JP2007330185A - Method for detecting two or more luciferases in multispecimen sample - Google Patents
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Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
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Abstract
Description
本発明は、発光色に特徴を持つ甲虫ルシフェラーゼの発光反応を安定化させる方法、その利用法、発光試薬および混合光から単色光を分離定量する技術に関する。本発明のシステムは、発光色の異なるルシフェラーゼ酵素をレポーターおよびシグナルとしたあらゆるルシフェラーゼアッセイ系、さらには多色同時発光測定系によるルシフェラーゼアッセイ系や多検体アッセイ系(High-Throughput Screening)に適用できる。 The present invention relates to a method for stabilizing a luminescence reaction of a beetle luciferase characterized by a luminescent color, a method for using the method, a luminescent reagent, and a technique for separating and quantifying monochromatic light from mixed light. The system of the present invention can be applied to any luciferase assay system using a luciferase enzyme having a different luminescent color as a reporter and a signal, as well as a luciferase assay system using a multicolor simultaneous luminescence measurement system and a multi-analyte assay system (High-Throughput Screening).
従来より、遺伝子発現(遺伝子からタンパク質に転写翻訳される過程)を数値化してモニタリングするため、発光タンパク質遺伝子が用いられている。通常は、北米産ホタルの発光タンパク質であるルシフェラーゼの遺伝子が用いられている。in vitro で北米産ホタルルシフェリン/ルシフェラーゼによる発光反応を行わせる際、その発光パターンはフラッシュ状に観察されるため、試薬注入の特別な機構を持つ装置を用いなければ発光反応を正確に測定することができなかった。これを改善すべく、ルシフェラーゼの検出方法(ルシフェラーゼアッセイ系)としてCoA などのチオール類を用いる方法により発光の半減期をおよそ5分間と延長し、かつ発光量を増大させ得る手法が発明された(特許文献1参照)。この方法により、ルシフェラーゼによる発光量の正確な測定が試薬の自動注入装置を持たないルミノメーターや液体シンチレーションカウンターによっても可能となり、培養細胞の中でレポーターとして発現されたルシフェラーゼを高感度で測定するレポーターアッセイ法に広く用いられるようになった。 Conventionally, photoprotein genes have been used to monitor gene expression (the process of transcription and translation from gene to protein) by quantification. Usually, the gene of luciferase, a photoprotein of North American fireflies, is used. When performing a luminescence reaction with North American firefly luciferin / luciferase in vitro, the luminescence pattern is observed in the form of a flash, so the luminescence reaction must be accurately measured unless a device with a special mechanism for reagent injection is used. I could not. In order to improve this, a method of extending the half-life of luminescence to about 5 minutes and increasing the amount of luminescence by a method using thiols such as CoA as a luciferase detection method (luciferase assay system) was invented ( Patent Document 1). This method enables accurate measurement of the amount of luminescence by luciferase using a luminometer or liquid scintillation counter that does not have an automatic reagent injection device, and a reporter that measures luciferase expressed as a reporter in cultured cells with high sensitivity. Widely used in assay methods.
一方、上述のルシフェラーゼアッセイ法では、細胞の状態と細胞数を考慮し発光量を補正することのできる内部標準が必要であるとされている (非特許文献1)。このため、基質特異性の異なる別種のルシフェラーゼ遺伝子(例えばウミシイタケルシフェラーゼなど)を内部標準レポーターとして併せて細胞に導入し、二種類のルシフェラーゼ活性を個々に測定することから内部標準レポーターに対する対象レポーター(ホタルルシフェラーゼ)の転写活性効率を決定する。本法は、デュアルルシフェラーゼアッセイ法と呼ばれ、遺伝子発現研究において広く用いられている(非特許文献2)。しかしながら、本法はホタルルシフェリンに比べて極めて高価なセランテラジン(ウミシイタケルシフェリン)を使用し、かつ一方の発光反応(ホタル)を消光させてからもう一方の発光反応(ウミシイタケ)を測定する。すなわち、複数の試薬注入操作を必要とする。また、ウミシイタケルシフェリンの発光反応を長時間安定的に行わせる技術も確立していない。すなわち、多検体の遺伝子発現をモニターするシステムとして、高価な自動化された試薬注入用装置を必須とすることから、HTS(High-Throughput Screening)法など産業用途への適用が進んでいないのが現状である。 On the other hand, the above-mentioned luciferase assay method requires an internal standard that can correct the amount of luminescence in consideration of the state and number of cells (Non-patent Document 1). For this reason, another type of luciferase gene (for example, Renilla luciferase) having different substrate specificities is introduced into the cell together as an internal standard reporter, and the two types of luciferase activities are individually measured, so that the target reporter for the internal standard reporter ( The transcriptional activity efficiency of firefly luciferase) is determined. This method is called a dual luciferase assay and is widely used in gene expression studies (Non-patent Document 2). However, this method uses coelenterazine (Renilla luciferin), which is extremely expensive compared to firefly luciferin, and quenches one luminescence reaction (firefly) and then measures the other luminescence reaction (Renilla). That is, a plurality of reagent injection operations are required. In addition, a technology for stably carrying out the luminescence reaction of Renilla luciferin for a long time has not been established. In other words, since an expensive automated reagent injection device is essential as a system for monitoring gene expression in multiple samples, it is currently not being applied to industrial applications such as the HTS (High-Throughput Screening) method. It is.
これに対し、発光甲虫由来で発光色の異なるルシフェラーゼは共通の発光基質で発光反応を行う。そこでウミシイタケルシフェラーゼの代わりに、例えば鉄道虫由来の赤色発光ルシフェラーゼ(非特許文献3)を用い、従来用いられてきた黄緑色の北米産ホタルルシフェラーゼを同時に発光させ、それぞれの色調の差異と発光量を示す発光スペクトルを分光フィルターで分離できれば、それぞれの発光量を一回の測定ステップで定量できる。この操作を産業用途へ応用展開するため、一度の操作で多検体(一回の測定検体数が2検体以上)から発せされる発光色の異なるルシフェラーゼのシグナルを、測定誤差を極力排除して効率よく測定する方法の開発が必要とされていた。このような測定システムが実用化された場合、現在創薬メーカーで盛んに進められている単色光(単一シグナル)ルシフェラーゼによるゲノム創薬開発にむけたHTS法の効率を格段に向上させることが期待される。 In contrast, luciferases derived from luminescent beetles and having different emission colors perform a luminescent reaction with a common luminescent substrate. Therefore, instead of the Renilla luciferase, for example, a red luminescence luciferase derived from a railroad worm (Non-patent Document 3) is used to simultaneously emit the yellow-green North American firefly luciferase that has been conventionally used. Can be quantified in a single measurement step. In order to apply this operation to industrial applications, efficiency of the luciferase signals emitted from multiple samples (two or more samples to be measured at one time) emitted from different samples in different emission colors is eliminated as much as possible. There was a need to develop a method for measuring well. When such a measurement system is put to practical use, the efficiency of the HTS method for the development of genome drug discovery using monochromatic light (single signal) luciferase, which is currently being actively promoted by drug discovery manufacturers, can be significantly improved. Be expected.
本発明は、発光色の異なる3種以上のルシフェリン/ルシフェラーゼの発光反応によるレポーターアッセイにおいて、発光反応開始から30分間以上の長時間にわたり、発光キネティクスの改良ならびに相互の発光強度の制御を実現し、さらには発光色の異なる複数のシグナルを簡便な操作でバックグラウンドを低減して分離定量することにより、多検体試料の連続測定を可能とする1液型の多色発光同時測定用ルシフェラーゼ発光方法および検出システムを供給することを目的とする。 In the reporter assay based on the luminescence reaction of three or more luciferins / luciferases having different luminescent colors, the present invention realizes improvement of luminescence kinetics and control of luminescence intensity over a long period of 30 minutes or more from the start of the luminescence reaction, Furthermore, by separating and quantifying a plurality of signals with different emission colors by reducing the background with a simple operation, a one-pack type luciferase luminescence method for simultaneous measurement of multicolor luminescence, which enables continuous measurement of multiple sample samples, and The object is to provide a detection system.
上記課題を解決するため、本発明者らは、ホタル科以外の新規の発光甲虫による発光反応についても実用化を目指すべく検討を行った。検討した発光甲虫として、ホタルモドキ科由来のルシフェラーゼとして鉄道虫Phrixothrix hirtus由来の赤色ルシフェラーゼ(非特許文献3)を中心に、さらにはイリオモテボタル由来のルシフェラーゼとしてRhagophthalmidae Ohbai 由来の緑色ルシフェラーゼ(Sumiya, M., Viviani, V.R., Ohba,N., and Ohmiya,Y. (1998) In Bioluminescence and Chmiluminescence. Proceeding of 10th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence (Roda, A., Pazzagli, M., Kricka, L., and Stanley, P.E., Erd.), pp.433-436, Bolona, Italy.)ならびにその部位特異的変異体の橙色ルシフェラーゼ(Viviani, V.R., Uchida, A., Suenaga, N., Ryufuku, M., and Ohmiya, Y. (2001) Biochem. Biophys. Res. Com. 280, 1286-1291.)を用い、それぞれの発光反応を測定可能な発光経時変化(Kinetics)への改良ならびに最適化を行った。また3発光色の発光強度の比率が大きい場合には測定機の制約から正確な発光量測定が困難となることより、安定な発光Kineticsを維持した条件下でそれぞれの発光強度を制御させ発光量比を近接させることから、多色同時発光測定が可能となる発光反応系を開発した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied to aim at practical application of a luminescent reaction by a new luminescent beetle other than the firefly family. As the luminescent beetles examined, the red luciferase derived from the railworm Phrixothrix hirtus (Non-patent Document 3) as the luciferase derived from the firefly family, and the green luciferase derived from Rhagophthalmidae Ohbai (Sumiya, M. , Viviani, VR, Ohba, N., And Ohmiya, Y. (1998) In Bioluminescence and Chmiluminescence.Proceeding of 10 th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence (Roda, A., Pazzagli, M., Kricka, L., and Stanley, PE, Erd.), Pp. 433-436, Bolona, Italy.) And its site-specific mutant orange luciferase (Viviani, VR, Uchida, A., Suenaga, N., Ryufuku, M., and Ohmiya, Y. (2001) Biochem. Biophys. Res. Com. 280, 1286-1291.), Each luminescence reaction was improved and optimized for luminescence changes (Kinetics). In addition, when the ratio of the emission intensity of the three emission colors is large, it becomes difficult to measure the emission intensity accurately due to the limitations of the measuring instrument. Therefore, the emission intensity can be controlled by controlling the emission intensity under the condition of maintaining stable emission Kinetics. We developed a luminescence reaction system that enables multicolor simultaneous luminescence measurement because of the close ratio.
本発明者らはホタル科以外の発光甲虫由来のルシフェリン/ルシフェラーゼの発光反応を用いたシグナル検出方法にコエンザイムA(CoA)とピロリン酸あるいはピロリン酸塩を介在させ、その他のさまざまな成分を最適化することにより、共存可能な細胞溶解成分を含みかつ発光反応開始から30分以上経過した以降でも単位時間において発光強度が一定となる長時間発光持続型の発光反応試薬、さらに各発光色の発光強度を制御可能な発光反応系を構築させることに成功した。 The present inventors have optimized various other components by interfering with coenzyme A (CoA) and pyrophosphate or pyrophosphate in the signal detection method using the luminescence reaction of luciferin / luciferase derived from luminescent beetles other than the firefly family Luminescent reaction reagent with a long-lasting luminescence intensity that contains a coexisting cell lysis component and has a constant luminescence intensity per unit time even after more than 30 minutes from the start of the luminescence reaction. We succeeded in constructing a luminescence reaction system that can control the above.
さらに、本発明者らは、複数の発光成分が混在する多検体の試料において、高効率で精度良く発光成分を分離定量する技術の成功を加えることにより、3色以上の多色ルシフェラーゼによるレポーターアッセイにおける、多検体試料の連続測定を可能とする1液型の多色発光同時測定用ルシフェラーゼ発光方法および検出システムである本発明を完成させた。 Furthermore, the present inventors have added a successful technique for separating and quantifying a luminescent component with high efficiency and accuracy in a multi-sample sample in which a plurality of luminescent components are mixed, thereby providing a reporter assay using multicolor luciferase of three or more colors. In the present invention, the present invention, which is a luciferase luminescence method and detection system for simultaneous measurement of multi-color luminescence that enables continuous measurement of multi-analyte samples, has been completed.
本発明の要旨は以下の通りである。
(1)細胞溶解成分を含む試薬によって、2検体以上の多検体試料中における3色以上の多色ルシフェラーゼを同時に発光させ、連続的にレポーターアッセイするシステム。
(2)赤、緑、オレンジ色のルシフェラーゼ発光の各々の時間変化が、時間の経過に関係なく発光量比が25%以下の範囲内で再現性が得られる(1)記載のシステム。
(3)3色以上の多色ルシフェラーゼの発光半減期30分以上長時間発光を可能にする(1)又は(2)記載のシステムに用いる試薬。
(4)3色以上の多色ルシフェラーゼを発光させる時、物理的な細胞溶解操作が不要な(1)又は(2)記載のシステムに用いる試薬。
(5)細胞溶解と3色以上の多色ルシフェラーゼの各色の発光操作を試薬添加の1回の操作で可能にする(1)又は(2)記載のシステムに用いる試薬。
(6)(3)〜(5)のいずれかに記載の試薬を用いて、2検体以上の多検体を連続的にレポーターアッセイする方法。
(7)(1)又は(2)記載のシステム及び/又は(3)〜(5)のいずれかに記載の試薬を用いたレポーターアッセイにおいて、単色光量を算出するために分光フィルターを使用する分光方法。
(8)(7)記載の方法で単色光量を算出するために用いた分光フィルターによって、ルシフェラーゼ発光波長以外の発光や電気化学的ノイズを排除する方法。
(9)分光フィルターを備えたことを特徴とする(1)又は(2)記載のシステムに用いる発光測定装置。
(10)分光フィルターによって得られた測定値より単色光量を算出する手段をさらに備えた(9)記載の装置。
(11)2検体以上の多検体試料に対する連続的なレポーターアッセイにおいて発光を測定する方法であって、細胞溶解成分を含む試薬によって、検体試料中における3色以上の多色光ルシフェラーゼを同時に発光させる工程、分光フィルターを使用して測定値を得る工程及び得られた測定値より単色光量を算出する工程を含む発光測定方法。
(12)(1)又は(2)記載のシステム及び/又は(3)〜(5)のいずれかに記載の試薬を用いて測定した結果を利用して、2種以上のレポーター若しくは2種以上の誘導因子の組み合わせ間の差異又は単一レポーター使用時との差異を測定する方法。
The gist of the present invention is as follows.
(1) A system in which three or more color luciferases in two or more multi-samples are simultaneously emitted by a reagent containing a cell lysis component to continuously perform a reporter assay.
(2) The system according to (1), wherein reproducibility can be obtained within a range where the light emission ratio is 25% or less for each time change of red, green, and orange luciferase luminescence regardless of the passage of time.
(3) The reagent used in the system according to (1) or (2), which enables light emission for a long time of 30 minutes or more of a multicolor luciferase having three or more colors.
(4) The reagent used in the system according to (1) or (2), which does not require a physical cell lysis operation when emitting multicolor luciferase of three or more colors.
(5) The reagent used in the system according to (1) or (2), which enables cell lysis and light emission operation of each color of three or more multicolor luciferases by one operation of reagent addition.
(6) A method for performing a reporter assay on two or more samples continuously using the reagent according to any one of (3) to (5).
(7) In a reporter assay using the system according to (1) or (2) and / or the reagent according to any of (3) to (5), spectroscopy using a spectral filter to calculate a monochromatic light amount Method.
(8) A method of eliminating luminescence other than the luciferase emission wavelength and electrochemical noise by the spectral filter used for calculating the monochromatic light amount by the method described in (7).
(9) A luminescence measuring device used in the system according to (1) or (2), comprising a spectral filter.
(10) The apparatus according to (9), further comprising means for calculating a monochromatic light amount from the measurement value obtained by the spectral filter.
(11) A method for measuring luminescence in a continuous reporter assay for two or more multi-samples, wherein the reagent containing a cell lysis component simultaneously emits three or more multicolor luciferases in the sample. A method for measuring luminescence, comprising a step of obtaining a measurement value using a spectral filter and a step of calculating a monochromatic light quantity from the obtained measurement value.
(12) Two or more reporters or two or more reporters using the results of measurement using the system according to (1) or (2) and / or the reagent according to any one of (3) to (5) A method for measuring a difference between combinations of inducers or using a single reporter.
本明細書において、「単色光量」とは、異なる波長の光を発するルシフェラーゼが複数種類混合状態にある場合、ある1種類のルシフェラーゼより発せられた光の量のことをいう。 In the present specification, “monochromatic light amount” refers to the amount of light emitted from one kind of luciferase when a plurality of kinds of luciferases that emit light of different wavelengths are in a mixed state.
本発明により、多色発光ルシフェラーゼとして選択されたイリオモテボタル由来の緑色発光ルシフェラーゼおよび橙色ルシフェラーゼ、さらには鉄道虫由来の赤色ルシフェラーゼの発光反応を用いたレポーターアッセイにおいて、反応開始から30分間以上の長時間反応において定量的かつ同時計測に必要とされる、単位時間あたりの発光強度が一定な発光キネティスク、ならびに測定レンジ内に3種の発光強度を近接させる制御系が実現し、1液型発光試薬による連続的な多検体用途多色発光同時測定のルシフェラーゼ発光反応システムの構築が可能となる。さらに発光色の異なる複数のシグナルを、簡便な操作でバックグラウンドを低減して分離定量が可能なレポーターアッセイシステムとその方法および装置の供給が可能となる。 According to the present invention, in a reporter assay using a luminescence reaction of green luciferase derived from Iriomote butterfly selected as a multicolor luminescence luciferase, and further a red luciferase derived from a railroad worm, it is a long time of 30 minutes or more from the start of the reaction. Emission kinetics with constant emission intensity per unit time required for quantitative and simultaneous measurement in the reaction and a control system that brings the three emission intensities close to each other within the measurement range have been realized. It is possible to construct a luciferase luminescence reaction system for continuous multi-sample simultaneous multicolor luminescence measurement. Furthermore, a reporter assay system capable of separating and quantifying a plurality of signals having different emission colors by reducing the background by a simple operation, and a method and apparatus thereof can be supplied.
本発明で使用されるルシフェラーゼは、甲虫由来のホタルルシフェリン、即ち多複素式有機酸D-(-)-2-(6‘ヒドロキシ-2’−ベンゾチアゾリル)−D2−チアゾリン-4-カルボン酸(以降は特に記載のない限り「ルシフェリン」と表記する)を発光基質とし、これを酸化触媒して光子を発する酵素で、ホタル科以外の、ヒカリコメツキ科、ホタルモドキ科、イリオモテボタル科など発光甲虫由来で発光反応に与る酵素全てを含む。この中には組換えDNA技術や変異技術などにより、酵素タンパク自体の安定性や発光特性などが人為的に改変された酵素も含まれる。 The luciferase used in the present invention is a firefly luciferin derived from a beetle, that is, a multi-heterocyclic organic acid D-(−)-2- (6′hydroxy-2′-benzothiazolyl) -D2-thiazoline-4-carboxylic acid Is expressed as “luciferin” unless otherwise specified). It is an enzyme that emits photons by catalyzing it as a luminescent substrate. It is derived from luminescent beetles, such as the family Alaskaceae, Firefly, Iriomote, etc. Including all enzymes that contribute to the luminescence reaction. This includes enzymes in which the stability and luminescence properties of the enzyme protein itself have been artificially altered by recombinant DNA technology or mutation technology.
ルシフェリン/ルシフェラーゼの発光反応系におけるルシフェラーゼの濃度は、100 femto g / ml〜100 μg / mlが適当であり、好ましくは1 ng / ml〜200 ng / mlである。 The concentration of luciferase in the luciferin / luciferase luminescence reaction system is suitably 100 femto g / ml to 100 μg / ml, and preferably 1 ng / ml to 200 ng / ml.
本発明で使用するルシフェリンは、上記の甲虫ルシフェリンであり、甲虫より直接抽出および精製されたものや、化学合成されたものを含む。さらには甲虫ルシフェリンの誘導体で、ある酵素の消化を受けた後に発光活性を持つ発光基質も含まれる。このような甲虫ルシフェリンの誘導体としては、4-メチル-D-ルシフェリン、D-ルシフェニル-L-メチオニン、6-O-ガラクトピラノシル-ルシフェリン、DEVD-ルシフェリン、ルシフェリン-6’メチルエステル、ルシフェリン6’-クロロエチルエステル、6’-デオキシルシフェリン、ルシフェリン6’ベンジルエステルなどを挙げることができる。ルシフェリンおよびその誘導体は塩の形態であってもよい。塩としては、カリウム塩、ナトリウム塩などを挙げることができる。 The luciferin used in the present invention is the above-mentioned beetle luciferin, including those extracted and purified directly from beetles and those chemically synthesized. Furthermore, a luminescent substrate which is a derivative of beetle luciferin and has luminescence activity after digestion with an enzyme. Such beetle luciferin derivatives include 4-methyl-D-luciferin, D-luciferyl-L-methionine, 6-O-galactopyranosyl-luciferin, DEVD-luciferin, luciferin-6 'methyl ester, luciferin 6 Examples include '-chloroethyl ester, 6'-deoxyluciferin, and luciferin 6'benzyl ester. Luciferin and its derivatives may be in the form of a salt. Examples of the salt include potassium salt and sodium salt.
ルシフェリン/ルシフェラーゼの発光反応系におけるルシフェリンの濃度は、0.001 mM〜100 mMが適当であり、好ましくは0.01 mM〜10 mMである。
本発明で使用するピロリン酸および/またはピロリン酸塩は、水溶性のものが好ましく、溶液のピロリン酸を初め、ピロリン酸ナトリウム、ピロリン酸カリウム、ピロリン酸アンモニウム、ピロリン酸水素ナトリムなどを用いることができる。ピロリン酸および/またはピロリン酸塩の使用濃度は、0.0001 mM〜100 mMが適当であり、好ましくは0.001 mM〜10 mMである。
The concentration of luciferin in the luciferin / luciferase luminescence reaction system is suitably 0.001 mM to 100 mM, preferably 0.01 mM to 10 mM.
The pyrophosphate and / or pyrophosphate used in the present invention is preferably water-soluble, and it is preferable to use sodium pyrophosphate, potassium pyrophosphate, ammonium pyrophosphate, sodium hydrogen pyrophosphate, etc. it can. The use concentration of pyrophosphate and / or pyrophosphate is suitably 0.0001 mM to 100 mM, preferably 0.001 mM to 10 mM.
本発明で使用するCoAは、酵母より抽出・精製されたものであり、リチウム塩やナトリウム塩の形態のものを用いることができる。CoAの使用濃度は、0.001 mM〜100 mMが適当であり、好ましくは0.01 mM〜10 mMである。
本発明で使用するα−シクロデキストリンは、0.01%〜1.0%が適当であり、好ましくは0.05%〜0.5%である。
本発明で使用するフッ化ナトリウムは、0.1 mM〜500 mMが適当であり、好ましくは1 mM〜100 mMである。
CoA used in the present invention is extracted and purified from yeast, and can be used in the form of lithium salt or sodium salt. The appropriate concentration of CoA is 0.001 mM to 100 mM, preferably 0.01 mM to 10 mM.
The α-cyclodextrin used in the present invention is suitably 0.01% to 1.0%, preferably 0.05% to 0.5%.
The sodium fluoride used in the present invention is suitably 0.1 mM to 500 mM, preferably 1 mM to 100 mM.
本発明で使用するサポニンは、セッケンボク樹皮由来、大豆由来、茶の実由来で抽出・精製されたものを用いることができる。サポニンの使用濃度は、0.001%から10%が適当であり、好ましくは0.01%から1%である。
本発明で緩衝成分として使用するHEPESやトリスは市販の生化学グレードのものであれば使用することができる。HEPES及びトリスの使用濃度は充分な緩衝能を持つため、通常5 mM〜1 Mの濃度が適当であり、好ましくは10 mM〜250 mMである。またこれら緩衝成分で使用するpHは7.0〜9.0が適当であるが、好ましいpH範囲は7.5〜8.5である。
As the saponin used in the present invention, those extracted and purified from soap bark-derived bark, soybean-derived, and tea seeds can be used. The use concentration of saponin is suitably 0.001% to 10%, preferably 0.01% to 1%.
HEPES and Tris used as buffer components in the present invention can be used as long as they are commercially available biochemical grades. Since the use concentration of HEPES and Tris has a sufficient buffer capacity, a concentration of 5 mM to 1 M is usually appropriate, preferably 10 mM to 250 mM. The pH used in these buffer components is suitably 7.0 to 9.0, but the preferred pH range is 7.5 to 8.5.
本発明のルシフェリン/ルシフェラーゼの発光反応においては、さらに、還元剤、アデノシン三リン酸、マグネシウムイオンを添加してもよい。
還元剤は、ルシフェラーゼ酵素を保護する作用があると考えられる。還元剤としては、ジチオカルバミン酸塩類、キサントゲン酸塩類、チオりん酸塩、チアゾール類などを挙げることができる。
In the luciferin / luciferase luminescence reaction of the present invention, a reducing agent, adenosine triphosphate, and magnesium ion may be further added.
The reducing agent is considered to have an effect of protecting the luciferase enzyme. Examples of the reducing agent include dithiocarbamates, xanthates, thiophosphates, thiazoles and the like.
ジチオカルバミン酸塩類としては、ペンタメチレンジチオカルバミン酸ピペリジン、メチルペンタメチルジチオカルバミン酸ピペコリン、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジブチルジチオカルバミン酸亜鉛、エチルフェニルジチオカルバミン酸亜鉛、ジメチルジチオカルバミン酸ソーダ、ジエチルジチオカルバミン酸ソーダ、ジブチルジチオカルバミン酸ソーダ、ジメチルジチオカルバミン酸カリ、ジメチルジチオカルバミン酸銅、ジメチルジチョカルバミン酸鉄、エチルフェニルジチカルバミン酸鉛、ジエチルジチカルバミン酸セレン、ジエチルジチオカルバミン酸テルルなどを挙げることができるが、金属塩はこれに限定されることは無く目的に応じて周期律表に記載の金属塩であれば使用可能である。 Dithiocarbamates include pentamethylenedithiocarbamate piperidine, methylpentamethyldithiocarbamate pipecoline, dimethyldithiocarbamate, zinc diethyldithiocarbamate, zinc dibutyldithiocarbamate, zinc ethylphenyldithiocarbamate, sodium dimethyldithiocarbamate, sodium diethyldithiocarbamate, Examples include sodium dibutyldithiocarbamate, potassium dimethyldithiocarbamate, copper dimethyldithiocarbamate, iron dimethyldichocarbamate, lead ethylphenyldithicarbamate, selenium diethyldithicarbamate, and tellurium diethyldithiocarbamate. The metal salt described in the periodic table can be used according to the purpose without being limited thereto. .
キサントゲン酸塩類としては、キサントゲン酸カリウム、ブチルキサントゲン酸亜鉛、イソプロピルキサントゲン酸ソーダなどを挙げることができるが、これに限定されることはなく、周期律表に記載の金属と塩が形成可能であれば使用可能である。
チオりん酸塩としては、ピペリジンービスー(o,o-ジステアリルジチオフォスフェート)などを挙げることができる。
Examples of xanthates include potassium xanthate, zinc butylxanthate, and sodium isopropylxanthate, but are not limited thereto, and can form salts with metals described in the periodic table. Can be used.
Examples of the thiophosphate include piperidine bis (o, o-distearyl dithiophosphate).
チアゾール類としては2-メルカプトベンゾチアゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール亜鉛塩、2-メルカプトベンゾチアゾールナトリウム塩、2-メルカプトベンゾチアゾールシクロヘキシルアミン塩、2-メルカプトベンゾチアゾール銅塩などを挙げることができるが、これに限定されることは無く、周期律表に記載の金属と塩あるいは錯体を形成可能なら使用可能である。 Examples of thiazoles include 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzothiazole zinc salt, 2-mercaptobenzothiazole sodium salt, 2-mercaptobenzothiazole cyclohexylamine salt, 2-mercaptobenzothiazole copper salt, and the like. There is no limitation to this, and any metal or salt or complex described in the periodic table can be used.
この他にも、ジチオスレイトール、ジチオエリトルトール、βメルカプトエタノール、2-メルカプトプロパノール、3-メルカプトプロパノール、2,3-ジチオプロパノール、グルタチオン、コエンザイムAなどのスルフヒドリル化合物を使用してもよい。 In addition, sulfhydryl compounds such as dithiothreitol, dithioerythritol, β-mercaptoethanol, 2-mercaptopropanol, 3-mercaptopropanol, 2,3-dithiopropanol, glutathione, and coenzyme A may be used.
還元剤は単独で使用することもできるが、混合して使用することも可能である。
還元剤の使用濃度は、0 mM〜50 mMが適当であり、好ましくは0.01 mM〜10 mMであるが、2 mM以下の濃度で使用することが可能である。場合によっては、還元剤を添加しなくてもよい。
The reducing agents can be used alone or in combination.
The concentration of the reducing agent used is suitably 0 mM to 50 mM, preferably 0.01 mM to 10 mM, but can be used at a concentration of 2 mM or less. In some cases, it is not necessary to add a reducing agent.
アデノシン三リン酸は、ルシフェラーゼとの反応により、ルシフェリンからルシフェリル-AMP(アデニレート)を生成し、発光反応に寄与する。アデノシン三リン酸は塩の形態であってもよい。塩としては、2ナトリウム塩、2カリウム塩、マグネシウム塩などを挙げることができる。 Adenosine triphosphate generates luciferyl-AMP (adenylate) from luciferin by reaction with luciferase and contributes to the luminescence reaction. Adenosine triphosphate may be in the form of a salt. Examples of the salt include disodium salt, dipotassium salt, and magnesium salt.
アデノシン三リン酸の使用濃度は、0.01 pM〜50 mMが適当であり、好ましくは0.01 mM〜10 mMである。
マグネシウムイオンは、発光反応の補因子として考えられている。マグネシウムイオンを含む化合物としては、塩化マグネシウム、炭酸水酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、リン酸水素マグネシムなどを挙げることができる。
The concentration of adenosine triphosphate used is suitably 0.01 pM to 50 mM, preferably 0.01 mM to 10 mM.
Magnesium ions are considered as a cofactor for the luminescent reaction. Examples of the compound containing magnesium ion include magnesium chloride, magnesium carbonate hydroxide, magnesium sulfate, magnesium acetate, and magnesium hydrogen phosphate.
マグネシウムイオンの使用濃度は、0.001 mM〜200 mMが適当であり、好ましくは0.1 mM〜100 mMである。
発光反応の制御に寄与するのは、上記成分がメインであるが、その他、培養細胞の溶解に必要な界面活性剤やグリセリン、BSA(牛血清アルブミン)、キレート剤など、発光反応の利用法に応じてさまざまな組成を添加することができる。
The concentration of magnesium ion used is suitably 0.001 mM to 200 mM, preferably 0.1 mM to 100 mM.
The above components are the main components that contribute to the control of the luminescent reaction, but in addition to surfactants necessary for lysis of cultured cells, glycerin, BSA (bovine serum albumin), chelating agents, etc. Various compositions can be added accordingly.
本発明の発光試薬は、各成分を溶解した水溶液状態であってもよいし、凍結乾燥した状態であってもよい。水溶液状態の発光試薬は凍結品として供給し、解凍後十分に室温に戻した後に使用するとよい。また、発光試薬を凍結乾燥する場合には、試薬成分の内、溶液中では比較的不安定な成分(ルシフェリン、アデノシン三リン酸、CoAなど)のみを凍結乾燥し(これを試薬Aとする)、ピロリン酸および/またはピロリン酸塩の他、α−シクロデキストリン、フッ化ナトリウム、還元剤、マグネシウムイオン、サポニン、緩衝成分、その他の成分(例えば、培養細胞の溶解に必要な界面活性剤、グリセリン、BSA、キレート剤など)それぞれを使用時の溶液と同じ濃度となるように水に溶解した水溶液(これを試薬Bとする)とに分けて、凍結乾燥品(試薬A)を冷凍保存、また水溶液(試薬B)を冷蔵または冷凍保存するとよい。この場合、試薬Bを十分に室温に戻した後、試薬Aに加えて溶解し、溶液状態にしてから、使用するとよい。また、上記成分を2種類の培養細胞溶解試薬と発光試薬とに分割し、検体で発光反応を行わせる際に、全ての成分が混合されるような形態を取ることもできる。ルシフェリン/ルシフェラーゼの発光反応は、20℃〜25℃の温度の条件下で行うとよい。 The luminescent reagent of the present invention may be in an aqueous solution in which each component is dissolved, or may be in a lyophilized state. The luminescent reagent in an aqueous solution state is preferably supplied as a frozen product, and is used after sufficiently thawing to room temperature. When the luminescent reagent is freeze-dried, only the components that are relatively unstable in the solution (such as luciferin, adenosine triphosphate, and CoA) are freeze-dried (referred to as reagent A). , Pyrophosphate and / or pyrophosphate, α-cyclodextrin, sodium fluoride, reducing agent, magnesium ion, saponin, buffer component, other components (for example, surfactant necessary for lysis of cultured cells, glycerin , BSA, chelating agent, etc.) are separated into aqueous solutions (reagent B) dissolved in water to the same concentration as the solution at the time of use, and freeze-dried products (reagent A) are stored frozen. The aqueous solution (reagent B) may be stored refrigerated or frozen. In this case, the reagent B is sufficiently returned to room temperature, dissolved in the reagent A and made into a solution, and then used. In addition, when the above components are divided into two types of cultured cell lysis reagent and a luminescent reagent, and a luminescent reaction is performed on the specimen, all components can be mixed. The luminescence reaction of luciferin / luciferase is preferably performed under a temperature condition of 20 ° C to 25 ° C.
次に、多色発光ルシフェラーゼとして選択されたイリオモテボタル科由来の緑色発光ルシフェラーゼ、イリオモテボタル由来の橙色ルシフェラーゼ、さらには鉄道虫由来の赤色ルシフェラーゼが同時に発光している状態の試料より、各ルシフェラーゼ固有の光強度を測定するためには、3枚以上の任意の透過波長および透過率の色分離用のフィルター(分光フィルター)を利用するとよい。 Next, from the samples in which the green luciferase derived from Iriomote butterfly family selected as the multicolor luminescent luciferase, the orange luciferase derived from Iriomote butterfly, and the red luciferase derived from the railroad worm are simultaneously emitted, each luciferase specific In order to measure the light intensity, it is preferable to use a color separation filter (spectral filter) having three or more arbitrary transmission wavelengths and transmittances.
発光スペクトルを分析すると、イリオモテボタル科由来の緑色発光ルシフェラーゼは波長550 nm、イリオモテボタル由来の橙色ルシフェラーゼは580nm、さらに鉄道虫由来の赤色ルシフェラーゼは620nmを極大とした曲線を示す。しかしながら、緑色発光ルシフェラーゼの発光が消失する470 nmより短波長側において、温度・磁場などの外的要因でノイズとしてのシグナルが現れる(図1)。デュアルルシフェラーゼシステムなど、単色光の測定においてはそれが問題となることは少ないが、本システムにおける単色分離システムではこのノイズが測定結果に入内な誤差を生じさせる原因になる。そこで、本システムにおける緑色の半値幅がカバーでき、かつ電気化学的ノイズをカットすることが可能である520 nm〜370 nmまでの任意の波長から短波長側の光をカットする分光フィルターを使用することが必須である。この短波長側のシグナルをカットする分光フィルターをF1とする。さらに、520 nmより長波長側での分光フィルター2種を設定する。一例として、560 nmより短波長側の波長シグナルをカットする分光フィルターをF2、600 nmより短波長側の波長シグナルをカットする分光フィルターをF3とした。 When the emission spectrum is analyzed, a green light emitting luciferase derived from Iriomote botulinum has a wavelength of 550 nm, an orange luciferase derived from Iriomote botulata has a maximum of 580 nm, and a red luciferase derived from a railworm exhibits a maximum curve of 620 nm. However, a signal as noise appears due to external factors such as temperature and magnetic field at wavelengths shorter than 470 nm where the emission of green luciferase disappears (Figure 1). In the measurement of monochromatic light, such as a dual luciferase system, it is rarely a problem. However, in the monochromatic separation system in this system, this noise causes an error in the measurement result. Therefore, a spectral filter that cuts light on the short wavelength side from any wavelength from 520 nm to 370 nm, which can cover the full width at half maximum of green in this system and can cut electrochemical noise, is used. It is essential. Let F1 be a spectral filter that cuts this short wavelength signal. In addition, two types of spectral filters on the longer wavelength side than 520 nm are set. As an example, the spectral filter that cuts the wavelength signal shorter than 560 nm is F2, and the spectral filter that cuts the wavelength signal shorter than 600 nm is F3.
またF1、F2、F3から得られるシグナル値はそのまま各色の固有値(個々の発光量)を表さない。そこで、これらの分光フィルターを用いた場合の、色成分を分離定量するための計算方法を考案した。 In addition, the signal values obtained from F1, F2, and F3 do not directly represent eigenvalues (individual light emission amounts) of the respective colors. Therefore, we have devised a calculation method for separating and quantifying color components when these spectral filters are used.
3色の発光成分G(イリオモテボタル科由来の緑色発光ルシフェラーゼの発光)・O(イリオモテボタル由来の橙色ルシフェラーゼの発光)・R(鉄道虫由来の赤色ルシフェラーゼの発光)を3枚の分光フィルターで個々に測定する方法を示す。まず、発光成分G O、Rについて、分光フィルターF1使用時において光電子増倍管などの検出器よりシグナル値を取得する。この値は、Gにおいて80%以上のシグナル値、OおよびRにおいては100%の発光スペクトルをカバーしている。故にG・O・Rの全光値とみなすことができる。次に、分光フィルターF2使用時においてのG・O・Rのシグナル値を求め、F1のシグナル値で除算することにより、G・O・Rの分光フィルターF2の透過率fg2・fo2・fr2を求める。分光フィルターF3使用時においても同様に透過率fg3・fo3・fr3を求める。成分Gの発光による検出器のシグナル値をg、成分Oの発光による検出器のシグナル値をo、成分Rの発光による検出器のシグナル値をrをとする実試料において、分光フィルターF1使用時のシグナル値がL1、分光フィルターF2使用時のシグナル値がL2、分光フィルターF3使用時のシグナル値がL3とすると、シグナル値は分光フィルターの透過率に比例するので、
連立方程式
Three color components G (light emission of green luciferase from Iriomote butterfly), O (light emission of orange luciferase from Iriomote butterfly), R (light emission of red luciferase from railworm) individually with three spectral filters Shows the measurement method. First, signal values of the luminescent components GO and R are acquired from a detector such as a photomultiplier tube when the spectral filter F1 is used. This value covers a signal value of 80% or more in G and 100% emission spectrum in O and R. Therefore, it can be regarded as the total light value of G, O, and R. Next, obtain the G · O · R signal value when using the spectral filter F2 and divide by the F1 signal value to obtain the transmittance fg2, · fo2 · fr2 of the G · O · R spectral filter F2. . Similarly, the transmittances fg3, fo3, and fr3 are obtained when the spectral filter F3 is used. When the spectral filter F1 is used in a real sample where g is the detector signal value due to component G emission, o is the detector signal value due to component O emission, and r is the detector signal value due to component R emission. If the signal value is L1, the signal value when using the spectral filter F2 is L2, and the signal value when using the spectral filter F3 is L3, the signal value is proportional to the transmittance of the spectral filter.
Simultaneous equations
を成立させることが可能である。混合光中の緑色・橙色・赤色のシグナル値はそれぞれg・o・rであるから、この値を求める上記連立方程式を解くことによりそれを得ることが可能である。この連立方程式を解くにあたり、筆算でもその解を得ることができる。加えて、連立方程式の解法はガウス・ザイデル法、ガウスの消去法、トーマス法、変形これスキー法、逆行列を用いた演算方法等、様々な演算方法があるが、数学的に等価な計算方法をとる限り、g・o・rの値を求解できる。 Can be established. Since the green, orange, and red signal values in the mixed light are g, o, and r, respectively, it is possible to obtain them by solving the simultaneous equations for obtaining these values. In solving these simultaneous equations, the solution can also be obtained by handwriting. In addition, there are various methods for solving simultaneous equations, such as Gauss-Seidel method, Gaussian elimination method, Thomas method, modified Koresky method, and calculation method using inverse matrix. As long as is taken, the value of g · o · r can be solved.
上記は3色に限定しているが、発光成分は無限に増やすことができ、発光成分数と同数の分光フィルターを用意すればよい。 Although the above is limited to three colors, the number of light emitting components can be increased infinitely, and the same number of spectral filters as the number of light emitting components may be prepared.
この方法を実現するための発光測定装置は微弱な発光測定に適した光電子増倍管やCCDを備え、かつ分光フィルターを装着できれば良い。分光フィルターは、一般に市販されている蛍光波長測定用フィルターもしくは長波長透過フィルターを用いることが可能であるが、発光量の少ない成分をより効率良く透過する分光フィルターを選択するのが望ましい。発光量の測定は、所望の期間にわたり、所望の時間間隔で行えばよい。但し、多検体試料の多色発光ルシフェラーゼアッセイにおいては、発光反応開始から8時間までの0.1秒から10秒間あたりのそれぞれの検体からの発光量が測定される。このシステムでは、分光フィルターを切り換えてから測定するために、分光フィルターの枚数が増えるに従って測定に時間差が生じるが、本発明では発光試薬による発光キネティクスの安定化を施しているため、問題とはならない。
発光測定装置の一例の概略図を図9に示す。
The luminescence measuring device for realizing this method is only required to have a photomultiplier tube or CCD suitable for weak luminescence measurement and to be equipped with a spectral filter. As the spectral filter, a commercially available filter for measuring fluorescence wavelength or a long wavelength transmission filter can be used. However, it is desirable to select a spectral filter that efficiently transmits a component having a small light emission amount. The light emission amount may be measured at a desired time interval over a desired period. However, in the multicolor luminescence luciferase assay of a multi-sample, the amount of luminescence from each sample is measured per 0.1 second to 10 seconds from the start of the luminescent reaction to 8 hours. In this system, since the measurement is performed after switching the spectral filter, a time difference occurs in the measurement as the number of the spectral filters increases. However, in the present invention, since the luminescence kinetics is stabilized by the luminescent reagent, there is no problem. .
A schematic diagram of an example of a luminescence measuring apparatus is shown in FIG.
発光測定装置の一例の概略図を図9に示す。試料台に、複数発光遺伝子が導入された細胞培養用プレートが設置される。検出試薬を試料に混合して発光を得るため、検出試薬が送液ポンプの動力により、送液パイプラインを通じて分注装置に送られる。分注装置は試料に対する検出試薬の液量を調節する。分注量はコンピュータで制御可能である。分注操作は測定前に全ての検体に対して行われる。モーター1が駆動することにより試料台が水平方向に移動することにより、検体に対して等量の検出試薬が混合される。さらに、分注後、モーター1により試料台を水平方向に振動させることも可能であり検体と検出試薬が均等に混じることを可能とする。検体から発せられた光は集光レンズにより分光フィルターに集光される。フィルター装着板は円盤状で、複数枚のフィルターが固定でき、測定者の希望するフィルターを、モーター2を回転させることにより選択可能である。また、分光フィルターの選択をコンピュータ制御し、連続的に異なる分光フィルターの切替を迅速に行わせる。分光フィルターを透過した光は、検出器に導入される。検出器において発光シグナルを電気シグナルに変換し、その値がコンピュータに転送される。コンピュータは、転送されたデータに基づき、各発光成分の値を計算するプログラムも有する。 A schematic diagram of an example of a luminescence measuring apparatus is shown in FIG. A cell culture plate into which a plurality of luminescent genes are introduced is placed on a sample stage. In order to obtain light emission by mixing the detection reagent with the sample, the detection reagent is sent to the dispensing device through the liquid feed pipeline by the power of the liquid feed pump. The dispensing device adjusts the amount of the detection reagent with respect to the sample. The amount dispensed can be controlled by a computer. The dispensing operation is performed on all samples before measurement. When the motor 1 is driven and the sample stage moves in the horizontal direction, an equal amount of detection reagent is mixed with the specimen. Further, after dispensing, the sample stage can be vibrated in the horizontal direction by the motor 1, and the sample and the detection reagent can be mixed evenly. The light emitted from the specimen is condensed on the spectral filter by the condenser lens. The filter mounting plate is disk-shaped, a plurality of filters can be fixed, and the filter desired by the measurer can be selected by rotating the motor 2. In addition, the selection of spectral filters is controlled by a computer so that different spectral filters can be switched quickly. The light transmitted through the spectral filter is introduced into the detector. In the detector, the luminescence signal is converted into an electrical signal and the value is transferred to a computer. The computer also has a program for calculating the value of each light emitting component based on the transferred data.
L1の値を分光フィルターF1を使用せずに測定した場合、橙色ルシフェラーゼを単独で発光させ検討した。前述の通り、520 nm以下の波長域で電気的ノイズが特に緑色・橙色ルシフェラーゼを発光させた時顕著に表れる傾向にある。分光フィルターF1を使用しないで単色光値を算出した場合、算出されるべきではない緑色ルシフェラーゼの発光値が算出される。この値は単独で発光させている橙色ルシフェラーゼの発光値の1%程度である(図2)。 When the value of L1 was measured without using the spectral filter F1, the orange luciferase was allowed to emit light alone and examined. As described above, electrical noise tends to be noticeable particularly when green / orange luciferase emits light in the wavelength range of 520 nm or less. When the monochromatic light value is calculated without using the spectral filter F1, the luminescence value of green luciferase that should not be calculated is calculated. This value is about 1% of the luminescence value of orange luciferase emitting alone (FIG. 2).
本発明は、多検体試料における多色発光を行わせた甲虫ルシフェラーゼ量の測定(ルシフェラーゼアッセイ)に利用することができる。ルシフェラーゼアッセイは、レポータージーンにルシフェラーゼ遺伝子を用いてその発光活性を測定することにより、遺伝子の転写活性を調べる方法である。例えば、解析対象のプロモーター下流にルシフェラーゼ遺伝子を結合させたベクターを培養細胞にトランスフェクションし、培養を行う。細胞の増殖過程で、プロモーターの転写活性が強ければ細胞内に多くのルシフェラーゼ酵素が産生され、また、活性が弱ければルシフェラーゼ酵素の産生量が低下する。本発明によるルシフェリン/ルシフェラーゼの発光反応により、ルシフェラーゼ酵素の量を高感度かつ簡便に定量することができる。ルシフェラーゼアッセイは、遺伝子発現の解析(プロモーター、エンハンサーの転写活性解析)、細胞中のmRNAの作用機序の解析、レセプターなど遺伝子調節機能を持つ蛋白質の構造と作用機序の解明、トランスジェニック植物における器官特異的な発現様式の解析などに利用することができる。 The present invention can be used for measurement of a beetle luciferase amount (luciferase assay) in which multicolor emission is performed in a multi-sample. The luciferase assay is a method for examining the transcriptional activity of a gene by measuring the luminescence activity using a luciferase gene as a reporter gene. For example, a cultured cell is transfected with a vector in which a luciferase gene is bound downstream of the promoter to be analyzed, and cultured. In the cell growth process, if the transcriptional activity of the promoter is strong, many luciferase enzymes are produced in the cell, and if the activity is weak, the amount of luciferase enzyme produced decreases. The amount of luciferase enzyme can be quantified with high sensitivity and ease by the luminescence reaction of luciferin / luciferase according to the present invention. Luciferase assay includes gene expression analysis (promoter and enhancer transcriptional activity analysis), analysis of mRNA action mechanism in cells, elucidation of the structure and action mechanism of proteins such as receptors and gene regulatory functions, in transgenic plants It can be used to analyze organ-specific expression patterns.
このルシフェラーゼアッセイを更に高機能化させるべく考案されたのが多色発光同時測定による多色ルシフェラーゼ測定システムである。従来の単一シグナルによるルシフェラーゼアッセイ法では、発光反応自体のバラツキにより、アッセイデータの評価が困難とされてきた。このため、ホタルとは全く異なり互いに相互作用しない別種の発光反応系を導入し、2種類のルシフェラーゼ活性を個々に測定することから内部標準レポーターに対する対象レポーターの転写活性効率を決定する、いわゆる、デュアルルシフェラーゼアッセイ法が導入された。しかしこの方法では、高価な発光基質ならびに2ステップの反応を行う必要性などから、コスト及び操作性において、HTS(High-Throughput Screening)法など産業用途への適用が進んでいなかった。 A multicolor luciferase measurement system based on simultaneous multicolor luminescence measurement has been devised to further enhance the functionality of this luciferase assay. In conventional luciferase assay methods using a single signal, it has been difficult to evaluate assay data due to variations in the luminescence reaction itself. For this reason, a different kind of luminescent reaction system that does not interact with each other is introduced, which is completely different from fireflies, and the two types of luciferase activities are individually measured, so that the transcription activity efficiency of the target reporter relative to the internal standard reporter is determined. A luciferase assay was introduced. However, this method has not been applied to industrial uses such as the HTS (High-Throughput Screening) method in terms of cost and operability due to the necessity of performing an expensive luminescent substrate and a two-step reaction.
これに対し、発光甲虫由来で発光色の異なるルシフェラーゼは共通の発光基質で発光反応を行う。そこで発光色の異なるルシフェラーゼをそれぞれ同時に発光させ、それぞれの色調の差異と発光量を示す発光スペクトルを分光フィルターで分離できれば、それぞれの発光量を一回の測定ステップで定量できる。多色ルシフェラーゼ発光同時測定システムにより、1回の反応(1ステップ)から複数のシグナルが測定可能となる。このシステムにより、2種類の転写活性を2色の発光量からそれぞれ同時に測定する一方で、残る1色による発光量を内部標準とすることから、測定した2種類の転写活性を補正し、より精度の高い複数の転写活性の評価が可能となる。 In contrast, luciferases derived from luminescent beetles and having different emission colors perform a luminescent reaction with a common luminescent substrate. Therefore, if luciferases having different emission colors are simultaneously emitted and the emission spectra indicating the difference in color tone and the emission amount can be separated by the spectral filter, each emission amount can be quantified in one measurement step. A multicolor luciferase luminescence simultaneous measurement system makes it possible to measure a plurality of signals from one reaction (one step). With this system, two types of transcriptional activity are measured simultaneously from the amount of luminescence of two colors, while the amount of luminescence of the remaining one color is used as an internal standard, so that the two types of transcriptional activity measured are corrected for more accuracy. Multiple transcriptional activities can be evaluated.
本発明は、本発明の発光試薬を含む多検体用アッセイキットも提供する。本発明のキットは、本発明の発光試薬の他、取扱説明書、大まかな使用法を示した操作法のフローチャート、混合光から単色光を算出する原理を記載した書類、計算式を含んだプログラムなどを同梱するとよい。 The present invention also provides a multi-analyte assay kit comprising the luminescent reagent of the present invention. In addition to the luminescent reagent of the present invention, the kit of the present invention includes an instruction manual, a flow chart of an operating method showing rough usage, a document describing the principle of calculating monochromatic light from mixed light, and a program containing a calculation formula Etc.
取扱説明書には、発光反応の概要や測定原理、製品の特徴、保存条件、試薬の調製法ならびに操作法、関連製品、トラブルシューティングなどが記載されているとよい。本発明のキットは、さらに、用途に応じて、標準品となるルシフェラーゼ酵素(ルシフェラーゼアッセイに用いる場合)などを含んでもよい。 The instruction manual should include an outline of the luminescent reaction, measurement principle, product characteristics, storage conditions, reagent preparation and operation methods, related products, troubleshooting, and the like. The kit of the present invention may further contain a luciferase enzyme (when used in a luciferase assay) as a standard product, depending on the application.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これらの実施例は本発明の範囲を限定するものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but these examples do not limit the scope of the present invention.
ホタルモドキ科の鉄道虫Phrixothrix hirtus由来の赤色ルシフェラーゼ遺伝子(RED)を発現するpEX-Red、イリオモテボタル科のRhagophthalmidae Ohbai 由来の緑色ルシフェラーゼ(ROL)遺伝子を発現するpEX-ROL、イリオモテボタル科のRhagophthalmidae Ohbai 由来の緑色ルシフェラーゼ(ROL)遺伝子の部位特異的変異体の橙色ルシフェラーゼ(ROLO)遺伝子を発現する pEX-ROLO、の3種類の各ルシフェラーゼ発現ベクターのプラスミドを用意した。それぞれの発現ベクターは、市販のピッカジーンコントロールベクター2(製造番号:PGV-C2:東洋インキ製造(株)製)を用い、ベクター上のluc+遺伝子をそれぞれRED、ROL、ROLO遺伝子と置換して調製した。
37℃、5%のCO2の条件下でHam’s F-12培地(GIBCO社製)/10%ウシ胎児血清(FBS, 日本製薬社製)培地により培養したCHO細胞(チャイニーズハムスター卵巣細胞)を用いた。96 wellプレート(Corning社製 No.3610)にCHO細胞が2×104 cells/well/100 μlとなるよう培養し、リポフェクトアミンプラス試薬(Invitrogen社製)を用いて200 ngの3種のプラスミドpEX-Red 、pEX-ROL、pEX-ROLO各プラスミドをCHO細胞に導入(トランスフェクション)した。トランスフェクション後24時間培養したCHO細胞培養液に対して、100 μlの1液系多色発光用のルシフェラーゼ発光試薬〔1.06 mM ATP/1.88 mM ルシフェリン/540 μM CoA/4.9 mM DTT(ジチオスレイトール)/5.34 mM MgSO4/7.5%α−シクロデキストリン/0.01% Triton X-100/100 mM トリス−塩酸(pH 7.8)〕を添加した。次に、96 well プレートをプレート振とう器(TAITEC社製TAIYO MICRO MIXER S-5)を用いて5分間96 well プレートの撹拌操作を行った後、ルミノメーター(Berthold社製 LB96V)によって得られる発光反応開始から130分間における3色(緑色、橙色、赤色)の発光強度の経時変化を比較した結果を図3に示した。発光半減期は、緑色、橙色、赤色でそれぞれ4.5時間、2.25時間、2.5時間となる結果を得た。
PEX-Red expressing the red luciferase gene (RED) from the firefly Phrixothrix hirtus, pEX-ROL expressing the green luciferase (ROL) gene from Rhagophthalmidae Ohbai, Rhagophthalmidae Ohbai Plasmids of three types of luciferase expression vectors, pEX-ROLO, which expresses an orange luciferase (ROLO) gene, which is a site-specific mutant of the green luciferase (ROL) gene derived from the luciferase, were prepared. Each expression vector was prepared by replacing the luc + gene on the vector with the RED, ROL, and ROLO genes using the commercially available Picker Gene Control Vector 2 (Production Number: PGV-C2: manufactured by Toyo Ink Co., Ltd.). did.
Use CHO cells (Chinese hamster ovary cells) cultured in Ham's F-12 medium (GIBCO) / 10% fetal bovine serum (FBS, Nippon Pharmaceutical) under conditions of 37 ° C and 5% CO 2 It was. Cultivate CHO cells to 2 × 10 4 cells / well / 100 μl in a 96-well plate (Corning No. 3610) and use lipofectamine plus reagent (Invitrogen) to prepare 3 types of 200 ng. Plasmids pEX-Red, pEX-ROL, and pEX-ROLO were introduced (transfected) into CHO cells. 100 μl of luciferase luminescence reagent for single-color multicolor luminescence [1.06 mM ATP / 1.88 mM luciferin / 540 μM CoA / 4.9 mM DTT (dithiothreitol) for CHO cell culture cultured for 24 hours after transfection /5.34 mM MgSO 4 /7.5% α-cyclodextrin / 0.01% Triton X-100 / 100 mM Tris-hydrochloric acid (pH 7.8)] was added. Next, the 96 well plate was stirred for 5 minutes using a plate shaker (TAIYO MICRO MIXER S-5, manufactured by TAITEC), and then the luminescence obtained by the luminometer (LB96V, manufactured by Berthold) FIG. 3 shows the results of comparing changes over time in the emission intensity of the three colors (green, orange, red) in 130 minutes from the start of the reaction. The emission half-lives were 4.5 hours, 2.25 hours, and 2.5 hours for green, orange, and red, respectively.
ホタルモドキ科の鉄道虫Phrixothrix hirtus由来の赤色ルシフェラーゼ遺伝子(RED)、イリオモテボタル科のRhagophthalmidae Ohbai 由来の緑色ルシフェラーゼ(ROL)遺伝子、イリオモテボタル科のRhagophthalmidae Ohbai 由来の緑色ルシフェラーゼ(ROL)遺伝子の部位特異的変異体の橙色ルシフェラーゼ(ROLO)遺伝子を、それぞれバキュロウイルス/カイコによるタンパク発現システム(片倉工業株式会社のSuperworm System)を利用し、それぞれ3種類のカイコ産生ルシフェラーゼ粗酵素標品を得た。
3種類のカイコ産生ルシフェラーゼ粗酵素標品を、以下の比率で混合した。
(1)緑色ルシフェラーゼをコントロールとした系
1.緑色:赤色:橙色=100:100:0
2.緑色:赤色:橙色=100:75:25
3.緑色:赤色:橙色=100:50:50
4.緑色:赤色:橙色=100:25:75
5.緑色:赤色:橙色=100:0:100
(2)赤色ルシフェラーゼをコントロールとした系
緑色:赤色:橙色=100:100:0
緑色:赤色:橙色=75:100:25
緑色:赤色:橙色=50:100:50
緑色:赤色:橙色=25:100:75
緑色:赤色:橙色=0:100:100
混合したライゼート20 μlを96 wellプレート(Corning社製 No.3610)に分注した。多色発光用のルシフェラーゼ発光試薬として、530 μM ATP/470 μM ルシフェリン/2 mM AED/5 mM MgSO4/0.1%α−シクロデキストリン/0.1 mM ピロリン酸カリウム/0.01%サポニン/20 mM NaF/100 mM トリス−リン酸(pH 8.0)を調製した。分光フィルターF1として、370 nm以上の光を透過するフィルターであるシャープカットフィルターL37(HOYA OPTRONICS社製)、分光フィルターF2として、560 nm以上の光を透過するフィルターであるシャープカットフィルターO56(HOYA OPTRONICS社製)、分光フィルターF3として600 nm以上の光を透過するフィルターであるシャープカットフィルターR60(HOYA OPTRONICS社製)をフィルター切り替え機能付きルミノメーター(Berthold社製 Mithras)に装着し、制御プログラムにより自動切替が可能な設定を行った。次に、上記発光試薬を96 wellプレートに添加し、96 well プレートをプレート振とう器(TAITEC社製TAIYO MICRO MIXER S-5)を用いて5分間96 well プレートの撹拌操作を行った。それぞれの分光フィルターから透過したシグナルを30秒間ずつ測定し、混合光から単色光を分離し、混合比率100の発光量値を100として、各色の発光量値をプロットした(図4)。また、もう一方の実験系として、分光フィルターF1を440 nm以上の光を透過するフィルターであるシャープカットフィルターY44(HOYA OPTRONICS社製)に変更し、上記と同様にF1、F2、F3を透過したシグナル値を測定し、混合光から単色光を計算により分離し、混合比率100の発光量値を100として、各色の発光量値をプロットした(図5)。分光フィルターF1をL37もしくはY44のいずれを使用した場合でも、同時に発光させた反応系で他の2色による発光量を、色識別が可能であり、酵素の混合比率と同一の値を算出できることが確認された(図6,7)。さらに、緑、赤の各色のルシフェラーゼをコントロールとした場合でも同様に酵素の混合比率と同一の値を得ることが可能であった。
なお、本実施例の実験において、分光フィルターF1として380 nm以上の光を透過するフィルター、390 nm以上の光を透過するフィルター、420 nm以上の光を透過するフィルター、480 nm以上の光を透過するフィルター、500 nm以上の光を透過するフィルター、520 nm以上の光を透過するフィルター、同様の結果が得られる。また、橙色ルシフェラーゼをコントロールとした場合でも単色光値を上記と同様に得られる。
Site-specific red luciferase gene (RED) from the firefly Phrixothrix hirtus, green luciferase (ROL) gene from Rhagophthalmidae Ohbai, green luciferase (ROL) gene from Rhagophthalmidae Ohbai from Iriomote family The mutant orange luciferase (ROLO) gene was obtained using a baculovirus / silkworm protein expression system (Superworm System, Katakura Industry Co., Ltd.), and three silkworm-produced luciferase crude enzyme preparations were obtained.
Three silkworm-produced luciferase crude enzyme preparations were mixed in the following ratios.
(1) System using green luciferase as a control Green: Red: Orange = 100: 100: 0
2. Green: Red: Orange = 100: 75: 25
3. Green: Red: Orange = 100: 50: 50
4). Green: Red: Orange = 100: 25: 75
5). Green: Red: Orange = 100: 0: 100
(2) System using red luciferase as control green: red: orange = 100: 100: 0
Green: Red: Orange = 75: 100: 25
Green: Red: Orange = 50: 100: 50
Green: Red: Orange = 25: 100: 75
Green: Red: Orange = 0: 100: 100
20 μl of the mixed lysate was dispensed into a 96 well plate (Corning No. 3610). As a luciferase luminescence reagent for multicolor luminescence, 530 μM ATP / 470 μM luciferin / 2 mM AED / 5 mM MgSO 4 /0.1% α-cyclodextrin / 0.1 mM potassium pyrophosphate / 0.01% saponin / 20 mM NaF / 100 mM Tris-phosphate (pH 8.0) was prepared. Sharp cut filter L37 (manufactured by HOYA OPTRONICS) is a filter that transmits light of 370 nm or more as spectral filter F1, and sharp cut filter O56 (HOYA OPTRONICS) is a filter that transmits light of 560 nm or more as spectral filter F2. A sharp cut filter R60 (made by HOYA OPTRONICS) that transmits light of 600 nm or more as a spectral filter F3 is mounted on a luminometer with filter switching function (Mithras made by Berthold) and automatically controlled by a control program Settings that can be switched were made. Next, the luminescent reagent was added to a 96-well plate, and the 96-well plate was stirred for 5 minutes using a plate shaker (TAIYO MICRO MIXER S-5 manufactured by TAITEC). Signals transmitted from the respective spectral filters were measured for 30 seconds each, monochromatic light was separated from the mixed light, and the luminescence value of each color was plotted with the luminescence value at a mixing ratio of 100 as 100 (FIG. 4). In addition, as another experimental system, the spectral filter F1 was changed to a sharp cut filter Y44 (made by HOYA OPTRONICS) that is a filter that transmits light of 440 nm or more, and F1, F2, and F3 were transmitted in the same manner as described above. The signal value was measured, monochromatic light was separated from the mixed light by calculation, and the luminescence value of each color was plotted with the luminescence value at a mixing ratio of 100 as 100 (FIG. 5). Regardless of whether the spectral filter F1 is L37 or Y44, it is possible to distinguish the light emission amounts of the other two colors in the reaction system that emits light at the same time, and the same value as the enzyme mixing ratio can be calculated. It was confirmed (Figures 6 and 7). Further, even when green and red luciferases were used as controls, it was possible to obtain the same value as the mixing ratio of the enzymes.
In the experiment of this example, as the spectral filter F1, a filter that transmits light of 380 nm or more, a filter that transmits light of 390 nm or more, a filter that transmits light of 420 nm or more, and a light that transmits 480 nm or more Filters that transmit light above 500 nm, filters that transmit light above 520 nm, and similar results. Even when orange luciferase is used as a control, a monochromatic light value can be obtained in the same manner as described above.
ホタルモドキ科の鉄道虫Phrixothrix hirtus由来の赤色ルシフェラーゼ遺伝子(RED)がSV40プロモーター制御下で恒常的に発現するように設計したpEX-Red-SV40、イリオモテボタル科のRhagophthalmidae Ohbai 由来の緑色ルシフェラーゼ(ROL)遺伝子がフォルスコリンにより発現を誘導する転写因子結合配列CREを結合したpEX-ROL-CRE、イリオモテボタル科のRhagophthalmidae Ohbai 由来の緑色ルシフェラーゼ(ROL)遺伝子の部位特異的変異体の橙色ルシフェラーゼ(ROLO)遺伝子が腫瘍壊死因子−アルファ(TNF-α)により発現を誘導する転写因子結合配列NFκBを結合した pEX-ROLO-NF、の3種類の各ルシフェラーゼ発現ベクターのプラスミドを用意した。
37℃、5%のCO2の条件下でダルベッコ改変イーグル培地(DMEM, SIGMA社製)/10%ウシ胎児血清(FBS, 日本製薬社製)培地により培養したNIH3T3細胞を用いた。96 wellプレート(Corning社製 No.3610)にNIH3T3細胞が2×104 cells/well/100 μl となるよう培養し、リポフェクトアミン2000試薬(Invitrogen社製)を用いてpEX-Red-SV40wo
100 ng、 pEX-ROL-CRE を50 ng、pEX-ROLO-NFを50 ngのプラスミドをNIH3T3内に導入(トランスフェクション)した。24時間培養後、上記遺伝子の発現を誘導するために、10 μM フォルスコリンもしくは10 μg / ml TNF-αを含むダルベッコ改変イーグル培地に置換した。コントロールとして、薬剤を含まないダルベッコ改変イーグル培地に交換する操作のみを行った実験区を設定した。37℃、5%のCO2の条件下で8時間培養し、細胞を培養しているウェルに、多色発光用のルシフェラーゼ発光試薬[530 μM ATP/470 μM ルシフェリン/2 mM AED/5 mM MgSO4/0.1%α−シクロデキストリン/0.1 mM ピロリン酸カリウム/2%シクロデキストリンα/20 mM NaF/100 mM トリス−リン酸(pH 8.0)]を添加した。次に、96 well プレートをプレート振とう器(TAITEC社製TAIYO MICRO MIXER S-5)を用いて5分間96 well プレートの撹拌操作を行った後、分光フィルターF1として、370 nm以上の光を透過するフィルターであるシャープカットフィルターL37(HOYA OPTRONICS社製)、分光フィルターF2として、560 nm以上の光を透過するフィルターであるシャープカットフィルターO56(HOYA OPTRONICS社製)、分光フィルターF3として600 nm以上の光を透過するフィルターであるシャープカットフィルターR60(HOYA OPTRONICS社製)をフィルター切り替え機能付きルミノメーター(Berthold社製 Mithras)に装着し、制御プログラムにより自動切替が可能な設定を行った。各wellにおける、3種の分光フィルターから透過したシグナルを10秒間ずつ測定し、得られた値よりから単色光を分離定量した。緑色・橙色ルシフェラーゼの発光値を赤色ルシフェラーゼの発光値で除算し、コントロール区でのその値を1とした。フォルスコリンもしくはTNF-α誘導区においても緑色・橙色ルシフェラーゼの発光値を赤色ルシフェラーゼの値で除算して、値を得た。それらを比較すると、フォルスコリン誘導区では緑色ルシフェラーゼが、TNF-α誘導区では橙色ルシフェラーゼの発光値が有意に上昇しているのが確認された(図8)。故に、フォルスコリン誘導区ではCREが、TNF-α誘導区ではNFκB配列が遺伝子発現の上昇に関与している既報の実験結果と一致した(Gonzalez GA, Yamamoto KK, Fischer WH, Karr D, Menzel P, Biggs W 3rd, Vale WW, and Montminy MR. Nature (1989) 337, 749-52.およびGhosh S, May MJ and Kopp EB. Annu Rev Immunol. (1998) 16,225-60.)。
PEX-Red-SV40 designed to express the red luciferase gene (RED) from the firefly Phrixothrix hirtus constitutively under the control of the SV40 promoter, green luciferase (ROL) from Rhagophthalmidae Ohbai PEX-ROL-CRE with transcription factor binding sequence CRE that induces expression by forskolin, site-specific variant of orange luciferase (ROLO) gene from green luciferase (ROL) gene derived from Rhagophthalmidae Ohbai PEX-ROLO-NF, which binds a transcription factor binding sequence NFκB that induces expression by tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), was prepared as a plasmid for each of the three luciferase expression vectors.
NIH3T3 cells cultured in Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM, manufactured by SIGMA) / 10% fetal bovine serum (FBS, manufactured by Nippon Pharmaceutical Co., Ltd.) under the conditions of 37 ° C. and 5% CO 2 were used. NIH3T3 cells are cultured in a 96-well plate (Corning No. 3610) at 2 × 10 4 cells / well / 100 μl and pEX-Red-SV40wo using Lipofectamine 2000 reagent (Invitrogen).
Plasmids of 100 ng, pEX-ROL-CRE 50 ng, and pEX-ROLO-NF 50 ng were introduced (transfected) into NIH3T3. After incubating for 24 hours, in order to induce the expression of the above gene, it was replaced with Dulbecco's modified Eagle medium containing 10 μM forskolin or 10 μg / ml TNF-α. As a control, an experimental group was set in which only the operation of exchanging with a Dulbecco's modified Eagle medium containing no drug was performed. The cells are cultured for 8 hours under conditions of 37 ° C. and 5% CO 2 , and luciferase luminescence reagent for multicolor luminescence [530 μM ATP / 470 μM luciferin / 2 mM AED / 5 mM MgSO 4 / 0.1% α-cyclodextrin / 0.1 mM potassium pyrophosphate / 2% cyclodextrin α / 20 mM NaF / 100 mM tris-phosphate (pH 8.0)] was added. Next, the 96-well plate was stirred for 5 minutes using a plate shaker (TAIYO MICRO MIXER S-5, manufactured by TAITEC), and then the light of 370 nm or more was transmitted as the spectral filter F1. Sharp cut filter L37 (manufactured by HOYA OPTRONICS), a filter that transmits light of 560 nm or more as a spectral filter F2, Sharp cut filter O56 (manufactured by HOYA OPTRONICS), as a spectral filter F3, and 600 nm or more as a spectral filter F3 A sharp cut filter R60 (made by HOYA OPTRONICS), a filter that transmits light, was mounted on a luminometer with filter switching function (Mithras, manufactured by Berthold), and a setting that allows automatic switching by a control program was performed. Signals transmitted from the three types of spectral filters in each well were measured for 10 seconds, and monochromatic light was separated and quantified from the obtained values. The luminescence value of green / orange luciferase was divided by the luminescence value of red luciferase, and the value in the control group was taken as 1. In the forskolin or TNF-α induction group, the luminescence value of green / orange luciferase was divided by the value of red luciferase to obtain a value. When these were compared, it was confirmed that the luminescence value of green luciferase was significantly increased in the forskolin induction group and the orange luciferase was increased in the TNF-α induction group (FIG. 8). Therefore, CRE in the forskolin-induced zone and NFκB sequence in the TNF-α-induced zone were consistent with the reported experimental results (Gonzalez GA, Yamamoto KK, Fischer WH, Karr D, Menzel P , Biggs W 3rd, Vale WW, and Montminy MR. Nature (1989) 337, 749-52. And Ghosh S, May MJ and Kopp EB. Annu Rev Immunol. (1998) 16,225-60.).
本発明の多色発光同時測定用ルシフェラーゼ発光方法・単色光分離定量システムは、発光反応を1回行うだけで発光色の異なる複数のシフェラーゼによる発光量が同時に測定でき、従来の2倍から3倍のシグナルを得る高機能化されたルシフェラーゼアッセイなどに利用できる。従って、本発明の多色発光同時測定用ルシフェラーゼ発光方法を利用することにより、複数遺伝子の転写活性の同時測定を簡便に行うことができ、ゲノム創薬分野等に応用展開の可能性を拡げる。 The luciferase emission method and monochromatic light separation and quantification system for simultaneous multicolor emission measurement of the present invention can simultaneously measure the amount of luminescence by a plurality of luciferases with different emission colors by performing a luminescence reaction once, which is 2 to 3 times the conventional amount. It can be used for a highly functional luciferase assay for obtaining a signal of Therefore, by using the luciferase luminescence method for simultaneous multicolor luminescence measurement of the present invention, simultaneous measurement of the transcriptional activity of a plurality of genes can be easily performed, and the possibility of application development in the field of genomic drug discovery and the like is expanded.
Claims (12)
Using the results measured using the system according to claim 1 or 2 and / or the reagent according to any of claims 3 to 5, between a combination of two or more reporters or two or more inducers A method of measuring the difference or the difference when using a single reporter.
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