JP2008099700A - Method for forming stable complex of transcription product and translation product of DNA encoding arbitrary polypeptide, nucleic acid construct used in the method, complex formed by the method, and functionality utilizing the method Screening of protein and mRNA or DNA encoding the protein - Google Patents
Method for forming stable complex of transcription product and translation product of DNA encoding arbitrary polypeptide, nucleic acid construct used in the method, complex formed by the method, and functionality utilizing the method Screening of protein and mRNA or DNA encoding the protein Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、任意のポリペプチドをコードするDNAの転写産物と翻訳産物との複合体を形成させる方法、該方法に用いる核酸構築物、該方法により形成される複合体、並びに該方法を利用した機能性タンパク質および該タンパク質をコードするmRNAまたはDNAのスクリーニングに関する。 The present invention relates to a method of forming a complex of a transcription product and a translation product of a DNA encoding an arbitrary polypeptide, a nucleic acid construct used in the method, a complex formed by the method, and a function using the method The present invention relates to screening of sex protein and mRNA or DNA encoding the protein.
一群のアミノ酸のランダムな配列から機能性タンパク質を選択および同定する方法は、近年その重要性が高まっている。ファージディスプレイ法やツーハイブリッド法などのような特定の機能性タンパク質の選択に有効なスクリーニング系の多くは、生細胞を利用する(Fields, S. 他 Nature 1989, 340, 245-246(非特許文献1). Harada, K. 他 Nature 1996, 380, 175-179(非特許文献2). Moore, J. C. 他 Nature Biotech. 1996, 14, 458-467(非特許文献3). Schatz, P. J. 他 Methods Enzymol. 1996, 267, 171-191(非特許文献4). Boder, E.T.他 Nature Biotech. 1997, 15, 553-557(非特許文献5). Smith, G. P. 他 Chem, Rev. 1997, 97, 391-410(非特許文献6).)。このような選択系においては、選択したタンパク質(表現型)をコードする配列情報(遺伝子型)は、適切な表現型を提示する各細胞に導入されたDNAから決定される。遺伝子型と表現型の連結は、ランダムな配列から機能性タンパク質を選択する際における一つの重要な決定因子である。 Methods for selecting and identifying functional proteins from a random sequence of a group of amino acids have become increasingly important in recent years. Many screening systems that are effective in selecting specific functional proteins, such as phage display and two-hybrid methods, use living cells (Fields, S. et al. Nature 1989, 340, 245-246 (non-patent literature). 1). Harada, K. et al. Nature 1996, 380, 175-179 (Non-Patent Document 2). Moore, JC et al. Nature Biotech. 1996, 14, 458-467 (Non-patent Document 3). Schatz, PJ et al. Methods Enzymol 1996, 267, 171-191 (Non-patent Document 4). Boder, ET et al. Nature Biotech. 1997, 15, 553-557 (Non-patent Document 5). Smith, GP et al. Chem, Rev. 1997, 97, 391- 410 (non-patent document 6).). In such a selection system, sequence information (genotype) encoding the selected protein (phenotype) is determined from the DNA introduced into each cell presenting the appropriate phenotype. Genotype-phenotype linking is an important determinant in selecting functional proteins from random sequences.
しかし、このような方法が生細胞に依存する限り、配列ライブラリーの多様性には限界がある。例えば、トランスフェクションの効率が低いこと、提示されるタンパク質のサイズに限界があること、並びに、細胞に対して有害なタンパク質の選択は不可能であるために対象となるタンパク質の性質に制限があることを理由として、ライブラリーの多様性に限界が生じる。 However, as long as such methods depend on living cells, the diversity of sequence libraries is limited. For example, the transfection efficiency is low, the size of the displayed protein is limited, and the nature of the protein of interest is limited due to the inability to select proteins that are harmful to cells This limits the diversity of the library.
これらの問題を克服するために、無細胞系でタンパク質を選択するためのいくつかの方法が開発されている(Mattheakis, L. C. 他 Proc. Natl, Acad. Sci. USA 1994, 91, 9022-9026(非特許文献7). Mattheakis, L. C. 他 Methods Enzymol. 1996, 267, 195-207(非特許文献8). Hanes, J. 他 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 4937-4942(非特許文献9). He, M. 他 Nuclelic Acids Res. 1997, 25, 5132-5134(非特許文献10). Nemoto, N. 他 FEES Lett. 1997, 414, 405-408(非特許文献11). Roberts, R. W. 他 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 12297-12302(非特許文献12). Hanes, J. 他 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1998, 95, 14130-14135(非特許文献13). Tawfik, D. S. 他 Nature Biotech. 1998, 16, 652-656(非特許文献14). Doi, N. 他 FEBS Lett. 1999, 457, 227-230(非特許文献15). Hanes, J. 他 FEES Lett. 1999, 450, 105-110(非特許文献16). Makeyev, E. V. 他 FEBS Lett. 1999, 444, 177-180(非特許文献17). He, M. 他 J. Immunol. Methods 1999, 231, 105-117(非特許文献18). Schaffitzel, C. 他 J. Immunol. Methods 1999, 231, 119-135(非特許文献19). Hanes, J. 他 Nat. Biotechnol. 2000, 18, 1287-1292(非特許文献20). Hanes, J. 他 Methods Enzymol. 2000, 328, 404-430(非特許文献21).)。
具体的には、リボゾームディスプレイ法、タンパク質-mRNA共有結合融合法、およびミセル法などが挙げられる。しかし、現在利用可能な無細胞系は、多様性を減縮させる操作を含むので、一般的には実用化が困難である。
To overcome these problems, several methods for selecting proteins in cell-free systems have been developed (Mattheakis, LC et al. Proc. Natl, Acad. Sci. USA 1994, 91, 9022-9026 ( Non-patent literature 7). Mattheakis, LC et al. Methods Enzymol. 1996, 267, 195-207 (non-patent literature 8). Hanes, J. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 4937-4942 He, M. et al. Nuclelic Acids Res. 1997, 25, 5132-5134 (Non-patent Document 10). Nemoto, N. et al. FEES Lett. 1997, 414, 405-408 (Non-patent Document 11). Roberts, RW et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 12297-12302 (Non-Patent Document 12). Hanes, J. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1998, 95, 14130-14135 Tawfik, DS et al. Nature Biotech. 1998, 16, 652-656 (Non-patent Document 14). Doi, N. et al. FEBS Lett. 1999, 457, 227-230 (Non-patent Document 15). Hanes, J. et al. FEES Lett. 1999, 450, 105-110 (Non-patent Document 16). Makeyev, EV et al. FEBS Lett. 1999, 444, 177-180 (Non-patent Document 17). He, M. et al. Immunol. Methods 1999, 231, 105-117 (Non-patent Document 18). Schaffitzel, C. et al. J. Immunol. Methods 1999, 231, 119-135 (Non-patent Document 19). Hanes, J. et al. Nat. Biotechnol. 2000, 18, 1287-1292 (Non-Patent Document 20). Hanes, J. et al. Methods Enzymol. 2000, 328, 404-430 (Non-Patent Document 21).
Specific examples include a ribosome display method, a protein-mRNA covalent fusion method, and a micelle method. However, currently available cell-free systems include operations that reduce diversity and are generally difficult to put into practical use.
例えば、リボゾームディスプレイ法においては、翻訳されたタンパク質とそのタンパク質をコードするmRNAとの比較的安定な複合体が、リボゾームにより形成される。これは、終止コドンの欠失により複合体からのタンパク質の遊離が遅くなるためである。このような条件下では、終結因子はリボゾーム複合体からのタンパク質の遊離を効率よく誘導できない。しかしながら、この方法では、タンパク質の選択の可否は該複合体の半減期に依存するため(終止コドンの欠損下でのタンパク質の遊離は、限界的な程度まで遅れるだけである)、選択を短時間で終了しなければならない。実際、完全な状態のmRNA-リボゾーム-タンパク質複合体の維持は容易ではない。 For example, in the ribosome display method, a relatively stable complex between a translated protein and mRNA encoding the protein is formed by the ribosome. This is because the release of the stop codon slows the release of the protein from the complex. Under such conditions, the termination factor cannot efficiently induce the release of the protein from the ribosome complex. However, in this method, whether protein selection is possible depends on the half-life of the complex (release of the protein in the absence of a stop codon is only delayed to a limited extent), so selection is short. Must end with In fact, maintaining an intact mRNA-ribosome-protein complex is not easy.
大腸菌を用いたリボソームディスプレイは、例えば、Jermutus L, et al. Tailoring in vitro evolution for protein affinity or stability. Proc Natl Acad Sci U S A. 2001 Jan 2;98(1):75-80(非特許文献22);Hanes J, et al. Picomolar affinity antibodies from a fully synthetic naive library selected and evolved by ribosome display. Nat Biotechnol. 2000 Dec;18(12):1287-92(非特許文献20);Hanes J, et al. Selecting and evolving functional proteins in vitro by ribosome display. Methods Enzymol. 2000;328:404-30(非特許文献21);及びSchaffitzel C, et al. Ribosome display: an in vitro method for selection and evolution of antibodies from libraries. J Immunol Methods. 1999 Dec 10;231(1-2):119-35(非特許文献19)に記載されており、ウサギ網状赤血球系を用いたリボソームディスプレイは、例えば、He M, et al. Selection of a human anti-progesterone antibody fragment from a transgenic mouse library by ARM ribosome display. J Immunol Methods. 1999 Dec 10;231(1-2):105-17(非特許文献18);及びBieberich E, et al. Protein-ribosome-mRNA display: affinity isolation of enzyme-ribosome-mRNA complexes and cDNA cloning in a single-tube reaction. Anal Biochem. 2000 Dec 15;287(2):294-8(非特許文献23)に記載されており、小麦胚芽系を用いたリボソームディスプレイは、Gersuk GM, et al. High-affinity peptide ligands to prostate-specific antigen identified by polysome selection. Biochem Biophys Res Commun. 1997 Mar 17;232(2):578-82(非特許文献24)に記載がある。 Ribosome display using E. coli is, for example, Jermutus L, et al. Tailoring in vitro evolution for protein affinity or stability. Proc Natl Acad Sci US A. 2001 Jan 2; 98 (1): 75-80 (Non-patent Document 22 Hanes J, et al. Picomolar affinity antibodies from a fully synthetic naive library selected and evolved by ribosome display. Nat Biotechnol. 2000 Dec; 18 (12): 1287-92 (Non-Patent Document 20); Hanes J, et al Selecting and evolving functional proteins in vitro by ribosome display. Methods Enzymol. 2000; 328: 404-30 (Non-Patent Document 21); and Schaffitzel C, et al. Ribosome display: an in vitro method for selection and evolution of antibodies from libraries. J Immunol Methods. 1999 Dec 10; 231 (1-2): 119-35 (Non-Patent Document 19). Ribosome display using a rabbit reticulocyte system is, for example, He M, et al. Selection of a human anti-progesterone antibody fragment from a transgenic mouse library by ARM ribosome display J Immunol Methods. 1999 Dec 10; 231 (1-2): 105-17 (Non-Patent Document 18); and Bieberich E, et al. Protein-ribosome-mRNA display: affinity isolation of enzyme-ribosome-mRNA complexes and Anal Biochem. 2000 Dec 15; 287 (2): 294-8 (Non-patent Document 23). Ribosome display using wheat germ system is described in Gersuk GM, et al. High-affinity peptide ligands to prostate-specific antigen identified by polysome selection. Biochem Biophys Res Commun. 1997 Mar 17; 232 (2): 578-82 (Non-patent Document 24).
タンパク質-mRNA共有結合融合法では、翻訳されたタンパク質は、3’末端がピューロマイシン(puromycin)で標識されている各mRNAと共有結合する。この方法には、通常、mRNAにピューロマイシンを結合させるための化学合成が必要であるが、この工程により利用可能なライブラリーのサイズが減少する。タンパク質-mRNA共有結合融合法に関する文献としては、Keefe AD, et al. Functional proteins from a random-sequence library. Nature. 2001 Apr 5;410(6829):715-8(非特許文献25); Wilson DS, et al. The use of mRNA display to select high-affinity protein-binding peptides. Proc Natl Acad Sci U S A. 2001 Mar 27;98(7):3750-5(非特許文献26); Liu R, et al. Optimized synthesis of RNA-protein fusions for in vitro protein selection. Methods Enzymol. 2000;318:268-93(非特許文献27);及び、Cho G, et al. Constructing high complexity synthetic libraries of long ORFs using in vitro selection. J Mol Biol. 2000 Mar 24;297(2):309-19(非特許文献28)などが挙げられる。 In the protein-mRNA covalent fusion method, the translated protein is covalently bound to each mRNA whose 3 'end is labeled with puromycin. This method usually requires chemical synthesis to bind puromycin to the mRNA, but this step reduces the size of the available library. References on protein-mRNA covalent fusion methods include Keefe AD, et al. Functional proteins from a random-sequence library. Nature. 2001 Apr 5; 410 (6829): 715-8 (Non-patent Document 25); Wilson DS The use of mRNA display to select high-affinity protein-binding peptides.Proc Natl Acad Sci US A. 2001 Mar 27; 98 (7): 3750-5 (Non-Patent Document 26); Liu R, et al Optimized synthesis of RNA-protein fusions for in vitro protein selection.Methods Enzymol. 2000; 318: 268-93 (Non-Patent Document 27); and Cho G, et al. Constructing high complexity synthetic libraries of long ORFs using in vitro selection. J Mol Biol. 2000 Mar 24; 297 (2): 309-19 (non-patent document 28).
ミセル法では、化学的修飾を受けた個々のDNA分子が一個づつ、一つのコロイド状ミセルにパッケージングされて、転写および翻訳を受けるが、その修飾されたDNAはミセルの内腔でそのコードするタンパク質と結合する。しかし、個々のミセルにDNA1分子がパッケージングされるように設計して反応混合物を希釈することにより、配列ライブラリーの多様性が減縮する。従って、無細胞系は、生細胞を用いる系に比べると、より多くの配列を試験できるという利点を有するものの、現在利用可能な無細胞系では、配列のプールのかなりの部分が十分に探索されていない。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、配列の多様性を減縮させることなく、一群のアミノ酸のランダムな配列から機能性タンパク質を選択しうる方法を提供することにある。また、本発明は、このような機能性タンパク質の選択を可能とするために、無細胞系においても、遺伝子型と表現型の安定的な連結を行いうる方法を提供することをも目的とする。さらに、本発明は、このような遺伝子型と表現型の安定的な連結に利用しうる核酸構築物を提供することをも目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a method capable of selecting a functional protein from a random sequence of a group of amino acids without reducing sequence diversity. There is. Another object of the present invention is to provide a method capable of stably linking genotype and phenotype even in a cell-free system in order to enable selection of such a functional protein. . Furthermore, an object of the present invention is to provide a nucleic acid construct that can be used for the stable linkage of such a genotype and a phenotype.
本発明者は、上記課題を解決するために、無細胞系において、遺伝子型と表現型の安定的な連結を試みた。
第1の手法は、遺伝子型と表現型の安定的な連結のために、RNA結合タンパク質とRNAとの強い相互作用を利用するものである。一例として、TAR(trans activating response region;トランス活性化応答領域)として知られているTat(trans activation;トランス活性化)タンパク質と相互作用するRNAより強い強度でHIV-1のTatタンパク質に結合するアプタマー(Tatアプタマーと呼ぶ)を選択した(Yamamoto, R. 他 Genes Cells 2000, 5, 371-388)。TatアプタマーとTat由来のペプチド(REペプチド、38アミノ酸、またはCQペプチド、36アミノ酸)との相互作用は非常に強く、その解離定数(Kd)はnM以下の範囲である。本発明者らは、この相互作用を利用して遺伝子型と表現型の連結を行うために、TatアプタマーとTat由来のペプチドをコードするDNAがDHFR遺伝子に連結されたDNA構築物を調製し、DHFR遺伝子の転写産物(mRNA)と翻訳産物(タンパク質)が安定的な複合体を形成しうるかを検証した。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor tried to stably link a genotype and a phenotype in a cell-free system.
The first technique uses a strong interaction between RNA-binding protein and RNA for stable linkage between genotype and phenotype. As an example, an aptamer that binds to the Tat protein of HIV-1 with stronger intensity than RNA that interacts with Tat (trans activation) protein known as TAR (trans activation response region) (Referred to as Tat aptamer) was selected (Yamamoto, R. et al.
その結果、TatアプタマーとTat由来のペプチドの相互作用が、ネットワーク構造を形成しない限り、DHFR遺伝子の遺伝子型と表現型、つまり転写産物と翻訳産物を連結するために有用であることを見出した。DNA構築物におけるアプタマーとペプチドモチーフの数の増加や、転写産物が終止コドンを欠損するようなDNA構築物の改変は、この複合体の安定性の向上に有効であった。 As a result, it was found that the interaction between the Tat aptamer and the Tat-derived peptide is useful for linking the DHFR gene genotype and phenotype, that is, the transcription product and the translation product, unless a network structure is formed. Increasing the number of aptamers and peptide motifs in the DNA construct and modifying the DNA construct such that the transcript lacks a stop codon were effective in improving the stability of the complex.
また、他の一例として、MS2コートタンパク質二量体と、それに対応する特異的結合モチーフRNA配列との相互作用を利用して、遺伝子型と表現型の連結を試みたところ、安定的なMS2コートタンパク質遺伝子の転写産物と翻訳産物の複合体を形成することができた。 As another example, we tried to link the genotype and phenotype using the interaction between the MS2 coat protein dimer and the corresponding specific binding motif RNA sequence. A complex of the transcription product and translation product of the protein gene could be formed.
さらに、本発明者らは、遺伝子型と表現型の安定的な連結のために、上記のRNA結合タンパク質とRNAとの相互作用に代えて、DNA結合タンパク質とDNAとの相互作用の利用を考えた。即ち、DNA結合タンパク質と任意のペプチドとのキメラペプチドをコードするmRNAと該DNA結合タンパク質が結合する領域を含むDNAとの複合体である核酸構築物を調製し、該核酸構築物におけるmRNAを翻訳させれば、翻訳産物が該核酸構築物におけるDNAに結合し、これにより該翻訳産物と該核酸構築物との安定的な複合体を形成しうると考えた。 Furthermore, the present inventors considered the use of the interaction between the DNA-binding protein and DNA in place of the above-described interaction between the RNA-binding protein and RNA in order to stably link the genotype and the phenotype. It was. That is, a nucleic acid construct that is a complex of an mRNA encoding a chimeric peptide of a DNA binding protein and an arbitrary peptide and a DNA containing a region to which the DNA binding protein binds can be prepared, and the mRNA in the nucleic acid construct can be translated. For example, it was thought that the translation product could bind to the DNA in the nucleic acid construct, thereby forming a stable complex of the translation product and the nucleic acid construct.
第2の手法は、遺伝子型と表現型の安定的な連結のために、リボソームの不活性化を利用するものである。リボソームの不活性化のために、一例として、リシンA鎖を選択した。リシンはヒマ由来の細胞毒性を持つタンパク質でリボソームを不活性化することでタンパク質の合成を停止させる。サブユニットであるリシンA鎖は、極めて特異的に28S rRNAに存在するα−サリシン部位のN-グルコシド結合を加水分解し、リボソームを不活性化する。ラットの28S rRNAでは、4324番目のアデノシンが加水分解を受ける。リシンに不活性化されたリボソームはmRNA鎖上に停止する。本発明者は、リシンA鎖によるリボソーム相互作用を利用して遺伝子型と表現型の連結を行うために、リシンA鎖をコードするDNAが、DHFR遺伝子、GST遺伝子、あるいはストレプトアビジン遺伝子に連結されたDNA構築物を調製し、それら遺伝子の転写産物(mRNA)と翻訳産物(タンパク質)が安定的な複合体を形成しうるかを検証した。 The second technique uses ribosome inactivation for stable linkage of genotype and phenotype. For example, ricin A chain was selected for ribosome inactivation. Lysine is a cytotoxic protein derived from castor and stops protein synthesis by inactivating the ribosome. The subunit ricin A chain hydrolyzes the N-glucoside bond at the α-salicine site present in the 28S rRNA very specifically, and inactivates the ribosome. In rat 28S rRNA, the 4324th adenosine undergoes hydrolysis. Ribosomes inactivated by lysine stop on the mRNA strand. In order to link the genotype and the phenotype by utilizing the ribosome interaction by the ricin A chain, the present inventor linked the ricin A chain DNA to the DHFR gene, GST gene, or streptavidin gene. DNA constructs were prepared, and it was verified whether the transcription product (mRNA) and translation product (protein) of these genes could form a stable complex.
その結果、リシンA鎖によるリボソームの不活性化が、これら遺伝子の転写産物と翻訳産物の複合体の安定化に有効であることを見出した。立体障害を回避するための翻訳産物へのスペーサーペプチドの挿入は、リボソームの不活性化に有効であった。 As a result, we found that inactivation of ribosomes by ricin A chain is effective in stabilizing the complex of transcription and translation products of these genes. Insertion of the spacer peptide into the translation product to avoid steric hindrance was effective in inactivating the ribosome.
また、DHFR遺伝子、GST遺伝子、またはストレプトアビジン遺伝子を含む上記DNA構築物を利用して調製された複合体は、それぞれMTXリガンド、グルタチオン-セファロースまたはビオチン-アガロースに選択的に結合した。この事実は、特定の遺伝子の表現型に相互作用しうる分子を標的物質として、上記手法により形成された複合体の中から、該標的物質に結合する機能性タンパク質およびそれをコードするmRNAをスクリーニングすることが可能であることを示すものである。本発明の手法は、スクリーニングの対象となるペプチドのアミノ酸配列の多様性を減縮させることなく、機能性タンパク質およびそれがコードするmRNAの効率的な選択を可能とする。また、転写産物と翻訳産物を含む複合体の安定化を、該転写産物および翻訳産物をコードするDNAと該安定化に寄与するDNAとの融合という遺伝子操作で行い、一連の選択工程には複雑な化学合成の工程は含まれておらず、簡便に操作できる点も本方法のさらなる利点である。 In addition, complexes prepared using the above DNA constructs containing DHFR gene, GST gene, or streptavidin gene selectively bound to MTX ligand, glutathione-sepharose or biotin-agarose, respectively. This fact uses a molecule that can interact with the phenotype of a specific gene as a target substance, and screens the functional protein that binds to the target substance and the mRNA that encodes it from the complex formed by the above method. It shows that it is possible to do. The technique of the present invention enables efficient selection of a functional protein and the mRNA encoded by it without reducing the diversity of the amino acid sequence of the peptide to be screened. In addition, the complex containing a transcription product and a translation product is stabilized by genetic manipulation of fusion of the DNA encoding the transcription product and the translation product with the DNA that contributes to the stabilization, and a series of selection steps is complicated. The chemical synthesis process is not included, and it is a further advantage of this method that it can be easily operated.
即ち、本発明は、以下の発明を提供するものである。
(1) 下記(i)および(ii)のDNAを含み、かつ、下記(i)および(ii)のDNAが、融合された転写産物および翻訳産物を発現するように結合されている、DNA構築物。
(i)任意のポリペプチドをコードするDNA
(ii)(i)のDNAの転写産物と翻訳産物を含む複合体を安定化させる機能を有するポリペプチドをコードするDNA
(2) (ii)のDNAが、リボソームを不活性化する機能を有するポリペプチドをコードするDNAである、(1)に記載のDNA構築物。
(3) リボソームを不活性化する機能を有するポリペプチドをコードするDNA の下流にスペーサーペプチドをコードするDNAが結合されている、(2)に記載のDNA構築物。
(4) 任意のポリペプチドをコードするDNAとリボソームを不活性化する機能を有するポリペプチドをコードするDNAの間にリンカーペプチドをコードするDNAが挿入されている、(2)に記載のDNA構築物。
(5) (ii)のDNAが、RNA結合タンパク質をコードするDNAと該RNA結合タンパク質が結合するRNAをコードするDNAとの組み合わせである、(1)に記載のDNA構築物。
(6) (i)および(ii)のDNAの融合された転写産物が終止コドンを欠損するように改変されている、(5)に記載のDNA構築物。
(7) RNA結合タンパク質をコードするDNAが複数個並置されており、かつ該RNA結合タンパク質が結合するRNAをコードするDNAが複数個並置されている、(5)に記載のDNA構築物。
(8) 複数個並置されたRNA結合タンパク質をコードするDNAが、互いに異なる複数個のRNA結合タンパク質をコードするDNAであり、かつ、複数個並置されたRNA結合タンパク質が結合するRNAをコードするDNAが互いに異なる複数個のRNA結合タンパク質が結合するRNAをコードするDNAである、(7)に記載の核酸構築物。
(9) 下記(i)のmRNAと下記(ii)のDNAの複合体である核酸構築物。
(i)DNA結合タンパク質をコードするRNAと任意のポリペプチドをコードするRNAとの融合mRNA
(ii)(i)の融合mRNAの翻訳産物が結合するDNA領域を含むDNA
(10) (i)のmRNAと(ii)のDNAがハイブリダイズすることにより複合体を形成している、(9)に記載の核酸構築物。
(11) (i)のmRNAの3'側領域と(ii)のDNAの3'側領域がハイブリダイズしている、(9)に記載の核酸構築物。
(12) (1)に記載のDNA構築物の調製に用いるための、下記(i)または(ii)のDNA構築物。
(i)任意のポリペプチドをコードするDNAの転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAを含むDNA構築物
(ii)任意のポリペプチドをコードするDNAの転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAと、該任意のポリペプチドをコードするDNAのクローニング部位とを含むDNA構築物
(13) (1)に記載のDNA構築物における(i)および(ii)のDNAを発現させることを特徴とする、(i)および(ii)のDNAの転写産物と翻訳産物を含む複合体を製造する方法。
(14) (9)に記載の核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を(9)に記載の核酸構築物における(ii)のDNAに結合させることを特徴とする、該翻訳産物と(9)に記載の核酸構築物との複合体を製造する方法。
(15) (i)のmRNAと(ii)のDNAがハイブリダイズすることにより複合体を形成している核酸構築物を用いる、(14)に記載の方法。
(16) (i)のmRNAの3'側領域と(ii)のDNAの3'側領域がハイブリダイズしている核酸構築物を用いる、(14)に記載の方法。
(17) (15)に記載の方法により製造された複合体における(ii)のDNAを伸長する方法であって、該複合体に逆転写酵素を接触させて、(i)のmRNAを鋳型に逆転写反応を行うことを含む方法。
(18) (16)に記載の方法により製造された複合体における(ii)のDNAの3'側領域を伸長する方法であって、該複合体に逆転写酵素を接触させて、(i)のmRNAを鋳型に(ii)のDNAをプライマーとして逆転写反応を行うことを含む方法。
(19) 無細胞系で行われる、(13)から(18)のいずれかに記載の方法。
(20) (13)に記載の方法により製造される複合体。
(21) (14)から(18)のいずれかに記載の方法により製造される複合体。
(22) 特定の標的物質に結合するポリペプチドまたは該ポリペプチドをコードするmRNAをスクリーニングする方法であって、下記(a)から(c)の工程を含む方法。
(a)(1)に記載のDNA構築物における(i)および(ii)のDNAを発現させることにより、(i)および(ii)のDNAの転写産物と翻訳産物を含む複合体を形成させる工程
(b)該特定の標的物質と、工程(a)で形成された複合体とを接触させる工程
(c)該標的物質に結合した複合体を回収する工程
(23) 特定の標的物質に結合するポリペプチドまたは該ポリペプチドをコードするmRNAをスクリーニングする方法であって、下記(a)から(c)の工程を含む方法。
(a)(9)に記載の核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を(9)に記載の核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させることにより、該翻訳産物と(9)に記載の核酸構築物を含む複合体を形成させる工程
(b)該特定の標的物質と、工程(a)で形成された複合体とを接触させる工程
(c)該標的物質に結合した複合体を回収する工程
(24) 特定の標的物質に結合するポリペプチドまたは該ポリペプチドをコードするmRNA若しくはDNAをスクリーニングする方法であって、下記(a)から(d)の工程を含む方法。
(a)(10)に記載の核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を(10)に記載の核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させることにより、該翻訳産物と(10)に記載の核酸構築物とを含む複合体を形成させる工程
(b)工程(a)で形成された複合体に逆転写酵素を接触させて、該複合体における(i)のmRNAを鋳型に逆転写反応を行うことにより、該複合体における(ii)のDNAを伸長する工程
(c)該特定の標的物質と、工程(b)で形成された複合体とを接触させる工程
(d)該標的物質に結合した複合体を回収する工程
(25) 特定の標的物質に結合するポリペプチドまたは該ポリペプチドをコードするmRNA若しくはDNAをスクリーニングする方法であって、下記(a)から(d)の工程を含む方法。
(a)(11)に記載の核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を(11)に記載の核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させることにより、該翻訳産物と(11)に記載の核酸構築物とを含む複合体を形成させる工程
(b)工程(a)で形成された複合体に逆転写酵素を接触させて、該複合体における(i)のmRNAを鋳型に、該複合体における(ii)のDNAをプライマーとして逆転写反応を行うことにより、該複合体における(ii)のDNAの3'側領域を伸長する工程
(c)該特定の標的物質と、工程(b)で形成された複合体とを接触させる工程
(d)該標的物質に結合した複合体を回収する工程
(26) 特定の標的物質に結合するポリペプチドまたは該ポリペプチドをコードするmRNA若しくはDNAをスクリーニングする方法であって、下記(a)から(d)の工程を含む方法。
(a)(10)に記載の核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を(10)に記載の核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させることにより、該翻訳産物と(10)に記載の核酸構築物とを含む複合体を形成させる工程
(b)該特定の標的物質と、工程(a)で形成された複合体とを接触させる工程
(c)該標的物質に結合した複合体に逆転写酵素を接触させて、該複合体における(i)のmRNAを鋳型に逆転写反応を行うことにより、該複合体における(ii)のDNAを伸長する工程
(d)該標的物質に結合している複合体を回収する工程
(27) 特定の標的物質に結合するポリペプチドまたは該ポリペプチドをコードするmRNA若しくはDNAをスクリーニングする方法であって、下記(a)から(d)の工程を含む方法。
(a)(11)に記載の核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を(11)に記載の核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させることにより、該翻訳産物と(11)に記載の核酸構築物とを含む複合体を形成させる工程
(b)該特定の標的物質と、工程(a)で形成された複合体とを接触させる工程
(c)該標的物質に結合した複合体に逆転写酵素を接触させて、該複合体における(i)のmRNAを鋳型に、該複合体における(ii)のDNAをプライマーとして逆転写反応を行うことにより、該複合体における(ii)のDNAの3'側領域を伸長する工程
(d)該標的物質に結合している複合体を回収する工程
(28) 該標的物質が担体に固定されている、(22)から(27)のいずれかに記載の方法。
(29) (1)もしくは(12)に記載のDNA構築物、または(20)に記載の複合体を含む、(21)に記載のスクリーニング方法に用いるためのキット。
(30) (9)に記載の核酸構築物、または(21)に記載の複合体を含む、(23)から(27)のいずれかに記載のスクリーニング方法に用いるためのキット。
That is, the present invention provides the following inventions.
(1) A DNA construct comprising the following DNAs (i) and (ii), and wherein the DNAs (i) and (ii) below are joined to express a fused transcription product and translation product: .
(I) DNA encoding any polypeptide
(Ii) DNA encoding a polypeptide having a function of stabilizing a complex comprising a transcription product and a translation product of the DNA of (i)
(2) The DNA construct according to (1), wherein the DNA of (ii) is a DNA encoding a polypeptide having a function of inactivating a ribosome.
(3) The DNA construct according to (2), wherein a DNA encoding a spacer peptide is bound downstream of a DNA encoding a polypeptide having a function of inactivating a ribosome.
(4) The DNA construct according to (2), wherein a DNA encoding a linker peptide is inserted between a DNA encoding an arbitrary polypeptide and a DNA encoding a polypeptide having a function of inactivating a ribosome. .
(5) The DNA construct according to (1), wherein the DNA of (ii) is a combination of a DNA encoding an RNA binding protein and a DNA encoding an RNA to which the RNA binding protein binds.
(6) The DNA construct according to (5), wherein the transcript of the fused DNA of (i) and (ii) is modified so as to lack a stop codon.
(7) The DNA construct according to (5), wherein a plurality of DNAs encoding RNA binding proteins are juxtaposed and a plurality of DNAs encoding RNAs to which the RNA binding protein binds are juxtaposed.
(8) A DNA encoding a plurality of juxtaposed RNA binding proteins is a DNA encoding a plurality of different RNA binding proteins, and a DNA encoding an RNA to which a plurality of juxtaposed RNA binding proteins bind The nucleic acid construct according to (7), which is a DNA encoding RNA to which a plurality of RNA binding proteins different from each other bind.
(9) A nucleic acid construct which is a complex of the mRNA of the following (i) and the DNA of the following (ii).
(I) Fusion mRNA of RNA encoding a DNA binding protein and RNA encoding an arbitrary polypeptide
(Ii) DNA comprising a DNA region to which the translation product of the fusion mRNA of (i) binds
(10) The nucleic acid construct according to (9), wherein a complex is formed by hybridization of the mRNA of (i) and the DNA of (ii).
(11) The nucleic acid construct according to (9), wherein the 3 ′ side region of the mRNA of (i) and the 3 ′ side region of the DNA of (ii) are hybridized.
(12) A DNA construct of the following (i) or (ii) for use in the preparation of the DNA construct according to (1).
(I) a DNA construct comprising DNA having a function of stabilizing a complex of a transcription product and a translation product of a DNA encoding an arbitrary polypeptide (ii) a transcription product and a translation product of a DNA encoding an arbitrary polypeptide A DNA construct comprising a DNA having a function of stabilizing the complex and a cloning site of a DNA encoding the arbitrary polypeptide (13) (i) and (ii) DNA in the DNA construct according to (1) (I) and (ii) A method for producing a complex comprising a transcription product and a translation product of DNA.
(14) The translation product characterized by translating the mRNA of (i) in the nucleic acid construct according to (9) and binding the translation product to the DNA of (ii) in the nucleic acid construct according to (9) And a method for producing a complex of the nucleic acid construct according to (9).
(15) The method according to (14), wherein a nucleic acid construct in which a complex is formed by hybridization of the mRNA of (i) and the DNA of (ii).
(16) The method according to (14), wherein a nucleic acid construct in which the 3 ′ region of the mRNA of (i) and the 3 ′ region of the DNA of (ii) are hybridized is used.
(17) A method for extending the DNA of (ii) in the complex produced by the method according to (15), wherein the complex is contacted with a reverse transcriptase, and the mRNA of (i) is used as a template. Performing a reverse transcription reaction.
(18) A method of extending the 3 ′ region of the DNA of (ii) in the complex produced by the method according to (16), wherein the complex is contacted with a reverse transcriptase, and (i) And (ii) performing a reverse transcription reaction using the mRNA of (ii) as a template.
(19) The method according to any one of (13) to (18), which is performed in a cell-free system.
(20) A composite produced by the method according to (13).
(21) A composite produced by the method according to any one of (14) to (18).
(22) A method for screening a polypeptide that binds to a specific target substance or mRNA encoding the polypeptide, the method comprising the following steps (a) to (c):
(A) A step of expressing a DNA of (i) and (ii) in the DNA construct according to (1) to form a complex containing the transcription product and translation product of the DNA of (i) and (ii) (B) contacting the specific target substance with the complex formed in step (a) (c) recovering the complex bound to the target substance (23) binding to the specific target substance A method for screening a polypeptide or mRNA encoding the polypeptide, comprising the following steps (a) to (c):
(A) by translating the mRNA of (i) in the nucleic acid construct described in (9) and binding the translation product to the DNA described in (ii) in the nucleic acid construct described in (9), (B) forming a complex containing the nucleic acid construct according to (9), contacting the specific target substance with the complex formed in step (a), and (c) binding to the target substance Step of recovering complex (24) A method of screening a polypeptide that binds to a specific target substance or mRNA or DNA encoding the polypeptide, comprising the following steps (a) to (d):
(A) by translating the mRNA of (i) in the nucleic acid construct described in (10) and binding the translation product to the DNA described in (ii) of the nucleic acid construct described in (10), (B) forming a complex containing the nucleic acid construct according to (10), contacting the complex formed in step (a) with a reverse transcriptase, and using the mRNA of (i) in the complex as a template (C) a step of extending the DNA of (ii) in the complex (c) by contacting the specific target substance with the complex formed in the step (b) (d) Recovering the complex bound to the target substance (25) A method for screening a polypeptide that binds to a specific target substance or mRNA or DNA encoding the polypeptide, comprising the following (a) to (d) Comprising the steps of:
(A) by translating the mRNA of (i) in the nucleic acid construct described in (11) and binding the translation product to the DNA described in (ii) of the nucleic acid construct described in (11), (B) forming a complex comprising the nucleic acid construct according to (11), contacting the complex formed in step (a) with a reverse transcriptase, and using the mRNA of (i) in the complex as a template And (c) extending the 3 ′ region of the DNA of (ii) by performing a reverse transcription reaction using the DNA of (ii) in the complex as a primer, and (c) the specific target substance, Contacting the complex formed in step (b) (d) recovering the complex bound to the target substance (26) polypeptide binding to a specific target substance or mRNA encoding the polypeptide Or screening DNA A method, the method comprising the following (a) of step (d).
(A) by translating the mRNA of (i) in the nucleic acid construct described in (10) and binding the translation product to the DNA described in (ii) of the nucleic acid construct described in (10), (B) forming a complex comprising the nucleic acid construct according to (10), contacting the specific target substance with the complex formed in step (a), and (c) binding to the target substance. A step of extending the DNA of (ii) in the complex by contacting a reverse transcriptase with the complex and performing a reverse transcription reaction using the mRNA of (i) in the complex as a template (27) A method for screening a polypeptide that binds to a specific target substance, or mRNA or DNA encoding the polypeptide, comprising the following (a) to (d): Comprising the steps of:
(A) by translating the mRNA of (i) in the nucleic acid construct described in (11) and binding the translation product to the DNA described in (ii) of the nucleic acid construct described in (11), (B) forming a complex containing the nucleic acid construct according to (11), contacting the specific target substance with the complex formed in step (a), and (c) binding to the target substance A reverse transcriptase is brought into contact with the complex, and a reverse transcription reaction is performed using the mRNA of (i) in the complex as a template and the DNA of (ii) in the complex as a primer. (ii) extending the 3′-side region of the DNA of (ii) recovering the complex bound to the target substance (28), wherein the target substance is immobilized on a carrier (22) to (27 ) Any one of the methods.
(29) A kit for use in the screening method according to (21), comprising the DNA construct according to (1) or (12) or the complex according to (20).
(30) A kit for use in the screening method according to any one of (23) to (27), comprising the nucleic acid construct according to (9) or the complex according to (21).
以下、本発明の実施方法及び実施態様について詳細に説明する。
(1)核酸構築物
本発明のDNA構築物は、(i)任意のポリペプチドをコードするDNA、および(ii)該DNAの転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAを含むものである。該DNA構築物においては、上記(i)および(ii)のDNAが、融合された転写産物および翻訳産物を発現するように結合されている。
Hereinafter, the implementation method and embodiment of this invention are demonstrated in detail.
(1) Nucleic acid construct The DNA construct of the present invention comprises (i) a DNA encoding an arbitrary polypeptide, and (ii) a DNA having a function of stabilizing a complex of a transcription product and a translation product of the DNA. . In the DNA construct, the above DNAs (i) and (ii) are linked so as to express the fused transcription product and translation product.
「任意のポリペプチドをコードするDNA」とは、その転写産物と翻訳産物の複合体の形成を行いたい所望のDNAを意味する。機能性タンパク質のスクリーニングにおいては、例えば、cDNAライブラリーやランダムライブラリーを好適に用いることができる。 “DNA encoding an arbitrary polypeptide” means a desired DNA for which a complex of a transcription product and a translation product is to be formed. In screening for functional proteins, for example, a cDNA library or a random library can be suitably used.
転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAの種類は特に限定されない。好適なDNAの第一の例としては、リボソームを不活性化する機能を有するポリペプチドをコードするDNAである。 The kind of DNA having a function of stabilizing the complex of the transcription product and the translation product is not particularly limited. A first example of suitable DNA is DNA encoding a polypeptide having a function of inactivating ribosomes.
本明細書で言う「リボソームを不活性化する機能を有するポリペプチド」とは、リボソーム自体を破壊してそれを不活性化するポリペプチドのみならず、リボソームをmRNA上で停止することによりリボソームの翻訳機能を停止させることができるポリペプチドも包含する。 As used herein, the term “polypeptide having a function of inactivating ribosome” refers not only to a polypeptide that destroys the ribosome itself and inactivates it, but also by stopping the ribosome on mRNA. Also included are polypeptides capable of stopping the translation function.
このようなポリペプチドの具体例としては、N-グリコシラーゼ又はRNaseが挙げられる。N-グリコシラーゼの具体例としては、Pokeweed antiviral protein (PAP) (Phytolacca americana)、Momordin (Momordica charantia)、Luffin (Luffa cylindrica)、Bryodin (Bryonia dioica)、Dianthin (Dianthus caryophyllus)、Trichosanthin (Trichosanthes anguina)、a-Momorcharin (Momordia charantia)、Saporin (Saponaria officinalis)、Ricin A-chain (RTA) (ricinus communis)、Abrin A-chain (Abrus precatorius)、Mistletoe lectin I (MLI) (Viscum album)、Shiga toxin AI、またはDiphtheria toxin (DT) A-chainが挙げられる。RNaseの具体例としてはα-Sarcinが挙げられる。 Specific examples of such polypeptides include N-glycosylase or RNase. Specific examples of N-glycosylase include Pokeweed antiviral protein (PAP) (Phytolacca americana), Momordin (Momordica charantia), Luffin (Luffa cylindrica), Bryodin (Bryonia dioica), Dianthin (Dianthus caryophyllus), Trichosanthin (Trichosanthes angu) a-Momorcharin (Momordia charantia), Saporin (Saponaria officinalis), Ricin A-chain (RTA) (ricinus communis), Abrin A-chain (Abrus precatorius), Mistletoe lectin I (MLI) (Viscum album), Shiga toxin AI, Another example is Diphtheria toxin (DT) A-chain. A specific example of RNase is α-Sarcin.
なお、ricinについては、The RNA N-glycosidase activity of ricin A-chain. The characteristics of the enzymatic activity of ricin A-chain with ribosomes and with rRNA.J Biol Chem. 1988 Jun 25;263(18):8735-9に記載され、α−sarcinについては、The ribonuclease activity of the cytotoxin alpha-sarcin. The characteristics of the enzymatic activity of alpha-sarcin with ribosomes and ribonucleic acids as substrates. J Biol Chem. 1983 Feb 25;258(4):2662-7に記載され、Pokeweed antiviral protein (PAP)については、X-ray crystallographic analysis of the structural basis for the interaction of pokeweed antiviral protein with guanine residues of ribosomal RNA. Protein Sci. 1999 Nov;8(11):2399-405に記載されている。
For ricin, The RNA N-glycosidase activity of ricin A-chain.The characteristics of the synthetic activity of ricin A-chain with ribosomes and with rRNA.J Biol Chem. 1988
本発明のDNA構築物の好ましい態様の一つにおいては、リボソームを不活性化する機能を有するポリペプチドをコードするDNAの下流にスペーサーペプチドをコードするDNAが結合されている。この「スペーサーペプチド」とは、リボソームによる翻訳が終了する前に、リボソームを不活性化する機能を有するポリペプチドが、リボソームをcisで攻撃できるようにするためのペプチドである。スペーサーペプチドは、それ自体折りたたまれないペプチドであることが好ましい。スペーサーペプチドは、翻訳された、リボソームを不活性化する機能を有するポリペプチドが、リボソームをcisで攻撃することを保証することができる鎖長を有する。鎖長は、通常、50から200アミノ酸であり、好ましくは100アミノ酸から140アミノ酸である。 In one preferred embodiment of the DNA construct of the present invention, a DNA encoding a spacer peptide is bound downstream of a DNA encoding a polypeptide having a function of inactivating a ribosome. This “spacer peptide” is a peptide that enables a polypeptide having a function of inactivating a ribosome to attack the ribosome with cis before translation by the ribosome is completed. The spacer peptide is preferably a peptide that is not itself folded. The spacer peptide has a chain length that can ensure that the translated polypeptide having the function of inactivating the ribosome attacks the ribosome with cis. The chain length is usually 50 to 200 amino acids, preferably 100 to 140 amino acids.
また、本発明のDNA構築物の他の好ましい態様において、本発明のDNA構築物上の任意のポリペプチドをコードするDNAとリボソームを不活性化する機能を有するポリペプチドをコードするDNAの間にリンカーペプチドをコードするDNAが挿入されている。この「リンカーペプチド」とは、本発明のDNA構築物からの翻訳産物(融合タンパク質)において、融合されるポリペプチド同士が立体障害によりそのフォールディングが阻害されるのを回避するために、融合されるポリペプチドの間に挿入されるポリペプチドである。リンカーペプチドの鎖長さに特に制限はないが、一般的には、10から30アミノ酸程度のペプチドが用いられる。 In another preferred embodiment of the DNA construct of the present invention, a linker peptide is used between a DNA encoding an arbitrary polypeptide on the DNA construct of the present invention and a DNA encoding a polypeptide having a function of inactivating a ribosome. DNA encoding is inserted. This “linker peptide” refers to a fused product in a translation product (fusion protein) from the DNA construct of the present invention, in order to avoid the fusion of the fused polypeptides with each other due to steric hindrance. A polypeptide that is inserted between peptides. The chain length of the linker peptide is not particularly limited, but generally a peptide of about 10 to 30 amino acids is used.
転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAの好適な第二の例としては、RNA結合タンパク質をコードするDNAと該RNA結合タンパク質が結合するRNAをコードするDNAとの組み合わせが挙げられる。このようなRNA結合タンパク質をコードするDNA配列と、該RNA結合タンパク質が結合するRNAをコードするDNA配列との組み合わせを使用する場合、DNA構築物中に、RNA結合タンパク質をコードするDNAが複数個並置されており、かつ該RNA結合タンパク質が結合するRNAをコードするDNAが複数個並置されていることが好ましい。これによりRNA結合タンパク質とRNAとの相互作用を強化することができる。 As a suitable second example of DNA having a function of stabilizing a complex of a transcription product and a translation product, a combination of a DNA encoding an RNA binding protein and a DNA encoding an RNA to which the RNA binding protein binds. Can be mentioned. When a combination of a DNA sequence encoding such an RNA binding protein and a DNA sequence encoding an RNA to which the RNA binding protein binds is used, a plurality of DNAs encoding the RNA binding protein are juxtaposed in the DNA construct. It is preferable that a plurality of DNAs encoding RNA to which the RNA binding protein binds are juxtaposed. Thereby, the interaction between RNA-binding protein and RNA can be enhanced.
またさらに好ましくは、複数個のRNA結合タンパク質をコードするDNAとして、互いに異なる複数個のRNA結合タンパク質をコードするDNAを使用し、複数個の該RNA結合タンパク質が結合するRNAをコードするDNAとして、上記した互いに異なる複数個のRNA結合タンパク質が結合する互いに異なるRNAをコードするDNAを使用する。このような互いに異なる複数個のDNAを使用することにより、異なる複合体の間におけるネットワーク構造の形成が妨げることができる。 More preferably, as DNA encoding a plurality of RNA binding proteins, DNA encoding a plurality of different RNA binding proteins is used, and as a DNA encoding RNA to which a plurality of the RNA binding proteins are bound, DNAs encoding different RNAs to which a plurality of different RNA binding proteins are bound are used. By using such a plurality of different DNAs, formation of network structures between different complexes can be prevented.
RNA結合タンパク質と該RNA結合タンパク質が結合するRNAの組み合わせの具体例としては、Tatタンパク質とTAR RNAもしくはTatアプタマー、Revタンパク質とRRE RNAもしくはRevアプタマー、U1A spliceosomal proteinとU1A spliceosomal proteinアプタマーもしくはU1A Sn RNA、ジンクフィンガータンパク質若しくはその変異体とそれが認識するRNAなどが挙げられる。また、MS2コートタンパク質とそれに対応する特異的結合モチーフのRNA配列を本発明に用いることも可能である。 Specific examples of the combination of RNA binding protein and RNA to which the RNA binding protein binds include Tat protein and TAR RNA or Tat aptamer, Rev protein and RRE RNA or Rev aptamer, U1A spliceosomal protein and U1A spliceosomal protein aptamer or U1A Sn RNA , Zinc finger proteins or variants thereof and the RNA they recognize. Moreover, it is also possible to use the RNA sequence of MS2 coat protein and the specific binding motif corresponding to it for this invention.
なお、Tat-TAR 又はTat aptamerについては、A novel RNA motif that binds efficiently and specifically to the Ttatprotein of HIV and inhibits the trans-activation by Tat of transcription in vitro and in vivo. Genes Cells. 2000 May;5(5):371-88に記載され、Rev-RRE複合体については、A structural model for the HIV-1 Rev-RRE complex deduced from altered-specificity rev variants isolated by a rapid genetic strategy. Cell. 1996 Oct 4;87(1):115-25に記載され、U1A spliceosomal protein については、Crystal structure at 1.92 A resolution of the RNA-binding domain of the U1A spliceosomal protein complexed with an RNA hairpin. Nature. 1994 Dec 1;372(6505):432-8に記載されている。
For Tat-TAR or Tat aptamer, A novel RNA motif that binds efficiently and specifically to the Ttatprotein of HIV and inhibits the trans-activation by Tat of transcription in vitro and in vivo.Genes Cells. 2000 May; 5 (5 ): 371-88, and for Rev-RRE complex, A structural model for the HIV-1 Rev-RRE complex deduced from altered-specificity rev variants isolated by a rapid genetic strategy.Cell. 1996
また、Zn Fingerタンパク質とRNAの相互作用に関する文献としては、Friesen WJ, et al. Specific RNA binding proteins constructed from zinc fingers. Nat Struct Biol. 1998 Jul;5(7):543-6;McColl DJ, et al. Structure-based design of an RNA-binding zinc finger. Proc Natl Acad Sci U S A. 1999 Aug 17;96(17):9521-6; Friesen WJ, et al. Phage display of RNA binding zinc fingers from transcription factor IIIA. J Biol Chem. 1997 Apr 25;272(17):10994-7; Theunissen O, et al. RNA and DNA binding zinc fingers in Xenopus TFIIIA. Cell. 1992 Nov 13;71(4):679-90; Clemens KR, et al. Molecular basis for specific recognition of both RNA and DNA by a zinc finger protein. Science. 1993 Apr 23;260(5107):530-3;及び Joho KE, et al. A finger protein structurally similar to TFIIIA that binds exclusively to 5S RNA in Xenopus. Cell. 1990 Apr 20;61(2):293-300などが挙げられる。
Moreover, as literature regarding the interaction between Zn Finger protein and RNA, Friesen WJ, et al. Specific RNA binding proteins constructed from zinc fingers. Nat Struct Biol. 1998 Jul; 5 (7): 543-6; McColl DJ, et al. Structure-based design of an RNA-binding zinc finger.Proc Natl Acad Sci US A. 1999 Aug 17; 96 (17): 9521-6; Friesen WJ, et al. Phage display of RNA binding zinc fingers from transcription factor IIIA. J Biol Chem. 1997
本発明のDNA構築物の他の好ましい態様においては、該DNA構築物から発現する融合された転写産物が終止コドンを欠損するように該DNA構築物が改変されている。これにより転写産物と翻訳産物を含む複合体からのリボソームの遊離を遅延させ、複合体を安定化することができる。 In another preferred embodiment of the DNA construct of the present invention, the DNA construct is modified such that the fused transcript expressed from the DNA construct lacks a stop codon. This delays the release of the ribosome from the complex containing the transcription product and translation product, thereby stabilizing the complex.
上記本発明のDNA構築物は、例えば、転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAを、任意のポリペプチドをコードするDNAを含むベクターに挿入することにより調製することができる。また、転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAと該任意のポリペプチドをコードするDNAのクローニング部位とを含むベクターの該クローニング部位に、任意のポリペプチドをコードするDNAを挿入することにより調製することもできる。 The DNA construct of the present invention can be prepared, for example, by inserting a DNA having a function of stabilizing a complex of a transcription product and a translation product into a vector containing a DNA encoding an arbitrary polypeptide. In addition, a DNA encoding an arbitrary polypeptide is introduced into the cloning site of a vector comprising a DNA having a function of stabilizing a complex of a transcription product and a translation product and a cloning site of the DNA encoding the arbitrary polypeptide. It can also be prepared by insertion.
本発明は、また、このようにして上記DNA構築物を調製するために用いる、<1>任意のポリペプチドをコードするDNAの転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAを含むDNA構築物、および<2>任意のポリペプチドをコードするDNAの転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAと、該任意のポリペプチドをコードするDNAのクローニング部位とを含むDNA構築物、を提供する。 The present invention also includes DNA having a function of stabilizing a complex of a transcription product and a translation product of DNA encoding <1> an arbitrary polypeptide, which is used for preparing the DNA construct as described above. DNA comprising a DNA construct, <2> DNA having a function of stabilizing a complex of a transcription product and a translation product of a DNA encoding an arbitrary polypeptide, and a cloning site of the DNA encoding the arbitrary polypeptide Providing a construct.
本発明における、mRNAとDNAとからなる核酸構築物は、(i)DNA結合タンパク質をコードするRNAと任意のポリペプチドをコードするRNAとの融合mRNAと、(ii)(i)の融合mRNAの翻訳産物が結合するDNA領域を含むDNAとの複合体である。該核酸構築物における(i)のmRNAと(ii)のDNAは、好ましくはハイブリダイズ(水素結合)することにより複合体を形成している。ハイブリダイズする塩基対の数は、該核酸構築物における(i)のmRNAと(ii)のDNAとが安定的に結合しうる限り特に制限はないが、好ましくは10塩基対以上である。 In the present invention, a nucleic acid construct comprising mRNA and DNA comprises (i) a fusion mRNA of RNA encoding a DNA binding protein and an RNA encoding an arbitrary polypeptide, and (ii) translation of the fusion mRNA of (i). A complex with DNA containing a DNA region to which the product binds. The mRNA of (i) and the DNA of (ii) in the nucleic acid construct preferably form a complex by hybridizing (hydrogen bonding). The number of base pairs to hybridize is not particularly limited as long as the mRNA of (i) and the DNA of (ii) in the nucleic acid construct can be stably bound, but is preferably 10 base pairs or more.
該核酸構築物における(i)のmRNAを鋳型に逆転写反応を行えば、該mRNAに対応するDNAを合成することができる。これにより転写産物と翻訳産物に加えて、それらをコードするDNAを複合体の構成要素とすることができる。 If reverse transcription reaction is performed using the mRNA of (i) in the nucleic acid construct as a template, DNA corresponding to the mRNA can be synthesized. Thereby, in addition to the transcription product and the translation product, the DNA encoding them can be used as a component of the complex.
該核酸構築物が、(i)のmRNAの3'側領域と(ii)のDNAの3'側領域がハイブリダイズしている核酸構築物として調製されている場合には、(i)のmRNAを鋳型に(ii)のDNAをプライマーとした逆転写反応を行うことが可能である。 When the nucleic acid construct is prepared as a nucleic acid construct in which the 3 ′ region of the mRNA of (i) and the 3 ′ region of the DNA of (ii) are hybridized, the mRNA of (i) is used as a template. It is possible to carry out a reverse transcription reaction using the DNA of (ii) as a primer.
(ii)のDNAを逆転写反応のプライマーとせず、他のプライマーを用いる場合には、核酸構築物において(i)のmRNAと(ii)のDNAの3'側領域同士がハイブリダイズしている必要はなく、5'側領域同士がハイブリダイズしてもよい。この場合、逆転写反応を行うためには、反応系にプライマー((i)のmRNAに特異的にハイブリダイズするオリゴヌクレオチド)を添加することが必要である。 When other primers are used without using the DNA of (ii) as a reverse transcription reaction primer, the 3′-side region of the mRNA of (i) and the DNA of (ii) must be hybridized in the nucleic acid construct. No, the 5′-side regions may hybridize. In this case, in order to perform the reverse transcription reaction, it is necessary to add a primer (an oligonucleotide that specifically hybridizes to the mRNA of (i)) to the reaction system.
本発明のmRNAとDNAとからなる核酸構築物の調製のための、mRNAとDNAとの結合に関しては、文献(FEBS Lett 2001 Nov 23;508(3):309-12)を参照のこと。 See the literature (FEBS Lett 2001 Nov 23; 508 (3): 309-12) for the binding of mRNA and DNA for the preparation of nucleic acid constructs comprising mRNA and DNA of the present invention.
(2)転写産物と翻訳産物の複合体の製造方法
本発明は、また、上記した転写産物と翻訳産物の複合体を製造する方法を提供する。この製造方法の一つの態様においては、上記DNA構築物を適当な転写・翻訳系に添加または導入することにより、(i)任意のポリペプチドをコードするDNAと(ii)該DNAの転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAとの融合DNAを発現させることを特徴とする。この融合DNAの発現で生じる転写産物と翻訳産物は、翻訳産物に含まれるリボソームを不活性化するポリペプチドの作用により、あるいは、翻訳産物に含まれるRNA結合タンパク質と転写産物に含まれるその結合部位との相互作用により、安定的な複合体を形成する。
(2) Method for producing complex of transcription product and translation product The present invention also provides a method for producing the complex of transcription product and translation product described above. In one embodiment of this production method, by adding or introducing the DNA construct into an appropriate transcription / translation system, (i) DNA encoding an arbitrary polypeptide and (ii) transcription product and translation of the DNA. It is characterized by expressing a fusion DNA with a DNA having a function of stabilizing the complex of the product. The transcription product and translation product resulting from the expression of this fusion DNA can be produced by the action of a polypeptide that inactivates the ribosome contained in the translation product, or the RNA binding protein contained in the translation product and its binding site contained in the transcription product. A stable complex is formed by interaction with.
この製造方法の他の態様においては、上記RNAとDNAとからなる核酸構築物を適当な転写・翻訳系に添加または導入することにより、該核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、その翻訳産物を該核酸構築物における(ii)のDNAに結合させることを特徴とする。翻訳産物に含まれるDNA結合タンパク質と該核酸構築物における(ii)のDNAとの相互作用により、安定的な複合体が形成される。該複合体における(i)のmRNAを鋳型に逆転写反応を行い、(ii)のDNAを伸長させることにより、該mRNAに対応するDNAを合成することができる。(i)のmRNAの3'側領域と(ii)のDNAの3'側領域がハイブリダイズしている核酸構築物を用いた場合には、(ii)のDNAをプライマーとして逆転写反応を行うことができる。 In another embodiment of this production method, the nucleic acid construct comprising RNA and DNA is added or introduced into an appropriate transcription / translation system to translate (i) mRNA in the nucleic acid construct, and the translation product thereof. Is bound to the DNA of (ii) in the nucleic acid construct. A stable complex is formed by the interaction between the DNA-binding protein contained in the translation product and the DNA of (ii) in the nucleic acid construct. By performing reverse transcription using the mRNA of (i) in the complex as a template and extending the DNA of (ii), DNA corresponding to the mRNA can be synthesized. When a nucleic acid construct in which the 3 'region of the mRNA of (i) and the 3' region of the DNA of (ii) are hybridized is used, a reverse transcription reaction is performed using the DNA of (ii) as a primer. Can do.
本方法で用いる転写・翻訳系としては、無細胞転写・翻訳系又は生細胞などが挙げられる。無細胞転写・翻訳系又は生細胞などは、本発明の核酸構築物を添加し又は導入することによって、該核酸構築物からの転写産物および翻訳産物の発現(mRNAとDNAとからなる核酸構築物を用いる場合には、翻訳産物の発現)を保証するものである限り制限されない。本方法では、好ましくは無細胞の転写・翻訳系、特に好ましくは、細胞抽出物から構成される転写・翻訳系を使用することができる。 Examples of the transcription / translation system used in the present method include a cell-free transcription / translation system or living cells. Cell-free transcription / translation system or living cells, etc., by adding or introducing the nucleic acid construct of the present invention to express the transcription product and translation product from the nucleic acid construct (when using a nucleic acid construct comprising mRNA and DNA) Is not limited as long as it guarantees the expression of the translation product. In the present method, a cell-free transcription / translation system, particularly preferably a transcription / translation system composed of a cell extract can be used.
無細胞転写・翻訳系としては、原核又は真核生物の抽出物により構成される無細胞転写・翻訳系、例えば大腸菌、ウサギ網状赤血球、小麦胚芽抽出物などが使用できる。また、生細胞翻訳系としては、原核又は真核生物、例えば大腸菌の細胞などが使用できる。 As the cell-free transcription / translation system, cell-free transcription / translation systems composed of prokaryotic or eukaryotic extracts such as Escherichia coli, rabbit reticulocyte, wheat germ extract and the like can be used. As a living cell translation system, prokaryotic or eukaryotic organisms such as cells of Escherichia coli can be used.
本方法により得られる、転写産物と翻訳産物を含む複合体も本発明の範囲内である。このような複合体は安定に存在することができ、後述するように特定の標的物質と相互作用するポリペプチドやそれをコードするmRNA若しくはDNAのスクリーニングなどに供することができる。 Complexes comprising a transcription product and a translation product obtained by this method are also within the scope of the present invention. Such a complex can exist stably, and can be used for screening of a polypeptide that interacts with a specific target substance, mRNA or DNA encoding the same, as described later.
(3)特定の標的物質に結合するポリペプチドまたは該ポリペプチドをコードするmRNA若しくはDNAのスクリーニング方法
本発明は、また、特定の標的物質に結合するポリペプチドまたは該ポリペプチドをコードするmRNA若しくはDNAをスクリーニングする方法を提供する。
(3) Method for Screening Polypeptide that Binds to Specific Target Substance or mRNA or DNA that Encodes the Polypeptide The present invention also provides a polypeptide that binds to a specific target substance or mRNA or DNA that encodes the polypeptide A method for screening is provided.
本発明の方法の第一の態様は、本発明のDNA構築物を用いる態様である。この態様においては、まず、上記DNA構築物における(i)任意のポリペプチドをコードするDNAと(ii)該DNAの転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAとの融合DNAを発現させ、該融合DNAの転写産物と翻訳産物を含む複合体を形成させ(工程(a))、次いで、特定の標的物質と、工程(a)で形成された複合体とを接触させ(工程(b))、次いで、該標的物質に結合した複合体を回収する(工程(c))。 The first embodiment of the method of the present invention is an embodiment using the DNA construct of the present invention. In this embodiment, first, a fusion DNA of (i) a DNA encoding an arbitrary polypeptide in the DNA construct and (ii) a DNA having a function of stabilizing a complex of a transcription product and a translation product of the DNA is prepared. And a complex containing the transcription product and translation product of the fusion DNA is formed (step (a)), and then a specific target substance is contacted with the complex formed in step (a) (step (B)) Next, the complex bound to the target substance is recovered (step (c)).
本発明の方法の第二から第四の態様は、本発明のmRNAとDNAとからなる核酸構築物を用いる態様である。 In the second to fourth aspects of the method of the present invention, a nucleic acid construct comprising the mRNA and DNA of the present invention is used.
第二の態様は、逆転写反応を行う工程を含まない態様である。第二の態様においては、まず、本発明のmRNAとDNAとからなる核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させることにより、翻訳産物を該核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させ、該翻訳産物と該核酸構築物を含む複合体を形成させ(工程(a))、次いで、該特定の標的物質と、工程(a)で形成された複合体とを接触させ(工程(b))、次いで、該標的物質に結合した複合体を回収する(工程(c))。 The second aspect is an aspect that does not include a step of performing a reverse transcription reaction. In the second embodiment, first, the translation product is bound to the DNA described in (ii) of the nucleic acid construct by translating the mRNA of (i) in the nucleic acid construct comprising the mRNA and DNA of the present invention, A complex containing the translation product and the nucleic acid construct is formed (step (a)), and then the specific target substance is contacted with the complex formed in step (a) (step (b)). Subsequently, the complex bound to the target substance is recovered (step (c)).
本発明の方法の第三および第四の態様は逆転写反応を行う工程を含む態様である。第三の態様は、標的物質と複合体との結合前に、逆転写反応を行う態様であり、第四の態様は、標的物質と複合体との結合後に、逆転写反応を行う態様である。 The third and fourth aspects of the method of the present invention are aspects including a step of performing a reverse transcription reaction. The third aspect is an aspect in which a reverse transcription reaction is performed before the target substance is bound to the complex, and the fourth aspect is an aspect in which the reverse transcription reaction is performed after the target substance is bound to the complex. .
本発明の方法の第三の態様においては、まず、本発明のmRNAとDNAとからなる核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を該核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させることにより、該翻訳産物と該核酸構築物とを含む複合体を形成させ(工程(a))、次いで、工程(a)で形成された複合体に逆転写酵素を接触させて、該複合体における(i)のmRNAを鋳型に、逆転写反応を行うことにより、該複合体における(ii)のDNAを伸長させ(工程(b))、次いで、該特定の標的物質と、工程(b)で形成された複合体とを接触させ(工程(c))、次いで、該標的物質に結合した複合体を回収する(工程(d))。 In the third embodiment of the method of the present invention, first, the mRNA of (i) in the nucleic acid construct comprising the mRNA of the present invention and DNA is translated, and the translation product is converted into the DNA described in (ii) of the nucleic acid construct. By binding, a complex containing the translation product and the nucleic acid construct is formed (step (a)), and then the complex formed in step (a) is contacted with a reverse transcriptase to form the complex. Using the mRNA of (i) in the body as a template, a reverse transcription reaction is performed to extend the DNA of (ii) in the complex (step (b)), and then the specific target substance and step (b) ) Is contacted (step (c)), and then the complex bound to the target substance is recovered (step (d)).
本発明の方法の第四の態様においては、本発明のmRNAとDNAとからなる核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を該核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させることにより、該翻訳産物と該核酸構築物とを含む複合体を形成させ(工程(a))、次いで、該特定の標的物質と、工程(a)で形成された複合体とを接触させ(工程(b))、次いで、該標的物質に結合した複合体に逆転写酵素を接触させて、該複合体における(i)のmRNAを鋳型に逆転写反応を行うことにより、該複合体における(ii)のDNAを伸長させ(工程(c))、次いで、該標的物質に結合している複合体を回収する(工程(d))。 In the fourth aspect of the method of the present invention, the mRNA of (i) in the nucleic acid construct comprising the mRNA of the present invention and DNA is translated, and the translation product is bound to the DNA described in (ii) of the nucleic acid construct. Thus, a complex containing the translation product and the nucleic acid construct is formed (step (a)), and then the specific target substance is brought into contact with the complex formed in step (a) (step (B)) Next, a reverse transcriptase is brought into contact with the complex bound to the target substance, and a reverse transcription reaction is performed using the mRNA of (i) in the complex as a template. ) Is extended (step (c)), and then the complex bound to the target substance is recovered (step (d)).
本発明の方法の第三または第四の態様において、(i)のmRNAの3'側領域と(ii)のDNAの3'側領域がハイブリダイズしている核酸構築物を用いた場合には、逆転写反応を(ii)のDNAをプライマーとして簡便に行うことができる。 In the third or fourth embodiment of the method of the present invention, when a nucleic acid construct in which the 3 ′ region of the mRNA of (i) and the 3 ′ region of the DNA of (ii) are hybridized is used, The reverse transcription reaction can be easily performed using the DNA of (ii) as a primer.
本発明の方法における、標的物質としては特に限定されず、スクリーニングの目的に応じて種々の標的物質を用いることができる。標的物質の具体例としては、ペプチド、タンパク質、低分子化合物、リガンド、酵素、抗体、又は環境汚染物質などが挙げられる。標的物質として、例えば、リガンドを用いれば、該リガンドに結合する受容体をスクリーニングすることができ、オーファン受容体のリガンドの同定などに有用である。複合体の回収を容易にするために、標的物質を担体に固定しておくことが好適である。また、目的に応じて、複数種の標的物質が配置された基盤を用いて、スクリーニングを行ってもよい。 The target substance in the method of the present invention is not particularly limited, and various target substances can be used depending on the purpose of screening. Specific examples of the target substance include peptides, proteins, low molecular compounds, ligands, enzymes, antibodies, environmental pollutants, and the like. For example, when a ligand is used as a target substance, a receptor that binds to the ligand can be screened, which is useful for identification of an orphan receptor ligand. In order to facilitate the recovery of the complex, it is preferable to fix the target substance on a carrier. Depending on the purpose, screening may be performed using a substrate on which a plurality of types of target substances are arranged.
本発明のスクリーニングの一例としては、以下の方法を挙げることができる。本発明の核酸構築物を転写・翻訳後(mRNAとDNAとからなる核酸構築物を用いる場合には、翻訳後)、アガロース等の固相担体に結合した標的物質の懸濁液を添加し、一定期間保持することにより標的物質と目的遺伝子の産物とを結合させる。未結合のmRNAとタンパク質を含む上清を、混合液から除去し、適当な緩衝液で固相担体を洗浄する。固相担体に結合したmRNA(またはDNA)を、尿素を含む溶液で高温にて溶出させることにより単離することができる。 The following method can be mentioned as an example of the screening of the present invention. After transcription and translation of the nucleic acid construct of the present invention (after translation in the case of using a nucleic acid construct comprising mRNA and DNA), a suspension of a target substance bound to a solid phase carrier such as agarose is added, and a certain period of time is added. By holding, the target substance and the product of the target gene are bound. The supernatant containing unbound mRNA and protein is removed from the mixture, and the solid phase carrier is washed with an appropriate buffer. MRNA (or DNA) bound to a solid phase carrier can be isolated by elution with a solution containing urea at high temperature.
また、本発明は、本発明のスクリーニングに用いるためのキットを提供する。本発明のDNA構築物を用いたスクリーニングのためのキットには、例えば、<1>本発明のDNA構築物、<2>本発明のDNA構築物を調製するための、(i)任意のポリペプチドをコードするDNAの転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAを含むDNA構築物または(ii)任意のポリペプチドをコードするDNAの転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAと該任意のポリペプチドをコードするDNAのクローニング部位とを含むDNA構築物、<3>本発明のDNA構築物の発現により形成される複合体、のいずれか一つまたは複数の評品を含むことができる。 The present invention also provides a kit for use in the screening of the present invention. The kit for screening using the DNA construct of the present invention includes, for example, <1> a DNA construct of the present invention, <2> (i) an arbitrary polypeptide for preparing the DNA construct of the present invention. A DNA construct containing a DNA having a function of stabilizing a complex of a transcription product and a translation product of the DNA to be synthesized or (ii) a function of stabilizing a complex of a transcription product and a translation product of a DNA encoding any polypeptide A DNA construct comprising a DNA having DNA and a cloning site of a DNA encoding the arbitrary polypeptide, or <3> a complex formed by expression of the DNA construct of the present invention. be able to.
また、本発明のmRNAとDNAとからなる核酸構築物を用いたスクリーニングのためのキットには、例えば、<1>本発明のmRNAとDNAとからなる核酸構築物、<2>本発明のmRNAとDNAとからなる核酸構築物の発現により形成される複合体(逆転写反応を行うことにより複合体中のmRNAに対応するDNAが合成されたものを含む)、のいずれか一つまたは双方の評品を含むことができる。 The kit for screening using the nucleic acid construct comprising the mRNA and DNA of the present invention includes, for example, <1> a nucleic acid construct comprising the mRNA and DNA of the present invention, and <2> the mRNA and DNA of the present invention. Any one or both of the complexes formed by the expression of the nucleic acid construct consisting of (including those in which the DNA corresponding to the mRNA in the complex was synthesized by performing a reverse transcription reaction) Can be included.
以下の実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されることはない。
[実施例1]
A.方法
(A−1)3種のタンパク質[DHFR-(RE) n ]の調製
DHFR-(RE)1-3融合タンパク質の調製に際して、プラスミドpTZDHFR20由来(Blakley, R. L. In Folates and Pterins; Blakley, R. L.; Benkovic, S. J,, Eds.;Wiley: New York, 1985; pp. 191-253)の、PstI部位をその3'末端に有するDHFRの遺伝子を、プラスミドpET30a(Novagen、Madison、WI)に挿入した。REペプチド(38アミノ酸;RKKRR QRRRP PQGSQ TBQVS LSKQP TSQSR GDPTG PKE(配列番号3))をコードするセンスおよびアンチセンスのオリゴヌクレオチドを合成し、アニーリングさせ、rTaqポリメラーゼ(Takara Shuzo Co., Kyoto, Japan)を用いて伸長した。得られたdsDNAをPstI部位とEcoT22I部位で切断して、PstI部位でDHFR遺伝子の3'側に挿入した。PstIとEcoT22Iの制限部位は連結し、連結した部位はPstIまたはEcoT22Iのいずれでも切断されないので、REペプチドをコードする配列をDHFRの遺伝子の3'末端にあるPstI部位に連続的に結合させて、pDHFR-(RE)1からpDHFR-(RE)3までを得た。これらのプラスミドを用いて大腸菌NovaBlue(DE3)(Novagen)にトランスフェクションし、得られた菌をLB培地500ml中で30℃にてインキュベートした。対数増殖期に、IPTG(イソプロピル-1-チオ-β-D-ガラクトシド)を1mM添加して、30℃で4時間インキュベートした。タンパク質は、ポリヒスチジンタグを付加したポリペプチドとして発現させた。HisTrapTMキレーティングキット(Amersham Pharmacia Biotech Uppsala, Sweden)を取扱説明書に従って使用して、タンパク質を精製し、HiTrapTM脱塩システム(Amersham Pharmacia Biotech)を用いて低分子物質を除いた。さらに、分解されたタンパク質を除くために、HiTrapTMSP (Amersham Pharmacia Biotech)陽イオン交換HPLCを行った。タンパク質の純度は、SDS-PAGEで調べた。結果を図1に示す。精製タンパク質の濃度は、BCAアッセイキット(Pierce、Rockford, IL)で測定した。
The present invention is specifically described by the following examples, but the present invention is not limited by the following examples.
[Example 1]
A. Method
(A-1) Preparation of three kinds of proteins [DHFR- (RE) n ]
In preparing DHFR- (RE) 1-3 fusion protein, plasmid pTZDHFR20-derived (Blakley, RL In Folates and Pterins; Blakley, RL; Benkovic, S. J ,, Eds .; Wiley: New York, 1985; pp. 191 The gene of DHFR having a PstI site at its 3 ′ end was inserted into plasmid pET30a (Novagen, Madison, Wis.). Sense and antisense oligonucleotides encoding RE peptide (38 amino acids; RKKRR QRRRP PQGSQ TBQVS LSKQP TSQSR GDPTG PKE (SEQ ID NO: 3)) were synthesized, annealed, and rTaq polymerase (Takara Shuzo Co., Kyoto, Japan) Used to elongate. The obtained dsDNA was cleaved at the PstI site and EcoT22I site, and inserted into the 3 ′ side of the DHFR gene at the PstI site. Since the restriction sites of PstI and EcoT22I are ligated and the ligated site is not cleaved by either PstI or EcoT22I, the sequence encoding the RE peptide is continuously linked to the PstI site at the 3 ′ end of the DHFR gene, pDHFR- (RE) 1 to pDHFR- (RE) 3 were obtained. These plasmids were used to transfect E. coli NovaBlue (DE3) (Novagen), and the resulting bacteria were incubated at 500C in 500 ml of LB medium. In the logarithmic growth phase, 1 mM IPTG (isopropyl-1-thio-β-D-galactoside) was added and incubated at 30 ° C. for 4 hours. The protein was expressed as a polypeptide to which a polyhistidine tag was added. Proteins were purified using HisTrap ™ chelating kit (Amersham Pharmacia Biotech Uppsala, Sweden) according to the instructions and low molecular weight material was removed using HiTrap ™ desalting system (Amersham Pharmacia Biotech). Furthermore, HiTrap ™ SP (Amersham Pharmacia Biotech) cation exchange HPLC was performed to remove the degraded protein. Protein purity was examined by SDS-PAGE. The results are shown in FIG. The concentration of the purified protein was measured with a BCA assay kit (Pierce, Rockford, IL).
(A−2)3種のタンデムRNAアプタマー[(Apt) n ]の調製
タンデムTatアプタマー[(Apt)1-3]の調製のために、センスとアンチセンスのオリゴヌクレオチド(5'-AAA AAA CGA AGC TTG ATC CCG TTT GCC GGT CGA TCG CTT CG-3'(配列番号4)および5'-TTT TTT CGA AGC GAT CGA CCG GCA AAC GGG ATC AAG CTT C-3'(配列番号5))を合成した。これらのオリゴヌクレオチドをアニールさせて、DNAライゲーションキットバージョン2(Takara Shuzo Co.)を用いて連結することにより、タンデムにつながったTatアプタマー[(Apt)1-3]を得た。1〜3個のTatアプタマーをコードする連結したDNA配列を、クローニング(TA Clonign Kit, Invitrogen Carlsbad, CA)した後、単離した。1〜3個のアプタマーをコードするDNAを、T7 Ampliscribeキット(Epicentre Technologies, Madison, WI)を用いて、転写した。
(A-2) Preparation of three kinds of tandem RNA aptamers [(Apt) n ] For the preparation of tandem Tat aptamers [(Apt) 1-3 ], sense and antisense oligonucleotides (5′-AAA AAA CGA AGC TTG ATC CCG TTT GCC GGT CGA TCG CTT CG-3 ′ (SEQ ID NO: 4) and 5′-TTT TTT CGA AGC GAT CGA CCG GCA AAC GGG ATC AAG CTT C-3 ′ (SEQ ID NO: 5)) were synthesized. These oligonucleotides were annealed and ligated using DNA ligation kit version 2 (Takara Shuzo Co.) to obtain Tat aptamer [(Apt) 1-3 ] linked to tandem. Ligated DNA sequences encoding 1-3 Tat aptamers were isolated after cloning (TA Clonign Kit, Invitrogen Carlsbad, CA). DNA encoding 1-3 aptamers was transcribed using the T7 Ampliscribe kit (Epicentre Technologies, Madison, Wis.).
(A−3)解離定数(K d )の測定
ゲル移動度シフトアッセイのために、各々の転写アプタマー[(Apt)1-3]を15%ポリアクリルアミド変性ゲルによるPAGEにより単離して、アルカリホスファターゼ(E.coli A19; Takara Syuzo Co., Kyoto, Japan)で37℃で1時間処理して、5'末端を脱リン酸化した。その後、T4ポリヌクレオチドキナーゼを37℃で1時間作用させて、該アプタマーを32Pで標識し、PAGE(15%ポリアクリルアミド)により精製した。一定の濃度の5'末端標識化アプタマーに40 nMのtRNAを加えて、Tat結合緩衝液[10 mM Tris-HCl(pH 8.0),70 mM NaCl,2 mM EDTA,および0.1% Nonidet P-40]中で95℃で3分間処理して変性させ、室温に放置して再生させ、続いて、Tat結合緩衝液中の過剰濃度範囲内のDHFR-(RE)1-3を総容量が10μlになるように混合し、30℃で一時間以上処理した。遊離のRNA、および、タンパク質に結合したRNA、またはペプチドに結合したRNAは、5〜15%の非変性ポリアクリルアミドゲルを用いて0.5×TBE(Tris-ホウ酸/EDTA)緩衝液中で電気泳動することにより分離し、解析した。
(A-3) Measurement of dissociation constant (K d ) For gel mobility shift assay, each transcription aptamer [(Apt) 1-3 ] was isolated by PAGE with 15% polyacrylamide denaturing gel, and alkaline phosphatase (E. coli A19; Takara Syuzo Co., Kyoto, Japan) was treated at 37 ° C. for 1 hour to dephosphorylate the 5 ′ end. Thereafter, T4 polynucleotide kinase was allowed to act at 37 ° C. for 1 hour, and the aptamer was labeled with 32 P and purified by PAGE (15% polyacrylamide). 40 nM tRNA was added to a fixed concentration of 5 ′ end labeled aptamer, and Tat binding buffer [10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 70 mM NaCl, 2 mM EDTA, and 0.1% Nonidet P-40] Denature by treatment at 95 ° C. for 3 minutes, leave to regenerate at room temperature, followed by 10 μl total volume of DHFR- (RE) 1-3 in excess concentration range in Tat binding buffer And treated at 30 ° C. for over 1 hour. Free RNA, protein-bound RNA, or peptide-bound RNA is electrophoresed in 0.5 × TBE (Tris-Borate / EDTA) buffer using 5-15% non-denaturing polyacrylamide gels Were separated and analyzed.
(A−4)pDHFR-(RE) 3 -(Apt) 3 (野生型)、pMuDHFR-(RE) 3 -(Apt) 3 (変異型)、pDHFR-(RE) 3 (対照)の構築
DHFRのコア領域に部位特異的変異を導入するために、4つのオリゴヌクレオチド(5'-ACA ATT CCC CTC TAG AAA TA-3'(配列番号6)、5'-GTG GTG GTG CTC GAG AAT TC-3'(配列番号7)、5'-CCT GCC GCC CTC GCC TGG GCC AAA CGC AAC ACC TTA AAT AAA-3'(配列番号8)、および5'-GCG TTT GGC CCA GGC GAG GGC GGC AGG CAG GTT CCA CGG-3'(配列番号9))を調製した。これらのオリゴヌクレオチドとメガプライマーPCR突然変異誘発法を用いて、DHFRの遺伝子に2つの変異を導入することにより、pMuDHFR-(RE)3を構築した。次に、タンデムの3つのアプタマー配列(Apt)3を、pDHFR-(RE)3とpMuDHFR-(RE)3内のREペプチドの下流にあるEco RI部位に導入し、pDHFR-(RE)3-(Apt)3(野生型)、およびpMuDHFR-(RE)3-(Apt)3(変異型)を得た。
(A-4) Construction of pDHFR- (RE) 3- (Apt) 3 (wild type), pMuDHFR- (RE) 3- (Apt) 3 (mutant), pDHFR- (RE) 3 (control)
In order to introduce site-specific mutations in the core region of DHFR, four oligonucleotides (5'-ACA ATT CCC CTC TAG AAA TA-3 '(SEQ ID NO: 6), 5'-GTG GTG GTG CTC GAG AAT TC- 3 '(SEQ ID NO: 7), 5'-CCT GCC GCC CTC GCC TGG GCC AAA CGC AAC ACC TTA AAT AAA-3' (SEQ ID NO: 8), and 5'-GCG TTT GGC CCA GGC GAG GGC GGC AGG CAG GTT CCA CGG-3 ′ (SEQ ID NO: 9)) was prepared. Using these oligonucleotides and the megaprimer PCR mutagenesis method, pMuDHFR- (RE) 3 was constructed by introducing two mutations into the DHFR gene. Next, the three aptamer sequences (Apt) 3 of tandem were introduced into the Eco RI site downstream of the RE peptide in pDHFR- (RE) 3 and pMuDHFR- (RE) 3 , and pDHFR- (RE) 3 − (Apt) 3 (wild type) and pMuDHFR- (RE) 3- (Apt) 3 (mutant) were obtained.
(A−5)(Apt) 3 と(RE) 3 との相互作用による、遺伝子型と表現型の連結
32Pで標識されたキャップ化(キャップ構造アナログ;New England Bio Labs, Beverly, MA)mRNAを得るために、直鎖状プラスミド[pDHFR-(RE)3-(Apt)3(野生型)、pMuDHFR-(RE)3-(Apt)3(変異型)、pDHFR-(RE)3(対照)]を、T7AmpliscribeTMキット(Epicentre Technologies, Madison, WI)を用いて37℃で2時間処理して、in vitroで転写させた。標識化mRNAをNICKTMカラム(Amersham Pharmacia Biotech, Uppsala, Sweden)で精製した。DHFR-(RE)3(野生型)、またはMuDHFR-(RE)3(変異型)をコードするキャップ化mRNA 1μgを、30℃で20分間ウサギ網状赤血球細胞溶解液20μl中で翻訳させた(Rabbit Reticulocyte Lysate System; Promega, Madison, WI)。対照として、アプタマーを含まないmRNAを翻訳させた(対照)。それぞれのタンパク質は、35Sで標識した。翻訳後、結合緩衝液[10 mM リン酸ナトリウム緩衝液(pH7.5)、70 mM NaCl、10μl tRNA] 180μlと、無水コハク酸で予め処理してMTX-アガロースビーズ(Sigma, St Louis, MO)の正電荷を中和しておいたMTX-アガロースビーズ懸濁液20μlとを細胞溶解液に添加し、30分間4℃にて結合させた。未結合のmRNAとタンパク質を含む上清200μlを、混合液から除去し、結合緩衝液180μlで2回MTX-ビーズを洗浄した。結合したmRNAとタンパク質を、SDSを含む溶液と一緒に高温(95℃)で溶出させることによりMTX-ビーズから単離した。その後、各サンプルを15%ゲルにてSDS-PAGEに供した。
(A-5) Genotype-phenotype linkage by interaction of (Apt) 3 and (RE) 3
In order to obtain capped (cap structure analog; New England Bio Labs, Beverly, MA) mRNA labeled with 32 P, the linear plasmid [pDHFR- (RE) 3- (Apt) 3 (wild type), pMuDHFR -(RE) 3- (Apt) 3 (mutant), pDHFR- (RE) 3 (control)] using T7Ampliscribe TM kit (Epicentre Technologies, Madison, WI) for 2 hours at 37 ° C, Transcribed in vitro. Labeled mRNA was purified on a NICK ™ column (Amersham Pharmacia Biotech, Uppsala, Sweden). 1 μg of capped mRNA encoding DHFR- (RE) 3 (wild type) or MuDHFR- (RE) 3 (mutant) was translated in 20 μl of rabbit reticulocyte lysate for 20 minutes at 30 ° C (Rabbit Reticulocyte Lysate System; Promega, Madison, WI). As a control, mRNA containing no aptamer was translated (control). Each protein was labeled with 35 S. After translation, binding buffer [10 mM sodium phosphate buffer (pH 7.5), 70 mM NaCl, 10 μl tRNA] 180 μl, pretreated with succinic anhydride and MTX-agarose beads (Sigma, St Louis, MO) 20 μl of the MTX-agarose bead suspension in which the positive charge was neutralized was added to the cell lysate and allowed to bind for 30 minutes at 4 ° C. 200 μl of supernatant containing unbound mRNA and protein was removed from the mixture and MTX-beads were washed twice with 180 μl of binding buffer. Bound mRNA and protein were isolated from MTX-beads by eluting at elevated temperature (95 ° C.) with a solution containing SDS. Thereafter, each sample was subjected to SDS-PAGE on a 15% gel.
(A−6)ストレプトアビジンmRNAとDHFR mRNAの混合物のプールから、ストレプトアビジンをコードするmRNAのin vitroでの選択
pDHFR-(CQ)3-(Apt)3の構築は、pDHFR-(RE)3-(Apt)3の構築に準じて行った。簡単に述べると、CQペプチド(36アミノ酸;CFTTK ALGIS YGRKK RRQRR RPPQG SQTBQ VSLSK Q)(配列番号10)をコードするセンスとアンチセンスのオリゴヌクレオチドを合成し、得られたCQペプチドを含む断片をDHFR配列とアプタマー配列の間に導入した。ストレプトアビジンをコードする鋳型DNAは既報である。ストレプトアビジン遺伝子を含むDNA断片はCQペプチド配列の上流にDHFR遺伝子と置換して挿入した。それぞれの32Pで標識したRNA[ストレプトアビジン-(CQ)3-(Apt)3とDHFR-(CQ)3-(Apt)3]は上記の通り調製した。3種のmRNAの組み合わせ(ストレプトアビジンまたはDHFRをコードするmRNAをそれぞれ1:1の比で混合したmRNA、または、対照としていずれかのmRNA)(各組み合わせにおいて、総量1.25μg)を、30℃で20分間細胞溶解液中(25μl)にて翻訳させた。翻訳後、結合緩衝液[20 mM リン酸ナトリウム緩衝液(pH8.0)、70 mM NaCl, 10μl tRHA] 180μlと、ビオチン-アガロースビーズ(Sigma, St Louis, MO)の懸濁液20μlとを細胞溶解液に添加し、10分間氷上にて結合させた。未結合のmRNAとタンパク質を含む上清(200μl)を、混合液から除去し、結合緩衝液180μlでビオチン-ビーズを2回洗浄した。結合したmRNAを、尿素を含む溶液とともに高温(95℃)にて溶出させることによりビオチン-ビーズから単離した。その後、各サンプルを、4%ゲルの変性PAGEに供した。
(A-6) In vitro selection of mRNA encoding streptavidin from a pool of a mixture of streptavidin mRNA and DHFR mRNA
The construction of pDHFR- (CQ) 3- (Apt) 3 was performed according to the construction of pDHFR- (RE) 3- (Apt) 3 . Briefly, a sense and antisense oligonucleotide encoding a CQ peptide (36 amino acids; CFTTK ALGIS YGRKK RRQRR RPPQG SQTBQ VSLSK Q) (SEQ ID NO: 10) was synthesized, and the resulting fragment containing the CQ peptide was DHFR sequence. And introduced between aptamer sequences. Template DNA encoding streptavidin has been reported previously. The DNA fragment containing the streptavidin gene was inserted upstream of the CQ peptide sequence by replacing the DHFR gene. Each 32 P-labeled RNA [Streptavidin- (CQ) 3- (Apt) 3 and DHFR- (CQ) 3- (Apt) 3 ] was prepared as described above. A combination of three mRNAs (mRNA mixed with a 1: 1 ratio of streptavidin or DHFR-encoding mRNA, or any mRNA as a control) (total amount of 1.25 μg in each combination) at 30 ° C. Translation was performed in cell lysate (25 μl) for 20 minutes. After translation, the cells were treated with 180 μl of binding buffer [20 mM sodium phosphate buffer (pH 8.0), 70 mM NaCl, 10 μl tRHA] and 20 μl of biotin-agarose beads (Sigma, St Louis, MO) suspension. Added to the lysate and allowed to bind on ice for 10 minutes. The supernatant (200 μl) containing unbound mRNA and protein was removed from the mixture and the biotin-beads were washed twice with 180 μl of binding buffer. Bound mRNA was isolated from biotin-beads by elution with a solution containing urea at high temperature (95 ° C.). Each sample was then subjected to 4% gel denaturing PAGE.
(A−7)機能性タンパク質の選択における、リボゾームディスプレイ系と(RE) 3 と(Apt) 3 との強い相互作用の組み合わせ
上記の、DHFR遺伝子(pDHFR)を含むpET30aとpDHFR-(RE)3-(Apt)3のプラスミドを、各々32Pで標識したmRNA[DHFR-(RE)3-(Apt)3、DHFR+Stop、およびDHFR-Stop mRNA]を調製するための鋳型として使用した。32Pで標識したmRNAを翻訳し、上述と同様、MTX-ビーズによる選択に供した。結合したmRNAを、高温にて溶出し、MTX-ビーズから単離した。選択されたmRNAの相対量は、32Pで標識したmRNAのカウントおよびRT-PCRにより検出した。
(A-7) Combination of strong interaction between ribosome display system and (RE) 3 and (Apt) 3 in selection of functional protein pET30a and pDHFR- (RE) 3 containing DHFR gene (pDHFR) The-(Apt) 3 plasmid was used as a template for preparing each 32 P-labeled mRNA [DHFR- (RE) 3- (Apt) 3, DHFR + Stop, and DHFR-Stop mRNA]. The mRNA labeled with 32 P was translated and subjected to selection with MTX-beads as described above. Bound mRNA was eluted at high temperature and isolated from MTX-beads. The relative amount of selected mRNA was detected by counting of 32 P-labeled mRNA and RT-PCR.
p(Apt)3-(RE)3-DHFRをpDHFR-(RE)3-(Apt)3と同様の方法で構築した。in vitroでの転写に用いる直鎖状DNAは、T7プロモーター配列を含有する各鋳型プラスミド[p(Apt)3-(RE)3-DHFR、およびpDHFR]からのPCR産物として調製した。mRNAは、上述の方法で調製した。大腸菌の各終結因子(大腸菌のRE1〜RE3)についてポリクローナルIgG抗体を別々に調製した。最初のプールのmRNA総量は、2μgであった。そして、直鎖状鋳型用大腸菌抽出液系(Promega, Madison, WI)を用いて、in vitroでの翻訳を37℃で10分間行った。翻訳反応を止めるために、翻訳産物を氷上で1分間静置して、上述の通り、MTX-ビーズを用いたin vitro選択を行った。回収されたmRNAをRNeasy mini kit(QIAGEN, Hilden, Germany)により精製し、MMLV逆転写酵素(Promega)により逆転写を行った。この逆転写されたサンプル、つまりcDNAをPCR(ExTaq;Takara)で増幅し、2.0%のアガロース電気泳動によって分析した。半定量分析を行うために、アガロースゲルをSYBR Green I(Molecular Probes)で染色し、Fluoro Imager 595 (Molecular Dynamics)により解析した。(RE)3と(Apt)3との相互作用の強度は、RT-PCR産物として回収されたmRNAの相対量に基づいて、推定した。 p (Apt) 3- (RE) 3 -DHFR was constructed in the same manner as pDHFR- (RE) 3- (Apt) 3 . Linear DNA used for transcription in vitro was prepared as a PCR product from each template plasmid containing the T7 promoter sequence [p (Apt) 3- (RE) 3 -DHFR, and pDHFR]. mRNA was prepared by the method described above. Polyclonal IgG antibodies were prepared separately for each E. coli termination factor (E. coli RE1-RE3). The total amount of mRNA in the first pool was 2 μg. Then, in vitro translation was carried out at 37 ° C. for 10 minutes using an E. coli extract system for linear template (Promega, Madison, Wis.). In order to stop the translation reaction, the translation product was allowed to stand on ice for 1 minute and subjected to in vitro selection using MTX-beads as described above. The recovered mRNA was purified with RNeasy mini kit (QIAGEN, Hilden, Germany) and reverse-transcribed with MMLV reverse transcriptase (Promega). This reverse-transcribed sample, ie cDNA, was amplified by PCR (ExTaq; Takara) and analyzed by 2.0% agarose electrophoresis. To perform semi-quantitative analysis, agarose gels were stained with SYBR Green I (Molecular Probes) and analyzed with Fluoro Imager 595 (Molecular Dynamics). The strength of interaction between (RE) 3 and (Apt) 3 was estimated based on the relative amount of mRNA recovered as RT-PCR product.
B.結果及び考察
(B−1)タンデムにつながったアプタマーとTat由来ペプチドとの相互作用の増強
機能性タンパク質のモデルとして、ジヒドロ葉酸還元酵素(DHFR)を選択した。その理由はその性質が良く解析されているためである(Blakley, R. L.他New York, 1985, pp.191-253. Taira, K. 他 J. Trends Biochem. Sci. 1987, 12, 275-278. Taira, K. 他 J. Med. Chem. 1988, 31, 129-137. Iwakura, M. 他 J. Biochem. 1995, 117, 480-488. Fujita, S. 他 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 391-396. Hamada, M. 他 J. Biochem. 1998, 123, 684-692)。数個のアプタマーとTat由来ペプチド(RE)の結合親和力への影響を調べるために、3種のタンパク質[DHFR-(RE)n](図1)と、3種のタンデムRNAアプタマー[(Apt)n](図2A)を調製した。この場合の「n」は1〜3の範囲内であり、それぞれのモチーフのコピー数に相当する。精製タンパク質のSDS-PAGE後のバンドを図1に示した。各タンパク質が予想通りDHFR活性を有していることを確認し、REペプチドモチーフの結合が、DHFRドメインの正確なフォールディングを干渉しないことを証明した。それぞれのアプタマーの適切な二次構造を維持するため、Tatアプタマーを6つのアデノシンヌクレオチドを介して互いにタンデムに結合させて、(Apt)2と(Apt)3を得た。非変性ゲルを用いたPAGEの後の精製RNAを、図2Aの対照のレーン(C)に示す。図2Aのゲルは、TatアプタマーはDHFRと相互作用しないことを示している。このゲルは、濃度を増加させた野生型DHFR(個々の場合において、ゲルの上に三角形で示す通り、Cのレーンから右へ、DHFRの濃度を増加させた。)と混合してもアプタマーの移動度は変化しなかったことを示す。
B. Results and discussion
(B-1) Dihydrofolate reductase (DHFR) was selected as a functional protein model for enhancing the interaction between the tandem-linked aptamer and the Tat-derived peptide . The reason is that the properties are well analyzed (Blakley, RL et al. New York, 1985, pp.191-253. Taira, K. et al. J. Trends Biochem. Sci. 1987, 12, 275-278. Taira, K. et al. J. Med. Chem. 1988, 31, 129-137. Iwakura, M. et al. J. Biochem. 1995, 117, 480-488. Fujita, S. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 391-396. Hamada, M. et al. J. Biochem. 1998, 123, 684-692). To examine the effect of several aptamers and Tat-derived peptide (RE) on binding affinity, three proteins [DHFR- (RE) n ] (Fig. 1) and three tandem RNA aptamers [(Apt) n ] (FIG. 2A) was prepared. “N” in this case is in the range of 1 to 3, and corresponds to the number of copies of each motif. The band after SDS-PAGE of the purified protein is shown in FIG. Each protein was confirmed to have DHFR activity as expected, demonstrating that binding of the RE peptide motif does not interfere with the correct folding of the DHFR domain. In order to maintain the proper secondary structure of each aptamer, Tat aptamers were tandemly linked to each other via six adenosine nucleotides to yield (Apt) 2 and (Apt) 3 . Purified RNA after PAGE using a non-denaturing gel is shown in the control lane (C) of FIG. 2A. The gel in FIG. 2A shows that the Tat aptamer does not interact with DHFR. This gel was mixed with wild-type DHFR at increasing concentrations (in each case, the concentration of DHFR was increased from lane C to the right, as indicated by the triangle above the gel). The mobility has not changed.
アプタマー(Apt)1-3のゲル移動度は、融合タンパク質DHFR-(RE) 1-3と混合すると、変化した(図2B〜2D)。これらの実験で、32P標識化アプタマー(最終濃度30pM)を過剰量の各融合タンパク質と混合し、形成した複合体の量をイメージアナライザーで定量した。見かけのKd値は、n=1、n=2、およびn=3で、それぞれ、24 nM、200 pM、および16 pM未満と計算された。試験した組み合わせの中で、(Apt)3とDHFR-(RE)3との相互作用が最も強かった[Kd(apt)<16 pM]。この複合体は、複数のコンホメーションをとるようであったが、アプタマーとREペプチドの両方の数が増加すると、より強い相互作用が得られた。RNA-タンパク質複合体の安定性の維持、即ち、RNAとタンパク質との極めて強い相互作用が、遺伝子型と表現型との連結において重要な因子であるため、(Apt)3とDHFR-(RE)3
のモチーフを用いて、以下の実験を行った。
Aptamer (Apt) 1-3 gel mobility was altered when mixed with the fusion protein DHFR- (RE) 1-3 (FIGS. 2B-2D). In these experiments, 32 P-labeled aptamer (
The following experiment was carried out using the motif.
(B−2)(Apt) 3 と(RE) 3 との相互作用による遺伝子型と表現型の連結
(Apt)3とDHFR-(RE)3を利用できるどうかを確かめるために、2種類のプラスミドを調製した。プラスミドは、野生型および変異型のDHFR-(RE)3融合タンパク質をコードするもので、コードされるmRNAと翻訳されるタンパク質を、図3Aに示した[野生型,pDHFR-(RE)3-(Apt)3;変異型,pMuDHFR-(RE)3-(Apt)3]。
(B-2) Linkage between genotype and phenotype due to interaction between (Apt) 3 and (RE) 3
To see if (Apt) 3 and DHFR- (RE) 3 are available, two plasmids were prepared. The plasmid encodes wild-type and mutant DHFR- (RE) 3 fusion proteins. The encoded mRNA and the protein to be translated are shown in FIG. 3A [wild-type, pDHFR- (RE) 3 − (Apt) 3 ; Mutant, pMuDHFR- (RE) 3- (Apt) 3 ].
それぞれのプラスミドは、タンデムにつながった3つのREペプチド[(RE)3]を有するDHFRをコードする配列、ならびにタンデムにつながった3つのTatアプタマー(Apt)3の配列を含んでいる。pMuDHFR-(RE)3-(Apt)3に由来する変異型タンパク質 [MuDHFR-(RE)3]は、DHFRの活性部位でAsp27からAla27、および、Phe31からAla31というアミノ酸置換を2箇所に有している点で、pDHFR-(RE)3-(Apt)3に由来する野生型のタンパク質[DHFR-(RE)3]と異なる。これらの変異により、メトトレキセート(MTX)への結合能が喪失する(Blakley, R. L.他New York, 1985, pp.191-253. Taira, K. 他 J. Trends Biochem. Sci. 1987, 12, 275-278. Taira, K. 他 J. Med. Chem. 1988, 31, 129-137. Iwakura, M. 他 J. Biochem. 1995, 117, 480-488. Fujita, S. 他 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 391-396. Hamada, M. 他 J. Biochem. 1998, 123, 684-692.)。第二の対照として、野生型のDHFR-(RE)3融合タンパク質をコードし、アプタマー配列をコードしないプラスミド(pDHFR-(RE)3)を調製した。この翻訳産物であるDHFR-(RE)3は、そのmRNAと相互作用できない(図3A、右)。 Each plasmid contains a sequence encoding DHFR with three RE peptides [(RE) 3 ] linked to tandem, and a sequence of three Tat aptamers (Apt) 3 linked to tandem. The mutant protein derived from pMuDHFR- (RE) 3- (Apt) 3 [MuDHFR- (RE) 3 ] has two amino acid substitutions from Asp27 to Ala27 and Phe31 to Ala31 in the active site of DHFR. In that it differs from the wild-type protein [DHFR- (RE) 3 ] derived from pDHFR- (RE) 3- (Apt) 3 . These mutations result in loss of ability to bind to methotrexate (MTX) (Blakley, RL et al. New York, 1985, pp.191-253. Taira, K. et al. J. Trends Biochem. Sci. 1987, 12, 275- 278. Taira, K. et al. J. Med. Chem. 1988, 31, 129-137. Iwakura, M. et al. J. Biochem. 1995, 117, 480-488. Fujita, S. et al. Proc. Natl. Acad. Sci USA 1997, 94, 391-396. Hamada, M. et al. J. Biochem. 1998, 123, 684-692.). As a second control, a plasmid (pDHFR- (RE) 3 ) encoding a wild type DHFR- (RE) 3 fusion protein and not encoding an aptamer sequence was prepared. This translation product, DHFR- (RE) 3 , cannot interact with the mRNA (FIG. 3A, right).
遺伝子型と表現型の連結のために、(Apt)3-(RE)3間の相互作用を利用できる場合には、野生型の系(図3A、左)においてのみ、翻訳後にその反応液をMTX-アガロースビーズと混合すると、タンパク質(DHFR)とそのmRNAの両方が、MTX-アガロースビーズに結合して回収されるはずである。対照的に、変異体の系(図3A、真中)では、変異型DHFRは、MTXに結合できないように設計されているために、MTX−アガロースビーズへ結合させてもタンパク質(DHFR)とそのmRNAは何れも回収されないはずである。また、第2の対照の系(図3A、右)では、(Apt)3アプタマーがないために、DHFR-(RE)3は、そのmRNAと相互作用できないので、MTXアガロースビーズへ結合させた場合、タンパク質(DHFR)だけが回収され、mRNAは回収されないはずである。 If the interaction between (Apt) 3- (RE) 3 can be used to link the genotype and phenotype, the reaction solution is post-translationally only in the wild type system (FIG. 3A, left). When mixed with MTX-agarose beads, both protein (DHFR) and its mRNA should be bound to MTX-agarose beads and recovered. In contrast, in the mutant system (FIG. 3A, middle), the mutant DHFR is designed so that it cannot bind to MTX, so even when bound to MTX-agarose beads, the protein (DHFR) and its mRNA. None of them should be recovered. In addition, in the second control system (FIG. 3A, right), since there is no (Apt) 3 aptamer, DHFR- (RE) 3 cannot interact with the mRNA, and therefore when bound to MTX agarose beads. Only protein (DHFR) should be recovered and mRNA should not be recovered.
T7ポリメラーゼを用いてそれぞれのプラスミドから、32Pで標識した3種のキャップ化mRNAを調製し、それらを鋳型として用いて、ウサギ網状赤血球細胞溶解液中で各タンパク質に翻訳させた。翻訳の際、各タンパク質は、35S-メチオニンで標識した。翻訳後、適切な結合緩衝液とMTX-アガロースビーズを、各細胞溶解液に添加して、4℃で30分間結合反応を進行させた(この場合低温で行うのは、細胞溶解液中のRNaseによりmRNAの分解率を減らすためである)。結合していないmRNAとタンパク質を含む、結合溶液の上清を除いて、MTX-アガロースビーズを結合緩衝液で二回洗浄した。溶出緩衝液中で加熱(95℃)してビーズから溶出させた産物を、SDS-PAGEにより分析した。翻訳後の各細胞溶解液を調べることにより、翻訳されたタンパク質と投入したmRNAの量は、どの場合でも一致する(図3B、レーン1〜3)ことを確認した。
Three kinds of capped mRNAs labeled with 32 P were prepared from each plasmid using T7 polymerase, and these were used as templates and translated into each protein in a rabbit reticulocyte lysate. During translation, each protein was labeled with 35 S-methionine. After translation, an appropriate binding buffer and MTX-agarose beads were added to each cell lysate, and the binding reaction was allowed to proceed for 30 minutes at 4 ° C. (In this case, RNase in the cell lysate is performed at low temperature. To reduce the degradation rate of mRNA). The supernatant of the binding solution containing unbound mRNA and protein was removed and the MTX-agarose beads were washed twice with binding buffer. Products eluted from the beads by heating (95 ° C.) in elution buffer were analyzed by SDS-PAGE. By examining each cell lysate after translation, it was confirmed that the translated protein and the amount of the input mRNA were consistent with each other (FIG. 3B,
溶出した産物の分析は、予測どおり、DHFRは野生型および対照の系(図3B、レーン4および6)で検出され、変異型タンパク質はほとんど検出されなかった(図3B、レーン5)。野生型DHFRおよび対照DHFRの回収率は、それぞれ、変異型DHFRの回収率の9倍および16倍高かった(図3C、左)。さらに、MTXとの結合後はMTXビーズは幾分か正電荷を帯びているので、本実験においては、mRNAのMTXビーズへの非特異的結合を完全に防ぐことはできなかったが(図3B、レーン5と6)、野生型の系でのみ、mRNAが検出された(図3B、レーン4)。野生型のmRNAの収量は、バックグランド(つまり、非特異的に結合した変異mRNAおよび対照mRNA)の量に対して2.5倍高いだけであった(図3C、右図)。バンドを定量すると、タンパク質とmRNAの量がバックグラウンドのレベルをかなり上回っていることが明らかになった。これらの結果は、図3Aに模式的に示した相互作用の有効性を実証するものである。
Analysis of the eluted product, as expected, showed that DHFR was detected in the wild type and control systems (FIG. 3B,
(B−3)in vitroでのストレプトアビジンに結合したmRNAの選択
標的タンパク質の選択において、(Apt)3とDHFR-(RE)3が適切に機能するならば、識別可能な2種のmRNAを同時に翻訳した場合、それぞれのタンパク質は、そのmRNAと特異的に結合するはずである。MTXアガロースビーズは、正電荷を帯びており、関係のないmRNAの非特異的結合を完全に排除できないため(図3Bおよび図3C)、代わりに、ビオチン-アガロ−スビーズを試した。陽性対照としては、pDHFR-(CQ)3-(Apt)3プラスミド内のDHFRの遺伝子をストレプトアビジンの遺伝子で置換した新しいプラスミド、pStreptavidin-(CQ)3-(Apt)3を構築した(REおよびCQは共にTat-由来ペプチドであり、同じ機能を有する)(Yamamoto, R. 他 Genes Cells 2000, 5, 371-388.)。この系(図4)では、pStreptavidin-(CQ)3-(Apt)3とpDHFR-(CQ)3-(Apt)3に由来するmRNAの混合物を最初に用いて行った場合、DHFRではなく、翻訳されたストレプトアビジンがビオチン-アガロースビーズに結合するはずである(Green, N. M. 他 Adv. Protein Chem. 1975, 29, 85-133)。
(B-3) Selection of mRNA bound to streptavidin in vitro In selection of target protein, if (Apt) 3 and DHFR- (RE) 3 function properly, two distinct mRNAs can be identified. When translated simultaneously, each protein should bind specifically to its mRNA. Since MTX agarose beads are positively charged and non-specific binding of irrelevant mRNA cannot be completely eliminated (FIGS. 3B and 3C), biotin-agarose beads were tried instead. As a positive control, a new plasmid pStreptavidin- (CQ) 3- (Apt) 3 was constructed by replacing the DHFR gene in the pDHFR- (CQ) 3- (Apt) 3 plasmid with the streptavidin gene (RE and Both CQ are Tat-derived peptides and have the same function) (Yamamoto, R. et al.
pStreptavidin-(CQ)3-(Apt)3とpDHFR-(CQ)3-(Apt)3から、T7ポリメラーゼを用いて、2種類の32Pで標識したキャップ化mRNAを調製した。転写されたmRNAを細胞溶解液中で別々に翻訳し(図4B、レーン1と2)、あるいは1:1の比率で混合したものを翻訳して(図4B、レーン3)、それぞれのmRNAをビオチン-アガロースビーズで選択した。この工程は、図3に示した実験で用いた工程と基本的に同様であり、翻訳後に適切な結合緩衝液とビオチン-アガロースビーズを各細胞溶解液に添加して、4℃で10分間結合反応を進行させた。その後、結合していないmRNAとタンパク質を含む結合溶液の上清を除いて、ビオチン-アガロースビーズを結合緩衝液で二回洗浄した。高温(95℃)で溶出緩衝液によりビーズから結合産物を溶出し、選択されたmRNAを同定するために、4%変性PAGEにより分析した(図4B)。
From pStreptavidin- (CQ) 3- (Apt) 3 and pDHFR- (CQ) 3- (Apt) 3 , two types of capped mRNAs labeled with 32 P were prepared using T7 polymerase. The transcribed mRNA is translated separately in the cell lysate (FIG. 4B,
ビオチンビーズに結合した各mRNAを定量すると、結合したストレプトアビジンをコードするmRNA(Streptavidin-(CQ)3-(Apt)3mRNA)の収量が、DHFRをコードするmRNA(DHFR-(CQ)3-(Apt)3mRNA;レーン1と2)の収量よりも3倍高かった。それぞれのmRNAを1:1で混合した群からビオチンビーズに結合したmRNAを単離した場合、pStreptavidin-(CQ)3-(Apt)3mRNAが選択された(レーン3)。この結果は、その強いRNA-タンパク質間の相互作用が、機能性タンパク質の選択に有効であることを実証する。
When each mRNA bound to the biotin beads was quantified, the yield of the mRNA encoding the bound streptavidin (Streptavidin- (CQ) 3- (Apt) 3 mRNA) was determined as the mRNA encoding DHFR (DHFR- (CQ) 3- (Apt) 3 mRNA; three times higher than the yield of
(B−4)機能性タンパク質の選択における、リボゾームディスプレイ系と(RE) 3 と(Apt) 3 との強い相互作用の組み合わせ
RNA-タンパク質間の強い相互作用を用いて、機能的ストレプトアビジンが選択できたので(図4)、リボゾームディスプレイ系と組み合わせることにより、さらに改良できないかを検討した。リボゾームディスプレイ系では、終止コドンの欠損により複合体からのタンパク質の遊離が遅れるので(Hanes, J. 他 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 4937-4942. He, M. 他 Nuclelic Acids Res. 1997, 25, 5132-5134.)、リボゾームは、翻訳したタンパク質、およびそのそれぞれのmRNAと比較的安定な複合体を形成する。本発明の系で終止コドンの削除の影響を調べるために、終止コドンが欠損したDHFR mRNA(DHFR-Stop mRNA, 図5Aの右図)を調製した。対照として、終止コドンを有するDHFR mRNA(DHFR+Stop mRNA, 図5Aの中図)を用いた。
(B-4) Combination of strong interaction between ribosome display system and (RE) 3 and (Apt) 3 in selection of functional protein
Since functional streptavidin could be selected using strong interaction between RNA and protein (FIG. 4), it was examined whether it could be further improved by combining with a ribosome display system. In the ribosome display system, protein release from the complex is delayed due to deletion of the stop codon (Hanes, J. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 4937-4942. He, M. et al. Nuclelic Acids Res. 1997, 25, 5132-5134.), Ribosomes form relatively stable complexes with translated proteins and their respective mRNAs. In order to examine the effect of deletion of the stop codon in the system of the present invention, DHFR mRNA lacking the stop codon (DHFR-Stop mRNA, right figure in FIG. 5A) was prepared. As a control, DHFR mRNA having a stop codon (DHFR + Stop mRNA, middle diagram in FIG. 5A) was used.
細胞溶解液中で翻訳して選択した後、MTX-ビーズに結合したmRNAの量を3種のmRNA(即ち、DHFR-(RE)3-(Apt)3、DHFR+Stop、およびDHFR-Stop)について比較した。翻訳の際に、終止コドンを有するDHFR-(RE)3-(Apt)3 mRNAは、(RE)3と(Apt)3間の相互作用により、翻訳されたDHFRタンパク質と結合する。また、終止コドンが存在するのでリボゾームはmRNAから遊離するため、このタンパク質-mRNA複合体には、リボゾームは関与していない。これら3種のmRNAを、ウサギ網状赤血球細胞溶解液中で翻訳し、図3に記載したのと同じ条件下でMTX-アガロースビーズに露出した。選択されたmRNAの相対量は、32Pで標識したRT-PCR産物と、元の結合したmRNAのカウントから検出した(図5Bおよび図5C)。PCR産物の分析(図5B)は一度しか行わなかったので、図5Cに示したmRNAのレベルの定量の方が信頼性が高い。図5Cに示した結果は、4回の独立して行った実験の平均である。平均すると、DHFR+Stop mRNA(図5C、レーン2)のバックグランドのレベルより、選択されたDHFR-(RE)3-(Apt)3 mRNA(図5C、レーン1)は2.5倍高濃度であり、一方、DHFR-Stop mRNAの濃度は1.4倍であった(図5C、レーン3)。従って、この系では、各mRNAとその産物との複合体の安定性においては、(RE)3-(Apt)3相互作用が、終止コドンの削除より効果的であった。 After translation and selection in the cell lysate, the amount of mRNA bound to the MTX-beads is determined by 3 types of mRNA (ie, DHFR- (RE) 3- (Apt) 3 , DHFR + Stop, and DHFR-Stop). Compared. During translation, DHFR- (RE) 3- (Apt) 3 mRNA having a stop codon binds to the translated DHFR protein by the interaction between (RE) 3 and (Apt) 3 . In addition, since there is a stop codon, the ribosome is released from the mRNA, so that the ribosome is not involved in this protein-mRNA complex. These three mRNAs were translated in rabbit reticulocyte cell lysate and exposed to MTX-agarose beads under the same conditions as described in FIG. The relative amount of mRNA selected was detected from the RT-PCR product labeled with 32 P and the count of the original bound mRNA (FIGS. 5B and 5C). Since PCR product analysis (FIG. 5B) was performed only once, the quantification of mRNA levels shown in FIG. 5C is more reliable. The results shown in FIG. 5C are an average of 4 independent experiments. On average, the selected DHFR- (RE) 3- (Apt) 3 mRNA (FIG. 5C, lane 1) is 2.5 times higher than the background level of DHFR + Stop mRNA (FIG. 5C, lane 2). On the other hand, the concentration of DHFR-Stop mRNA was 1.4 times (FIG. 5C, lane 3). Therefore, in this system, the (RE) 3- (Apt) 3 interaction was more effective than the deletion of the stop codon in the stability of the complex between each mRNA and its product.
リボゾームディスプレイ法は、機能性抗体を各々の抗原に対して選択する場合には、かなり有効に機能する(Hanes, J. 他 Nat. Biotechnol. 2000, 18, 1287-1292.)。しかし、今回の結果(図5C)は、終止コドンの削除により形成するリボゾーム-mRNA-タンパク質複合体の安定性は、DHFRのような一般的なタンパク質の選択には十分でないことを示唆する。リボゾームディスプレイ系において適切な抗体を短時間に選択するには、抗体とその抗原とのかなり強い相互作用が必要なのかもしれない。 The ribosome display method works quite effectively when functional antibodies are selected for each antigen (Hanes, J. et al. Nat. Biotechnol. 2000, 18, 1287-1292.). However, the present results (FIG. 5C) suggest that the stability of the ribosome-mRNA-protein complex formed by deletion of the stop codon is not sufficient for the selection of common proteins such as DHFR. Selecting a suitable antibody in a ribosome display system in a short period of time may require a fairly strong interaction between the antibody and its antigen.
(RE)3-(Apt)3相互作用と、リボゾームディスプレイ系を組み合わせることは、各mRNAとその産物の複合体の安定性を向上させるのに有利である。この目的のために、(Apt)3-(RE)3領域がDHFRの遺伝子の上流に位置する別のプラスミドを調製した(図6)。さらに、終止コドンの削除により複合体をさらに安定化させるために、終結因子である大腸菌のRF1、RF2、およびRF3に対するポリクローナルIgG抗体を調製した(Moffat, J. G.他Biochimie 1991, 73, 1113-1120.)。(Apt)3-(RE)3領域にある終止コドンが3'末端にくることを避けるために、(Apt)3-(RE)3領域を5'末端に設定したので、本発明では、各mRNAの翻訳を(Apt)3と(RE)3の間にSD配列を配置することにより、大腸菌S30抽出液中で行った。
Combining the (RE) 3- (Apt) 3 interaction with the ribosome display system is advantageous for improving the stability of the complex of each mRNA and its product. For this purpose, another plasmid was prepared in which the (Apt) 3- (RE) 3 region is located upstream of the DHFR gene (FIG. 6). Furthermore, in order to further stabilize the complex by deleting the stop codon, polyclonal IgG antibodies against E. coli RF1, RF2 and RF3 were prepared (Moffat, JG et al. Biochimie 1991, 73, 1113-1120. ). 'In order to avoid coming to the end, (Apt) 3 - (RE ) 3
終結因子に対するポリクローナルIgG抗体の存在下(図6のレーン1と3)、および非存在下(図6のレーン2と4)で、MTX-ビーズに結合したmRNAの量を、2種のmRNA、つまりDHFR-Stop mRNA(図6のレーン1と2)および(Apt)3-(RE)3DHFR-Stop mRNA(図6のレーン3と4)について比較した。翻訳されたmRNAは、図3に記載したのと同じ条件で、MTX-アガロース-ビーズの選択に供した。選択されたmRNAの相対量は、RT-PCR(図6Bおよび図6C)により検出した。図6Cに示した結果は、独立して行った2回の実験の平均である。これらの結果は、(RE)3-(Apt)3相互作用とリボゾームディスプレイ系の組み合わせが、特に終結因子に対するポリクローナルIgG抗体の存在下では、mRNA-リボゾーム複合体の安定化に有効であることを実証する。
The amount of mRNA bound to MTX-beads in the presence of a polyclonal IgG antibody against the termination factor (
(B−5)RNA−タンパク質ネットワークの存在の可能性
上記した実験結果から、アプタマー/ペプチド間の強い相互作用がリボソームディスプレイ複合体を安定化させ、この種の相互作用が機能性タンパク質の選択に有用であることが実証された。しかし、in vitro結合アッセイの結果から見て(図2)、タンパク質の選択の効率はそれほど高くはないことが予想される。即ち、図7Aの上の図に示すようなRNA−タンパク質ネットワークの形成により、ライブラリーからのタンパク質の選択は困難になる可能性がある。この問題は、図7Aの下の図に示すようなアプタマーとペプチドの異なる組み合わせを使用することにより解消することができる。
(B-5) Possibility of existence of RNA-protein network Based on the above experimental results, strong interaction between aptamer / peptide stabilizes ribosome display complex, and this kind of interaction contributes to selection of functional protein. It proved useful. However, from the results of the in vitro binding assay (FIG. 2), it is expected that the efficiency of protein selection is not very high. That is, the formation of an RNA-protein network as shown in the upper diagram of FIG. 7A may make it difficult to select proteins from the library. This problem can be overcome by using different combinations of aptamers and peptides as shown in the lower diagram of FIG. 7A.
[実施例2]
A.材料と方法
(A−1)Ricin-A 鎖がfusion したジヒドロ葉酸還元酵素(DHFR)、グルタチオン−5−トランスフェラーゼ(GST)、及びストレプトアビジン(StAv)発現ベクターの構築
PTZDHFR20由来のDHFR遺伝子を pET30aのマルチクローニングサイトに挿入し、pDHFRを構築した。さらにpCANTABE5(Pharmacia)由来のgeneIII(geneIII配列については、In vitro selection and evolution of functional proteins by using ribosome display. Proc Natl Acad Sci U S A. 1997 May 13;94(10):4937-42)配列のうち、1-404番目までのアミノ酸(long spacer)と195-315番目までを含むアミノ酸(short spacer)をコードする2種類の配列を下記のプライマーで増幅し、EcoT22I及びPstIで切断し、それぞれDHFR遺伝子の下流のPst I部位に挿入した。用いたプライマーはlong spacer up primer: 5’-GTG GCG ATG CAT CGA CTG TTG AAA GTT GTT TAG CAA AAC −3’(配列番号11), long spacer down primer: 5’-TTC TTA CTG CAG AGA CTC CTT ATT ACG CAG TAT GTTAG-3’(配列番号12), short spacer up primer:5’-GTG GCG ATG CAT CGG ATC CAT TCG TTT GTG AAT ATCAAG-3’(配列番号13), short spacer down primer:5’-TTC TTA CTG CAG ACC AGT AGC ACC ATT ACC ATT AGC AA-3’(配列番号14)。次にlinkerとしてgeneIII配列の212-258番目のグリシン及びセリンをコードする配列を下記のプライマーで増幅し、ScaI及びEcoRVで切断し、DHFR遺伝子とspacerの間のEcoRVサイトに挿入した。このリンカーの上流には新たにNheIサイトが、下流にはNcoIサイトが挿入された。用いたプライマーはup primer: 5’-ACT CGG AGT ACT TGC TAG CCC TGT CAA TGC TGG CGG CG-3’(配列番号15), down primer:5’-GCT ACG GAT ATC CCG CTT GTA ACA GGA GTG CTC CAT GGA TAA TCA AAA TCA CCG GAA CCG −3’(配列番号16)。次にpUTA(Texas Univ. Prof. Rpbertus J.)由来のリシンA鎖をコードする配列を下記のプライマーで増幅し、NcoI及びEcoRVで切断し、DHFR遺伝子とspacerの間のNcoI及びEcoRVに挿入した。用いたプライマーはup primer:5’-CGC GCG CCA TGG ATG TTT CCC AAA CAA TAC CCA AT-3’(配列番号17), down primer: 5’-GGG GCG GAT ATC CCA AAC TGT GAG CTC GGT GGA GGC GCG-3’(配列番号18)。リシンを不活性化するような変異(Glu-177, Arg-180, Glu-208 をGln-177, His-180, Asp-208)を加えたものも同様に挿入した(pDLRS, pDLRL)。最後にDHFRをGST及びStAvに置換するために、pGEX−4t-3(Pharmacia)由来のGST遺伝子及びpGSH由来のStreptavidin遺伝子を増幅し、XbaI及びNheIサイトで切断し、プラスミドのXbaI及びNheIサイトに挿入した(pGLRS, pGLmRS, pSLRS, pSLRL, pSLmRS)。用いたプライマーはGST用として、up primer:5'-GGC CGG TCT AGA AAT AAT TTT GTT TAA CTT TAA GAA GGA GAT ATA CAT ATG TCC CCT ATA CTA GGT TAT TG(配列番号19)、down primer:5'-CGG TGG GCT AGC CAG ATC CGA TTT TGG AGG ATG GTC GC(配列番号20)、StAv用として、up primer: 5’−GGC CGG TCT AGA AAT AAT TTT GTT TAA CTT TAA GAA GGA GAT ATA CAT ATG CAC CAT CAT CAT CAT CAT TC −3’(配列番号21), down primer: 5’−CGG TGG GCT AGC CCG CCG CTC CAG AAT CTC AAA GCA−3’(配列番号22)。
[Example 2]
A. Materials and methods
(A-1) Construction of dihydrofolate reductase (DHFR), glutathione-5-transferase (GST), and streptavidin (StAv) expression vectors fused with Ricin-A chain
A DHFR gene derived from PTZDHFR20 was inserted into the multi-cloning site of pET30a to construct pDHFR. In addition, geneIII derived from pCANTABE5 (Pharmacia) (for geneIII sequences, in vitro selection and evolution of functional proteins by using ribosome display. Proc Natl Acad Sci US A. 1997 May 13; 94 (10): 4937-42) Two sequences encoding
pSLRL(Streptavidin-Linker-Ricin-GeneIII(long))のDNA配列を配列表の配列番号1に示し、pSLRS(Streptavidin-Linker-Ricin-GeneIII(Short))のDNA配列を配列表の配列番号2に示す。 The DNA sequence of pSLRL (Streptavidin-Linker-Ricin-GeneIII (long)) is shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing, and the DNA sequence of pSLRS (Streptavidin-Linker-Ricin-GeneIII (Short)) is shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing. Show.
配列番号1の塩基配列の構成は以下の通りである。
Translation Position; 5076−8155
T7 promoter;4987−5004
lac operator;5007−5030
SD sequence; 5061−5067
Steptacidin sequence; 5121−5600
Linker; 5601−5768
Ricin A chain; 5769−6572
Spacer (containing GeneIII(L) sequences); 6573−7856
The structure of the base sequence of SEQ ID NO: 1 is as follows.
Translation Position; 5076-8155
T7 promoter; 4987-5004
lac operator ; 5007-5030
SD sequence; 5061-5067
Steptacidin sequence; 5121-5600
Linker; 5601-5768
Ricin A chain; 5769-6657
Spacer (containing GeneIII (L) sequences); 6573-7856
配列番号2の塩基配列の構成は以下の通りである。
Translation Position;5076−7007
T7 promoter;4987−5004
lac operator;5007−5030
SD sequence;5061−5067
Steptacidin sequence;5121−5600
Linker;5601−5768
Ricin A chain;5769−6572
Spacer (containing GeneIII(S) sequences) ;6573−7007
The structure of the base sequence of SEQ ID NO: 2 is as follows.
Translation Position; 5076-7007
T7 promoter; 4987-5004
lac operator ; 5007-5030
SD sequence; 5061-5067
Steptacidin sequence; 5121-5600
Linker; 5601-5768
Ricin A chain ; 5769-6657
Spacer (containing GeneIII (S) sequences); 6573-7007
(A−2)Biotinアフィニティカラム及びGlutathioneアフィニティーカラムによるmRNAの結合及び選択
各プラスミド(pDLRS, pDLRL, pSLRS, pSLRL, pSLmRS, pGLRS, pGLmRS)はXhoIで切断された後、Cap Analog存在下でAmpliScribe T7 Transcription Kit(Epicentre Technologies)を用いてT7 promoterより転写された。場合によってはα32P-CTPによってアイソトープ標識した。これらのmRNAはRabit Reticulocyte Lysate System(Promega)を用いて翻訳した。反応は25μlのスケールでRNA、1μgを翻訳した。溶液の組成は添付のプロトコルに従った。30℃で10分間インキュペーションし、反応溶液20μlにSample Buffer(ストレプトアビジンの選択の場合、50mM Potassium phoshate buffer(pH7.9), 300mM NaCl, 0.05% Tween 20, 2% Block Ace(Yukizirushi);GSTの選択の場合、pH 7.4, 10 mM Na2HPO4, 1.8 mM KH2PO4, 2.7 mM KCl, 140mM NaCl and 1% Triton X-100)を80μl加え、あらかじめSample Bufferで数回洗浄したBiotin-Agarose(Sigma)を10μl加えた。場合によっては、結合及び洗浄のステップの後に結合しているRNAの量をアイソトープのカウントにより定量した。室温で10分間インキュペーションした後、上澄みを取り除き、200μlのSample Bufferで3回洗浄した。その後、結合しているRNAを回収するために100μlのElution Buffer(ストレプトアビジンの選択の場合、50mM Potassium phoshate buffer(pH7.9), 300mM NaCl, 0.05% Tween20, 2% Block Ace, 3M Guanisine, 50mM EDTA;GSTの選択の場合、pH 7.4, 10 mM Na2HPO4, 1.8 mM KH2PO4, 2.7 mM KCl, 140mM NaCl and 1% Triton X-100, 3 M guanidine and 250 mMEDTA)を加え、室温で10分激しく撹拌し、遠心して、上澄みを回収した。この操作を2回繰り返した。回収したRNAはRNeasy minin kit(QIAGEN)により精製した。精製したRNAはRiverse Transcription System (Promega)のプロトコルに従って5μMのdown primerで逆転写され、Ex Taq polymerase(TAKARA)によってPCRを行った。up及びdown primerは1μM加えた。用いたプライマーはup primer:5’-CTT TAA GAA GGA GAT ATA CAT ATG-3’(配列番号23), down primer:5’-CTC CTC CGG TCG ACG ATA TC-3’(配列番号24)。
(A-2) mRNA binding and selection with Biotin affinity column and Glutathione affinity column Each plasmid (pDLRS, pDLRL, pSLRS, pSLRL, pSLmRS, pGLRS, pGLmRS) was cleaved with XhoI and then AmpliScribe T7 in the presence of Cap Analog. Transcription Kit (Epicentre Technologies) was used for transcription from T7 promoter. In some cases it was isotope labeled with α 32 P-CTP. These mRNAs were translated using the Rabit Reticulocyte Lysate System (Promega). The reaction translated 1 μg of RNA on a 25 μl scale. The composition of the solution followed the attached protocol. Incubate at 30 ° C for 10 minutes, add 20 μl of reaction solution to Sample Buffer (if streptavidin is selected, 50 mM Potassium phoshate buffer (pH 7.9), 300 mM NaCl, 0.05
B.結果と考察
(B−1)リシンA鎖がフュージョンしたジヒドロ葉酸還元酵素(DHFR)、グルタチオン−5−トランスフェラーゼ(GST) 及びストレプトアビジン(StAv)発現ベクターの構築
DHFR、GST、StAvタンパク質はその性質がよく研究されているタンパク質である。DHFRはStAvとBiotinの結合のnegative controlとして用いるために挿入された。LinkerはDHFR、GST及びStAvとリシンが立体障害により、foldingが阻害されるのを避けるために導入した。この配列はGeneIII遺伝子上にコードする配列でグリシン及びセリンを多くコードする。リシンはリボソームを不活性化させるドメインであるA鎖のみを導入した。変異リシンは28S rRNAに存在するα−サリシン部位のN−グルコシド結合を加水分解する活性が完全に失われている。リシンの下流にはGeneIII遺伝子により挿入した配列がSpacerとして挿入された。これはリボソームによるタンパク質の翻訳が終了する前にリシンがリボソームをcisで攻撃できるようにするためである。long及びshortの2種類のSpacerを挿入したプラスミドを構築した(図9A)。
B. Results and discussion
(B-1) Construction of dihydrofolate reductase (DHFR), glutathione-5-transferase (GST) and streptavidin (StAv) expression vectors fused with ricin A chain
DHFR, GST, and StAv proteins are well-studied proteins. DHFR was inserted for use as a negative control for the binding of StAv and Biotin. Linker was introduced to prevent folding of DHFR, GST, StAv and lysine due to steric hindrance. This sequence is encoded on the GeneIII gene and encodes a large amount of glycine and serine. Lysine introduced only the A chain, a domain that inactivates ribosomes. Mutant lysine completely loses the activity of hydrolyzing the N-glucoside bond at the α-salicine site present in 28S rRNA. A sequence inserted by the GeneIII gene was inserted as Spacer downstream of lysine. This is so that lysine can attack the ribosome with cis before the translation of the protein by the ribosome is completed. A plasmid was constructed in which two types of spacers, long and short, were inserted (FIG. 9A).
(B−2)リシンA鎖による翻訳阻害
リシンA鎖が活性を持ち、リボソームの翻訳活性を阻害し、リボソームを停止させることが出来るかどうか確かめるために、上記にて構築したプラスミド(pSLmRS, pSLRS, pSLmRL, pSLRL)をテンプレートとして転写、翻訳を行った。まずプラスミドのSpacer配列の下流にあるXhoIサイトで切断し、直鎖状のdsDNAにし、T7ポリメラーゼを用いてmRNAを転写した。Lysate中で翻訳できるように5’末端にキャップを導入した。4種類のmRNAをそれぞれ適切な条件下で翻訳し、生成したタンパク質をSDS-PAGEにより検出した(図9のB及びC)。その結果、リシン配列に変異を加えた、活性のないリシンを融合したタンパク質の発現量が野生型のリシンを融合したタンパク質の発現量より多かった(SLmRS, SLmRL)。これはリシンがリボソームを阻害したため、タンパク質の翻訳量が少なくなっていると考えられる。よって本発明者が構築したリシン融合タンパク質はリボソームを停止させる活性を持っていることが間接的に確認された。また、Spacerの配列が長くなるとタンパク質の発現が少なくなる事が分かった。
(B-2) Translation inhibition by ricin A chain In order to confirm whether ricin A chain has activity, inhibits ribosome translation activity, and can stop ribosome, the plasmids constructed above (pSLmRS, pSLRS , pSLmRL, pSLRL) were used as templates for transcription and translation. First, it was cleaved at the XhoI site downstream of the Spacer sequence of the plasmid to form a linear dsDNA, and the mRNA was transcribed using T7 polymerase. A cap was introduced at the 5 'end for translation in Lysate. Each of the four mRNAs was translated under appropriate conditions, and the resulting protein was detected by SDS-PAGE (B and C in FIG. 9). As a result, the expression level of the protein fused with inactive lysine with mutations in the ricin sequence was higher than the expression level of the protein fused with wild-type lysine (SLmRS, SLmRL). This is thought to be due to the fact that lysine inhibited the ribosome, resulting in a reduced amount of protein translation. Therefore, it was indirectly confirmed that the ricin fusion protein constructed by the present inventor has an activity of stopping the ribosome. It was also found that the expression of the protein decreased as the Spacer sequence lengthened.
(B−3)BiotinアフィニティカラムによるmRNAの結合
pDLRS, pSLRS, pSLmRSを上記と同様に、Spacer配列の下流にあるXhoIサイトで切断し、直鎖上のdsDNAにし、T7ポリメラーゼを用いてmRNAを転写した。Lysate中で翻訳できるように5’末端にキャップを導入し、またRNAの定量のためにα−CTPでボディーラベルした。3種類のmRNAをそれぞれ適切な条件下で翻訳し、Biotinが結合したアガロース(Biotin-Agarose)と結合させた。数回Biotin-Agaroseの洗浄を繰り返し、結合していないmRNAを取り除いた。また結合、及び洗浄のステップにおいてBiotin-Agaroseと結合したmRNAを定量した。BiotinはStAvと高い親和性を持つ。
(B-3) mRNA binding by Biotin affinity column
pDLRS, pSLRS, and pSLmRS were cleaved at the XhoI site downstream of the Spacer sequence in the same manner as described above to form linear dsDNA, and mRNA was transcribed using T7 polymerase. A cap was introduced at the 5 ′ end so that it could be translated in lysate, and body-labeled with α-CTP for RNA quantification. Each of the three types of mRNA was translated under appropriate conditions and bound to Biotin-Agarose. Biotin-Agarose was washed several times to remove unbound mRNA. In the binding and washing steps, mRNA bound to Biotin-Agarose was quantified. Biotin has a high affinity with StAv.
DLRS mRNAが翻訳された場合、リシンがリボソームを停止させ、タンパク質−mRNA複合体が形成されるが、DHFRはBiotinと結合しないため、mRNAがほとんどBiotin-Agaroseに結合しないと考えられる(図10Bの左)。その一方でSLRS mRNAはStAvがBiotin-Agaroseに結合し、mRNAが回収されると期待される(図10Bの真中)。SLmRS mRNAは活性を持たないリシンが挿入されているため、StAvはBiotin-Agaroseに結合するが、mRNA上のOpen Reading Frame(ORF)の末端に終止コドンが入っているため、mRNAとタンパク質が複合体を形成しにくくなると考えられる(図10Bの右)。もし上記で述べたようにSLRS mRNAのみが選択的に回収されるなら、本発明のシステムはタンパク質の選択に非常に有効であると考えられる。 When DLRS mRNA is translated, ricin stops the ribosome and a protein-mRNA complex is formed, but DHFR does not bind to Biotin, so it is thought that the mRNA hardly binds to Biotin-Agarose (FIG. 10B). left). On the other hand, in SLRS mRNA, StAv is expected to bind to Biotin-Agarose and mRNA is recovered (middle of FIG. 10B). Since SLmRS mRNA has a non-active lysine inserted, StAv binds to Biotin-Agarose, but the mRNA and protein are complex because a stop codon is inserted at the end of the Open Reading Frame (ORF) on the mRNA. It is thought that it becomes difficult to form a body (right of FIG. 10B). If only SLRS mRNA is selectively recovered as described above, the system of the present invention is considered very effective for protein selection.
洗浄を繰り返し、非特異的にアガロースに結合しているmRNAを取り除いていくと、SLRS mRNAが選択的に結合した(図10C)。SLRS mRNAの30%がビオチンアガロースに結合し、回収された。これは従来より行われているリボソームディスプレイによるmRNAの回収率の0.015%の2000倍の効率であり、ランダムプールの多様性を確保するために大きな利点があると考えられる。その一方で、DLRS mRNA及びSLmRS mRNAは0.3%以下しか結合しなかった。さらにリシンを不活性化するとmRNAの回収効率がDLRS mRNAの場合と同じレベルまで落ちることから、リシンがリボソームを停止させることでタンパク質−mRNA複合体をより安定にしていると考えられる。またLysateを用いているため大腸菌の系に比べてRNAの分解が少ないのかもしれない。また3回の洗浄によってSLRS mRNAはDLRS mRNA及びSLmRS mRNAに対して100倍以上濃縮される(図10C)。これはリボソームディスプレイの濃縮効率と同等の濃縮効率である。即ち、本発明のシステムはリボソームディスプレイ法と比べて同等以上の効率でタンパク質を選択できる系であることを示唆している。 When washing was repeated and mRNA that nonspecifically bound to agarose was removed, SLRS mRNA was selectively bound (FIG. 10C). 30% of SLRS mRNA was bound to biotin agarose and recovered. This is 2000 times the efficiency of 0.015% of the recovery rate of mRNA by ribosome display, which is conventionally performed, and it is considered that there is a great advantage for ensuring the diversity of the random pool. On the other hand, DLRS mRNA and SLmRS mRNA bound only 0.3% or less. Furthermore, when lysine is inactivated, the mRNA recovery efficiency falls to the same level as in the case of DLRS mRNA. Therefore, it is considered that ricin stops the ribosome and stabilizes the protein-mRNA complex. In addition, since Lysate is used, there may be less RNA degradation compared to E. coli. Moreover, SLRS mRNA is concentrated 100 times or more with respect to DLRS mRNA and SLmRS mRNA by three washings (FIG. 10C). This is equivalent to the concentration efficiency of ribosome display. That is, it is suggested that the system of the present invention is a system capable of selecting proteins with an efficiency equal to or higher than that of the ribosome display method.
さらに異なる選択モデルについても検証した。上記にて構築したプラスミド(pGLRS, pSLRS, pSLmRS)より転写して得られたGLRS mRNA,SLRS mRNA,SLmRS mRNAを用いて上記と同様の手法に従って翻訳しその産物をそれぞれBiotin-Agaroseに結合させた(図11)。もしタンパク質の選択システムが正しく働いているならばSLRS mRNAのみがBiotin-Agaroseに結合すると考えられる(図11A真中)。又、(pSLRS, pGLRS, pGLmRS)より転写して得られたSLRS mRNA, GLRS mRNA, GLmRS mRNAを用いて上記と同様の手法に従って翻訳し、その産物をそれぞれGlutathione-Sepharoseに結合させた(図12)。この場合は、GLRS mRNAのみがGlutathione-Sepharoseに結合すると考えられる(図12Aの真中)。洗浄を繰り返し、非特異的に結合しているmRNAを取り除いていくと、それぞれSLRS mRNAとGLRS mRNAが選択的に結合していることが分かる(図11B及び図12B)。それぞれの場合に置いて、mRNAの回収率は5.1%(Biotin-Agarose)及び1.3%(Glutathione-Sepharose)だった。濃縮効率はそれぞれ>25倍、>6倍だった。よってこれらの結果からも本発明のシステムはリボソームディスプレイ法と比べて同等以上の効率でタンパク質を選択できることが示唆され、また様々なタンパク質に応用できるという可能性が示唆された。 Furthermore, different selection models were also verified. Using the GLRS mRNA, SLRS mRNA, and SLmRS mRNA obtained by transcription from the plasmids constructed above (pGLRS, pSLRS, pSLmRS), the GLRS mRNA, SLRS mRNA, and SLmRS mRNA were translated according to the same procedure as described above, and the products were respectively bound to Biotin-Agarose. (FIG. 11). If the protein selection system is working correctly, only SLRS mRNA is thought to bind to Biotin-Agarose (middle of FIG. 11A). Further, SLRS mRNA, GLRS mRNA, and GLmRS mRNA obtained by transcription from (pSLRS, pGLRS, pGLmRS) were translated according to the same method as described above, and the products were respectively bound to Glutathione-Sepharose (FIG. 12). ). In this case, only GLRS mRNA is considered to bind to Glutathione-Sepharose (middle of FIG. 12A). When washing is repeated and non-specifically bound mRNA is removed, it can be seen that SLRS mRNA and GLRS mRNA are selectively bound to each other (FIGS. 11B and 12B). In each case, mRNA recovery was 5.1% (Biotin-Agarose) and 1.3% (Glutathione-Sepharose). Concentration efficiency was> 25 times and> 6 times, respectively. Therefore, these results also suggest that the system of the present invention can select proteins with an efficiency equal to or higher than that of the ribosome display method, and the possibility that it can be applied to various proteins.
(B−4)Biotinアフィニティカラムによるタンパク質のSelection
前記したように4種類のプラスミド(pSLRL, pDLRL, pSLRS, pDLRS)より4種類のmRNA(SLRL mRNA, DLRL mRNA, SLRS mRNA, DLRS mRNA)を転写した。SLRL mRNA, DLRL mRNAではリシンの下流に、より長いspacerを挿入した。これらのmRNAをそれぞれ適切な条件下で翻訳し、Biotinが結合したアガロースと結合させた(図13のA)。またSLRL mRNAとDLRL mRNA、SLRS mRNAとDLRS mRNAをそれぞれ1:1の量で混合し(各0.5μg)これらも同様に適切な条件下で翻訳し、Biotinが結合したアガロースと結合させた。3回アガロースを洗浄した後、mRNAをElution Bufferによって分離した。このmRNAを精製し、逆転写、PCRによって増幅した。その結果、StAvをコードするcDNAが15cycleのPCRで選択的に増幅した(図13のB)。DHFRをコードするcDNAはPCRを25cycle行っても増幅が見られなかった。また1:1で混合した場合においてもStAvをコードするcDNAが選択的に増幅した。即ち、本発明のシステムにおいてStAvタンパク質が正常に選択され、その遺伝子が回収されていることが示唆される。またタンパク質とphenotypeに相当するgenotypeのmRNAが正しく結合していることを示している。興味のある点として、SLRS mRNAの方がSLRL mRNAに比べて効率よくアガロースに結合している。
(B-4) Protein selection by Biotin affinity column
As described above, four types of mRNA (SLRL mRNA, DLRL mRNA, SLRS mRNA, DLRS mRNA) were transcribed from four types of plasmids (pSLRL, pDLRL, pSLRS, pDLRS). In SLRL mRNA and DLRL mRNA, a longer spacer was inserted downstream of lysine. Each of these mRNAs was translated under appropriate conditions and bound to Biotin-bound agarose (A in FIG. 13). In addition, SLRL mRNA and DLRL mRNA, and SLRS mRNA and DLRS mRNA were mixed in an amount of 1: 1 (0.5 μg each), and these were similarly translated under appropriate conditions and bound to agarose bound to Biotin. After washing the agarose three times, mRNA was separated with Elution Buffer. This mRNA was purified and amplified by reverse transcription and PCR. As a result, cDNA encoding StAv was selectively amplified by 15 cycles of PCR (B in FIG. 13). The cDNA encoding DHFR was not amplified even after 25 cycles of PCR. In addition, even when mixed at 1: 1, the cDNA encoding StAv was selectively amplified. That is, it is suggested that the StAv protein is normally selected and the gene is recovered in the system of the present invention. It also indicates that the genotype mRNA corresponding to the protein and phenotype are correctly bound. Interestingly, SLRS mRNA binds to agarose more efficiently than SLRL mRNA.
コントロールとしてそれぞれのmRNAを一定量(0.025μg)逆転写、PCRした。またSLRL mRNAとDLRL mRNA、SLRS mRNAとDLRS mRNAをそれぞれ1:1の量で混合し(各0.0125μg)同様に逆転写、PCRした。これによってcDNAの増幅が濃度に依存していることが確かめられた。またmRNAを逆転写せずにPCRのみを行った場合cDNAは増幅しなかったため、DNAのContaminationはないことが確かめられた。 As a control, a certain amount (0.025 μg) of each mRNA was reverse transcribed and PCR was performed. In addition, SLRL mRNA and DLRL mRNA, SLRS mRNA and DLRS mRNA were mixed in an amount of 1: 1 (each 0.0125 μg), and reverse transcription and PCR were performed in the same manner. This confirmed that the amplification of the cDNA was concentration dependent. In addition, when PCR was performed without reverse transcription of mRNA, cDNA was not amplified, and it was confirmed that there was no DNA contamination.
また同様の選択の手法に従ってGLRS mRNA,SLRS mRNAをそれぞれ1:1の量で混合したプールを適切な条件下で翻訳し、Biotin-Agarose又はGlutathione-Sepharoseと結合させた。Biotin-Agaroseに結合させた場合、SLRS mRNAが選択され(図14A)、Glutathione-Sepharoseに結合させた場合、GLRS mRNAが選択されると考えられる(図14B)。コントロールとしてSLRS mRNA, SLmRS mRNA, GLRS mRNAをそれぞれ転写してBiotin-Agaroseに結合させ(図14A)、又、GLRS mRNA, GLmRS mRNA, SLRS mRNAをそれぞれ転写してGlutathione-Sepharoseに結合させた(図14B)。3回アガロースを洗浄した後、mRNAをElution Bufferによって分離した。このmRNAを精製し、逆転写、PCRによって増幅した。その結果、1:1で混合したGLRS mRNA,SLRS mRNAのプールを用いて翻訳し、Biotin-Agaroseに結合させた場合StAvをコードするcDNAがPCRで選択的に増幅し、Glutathione-Sepharoseに結合させた場合、GSTをコードするcDNAがPCRで選択的に増幅した。よってこの結果からもタンパク質とphenotypeに相当するgenotypeのmRNAが正しく結合していることを示された。 In addition, according to the same selection method, a pool in which GLRS mRNA and SLRS mRNA were mixed in an amount of 1: 1 was translated under appropriate conditions and combined with Biotin-Agarose or Glutathione-Sepharose. SLRS mRNA is selected when bound to Biotin-Agarose (FIG. 14A), and GLRS mRNA is considered to be selected when bound to Glutathione-Sepharose (FIG. 14B). As controls, SLRS mRNA, SLmRS mRNA, and GLRS mRNA were each transcribed and bound to Biotin-Agarose (FIG. 14A), and GLRS mRNA, GLmRS mRNA, and SLRS mRNA were each transcribed and bound to Glutathione-Sepharose (FIG. 14A). 14B). After washing the agarose three times, the mRNA was separated with Elution Buffer. This mRNA was purified and amplified by reverse transcription and PCR. As a result, when the translation was performed using a pool of GLRS mRNA and SLRS mRNA mixed at 1: 1 and bound to Biotin-Agarose, the cDNA encoding StAv was selectively amplified by PCR and bound to Glutathione-Sepharose. The cDNA encoding GST was selectively amplified by PCR. Therefore, this result also showed that the genotype mRNA corresponding to the protein and phenotype was correctly bound.
[実施例3]
リボソームディスプレイシステムの一般的な適用可能性を評価するために、本発明者はリボソーム-mRNA複合体の安定性を、停止コドンの存在下および非存在下、さらにはリボソーム-mRNA複合体の内部における翻訳されたペプチドとそのmRNAとの間の追加的な相互作用の存在下および非存在下で検討した。
[Example 3]
In order to assess the general applicability of the ribosome display system, we will examine the stability of the ribosome-mRNA complex in the presence and absence of stop codons and even within the ribosome-mRNA complex. It was investigated in the presence and absence of additional interactions between the translated peptide and its mRNA.
本発明者が利用した追加的な相互作用は、直列式に融合したMS2コートタンパク質(MSp)二量体と、それに対応する特異的結合モチーフのRNA配列(Cバリアント(またはCv)と命名)との間の相互作用である。
具体的には、図16に示す構築物をin vitroで転写・翻訳し、これにより形成された複合体をNi-NTAアガロースを用いて選択した。
その結果、mMSp-Cv相互作用を追加的に導入することにより、システムの効率が改善され(図18)、選択後のmRNAの回収率は、3回の反復洗浄後で0.46%であり、mMSp-Cv相互作用のない場合の回収率0.24%に比べて明らかに優位であった。本発明者は、定量的RT-PCRによって評価される、ヒスチジンタグをコードするmRNAの量とヒスチジンタグをコードしないmRNAの量との比として選択性を定義したが、算出された選択性は3(Cvなし)から6(Cvあり)に高まった。したがって、mMSp-Cv相互作用の導入により、標的mRNAの収率だけでなく、ポリソームディスプレイシステムの選択性も改善された。
The additional interaction utilized by the inventor was the MS2 coat protein (MSp) dimer fused in tandem with the corresponding RNA sequence of the specific binding motif (named C variant (or Cv)) Is the interaction between.
Specifically, the construct shown in FIG. 16 was transcribed and translated in vitro, and the complex formed thereby was selected using Ni-NTA agarose.
As a result, the efficiency of the system was improved by introducing additional mMSp-Cv interaction (FIG. 18), the recovery of mRNA after selection was 0.46% after 3 repeated washes, There was a clear advantage over the recovery rate of 0.24% without -Cv interaction. The inventor defined selectivity as the ratio of the amount of mRNA encoding a histidine tag to the amount of mRNA not encoding a histidine tag, as assessed by quantitative RT-PCR, but the calculated selectivity was 3 Increased from 6 (without Cv) to 6 (with Cv). Thus, the introduction of the mmSp-Cv interaction improved not only the yield of the target mRNA but also the selectivity of the polysome display system.
TatアプタマーとTat由来ペプチド(REとCQ)に対するリンカーを選択した結果、RNAとタンパク質との極めて強い相互作用が、ネットワーク構造を避けることにより、遺伝子型と表現型の結合に利用できる可能性が実証された。このような相互作用を利用することにより強いRNA-タンパク質間相互作用を選択でき、操作できるはずである。さらに、より長い半減期をも有するタンパク質とmRNAの複合体を生成でき、選択がかなり容易になる。リボゾームディスプレイ系などの他の手法は、リボゾーム-mRNA複合体の天然の半減期を変えることは困難である。 Selection of linkers for Tat aptamers and Tat-derived peptides (RE and CQ) demonstrates the possibility that extremely strong interactions between RNA and proteins can be used for genotype-phenotype binding by avoiding network structures It was done. By using such interactions, strong RNA-protein interactions can be selected and manipulated. In addition, protein-mRNA complexes with longer half-lives can be generated, making selection much easier. Other approaches, such as the ribosome display system, are difficult to change the natural half-life of the ribosome-mRNA complex.
さらに、本発明の手法は、単に融合遺伝子から終止コドンを削除することによってリボゾームディスプレイ系と組み合わせることができる。その結果、図6のレーン3に示したように、2つの部位で結合する結果として、有意により安定なタンパク質-mRNA複合体が得られる。
また、本発明の選択手法は操作が単純で直接的であるという利点を有する。
Furthermore, the techniques of the present invention can be combined with a ribosome display system simply by deleting the stop codon from the fusion gene. As a result, as shown in
Also, the selection method of the present invention has the advantage that the operation is simple and straightforward.
リシン遺伝子をStAv遺伝子の下流に接続することでリシンによりリボソームを停止させ、効率よくgenotypeとphenotypeを結合させることが本発明により実証された。これによって極めて高い効率で目的のmRNAを選択することができる。リシン遺伝子の下流にあるspacer配列はlong及びshortの2種類構築したが、短いspacer配列を挿入したほうが効率よくmRNAが回収されることがわかった。SLRS mRNAの場合、回収効率は30%でこれは従来にないほどの高回収率だった。またこの選択システムによってSLRS mRNAはDLRS mRNAに対して100倍以上濃縮されることが示された。 By connecting the ricin gene downstream of the StAv gene, it was demonstrated by the present invention that the ribosome is stopped by lysine and genotype and phenotype are efficiently bound. As a result, the target mRNA can be selected with extremely high efficiency. Two types of spacer sequences, long and short, were constructed downstream of the ricin gene. It was found that mRNA can be recovered more efficiently by inserting a short spacer sequence. In the case of SLRS mRNA, the recovery efficiency was 30%, which was as high as before. This selection system also showed that SLRS mRNA was concentrated more than 100 times with respect to DLRS mRNA.
上記した本発明のシステムを用いることによりランダムDNAプールより新規機能タンパク質を効率よくスクリーニングすることが可能である。 By using the above-described system of the present invention, it is possible to efficiently screen a novel functional protein from a random DNA pool.
Claims (30)
(i)任意のポリペプチドをコードするDNA
(ii)(i)のDNAの転写産物と翻訳産物を含む複合体を安定化させる機能を有するポリペプチドをコードするDNA A DNA construct comprising the DNA of (i) and (ii) below, and wherein the DNAs of (i) and (ii) below are joined to express a fused transcript and translation product.
(I) DNA encoding any polypeptide
(Ii) DNA encoding a polypeptide having a function of stabilizing a complex comprising a transcription product and a translation product of the DNA of (i)
(i)DNA結合タンパク質をコードするRNAと任意のポリペプチドをコードするRNAとの融合mRNA
(ii)(i)の融合mRNAの翻訳産物が結合するDNA領域を含むDNA A nucleic acid construct which is a complex of the mRNA of the following (i) and the DNA of the following (ii).
(I) Fusion mRNA of RNA encoding a DNA binding protein and RNA encoding an arbitrary polypeptide
(Ii) DNA comprising a DNA region to which the translation product of the fusion mRNA of (i) binds
(i)任意のポリペプチドをコードするDNAの転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAを含むDNA構築物
(ii)任意のポリペプチドをコードするDNAの転写産物と翻訳産物の複合体を安定化させる機能を有するDNAと、該任意のポリペプチドをコードするDNAのクローニング部位とを含むDNA構築物 The DNA construct of the following (i) or (ii) for use in the preparation of the DNA construct according to claim 1.
(I) a DNA construct comprising DNA having a function of stabilizing a complex of a transcription product and a translation product of a DNA encoding an arbitrary polypeptide; and (ii) a transcription product and a translation product of a DNA encoding an arbitrary polypeptide. DNA construct comprising DNA having a function of stabilizing the complex and a cloning site of DNA encoding the arbitrary polypeptide
(a)請求項1に記載のDNA構築物における(i)および(ii)のDNAを発現させることにより、(i)および(ii)のDNAの転写産物と翻訳産物を含む複合体を形成させる工程
(b)該特定の標的物質と、工程(a)で形成された複合体とを接触させる工程
(c)該標的物質に結合した複合体を回収する工程 A method for screening a polypeptide that binds to a specific target substance or mRNA encoding the polypeptide, comprising the following steps (a) to (c):
(A) a step of expressing a DNA of (i) and (ii) in the DNA construct according to claim 1 to form a complex containing a transcription product and a translation product of the DNA of (i) and (ii) (B) a step of bringing the specific target substance into contact with the complex formed in the step (a) (c) a step of recovering the complex bound to the target substance
(a)請求項9に記載の核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を請求項9に記載の核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させることにより、該翻訳産物と請求項9に記載の核酸構築物を含む複合体を形成させる工程
(b)該特定の標的物質と、工程(a)で形成された複合体とを接触させる工程
(c)該標的物質に結合した複合体を回収する工程 A method for screening a polypeptide that binds to a specific target substance or mRNA encoding the polypeptide, comprising the following steps (a) to (c):
(A) by translating the mRNA of (i) in the nucleic acid construct of claim 9, and binding the translation product to the DNA of (ii) in the nucleic acid construct of claim 9, A step of forming a complex containing the nucleic acid construct according to claim 9 (b) a step of bringing the specific target substance into contact with the complex formed in the step (a) (c) binding to the target substance Process for recovering the complex
(a)請求項10に記載の核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を請求項10に記載の核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させることにより、該翻訳産物と請求項10に記載の核酸構築物とを含む複合体を形成させる工程
(b)工程(a)で形成された複合体に逆転写酵素を接触させて、該複合体における(i)のmRNAを鋳型に逆転写反応を行うことにより、該複合体における(ii)のDNAを伸長する工程
(c)該特定の標的物質と、工程(b)で形成された複合体とを接触させる工程
(d)該標的物質に結合した複合体を回収する工程 A method for screening a polypeptide that binds to a specific target substance or mRNA or DNA encoding the polypeptide, comprising the following steps (a) to (d):
(A) by translating the mRNA of (i) in the nucleic acid construct of claim 10 and binding the translation product to the DNA of (ii) in the nucleic acid construct of claim 10, A step comprising forming a complex comprising the nucleic acid construct according to claim 10 (b) contacting the complex formed in step (a) with a reverse transcriptase, and using the mRNA of (i) in the complex as a template (C) a step of extending the DNA of (ii) in the complex (c) by contacting the specific target substance with the complex formed in the step (b) (d) Recovering the complex bound to the target substance
(a)請求項11に記載の核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を請求項11に記載の核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させることにより、該翻訳産物と請求項11に記載の核酸構築物とを含む複合体を形成させる工程
(b)工程(a)で形成された複合体に逆転写酵素を接触させて、該複合体における(i)のmRNAを鋳型に、該複合体における(ii)のDNAをプライマーとして逆転写反応を行うことにより、該複合体における(ii)のDNAの3'側領域を伸長する工程
(c)該特定の標的物質と、工程(b)で形成された複合体とを接触させる工程
(d)該標的物質に結合した複合体を回収する工程 A method for screening a polypeptide that binds to a specific target substance or mRNA or DNA encoding the polypeptide, comprising the following steps (a) to (d):
(A) by translating the mRNA of (i) in the nucleic acid construct of claim 11 and binding the translation product to the DNA of (ii) in the nucleic acid construct of claim 11, A step of forming a complex comprising the nucleic acid construct according to claim 11 (b) contacting the complex formed in step (a) with a reverse transcriptase, and using the mRNA of (i) in the complex as a template And (c) extending the 3 ′ region of the DNA of (ii) by performing a reverse transcription reaction using the DNA of (ii) in the complex as a primer, and (c) the specific target substance, A step of contacting the complex formed in the step (b) (d) a step of recovering the complex bound to the target substance
(a)請求項10に記載の核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を請求項10に記載の核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させることにより、該翻訳産物と請求項10に記載の核酸構築物とを含む複合体を形成させる工程
(b)該特定の標的物質と、工程(a)で形成された複合体とを接触させる工程
(c)該標的物質に結合した複合体に逆転写酵素を接触させて、該複合体における(i)のmRNAを鋳型に逆転写反応を行うことにより、該複合体における(ii)のDNAを伸長する工程
(d)該標的物質に結合している複合体を回収する工程 A method for screening a polypeptide that binds to a specific target substance or mRNA or DNA encoding the polypeptide, comprising the following steps (a) to (d):
(A) by translating the mRNA of (i) in the nucleic acid construct of claim 10 and binding the translation product to the DNA of (ii) in the nucleic acid construct of claim 10, A step of forming a complex comprising the nucleic acid construct according to claim 10 (b) a step of bringing the specific target substance into contact with the complex formed in the step (a) (c) binding to the target substance (D) extending the DNA of (ii) in the complex by bringing a reverse transcriptase into contact with the complex and performing a reverse transcription reaction using the mRNA of (i) in the complex as a template Recovering the complex bound to the substance
(a)請求項11に記載の核酸構築物における(i)のmRNAを翻訳させ、翻訳産物を請求項11に記載の核酸構築物における(ii)に記載のDNAに結合させることにより、該翻訳産物と請求項11に記載の核酸構築物とを含む複合体を形成させる工程
(b)該特定の標的物質と、工程(a)で形成された複合体とを接触させる工程
(c)該標的物質に結合した複合体に逆転写酵素を接触させて、該複合体における(i)のmRNAを鋳型に、該複合体における(ii)のDNAをプライマーとして逆転写反応を行うことにより、該複合体における(ii)のDNAの3'側領域を伸長する工程
(d)該標的物質に結合している複合体を回収する工程 A method for screening a polypeptide that binds to a specific target substance or mRNA or DNA encoding the polypeptide, comprising the following steps (a) to (d):
(A) by translating the mRNA of (i) in the nucleic acid construct of claim 11 and binding the translation product to the DNA of (ii) in the nucleic acid construct of claim 11, A step of forming a complex comprising the nucleic acid construct according to claim 11 (b) a step of bringing the specific target substance into contact with the complex formed in the step (a) (c) binding to the target substance A reverse transcriptase is brought into contact with the complex, and a reverse transcription reaction is performed using the mRNA of (i) in the complex as a template and the DNA of (ii) in the complex as a primer. ii) a step of extending the 3′-side region of the DNA of (ii) a step of recovering a complex bound to the target substance
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Legal Events
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