent proteins, including avGFP. They can be used to selectively inactivate proteins of interest and selectively suppress cell division or kill cells with targeted delivery using viral vectors and other methods.

Для осуществления селективной инактивации интересующих белков, должна быть получена нуклеиновая кислота, кодирующая белок по данному изобретению, оперативно связанный с интересующим белком (партнером слияния). Получение таких конструкций очевидно для любого специалиста в данной области. Например, части нуклеиновой кислоты, кодирующие различные элементы, могут быть встроены в полилинкер вектора, таким образом, что между различными частями 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 ГЩР с праймерами, содержащими части, комплементарные концевым последовательностям соединяемых фрагментов.In order to selectively inactivate the proteins of interest, a nucleic acid encoding the protein of this invention, operably linked to the protein of interest (fusion partner), must be obtained. Obtaining such designs is obvious to any person skilled in the art. For example, parts of a nucleic acid encoding different elements can be inserted into the polylinker of the vector so that there are no stop codons between the different parts in the reading frame and there are no reading frame failures. Alternatively, the desired nucleotide sequence can be assembled from the fragments using DNA ligase or HRPG with primers containing parts complementary to the terminal sequences of the joined fragments.

Полученная конструкция должна быть встроена в вектор, обеспечивающий временную или постоянную экспрессию этой нуклеиновой кислоты в клетках-хозяевах. Вектор 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 (химерного белка), может быть осуществлена инактивация интересующего белка путем облучения клеток или клеточных компартментов активирующим светом.The resulting construct must be integrated into a vector that provides for the temporary or permanent expression of this nucleic acid in the host cells. The vector may contain elements that provide targeted delivery of the structure to the cells of interest, or is part of the particles that provide targeted delivery. After transfection of the cells with the vector and after the time necessary for the expression product (chimeric protein) to accumulate in the cells, the protein of interest can be inactivated by irradiating the cells or cell compartments with activating light.

Для осуществления селективного убийства клеток, должна быть получена нуклеиновая кислота, кодирующая белок предлагаемого изобретения, или нуклеиновая кислота, кодирующая белок предлагаемого изобретения, оперативно связанный с полипептидом, обеспечивающим доставку химерного белка в определенные клеточные компартменты (ядра клеток, лизосомы, митохондрии, плазматическую мембрану). Полученная конструкция должна быть введена в клетку (например, в составе экспрессионного вектора). По истечении времени, необходимого для наработки в клетках продукта экспрессии, клетки облучают активирующим светом достаточной интенсивности, чтобы вызвать гибель клеток путем апоптоза или некроза. Примеры подобного использования описаны в экспериментальной части ниже.To carry out selective killing of cells, a nucleic acid encoding a protein of the invention or a nucleic acid encoding a protein of the invention operably linked to a polypeptide capable of delivering a chimeric protein to specific cellular compartments (cell nuclei, lysosomes, mitochondria, plasma membrane) must be obtained . The resulting construct must be introduced into the cell (for example, as part of an expression vector). After the time required for the expression product to develop in the cells, the cells are irradiated with activating light of sufficient intensity to cause cell death by apoptosis or necrosis. Examples of such use are described in the experimental part below.

НаборыSets

Также обеспечиваются в соответствии с предлагаемым изобретением наборы для использования при осуществлении одного или более вышеописанных применений. В предпочтительных воплощениях наборы обычно включают нуклеиновую кислоту, кодирующую белок по данному изобретению, предпочтительно с элементами для экспрессии этого белка 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 вставки промотора и/или векторы для экспрессии в различных организмах, и т.д.Kits for use in implementing one or more of the above applications are also provided in accordance with the invention. In preferred embodiments, the kits typically comprise a nucleic acid encoding a protein of the invention, preferably with elements for expression of the protein in the host cell. For example, kits may include a vector comprising a nucleic acid encoding a protein of the invention. 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 inserting a 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 электронном 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 restrictive.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Пример 1.Example 1

Мутагенез белка KillerRed.KillerRed protein mutagenesis.

Для направленного мутагенеза использовали нуклеиновую кислоту, кодирующую белок KillerRed, из коммерчески доступного вектора pKillerRed-C (Евроген, Россия). Для получения конструкций с содержанием нужных мутаций проводили сайт-направленный мутагенез с использованием "overlap extention" продуктов ПЦР как описано Wurch et al., Methods in Molecular Biology. 12 (9), 653-657 (2004). Для ПЦР использовали набор для ПЦР Tersus PCR kit (Евроген), согласно рекомендациям производителя.For targeted mutagenesis, nucleic acid encoding the KillerRed protein from the commercially available pKillerRed-C vector (Eurogen, Russia) was used. To obtain constructs containing the desired mutations, site-directed mutagenesis was performed using "overlap extention" of PCR products as described by Wurch et al., Methods in Molecular Biology. 12 (9), 653-657 (2004). For PCR, the Tersus PCR kit (Eurogen) PCR kit was used, according to the manufacturer's recommendations.

После амплификации полученные фрагменты очищали при помощи электофореза 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 point exchange 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 праймеров, комплементарным концам амплифицируемого фрагмента KillerRed.Further, the whole structure obtained in the previous step was amplified by standard PCR method with the addition of primers complementary to the ends of the amplified KillerRed fragment.

Полученные нуклеиновые кислоты клонировали в вектор pQE30 по стандартному протоколу, соответствие структуры вставки проверяли секвенированием с использованием стандартных плазмидных праймеров.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.

В ходе направленного мутагенеза заменяли тирозин фромофора, в 68 положении аминокислотной последовательности KillerRed, на триптофан (Y68W), фенилаланин (Y68F), гистидин (Y68H). Из полученных мутантов только мутант, содержащий замену Y68W, сохранял способность к флуоресценции. Мутанты с заменами Y68F и Y68H не обладали видимой флуоресценцией даже после нескольких раундов случайного мутагенеза.During targeted mutagenesis, tyromine fromromophore was replaced at the 68th position of the KillerRed amino acid sequence with tryptophan (Y68W), phenylalanine (Y68F), histidine (Y68H). Of the obtained mutants, only the mutant containing the Y68W substitution retained fluorescence ability. Mutants with substitutions Y68F and Y68H did not exhibit visible fluorescence even after several rounds of random mutagenesis.

Мутант KilerRed, содержащий замену Y68W и обладающий слабой оранжевой флуоресценцией, был подвергнут случайному мутагенезу с помощью набора для случайного мутагенеза (Клонтех, США) с использованием методики, прилагаемой фирмой-производителем. После раунда случайного мутагенеза отбирали клоны, обладающие наиболее яркой флуоресценцией и наиболее скорым ее появлением. В результате было отобрано два клона, один из которых содержал замены А33Т, Y68W, F88L и E238Q, а второй - Y68W, D115G, Y223H и E238Q.The KilerRed mutant, containing the Y68W substitution and exhibiting weak orange fluorescence, was randomly mutagenized using a random mutagenesis kit (Clontech, USA) using the methodology used by the manufacturer. After a round of random mutagenesis, clones were selected that possessed the brightest fluorescence and its fastest appearance. As a result, two clones were selected, one of which contained substitutions A33T, Y68W, F88L and E238Q, and the second - Y68W, D115G, Y223H and E238Q.

Смесь нуклеиновых кислот, кодирующих отобранные клоны, использовали для второго раунда случайного мутагенеза, который осуществляли, как описано выше. Отбирали клоны, обладающие наибольшим сдвигом флуоресценции в зеленую область спектра и/или повышенной яркостью флуоресценции.A mixture of nucleic acids encoding the selected clones was used for the second round of random mutagenesis, which was carried out as described above. Selected clones with the greatest shift of fluorescence in the green region of the spectrum and / or increased brightness of fluorescence.

Были отобраны шесть мутантных клона, которые были протестированы на фототоксичность в бактериальной системе при облучении активирующим светом.Six mutant clones were selected that were tested for phototoxicity in the bacterial system when exposed to activating light.

Для сравнения фототоксичности мутантов KillerRed нуклеиновые кислоты, кодирующие мутантные варианты были клонированы в вектор рОЕЗО (Qiagen) и трансформированы в компетентные клетки Е. coli. Колонии выращивали в течение ночи при 37°С и далее чашки инкубировали 3 дня при 4°С для полного созревания белков. По одной колонии каждого мутанта разбалтывали в 0.1 мл буфера PBS, после чего половину объема 30 мин облучали белым светом интенсивностью 1 Вт/см2, а половину оставляли в темноте в качестве контроля. Полученные суспензии клеток высевали на чашки Петри в различных разведениях и после ночного роста при 37°С подсчитывали число выросших колоний. Сравнение количества колоний в облученном и необлученном образцах позволяло оценить количество клеток, погибших от облучения светом и отобрать два мутанта KillerRed, проявляющих высокую токсичность для бактериальных клеток. С помощью секвенирования по методу Сэнгера были определены нуклеотидные последовательности этих мутантов, названных KillerOrange (SEQ ID NO: 01) и KillerGreen (SEQ ID NO: 03).To compare the phototoxicity of the KillerRed mutants, nucleic acids encoding the mutant variants were cloned into the pOEZO vector (Qiagen) and transformed into E. coli competent cells. The colonies were grown overnight at 37 ° C and then the plates were incubated for 3 days at 4 ° C for complete maturation of the proteins. One colony of each mutant was shaken in 0.1 ml of PBS buffer, after which half of the volume was irradiated with white light at an intensity of 1 W / cm 2 for 30 min, and half was left in the dark as a control. The resulting cell suspensions were plated on Petri dishes in various dilutions and, after overnight growth at 37 ° C, the number of colonies grown was counted. Comparison of the number of colonies in the irradiated and unirradiated samples allowed us to estimate the number of cells that died from exposure to light and to select two KillerRed mutants that are highly toxic to bacterial cells. Using Sanger sequencing, the nucleotide sequences of these mutants named KillerOrange (SEQ ID NO: 01) and KillerGreen (SEQ ID NO: 03) were determined.

Аминокислотные последовательности этих мутантов показаны, соответственно, в SEQ ID NO: 02 и SEQ ID NO: 04. Белок KillerOrange содержит замены Y68W, D115G, N147S, F179L, Y223H и E238Q, а белок KillerGreen - V46A, Y68W, А74Т, D115G, N147S, Y223H и E238Q. Белки KillerOrange и KillerGreen были выделены с использованием металл-афинной хроматографии. Клетки E. coli, экспрессирующие указанные белки осаждали 20 минут при скорости 4000 об/мин на холоду (4 С0) и суспендировали в буфере I (125 мМ NaCl, 40 мМ Tris-HCl, 5 мМ 2-меркаптоэтанола, pH 7,5) из расчета 1,5 мл буфера I на осадок, полученный из 50 мл клеток в жидкой LB. Затем клетки разрушали ультразвуком с помощью прибора Sonic Dismembrator (Fisher Scientific), мощность 10 Вт, центрифугировали 10 мин при скорости 12000 об/мин и температуре 4 С0. Супернатант переносили в пробирки с предварительно уравновешенной буфером I металл-афинной смолой TALON (Clontech) из расчета 500 мкл смолы на 1000-1200 мкл супернатанта. Пробирки помещали в шейкер (скорость 40 об/мин) и инкубировали 20-25 мин. После этого смолу промывали 3-4 раза 1000 мкл буфера I. Для элюции использовали буфер II (125 мМ NaCl, 40 мМ Tris-HCl, 5 мМ 2-меркаптоэтанола, 200 мМ имидазола, pH 7,5). Элюцию проводили 20-25 мин в шейкере, белок с 500 мкл смолы элюировали 300-350 мкл буфера II. Все манипуляции осуществляли на холоду, все буферы и смолу предварительно охлаждали. Спектры флуоресценции выделенных белков KillerOrange и KillerGreen были получены с использованием спектрофлуориметра Varian Сагу Eclipse Fluorescence Spectrophotometer. Активацию белков производили с помощью синего света длиной волны 440-470 нм и интенсивностью 1 Вт/см2 с использованием флуоресцентного бинокуляра Olympus SZX12The amino acid sequences of these mutants are shown, respectively, in SEQ ID NO: 02 and SEQ ID NO: 04. The KillerOrange protein contains substitutions Y68W, D115G, N147S, F179L, Y223H and E238Q, and the KillerGreen protein contains V46A, Y68W, A74T, D115G, N147S , Y223H and E238Q. The KillerOrange and KillerGreen proteins were isolated using metal affinity chromatography. E. coli cells expressing these proteins were pelleted for 20 minutes at 4000 rpm in the cold (4 C0) and suspended in buffer I (125 mM NaCl, 40 mM Tris-HCl, 5 mM 2-mercaptoethanol, pH 7.5) at the rate of 1.5 ml of buffer I per precipitate obtained from 50 ml of cells in liquid LB. Then the cells were destroyed by ultrasound using a Sonic Dismembrator (Fisher Scientific), power 10 W, centrifuged for 10 min at a speed of 12000 rpm and a temperature of 4 C0. The supernatant was transferred into tubes with TALON metal-affinity resin (Clontech) pre-equilibrated with buffer I at the rate of 500 μl of resin per 1000-1200 μl of supernatant. The tubes were placed in a shaker (speed 40 rpm) and incubated for 20-25 minutes. After that, the resin was washed 3-4 times with 1000 μl of buffer I. Buffer II was used for elution (125 mM NaCl, 40 mM Tris-HCl, 5 mM 2-mercaptoethanol, 200 mM imidazole, pH 7.5). Elution was carried out for 20-25 min in a shaker, protein with 500 μl of resin was eluted with 300-350 μl of buffer II. All manipulations were carried out in the cold, all buffers and resin were pre-cooled. The fluorescence spectra of the isolated KillerOrange and KillerGreen proteins were obtained using a Varian Sagu Eclipse Fluorescence Spectrophotometer spectrofluorimeter. Protein activation was performed using blue light with a wavelength of 440-470 nm and an intensity of 1 W / cm 2 using an Olympus SZX12 fluorescence binocular

Было показано, что белок KillerOrange до активации фототоксических свойств имеет максимумы возбуждения флуоресценции при 510 и 490 нм с плечом при 463 нм и максимум эмиссии при 551 нм со слабо выраженным плечом при 585 нм (рис.2), а белок KillerGreen - максимумы возбуждения флуоресценции при 452 и 508 нм и максимум эмиссии при 483-507 нм (фиг.3).It was shown that the KillerOrange protein prior to activation of its phototoxic properties has fluorescence excitation maxima at 510 and 490 nm with a shoulder at 463 nm and emission maximum at 551 nm with a weak shoulder at 585 nm (Fig. 2), and KillerGreen protein has fluorescence excitation maxima at 452 and 508 nm and the maximum emission at 483-507 nm (figure 3).

После активации белок KillerOrange имеет максимум возбуждения флуоресценции при 460 нм (плечи при 490 и 510 нм) и максимум эмиссии при 547 нм. При этом наблюдается общее падение уровня флуоресценции раствора, содержащего KillerOrange.After activation, the KillerOrange protein has a maximum fluorescence excitation at 460 nm (shoulders at 490 and 510 nm) and a maximum emission at 547 nm. In this case, there is a general decrease in the fluorescence level of the solution containing KillerOrange.

После активации белка KillerGreen так же наблюдали падение уровня флуоресценции раствора, однако изменения положения максимумов возбуждения и эмиссии флуоресценции не детектировалось.After activation of the KillerGreen protein, a decrease in the fluorescence level of the solution was also observed, however, no changes in the position of the excitation maxima and fluorescence emission were detected.

Пример 2.Example 2

Сравнение фотоксических свойств KillerOrange, KillerGreen и KillerRed. Нуклеиновые кислоты, кодирующие белки KillerOrange, KillerGreen, KillerRed были получены, как описано выше в примере 1. Нуклеиновая кислота, кодирующая нефотоксический белок DsRed2 (SEQ ID NO: 10, 11) была получена из коммерчески доступного вектора (Clontech). Нуклеиновые кислоты были клонированы в вектор pQE30 (Qiagen) и трансформированы в компетентные клетки Е. coli. Колонии выращивали в течение ночи при 37°C и далее чашки инкубировали 3 дня при 4°C для полного созревания белков.Comparison of the photoxic properties of KillerOrange, KillerGreen and KillerRed. Nucleic acids encoding the proteins KillerOrange, KillerGreen, KillerRed were obtained as described above in Example 1. A nucleic acid encoding the non-phototoxic protein DsRed2 (SEQ ID NO: 10, 11) was obtained from a commercially available vector (Clontech). Nucleic acids were cloned into the pQE30 vector (Qiagen) and transformed into competent E. coli cells. The colonies were grown overnight at 37 ° C and then the plates were incubated for 3 days at 4 ° C for complete maturation of the proteins.

По одной колонии каждого мутанта разбалтывали в 0,15 мл буфера PBS, после чего одну треть объема суспензии облучали в течение 30 мин синим светом (длина волны 440-470 нм), одну треть - зеленым светом (длина волны 540-580 нм), а остаток оставляли в темноте в качестве контроля. После этого приготавливали несколько разведений суспензий клеток и высевали на чашки Петри. После ночного роста при 37°C подсчитывали число выросших колоний. Результаты измерений представлены в таблице.One colony of each mutant was shaken in 0.15 ml of PBS buffer, after which one third of the suspension volume was irradiated for 30 min with blue light (wavelength 440-470 nm), one third with green light (wavelength 540-580 nm), and the residue was left in the dark as a control. After this, several dilutions of cell suspensions were prepared and plated on Petri dishes. After overnight growth at 37 ° C, the number of colonies grown was counted. The measurement results are presented in the table.

Результаты измерения фототоксичности флуоресцентных белков при активации синим и зеленым светом.The results of measuring the phototoxicity of fluorescent proteins when activated by blue and green light.

ТаблицаTable

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Полученные данные указывают на высокую фототоксичность белков KillerOrange и KillerGreen при активации синим светом и сравнимый с нефототоксическим белком DsRed2 уровень токсичности при активации зеленым светом. Общий уровень фототоксичности KillerOrange и KillerGreen при активации синим светом близок к уровню фототоксичности белка KillerRed при его активации зеленым светом.The data obtained indicate a high phototoxicity of the KillerOrange and KillerGreen proteins when activated by blue light and a level of toxicity comparable to the non-phototoxic protein DsRed2 when activated by green light. The overall level of phototoxicity of KillerOrange and KillerGreen when activated by blue light is close to the level of phototoxicity of KillerRed protein when activated by green light.

Пример 3.Example 3

Экспрессия KillerOrange и KillerGreen в клетках млекопитающих.Expression of KillerOrange and KillerGreen in mammalian cells.

Для экспрессии KillerOrange и KillerGreen в клетках млекопитающих нуклеиновые кислоты, кодирующие эти белки, были клонированы в коммерчески доступные векторы pKillerRed-C, pKillerRed-dMito и pKillerRed-mem (Евроген) вместо последовательности KillerRed. В векторе pKillerRed-dMito указанные белки оказывались оперативно слиты с сигналом локализации в митохондриях, а в векторе pKillerRed-mem - с сигналом локализации на плазматической мембране.To express KillerOrange and KillerGreen in mammalian cells, the nucleic acids encoding these proteins were cloned into the commercially available vectors pKillerRed-C, pKillerRed-dMito and pKillerRed-mem (Eurogen) instead of the KillerRed sequence. In the pKillerRed-dMito vector, these proteins turned out to be operatively fused with the localization signal in the mitochondria, and in the pKillerRed-mem vector, with the localization signal on the plasma membrane.

Полученные конструкции были использованы для временной трансфекции клеток млекопитающих (линии НЕК293, HeLa, HeLa Kyoto). Флуоресцентная микроскопия клеток млекопитающих через трое суток после трансфекции показала появление флуоресценции в ожидаемых клеточных компартментах: в цитоплазме в случае использования вектора pKillerRed-C, на мембране - в случае вектора pKillerRed-dMito и в митохондриях - в случае вектора pKillerRed-dMito. Подсчет количества митозов за определенный промежуток времени (с помощью флуоресцентной микроскопии) показал, что трансфицированные клетки делятся приблизительно с той же частотой, что и нетрансфицированные. Таким образом, тестируемые белки не проявляли существенной цитотоксичностью (в неактивированном состоянии).The resulting constructs were used for transient transfection of mammalian cells (HEK293, HeLa, HeLa Kyoto lines). Three days after transfection, fluorescence microscopy of mammalian cells showed the appearance of fluorescence in the expected cell compartments: in the cytoplasm in the case of the pKillerRed-C vector, on the membrane in the case of the pKillerRed-dMito vector and in mitochondria in the case of the pKillerRed-dMito vector. Counting the number of mitoses for a certain period of time (using fluorescence microscopy) showed that transfected cells divide at approximately the same frequency as non-transfected ones. Thus, the tested proteins did not show significant cytotoxicity (in the unactivated state).

Пример 4.Example 4

Приготовление стабильно трансфецированных линий клеток млекопитающих.Preparation of stably transfected mammalian cell lines.

Линии клеток HeLa Kyoto, стабильно экспрессирующие белки KillerOrange и KillerGreen были получены с помощью лентивирусной трансдукции. Для этого открытые рамки считывания KillerOrange и KillerGreen были клонированы в лентивирусный вектор pRRLSIN.EFl.WPRE. Трансдукция была проведена согласно стандартным протоколам. Для каждого белка с помощью проточного флуоресцентного клеточного сортера MoFlo (Dako) была отобрана популяция клеток с наибольшей интенсивностью флуоресценции. Полученные линии стабильно экспрессировали KillerOrange и KillerGreen в цитоплазме. Анализ распределения клеток по стадиям клеточного цикла (G1, S и G2/M) с помощью окраски ДНК йодидом пропидия и проточной цитофлуориметрии показал нормальное количество делящихся клеток в полученных клеточных линиях, сходное с таковым в исходной линии HeLa Kyoto.HeLa Kyoto cell lines stably expressing the KillerOrange and KillerGreen proteins were obtained by lentiviral transduction. For this, the open reading frames KillerOrange and KillerGreen were cloned into the lentiviral vector pRRLSIN.EFl.WPRE. Transduction was performed according to standard protocols. For each protein, a population of cells with the highest fluorescence intensity was selected using a MoFlo flow-through fluorescence cell sorter (Dako). The resulting lines were stably expressed by KillerOrange and KillerGreen in the cytoplasm. Analysis of the distribution of cells by the stages of the cell cycle (G1, S and G2 / M) using DNA staining with propidium iodide and flow cytofluorimetry showed a normal number of dividing cells in the obtained cell lines, similar to that in the original HeLa Kyoto line.

Пример 5.Example 5

Анализ фототоксичности KillerOrange и KillerGreen в клетках млекопитающих.Phototoxicity analysis of KillerOrange and KillerGreen in mammalian cells.

Фототоксический эффект KillerOrange и KillerGreen изучали при помощи флуоресцентной микроскопии. В первой серии экспериментов клетки линии HeLa Kyoto, временно экспрессирующие KillerOrange и KillerGreen в различной клеточной локализации и полученные как описано в примере 3, облучали зеленым или синим светом с помощью флуоресцентного микроскопа (540-580 нм, 0,5 Вт/см2, 2 мин и 450-490 нм, 0,5 Вт/см2, 2 мин, соответственно). Затем продолжали наблюдение за облученными клетками с помощью флуоресцентного микроскопа в течение 24 часов. В случае облучения синим светом клетки с локализацией тестируемых белков на плазматической мембране и в митохондриях проявляли признаки клеточной гибели (открепления от субстрата, сжатия цитоплазмы, блеббинга (пузырения) и разрушения мембраны). Фототоксический эффект на клетки с локализацией белков в цитоплазме был менее выраженным и проявлялся только у отдельных клеток. В случае облучения зеленым светом выраженного фототоксического эффекта не наблюдалось.The phototoxic effect of KillerOrange and KillerGreen was studied using fluorescence microscopy. In the first series of experiments, HeLa Kyoto cells temporarily expressing KillerOrange and KillerGreen in different cell localization and obtained as described in Example 3 were irradiated with green or blue light using a fluorescence microscope (540-580 nm, 0.5 W / cm 2 , 2 min and 450-490 nm, 0.5 W / cm 2 , 2 min, respectively). Then continued monitoring of the irradiated cells using a fluorescence microscope for 24 hours. In the case of blue light irradiation, cells with localization of the tested proteins on the plasma membrane and mitochondria showed signs of cell death (detachment from the substrate, compression of the cytoplasm, blebing (blistering) and destruction of the membrane). The phototoxic effect on cells with localization of proteins in the cytoplasm was less pronounced and was manifested only in individual cells. In the case of green light exposure, a pronounced phototoxic effect was not observed.

Claims (6)

1. Нуклеиновая кислота, кодирующая функциональный фототоксический флуоресцентный белок, аминокислотная последовательность которого выбрана из группы SEQ ID NO: 02 и SEQ ID NO: 04.1. A nucleic acid encoding a functional phototoxic fluorescent protein, the amino acid sequence of which is selected from the group of SEQ ID NO: 02 and SEQ ID NO: 04. 2. Кассета экспрессии, которая будучи интегрирована в геном клетки или введена в клетку в виде внехромосомного элемента обеспечивает экспрессию фототоксического флуоресцентного белка и содержит (а) регион инициации транскрипции, функциональный в клетке-хозяине; (б) нуклеиновую кислоту по п. 1; и (в) регион терминации транскрипции, функциональный в клетке-хозяине.2. The expression cassette, which is integrated into the genome of the cell or introduced into the cell as an extrachromosomal element provides expression of a phototoxic fluorescent protein and contains (a) a transcription initiation region that is functional in the host cell; (b) the nucleic acid according to claim 1; and (c) a transcription termination region functional in the host cell. 3. Кассета экспрессии, которая будучи интегрирована в геном клетки или введена в клетку в виде внехромосомного элемента обеспечивает экспрессию фототоксического флуоресцентного белка в определенном клеточном компартменте и содержит нуклеиновую кислоту по п. 1, оперативно слитую с нуклеиновой кислотой, кодирующей сигнал внутриклеточной локализации, и регионами инициации и терминации транскрипции, функциональными в клетке-хозяине.3. An expression cassette that, when integrated into the cell genome or introduced into the cell as an extrachromosomal element, provides the expression of a phototoxic fluorescent protein in a particular cell compartment and contains the nucleic acid of claim 1, operatively fused to a nucleic acid encoding an intracellular localization signal and regions initiation and termination of transcription, functional in the host cell. 4. Клетка, не являющаяся эмбриональной клеткой человека и содержащая кассету экспрессии по п. 2 как часть экстрахромосомного элемента или интегрированную в геном клетки как результат внедрения указанной кассеты в указанную клетку, где указанная клетка экспрессирует фототоксический флуоресцентный белок.4. A cell that is not a human embryonic cell and contains the expression cassette according to claim 2 as part of an extrachromosomal element or integrated into the cell genome as a result of the introduction of the indicated cassette into the specified cell, where the specified cell expresses a phototoxic fluorescent protein. 5. Клетка, не являющаяся эмбриональной клеткой человека и содержащая кассету экспрессии по п. 3 как часть экстрахромосомного элемента или интегрированную в геном клетки как результат внедрения указанной кассеты в указанную клетку, где указанная клетка экспрессирует фототоксический флуоресцентный белок в определенном клеточном компартменте.5. A cell that is not a human embryonic cell and contains the expression cassette according to claim 3 as part of an extrachromosomal element or integrated into the cell genome as a result of the introduction of the indicated cassette into the specified cell, where the specified cell expresses a phototoxic fluorescent protein in a particular cell compartment. 6. Выделенный функциональный фототоксический флуоресцентный белок, имеющий аминокислотную последовательность, выбранную из группы SEQ ID NO: 02 и SEQ ID NO: 04. 6. Isolated functional phototoxic fluorescent protein having an amino acid sequence selected from the group of SEQ ID NO: 02 and SEQ ID NO: 04.
RU2013135638/10A 2013-07-29 2013-07-29 Modified genetically coded photosensitizer RU2599443C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013135638/10A RU2599443C2 (en) 2013-07-29 2013-07-29 Modified genetically coded photosensitizer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013135638/10A RU2599443C2 (en) 2013-07-29 2013-07-29 Modified genetically coded photosensitizer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013135638A RU2013135638A (en) 2015-02-10
RU2599443C2 true RU2599443C2 (en) 2016-10-10

Family

ID=53281527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013135638/10A RU2599443C2 (en) 2013-07-29 2013-07-29 Modified genetically coded photosensitizer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2599443C2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2458129C1 (en) * 2011-04-25 2012-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (ГОУ ВПО НижГМА Минздравсоцразвития России) ISOLATED KillerRed PROTEIN-CODING NUCLEIC ACID (VERSIONS), ISOLATED PROTEIN (VERSIONS), EXPRESSION CASSETTE, CELL CONTAINING EXPRESSION CASSETTE
JP2013078264A (en) * 2010-02-03 2013-05-02 Hokkaido Univ Photosensitizing fluorescent protein

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013078264A (en) * 2010-02-03 2013-05-02 Hokkaido Univ Photosensitizing fluorescent protein
RU2458129C1 (en) * 2011-04-25 2012-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (ГОУ ВПО НижГМА Минздравсоцразвития России) ISOLATED KillerRed PROTEIN-CODING NUCLEIC ACID (VERSIONS), ISOLATED PROTEIN (VERSIONS), EXPRESSION CASSETTE, CELL CONTAINING EXPRESSION CASSETTE

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2458129 C1, 10.08.2012;SHIRMANOVA M.V. ET AL., Phototoxic effects of fluorescent protein KillerRed on tumor cells in mice, J. Biophotonics, 2013, v.6, n.3, c.283-290. *
SHIRMANOVA M.V. ET AL., Phototoxic effects of fluorescent protein KillerRed on tumor cells in mice, J. Biophotonics, 2013, v.6, n.3, c.283-290. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013135638A (en) 2015-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5465649B2 (en) Novel fluorescent protein derived from Aequorea coerulescens and method of use thereof
RU2395581C2 (en) Novel fluorescent proteins from entacmaea quadricolor and method of obtaining said proteins
RU2412250C2 (en) Modified green fluorescent proteins and methods of their application
JP4330338B2 (en) Fluorescent protein greatly shifted to the red side
RU2345137C2 (en) Fluorescing proteins from copepodas crustaceas and their application
CA2505974A1 (en) Fluorescent proteins and chromoproteins from non-aequorea hydrozoa species and methods for using same
US7358336B2 (en) Fluorescent protein from Montastraea cavernosa
RU2458129C1 (en) ISOLATED KillerRed PROTEIN-CODING NUCLEIC ACID (VERSIONS), ISOLATED PROTEIN (VERSIONS), EXPRESSION CASSETTE, CELL CONTAINING EXPRESSION CASSETTE
RU2434943C2 (en) BIOSENSOR FOR DETECTION OF HYDROGEN PEROXIDE IN LIVE CELLS, POSSESSING HIGHER STABILITY TO pH CHANGE
US20110099646A1 (en) Green fluorescent protein optimized for expression with self-cleaving polypeptides
RU2599443C2 (en) Modified genetically coded photosensitizer
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
RU2515903C2 (en) Isolated nucleic acid coding fluorescent biosensor, expression cassette, cell, producing fluorescent biosensor, isolated fluorescent biosensor
RU2535336C1 (en) Red fluorescent biosensor for detection of hydrogen peroxide in living cells
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
RU2535981C1 (en) Nucleic acid encoding fret-based far-red biosensor for intracellular caspase 3 activity measurement
US8563703B2 (en) Fluorescent proteins and methods for using same
RU2338785C2 (en) Fluorescing proteins and chromoproteins from kinds hydrozoa which are not concerning to aequorea, and methods of their obtaining
US7091318B2 (en) mmFP encoding nucleic acids, polypeptides, antibodies and methods of use thereof

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161114