RU2338785C2 - Fluorescing proteins and chromoproteins from kinds hydrozoa which are not concerning to aequorea, and methods of their obtaining - Google Patents
Fluorescing proteins and chromoproteins from kinds hydrozoa which are not concerning to aequorea, and methods of their obtaining Download PDFInfo
- Publication number
- RU2338785C2 RU2338785C2 RU2005118079/13A RU2005118079A RU2338785C2 RU 2338785 C2 RU2338785 C2 RU 2338785C2 RU 2005118079/13 A RU2005118079/13 A RU 2005118079/13A RU 2005118079 A RU2005118079 A RU 2005118079A RU 2338785 C2 RU2338785 C2 RU 2338785C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- protein
- nucleic acid
- proteins
- cell
- fluorescent
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Peptides Or Proteins (AREA)
Abstract
Description
Область изобретенияField of Invention
Это изобретение относится в основном к области биологии и химии. В частности, изобретение направлено на флуоресцирующие белки.This invention relates generally to the field of biology and chemistry. In particular, the invention is directed to fluorescent proteins.
Уровень техникиState of the art
Введение меток в белки, клетки или организмы, представляющие интерес, играет важную роль во многих биохимических, молекулярных биологических и медицинских диагностических применениях. Множество различных меток было разработано и использовалось в данной области, включая мечение радиоизотопами, красителями, флуоресцирующими метками, хемилюминесцентными метками и т.п., с различными свойствами и оптимальными применениями. Однако существует постоянный интерес в разработке новых меток. Особым интересом является разработка новых белковых меток, включая флуоресцирующие белковые метки.The introduction of labels into proteins, cells or organisms of interest plays an important role in many biochemical, molecular biological and medical diagnostic applications. Many different labels have been developed and used in this field, including labeling with radioisotopes, dyes, fluorescent labels, chemiluminescent labels, etc., with various properties and optimal applications. However, there is ongoing interest in developing new tags. Of particular interest is the development of new protein tags, including fluorescent protein tags.
Зеленый флуоресцирующий белок (GFP), его мутанты и гомологи, широко известные сегодня вследствие их интенсивного использования как флуоресцирующие маркеры in vivo в биомедицине, рассмотрены подробно Lippincott-Schwartz и Patterson в Science (2003) 300 (5616):87-91). GFP из гидромедузы Aequorea aequorea (синоним A. victoria), обнаруженный Johnson et ai. в J Cell Comp Physiol. (1962), 60:85-104, был обнаружен как часть биолюминесцентной системы медузы, где GFP играл роль вторичного источника, преобразовывающего синий свет от фотобелка экворина в зеленый свет. Затем сходные белки были выделены из нескольких биолюминесцентных кишечнополостных, включая гидроидную медузу Phialidium gregarium, морских перьев Renilla (класс Anthozoa) и других (см. Ward et al. in Photochem. Photobiol. (1982), 35: 803-808; Levine et al. in Comp. Biochem. Physiol. (1982), 72B: 77-85; Chalfie in Photochem. Photobiol. (1995), 62:651-656). Все эти белки демонстрируют зеленую фуюоресценцию, (излучение при 497-509 нм) и действовали как вторичные источники в биолюминесценции. Флуоресцирующие белки были также выделены из видов Physalia и их N-концевые аминокислотные последовательности были определены. (WO 03/017937).Green fluorescent protein (GFP), its mutants and homologs, widely known today due to their intensive use as in vivo fluorescent markers in biomedicine, are discussed in detail by Lippincott-Schwartz and Patterson in Science (2003) 300 (5616): 87-91). GFP from Aequorea aequorea hydromedusa (synonym for A. victoria), discovered by Johnson et ai. at J Cell Comp Physiol. (1962), 60: 85-104, was discovered as part of a bioluminescent jellyfish system, where GFP played the role of a secondary source that converts blue light from an equorin photo protein to green light. Similar proteins were then isolated from several bioluminescent coelenterates, including the hydroid jellyfish Phialidium gregarium , marine feathers Renilla (class Anthozoa) and others (see Ward et al. In Photochem. Photobiol. (1982), 35: 803-808; Levine et al . in Comp. Biochem. Physiol. (1982), 72B: 77-85; Chalfie in Photochem. Photobiol. (1995), 62: 651-656). All these proteins exhibit green fuorescence, (radiation at 497-509 nm) and act as secondary sources in bioluminescence. Fluorescent proteins were also isolated from Physalia species and their N-terminal amino acid sequences were determined. (WO 03/017937).
кДНК, кодирующая GFP A. victoria, была клонирована Prasher et al. (Gene (1992), 111(2):229-33). Оказалось, что этот ген может быть гетерологично экспрессирован в практически любом организме благодаря уникальной способности GFP самостоятельно образовывать флуорофор (Chalfie et al., Gene (1992), 111(2):229-233). Эти сведения открывают широкие перспективы для использования GFP в клеточной биологии в качестве генетически кодируемой флуоресцирующей метки.cDNA encoding A. victoria GFP was cloned by Prasher et al. (Gene (1992), 111 (2): 229-33). It turned out that this gene can be heterologically expressed in almost any organism due to the unique ability of GFP to independently form a fluorophore (Chalfie et al., Gene (1992), 111 (2): 229-233). This information opens up wide prospects for the use of GFP in cell biology as a genetically encoded fluorescent label.
GFP широко использовался в различных областях применений, включая изучение экспрессии гена и локализации белка (Chalfie et al., Science 263 (1994), 802-805, и Heim et al. in Proc. Nat Acad. Sci. (1994), 91: 12501-12504), как средство для того, чтобы визуализировать внутриклеточное распределение органелл в клетках (Rizzuto et al, Curr. Biology (1995), 5: 635-642), для визуализации белкового переноса по секреторному пути (Kaether and Gerdes, FEES Letters (1995), 369: 267-271).GFP has been widely used in various applications, including the study of gene expression and protein localization (Chalfie et al., Science 263 (1994), 802-805, and Heim et al. In Proc. Nat Acad. Sci. (1994), 91: 12501-12504), as a means for visualizing the intracellular distribution of organelles in cells (Rizzuto et al, Curr. Biology (1995), 5: 635-642), for visualizing protein transfer along the secretory pathway (Kaether and Gerdes, FEES Letters (1995) 369: 267-271).
Проводились многие исследования для улучшения свойств GFP и для производства GFP-реактивов, пригодных и оптимизированных для ряда исследовательских целей. Были разработаны новые варианты GFP, такие как ДНК "гуманизированного" GFP, белковый продукт которой имеет повышенный синтез в клетках млекопитающих (Haas, et al., Current Biology (1996), 6: 315-324; Yang, et al., Nucleic Acids Research (1996), 24: 4592-4593). Один такой гуманизированный белок представляет собой "усиленный зеленый флуоресцирующий белок" (EGFP). Другие мутации к GFP привели к вариантам, излучающим сине-, сине-зеленый и желто-зеленый свет. Однако несмотря на большую полезность GFP, другие флуоресцирующие белки со свойствами, сходными или отличными от GFP, были бы полезны в данной области. В частности, преимущества от новых флуоресцирующих белков включают возможности флуоресцентного резонансного переноса энергии (FRET), возможности которого основаны на новых спектрах и лучшей пригодности при широком спектре возбуждения. В 1999 году гомологи GFP были клонированы из небиолюминесцентных видов Anthozoa (Matz et al., Nature Biotechnol. (1999), 17: 969-973). Это открытие показало, что эти белки не являются необходимыми компонентами биолюминисцентного механизма. Извлеченные из Anthozoa GFP-сходые белки показали большое спектральное разнообразие, включая сине-зеленые, зеленые, желтые, красные флуоресцирующие белки и фиолетово-синие нефлуоресцирующие хромопротеины (CPs) (Matz et al., Bioessays (2002), 24(10):953-959).Many studies have been conducted to improve the properties of GFP and to produce GFP reagents suitable and optimized for a number of research purposes. New GFP variants have been developed, such as humanized GFP DNA, whose protein product has increased synthesis in mammalian cells (Haas, et al., Current Biology (1996), 6: 315-324; Yang, et al., Nucleic Acids Research (1996), 24: 4592-4593). One such humanized protein is an "enhanced green fluorescent protein" (EGFP). Other mutations to GFP have led to variants emitting blue, blue-green and yellow-green light. However, despite the great usefulness of GFP, other fluorescent proteins with properties similar or different from GFP would be useful in this area. In particular, the benefits of the new fluorescent proteins include the possibility of fluorescence resonant energy transfer (FRET), the capabilities of which are based on new spectra and better suitability for a wide excitation spectrum. In 1999 GFP godu homologs were cloned from non-bioluminescent species Anthozoa (Matz et al, Nature Biotechnol ( 1999) 17:.. 969-973). This discovery showed that these proteins are not necessary components of the bioluminescent mechanism. Extracted from Anthozoa GFP-like proteins showed a large spectral diversity, including blue-green, green, yellow, red fluorescent proteins and violet-blue non-fluorescent chromoproteins (CPs) (Matz et al., Bioessays (2002), 24 (10): 953 -959).
Главный недостаток извлеченных из Anthozoa GFP-сходых белков представляет собой сильную олигомеризацию, которая препятствует использованию этих белков во многих применениях (Lauf et al., FEBS Lett. (2001), 498: 11-15; Campbell et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2002), 99: 7877-7882; Mizuno et al., Biochemistry (2001), 40: 2502-2510). Соответственно, целью является обеспечение новых мономерных флуоресцирующих белков различных цветов, так же, как и ДНК, кодирующих их, которые не имеют недостатков известного GFP.A major drawback of GFP-like proteins recovered from Anthozoa is the strong oligomerization that prevents the use of these proteins in many applications (Lauf et al., FEBS Lett. (2001), 498: 11-15; Campbell et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2002), 99: 7877-7882; Mizuno et al., Biochemistry (2001), 40: 2502-2510). Accordingly, the goal is to provide new monomeric fluorescent proteins of various colors, as well as DNA encoding them, which do not have the disadvantages of the known GFP.
Вид Hydrozoa представляет собой потенциальный источник таких белков. Кроме GFP из Aequorea victoria и гомологов GFP из других видов Aequorea, подобно очень близким гомологам GFP из Aequorea macrodactyla (GenBank, инвентарные номера AF435427-AF435433) и Aequorea coerulescens (Gurskaya et al., Biochem J. (2003), 373(Pt 2): 403-408), никакие другие гены, кодирующие флуоресцирующие белки из Hydrozoa, до настоящего времени не клонировались, хотя некоторые из них были охарактеризованы на белковом уровне очень давно. Клонирование и мутагенез флуоресцирующих белков из других источников, не относящихся к Aequorea Hydrozoa, представляет собой перспективный способ получения новых флуоресцирующих меток с улучшенными свойствами.Hydrozoa is a potential source of such proteins. In addition to GFP from Aequorea victoria and GFP homologs from other Aequorea species, similar to very close GFP homologs from Aequorea macrodactyla (GenBank, accession numbers AF435427-AF435433) and Aequorea coerulescens (Gurskaya et al., Biochem J. (2003), 373 ): 403-408), no other genes encoding fluorescent proteins from Hydrozoa have been cloned to date, although some of them have been characterized at a protein level for a very long time. Cloning and mutagenesis of fluorescent proteins from sources other than Aequorea Hydrozoa is a promising way to produce new fluorescent labels with improved properties.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Настоящее изобретение обеспечивает молекулы нуклеиновых кислот, кодирующих флуоресцирующие или хромобелки и их мутанты, и их производные. Указанная нуклеиновая кислота может быть выделена, синтезирована или присутствовать в своей искусственной среде.The present invention provides nucleic acid molecules encoding fluorescent or chromoproteins and their mutants, and their derivatives. The specified nucleic acid can be isolated, synthesized or present in its artificial environment.
В некоторых воплощениях нуклеиновая кислота настоящего изобретения выделена из вида, не относящегося к Aequorea Hydrozoa, включая Phialidium sp. и двух флуоресцирующих медуз или гидроидной медузы 1 и 2 (гидромедузы 1 и 2) подотряда Anthomedusae, или мутантов или их производных.In some embodiments, the nucleic acid of the present invention is isolated from a species not related to Aequorea Hydrozoa, including Phialidium sp. and two fluorescent jellyfish or
В некоторых воплощениях нуклеиновая кислота настоящего изобретения кодирует белок, который имеет аминокислотную последовательность, выбранную из группы, состоящей из SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 или 22. В некоторых воплощениях нуклеиновая кислота кодирует гомолог, мутант, производное соединение, миметик или фрагмент указанного белка.In some embodiments, the nucleic acid of the present invention encodes a protein that has an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, or 22. In some embodiments the nucleic acid encodes a homolog, mutant, derivative compound, mimetic or fragment of the specified protein.
В некоторых воплощениях, нуклеиновая кислота настоящего изобретения имеет нуклеотидную последовательность, выбранную из группы, состоящей из SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19 или 21 или которая является гомологичной, по существу такой же, или идентичной к указанным. Последовательности нуклеиновой кислоты, которые отличаются от представленных последовательностей нуклеиновой кислоты, вследствие вырожденности генетического кода или гибридизуемые с ними, также входят в рамки настоящего изобретения.In some embodiments, the nucleic acid of the present invention has a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, or 21, or which is homologous, essentially same or identical to those indicated. Nucleic acid sequences that differ from the presented nucleic acid sequences due to degeneracy of the genetic code or hybridizable with them are also included in the scope of the present invention.
В других воплощениях изобретение направлено на белки, которые кодируются заявленными нуклеиновыми кислотами или по существу сходными с ними, или гомологами, производными или их мутантами, или направлено на слитые белки, включающие белки настоящего изобретения.In other embodiments, the invention is directed to proteins that are encoded by the claimed nucleic acids or essentially similar to them, or homologs, derivatives or their mutants, or directed to fusion proteins, including the proteins of the present invention.
Также обеспечиваются фрагменты нуклеиновых кислот настоящего изобретения и нуклеиновых кислот, которые гибридизуются в условиях высокой жесткости с нуклеиновыми кислотами настоящего изобретения.Also provided are fragments of nucleic acids of the present invention and nucleic acids that hybridize under high stringency conditions with the nucleic acids of the present invention.
В других воплощениях также обеспечиваются векторы, включающие нуклеиновую кислоту настоящего изобретения. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает кассеты экспрессии, включающие нуклеиновую кислоту настоящего изобретения и регуляторные элементы, необходимые для экспрессии нуклеиновой кислоты в клетке.In other embodiments, vectors comprising the nucleic acid of the present invention are also provided. In addition, the present invention provides expression cassettes comprising the nucleic acid of the present invention and regulatory elements necessary for expression of a nucleic acid in a cell.
В еще одном воплощении обеспечиваются способы получения хромогенного и/или флуоресцентного белка, включающие экспрессию белка в соответствующей клетке-хозяине и выделение из нее белка. Указанный способ включает (а) обеспечение молекулы нуклеиновой кислоты настоящего изобретения, кодирующей флуоресцентный или хромо-белок, соединенной с соответствующими последовательностями, регулирующими экспрессию, (b) экспрессию белка из указанной молекулы нуклеиновой кислоты, и (с) выделение белка, по существу свободного от других белков.In yet another embodiment, methods are provided for producing a chromogenic and / or fluorescent protein, comprising expressing a protein in an appropriate host cell and isolating a protein from it. Said method comprises (a) providing a nucleic acid molecule of the present invention encoding a fluorescent or chromo protein coupled to appropriate expression control sequences, (b) expressing a protein from said nucleic acid molecule, and (c) isolating a protein substantially free of other proteins.
Кроме того, обеспечиваются антитела, специфические к белкам настоящего изобретения или их фрагментам.In addition, antibodies specific for the proteins of the present invention or fragments thereof are provided.
Дополнительно, обеспечиваются клетки-хозяева, стабильные клеточные линии, трансгенные животные и трансгенные растения, содержащие нуклеиновые кислоты, векторы или кассеты экспрессии настоящего изобретения.Additionally, host cells, stable cell lines, transgenic animals, and transgenic plants containing nucleic acids, expression vectors or expression cassettes of the present invention are provided.
В еще одном воплощении обеспечиваются олигонуклеотиды или зонды, включающие нуклеотидные последовательности, способные к гибридизации с заявленными нуклеиновыми кислотами.In yet another embodiment, oligonucleotides or probes are provided comprising nucleotide sequences capable of hybridization with the claimed nucleic acids.
Также обеспечиваются способы, в которых используется хромо- или флуоресцирующий белок настоящего изобретения или кодирующая его нуклеиновая кислота.Methods are also provided that utilize the chromo- or fluorescent protein of the present invention or a nucleic acid encoding it.
В предпочтительном воплощении обеспечивается способ введения меток в биологическую молекулу, где указанный способ включает связывание указанной биологической молекулы с белком настоящего изобретения.In a preferred embodiment, a method is provided for introducing labels into a biological molecule, wherein said method comprises binding said biological molecule to a protein of the present invention.
В другом предпочтительном воплощении обеспечивается способ введения меток в клетку, где указанный способ включает продуцирование белка настоящего изобретения в клетке.In another preferred embodiment, a method for introducing labels into a cell is provided, wherein said method comprises producing a protein of the present invention in a cell.
В другом предпочтительном воплощении обеспечивается способ введения меток в органеллу клетки, где указанный способ включает получение белка настоящего изобретения, слитого с подходящим внутриклеточным сигналом локализации в клетке.In another preferred embodiment, there is provided a method for introducing labels into an organelle of a cell, wherein said method comprises producing a protein of the present invention fused to a suitable intracellular localization signal in the cell.
В еще одном предпочтительном воплощении обеспечивается способ анализа биологической молекулы, клетки или органеллы клетки, где указанный способ включает обнаружение флуоресцирующего сигнала от белка настоящего изобретения.In yet another preferred embodiment, a method for analyzing a biological molecule, cell or cell organelle is provided, wherein said method comprises detecting a fluorescent signal from a protein of the present invention.
В еще одном предпочтительном воплощении обеспечивается способ анализа биологической молекулы, клетки или органеллы клетки, где указанный способ включает экспрессию молекулы нуклеиновой кислоты настоящего изобретения в клетке.In another preferred embodiment, there is provided a method for analyzing a biological molecule, cell or organelle of a cell, wherein said method comprises expressing a nucleic acid molecule of the present invention in a cell.
Дополнительно обеспечиваются наборы, включающие нуклеиновые кислоты или векторы или кассеты экспрессии, содержащие в себе указанные нуклеиновые кислоты, или белок настоящего изобретения.Additionally provided are kits comprising nucleic acids or expression vectors or cassettes containing said nucleic acids or a protein of the present invention.
Краткое описание фигурBrief Description of the Figures
На фиг.1 проиллюстрировано выравнивание GFP, phiYFP, hydr1GFP и hm2CP аминокислотных последовательностей. Введенные разрывы показаны точками. Остатки, идентичные соответствующим аминокислотам в GFP, представлены штриховыми линиями.Figure 1 illustrates the alignment of GFP, phiYFP, hydr1GFP and hm2CP amino acid sequences. Entered gaps are indicated by dots. Residues identical to the corresponding amino acids in GFP are represented by dashed lines.
Фиг.2 показывает спектры возбуждения (пунктирная линия) и излучения (сплошная линия) для дикого типа phiYFP (A) и его мутантов: phiYFP-Y1 (B), phiYFP-M0 (C), и phiYFP-М1 (D).Figure 2 shows the excitation spectra (dashed line) and radiation (solid line) for wild-type phiYFP (A) and its mutants: phiYFP-Y1 (B), phiYFP-M0 (C), and phiYFP-M1 (D).
Фиг.3 показывает спектры возбуждения-излучения для белков phiYFP-M1G1 (A) и phiYFP-M1C1 (B).FIG. 3 shows excitation-emission spectra for phiYFP-M1G1 (A) and phiYFP-M1C1 (B) proteins.
Фиг.4 представляет зарисовку гидромедузы 1 (A) и гидромедузы 2 (B) подотряда Anthomedusae.Figure 4 is a sketch of hydromedusa 1 (A) and hydromedusa 2 (B) of the suborder Anthomedusae .
Фиг.5 показывает спектры возбуждения-излучения для дикого типа hydr1GFP.5 shows excitation-emission spectra for wild-type hydr1GFP.
Фиг.6 показывает спектр поглощения для дикого типа hm2CP.6 shows an absorption spectrum for wild-type hm2CP.
Фиг.7 показывает спектры возбуждения-излучения для дикого типа hm2CP.7 shows excitation-emission spectra for wild-type hm2CP.
Фиг.8 показывает спектры возбуждения-излучения для красного флуоресцирующего мутанта S3-2 белка hm2CP.Fig. 8 shows excitation-emission spectra for the red fluorescent S3-2 mutant of the hm2CP protein.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Как здесь используется, термин "флуоресцирующий белок" или "флуоропротеин" означает белок, который является флуоресцирующим; например, он может проявлять низкую, среднюю или интенсивную флюоресценцию при облучении светом с подходящей для возбуждения длиной волны. Флуоресцентное свойство этих белков представляет собой такое свойство, которое является результатом взаимодействия двух или более аминокислотных остатков белка, а не одного аминокислотного остатка. Также флуоресцирующие белки настоящего изобретения не включают белки, которые проявляют флюоресценцию только от остатков, которые флуоресцируют сами как внутренние флуорофоры, то есть триптофан, тирозин и фенилаланин.As used here, the term "fluorescent protein" or "fluoroprotein" means a protein that is fluorescent; for example, it may exhibit low, medium, or intense fluorescence when exposed to light with a suitable wavelength for excitation. The fluorescent property of these proteins is a property that results from the interaction of two or more amino acid residues of a protein, and not a single amino acid residue. Also, the fluorescent proteins of the present invention do not include proteins that exhibit fluorescence only from residues that fluoresce themselves as internal fluorophores, i.e. tryptophan, tyrosine and phenylalanine.
Как здесь используется, термин "хромопротеин" или "хромогенный белок" означает цветной белок, который может быть флуоресцирующим, слабо- или нефлуоресцирующим. Как здесь используется, термины "хромопротеин" и "флуоресцирующий белок" не включают люциферазы, такие как люцифераза Renilla.As used here, the term "chromoprotein" or "chromogenic protein" means a colored protein, which may be fluorescent, weakly or non-fluorescent. As used here, the terms “chromoprotein” and “fluorescent protein” do not include luciferase, such as Renilla luciferase.
Как здесь используется, термин "GFP" относится к зеленому флуоресцирующему белку из Aequorea victoria, включая варианты GFP, известные из уровня техники, сконструированные для обеспечения большей флюоресценции или флуоресценции в других цветовых областях. Последовательность дикого типа GFP была раскрыта в Prasher et al., Gene 111 (1992), 229-33.As used herein, the term “GFP” refers to the green fluorescent protein from Aequorea victoria, including GFP variants known in the art, designed to provide greater fluorescence or fluorescence in other color regions. The wild-type sequence of GFP was disclosed in Prasher et al., Gene 111 (1992), 229-33.
Как здесь используется, термин "EGFP" относится к мутантному варианту GFP, имеющего две аминокислотные замены: F64L и S65T (Heim et al., Nature 373 (1995), 663-664).As used here, the term "EGFP" refers to a mutated variant of GFP having two amino acid substitutions: F64L and S65T (Heim et al., Nature 373 (1995), 663-664).
Как здесь используется, термин "выделенный" означает молекулу или клетку, которые находятся в среде, отличной от среды, в которой молекула или клетка находятся в естественных условиях.As used here, the term "isolated" means a molecule or cell that is in an environment other than the environment in which the molecule or cell is in vivo.
Как здесь используется, термин "фрагмент" предназначен, чтобы, включить, например, альтернативно сплайсированную или усеченную, или иначе расщепленную молекулу нуклеиновой кислоты или белка.As used here, the term "fragment" is intended to include, for example, an alternatively spliced or truncated, or otherwise cleaved, nucleic acid or protein molecule.
Как здесь используется, термин "производное" относится к мутанту или измененной за счет РНК, или химически модифицированной или иначе измененной молекуле нуклеиновой кислоты или к мутанту, или химически модифицированному или иначе измененному белку.As used here, the term "derivative" refers to a mutant or modified due to RNA, or a chemically modified or otherwise modified nucleic acid molecule or to a mutant, or a chemically modified or otherwise modified protein.
Как здесь используется, термин "мутант" относится к белку, раскрытому в настоящем изобретении, в котором одна или более аминокислот добавлены и/или замещены и/или удалены (делетированы) и/или вставлены (инсертированы) в N-конец и/или C-конец, и/или в пределах нативных аминокислотных последовательностей белков настоящего изобретения.As used here, the term "mutant" refers to a protein disclosed in the present invention, in which one or more amino acids are added and / or substituted and / or removed (deleted) and / or inserted (inserted) at the N-terminus and / or C -end, and / or within the native amino acid sequences of the proteins of the present invention.
Как здесь используется, термин "мутант" относится к молекуле нуклеиновой кислоты, которая кодирует мутантный белок. Кроме того, термин "мутант" здесь относится к любому варианту, который короче или длиннее белка или нуклеиновой кислоты.As used here, the term "mutant" refers to a nucleic acid molecule that encodes a mutant protein. In addition, the term “mutant” refers to any variant that is shorter or longer than a protein or nucleic acid.
Как здесь используется, "гомолог или гомология" являются термином, использованным в данной области для описания связанности нуклеотида или пептидной последовательности с другим нуклеотидом или пептидной последовательностью, которая определена степенью идентичности и/или сходства между указанными сравниваемыми последовательностями.As used herein, “homologue or homology” is a term used in the art to describe the linkage of a nucleotide or peptide sequence to another nucleotide or peptide sequence, which is determined by the degree of identity and / or similarity between said compared sequences.
Если подвести итог вышеуказанному, настоящее изобретение направлено на молекулы нуклеиновой кислоты, кодирующие флуоресцирующие и хромобелки и мутанты, варианты и их производные, так же, как белки и пептиды, кодируемые этими нуклеиновыми кислотами. Молекулы нуклеиновой кислоты и белки, представляющие интерес, выделены из вида, не относящегося к Aequorea Hydrozoa. Целевые белки, представляющие интерес, включают желтый флуоресцирующий белок, phiYFP, из Phialidium sp., зеленый флуоресцирующий белок hydr1GFP из гидроидной медузы 1 (гидромедуза 1) подотряда Anthomedusae, и фиолетового хромопротеина, hm2CP из гидроидной медузы 2 (гидромедуза 2) подотряда Anthomedusae. Также белками, представляющими интерес, являются те, которые по существу являются сходными или производными, или гомологами, или мутантами вышеупомянутых специфических белков. Также обеспечиваются фрагменты нуклеиновых кислот и пептиды, кодируемые ими, так же, как и антитела, специфические к белкам и пептидам изобретения. Кроме того, обеспечиваются клетки-хозяева, стабильные клеточные линии и трансгенные организмы, включающие вышеупомянутые молекулы нуклеиновой кислоты. Заявленные композиции белка и нуклеиновых кислот находят использование в ряде различных применений и способов, в частности, для применения при мечении белков. В итоге, обеспечиваются наборы для использования в таких способах и применениях.To summarize the above, the present invention is directed to nucleic acid molecules encoding fluorescent and chromoproteins and mutants, variants and their derivatives, as well as proteins and peptides encoded by these nucleic acids. Nucleic acid molecules and proteins of interest are isolated from non- Aequorea Hydrozoa species. Target proteins of interest include the yellow fluorescent protein, phiYFP, from Phialidium sp. , Green fluorescent protein hydr1GFP from cnidarian jellyfish 1 (hydromedusa 1) of the suborder Anthomedusae, and purple chromoprotein, hm2CP from cnidarian jellyfish 2 (hydromedusa 2) of the suborder Anthomedusae. Also, proteins of interest are those that are essentially similar or derivatives, or homologs, or mutants of the aforementioned specific proteins. Also provided are nucleic acid fragments and peptides encoded by them, as well as antibodies specific for the proteins and peptides of the invention. In addition, host cells, stable cell lines, and transgenic organisms including the aforementioned nucleic acid molecules are provided. The claimed protein and nucleic acid compositions find use in a number of different applications and methods, in particular for use in tagging proteins. As a result, kits are provided for use in such methods and applications.
Молекулы нуклеиновой кислотыNucleic acid molecules
Настоящее изобретение обеспечивает молекулы нуклеиновой кислоты, кодирующие флуоресцирующие/хромобелки из вида Hydrozoa, отличного от рода Aequorea, производные, мутанты и гомологи этих белков, так же, как их фрагменты. Молекула нуклеиновой кислоты, как здесь используется, представляет собой молекулы ДНК, такие как геномные молекулы ДНК или молекулы кДНК, или РНК молекулы, такие как молекулы мРНК. В частности, указанные молекулы нуклеиновой кислоты представляют собой молекулы кДНК, имеющие открытую рамку считывания, которая кодирует хромо/флуоресцирующий белок изобретения из Hydrozoa или его фрагмент и способна, при подходящих условиях, к тому, чтобы обеспечить экспрессию как флуоресцирующего/хромобелка или белкового фрагмента (пептида) по изобретению.The present invention provides nucleic acid molecules encoding fluorescent / chromoproteins from a species of Hydrozoa other than the genus Aequorea, derivatives, mutants and homologues of these proteins, as well as fragments thereof. The nucleic acid molecule, as used here, is a DNA molecule, such as genomic DNA molecules or cDNA molecules, or RNA molecules, such as mRNA molecules. In particular, these nucleic acid molecules are cDNA molecules having an open reading frame that encodes a chromo / fluorescent protein of the invention from Hydrozoa or a fragment thereof and is capable, under suitable conditions, of providing expression as a fluorescent / chromoprotein or protein fragment ( peptide) according to the invention.
Изобретение также охватывает нуклеиновые кислоты, которые являются гомологичными, по существу сходными, идентичными, производными или миметиками нуклеиновых кислот, кодирующих белки или белковые фрагменты настоящего изобретения. Заявленные нуклеиновые кислоты присутствуют в среде, отличной от их естественной среды; например, они выделены, присутствуют в обогащенных количествах, или присутствуют или экспрессированы in vitro или в клетке, или в организме, другом чем их естественно встречающаяся среда окружения.The invention also encompasses nucleic acids that are homologous, substantially similar, identical, derivatives or mimetics of nucleic acids encoding the proteins or protein fragments of the present invention. The claimed nucleic acids are present in an environment different from their natural environment; for example, they are isolated, present in enriched amounts, or are present or expressed in vitro either in a cell or in an organism other than their naturally occurring environment.
Специфические молекулы нуклеиновой кислоты, представляющие интерес, представляют собой такие молекулы, которые кодируют следующие хромо/флуоропротеины из Hydrozoa (и их гомологи/производные/мутанты): желтый флуоресцирующий белок, phiYFP из Phialidium sp., зеленый флуоресцирующий белок, hydr1GFP из гидроидной медузы 1 из подотряда Anthomedusae, и фиолетовый хромопротеин, hm2CP из гидроидной медузы 2 из подотряда Anthomedusae. Каждый из этих специфических типов молекул нуклеиновой кислоты, представляющей интерес, теперь индивидуально раскрывается более детально.Specific nucleic acid molecules of interest are those that encode the following Hydrozoa chromo / fluoroproteins (and their homologs / derivatives / mutants): yellow fluorescent protein, phiYFP from Phialidium sp. , green fluorescent protein, hydr1GFP from
phiYFPphiYFP
Молекулы нуклеиновой кислоты, кодирующие флуоресцирующие/хромопротеины могут быть выделены из организма класса Hydrozoa, предпочтительно отряда Hydroida, более предпочтительно подотряда Leptomedusae, более предпочтительно из семейства Campanulariidae, и даже более предпочтительно из рода Phialidium. В особенно предпочтительном воплощении молекула нуклеиновой кислоты, выделенная из Phialidium sp., кодирует специфический белок, называемый PhiYFP. Гомологи/мутанты/производные этого белка, такие как phiYFP-Y1, phiYFP-М1, phiYFP-M0, phiYFP-M1G1 (то есть phiYFP-G1 или phiGFPl), и phiYFP-MlCl (то есть phiYFP-G1 или phiGFP1), описанные ниже более детально в экспериментальной части, также представляющие интерес. Выведенная кодирующая последовательность кДНК дикого типа для PhiYFP, показана на SEQ ID NO: 01.Nucleic acid molecules encoding fluorescent / chromoproteins can be isolated from the Hydrozoa class organism, preferably the Hydroida order, more preferably the Leptomedusae suborder, more preferably from the Campanulariidae family, and even more preferably from the Phialidium genus. In a particularly preferred embodiment, the nucleic acid molecule isolated from Phialidium sp. encodes a specific protein called PhiYFP. Homologs / mutants / derivatives of this protein, such as phiYFP-Y1, phiYFP-M1, phiYFP-M0, phiYFP-M1G1 (i.e. phiYFP-G1 or phiGFPl), and phiYFP-MlCl (i.e. phiYFP-G1 or phiGFP1) described below in more detail in the experimental part, also of interest. The deduced wild-type cDNA coding sequence for PhiYFP is shown in SEQ ID NO: 01.
hydr1GFPhydr1GFP
Молекулы нуклеиновой кислоты, кодирующие ф флуоресцирующие/хромопротеины могут быть выделены из организма класса Hydrozoa, предпочтительно отряда Hydroida, более предпочтительно подотряда Anthomedusae. Специфический белок, кодируемый такой молекулой нуклеиновой кислоты, называют hydr1GFP (то есть anmGFP1). Гомологи/мутанты/производные этого белка также представляют интерес. Выведенная последовательность кодирующая кДНК дикого типа для hydr1GFP, показана на SEQ ID NO: 11.Nucleic acid molecules encoding fluorescent / chromoproteins can be isolated from the body of the Hydrozoa class, preferably the Hydroida order, more preferably the Anthomedusae suborder. A specific protein encoded by such a nucleic acid molecule is called hydr1GFP (i.e. anmGFP1). Homologs / mutants / derivatives of this protein are also of interest. The deduced wild-type cDNA coding sequence for hydr1GFP is shown in SEQ ID NO: 11.
hm2CPhm2CP
Молекулы нуклеиновой кислоты, кодирующие флуоресцирующие/хромопротеины могут быть выделены из организма класса Hydrozoa, предпочтительно отряда Hydroida, более предпочтительно подотряда Anthomedusae. Специфический белок, кодируемый такой молекулой нуклеиновой кислоты, называют hm2CP (то есть anm2CP). Гомологи/мутанты этого белка, такие как S3-2 красный флуоресцирующий мутант hm2CP, описанный ниже более детально в экспериментальной части, также представляющий интерес. Выведенная последовательность кодирующая кДНК дикого типа для hm2CP, показана на SEQ ID NO: 13.Nucleic acid molecules encoding fluorescent / chromoproteins can be isolated from the body of the Hydrozoa class, preferably the Hydroida order, more preferably the Anthomedusae suborder. A specific protein encoded by such a nucleic acid molecule is called hm2CP (i.e., anm2CP). Homologs / mutants of this protein, such as the S3-2 red fluorescent mutant hm2CP, described below in more detail in the experimental part, are also of interest. The deduced wild-type cDNA coding sequence for hm2CP is shown in SEQ ID NO: 13.
Гомологи вышеописанных молекул нуклеиновой кислоты также являются объектом интереса. Источник гомологичных нуклеиновых кислот может быть любым видом растения или животного или последовательность, может быть полностью или частично синтетическим, включая миметики нуклеиновой кислоты. В некоторых воплощениях нуклеиновая кислота настоящего изобретения имеет идентичность последовательности с соответствующими гомологами на нуклеотидных или аминокислотных уровнях по меньшей мере приблизительно 40% и, предпочтительно приблизительно 50%, 55%, 60%, 65%, 70% или больше, включая 75%, 80%, 85%, 90% и 95% или больше. Референсная последовательность обычно будет по меньшей мере размером приблизительно в 60 нуклеотидов, чаще по меньшей мере размером приблизительно в 80 нуклеотидов, и может простираться на полную последовательность, с которой сравнивается. Идентичность последовательности рассчитывается исходя из референсной последовательности. Алгоритмы для анализа последовательности известны в данной области, такие как BLAST, описанный в Altschul et al., J. Mol. Biol., 215, pp. 403-10 (1990) (например, с использованием установок по умолчанию, то есть, с параметрами w=4 и T=17).Homologs of the above nucleic acid molecules are also of interest. The source of homologous nucleic acids may be any kind of plant or animal, or the sequence may be fully or partially synthetic, including nucleic acid mimetics. In some embodiments, the nucleic acid of the present invention has a sequence identity with corresponding homologues at nucleotide or amino acid levels of at least about 40% and, preferably, about 50%, 55%, 60%, 65%, 70% or more, including 75%, 80 %, 85%, 90% and 95% or more. The reference sequence will usually be at least about 60 nucleotides in size, more often at least about 80 nucleotides in size, and can extend to the entire sequence with which it is being compared. The sequence identity is calculated based on the reference sequence. Algorithms for sequence analysis are known in the art, such as BLAST described in Altschul et al., J. Mol. Biol., 215, pp. 403-10 (1990) (for example, using the default settings, that is, with the parameters w = 4 and T = 17).
Гомологи идентифицируются любыми из множества способов. Фрагмент кДНК настоящего изобретения может использоваться как гибридизационный зонд против библиотеки кДНК от целевого организма, с использованием условий низкой жесткости. Зонд может быть большим фрагментом или одним или более коротким вырожденным праймером. Нуклеиновые кислоты, имеющие сходство последовательности, детектируются гибридизацией в условиях низкой жесткости, например, при 50°С и 6×SSC (0,9М хлористого натрия /0,09М цитрата натрия) с последующей промывкой при 55×С в 1×SSC (01,15М хлористого натрия/0,015 М цитрата натрия). Идентичность последовательности может быть определена гибридизацией в условиях высокой жесткости, например, при 50°С или выше и 0,1×SSC (15 мМ хлористого натрия/ 1,5 мМ цитрата натрия). Нуклеиновые кислоты, имеющие область, по существу идентичную представленным последовательностям, например аллельным вариантам, генетически-измененным вариантам нуклеиновой кислоты, и т.д., связываются с представленными последовательностями в условиях высокой жесткости гибридизации. С использованием зондов, в частности меченых зондов последовательностей ДНК, можно выделить гомологичные или схожие гены.Homologists are identified in any of a variety of ways. A cDNA fragment of the present invention can be used as a hybridization probe against a cDNA library from a target organism using low stringency conditions. The probe may be a large fragment or one or more short degenerate primers. Nucleic acids having sequence similarity are detected by hybridization under low stringency conditions, for example, at 50 ° C and 6 × SSC (0.9 M sodium chloride / 0.09 M sodium citrate), followed by washing at 55 × C in 1 × SSC (01 15 M sodium chloride / 0.015 M sodium citrate). The sequence identity can be determined by hybridization under conditions of high stringency, for example, at 50 ° C. or higher and 0.1 × SSC (15 mM sodium chloride / 1.5 mM sodium citrate). Nucleic acids having a region substantially identical to the presented sequences, for example allelic variants, genetically modified nucleic acid variants, etc., bind to the presented sequences under conditions of high stringency of hybridization. Using probes, in particular labeled probes of DNA sequences, homologous or similar genes can be isolated.
Также обеспечиваются нуклеиновые кислоты, которые гибридизуются с вышеописанными нуклеиновыми кислотами в жестких условиях, предпочтительно в условиях высокой жесткости (то есть, комплементарные предварительно описанным нуклеиновым кислотам). Примером гибридизации в жестких условиях является при 50°С или выше и 0,1×SSC (15 мМ хлористого натрия/ 1,5 мМ цитрата натрия). Другим примером гибридизации в условиях высокой жесткости является инкубация в течение ночи при 42°С в 50% растворе формамида, 5×SSC (150 мМ NaCl, 15 мМ тринатрий цитрат), 50 мМ фосфата натрия (рН 7,6), 5 × раствора Денхардта, 10% сульфата декстрана, и 20 мкг/мл денатурированной, разрезанной ДНК семенной жидкости лосося, с предварительной промывкой в 0,1×SSC при приблизительно 65°С. Другие условия высокой жесткости гибридизации известны в данной области и могут также использоваться для определения нуклеиновых кислот изобретения.Nucleic acids are also provided that hybridize with the above nucleic acids under stringent conditions, preferably under high stringency conditions (i.e., complementary to the previously described nucleic acids). An example of hybridization under stringent conditions is at 50 ° C. or higher and 0.1 × SSC (15 mM sodium chloride / 1.5 mM sodium citrate). Another example of hybridization under high stringency conditions is overnight incubation at 42 ° C in a 50% solution of formamide, 5 × SSC (150 mm NaCl, 15 mm trisodium citrate), 50 mm sodium phosphate (pH 7.6), 5 × solution Denhardt, 10% dextran sulfate, and 20 μg / ml denatured, DNA-cut salmon seminal fluid, pre-washed with 0.1 × SSC at approximately 65 ° C. Other high stringency hybridization conditions are known in the art and can also be used to determine the nucleic acids of the invention.
Также обеспечиваются нуклеиновые кислоты, кодирующие варианты, мутанты или производные белков изобретения. Мутанты или производные могут быть получены на матричной нуклеиновой кислоте, выбранной из вышеописанных нуклеиновых кислот, путем модификации, делеции или добавления одного или более нуклеотидов в матричной последовательности или их комбинации, для получения варианта матричной нуклеиновой кислоты. Модификации, добавления или делеции могут быть выполнены любым способом, известным в данной области (см. например Gustin et al., Biotechniques (1993) 14: 22; Barany, Gene (1985) 37: 111-123; and Colicelli et al., Mol. Gen. Genet. (1985) 199:537-539, Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, (1989), CSH Press, pp.15.3-15.108), включая подверженный ошибкам ПЦР, перестановку, олигонуклеотид-направленный мутагенез, ПЦР со сборкой, парный ПЦР мутагенез, мутагенез in vivo, кассетный мутагенез, рекурсивный ensemble мутагенез, экспоненциальный множественный мутагенез, сайт-специфический мутагенез, неспецифический мутагенез, генное реассемблирование, генный сайт-насыщающий мутагенез (GSSM), искусственное реассемблирование с лигацией (SLR) или их комбинации. Модификации, добавления или делеции могут быть также выполнены способом, включающим рекомбинацию, рекурсивную рекомбинацию последовательности, фосфотиоат-модифицированный мутагенез ДНК, мутагенез на урацил-содержащей матрице, мутагенез с двойным пропуском, точечный восстановительный по рассогласованию мутагенез, мутагенез штамма, дефицитного по восстановлениям, химический мутагенез, радоактивный мутагенез, делетационный мутагенез, рестрикционно-избирательный мутагенез, рестрикционный мутагенез с очисткой, синтез с искусственными генами, множественный мутагенез, создание химерных множественных нуклеиновых кислот и их комбинации. В некоторых воплощениях флуоресцирующие белки, кодируемые мутантом или производными нуклеиновых кислот, имеют те же самые флуоресцентные свойства как флуоресцирующий белок дикого типа. В других воплощениях мутант или производные нуклеиновых кислот кодируют флуоресцирующие белки с измененными спектральными свойствами, как здесь описано более подробно для мутантов phiYFP-Y1, phiYFP-М1, phiYFP-M1G1, phiYFP-M1С1, S3-2.Nucleic acids encoding variants, mutants or derivatives of the proteins of the invention are also provided. Mutants or derivatives can be obtained on a matrix nucleic acid selected from the above nucleic acids by modifying, deletion or addition of one or more nucleotides in a matrix sequence or a combination thereof, to obtain a variant of the matrix nucleic acid. Modifications, additions or deletions can be performed by any method known in the art (see, for example, Gustin et al., Biotechniques (1993) 14: 22; Barany, Gene (1985) 37: 111-123; and Colicelli et al., Mol. Gen. Genet. (1985) 199: 537-539, Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, (1989), CSH Press, pp. 15.3-15.108), including error-prone PCR, rearrangement, oligonucleotide- directed mutagenesis, assembly PCR, pairwise PCR mutagenesis, in vivo mutagenesis, cassette mutagenesis, recursive ensemble mutagenesis, exponential multiple mutagenesis, site-specific mutagenesis, nonspecific mutagenesis, gene reassay mating, gene site-saturating mutagenesis (GSSM), artificial reassembly with ligation (SLR), or combinations thereof. Modifications, additions or deletions can also be carried out by a method including recombination, recursive sequence recombination, phosphotioate-modified DNA mutagenesis, uracil-containing mutagenesis, double-pass mutagenesis, mismatch-specific rediscover mutagenesis, mutagenesis of a recovery-deficient chemical mutagenesis, radioactive mutagenesis, deletion mutagenesis, restriction-selective mutagenesis, restriction mutagenesis with purification, synthesis with artificial genes, multiple mutagenesis, creation of multiple chimeric nucleic acids, and combinations thereof. In some embodiments, the fluorescent proteins encoded by the mutant or nucleic acid derivatives have the same fluorescent properties as the wild-type fluorescent protein. In other embodiments, the mutant or derivatives of nucleic acids encode fluorescent proteins with altered spectral properties, as described in more detail for phiYFP-Y1, phiYFP-M1, phiYFP-M1G1, phiYFP-M1C1, S3-2 mutants.
Кроме того, также обеспечиваются вырожденные варианты нуклеиновых кислот, которые кодируют белки настоящего изобретения. Вырожденные варианты нуклеиновых кислот включают замены кодонов нуклеиновой кислоты на другие кодоны, кодирующие те же самые аминокислоты. В частности, вырожденные варианты нуклеиновых кислот создаются, чтобы увеличить экспрессию в клетке-хозяине. В этом воплощении, кодоны нуклеиновой кислоты, которые не являются предпочтительными или являются менее предпочтительными в генах в клетке-хозяине, заменены кодонами, которые излишне представлены в кодирующих последовательностях в генах в клетке-хозяине, где указанные замененные кодоны кодируют ту же самую аминокислоту. Особенным интересом является гуманизированные версии нуклеиновых кислот настоящего изобретения. Как здесь используется, термин "гуманизированный" относится к заменам, сделанным в последовательности нуклеиновой кислоты для оптимизации кодонов для экспрессии белка в клетках млекопитающих (Yang et al., Nucleic Acids Research (1996) 24: 4592-4593). См. также Патент США № 5795737, который описывает гуманизацию белков, раскрытие которого здесь включено ссылкой.In addition, degenerate nucleic acid variants that encode the proteins of the present invention are also provided. Degenerate nucleic acid variants include substitutions of nucleic acid codons with other codons encoding the same amino acids. In particular, degenerate nucleic acid variants are created to increase expression in the host cell. In this embodiment, nucleic acid codons that are not preferred or less preferred in the genes in the host cell are replaced by codons that are overly represented in the coding sequences in the genes in the host cell, where said substituted codons encode the same amino acid. Of particular interest is the humanized version of the nucleic acids of the present invention. As used herein, the term “humanized” refers to substitutions made in a nucleic acid sequence to optimize codons for protein expression in mammalian cells (Yang et al., Nucleic Acids Research (1996) 24: 4592-4593). See also US Patent No. 5795737, which describes the humanization of proteins, the disclosure of which is incorporated herein by reference.
Термин "кДНК", как здесь используется, предназначен для включения нуклеиновых кислот, которые отражают расположение элементов последовательности, находящихся в нативной зрелой разновидности мРНК, где элементы последовательности представляют собой экзоны и 5-' и 3'-некодирующие области. Обычно разновидность мРНК имеет смежные экзоны, с промежуточными интронами, которые, если присутствуют, удаляются ядерным РНК сплайсингом, чтобы создавать непрерывное кодирование белка открытой рамки считывания.The term "cDNA", as used here, is intended to include nucleic acids that reflect the arrangement of sequence elements located in the native mature variety of mRNA, where sequence elements are exons and 5- 'and 3'-non-coding regions. Typically, a mRNA species has adjacent exons, with intermediate introns, which, if present, are removed by nuclear RNA splicing to create continuous encoding of the open reading frame protein.
Геномная последовательность, представляющая интерес, может включать нуклеиновую кислоту, присутствующую между инициирующим кодоном и терминирующим кодоном, как определено в перечисленных последовательностях, включая все интроны, которые обычно присутствуют в нативной хромосоме. Геномная последовательность, представляющая интерес, дополнительно может включать 5'- и 3'-нетранслируемые области, находящиеся в зрелой мРНК, так же как специфические транскрипционные и трансляционные регулирующие последовательности, такие как промоторы, энхансеры, и т.д., включающие фланкирующую геномную ДНК размером приблизительно 1 т.п.н., но возможно и больше, у 5'- или 3'-конца транскрибированной области.The genomic sequence of interest may include a nucleic acid present between the initiation codon and the termination codon, as defined in the listed sequences, including all introns that are usually present on the native chromosome. The genomic sequence of interest may further include 5'- and 3'-untranslated regions located in mature mRNA, as well as specific transcriptional and translational regulatory sequences, such as promoters, enhancers, etc., including flanking genomic DNA approximately 1 kb, but possibly larger, at the 5 ′ or 3 ′ end of the transcribed region.
Молекулы нуклеиновой кислоты изобретения могут кодировать весь или часть заявленных белков. Двух- и одноцепочечные фрагменты могут быть получены из последовательности ДНК путем химического синтеза олигонуклеотидов в соответствии со стандартными способами, рестрикционной ферментной дигестией, амплификацией ПЦР и т.д. В основном, фрагменты ДНК будут иметь размер по меньшей мере приблизительно 15 нуклеотидов, обычно по меньшей мере приблизительно 18 нуклеотидов или приблизительно 25 нуклеотидов и могут быть по меньшей мере приблизительно 50 нуклеотидов. В некоторых воплощениях заявленные молекулы нуклеиновой кислоты могут иметь размер приблизительно 100, приблизительно 200, приблизительно 300, приблизительно 400, приблизительно 500, приблизительно 600, приблизительно 700 нуклеотидов или более. Заявленные нуклеиновые кислоты могут кодировать фрагменты заявленных белков или полных белков; например, заявленные нуклеиновые кислоты могут кодировать полипептиды приблизительно из 25 аминокислот, приблизительно из 50, приблизительно из 75, приблизительно из 100, приблизительно из 125, приблизительно из 150, приблизительно из 200 аминокислот вплоть до полной длины белка.The nucleic acid molecules of the invention can encode all or part of the claimed proteins. Double and single chain fragments can be obtained from a DNA sequence by chemical synthesis of oligonucleotides in accordance with standard methods, restriction enzyme digestion, PCR amplification, etc. Basically, the DNA fragments will have a size of at least about 15 nucleotides, usually at least about 18 nucleotides or about 25 nucleotides, and can be at least about 50 nucleotides. In some embodiments, the claimed nucleic acid molecules may have a size of approximately 100, approximately 200, approximately 300, approximately 400, approximately 500, approximately 600, approximately 700 nucleotides or more. The claimed nucleic acids may encode fragments of the claimed proteins or complete proteins; for example, the claimed nucleic acids can encode polypeptides of approximately 25 amino acids, approximately 50, approximately 75, approximately 100, approximately 125, approximately 150, approximately 200 amino acids up to the full length of the protein.
Заявленные нуклеиновые кислоты могут быть выделены и получены по существу в очищенной форме. По существу очищенная форма означает, что нуклеиновые кислоты являются по меньшей мере приблизительно на 50% чистыми, обычно по меньшей мере приблизительно на 90% чистыми и являются обычно "рекомбинантными", то есть фланкированы одним или более нуклеотидов, с которыми она обычно не связывается в хромосоме, встречающейся в природе в ее естественном организме-хозяине.The claimed nucleic acids can be isolated and obtained essentially in purified form. Essentially purified form means that the nucleic acids are at least about 50% pure, usually at least about 90% pure and are usually "recombinant", that is, flanked by one or more nucleotides that it does not normally bind to a chromosome found naturally in its natural host organism.
Нуклеиновые кислоты настоящего изобретения, например, имеющие последовательность SEQ ID NO: 01, 03, 05, 07, 09, 11, 13, 15, 17, 19 или 21, соответствующие кДНК, гены полной длины и конструкции, могут быть получены искусственно в соответствии со множеством различных методик, известных специалистам в данной области. Подходящие конструкции нуклеиновой кислоты очищаются, с использованием стандартных способов рекомбинантных ДНК, как описано, например, в Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd Ed., (1989) Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, NY, и согласно инструкциям, описанным, например, в United States Dept. of HHS, National Institute of Health (NIH) Guidelines for Recombinant DNA Research.Nucleic acids of the present invention, for example, having the sequence of SEQ ID NO: 01, 03, 05, 07, 09, 11, 13, 15, 17, 19, or 21, corresponding cDNAs, genes of full length and design, can be obtained artificially in accordance with many different techniques known to those skilled in the art. Suitable nucleic acid constructs are purified using standard recombinant DNA methods as described, for example, in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2 nd Ed., (1989) Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, NY, and according to the instructions described, for example, in the United States Dept. of HHS, National Institute of Health (NIH) Guidelines for Recombinant DNA Research.
Также обеспечиваются нуклеиновые кислоты, которые кодируют слитые белки, включающие белок настоящего изобретения, или их фрагменты, которые ниже рассматриваются более детально.Also provided are nucleic acids that encode fusion proteins comprising the protein of the present invention, or fragments thereof, which are discussed in more detail below.
Также обеспечиваются вектор и другие конструкции нуклеиновой кислоты, содержащие заявленные нуклеиновые кислоты. Соответствующие векторы включают вирусные и невирусные векторы, плазмиды, космиды, фаги и т.д., предпочтительно плазмиды, и используются для клонирования, амплификации, экспрессии, переноса и т.д., последовательности нуклеиновой кислоты настоящего изобретения в подходящего хозяина. Выбор подходящего вектора является понятным для квалифицированного специалиста в данной области, и много таких векторов доступны коммерчески. Для приготовления конструкции частичная нуклеиновая кислота или полной длины обычно вставляются в вектор посредством прикрепления ДНК-лигазой к расщепленному ферментами рестрикции сайту в векторе. Альтернативно, желательная нуклеотидная последовательность может быть вставлена гомологичной рекомбинацией in vivo, обычно, присоединением гомологичных участков к вектору на флангах желательной нуклеотидной последовательности. Гомологичные участки добавляются лигированием олигонуклеотидов или полимеразной цепной реакцией с использованием праймеров, включающих, например, как гомологичные участки, так и часть желательной нуклеотидной последовательности.Also provided are a vector and other nucleic acid constructs containing the claimed nucleic acids. Suitable vectors include viral and non-viral vectors, plasmids, cosmids, phages, etc., preferably plasmids, and are used for cloning, amplification, expression, transfer, etc., of the nucleic acid sequence of the present invention in a suitable host. The selection of a suitable vector is understandable to a person skilled in the art, and many such vectors are commercially available. To prepare the construct, a partial or full length nucleic acid is usually inserted into the vector by attaching a DNA ligase to a restriction enzyme cleaved site in a vector. Alternatively, the desired nucleotide sequence can be inserted by in vivo homologous recombination, usually by attaching homologous regions to a vector on the flanks of the desired nucleotide sequence. Homologous regions are added by ligation of oligonucleotides or by polymerase chain reaction using primers including, for example, both homologous regions and part of the desired nucleotide sequence.
Также обеспечиваются кассеты экспрессии или системы, использованные inter alia для получения заявленных хромогенных или флуоресцирующих белков или их белков-вставок или для снятия реплики заявленных молекул нуклеиновой кислоты. Кассета экспрессии может существовать как внехромосомный элемент или может быть включена в геном клетки в результате введения указанной кассеты экспрессии в клетку. Для экспрессии генный продукт, кодируемый нуклеиновой кислотой изобретения, экспрессируется в любой удобной системе экспрессии, включая, например, бактериальные системы, дрожжи, насекомое, амфибию или млекопитающее. В векторе экспрессии указанная нуклеиновая кислота является функционально связанной с регуляторной последовательностью, которая может включить промоторы, энхансеры, терминаторы, операторы, репрессоры и индукторы. Способы получения кассеты экспрессии или систем, способных к экспрессии желательного продукта, известны специалистом, квалифицированным в данной области.Also provided are expression cassettes or systems used inter alia to produce the claimed chromogenic or fluorescent proteins or their insertion proteins, or to replicate the claimed nucleic acid molecules. The expression cassette may exist as an extrachromosomal element or may be incorporated into the genome of a cell as a result of introducing said expression cassette into the cell. For expression, the gene product encoded by the nucleic acid of the invention is expressed in any convenient expression system, including, for example, bacterial systems, yeast, insect, amphibian or mammal. In the expression vector, said nucleic acid is operably linked to a regulatory sequence, which may include promoters, enhancers, terminators, operators, repressors and inducers. Methods for preparing an expression cassette or systems capable of expressing a desired product are known to those skilled in the art.
Клеточные линии, которые устойчиво экспрессируют белки настоящего изобретения, могут быть выбраны способами, известными в данной области (например, котрансфекция с селектируемым маркером, таким как dhfr, gpt, неомицин, гигромицин, что делает возможным определение и выделение транфицированных клеток, которые содержат ген, включенный в геном).Cell lines that stably express the proteins of the present invention can be selected by methods known in the art (e.g., cotransfection with a selectable marker such as dhfr, gpt, neomycin, hygromycin, which makes it possible to identify and isolate transfected cells that contain the gene, included in the genome).
Вышеописанные системы экспрессии могут использоваться в прокариотических или эукариотических хозяевах. Для получения белка могут использоваться клетки-хозяева, такие как E. coli, B. subtilis, S. cerevisiae, клетки насекомого в комбинации с бакуловирусными векторами, или клети высшего организма, такого как позвоночные, например COS 7 клетки, HEK 293, CHO, ооциты Xenopus и т.д.The above expression systems can be used in prokaryotic or eukaryotic hosts. To obtain the protein, host cells such as E. coli, B. subtilis, S. cerevisiae , insect cells in combination with baculovirus vectors, or cells of a higher organism such as vertebrates, for example COS 7 cells, HEK 293, CHO, Xenopus oocytes, etc.
Если используется любая вышеупомянутая клетка-хозяин или другие подходящие клетки-хозяева или организмы для репликации и/или экспрессии нуклеиновых кислот изобретения, то полученная реплицированная нуклеиновая кислота, экспрессированный белок или полипептид находятся в рамках притязания изобретения как продукт клетки-хозяина или организма. Продукт может быть выделен подходящим способом, известным в данной области.If any of the aforementioned host cells or other suitable host cells or organisms are used to replicate and / or express the nucleic acids of the invention, the resulting replicated nucleic acid, expressed protein or polypeptide is within the scope of the invention as a product of the host cell or organism. The product may be isolated by a suitable method known in the art.
Также представляют интерес промоторные последовательности геномных последовательностей настоящего изобретения, где последовательность 5'-концевых участков может использоваться для промоторных элементов, включая энхансерные связывающие сайты, которые, например, обеспечивают регуляцию экспрессии в клетках/тканях, где экспрессирован ген заявленных белков.Also of interest are the promoter sequences of the genomic sequences of the present invention, where the sequence of the 5'-terminal regions can be used for promoter elements, including enhancer binding sites, which, for example, provide for regulation of expression in cells / tissues where the gene of the claimed proteins is expressed.
Также обеспечиваются малые фрагменты ДНК заявленных нуклеиновых кислот, которые применяются как праймеры для ПЦР, гибридизации скрининговых проб и т.д. Большие фрагменты ДНК применяются для получения кодируемых полипептидов, как ранее описано. Однако для использования в геометрических реакциях амплификации, таких как геометрическая ПЦР, используется пара малых фрагментов ДНК, то есть праймеров. Точная композиция последовательностей праймера не является критической для изобретения, но для большинства применений праймеры будут гибридизоваться с заявленной последовательностью в жестких условиях, как известно в данной области. Предпочтительно выбрать пару праймеров, которые дадут продукт амплификации по меньшей мере приблизительно из 50 нуклеотидов, предпочтительно по меньшей мере приблизительно из 100 нуклеотидов и могут простираться на полную последовательность нуклеиновой кислоты. Алгоритмы отбора последовательностей праймера обычно известны, и доступны в коммерческих пакетах программ. Праймеры амплификации гибридизуются с комплементарными цепочками ДНК и будут примировать навстречу друг к другу.Also provided are small DNA fragments of the claimed nucleic acids, which are used as primers for PCR, hybridization of screening samples, etc. Large fragments of DNA are used to obtain encoded polypeptides, as previously described. However, for use in geometric amplification reactions, such as geometric PCR, a pair of small DNA fragments, i.e. primers, are used. The exact composition of the primer sequences is not critical to the invention, but for most applications, the primers will hybridize to the claimed sequence under stringent conditions, as is known in the art. It is preferable to select a pair of primers that will give an amplification product of at least about 50 nucleotides, preferably at least about 100 nucleotides, and can extend to the entire nucleic acid sequence. Primer sequence selection algorithms are commonly known, and are available in commercial software packages. Amplification primers hybridize to complementary strands of DNA and will be primed towards each other.
Молекулы нуклеиновой кислоты настоящего изобретения также могут применяться для определения экспрессии гена в биологическом образце. Метод, в котором исследуются клетки на наличие специфических последовательностей нуклеотида, таких как геномная ДНК или РНК, хорошо отработан в данной области. Кратко, ДНК или мРНК выделяются из образца клетки. мРНК может быть амплифицирована ОТ-ПЦР с использованием обратной транскриптазы для формирования комплементарной цепочки ДНК, с предварительной полимеразной цепной реакцией амплификации, с использованием праймеров, специфических для заявленных последовательностей ДНК. Альтернативно, образец мРНК отделяется гель-электрофорезом, переносится на подходящий носитель, например нитроцеллюлозу, нейлон и т.д., и затем зондируется фрагментом заявленной ДНК в качестве зонда. Могут также использоваться другие способы, такие как анализы сшивания олигонуклеотида, гибридизация in situ и гибридизация ДНК-зондами, прикрепленными на твердый чип. Обнаружение мРНК, гибридизованной с заявленной последовательностью, показательно из экспрессии гена в образце.The nucleic acid molecules of the present invention can also be used to determine gene expression in a biological sample. A method in which cells are examined for the presence of specific nucleotide sequences, such as genomic DNA or RNA, is well established in the art. Briefly, DNA or mRNA is isolated from a cell sample. mRNA can be amplified by RT-PCR using reverse transcriptase to form a complementary DNA strand, with a preliminary polymerase amplification chain reaction, using primers specific for the claimed DNA sequences. Alternatively, the mRNA sample is separated by gel electrophoresis, transferred to a suitable carrier, such as nitrocellulose, nylon, etc., and then probed with a fragment of the claimed DNA as a probe. Other methods may also be used, such as oligonucleotide crosslinking assays, in situ hybridization, and hybridization with DNA probes attached to a solid chip. Detection of mRNA hybridized with the claimed sequence is indicative of gene expression in the sample.
Заявленные нуклеиновые кислоты, включая фланкирующие участки промотора и кодирующих участков, могут мутироваться различными способами, известными в данной области для получения целенаправленных изменений в силе промотора или изменить последовательность кодируемого белка или свойства кодируемого белка, включая флуоресцентные свойства кодируемого белка.The claimed nucleic acids, including flanking regions of the promoter and coding regions, can be mutated by various methods known in the art to obtain targeted changes in the strength of the promoter or to change the sequence of the encoded protein or the properties of the encoded protein, including the fluorescent properties of the encoded protein.
Во многих воплощениях нуклеиновые кислоты, найденные в виде Aequorea, не включены в объем изобретения. В некоторых воплощениях, гомолог GFP и нуклеиновые кислоты, кодирующие его, из Aequorea victoria, Aequorea macrodactyla, и Aequorea coeridscens не включены в объем заявленного изобретения.In many embodiments, nucleic acids found in the form of Aequorea are not included in the scope of the invention. In some embodiments, the GFP homolog and nucleic acids encoding it from Aequorea victoria, Aequorea macrodactyla , and Aequorea coeridscens are not included in the scope of the claimed invention.
БелкиSquirrels
Также обеспечиваются в соответствии с заявленным изобретением хромо- и флуоресцирующие белки из других видов, не относящихся к Aequorea Hydrozoa, и их мутанты, включая белки полной длины, так же, как их части или фрагменты. Также обеспечиваются вариации встречающегося в природе белка, где такие вариации являются гомологичными или по существу сходными встречающемуся в природе белку и мутантам, встречающимся в природе белков, как описано в более подробном описании ниже.Also provided in accordance with the claimed invention are chromo- and fluorescent proteins from other species not related to Aequorea Hydrozoa, and their mutants, including full-length proteins, as well as parts or fragments thereof. Variations of a naturally occurring protein are also provided, where such variations are homologous or substantially similar to a naturally occurring protein and mutants that are naturally occurring proteins, as described in a more detailed description below.
Во многих воплощениях заявленные белки имеют максимум поглощения в диапазоне приблизительно от 300 до 700, обычно приблизительно от 350 до 650 и чаще приблизительно от 400 до 600 нм. Если заявленные белки являются флуоресцирующими белками, что означает, что они могут быть возбуждены светом одной длины волны, после чего они излучают свет другой длины волны, при этом спектры возбуждения заявленных белков обычно находятся приблизительно от 300 до 700 нм. Заявленные белки в общем случае имеют максимум коэффициента экстинкции, который находится приблизительно от 25000 до 150000 и обычно приблизительно от 45000 до 129000. Размер заявленных белков обычно находится в диапазоне приблизительно от 150 до 300 аминокислот и обычно приблизительно от 200 до 300 аминокислотных остатков и в общем случае они имеют молекулярный вес в пределах приблизительно от 15 до 35 кДа, обычно приблизительно от 17,5 до 32,5 кДа.In many embodiments, the claimed proteins have a maximum absorption in the range of from about 300 to 700, usually from about 350 to 650, and more often from about 400 to 600 nm. If the claimed proteins are fluorescent proteins, which means that they can be excited by light of one wavelength, after which they emit light of a different wavelength, while the excitation spectra of the declared proteins are usually from about 300 to 700 nm. The claimed proteins generally have a maximum extinction coefficient, which is from about 25,000 to 150,000 and usually from about 45,000 to 129,000. The size of the declared proteins is usually in the range of from about 150 to 300 amino acids and usually from about 200 to 300 amino acid residues and in general in the case, they have a molecular weight in the range of about 15 to 35 kDa, usually about 17.5 to 32.5 kDa.
В некоторых воплощениях заявленные белки являются яркими, где под яркими понимается то, что хромо- и флуоресцирующие белки могут быть обнаружены обычными способами (например, визуальный скрининг, спектрофотометрия, спектрофлуориметрия, флуоресцентная микроскопия, FACS приборами, и т.д.) Флуоресцентная яркость специфических флуоресцирующих белков определяется их квантовым выходом, умноженным на максимальный коэффициент экстинкции. Яркость хромопротеинов может быть выражена ее максимальным коэффициентом экстинкции.In some embodiments, the claimed proteins are bright, where bright means that chromo- and fluorescent proteins can be detected by conventional methods (e.g., visual screening, spectrophotometry, spectrofluorimetry, fluorescence microscopy, FACS devices, etc.). Fluorescence specific fluorescent proteins is determined by their quantum yield multiplied by the maximum extinction coefficient. The brightness of chromoproteins can be expressed by its maximum extinction coefficient.
В некоторых воплощениях заявленные белки укладываются быстро после экспрессии в клетке-хозяине. Под быстрым укладыванием понимается то, что белки достигают своей третичной структуры, которая обеспечивает их хромо- или флуоресцентное свойство, через короткий период времени. В этих воплощениях, белки укладываются в течение периода времени, который в общем случае не превышает приблизительно 3 дня, обычно не превышает приблизительно 2 дня и чаще не превышает приблизительно 1 день.In some embodiments, the claimed proteins are inserted rapidly after expression in a host cell. By fast folding, it is understood that the proteins reach their tertiary structure, which ensures their chromium or fluorescent property, in a short period of time. In these embodiments, proteins are stacked over a period of time that generally does not exceed about 3 days, usually does not exceed about 2 days, and more often does not exceed about 1 day.
Специфические белки, представляющие интерес, являются хромо/флуоропротеинами (и гомологами, мутантами, и их производными) из видов, не относящихся к Aequorea Hydrozoa: phiYFP из Phialidium sp., зеленого флуоресцирующего белка, hydr1GFP из гидроидной медузы 1 (гидромедуза 1) подотряда Anthomedusae, и фиолетового хромопротеина, hm2CP из гидроидной медузы 2 (гидромедуза 2) подотряда Anthomedusae. Каждый из этих специфических типов полипептидных структуры, представляющих интерес, далее будут рассмотрены индивидуально более подробно.Specific proteins of interest are chromo / fluoroproteinami (and homologs, mutants, and derivatives thereof) from a species not related to Aequorea Hydrozoa: phiYFP from Phialidium sp, green protein fluoresces, hydr1GFP from cnidarian jellyfish 1 (hydromedusa 1) of the suborder Anthomedusae. and purple chromoprotein, hm2CP from hydroid jellyfish 2 (hydromedusa 2) of the suborder Anthomedusae . Each of these specific types of polypeptide structures of interest will hereinafter be examined individually in more detail.
phiYFP (и его производные/мутанты)phiYFP (and its derivatives / mutants)
Белки этого воплощения имеют максимум поглощения света в диапазоне приблизительно от 350 до 550, обычно приблизительно от 450 до 550 и часто приблизительно от 435 до 540 нм, например, от 515 до 530 нм или от 480 до 490, тогда как максимум излучения обычно находится в диапазоне приблизительно от 400 нм до 650 нм и чаще приблизительно от 450 до 600 нм, тогда как во многих воплощениях спектры излучения находятся в диапазоне приблизительно от 470 до 550 нм, например, от 505 до 515 или от 520 до 530 нм, или от 530 до 540 нм. Размер заявленных белков типично составляет приблизительно от 200 до 250, обычно приблизительно от 210 до 240 аминокислотных остатков, и в общем случае имеют молекулярный вес в пределах приблизительно от 20 до 30, обычно приблизительно от 22,50 до 27,50 кДа. Специфическим интересом во многих воплощениях является phiYFP, который имеет аминокислотную последовательность показанную в SEQ ID NO: 02. Также представляющими интерес являются мутанты и производные этой последовательности, например, phiYFP-Y1, phiYFP-М1, phiYFP-M0, phiYFP-M1G1 и phiYFP-M1C1, как представлено в SEQ ID No: 04, 06, 08, 18 и 20, соответственно.The proteins of this embodiment have a maximum light absorption in the range of from about 350 to 550, usually from about 450 to 550, and often from about 435 to 540 nm, for example, from 515 to 530 nm, or from 480 to 490, while the maximum radiation is usually in a range from about 400 nm to 650 nm, and more often from about 450 to 600 nm, while in many embodiments, the emission spectra are in the range from about 470 to 550 nm, for example, from 505 to 515 or from 520 to 530 nm, or from 530 up to 540 nm. The size of the claimed proteins is typically from about 200 to 250, usually from about 210 to 240 amino acid residues, and generally have a molecular weight in the range of from about 20 to 30, usually from about 22.50 to 27.50 kDa. Of particular interest in many embodiments is phiYFP, which has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 02. Mutants and derivatives of this sequence, for example, phiYFP-Y1, phiYFP-M1, phiYFP-M0, phiYFP-M1G1 and phiYFP- are also of interest. M1C1, as presented in SEQ ID No: 04, 06, 08, 18 and 20, respectively.
hydr1GFP (и его производные/мутанты)hydr1GFP (and its derivatives / mutants)
Во многих воплощениях заявленные белки имеют максимум поглощения света в пределах приблизительно от 400 до 600 и чаще приблизительно от 450 до 550 нм, и часто приблизительно от 460 до 500 нм, например, от 470 до 480 нм, тогда как спектры излучения заявленных белков обычно находятся в пределах приблизительно от 450 до 650, обычно приблизительно от 460 до 600 нм и чаще приблизительно от 480 до 550 нм, например, от 480 до 500 нм и иногда от 490 до 500 нм. Размер заявленных белков обычно находится в пределах приблизительно от 200 до 300 аминокислот и обычно приблизительно от 220 до 290 аминокислотных остатков, и в общем случае имеют молекулярный вес в пределах приблизительно от 25 до 35 кДа, обычно приблизительно от 26,5 до 32,5 кДа. Специфическим интересом во многих воплощениях является дикий тип флуоресцирующего белка hydr1GFP, который имеет аминокислотную последовательность показанную в SEQ ID No: 12, мутанты и его производные.In many embodiments, the claimed proteins have a maximum light absorption in the range of from about 400 to 600 and more often from about 450 to 550 nm, and often from about 460 to 500 nm, for example, from 470 to 480 nm, while the emission spectra of the claimed proteins are usually found in the range of from about 450 to 650, usually from about 460 to 600 nm, and more often from about 480 to 550 nm, for example, from 480 to 500 nm and sometimes from 490 to 500 nm. The size of the declared proteins is usually in the range of from about 200 to 300 amino acids and usually from about 220 to 290 amino acid residues, and generally have a molecular weight in the range of about 25 to 35 kDa, usually about 26.5 to 32.5 kDa . Of particular interest in many embodiments is the wild type hydr1GFP fluorescent protein, which has the amino acid sequence shown in SEQ ID No: 12, mutants and its derivatives.
hm2CP (и его мутанты)hm2CP (and its mutants)
Во многих воплощениях заявленные белки имеют максимум поглощения света в пределах приблизительно от 350 до 650, обычно приблизительно от 450 до 600 и чаще приблизительно от 490 до 595 нм, например, 560 до 590 нм, тогда как спектры поглощения заявленных белков обычно находятся в пределах приблизительно от 450 до 650, обычно приблизительно от 500 до 640 нм и чаще приблизительно от 580 до 620 нм, например, от 590 до 620 нм. Размер заявленных белков обычно находится в пределах приблизительно от 200 до 250, обычно приблизительно от 210 до 240 аминокислотных остатков, и в общем случае они имеют молекулярный вес в пределах приблизительно от 20 до 30 кДа, обычно приблизительно от 22,50 до 27,50 кДа. Специфическим, представляющим интерес, во многих воплощениях является hm2CP (anm2CP), который имеет аминокислотную последовательность показанную в SEQ ID No: 14. Также представляющим интерес является мутант этой последовательности, например красный флуоресцирующий белок S3-2, и т.п., как представлено, например, в SEQ ID NO: 16.In many embodiments, the claimed proteins have a maximum light absorption in the range of about 350 to 650, usually about 450 to 600, and more often, about 490 to 595 nm, for example, 560 to 590 nm, while the absorption spectra of the claimed proteins are usually in the range of about from 450 to 650, usually from about 500 to 640 nm, and more often from about 580 to 620 nm, for example, from 590 to 620 nm. The size of the declared proteins is usually in the range of about 200 to 250, usually about 210 to 240 amino acid residues, and in general they have a molecular weight in the range of about 20 to 30 kDa, usually about 22.50 to 27.50 kDa . Specific of interest in many embodiments is hm2CP (anm2CP), which has the amino acid sequence shown in SEQ ID No: 14. Also, a mutant of this sequence, for example, red fluorescent S3-2 protein, and the like, is presented as shown for example in SEQ ID NO: 16.
Также обеспечиваются гомологи или белки, последовательность которых отличаются от описанных выше указанных специфических аминокислотных последовательностей заявленных в изобретении, то есть SEQ ID NO: 02, 04, 06, 08, 10, 12, 14, 16, 18, 20 или 22. Под гомологом понимается белок, имеющий по меньшей мере приблизительно 55%, обычно по меньшей мере приблизительно 60% и чаще по меньшей мере приблизительно 65% идентичность аминокислотной последовательности по отношению к аминокислотным последовательностям SEQ ID NO: 02, 04, 06, 08, 10, 12, 14, 16, 18, 20 или 22 как определено с использованием MegAlign, DNAstar clustal алгоритма, как описано в D.G. Higgins and P.M. Sharp, "Fast and Sensitive multiple Sequence Alignments on a Microcomputer," CABIOS, 5 pp. 151-3 (1989) (с использованием параметров: ktuple 1, gap penalty 3, window 5 и diagonals saved 5). Во многих воплощениях гомологи, представляющие интерес, имеют намного более высокую идентичность последовательности, например 70%, 75%, 80%, 85%, 90% (например, 92%, 93%, 94%) или выше, например 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99,5%, особенно для последовательности аминокислот, которые обеспечивают функциональные области белка.Homologs or proteins are also provided whose sequence differs from the above specific amino acid sequences claimed in the invention, i.e. SEQ ID NO: 02, 04, 06, 08, 10, 12, 14, 16, 18, 20 or 22. Under the homologue it is understood a protein having at least about 55%, usually at least about 60% and more often at least about 65% amino acid sequence identity with respect to the amino acid sequences of SEQ ID NO: 02, 04, 06, 08, 10, 12, 14, 16, 18, 20 or 22 as defined using By using MegAlign, the DNAstar clustal algorithm, as described in D.G. Higgins and P.M. Sharp, "Fast and Sensitive multiple Sequence Alignments on a Microcomputer," CABIOS, 5 pp. 151-3 (1989) (using the parameters: ktuple 1, gap penalty 3, window 5 and diagonals saved 5). In many embodiments, the homologues of interest have a much higher sequence identity, e.g. 70%, 75%, 80%, 85%, 90% (e.g. 92%, 93%, 94%) or higher, e.g. 95%, 96 %, 97%, 98%, 99%, 99.5%, especially for the sequence of amino acids that provide functional areas of the protein.
Также обеспечиваются белки, которые являются по существу идентичными белку дикого типа, где по существу идентичный означает, что белок имеет идентичность аминокислотной последовательности по отношению к последовательности белка дикого типа по меньшей мере приблизительно 60%, обычно по меньшей мере приблизительно 65% и чаще по меньшей мере приблизительно 70%, причем в некоторых образцах идентичность может быть намного более высокой, например 75%, 80%, 85%, 90%, 95% или выше.Also provided are proteins that are substantially identical to a wild-type protein, where substantially identical means that the protein has an amino acid sequence identity with the wild-type protein sequence of at least about 60%, usually at least about 65%, and more often at least at least about 70%, and in some samples, the identity may be much higher, for example 75%, 80%, 85%, 90%, 95% or higher.
Также обеспечиваются белки, которые являются производными или мутантами вышеописанных белков, встречающихся в природе. Мутанты и производные могут сохранять биологические свойства белков дикого типа (например, встречающихся в природе), или могут иметь биологические свойства, которые отличаются от белков дикого типа. Термин "биологическое свойство" белков настоящего изобретения относится, но без ограничения, к спектральным свойствам, таким как максимум поглощения, максимум излучения, максимальный коэффициент экстинкции, яркость (например, как по сравнению с белком дикого типа или другим референсным белком, таким как зеленый флуоресцирующий белок (GFP) из A.victoria), и т.п.; биохимическим свойствам, таким как стабильность in vivo и/или in vitro (например, период полураспада); скорости созревания, склонности к агрегации и склонности к олигомеризации и другим таким свойствам. Мутации включают замены одной аминокислоты, делецию или инсерцию одной или более аминокислот, усечений или удлинений N-конца, усечений удлинений C-конца и т.п.Also provided are proteins that are derivatives or mutants of the above proteins found in nature. Mutants and derivatives may retain the biological properties of wild-type proteins (eg, those found in nature), or may have biological properties that are different from wild-type proteins. The term “biological property” of the proteins of the present invention refers, but is not limited to spectral properties, such as absorption maximum, radiation maximum, maximum extinction coefficient, brightness (for example, as compared to a wild-type protein or other reference protein, such as green fluorescent protein (GFP) from A.victoria), and the like; biochemical properties such as in vivo and / or in vitro stability (e.g., half-life); ripening rate, a tendency to aggregation and a tendency to oligomerization and other such properties. Mutations include substitutions of one amino acid, deletion or insertion of one or more amino acids, truncations or extensions of the N-terminus, truncations of extensions of the C-terminus, and the like.
Мутанты и производные могут быть получены с использованием стандартных методов молекулярной биологии, как подробно описано в разделе "молекулы нуклеиновой кислоты" выше. Здесь описаны несколько мутантов. Примеры обеспечивают общие приемы и использование стандартных способов, так что специалисты, квалифицированные в данной области, могут легко получить большой ряд дополнительных мутантов и проверить, было ли изменено биологическое (например биохимическое, спектральное, и т.д.) свойство. Например, флуоресцентная интенсивность может быть измерена с использованием спектрофотометра при различных длинах волн возбуждения.Mutants and derivatives can be obtained using standard methods of molecular biology, as described in detail in the section "nucleic acid molecules" above. Several mutants are described here. The examples provide general techniques and the use of standard methods, so that specialists qualified in this field can easily obtain a large number of additional mutants and check whether the biological (e.g. biochemical, spectral, etc.) property has been changed. For example, fluorescence intensity can be measured using a spectrophotometer at various excitation wavelengths.
Производные могут быть также получены с использованием стандартных методов и включают изменение при помощи РНК, химические модификации, модификации после трансляции и после транскрипции и т.п. Например, производные могут быть получены методами, такими как измененное фосфорилирование или гликозилирование, или ацетилирование, или липидирование, или различными типами расщепления при созревании и т.п.Derivatives can also be obtained using standard methods and include changes using RNA, chemical modifications, modifications after translation and after transcription, etc. For example, derivatives can be prepared by methods such as altered phosphorylation or glycosylation, or acetylation, or lipidation, or by various types of cleavage upon maturation, and the like.
Белки, заявленные в изобретении, которые являются встречающимися в природе белками, присутствуют в окружающей среде, не являющейся для них обычной, например, они отделены от обычной среды. Например, обеспечивается очищенный белок, где "очищенный" означает, что белок присутствует в смеси, которая является по существу не содержащей нехромогенные или флуоресцирующие белки, представляющие интерес, где "по существу не содержит" означает, что меньше чем 90%, обычно меньше чем 60% и чаще меньше чем 50% содержимого смеси является нехромогенными или флуоресцирующими белками или их мутантами. Белки настоящего изобретения также могут присутствовать в выделенной форме, что означает, что белок является по существу не содержащим другие белки и других биологических молекул, встречающихся в естественном окружении, таких как олигосахариды, нуклеиновые кислоты и их фрагменты, и т.п., где термин "по существу не содержит" в этом случае означает, что меньше, чем 70%, обычно меньше, чем 60% и чаще меньше, чем 50% композиции, содержащей выделенный белок, представляет собой некоторую другую биологическую молекулу, встречающуюся в природе. В некоторых воплощениях белки присутствуют в по существу очищенной форме, где "по существу очищенная форма" означает очищенная по меньшей мере на 95%, обычно по меньшей мере на 97% и чаще по меньшей мере на 99%.The proteins of the invention, which are naturally occurring proteins, are present in an environment that is not common to them, for example, they are separated from the normal environment. For example, a purified protein is provided where “purified” means that the protein is present in a mixture that is substantially free of non-chromogenic or fluorescent proteins of interest, where “substantially free” means that less than 90%, usually less than 60% and more often less than 50% of the contents of the mixture are non-chromogenic or fluorescent proteins or their mutants. The proteins of the present invention may also be present in isolated form, which means that the protein is essentially free of other proteins and other biological molecules found in a natural environment, such as oligosaccharides, nucleic acids and fragments thereof, and the like, where the term “essentially free” in this case means that less than 70%, usually less than 60% and more often less than 50% of the composition containing the isolated protein is some other biological molecule found in nature. In some embodiments, the proteins are present in a substantially purified form, where “substantially purified form” means purified at least 95%, usually at least 97%, and more often at least 99%.
Также обеспечиваются фрагменты белков, встречающихся в природе, так же, как мутанты и производные белков, описанные выше. Биологически активные фрагменты и/или фрагменты, соответствующие функциональным доменам, и т.п. представляют частный интерес. Фрагментами, представляющими интерес, являются полипептиды, которые обычно имеют размер по меньшей мере приблизительно 30 аминокислот, обычно по меньшей мере приблизительно 50 аминокислот, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 75 или 100 аминокислот, и могут быть размером 300 аминокислот или более, но обычно не будут превышать размера приблизительно 250 аминокислот, где фрагмент будет иметь участок аминокислот, который является одинаковым с заявленным белком, размером по меньшей мере приблизительно 25 аминокислот, и обычно по меньшей мере приблизительно 45 аминокислот, и во многих воплощениях по меньшей мере приблизительно 50 аминокислот. В некоторых воплощениях заявленные полипептиды имеют размер приблизительно 25 аминокислот, приблизительно 50, приблизительно 75, приблизительно 100, приблизительно 125, приблизительно 150, приблизительно 200, или приблизительно 250 аминокислот, вплоть до полного размера белка. В некоторых воплощениях белковый фрагмент сохраняет все или по существу все специфическое свойство белка дикого типа.Fragments of proteins found in nature are also provided, as are the mutants and derivatives of the proteins described above. Biologically active fragments and / or fragments corresponding to functional domains, etc. are of private interest. Fragments of interest are polypeptides that typically have a size of at least about 30 amino acids, usually at least about 50 amino acids, preferably at least about 75 or 100 amino acids, and can be 300 amino acids or more, but usually will not exceed a size of approximately 250 amino acids, where the fragment will have a section of amino acids that is the same as the declared protein, at least about 25 amino acids in size, and usually at least ere about 45 amino acids, and at least about 50 amino acids in many embodiments. In some embodiments, the claimed polypeptides have a size of approximately 25 amino acids, approximately 50, approximately 75, approximately 100, approximately 125, approximately 150, approximately 200, or approximately 250 amino acids, up to the full size of the protein. In some embodiments, the protein fragment retains all or substantially all of the specific property of the wild-type protein.
Заявленные белки и полипептиды могут быть получены из природных источников или искусственно синтезированы. Например, белки дикого типа могут быть получены из биологических источников, которые экспрессируют белки, например виды Hydrozoa, такие как некоторые вышеупомянутые. Заявленные белки могут также быть получены искусственным путем, например экспрессией рекомбинантной нуклеиновой кислоты, кодирующей последовательность белка, представляющего интерес, в соответствующем хозяине, как описано выше. Любые обычные методики очистки белка могут быть применяться, где подходящие методы очистки белка описаны в Guide to Protein Purification, (Deuthser ed.) (Academic Press, 1990). Например, лизат может быть приготовлен из исходного источника и очищен с использованием ВЭЖХ, эксклюзионной хроматографий гель-электрофореза, афинной хроматографии и т.п.The claimed proteins and polypeptides can be obtained from natural sources or artificially synthesized. For example, wild-type proteins can be obtained from biological sources that express proteins, such as Hydrozoa species, such as some of the above. The claimed proteins can also be obtained artificially, for example by expression of a recombinant nucleic acid encoding the sequence of a protein of interest in an appropriate host, as described above. Any conventional protein purification techniques can be applied where suitable protein purification methods are described in Guide to Protein Purification, (Deuthser ed.) (Academic Press, 1990). For example, a lysate can be prepared from a source and purified using HPLC, size exclusion chromatography, gel electrophoresis, affinity chromatography, and the like.
Также обеспечиваются белки слияния, включающие белок настоящего изобретения, или его фрагменты, слитые, например, с вырожденной последовательностью, последовательностью внутриклеточной локализации (например, ядерный сигнал локализации, пероксимальный нацеливающий сигнал, последовательность нацеливающая аппарат Гольджи, последовательность, нацеливающая митохондрию и т.д.), сигнальный пептид или любой белок или полипептид, представляющий интерес. Белки слияния могут включать например, флуоро/хромобелок, заявленный в изобретении, полипептид и второй полипептид ("партнер слияния"), соединенный в рамках в N-конца и/или C-конца флуоро/хромополипептида. Партнеры слияния включают, но не ограничены, полипептидами, которые могут связывать антитела, специфические к партнеру слияния (например, эпитопные метки), антитела или их связывающие фрагменты, полипептиды, которые обеспечивают каталитическую функцию или вызывают клеточный ответ, лиганды или рецепторы или их миметики, и т.п. В таких белках слияния в общем случае партнер слияния естественно не связывается с флуоро/хромобелковой частью белка слияния и обычно является флуоро/хромобелками не из вида Hydrozoa, заявленными в изобретении, или их производным/фрагментом; то есть, они не обнаруживаются в виде Hydrozoa.Fusion proteins including the protein of the present invention, or fragments thereof fused, for example, with a degenerate sequence, an intracellular localization sequence (e.g., a nuclear localization signal, a peroximal targeting signal, a Golgi targeting sequence, a mitochondrial targeting sequence, etc., are also provided. ), a signal peptide or any protein or polypeptide of interest. Fusion proteins may include, for example, the fluoro / chromoprotein of the invention, a polypeptide and a second polypeptide (“fusion partner”) linked within the N-terminus and / or C-terminus of the fluoro / chromopolypeptide. Fusion partners include, but are not limited to, polypeptides that can bind antibodies specific to the fusion partner (e.g., epitope tags), antibodies or their binding fragments, polypeptides that provide catalytic function or elicit a cellular response, ligands or receptors, or mimetics thereof, etc. In such fusion proteins, in general, the fusion partner does not naturally bind to the fluoro / chromoprotein portion of the fusion protein and is usually non-Hydrozoa fluoro / chromoproteins of the invention, or a derivative / fragment thereof; that is, they are not found in the form of Hydrozoa.
Также обеспечиваются антитела, которые специфически связываются с флуоресцирующим или хромопротеином настоящего изобретения. Соответствующие антитела могут быть получены с использованием способов, известных в данной области. Например, поликлональные антитела могут быть получены как описано в (Harlow and Lane Antibodies: A Laboratory Manual, (1988) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York), и моноклональные антитела могут быть получены как описано в (Coding Monoclonal Antibodies: Principles and Practice: Production and Application of Monoclonal Antibodies in Cell Biology, Biochemistry and Immunology; 3rd edition, (1996) Academic Press). Химерные антитела, включая гуманизированные антитела, так же, как одноцепочечные антитела и фрагменты антител, такие как Fv, F(ab')2 и Fab также представляют интерес.Antibodies that specifically bind to the fluorescent or chromoprotein of the present invention are also provided. Appropriate antibodies can be prepared using methods known in the art. For example, polyclonal antibodies can be prepared as described in (Harlow and Lane Antibodies: A Laboratory Manual, (1988) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York), and monoclonal antibodies can be prepared as described in (Coding Monoclonal Antibodies : Principles and Practice: Production and Application of Monoclonal Antibodies in Cell Biology, Biochemistry and Immunology; 3rd edition, (1996) Academic Press). Chimeric antibodies, including humanized antibodies, as well as single chain antibodies and antibody fragments such as Fv, F (ab ') 2 and Fab are also of interest.
ТрансгеникиTransgenics
Нуклеиновые кислоты настоящего изобретения могут использоваться для получения трансгенных организмов или сайт-специфичные генных изменений в клеточных линиях. Трансгенные клетки, заявленные в изобретении, содержат одну или более нуклеиновых кислот, заявленных по настоящему изобретению, в качестве трансгена. Для целей изобретения любая приемлемая клетка-хозяин может быть использована, включая прокариотические (например, Escherichia coli, Streptomyces sp., Bacillus subtilis, Lactobacillus acidophilus, и т.д.) или эукариотические клетки-хозяева. Трансгенный организм, заявленный по изобретению, может быть прокариотическим или эукариотическим организмом, включая бактерии, цианобактерии, грибы, растения и животные, в которых одна или больше клеток организма содержат гетерогенную нуклеиновую кислоту, заявленную по изобретению, введенную посредством вмешательства человека, такими трансгенными способами, которые известны в данной области.The nucleic acids of the present invention can be used to produce transgenic organisms or site-specific gene changes in cell lines. The transgenic cells of the invention comprise one or more nucleic acids of the invention as a transgene. For the purposes of the invention, any suitable host cell can be used, including prokaryotic (e.g., Escherichia coli , Streptomyces sp., Bacillus subtilis , Lactobacillus acidophilus , etc.) or eukaryotic host cells. A transgenic organism of the invention may be a prokaryotic or eukaryotic organism, including bacteria, cyanobacteria, fungi, plants and animals in which one or more cells of the body contain a heterogeneous nucleic acid of the invention, introduced by human intervention, by such transgenic methods, which are known in the art.
Выделенная нуклеиновая кислота настоящего изобретения может быть введена в хозяина способами, известными в данной области, например инфицированием, трансфектированием, трансформацией или трансконъюгацией. Способы переноса молекулы нуклеиновой кислоты (то есть, ДНК) в такие организмы широко известны и обеспечивается в ссылках, таких как Sambrook et al. (Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3nd Ed., (2001) Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, NY).The isolated nucleic acid of the present invention can be introduced into the host by methods known in the art, for example, infection, transfection, transformation or trans-conjugation. Methods for transferring a nucleic acid molecule (i.e., DNA) into such organisms are widely known and provided in references such as Sambrook et al. (Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3 nd Ed., (2001) Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, NY).
В одном воплощении, трансгенный организм может быть прокариотическим организмом. Способы трансформации прокариотических хозяев хорошо описаны в данной области (например, см. Sambrook et al. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press и Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biology (1995) John Wiley & Sons, Inc).In one embodiment, the transgenic organism may be a prokaryotic organism. Methods for transforming prokaryotic hosts are well described in the art (e.g., see Sambrook et al. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press and Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biology (1995) John Wiley & Sons, Inc).
В другом воплощении, трансгенный организм может быть грибами, например дрожжами. Дрожжи широко используются как носитель для экспрессии гетерогенного гена (например см. Goodey et al Yeast biotechnology, D R Berry et al, eds, (1987) Allen and Unwin, London, pp 401-429) и King et al Molecular and Cell Biology of Yeasts, E F Walton and G T Yarronton, eds, Blackie, Glasgow (1989) pp 107-133). Несколько типов дрожжевых векторов доступны, включая интегративные векторы, которые требуют рекомбинации с геномом хозяина для их поддержки, и автономно реплицируются плазмидных векторах.In another embodiment, the transgenic organism may be fungi, for example, yeast. Yeast is widely used as a carrier for heterogeneous gene expression (e.g. see Goodey et al Yeast biotechnology, DR Berry et al, eds, (1987) Allen and Unwin, London, pp 401-429) and King et al Molecular and Cell Biology of Yeasts EF Walton and GT Yarronton, eds, Blackie, Glasgow (1989) pp 107-133). Several types of yeast vectors are available, including integrative vectors that require recombination with the host genome to support them, and plasmid vectors are autonomously replicated.
Другой организм хозяина является животным. Трансгенные животные могут быть получены трансгенными способами, известными в данной области и обеспечиваются в ссылках, таких как Pinkert, Transgenic Animal Technology: a Laboratory Handbook, 2nd edition (2203) San Diego: Academic Press; Gersenstein and Vintersten, Manipulating the Mouse Embryo: A Laboratory Manual, 3rd ed, (2002) Nagy A. (Ed), Cold Spring Harbor Laboratory; Blau et al., Laboratory Animal Medicine, 2nd Ed., (2002) Fox J.G., Anderson L.C., Loew F.M., Quimby F.W. (Eds), American Medical Association, American Psychological Association; Gene Targeting: A Practical Approach by Alexandra L. Joyner (Ed.) Oxford University Press; 2nd edition (2000). Например, трансгенные животные могут быть получены гомологичной рекомбинацией, где эндогенный локус изменен. Альтернативно, конструкция нуклеиновой кислоты беспорядочно включается в геном. Векторы для устойчивого включения включают плазмиды, ретровирусы и другие животные вирусы, YAC, и т.п.Another host organism is an animal. Transgenic animals can be obtained by transgenic methods known in the art and provided in references such as Pinkert, Transgenic Animal Technology: a Laboratory Handbook, 2nd edition (2203) San Diego: Academic Press; Gersenstein and Vintersten, Manipulating the Mouse Embryo: A Laboratory Manual, 3rd ed, (2002) Nagy A. (Ed), Cold Spring Harbor Laboratory; Blau et al., Laboratory Animal Medicine, 2nd Ed., (2002) Fox J.G., Anderson L.C., Loew F.M., Quimby F.W. (Eds), American Medical Association, American Psychological Association; Gene Targeting: A Practical Approach by Alexandra L. Joyner (Ed.) Oxford University Press; 2nd edition (2000). For example, transgenic animals can be obtained by homologous recombination, where the endogenous locus is changed. Alternatively, the nucleic acid construct is randomly incorporated into the genome. Vectors for sustainable incorporation include plasmids, retroviruses and other animal viruses, YAC, and the like.
Нуклеиновые кислоты могут быть введены в клетку, непосредственно или опосредованно, введением в прекурсор клетки, путем намеренной генетической манипуляции, такой как микроинъекция или инфицирование рекомбинантным вирусом или рекомбинантным вирусным вектором и т.п. Термин «генетическая манипуляция» не включает классическое скрещивание или оплодотворение in vitro, а предпочтительно является направленным на введение рекомбинантных молекул нуклеиновых кислот. Эти молекулы нуклеиновой кислоты могут быть включены в хромосому или они могут быть внехромосомными реплицирующими ДНК.Nucleic acids can be introduced into a cell, directly or indirectly, by introducing into a cell precursor, by intentional genetic manipulation, such as microinjection or infection with a recombinant virus or recombinant viral vector and the like. The term “genetic manipulation” does not include classical cross-fertilization or in vitro fertilization, but is preferably directed to the introduction of recombinant nucleic acid molecules. These nucleic acid molecules may be included in the chromosome or they may be extrachromosomal replicating DNA.
Конструкции ДНК для гомологичной рекомбинации будут содержать по меньшей мере часть нуклеиновой кислоты настоящего изобретения, где ген имеет желательную генетическую модификацую(ции) и включает области гомологии с целевым локусом. Конструкциям ДНК для произвольного включения не обязательно содержать область гомологии с медиатором рекомбинации. Легко могут быть включены маркеры для положительной и отрицательной селекции. Способы получения клеток, имеющих целевые генные модификации, через гомологическую комбинацию известны в данной области. Для различных способов трансфекции клеток млекопитающих, см. Keown et al., Meth. Enzymol. (1990) 185:527-537.DNA constructs for homologous recombination will contain at least a portion of the nucleic acid of the present invention, where the gene has the desired genetic modification (s) and includes homology regions with a target locus. DNA constructs for arbitrary incorporation do not necessarily contain a region of homology with a recombination mediator. Markers for positive and negative selection can easily be included. Methods for producing cells having targeted gene modifications through a homologous combination are known in the art. For various methods for transfecting mammalian cells, see Keown et al., Meth. Enzymol. (1990) 185: 527-537.
Для эмбриональных стволовых (ES) клеток могут быть использованы клеточные линии ES, или эмбриональные клетки могут быть получены непосредственно от хозяина, такого как мышь, крыса, морская свинка и т.д. Такие клетки выращиваются на подходящем фибропласт-питающем слое или расти в присутствии фактора ингибирования лейкемии (LIF). Трансформированные ES или эмбриональные клетки могут использоваться для получения трансгенных животных с использованием подходящего способа, описанного в данной области.For embryonic stem (ES) cells, ES cell lines can be used, or embryonic cells can be obtained directly from a host, such as a mouse, rat, guinea pig, etc. Such cells are grown on a suitable fibroblast-feeding layer or grow in the presence of leukemia inhibition factor (LIF). Transformed ES or embryonic cells can be used to obtain transgenic animals using a suitable method described in this field.
Трансгенные животные могут быть любыми животными, не относящимися к человеку, включая млекопитающее, не относящееся к человеку, (например мышь, крыса), птица или амфибия и т.д., и использованы в функциональном исследовании, скрининге лекарственного средства и т.п. Характерные примеры использования трансгенных животных включают те, которые описанные ниже.Transgenic animals can be any non-human animals, including a non-human mammal (e.g., mouse, rat), bird or amphibian, etc., and are used in functional research, drug screening, and the like. Representative examples of the use of transgenic animals include those described below.
Также могут быть получены трансгенные растения. Способы получения трансгенных растительных клеток и растений описаны в патентах США №№ 5767367; 5750870; 5739409; 5689049; 5689045; 5674731; 5656466; 5633155; 5629470; 5595896; 5576198; 5538879; 5484956; раскрытия которых включены сюда ссылкой. Способы получения трансгенных растений также рассмотрены в Plant Biochemistry and Molecular Biology (eds. Lea and Leegood, John Wiley & Sons) (1993) pp. 275-295 и в Plant Biotechnology and Transgenic Plants (eds. Oksman-Caldentey and Barz), (2002) 719 p.Transgenic plants can also be obtained. Methods for producing transgenic plant cells and plants are described in US patent No. 5767367; 5,750,870; 5,739,409; 5,689,049; 5,689,045; 5,674,731; 5656466; 5,633,155; 5,629,470; 5,595,896; 5,576,198; 5,538,879; 5,484,956; disclosures of which are incorporated herein by reference. Methods for producing transgenic plants are also discussed in Plant Biochemistry and Molecular Biology (eds. Lea and Leegood, John Wiley & Sons) (1993) pp. 275-295 and Plant Biotechnology and Transgenic Plants (eds. Oksman-Caldentey and Barz), (2002) 719 p.
Например, эмбриогенные эксплантаты, содержащие соматические клетки, могут использоваться для получения трансгенного хозяина. После сбора клеток или ткани экзогенная ДНК, представляющая интерес, вводится в растительные клетки, при этом известен для такого введения ряд различных способов. При наличии выделенных протопластов возникает возможность для введения через ДНК-опосредованные протоколы передачи гена, включая инкубацию протопластов с выделенной ДНК, такой как плазмиды, включающие целевую экзогенную последовательность кодирования в присутствии поливалентных катионов (например, PEG или PLO); или электропорации протопластов в присутствии выделенной ДНК, включающей целевую экзогенную последовательность. Протопласты, которые успешно включили экзогенную ДНК, затем отбираются, выращиваются в каллус, и в конечном счете в трансгенное растение при контакте с подходящими количествами и отношениями стимулирующих факторов, таких как ауксины и цитокины.For example, embryogenic explants containing somatic cells can be used to produce a transgenic host. After collecting cells or tissue, exogenous DNA of interest is introduced into the plant cells, and a number of different methods are known for such administration. In the presence of isolated protoplasts, it becomes possible to introduce through DNA-mediated gene transfer protocols, including incubating protoplasts with isolated DNA, such as plasmids, including the desired exogenous coding sequence in the presence of polyvalent cations (eg, PEG or PLO); or electroporation of protoplasts in the presence of isolated DNA, including the target exogenous sequence. Protoplasts that successfully incorporate exogenous DNA are then selected, grown in callus, and ultimately in a transgenic plant in contact with suitable amounts and ratios of stimulatory factors such as auxins and cytokines.
Другие соответствующие способы получения растения могут использоваться, такие как применение "генной пушки", или Agrobacterium-опосредованная трансформация, которые доступны для квалифицированных специалистов в данной области.Other suitable plant production methods may be used, such as the use of a "gene gun" or Agrobacterium-mediated transformation, which are available to those skilled in the art.
Способы примененияApplication methods
Флуоресцирующие белки настоящего изобретения (так же, как другие, описанные выше компоненты, заявленные в изобретении), находят использование в ряде различных применений. Например, они могут использоваться в способах введения меток, при анализе или детекции биологической молекулы, клетки или органеллы клетки. Характерные применения для каждого из этих типов белков будут описаны ниже, причем применения, описанные здесь, являются только иллюстративными и никоим образом не предназначены для ограничений применения белков настоящего изобретения по данному описанию.The fluorescent proteins of the present invention (like the other components described above, claimed in the invention) find use in a number of different applications. For example, they can be used in labeling methods, in the analysis or detection of a biological molecule, cell, or cell organelle. Typical uses for each of these types of proteins will be described below, the uses described herein are illustrative only and are not intended to limit the use of the proteins of the present invention as described herein.
В предпочтительном воплощении относящемуся к способу введения меток в биологическую молекулу, клетку или органеллу клетки, заявленные белки находят применения как метки in vivo (или молекулы-репортеры) в анализах клеточной и молекулярной биологии. Анализы, представляющие интерес, включают, но не ограничены, анализами экспрессии гена, белковой локализацией и совместной локализацией, белок-белковыми взаимодействиями, взаимодействиями белка и нуклеиновой кислоты, взаимодействиями нуклеиновая кислота - нуклеиновая кислота, клеточной локализацией и локализацией органелл клетки и взаимодействиями органелл клетки и т.д. Флуоресцирующие белки настоящего изобретения находят применение как метки биомолекулы или метки органелл клетки в живых и закрепленных клетках; как маркеры в клетке или органелл слияния, как маркеры интеграции клетки или органелл, как маркеры трансфекции (например, как метки для отбора трансфицированных клеток, содержащих вектора экспрессии, кодирующих по меньшей мере один флуоресцирующий белок изобретения), как зонд реального времени, работающий при околофизиологических концентрациях и т.д.In a preferred embodiment relating to a method for introducing labels into a biological molecule, cell or cell organelle, the claimed proteins find use as in vivo tags (or reporter molecules) in cell and molecular biology analyzes. Assays of interest include, but are not limited to, gene expression analyzes, protein localization and co-localization, protein-protein interactions, protein-nucleic acid interactions, nucleic acid-nucleic acid interactions, cell localization and localization of cell organelles and cell organelle interactions and etc. The fluorescent proteins of the present invention find use as biomolecule tags or cell organelle tags in living and attached cells; as markers in a cell or fusion organelles, as integration markers of a cell or organelles, as transfection markers (for example, as labels for selecting transfected cells containing expression vectors encoding at least one fluorescent protein of the invention), as a real-time probe working with near-physiological concentrations, etc.
Кроме того, заявленные белки могут применяться в способе анализа биологической молекулы. Например, они находят применение для идентификации и/или измерения экспрессии целевого белка или полипептида в биологическом материале. Этот способ включает: i) введение в клетку молекулы нуклеиновой кислоты, содержащей нуклеотидную последовательность, кодирующую флуоресцирующий белок по настоящему изобретению, где указанная молекула нуклеиновой кислоты оперативно связана и находится под контролем последовательности, регулирующей экспрессию, которая управляет экспрессией указанного целевого белка или полипептида; ii) экспрессию упомянутой нуклеиновой кислоты при соответствующих условиях; и iii) обнаружение флуоресцирующего излучения флуоресцирующего белка как средства для измерения экспрессии белка, представляющего интерес.In addition, the claimed proteins can be used in the method of analysis of a biological molecule. For example, they are used to identify and / or measure the expression of a target protein or polypeptide in a biological material. This method includes: i) introducing into the cell a nucleic acid molecule containing a nucleotide sequence encoding a fluorescent protein of the present invention, wherein said nucleic acid molecule is operably linked and controlled by an expression control sequence that controls the expression of said target protein or polypeptide; ii) expressing said nucleic acid under appropriate conditions; and iii) detecting the fluorescent radiation of the fluorescent protein as a means for measuring the expression of the protein of interest.
В частности, заявленные белки находят применение для идентификации и/или измерения экспрессии и/или локализации целевого белка или полипептида в биологическом материале. Этот способ включает: i) введение в клетку молекулы нуклеиновой кислоты, содержащей нуклеотидную последовательность, кодирующую флуоресцирующий белок по настоящему изобретению, где указанная молекула нуклеиновой кислоты слита с последовательностью, кодирующей целевой белок или полипептид и оперативно связана и находится под контролем последовательности, которая управляет экспрессией, указанного целевого белка; ii) культивирование клетки в условиях, подходящих для экспрессии целевого белка; и iii) обнаружение флуоресцирующего излучения флуоресцирующего белка как способа измерения экспрессии целевого белка.In particular, the claimed proteins are used to identify and / or measure the expression and / or localization of a target protein or polypeptide in a biological material. This method includes: i) introducing into the cell a nucleic acid molecule containing a nucleotide sequence encoding a fluorescent protein of the present invention, wherein said nucleic acid molecule is fused to a sequence encoding a target protein or polypeptide and is operably linked and controlled by a sequence that controls expression the specified target protein; ii) culturing the cell under conditions suitable for expression of the target protein; and iii) detecting the fluorescent radiation of the fluorescent protein as a method of measuring the expression of the target protein.
Целевые применения включают использование заявленных белков в способах флуоресцентного резонансного переноса энергии (FRET). В этих способах заявленные белки служат донором и/или акцепторами в комбинации со вторым флуоресцирующим белком или красителем, например другим флуоресцирующим белком, заявленным в изобретении, или флуоресцирующим белком, как описано в Matz et al., Nature Biotechnology 17:969-973 (1999); зеленым флуоресцирующим белком из Aequorea victoria или его флуоресцирующим мутантом, например, как описано в патентах США N 6066476; 6020192; 5985577; 5976796; 5968750; 5968738; 5958713; 5919445; 5874304, раскрытия которых включены сюда ссылкой; другими флуоресцентными красителями, такими как кумарин и его производные, 7-амино-4-метилкумарин и аминокумарин; красителями для живых тканей; каскадный голубой; или флуоресцеином и его производными, такими как флуоресцеинизотиоцианат и Орегонский зеленый; родаминовыми красителями, такими как Техасский красный, тетраметилродамином, эозинами и эритрозинами; циановыми красителями, такими как Cy3 и Cy5; макроциклическими хелатами лантоноидных ионов, такими как квантовый краситель; и хемилюминесцентными красителями, такими как люцеферазы, включая описанные в патентах США №№ 5843746; 5700673; 5674713; 5618722; 5418155; 5330906; 5229285; 5221623; 5182202; раскрытия которых включены сюда ссылкой.Targeted uses include the use of the claimed proteins in fluorescence resonant energy transfer (FRET) methods. In these methods, the claimed proteins serve as a donor and / or acceptor in combination with a second fluorescent protein or dye, for example, another fluorescent protein of the invention, or a fluorescent protein, as described in Matz et al., Nature Biotechnology 17: 969-973 (1999 ); a green fluorescent protein from Aequorea victoria or a fluorescent mutant thereof, for example, as described in US Pat. Nos. 6,064,476; 6020192; 5,985,577; 5,976,796; 5,968,750; 5,968,738; 5958713; 5,919,445; 5,874,304, the disclosures of which are incorporated herein by reference; other fluorescent dyes such as coumarin and its derivatives, 7-amino-4-methylcoumarin and aminocoumarin; dyes for living tissues; cascading blue; or fluorescein and its derivatives, such as fluorescein isothiocyanate and Oregon green; rhodamine dyes such as Texas Red, tetramethylrodamine, eosins and erythrosines; cyan dyes such as Cy3 and Cy5; macrocyclic chelates of lantonoid ions, such as a quantum dye; and chemiluminescent dyes, such as luciferase, including those described in US patent No. 5843746; 5,700,673; 5,674,713; 5,618,722; 5,418,155; 5,330,906; 5,229,285; 5,221,623; 5,182,202; disclosures of which are incorporated herein by reference.
Отдельные примеры того, что в FRET-анализах используются заявленные флуоресцирующие белки, включают, но не ограничены, обнаружение белок-белковых взаимодействий, таких как в двухгибридной системе млекопитающих, фактора транскрипции димеризации, мембранной белковой мультимиризации, мультибелковое комплексообразование; как биосенсор для множества различных событий, где пептид или белок ковалентно связывают FRET флуоресцентную комбинацию, включая заявленные флуоресцирующие белки, и связанный пептид или белок представляет собой, например, протеаза-специфический субстрат для опосредованного каспазом расщепления, пептид, который подвергается конформационному изменению после получения сигнала, который увеличивает или уменьшает FRET, такого как PKA регулирующий домен (цАМФ-сенсор), сайт фосфорилирования (например, где находится сайт фосфорилирования в пептиде, или пептид имеет специфичность связывания фосфорилированного/дефосфорилированного домена другого белка), или пептид имеет Ca2+ связывающий домен. Кроме того, применения флуоресцентного резонансного переноса энергии или FRET, в которых белки настоящего изобретения находят применение, включают, но не ограничены, описанные в патентах США №№ 6008373; 5998146; 5981200; 5945526; 5945283; 5911952; 5869255; 5866336; 5863727; 5728528; 5707804; 5688648; 5439797, раскрытия которых включены сюда ссылкой.Specific examples of the use of the claimed fluorescent proteins in FRET assays include, but are not limited to, the detection of protein-protein interactions, such as in the mammalian two-hybrid system, dimerization transcription factor, membrane protein multimization, multi-protein complexation; as a biosensor for many different events, where a peptide or protein covalently binds a FRET fluorescent combination, including the claimed fluorescent proteins, and the bound peptide or protein is, for example, a protease-specific substrate for caspase-mediated cleavage, a peptide that undergoes a conformational change after receiving a signal that increases or decreases FRET, such as the PKA regulatory domain (cAMP sensor), the phosphorylation site (for example, where the phosphorylation site is located in the peptide Or the peptide has binding specificity to phosphorylated / dephosphorylated domain of another protein), or the peptide has Ca 2+ binding domain. In addition, applications of fluorescence resonant energy transfer or FRET, in which the proteins of the present invention find use, include, but are not limited to, described in US patent No. 6008373; 5,998,146; 5,981,200; 5,945,526; 5,945,283; 5,911,952; 5,869,255; 5,866,336; 5,863,727; 5,728,528; 5,707,804; 5,688,648; 5,439,797, the disclosures of which are incorporated herein by reference.
Флуоресцирующие белки настоящего изобретения находят применение в способе обнаружения влияния испытуемого материала на регулирование экспрессии и/или транслокации одного или более целевых белков в клетке. Альтернативно, они находят применение в способе обнаружения экспрессии целевого белка и одновременной активности последовательности, регулирующей экспрессию, в ответ на испытуемый материал. Флуоресцирующие белки находят также применение в способе сравнения активности двух или более последовательностей, регулирующих экспрессию в клетке, в ответ на испытательный материал. Такие способы могут быть выполнены при наличии и при отсутствии испытуемого материала, влияние которого на способ должно быть измерено.The fluorescent proteins of the present invention find use in a method for detecting the influence of a test material on the regulation of expression and / or translocation of one or more target proteins in a cell. Alternatively, they find use in a method for detecting the expression of a target protein and the simultaneous activity of an expression control sequence in response to test material. Fluorescent proteins also find use in a method for comparing the activity of two or more sequences regulating expression in a cell in response to test material. Such methods can be performed in the presence and absence of the test material, the influence of which on the method should be measured.
Флуоресцирующие белки настоящего изобретения также находят применение в приложениях, включающих автоматизированный скрининг матрицы клеток, экспрессирующих флуоресцентные группы-репортеры, с использованием микроскопического отображения и электронного анализа. Скрининг может использоваться для открытия лекарственного средства и в области функциональной геномики, где заявленные белки используются как маркеры целых клеток для обнаружения изменений в многоклеточном преобразовании и перемещении, например, при формировании многоклеточных канальцев (формирование кровеносного сосуда) эндотелиальными клетками, перемещение клеток сквозь систему Fluoroblok Insert (Becton Dickinson Co.), заживление раны, или отрастании нейрона. Скрининг может также быть использован, если белки настоящего изобретения используются как маркеры, слитые с пептидами (такими как целевые последовательности) или белками, которые обнаруживают изменения во внутриклеточной локализации как индикатор клеточной активности, например, в сигнальной трансдукции, такие как факторы киназы и транслокации транскрипции при стимуляции. Примеры включают протеинкиназу C, протеинкиназу A, фактор транскрипции NFkB и NFAT; клеточные цикличные белки, такие как циклин A, циклин В1 и циклин E; расщепление протеазой с последовательным перемещением расщепленного субстрата; фосфолипиды с маркерами для внутриклеточных структур, такие как эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, митохондрия, пероксисомы, ядро, нуклеоли, плазматическая мембрана, гистоны, эндосомы, лизосомы или микротрубки.The fluorescent proteins of the present invention also find application in applications including automated screening of a matrix of cells expressing fluorescent reporter groups using microscopic imaging and electronic analysis. Screening can be used to discover the drug and in the field of functional genomics, where the claimed proteins are used as markers of whole cells to detect changes in multicellular transformation and movement, for example, in the formation of multicellular tubules (formation of a blood vessel) by endothelial cells, the movement of cells through the Fluoroblok Insert system (Becton Dickinson Co.), wound healing, or the growth of a neuron. Screening can also be used if the proteins of the present invention are used as markers fused to peptides (such as target sequences) or proteins that show changes in intracellular localization as an indicator of cellular activity, for example, in signal transduction, such as kinase and translocation translocation factors with stimulation. Examples include protein kinase C, protein kinase A, transcription factor NFkB and NFAT; cyclic cellular proteins such as cyclin A, cyclin B1 and cyclin E; protease cleavage with sequential movement of the cleaved substrate; phospholipids with markers for intracellular structures, such as the endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, mitochondria, peroxisomes, nucleus, nucleoli, plasma membrane, histones, endosomes, lysosomes or microtubes.
Белки настоящего изобретения также могут использоваться в скрининге с высоким содержанием для обнаружения совместной локализации других флуоресцирующих слитых белков с маркерами локализации как индикаторы перемещений внутриклеточных флуоресцирующих белков/пептидов или только как маркеры. Примеры применений, включающих автоматизированный скрининг множеств клеток, в которых заявленные флуоресцирующие белки находят применение, включают патенты США № 5989835; так же, как WO 00/17624, WO 00/26408, WO 00/17643 и WO 00/03246, раскрытия которых включено сюда ссылкой.The proteins of the present invention can also be used in high-content screening to detect co-localization of other fluorescent fusion proteins with localization markers as indicators of intracellular fluorescent protein / peptide movements or as markers only. Examples of applications, including automated screening of multiple cells in which the claimed fluorescent proteins are used, include US patent No. 5989835; same as WO 00/17624, WO 00/26408, WO 00/17643 and WO 00/03246, the disclosures of which are incorporated herein by reference.
Флуоресцирующие белки настоящего изобретения также находят применение в скрининговых анализах с высокой производительностью. Заявленные флуоресцирующие белки представляют собой стабильные белки с периодами полураспада больше, чем 24 часа. Также обеспечиваются дестабилизированные варианты заявленных флуоресцирующих белков с уменьшенными периодами полураспада, которые могут использоваться как репортеры транскрипции для открытия лекарственного средства. Например, белок, заявленный в изобретении, может быть слит с предполагаемой протеолитической сигнальной последовательностью, производной из белка с более коротким периодом полураспада, таким как PEST-последовательность из гена орнитиндекарбоксилазы мыши, с боксом разложения циклина B1 из мыши или убиквитина, и т.д. Для описания дестабилизированных белков и векторов, которые могут быть использованы для получения того же, см. например, патент США N 6130313, раскрытие которого включено сюда ссылкой. Промоторы в сигнальных путях трансдукции могут быть обнаружены с использованием дестабилизированных вариантов заявленных флуоресцирующих белков для скрининга лекарственных средств, такие как, например, AP1, NFAT, NFkB, Smad, STAT, p53, E2F, Rb, myc, CRE, ER, GR и TRE и т.п.The fluorescent proteins of the present invention also find use in high-throughput screening assays. The claimed fluorescent proteins are stable proteins with half-lives of more than 24 hours. Also provided are destabilized variants of the claimed fluorescent proteins with reduced half-lives that can be used as transcription reporters for drug discovery. For example, a protein of the invention can be fused to a putative proteolytic signal sequence derived from a protein with a shorter half-life, such as a PEST sequence from a mouse ornithine decarboxylase gene, with box decomposition of cyclin B1 from mouse or ubiquitin, etc. . For a description of destabilized proteins and vectors that can be used to obtain the same, see, for example, US Pat. No. 6,130,313, the disclosure of which is incorporated herein by reference. Promoters in signal transduction pathways can be detected using destabilized variants of the claimed fluorescent proteins for drug screening, such as, for example, AP1, NFAT, NFkB, Smad, STAT, p53, E2F, Rb, myc, CRE, ER, GR and TRE etc.
Заявленные белки могут использоваться как вторые мессенджерные детекторы путем слияния заявленных белов со специфичными доменами, такими как PKC-гамма Ca связывающий домен, PKC-гамма DAG связывающий домен, SH2 домен или SH3 домен и т.д.The claimed proteins can be used as second messenger detectors by fusing the claimed whites with specific domains, such as the PKC gamma Ca binding domain, PKC gamma DAG binding domain, SH2 domain or SH3 domain, etc.
Секретируемые формы заявленных белков, которые в свою очередь могут использоваться в ряде различных применений, могут быть получены слиянием секретируемых лидирующих последовательностей с заявленным белком.Secreted forms of the claimed proteins, which in turn can be used in a number of different applications, can be obtained by fusion of secreted leading sequences with the claimed protein.
Заявленные белки также находят использование в применении при сортировке клеток, активированных флюоресценцией, (FACS). В таких применениях заявленный флуоресцирующий белок используется для мечения популяции клеток, и полученная меченная популяция клеток затем подвергается сортировке в устройстве для сортировки клеток, активированных флуоресценцией, как известно в данной области. Способы FACS описаны в патентах США №№ 5968738 и 5804387; раскрытия которых включены сюда ссылкой.The claimed proteins also find use in the sorting of fluorescence activated cells (FACS). In such applications, the claimed fluorescent protein is used to label a cell population, and the resulting labeled cell population is then sorted in a fluorescence activated cell sorting device, as is known in the art. FACS methods are described in US patent No. 5968738 and 5804387; disclosures of which are incorporated herein by reference.
Заявленные белки также находят применение как метки in vivo для трансгенных животных. Например, экспрессия заявленного белка может сопровождаться тканеспецифичными промоторами, где такие способы находят применение в исследованиях для генной терапии, таких как тестирование эффективности трансгенной экспрессии, среди других применений. Типичное применение флуоресцирующих белков у трансгенных животных, которое поясняет такие применения, находится в WO 00/02997, раскрытие которого включено сюда ссылкой.The claimed proteins also find use as in vivo tags for transgenic animals. For example, expression of a protein of interest may be accompanied by tissue-specific promoters, where such methods are used in studies for gene therapy, such as testing the effectiveness of transgenic expression, among other applications. A typical application of fluorescent proteins in transgenic animals, which explains such applications, is in WO 00/02997, the disclosure of which is incorporated herein by reference.
Дополнительные применения белков настоящего изобретения включают использование в качестве маркеров для введения в клетки или животных и при калибровке в количественных измерениях; в качестве маркеров или репортеров в кислородных биосенсорных приборах для контроля клеточной жизнеспособности; в качестве маркеров или меток для животных, домашних животных, игрушек, пищи, и т.п.Additional uses of the proteins of the present invention include use as markers for administration to cells or animals and when calibrated in quantitative measurements; as markers or reporters in oxygen biosensor devices for monitoring cell viability; as markers or tags for animals, pets, toys, food, and the like.
Заявленные флуоресцирующие белки также находят применение в анализах протеазного расщепления. Например, инактивированные расщеплением флуоресцентные анализы могут быть осуществлены, с использованием заявленных белков, где заявленные белки подготовлены для включения в протеазоспецифичную последовательность расщепления, не разрушая флуоресцирующих свойств белка. При расщеплении флуоресцирующего белка активированной протеазой флюоресценция резко уменьшается вследствие разрушения функционального хромофора. Альтернативно, активированная расщеплением флюоресценция может быть применена с использованием белов настоящего изобретения, когда получают белки, содержащие дополнительную спейсерную последовательность вблизи/или внутри хромофора. Этот вариант значительно уменьшает его флуоресцентную активность, потому что части функционального хромофора разделены спейсером. Спейсер заключен в рамку двумя идентичными специфическими протеазоспецифическими сайтами расщепления. При расщеплении активированной протеазой спейсер вырезался бы и две остаточные "субъединицы" флуоресцирующего белка могли бы повторно быть реассемблированы для получения функционального флуоресцирующего белка. Оба из описанных выше применений могли бы быть развиты в анализах для ряда различных типов протеаз, таких как каспазы и другие.The claimed fluorescent proteins also find use in protease cleavage assays. For example, cleavage-inactivated fluorescence assays can be performed using the claimed proteins, where the claimed proteins are prepared for inclusion in a protease-specific cleavage sequence without compromising the fluorescent properties of the protein. When a fluorescent protein is cleaved by an activated protease, fluorescence decreases sharply due to the destruction of the functional chromophore. Alternatively, cleavage activated fluorescence can be used using the whites of the present invention when proteins are obtained containing an additional spacer sequence near / or within the chromophore. This option significantly reduces its fluorescence activity, because parts of the functional chromophore are separated by a spacer. The spacer is framed by two identical specific protease-specific cleavage sites. When cleaved by an activated protease, the spacer would be excised and the two residual “subunits” of the fluorescent protein could be reassembled to produce a functional fluorescent protein. Both of the applications described above could be developed in assays for a number of different types of proteases, such as caspases and others.
Заявленные белки также могут использоваться в анализах для определения фосфолипидного состава в биологических мембранах. Например, белки слияния целевых белков (или любой другой вид ковалентной или нековалентной модификации заявленных белков), которые допускают связывание со специфическими фосфолипидами для локализации/визуализации в модели фосфолипидного распределения в биологических мембранах, тогда как допускающие солокализацию мембранные белки в специфических фосфолипидных очагах могут быть ассоциированы с заявленными белками. Например, PH домен GRP1 имеет высокое сродство к фосфатидил-инозитолтрифосфату (PIP3), но не к PIP2. Также белок слияния между PH доменом GRP1 и заявленными белками может быть создан для специфического мечения PIP3-обогащенных участков в биологических мембранах.The claimed proteins can also be used in assays to determine the phospholipid composition in biological membranes. For example, fusion proteins of target proteins (or any other type of covalent or non-covalent modification of the claimed proteins) that allow binding to specific phospholipids for localization / visualization in a model of phospholipid distribution in biological membranes, whereas membrane-capable membrane proteins in specific phospholipid foci can be associated with the claimed proteins. For example, the PH domain of GRP1 has a high affinity for phosphatidyl-inositol triphosphate (PIP3), but not PIP2. Also, a fusion protein between the PH domain of GRP1 and the claimed proteins can be created for specific labeling of PIP3-enriched sites in biological membranes.
Заявленные флуоресцирующие белки также находят применение как биосенсоры в прокариотических и эукариотических клетках, такое как Ca2+ ионный индикатор; pH индикатор; индикатор фосфорилирования; или как индикатор других, таких как магний, натрий, калий, хлорид и галогенид ионов. Способы использования флуоресцирующих белков в качестве биосенсоров также включают таковые, описанные в патентах США №№ 5972638; 5824485 и 5650135 (так же, как и ссылки, цитированные там), раскрытие которых включены сюда ссылкой.The claimed fluorescent proteins also find use as biosensors in prokaryotic and eukaryotic cells, such as a Ca 2+ ion indicator; pH indicator; phosphorylation indicator; or as an indicator of others, such as magnesium, sodium, potassium, chloride, and ion halide. Methods for using fluorescent proteins as biosensors also include those described in US Pat. Nos. 5,972,638; 5,824,485 and 5650135 (as well as the references cited there), the disclosure of which is incorporated herein by reference.
Антитела заявленные в изобретении, описанные выше, также находят использование во множестве применений, включая дифференцирование заявленных белков от других флуоресцирующих белков.The antibodies of the invention described above also find use in a variety of applications, including differentiating the claimed proteins from other fluorescent proteins.
НаборыSets
Также обеспечиваются в соответствии с настоящим изобретением наборы для использования при осуществлении одного или более вышеописанных применений. В предпочтительных воплощениях наборы могут использоваться для мечения биологической молекулы. Наборы обычно включают белок изобретения или нуклеиновую кислоту, его кодирующую, предпочтительно с элементами для экспрессии заявленных белов, например, конструкция, такая как вектор, включающий нуклеиновую кислоту, кодирующую заявленный белок. Изобретение также охватывает средства для получения таких компонентов наборов. Указанный способ может включить кДНК из медузы Hydrozoa и пары олигонуклеотидных праймеров для получения нуклеиновой кислоты, заявленной в изобретении, например, с помощью ПЦР, или указанные средства могут включать множество фрагментов нуклеиновой кислоты, которые при лигировании могут давать нуклеиновую кислоту, кодирующую флуоресцирующий белок настоящего изобретения, и т.д. Компоненты наборов обычно присутствуют в соответствующей среде для хранения, такой как забуференный раствор, обычно в соответствующей емкости. Также в наборах могут присутствовать антитела, специфические к указанному белку. В отдельных воплощениях набор включают множество различных векторов, каждый их которых кодирует заявленный белок, где векторы предназначены для экспрессии в различных средах и/или при различных условиях, например, для конститутивной экспрессии, где вектор включает сильный промотор для экспрессии в клетках млекопитающих или вектор с ослабленным промотором с множественными клонированными сайтами для выборочной вставки промотора и нестандартной экспрессии, и т.д.Kits are also provided in accordance with the present invention for use in carrying out one or more of the above applications. In preferred embodiments, kits can be used to label a biological molecule. Kits typically include an inventive protein or a nucleic acid encoding it, preferably with elements for expressing the claimed whites, for example, a construct such as a vector comprising a nucleic acid encoding the claimed protein. The invention also encompasses means for preparing such kit components. The method may include cDNA from a Hydrozoa jellyfish and a pair of oligonucleotide primers to produce a nucleic acid of the invention, for example, by PCR, or the means may include many nucleic acid fragments that, when ligated, can produce a nucleic acid encoding the fluorescent protein of the present invention , etc. The components of the kits are usually present in an appropriate storage medium, such as a buffered solution, usually in an appropriate container. Also, antibodies specific for the protein may be present in the kits. In separate embodiments, the kit includes many different vectors, each of which encodes a protein of interest, where the vectors are designed for expression in different environments and / or under different conditions, for example, for constitutive expression, where the vector includes a strong promoter for expression in mammalian cells or a vector with attenuated promoter with multiple cloned sites for selective insertion of the promoter and non-standard expression, etc.
В дополнение к описанным выше компонентам заявленные наборы будут дополнительно включать инструкции для осуществления заявленных способов. Эти инструкции могут присутствовать в заявленных наборах в различных формах в количестве одна или более, которые могут присутствовать в наборах.In addition to the components described above, the claimed kits will further include instructions for implementing the claimed methods. These instructions may be present in the claimed kits in various forms in an amount of one or more that may be present in the kits.
Следующие примеры предлагается в качестве иллюстративных, но не ограничивающих.The following examples are provided as illustrative but not restrictive.
ПРИМЕРЫEXAMPLES
Пример 1Example 1
Клонирование, секвенирование и получение рекомбинтного белка phiYFPCloning, sequencing and production of phiYFP recombinant protein
Яркая желтая флюоресценция в гидромедузе Phialidium Sp. (Cnidaria; Hydrozoa; Hydroida; Leptomedusae; Campanulariidae) была детектирована с использованием флуоресцентного микроскопа. Для нахождения белка, отвечающего за флюоресценцию в этой медузе, была выбрана стратегия, основанная на скрининге экспрессионной библиотеки кДНК в E. coli. Амплифицированные образцы кДНК были приготовлены с использованием набора для амплификации кДНК SMART (Clontech) и клонировались в PCR-Script вектор (Stratagene). Приблизительно 105 рекомбинантных клонов были скринированы визуально с использованием флуоресцентного стереоскопического микроскопа. Два флуоресцентных клона, кодирующие такие же желтые флуоресцирующие белки, были найдены и были названы phiYFP. Нуклеиновая кислота и аминокислотные последовательности для phiYFP показаны в SEQ NO: 01, 02 и 23. Сравнение phiYFP с GFP A. victoria показано на фиг.1. Как оказалось, phiYFP более сходный с GFP (50% идентичности), чем с флуоресцирующими белками из производных кораллов.Bright yellow fluorescence in hydromedusa Phialidium Sp. (Cnidaria; Hydrozoa; Hydroida; Leptomedusae; Campanulariidae ) was detected using a fluorescence microscope. To find the protein responsible for fluorescence in this jellyfish, a strategy was chosen based on screening for the cDNA expression library in E. coli . Amplified cDNA samples were prepared using the SMART cDNA amplification kit (Clontech) and cloned into a PCR-Script vector (Stratagene). Approximately 10 5 recombinant clones were screened visually using a fluorescence stereoscopic microscope. Two fluorescent clones encoding the same yellow fluorescent proteins were found and were named phiYFP. The nucleic acid and amino acid sequences for phiYFP are shown in SEQ NO: 01, 02 and 23. A comparison of phiYFP with A. victoria GFP is shown in FIG. It turned out that phiYFP is more similar to GFP (50% identity) than to fluorescent proteins from coral derivatives.
Для облегчения очистки белков кодирующий участок phiYFP гена был клонирован в экспрессирующий вектор pQE30 (Qiagen) так, чтобы рекомбинантный белок содержал шесть-гистидиновую метку в его N-конце. После экспрессии в E. coli, phiYFP белок был очищен с помощью металл-аффинной смолы TALON (Clontech). Спектры возбуждения-излучения для phiYFP имели пики при 525 нм и 537 нм (фиг.2A), соответственно. В отличие от дикого типа GFP A. victoria новый белок обладает только одним пиком поглощения-излучения, вероятно в соответствии с депротонированным состоянием хромофора.To facilitate protein purification, the coding region of the phiYFP gene was cloned into the pQE30 expression vector (Qiagen) so that the recombinant protein contained a six-histidine tag at its N-terminus. After expression in E. coli, the phiYFP protein was purified using a TALON metal-affinity resin (Clontech). Excitation-emission spectra for phiYFP had peaks at 525 nm and 537 nm (FIG. 2A), respectively. Unlike the wild-type GFP A. victoria, the new protein has only one absorption-radiation peak, probably in accordance with the deprotonated state of the chromophore.
Пример 2Example 2
Мутагенез PhiYFPMutagenesis PhiYFP
Последовательность PhiYFP, кодирующая нуклеиновую кислоту, была получена, как описано выше в Примере 1. Заявителем был модифицирован неспецифическим мутагенезом кодирующий белок дикого типа. Неспецифический мутагенез phiYFP привел к получению более яркого мутанта, названного phiYFP-Y1, с немного измененным спектром возбуждения-излучения. Этот мутант содержал три аминокислотных замены, в частности S2P, E174G, I201M (SEQ ID NO: 03, 04, и 24). phiYFP-Yl показал яркость в от 1,5 до 2 раз выше, чем дикий тип phiYFP при двупольном визуальном сравнении колоний E. coli, экспрессирующих эти флуоресцирующие белки. Кроме того, phiYFP-Yl демонстрирует спектр излучения, немного смещенный в красную область, с пиком при 542 нм (см. фиг.2B).The nucleic acid encoding PhiYFP sequence was obtained as described above in Example 1. The applicant encoded a wild-type coding protein by nonspecific mutagenesis. The nonspecific phiYFP mutagenesis resulted in a brighter mutant called phiYFP-Y1, with a slightly altered excitation-radiation spectrum. This mutant contained three amino acid substitutions, in particular S2P, E174G, I201M (SEQ ID NO: 03, 04, and 24). phiYFP-Yl showed a brightness of 1.5 to 2 times higher than the wild-type phiYFP when bilingual visual comparison of E. coli colonies expressing these fluorescent proteins. In addition, phiYFP-Yl shows a radiation spectrum slightly shifted to the red region with a peak at 542 nm (see FIG. 2B).
Белки как phiYFP, так и phiYFP-Yl, как было найдено, представляют собой димеры. Это было показано белковым гель-электрофорезом не нагретых белковых образцов (см. Baird et al., выше, 2000). При этих условиях эти FPs перемещались как желтая флуоресцентная полоса приблизительно в 50 кДа. Гель-фильтрационные испытания показали димерное состояние phiYFP и phiYFP-Yl. Очищенные белковые образцы (~1 мг/мл) были загружены на колонку Sephadex-100 (0,7×60 см) и элюировались раствором 50 мМ фосфатного буфера (рН 7,0) и 100 мМ NaCl. EGFP, HcRedl и DsRed2 (Clontech) использовались в качестве мономерных, димерных и тетрамерных стандартов, соответственно.Proteins of both phiYFP and phiYFP-Yl have been found to be dimers. This has been shown by protein gel electrophoresis of unheated protein samples (see Baird et al., Supra, 2000). Under these conditions, these FPs moved as a yellow fluorescent band of approximately 50 kDa. Gel filtration tests showed the dimeric state of phiYFP and phiYFP-Yl. Purified protein samples (~ 1 mg / ml) were loaded onto a Sephadex-100 column (0.7 × 60 cm) and eluted with a solution of 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) and 100 mM NaCl. EGFP, HcRedl, and DsRed2 (Clontech) were used as monomeric, dimeric, and tetrameric standards, respectively.
Сайт-направленный мутагенез использовался для увеличения степени мономерности варианта phiYFP-Y1. Было введено шесть аминокислотных замен, в частности V103N, M166R, Y198N, T202S, Т206К, V221K. Полностью этот мутант phiYFP-MO нес 9 замещений: S2P, V103N, M166R, E174G, Y198N, I201M, T202S, Т206К, V221K (SEQ ID NOs: 05, 06, и 25). phiYFP-MO показывал низкое сворачивание белка и низкую яркость, когда он был экспрессирован в Е. coll. Его спектры возбуждения-излучения были смещены в синюю область по сравнению материнским мутантом (максимумы при 517 и 529 нм, соответственно; фиг.2С). phiYFP-MO являлся более мономерным белком в соответствии с гель-фильтрационными тестами.Site-directed mutagenesis was used to increase the degree of monomerism of the phiYFP-Y1 variant. Six amino acid substitutions were introduced, in particular V103N, M166R, Y198N, T202S, T206K, V221K. Fully this phiYFP-MO mutant carried 9 substitutions: S2P, V103N, M166R, E174G, Y198N, I201M, T202S, T206K, V221K (SEQ ID NOs: 05, 06, and 25). phiYFP-MO showed low protein folding and low brightness when it was expressed in E. coll. Its excitation-emission spectra were shifted to the blue region compared to the maternal mutant (maxima at 517 and 529 nm, respectively; FIG. 2C). phiYFP-MO was a more monomeric protein according to gel filtration tests.
Для улучшения phiYFP-MO заявитель применял неспецифический мутагенез. Diversity PCR Random Mutagenesis kit (CLONTECH) использовался в условиях, оптимальных для 5-6 мутаций на 1000 п.о. Колонии Е. coli, экспрессирующие мутантные белки, визуально скринировались флуоресцентным стереоскопическим микроскопом SZX-12 (Olympus). Самый яркий клон со спектром, очевидно смещенным в красную область (по сравнению с исходным phiYFP-MO), был охарактеризован дополнительно. Этот мутант, обозначенный как phiYFP-M1, содержал следующие аминокислотные замены: E88D, V103N, М166С, E174G, I201M, T202S, Т206К, V221K (SEQ ID NOs: 07, 08, и 26). Спектры возбуждения-излучения для этого белка имели пики при 524 и 539 нм, соответственно, аналогично пикам phiYFP дикого типа (фиг.2). Очищенный phiYFP-M1 имел молярный коэффициент экстинкции 130000 М-1см-1 и флуоресцентный квантовый выход 0,40. При определении молярного коэффициента экстинкции заявитель полагался на оценку концентрации зрелого хромофора. Белок денатурировался равным объемом щелочи 2М NaOH. При этих условиях GFP-подобный хромофор поглощает при 446 нм, и его молярный коэффициент экстинкции составляет 44000 M-1см-1 (Ward, W. W. Properties of the coelentrate green-fluorescent protein, in Bioluminescence and Chemiluminescence. Academic Press (1981), 235-242). Были измерены спектры поглощения нативного и денатурированного щелочью phiYFP-M1. Молярный коэффициент экстинкции для нативного состояния белка были оценены, основываясь на поглощении денатурируемого белка. Для определения квантового выхода флюоресценция phiYFP-M1 сравнивалась с одинаково поглощающим EGFP (квантовый выход 0,60 ((Patterson et al., J. Cell. Sci. (2001), 114: 837-838)). phiYFP-M1 представлял собой слабодимерный белок в соответствии с гель-фильтрационными тестами.To improve phiYFP-MO, the applicant has applied nonspecific mutagenesis. The Diversity PCR Random Mutagenesis kit (CLONTECH) was used under optimal conditions for 5-6 mutations per 1000 bp. E. coli colonies expressing mutant proteins were visually screened with a SZX-12 fluorescence microscope (Olympus). The brightest clone with a spectrum obviously shifted to the red region (compared to the original phiYFP-MO) was further characterized. This mutant, designated phiYFP-M1, contained the following amino acid substitutions: E88D, V103N, M166C, E174G, I201M, T202S, T206K, V221K (SEQ ID NOs: 07, 08, and 26). The excitation-emission spectra for this protein had peaks at 524 and 539 nm, respectively, similarly to wild-type phiYFP peaks (FIG. 2). Purified phiYFP-M1 had a molar extinction coefficient of 130,000 M -1 cm -1 and a fluorescence quantum yield of 0.40. In determining the molar extinction coefficient, the applicant relied on an estimate of the concentration of the mature chromophore. The protein was denatured with an equal volume of alkali 2M NaOH. Under these conditions the GFP-like chromophore absorbs at 446 nm and its molar extinction coefficient is 44,000 M -1 cm -1 (Ward, WW Properties of the coelentrate green-fluorescent protein, in Bioluminescence and Chemiluminescence. Academic Press ( 1981), 235 -242). The absorption spectra of native and alkali denatured phiYFP-M1 were measured. The molar extinction coefficient for the native state of the protein was estimated based on the absorption of the denatured protein. To determine the quantum yield, phiYFP-M1 fluorescence was compared with equally absorbing EGFP (quantum yield 0.60 ((Patterson et al., J. Cell. Sci. (2001), 114: 837-838)). PhiYFP-M1 was weakly dimeric protein according to gel filtration tests.
Для усиления экспрессии в клетках млекопитающих заявитель синтезировал "гуманизированную" версию phiYFP-M1 с использованием кодонов, оптимизированных для млекопитающих (SEQ ID NOs: 09, 10, и 27). "Гуманизированная" версия phiYFP-M1 была подвергнута сайт-направленному и неспецифическому мутагенезу для получения версий белка, излучающих свет в зеленой и голубой области. Были получены мутантные флуоресцентные белки с зеленой и голубой флюоресценцией. Зеленый мутант гуманизированного phiYFP-M1, названный phiYFP-M1G1, содержит следующие аминокислотные замены (по сравнению с phiYFP-M1) T65S, L148Q, Y203T, K231T, T232A (SEQ ID NO: 17, 18 и 31). Голубой мутант гуманизированного phiYFP-M1, названный phiYFP-M1C1, содержит следующие аминокислотные замены (по сравнению с phiYFP-M1): L6Q, T65S, Y66W, N124K, C147Y, L148Q, Y203T, V224L (SEQ ID NO: 19, 20 и 32). Спектры возбуждения-излучения для этого белка показаны на фиг.3A, B.To enhance expression in mammalian cells, the applicant synthesized a “humanized” version of phiYFP-M1 using codons optimized for mammals (SEQ ID NOs: 09, 10, and 27). The humanized version of phiYFP-M1 was subjected to site-directed and non-specific mutagenesis to produce protein versions that emit light in the green and blue regions. Mutant fluorescent proteins with green and blue fluorescence were obtained. The green humanized phiYFP-M1 mutant, called phiYFP-M1G1, contains the following amino acid substitutions (compared to phiYFP-M1) T65S, L148Q, Y203T, K231T, T232A (SEQ ID NO: 17, 18 and 31). The blue humanized phiYFP-M1 mutant called phiYFP-M1C1 contains the following amino acid substitutions (compared to phiYFP-M1): L6Q, T65S, Y66W, N124K, C147Y, L148Q, Y203T, V224L (SEQ ID NO: 19, 20 and 32 ) The excitation-emission spectra for this protein are shown in FIGS. 3A, B.
Пример 3Example 3
Клонирование, секвенирование и получение рекомбинтного белка hydr1GFPCloning, sequencing and production of the recombinant hydr1GFP protein
Ярко-зеленая флюоресценция была обнаружена в гидромедузе 1 (длиной приблизительно 1 мм, фиг.4) подотряда Anthomedusae (Cnidaria, Hydrozoa, Anthomedusae) с использованием флуоресцентного микроскопа. Для поиска гена, отвечающего за флюоресценцию в этой медузе, была реализована стратегия, основанная на скрининге экспрессионной библиотеки кДНК в E. coli. Амплификация проб кДНК осуществлялась с использованием набора кДНК SMART (Clontech) и клонировались в вектор PCR-Script (Stratagene). Приблизительно 105 рекомбинантных клонов были визуально скринированы с использованием флуоресцентного стереоскопического микроскопа. Три флуоресцентных клона были идентифицированы, где каждый кодировал такой же зеленый флуоресцирующий белок, который назван hydr1GFP. Нуклеотидная и аминокислотная последовательности для этого белка показаны в SEQ ID NO: 11, 12 и 28. Сравнение hydr1GFP с GFP A. victoria показано на фиг.1. hydr1GFP, как оказалось, имеет большее сходство с GFP (37% идентичности), чем с флуоресцирующими белками из кораллов.Bright green fluorescence was detected in hydromedusa 1 (approximately 1 mm long, FIG. 4) of the suborder Anthomedusae ( Cnidaria, Hydrozoa, Anthomedusae ) using a fluorescence microscope. To search for the gene responsible for fluorescence in this jellyfish, a strategy was implemented based on screening for the cDNA expression library in E. coli . Amplification of cDNA samples was carried out using the SMART cDNA kit (Clontech) and cloned into a PCR-Script vector (Stratagene). About 10 5 recombinant clones were visually screened using a fluorescence stereoscopic microscope. Three fluorescent clones were identified, where each encoded the same green fluorescent protein, which is called hydr1GFP. The nucleotide and amino acid sequences for this protein are shown in SEQ ID NO: 11, 12 and 28. Comparison with hydr1GFP GFP A. victoria shown in Figure 1. hydr1GFP, as it turned out, is more similar to GFP (37% identity) than to fluorescent coral proteins.
Для облегчения очистки белков кодирующий участок hydr1GFP гена был клонирован в экспрессирующий вектор pQE30 (Qiagen) так, чтобы рекомбинантный белок содержал шесть-гистидиновую метку в его N-конце. После экспрессии в E. coli, hydr1GFP белок был очищен с помощью металл-аффинной смолы TALON (Clontech). Спектры возбуждения-излучения для phiYFP снимались при 474 нм и 494 нм (фиг.5), соответственно. В отличие от дикого типа GFP A. victoria новый белок обладает только одним пиком поглощения-излучения, вероятно в соответствии с депротонированным состоянием хромофора.To facilitate protein purification, the coding region of the hydr1GFP gene was cloned into the pQE30 expression vector (Qiagen) so that the recombinant protein contained a six-histidine tag at its N-terminus. After expression in E. coli, hydr1GFP protein was purified using TALON metal-affinity resin (Clontech). Excitation-emission spectra for phiYFP were recorded at 474 nm and 494 nm (Fig. 5), respectively. Unlike the wild-type GFP A. victoria, the new protein has only one absorption-radiation peak, probably in accordance with the deprotonated state of the chromophore.
Пример 4Example 4
Клонирование, секвенирование и получение рекомбинтного белка hm2CPCloning, sequencing and production of recombinant hm2CP protein
Ярко-зеленая флюоресценция была обнаружена в малой гидромедузе 2 из подотряда Anthomedusae (Cnidaria, Hydrozoa, Anthomedusae) c использованием флуоресцентного микроскопа. Для поиска FP из этой медузы заявитель выбрал стратегию, основанную на скрининге экспрессионной библиотеки кДНК в E. coli. Амплификация проб кДНК осуществлялась с использованием набора кДНК SMART (Clontech) и клонировалась в вектор PCR-Script (Stratagene). Приблизительно 105 рекомбинантных клонов были визуально скринированы с использованием флуоресцентного стереоскопического микроскопа или невооруженным глазом. Неожиданно заявитель не обнаружил флуоресцирующих клонов. Вместо этого был идентифицирован фиолетовый нефлуоресцирующий СР (hm2CP). Нуклеотидные и аминокислотные последовательности этого белка показаны в SEQ ID NO: 13, 14 и 29. Сравнение hm2CP с GFP показано на фиг.1. hm2CP, как оказалось, представляет собой относительно отдаленный гомолог GFP (до 24% идентичности).Bright green fluorescence was detected in minor hydromedusa 2 from the suborder Anthomedusae ( Cnidaria, Hydrozoa, Anthomedusae ) using a fluorescence microscope. To search for FP from this jellyfish, the applicant chose a strategy based on screening an E. coli cDNA expression library. Amplification of cDNA samples was performed using a SMART cDNA kit (Clontech) and cloned into a PCR-Script vector (Stratagene). About 10 5 recombinant clones were visually screened using a fluorescence stereoscopic microscope or with the naked eye. Unexpectedly, the applicant did not find fluorescent clones. Instead, purple non-fluorescent CP (hm2CP) was identified. The nucleotide and amino acid sequences of this protein are shown in SEQ ID NO: 13, 14 and 29. A comparison of hm2CP with GFP is shown in FIG. hm2CP, as it turned out, is a relatively distant homologue of GFP (up to 24% identity).
Для облегчения очистки белков кодирующий участок hm2CP был клонирован в экспрессирующий вектор pQE30 (Qiagen) так, чтобы рекомбинантный белок содержал шесть-гистидиновую метку в его N-конце. После экспрессии в E. coli, hm2CP белок был очищен с помощью металл-аффинной смолы TALON (Clontech). Спектр поглощения очищенного hm2CP обладал единственным максимумом при 568 нм (фиг.6). Может быть обнаружена очень слабая красная флюоресценция (максимумы возбуждения при 569 и 597 нм, соответственно) hm2CP (фиг.7).To facilitate protein purification, the hm2CP coding region was cloned into the pQE30 expression vector (Qiagen) so that the recombinant protein contained a six-histidine tag at its N-terminus. After expression in E. coli , the hm2CP protein was purified using a TALON metal-affinity resin (Clontech). The absorption spectrum of purified hm2CP had a single maximum at 568 nm (Fig.6). Very weak red fluorescence (excitation maxima at 569 and 597 nm, respectively) hm2CP can be detected (Fig. 7).
Пример 5Example 5
Мутагенез hm2CPMutagenesis hm2CP
Последовательность нуклеиновой кислоты, кодирующая hm2CP, была получена как описано выше в Примере 4. Для получения флуоресцирующих мутантов hm2CP заявители использовали неспецифический мутагенез. Набор Diversity PCR Random Mutagenesis (Clontech) использовался для неспецифического мутагенеза hm2CP в условиях, оптимальных для 5-6 мутаций на 1000 п.н. Колонии E. coli, экспрессирующие мутантные белки, визуально скринировались флуоресцентным стереоскопическим микроскопом SZX-12 (Olympus). Самые яркие варианты были выбраны и подвергнуты другому циклу неспецифического мутагенеза. Полные четыре цикла мутагенеза привели к яркому и быстро созревающему красному флуоресцентному мутанту, обозначенному как S3-2. По сравнению с исходным хромопротеином S3-2 имел 13 аминокислотных замены, в частности D24G, I30V, K73R, T91S, II18V, K136R, T145N, S154P, С161А, Y162F, L181M, V199T, I201T (SEQ ID NO: 15, 16, и 30). Спектры возбуждения и излучения для этого мутанта обладали максимумами при 585 и 611 нм, соответственно (фиг.8). Красный флуоресцентный белок S3-2 имеет слабодимерную природу, показанную данными гель-фильтрации. Для усиления экспрессии в клетках млекопитающих заявители синтезировали "гуманизированную" версию S3-2 с использованием кодонов, оптимизированных для млекопитающих (SEQ ID NO: 21, 22, и 33).The nucleic acid sequence encoding hm2CP was obtained as described above in Example 4. Applicants used nonspecific mutagenesis to obtain fluorescent mutants of hm2CP. The Diversity PCR Random Mutagenesis (Clontech) kit was used for non-specific hm2CP mutagenesis under conditions optimal for 5-6 mutations per 1000 bp. E. coli colonies expressing mutant proteins were visually screened with a SZX-12 fluorescence microscope (Olympus). The most striking variants were selected and subjected to another cycle of nonspecific mutagenesis. The full four cycles of mutagenesis resulted in a bright and rapidly ripening red fluorescent mutant, designated S3-2. Compared to the original chromoprotein, S3-2 had 13 amino acid substitutions, in particular D24G, I30V, K73R, T91S, II18V, K136R, T145N, S154P, C161A, Y162F, L181M, V199T, I201T (SEQ ID NO: 15, 16, and thirty). The excitation and emission spectra for this mutant had maxima at 585 and 611 nm, respectively (Fig. 8). The red fluorescent protein S3-2 has a weakly dimeric nature, shown by gel filtration data. To enhance expression in mammalian cells, applicants synthesized a “humanized” version of S3-2 using codons optimized for mammals (SEQ ID NO: 21, 22, and 33).
Пример 6Example 6
Приготовление поликлональных антителPreparation of Polyclonal Antibodies
Кодирующие участки нуклеиновых кислот красного флуоресцентного белка S3-2 и желтого флуоресцентного белка Phi-YFP-M1, полученные как описано выше в примерах 2 и 5, соответственно, клонировались в экспрессирующий вектор pQE30 (Qiagen) так, чтобы рекомбинантные белки содержали шесть-гистидиновую метку в N-конце. После экспрессии в Е. Coli, hm2CP был очищен с помощью металл-аффинной смолы TALON (Clontech) в денатурирнующих условиях. Кролики были иммунизированы и дополнительно обрабатывались четыре раза с месячным периодами рекомбинантным полипептидом DSN, эмульгированным в адъюванте Фрейнда. Через десять или 11 дней после каждой дополнительной обработки у животных была взята кровь. Поликлональная антисыворотка была проверена на рекомбинантном белке с помощью ELISA и вестерн-иммуноблотингом.The coding regions of the nucleic acids of the red fluorescent protein S3-2 and the yellow fluorescent protein Phi-YFP-M1, obtained as described above in examples 2 and 5, respectively, were cloned into the expression vector pQE30 (Qiagen) so that the recombinant proteins contained a six-histidine tag at the N-end. After expression in E. Coli, hm2CP was purified using TALON metal-affinity resin (Clontech) under denaturing conditions. Rabbits were immunized and further treated four times with monthly periods of recombinant DSN polypeptide emulsified in Freund's adjuvant. Ten or 11 days after each additional treatment, animals were bled. Polyclonal antiserum was tested on recombinant protein using ELISA and Western immunoblotting.
Пример 7Example 7
Мечение клетки млекопитающих, с использованием белков PhiYFP и S3-2.Labeling mammalian cells using PhiYFP and S3-2 proteins.
Для флуоресцентного мечения эукариотических клеток гуманизированные версии белков phiYFP-M1 и S3-2, полученных как описано выше в Примерах 2 и 5, соответственно, клонировались в вектор pEGFP-C1 (CLONTECH) между Agel и BglII рестрикционными участками (вместо EGFP-кодирующего участка). Были использованы следующие клеточные линии: почечные эпителиальные клетки человека 293Т, фибробласты эмбриона мыши ЗТЗ, подкожные фибробласты мыши L929, почечные эпителиальные клетки африканской зеленой обезьяны Vero и фибробласты из почки африканской зеленой обезьяны COS1. Клетки были трансфицированы с использованием реактива LipofectAMINE (Invitrogen) и были протестированы через 20 часов после трансфекции. Флуоресцентный микроскоп Olympus CK40, оснащенный CCD камерой (DP-50, Olympus), использовался для снятия изображений клетки. Экспрессия phiYFP-M1 или S3-2 на различных клеточных линиях привела к ярким желтым или красным сигналам без агрегации. Флюоресценция была ясно обнаружена через 24 часа после трансфекции. Токсичность для клеток не наблюдалась.For fluorescence labeling of eukaryotic cells, humanized versions of the phiYFP-M1 and S3-2 proteins obtained as described above in Examples 2 and 5, respectively, were cloned into the pEGFP-C1 vector (CLONTECH) between the Agel and BglII restriction regions (instead of the EGFP-coding region) . The following cell lines were used: 293T human renal epithelial cells, ZT3 mouse embryo fibroblasts, L929 subcutaneous mouse fibroblasts, Vero African green monkey renal epithelial cells, and COS1 African green monkey kidney fibroblasts. Cells were transfected using LipofectAMINE reagent (Invitrogen) and were tested 20 hours after transfection. An Olympus CK40 fluorescence microscope equipped with a CCD camera (DP-50, Olympus) was used to capture cell images. Expression of phiYFP-M1 or S3-2 on different cell lines resulted in bright yellow or red signals without aggregation. Fluorescence was clearly detected 24 hours after transfection. Cell toxicity was not observed.
Пример 8Example 8
Мечение белка и анализ белковой локализации с использованием белков PhiYFP и S3-2.Protein labeling and protein localization analysis using PhiYFP and S3-2 proteins.
Гуманизированные версии phiYFP-M1 (содержащего дополнительные замены N21D, Т170А, К221Т) и S3-2 белков, полученных как описано выше в Примерах 2 и 5, соответственно, были слиты с цитоплазматическим бета-актином человека. Трансфекция почечных эпителиальных клеток человека 293Т плазмидами, экспрессирующими phiYFP-M1 или 33-2-меченные слитые конструкции, привела к яркой флюоресценции, которая давала картину, очень похожую с таковой при слияниях с EGFP.Humanized versions of phiYFP-M1 (containing additional substitutions N21D, T170A, K221T) and S3-2 proteins obtained as described above in Examples 2 and 5, respectively, were fused with human cytoplasmic beta-actin. Transfection of human 293T renal epithelial cells with plasmids expressing phiYFP-M1 or 33-2-labeled fusion constructs resulted in bright fluorescence, which gave a picture very similar to that in fusions with EGFP.
Гуманизированная версия phiYFP-M1 (содержащего дополнительные замены N21D, Т170А, К221Т) была дополнительно слита с ядрышковым белком, фибрилларином. Трансфекция почечных эпителиальных клеток человека 293Т плазмидой, экспрессирующей phiYFP-M1-меченные слитые конструкции, привела к яркой флюоресценции со структурой, соответствующей ожидаемой.The humanized version of phiYFP-M1 (containing additional substitutions N21D, T170A, K221T) was additionally fused to the nucleolar protein, fibrillarin. Transfection of human 293T renal epithelial cells with a plasmid expressing phiYFP-M1-labeled fusion constructs resulted in bright fluorescence with a structure as expected.
Пример 9Example 9
Мечение митохондрий с использованием PhiYFPLabeling mitochondria using PhiYFP
Кодирующие последовательности гуманизированной версии phiYFP-M1, полученные как описано выше в Примере 2, были слиты с митохондриальной целевой последовательностью (MTS) из субъединицы VIII цитохромоксидазы С человека. Трансфекция почечных эпителиальных клеток человека 293Т плазмидами, экспрессирующими phiYFP-M1-MTS слитую конструкцию, привела к эффективной транслокации белка в митохондрий клеток-хозяев. Флюоресценция была ясно обнаружена спустя 24 часа после трансфекции.The coding sequences of the humanized version of phiYFP-M1 obtained as described above in Example 2 were fused to the mitochondrial target sequence (MTS) from the human cytochrome oxidase C subunit VIII. Transfection of human 293T renal epithelial cells with plasmids expressing the phiYFP-M1-MTS fusion construct resulted in efficient translocation of the protein into the mitochondria of the host cells. Fluorescence was clearly detected 24 hours after transfection.
Пример 10Example 10
Мечение аппарата Гольджи с использованием PhiYFPLabeling a Golgi apparatus using PhiYFP
Кодирующие последовательности гуманизированной версии phiYFP-M1, полученные как описано выше в Примере 2, были слиты с последовательностью, кодирующей 81 аминокислоту на N-конце бета 1,4-галактозилтрансферазы человека (GT; Watzele & Berger (1990) Nucleic Acids. Res. 18:7174). Эта область бета-1,4-GT человека содержит сигнальный пептид связывания с мембраной, которая нацеливает слитые белки на трансоболочечную область аппарата Гольджи (Llopis et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1998) 95: 6803-6808; Yamaguchi & Fukuda J. Biol. Chem. (1995)270: 12170-12176; Gleeson et al. Glycoconjugate J. (1994) 11: 381-394). Трансфекция почечных эпителиальных клеток человека 293T плазмидами, экспрессирующими phiYFP-M1-меченную слитую конструкцию, привела к флуоресцирующему мечению трансоболочечного участка аппарата Гольджи в клетках.The coding sequences of the humanized version of phiYFP-M1, obtained as described above in Example 2, were fused to the sequence coding for 81 amino acids at the N-terminus of
Пример 11Example 11
Мечение пероксисомы с использованием PhiYFPLabeling Peroxisome Using PhiYFP
Кодирующие последовательности гуманизированной версии phiYFP-M1, полученные как описано выше в Примере 2, были слиты с пероксисомальным нацеливающим сигналом 1 (PTS1). Последовательность PTS1, кодирующая трипептид SKL, который нацеливает белок слияния к матрице пероксисомы (Gould et al. J. Biol. Chem. (1989) 108: 1657-1664; Gould et al. EMBO J. (1990) 9: 85-90; Monosov et al. J. Histo. Cytochem. (1996) 44: 581-589)). Трансфекция почечных эпителиальных клеток человека 293T плазмидами, экспрессирующими phiYFP-M1-меченную слитую конструкцию, привела к флуоресцирующему мечению пероксисом.The coding sequences of the humanized version of phiYFP-M1 obtained as described above in Example 2 were fused to peroxisomal targeting signal 1 (PTS1). The PTS1 sequence encoding the SKL tripeptide that targets the fusion protein to the peroxisome matrix (Gould et al. J. Biol. Chem. (1989) 108: 1657-1664; Gould et al. EMBO J. (1990) 9: 85-90; Monosov et al. J. Histo. Cytochem. (1996) 44: 581-589)). Transfection of 293T human renal epithelial cells with plasmids expressing the phiYFP-M1-labeled fusion construct resulted in fluorescent peroxisome labeling.
Пример 12Example 12
Мечение ядра с использованием PhiYFPLabeling the core using PhiYFP
Кодирующие последовательности гуманизированной версии phiYFP-M1, полученные как описано выше в Примере 2, были слиты с тремя копиями сигнала ядерной локализации (NLS) больших T-антигенов вируса обезьяны 40, на его C-конце (Kalderon et al. Cell (1984) 39: 499-509; Lanford et al. Cell (1986) 46: 575-582). Трансфекция человеческих почечных эпителиальных клеток 293T плазмидами, экспрессирующими phiYFP-M1-меченную слитую конструкцию, привела к флуоресцирующему мечению ядер.The coding sequences of the humanized version of phiYFP-M1, obtained as described above in Example 2, were fused to three copies of the nuclear localization signal (NLS) of the large T-antigens of
Все публикации и патентные заявки, цитируемые в настоящем описании, вводятся в настоящее описание посредством ссылки, как если бы каждая отдельная публикация или патентная заявка была конкретно и отдельно введена посредством ссылки. Цитирование любой публикации приводится в соответствии с контекстом и интерпретацией по настоящему изобретению и не должно истолковываться как признание любой такой публикации прототипом данного изобретения.All publications and patent applications cited in the present description, are introduced into the present description by reference, as if each individual publication or patent application was specifically and separately introduced by reference. The citation of any publication is in accordance with the context and interpretation of the present invention and should not be construed as recognition of any such publication as a prototype of the present invention.
Claims (13)
Applications Claiming Priority (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US42557002P | 2002-11-12 | 2002-11-12 | |
US60/425,570 | 2002-11-12 | ||
US42979502P | 2002-11-27 | 2002-11-27 | |
US60/429,795 | 2002-11-27 | ||
US60/464,258 | 2003-04-21 | ||
US48008003P | 2003-06-20 | 2003-06-20 | |
US60/480,080 | 2003-06-20 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005118079A RU2005118079A (en) | 2006-01-20 |
RU2338785C2 true RU2338785C2 (en) | 2008-11-20 |
Family
ID=35873192
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005118079/13A RU2338785C2 (en) | 2002-11-12 | 2003-11-05 | Fluorescing proteins and chromoproteins from kinds hydrozoa which are not concerning to aequorea, and methods of their obtaining |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2338785C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2535981C1 (en) * | 2013-08-13 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) | Nucleic acid encoding fret-based far-red biosensor for intracellular caspase 3 activity measurement |
-
2003
- 2003-11-05 RU RU2005118079/13A patent/RU2338785C2/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
CUBITT et al. Understanding, improving and using green fluorescent proteins. Trends Biochem Sci. 1995 Nv, 20(11):448-55. IGFL A. CHAIN A, Structure of Green Fluorescent Protein, Aug. 23, 1996, GI:1942689. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2535981C1 (en) * | 2013-08-13 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) | Nucleic acid encoding fret-based far-red biosensor for intracellular caspase 3 activity measurement |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005118079A (en) | 2006-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2412250C2 (en) | Modified green fluorescent proteins and methods of their application | |
RU2395581C2 (en) | Novel fluorescent proteins from entacmaea quadricolor and method of obtaining said proteins | |
RU2303600C2 (en) | New chromophores/fluorophores and uses thereof | |
RU2345137C2 (en) | Fluorescing proteins from copepodas crustaceas and their application | |
US20030013849A1 (en) | Renilla reniformis green fluorescent protein | |
US7951923B2 (en) | Fluorescent proteins and chromoproteins from non-Aequorea hydrozoa species and methods for using same | |
CA2474108C (en) | Novel fluorescent proteins from aequorea coerulscens and methods for using same | |
RU2338785C2 (en) | Fluorescing proteins and chromoproteins from kinds hydrozoa which are not concerning to aequorea, and methods of their obtaining | |
US6933375B2 (en) | mcFP encoding nucleic acids, polypepetides, antibodies and methods of use thereof | |
RU2330067C2 (en) | Polynucleotide, coding chromo- or fluorescent mutant polypeptide, expression vector, cell, method of obtaining chromo- or fluorescent polypeptide, use of polypeptide and use of polynucleotide | |
US8563703B2 (en) | Fluorescent proteins and methods for using same |