JPWO2007083793A1 - Panning method using photoreactive group and kit used therefor - Google Patents
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Abstract
【課題】リガンドに対して相互作用するタンパク質またはペプチドをより確実にスクリーニングする方法を提供する。【解決手段】光反応性リガンドと、タンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージを液相中で混合し、光反応性リガンドの光反応基に対する活性光を照射し、光反応性リガンドが有する固定化機能を利用して、固相に光反応性リガンドを固定化し、光反応性リガンドを固定化した固相を洗浄し、固相に固定化された光反応性リガンドと結合したタンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージを回収することを含む光反応性リガンドに対して相互作用するタンパク質またはペプチドをスクリーニングする方法。【選択図】図4A method for screening a protein or peptide that interacts with a ligand more reliably is provided. A photoreactive ligand and a protein-displayed phage or a peptide-displayed phage are mixed in a liquid phase, irradiated with an active light to the photoreactive group of the photoreactive ligand, and the photoreactive ligand has an immobilization function. Protein-displayed phage or peptide-displayed phage bound to the photoreactive ligand immobilized on the solid phase by washing the solid phase immobilized with the photoreactive ligand on the solid phase A method of screening for a protein or peptide that interacts with a photoreactive ligand, comprising recovering. [Selection] Figure 4
Description
本出願は、2006年1月23日出願の日本特願2006−14314号の優先権を主張し、その全記載は、ここに特に開示として援用される。 This application claims the priority of Japanese Patent Application No. 2006-14314 filed on Jan. 23, 2006, the entire description of which is specifically incorporated herein by reference.
本発明は、フェニルジアジリンなどの光反応基を利用し、提示ファージを効率的に単離するパニング法に関する。この方法を以下、フォトパニング法と呼ぶ。本発明は、このフォトパニング法を利用した、リガンドに対して相互作用するタンパク質またはペプチドを効率的にスクリーニングする方法に関する。さらに本発明は、このスクリーニングする方法に用いられるキットに関する。 The present invention relates to a panning method for efficiently isolating a display phage using a photoreactive group such as phenyldiazirine. Hereinafter, this method is referred to as a photopanning method. The present invention relates to a method for efficiently screening proteins or peptides that interact with a ligand using this photopanning method. Furthermore, the present invention relates to a kit used for this screening method.
タンパク質やペプチドをファージ表面に提示し、目的のタンパク質やペプチドを提示したファージをスクリーニングする技術は、1985〜1990年にかけて完成された。(G. P. Smith (1985) Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface. Science, 228, 1315-1317.(非特許文献1),S. E. Cwirla, E. A. Peters, R. W. Barrett, W. J. Dower (1988) Antibody-selectable filamentous fd phage vectors: affinity purification of target genes. Gene 73, 305-318 (非特許文献2),S. F. Parmley, G. P. Smith. (1990) Peptides on phage: a vast library of peptides for identifying ligands. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 6378-6382 (非特許文献3)) A technique for displaying a protein or peptide on the surface of a phage and screening a phage displaying the target protein or peptide was completed in 1985-1990. (G. P. Smith (1985) Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface. Science, 228, 1315-1317. (Non-Patent Document 1), SE Cwirla, EA Peters, RW Barrett, WJ Dower (1988) Antibody-selectable filamentous fd phage vectors: affinity purification of target genes. Gene 73, 305-318, SF Parmley, GP Smith. (1990) Peptides on phage: a vast library of peptides for Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 6378-6382 (Non-patent Document 3))
提示ファージはかなり強力な変性条件でも生存可能であり、生物を扱うというよりはタンパク質分子を扱うかのように利用でき、さらに容易にそれを発現する遺伝子を容易に単離できることから、バイオテクノロジー分野で広く利用されている。提示ファージのスクリーニング法として最もよく利用されるパニング法は、砂金などを選鉱なべで洗ってより分けるという意味をもつ「pan」からきているもので、目的の提示ファージをリガントとのアフィニティーでより分け、その後、目的ファージが濃縮されたファージ集団を増殖させる。これを繰り返すことで、目的の提示ファージが次第に濃縮され、単離できるという方法である(図2参照)。ファージは数時間以内に1010個を超えるほどの飛躍的な増殖効率であるため、1日で数回のパニング操作が可能である。近年、この高速なスクリーニング能力を利用して、抗体医療のシードを探し出す基礎技術として、抗体を提示したファージのパニング法が期待されている。Displayed phages can survive under fairly powerful denaturing conditions, can be used as if dealing with protein molecules rather than living organisms, and the genes that express them can be easily isolated. Widely used in The panning method most often used as a screening method for the displayed phages is derived from “pan” which means that the gold dust is washed and separated in a beneficiation pan, and the target displayed phages are separated by affinity with the ligand. Thereafter, the phage population enriched in the target phage is propagated. By repeating this, the target display phage is gradually concentrated and can be isolated (see FIG. 2). Since the phage has a dramatic growth efficiency exceeding 10 10 within a few hours, it can be panned several times in one day. In recent years, a panning method for phages displaying antibodies has been expected as a basic technique for searching for seeds of antibody medicine using this high-speed screening ability.
本発明者らは、これまでジアジリン誘導体を光反応基として、独自の高速光アフィニティー法の開発を行ってきた。光アフィニティー法は光反応を利用して特異的なリガンドと相手のタンパク質を非可逆的につなぎとめる技術である。ジアジリンは、他の光反応基に比べ、この非可逆的結合を有利に起こす特徴を持つ。(Y. Sadakane, Y. Hatanaka (2004) Multifunctional photoprobes for rapid protein identification. In F. Darvas, A. Guttman and G. Dorman eds., Chemical Genomics, Marcel Dekker Inc., New York. Pp199-214(非特許文献4)、Y. Hatanaka, Y. Sadakane (2002) Photoaffinity labeling in drug discovery and developments: Chemical gateway for entering proteomic frontier. Curr. Top. Med. Chem. 2, 271-288(非特許文献5)、畑中保丸 構造生物学的有機化学:光アフィニティラベルによる蛋白質機能構造のプロービング、有機合成化学会誌,56(7)、581-590,1998(非特許文献6)、M. Kaneda, Y. Sadakane, Y. Hatanaka, (2003) A Novel Approach for Affinity-Based Screening of Target Specific Ligands: Application of Photoreactive D-Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase. Bioconjugate Chem. 14, 849-852.(非特許文献7)、M. Hashimoto, J. Yang, Y. Hatanaka, Y. Sadakane, K. Nakagomi, G. D. Holman (2002) Improvement in the properties of 3-phenyl-3-trifluoromethyldiazirine based photoreactive bis-glucose probes for GLUT4 following substitution on the phenyl ring. Chem. Pharm. Bull. 50, 1004-1006(非特許文献8)、Hatanaka, Y., Kempin, U., Park, JJ. One-step synthesis of biotinyl photoprobes from unprotected carbohydrates. J. Org. Chem. 65, 5639-5643, 2000(非特許文献9)、Hatanaka, Y., Hashimoto, H., Kanaoka, Y. A rapid and efficient method for identifying photoaffinity biotinylated sites within proteins. J. Am. Chem. Soc. 120, 453-454, 1998(非特許文献10)、特開2000-319262号公報(特許文献1))。 The present inventors have so far developed an original high-speed photoaffinity method using a diazirine derivative as a photoreactive group. The photoaffinity method is a technique for irreversibly linking a specific ligand and a partner protein using a photoreaction. Diazirine has the advantage of favoring this irreversible binding compared to other photoreactive groups. (Y. Sadakane, Y. Hatanaka (2004) Multifunctional photoprobes for rapid protein identification. In F. Darvas, A. Guttman and G. Dorman eds., Chemical Genomics, Marcel Dekker Inc., New York. Pp199-214) Reference 4), Y. Hatanaka, Y. Sadakane (2002) Photoaffinity labeling in drug discovery and developments: Chemical gateway for entering proteomic frontier. Curr. Top. Med. Chem. 2, 271-288 (Non-patent Document 5), Hatanaka Yasumaru Structural Biological Organic Chemistry: Probing Protein Functional Structures with Photoaffinity Labels, Journal of Organic Synthesis, 56 (7), 581-590,1998 (Non-patent Document 6), M. Kaneda, Y. Sadakane, Y Hatanaka, (2003) A Novel Approach for Affinity-Based Screening of Target Specific Ligands: Application of Photoreactive D-Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase. Bioconjugate Chem. 14, 849-852. (Non-Patent Document 7), M. Hashimoto , J. Yang, Y. Hatanaka, Y. Sadakane, K. Nakagomi, GD Holman (2002) Improvement in the properties of 3-phenyl-3-tr ifluoromethyldiazirine based photoreactive bis-glucose probes for GLUT4 following substitution on the phenyl ring. Chem. Pharm. Bull. 50, 1004-1006 (Non-patent Document 8), Hatanaka, Y., Kempin, U., Park, JJ. One- step synthesis of biotinyl photoprobes from unprotected carbohydrates. J. Org. Chem. 65, 5639-5643, 2000 (Non-Patent Document 9), Hatanaka, Y., Hashimoto, H., Kanaoka, Y. A rapid and efficient method for identifying Photoaffinity biotinylated sites within proteins. J. Am. Chem. Soc. 120, 453-454, 1998 (Non-patent Document 10), JP 2000-319262 (Patent Document 1)).
本発明者らは、光反応基の特徴と提示ファージパニングとの組み合わせによる技術革新を期待し予備的な実験を行った。化学的選択性のある官能基をもつ光反応基を固相上に固定化し、この官能基を頼りに糖鎖リガンドまたはペプチドリガンドを導入した固相を製作した。この予備的な実験結果から提示ファージを固相上に共有結合で固定化できること、また、この固相上からファージを回収できることが明らかになった。しかし、この方法は固相上に固定化できた光反応性リガンドの量に限界があったため、固定化されたリガンド量は1cm2あたり数千個の提示ファージを一度にスクリーニングできる量に留まった。このため、固相上のリガンド量が不十分なことが影響したと考えられるファージ捕捉量の不足が問題となり、実際のパニングに使用するにはその数百倍の面積が必要なため、実用的技術として確立するには至らなかった。(Y. Sadakane, H. Nakashima, J. -J. Park, K. Nakagomi, Y. Hatanaka (2002) EFFICIENT CLONING OF CARBOHYDRATE BINDING PROTEINS. Photomedicine and Photobiology 23, 83-84(非特許文献11),Y. Sadakane, H. Nakashima, J.-J Park, Y. Hatanaka (2002) Preparation of solid photo-crosslinking matrix and application to photo-panning of displayed phages. Photomedicine and Photobiology 24, 85-86.(非特許文献12))
目的の提示ファージを単離する技術であるパニング法は、それまで知られていたスクリーニング法に比べれば画期的であり、様々な分野で応用できると考えられた。しかし、実際には使用範囲は限られている。これには、主に二つの原因があるとされる。1つ目は、目的の提示ファージを単離できるかは、リガンドと提示したタンパク質やペプチドとの親和性で決まってしまうことである。実際のパニング法では、両者間の親和性がかなり強くないと、再現性の良いパニング操作ができず、濃縮効率も安定しないことが知られている。これに対する改善策として、主に提示ファージ発現系の改良が進められており、発現するタンパク質数を増やすなどの工夫がなされている。しかし、一般的な手法とはなっていない。2つ目は、パニング操作後に行うファージの増幅で、ファージ間で生長差が生じることである。特に、タンパク質など大きな分子をファージに提示させると生長差が顕著となり、圧倒的に野生型に近いファージがマジョリティーとなることが知られている。これらの理由で数回のパニング操作を繰り返すうちに目的の提示ファージはどこかにいってしまい、野生型のファージが最終的に単離されてしまうといった問題があることが長い間指摘されている。 The panning method, which is a technique for isolating the target display phage, is epoch-making compared to the screening methods known so far, and is considered to be applicable in various fields. However, the range of use is actually limited. There are two main reasons for this. First, whether or not the target display phage can be isolated is determined by the affinity between the ligand and the displayed protein or peptide. In the actual panning method, it is known that if the affinity between the two is not very strong, panning operation with good reproducibility cannot be performed and the concentration efficiency is not stable. As an improvement measure against this, improvement of the display phage expression system is being promoted mainly, and contrivances such as increasing the number of expressed proteins have been made. However, it is not a general method. Second, the amplification of the phages performed after the panning operation causes a difference in growth between the phages. In particular, it is known that when a large molecule such as a protein is displayed on a phage, the difference in growth becomes remarkable, and a phage that is overwhelmingly wild-type becomes dominant. For these reasons, it has been pointed out for a long time that there is a problem that the target display phage goes somewhere after repeated panning operations several times, and the wild-type phage is finally isolated. .
上記の問題点を解決するためには、リガンドと提示ファージ間の親和性に頼らない選別法を開発し、非特異的な結合で残ってしまう野生株に近いファージを徹底的に排除する必要がある。この解決法を実現する手段として、光反応基を利用したパニング法を着想した。本発明者らは予備的な実験として、提示ファージが固相上に配列した光反応性リガンドにより固定化できることを既に明らかにしている。しかし、この方法は固相上に固定化できた光反応性リガンドの量に限界があったため、標準的なファージライブラリーを対象としたパニングに使用する目的には、その数百cm2の固相面積が必要なため、実用的技術として確立するには至らず、方法論的可能性を示唆するに留まった。In order to solve the above problems, it is necessary to develop a selection method that does not rely on the affinity between the ligand and the displayed phage, and to thoroughly eliminate phages that are close to wild strains that remain due to nonspecific binding. is there. As a means to realize this solution, the idea of panning using a photoreactive group was conceived. As a preliminary experiment, the present inventors have already clarified that the display phage can be immobilized by a photoreactive ligand arranged on a solid phase. However, this reason the method is that there is a limit to the amount of the photoreactive ligand that could be immobilized on a solid phase, the purpose of using the panning intended for standard phage libraries, the several hundred cm 2 solid Because the phase area is necessary, it has not been established as a practical technique, but only suggests a methodological possibility.
本発明は、上記の解決法を実現することを目的とし、タンパク質やペプチドなどをファージ表面に提示したファージライブラリーから、目的のタンパク質やペプチドを提示したファージをスクリーニングする方法である。充分量の光反応性リガンドを介し、ファージライブラリーから目的の提示ファージを効率よくマトリックス上に特異的に釣り上げ、かつ確実に単離できる実用的方法を提供し、リガンドに対して相互作用するタンパク質またはペプチドを、従来法に比べてより確実にスクリーニングする方法を提供することを目的とする。 The present invention aims at realizing the above-mentioned solution, and is a method for screening a phage displaying a target protein or peptide from a phage library displaying the protein or peptide on the phage surface. A protein that interacts with a ligand by providing a practical method for efficiently and specifically isolating a target display phage from a phage library on a matrix through a sufficient amount of a photoreactive ligand. Alternatively, it is an object to provide a method for screening a peptide more reliably than in the conventional method.
本発明者らは、従来のパニング法において、光反応性のリガンドを利用することで、目的の提示ファージを効率よく、かつ確実に単離できることを見いだして本発明を完成させた。 The present inventors have completed the present invention by finding that a target display phage can be isolated efficiently and reliably by using a photoreactive ligand in a conventional panning method.
上記課題を解決するための本発明は以下のとおりである。
[1]光反応基を有する光反応性リガンドと、タンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージを液相中で混合し、
光反応性リガンドの光反応基に対する活性光を照射し、
光反応性リガンドを固相に固定化し、
光反応性リガンドを固定化した固相を洗浄し、
固相に固定化された光反応性リガンドと結合したタンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージを回収することを含む
光反応性リガンドに対して相互作用するタンパク質またはペプチドをスクリーニングする方法。
[2]光反応性リガンドが光反応性ペプチド、光反応性タンパク質、光反応性核酸または光反応性糖鎖である[1]に記載の方法。
[3]光反応基がジアジリン基である[1]または[2]に記載の方法。
[4]光反応性リガンドの固相への固定化をビオチン−アビジンまたはストレプトアビジン系、Hisタグ−ニッケル系、ホウ素−ヒドロキサム酸キレート系、または抗原−抗体系を用いて行う[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[5](1)光反応性リガンドがビオチンを有し、固相はアビジンまたはストレプトアビジンを被覆したものであり、(2)光反応性リガンドがHisタグを有し、固相はニッケルを被覆したものであり、(3)光反応性リガンドがヒドロキサム酸キレートを有し、固相はホウ素を被覆したものであり、及び(4)光反応性リガンドが抗原を有し、固相は抗体を被覆したものであるのいずれかである[4]に記載の方法。
[6]固相が磁気ビーズ、または基板である[1]〜[5]のいずれかに記載の方法。
[7]固相に固定化された光反応性リガンドと結合したタンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージの回収を、磁気ビーズを回収することで行う[6]に記載の方法。
[8]洗浄は、界面活性剤を用い行う[1]〜[7]のいずれかに記載の方法。
[9]回収したタンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージのDNAを同定することで、タンパク質またはペプチドを同定する[1]〜[8]のいずれかに記載の方法。
[10]回収したタンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージを増殖させ、増殖させたタンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージを用いて、[1]に記載された光反応性リガンドとの液相中での混合、活性光の照射、固相への光反応性リガンドの固定化、固相の洗浄、および固相に固定化された光反応性リガンドと結合したタンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージの回収を少なくとも1回行う、[1]〜[8]のいずれかに記載の方法。
[11]回収したタンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージのDNAを同定することで、タンパク質またはペプチドを同定する[10]に記載の方法。
[12]光反応性リガンドに対して相互作用するタンパク質またはペプチドをスクリーニングするために用いるキットであって、
光反応基を有する光反応性リガンドと前記光反応性リガンドを固定化する固相を含む前記キット。
[13]光反応性リガンドが光反応性ペプチド、光反応性タンパク質、光反応性核酸または光反応性糖鎖である[12]に記載のキット。
[14]光反応基がジアジリン基である[12]または[13]に記載のキット。
[15]光反応性リガンドを固定化する固相は、ビオチン−アビジン若しくはストレプトアビジン系、Hisタグ−ニッケル系、ホウ素−ヒドロキサム酸キレート系、または抗原−抗体系を用いて光反応性リガンドを固定化するものである[12]〜[14]のいずれかに記載のキット。
[16](1)光反応性リガンドがビオチンを有し、固相はアビジンまたはストレプトアビジンを被覆したものであり、(2)光反応性リガンドがHisタグを有し、固相はニッケルを被覆したものであり、(3)光反応性リガンドがヒドロキサム酸キレートを有し、固相はホウ素を被覆したものであり、及び(4)光反応性リガンドが抗原を有し、固相は抗体を被覆したものであるのいずれかである[15]に記載のキット。
[17]固相が磁気ビーズ、または基板である[12]〜[16]のいずれかに記載のキット。
[18]光反応性リガンドを固定化した固相を洗浄するための洗浄剤をさらに含む[12]〜[17]のいずれかに記載のキット。
[19][1]〜[11]のいずれかの方法において使用される、[12]〜[18]のいずれかに記載のキット。
[20]光反応基を有する化合物、リガンド標識物質および光反応装着溶液を含む、光反応基を有する光反応性リガンドを作製するためのキット。
[21]光反応基を有する化合物は、以下の一般式(C)で示されるフェニルジアジリン化合物である[20]に記載のキット。
[22]リガンド標識物質は、ビオチン、ヒスチジンタグ(Hisタグ)、ヒドロキサム酸キレートまたは抗原である[20]または[21]に記載のキット。
[23]タンパク質提示ファージ希釈溶液および光反応性リガンド溶液を含む、バリデーションするためのキット。
The present invention for solving the above problems is as follows.
[1] A photoreactive ligand having a photoreactive group and a protein-displayed phage or peptide-displayed phage are mixed in a liquid phase,
Irradiate an active light to the photoreactive group of the photoreactive ligand,
Immobilize the photoreactive ligand on the solid phase,
Washing the solid phase with immobilized photoreactive ligand,
A method for screening a protein or peptide that interacts with a photoreactive ligand, comprising recovering a protein-displayed phage or peptide-displayed phage bound to a photoreactive ligand immobilized on a solid phase.
[2] The method according to [1], wherein the photoreactive ligand is a photoreactive peptide, a photoreactive protein, a photoreactive nucleic acid, or a photoreactive sugar chain.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the photoreactive group is a diazirine group.
[4] Immobilization of a photoreactive ligand to a solid phase is performed using a biotin-avidin or streptavidin system, a His tag-nickel system, a boron-hydroxamic acid chelate system, or an antigen-antibody system [1] to [ The method according to any one of [3].
[5] (1) The photoreactive ligand has biotin and the solid phase is coated with avidin or streptavidin. (2) The photoreactive ligand has a His tag and the solid phase is coated with nickel. (3) the photoreactive ligand has a hydroxamic acid chelate, the solid phase is coated with boron, and (4) the photoreactive ligand has an antigen, and the solid phase contains an antibody. The method according to [4], which is any one coated.
[6] The method according to any one of [1] to [5], wherein the solid phase is a magnetic bead or a substrate.
[7] The method according to [6], wherein the protein-displayed phage or peptide-displayed phage bound to the photoreactive ligand immobilized on the solid phase is recovered by recovering the magnetic beads.
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein the cleaning is performed using a surfactant.
[9] The method according to any one of [1] to [8], wherein the protein or peptide is identified by identifying the DNA of the recovered protein-displayed phage or peptide-displayed phage.
[10] Proliferating the recovered protein-displayed phage or peptide-displayed phage, and using the propagated protein-displayed phage or peptide-displayed phage, mixing in a liquid phase with the photoreactive ligand described in [1], At least one irradiation of active light, immobilization of photoreactive ligand on solid phase, washing of solid phase, and recovery of protein- or peptide-displayed phage bound to photoreactive ligand immobilized on solid phase The method according to any one of [1] to [8], which is performed.
[11] The method according to [10], wherein the protein or peptide is identified by identifying the DNA of the recovered protein-displayed phage or peptide-displayed phage.
[12] A kit used for screening a protein or peptide that interacts with a photoreactive ligand,
The kit comprising a photoreactive ligand having a photoreactive group and a solid phase on which the photoreactive ligand is immobilized.
[13] The kit according to [12], wherein the photoreactive ligand is a photoreactive peptide, a photoreactive protein, a photoreactive nucleic acid, or a photoreactive sugar chain.
[14] The kit according to [12] or [13], wherein the photoreactive group is a diazirine group.
[15] The photoreactive ligand is immobilized using a biotin-avidin or streptavidin system, His tag-nickel system, boron-hydroxamic acid chelate system, or antigen-antibody system. The kit according to any one of [12] to [14], wherein
[16] (1) The photoreactive ligand has biotin and the solid phase is coated with avidin or streptavidin. (2) The photoreactive ligand has a His tag and the solid phase is coated with nickel. (3) the photoreactive ligand has a hydroxamic acid chelate, the solid phase is coated with boron, and (4) the photoreactive ligand has an antigen, and the solid phase contains an antibody. The kit according to [15], which is either coated.
[17] The kit according to any one of [12] to [16], wherein the solid phase is a magnetic bead or a substrate.
[18] The kit according to any one of [12] to [17], further comprising a cleaning agent for cleaning the solid phase on which the photoreactive ligand is immobilized.
[19] The kit according to any one of [12] to [18], which is used in the method according to any one of [1] to [11].
[20] A kit for producing a photoreactive ligand having a photoreactive group, comprising a compound having a photoreactive group, a ligand labeling substance, and a photoreaction mounting solution.
[21] The kit according to [20], wherein the compound having a photoreactive group is a phenyldiazirine compound represented by the following general formula (C).
[22] The kit according to [20] or [21], wherein the ligand labeling substance is biotin, a histidine tag (His tag), a hydroxamic acid chelate or an antigen.
[23] A kit for validation comprising a protein-displayed phage dilution solution and a photoreactive ligand solution.
本発明により、従来のパニング法と比較して約1000倍もの濃縮効果をもつパニング法を提供できる。光反応性のリガンドは、それと親和性のある提示ファージを共有結合で捉えることが可能である。この不可逆的な結合により、強力な洗浄を行っても、目的の提示ファージを逃すことがなく、かつ、非特異的に吸着した提示ファージのほとんどを取り除くことが可能となる。提示ファージを捉える光反応は、光反応基がジアジリン基である場合、360nm付近の光で効率良く、しかも極めて速くおこる。また、この光反応は、提示ファージにダメージを与えることはなく、パニング法に必要なファージの増殖能には影響を与えない。 According to the present invention, it is possible to provide a panning method having a concentration effect approximately 1000 times that of the conventional panning method. A photoreactive ligand can capture a display phage having an affinity for it with a covalent bond. This irreversible binding makes it possible to remove most of the display phages adsorbed non-specifically without missing the target display phages even after powerful washing. When the photoreactive group is a diazirine group, the photoreaction that captures the display phage occurs efficiently and extremely quickly with light near 360 nm. In addition, this photoreaction does not damage the display phage and does not affect the growth ability of the phage necessary for the panning method.
さらに、強力な洗浄操作が可能となることで、従来のパニング法の洗浄のように経験的な感が必要となくなる。その結果、リガンドに対して相互作用するタンパク質またはペプチドをより効率的に、かつ確実にスクリーニングすることができる。さらに、提示ファージの単離操作を機械化することが可能である。特に、近年、開発が進められている抗体提示ファージの単離法として、パニング操作の機械化は経済的にも意味があるといえる。 Furthermore, since a powerful cleaning operation can be performed, an empirical feeling is not required as in the case of conventional panning cleaning. As a result, proteins or peptides that interact with the ligand can be screened more efficiently and reliably. Furthermore, it is possible to mechanize the isolation operation of the display phage. In particular, mechanization of the panning operation is economically meaningful as a method for isolating antibody-displayed phages that have been developed in recent years.
[スクリーニング方法]
本発明は、光反応性リガンドに対して相互作用するタンパク質またはペプチドをスクリーニングする方法であり、この方法は、
(1)光反応基を有する光反応性リガンドと、タンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージを液相中で混合し、
(2)光反応性リガンドの光反応基に対する活性光を照射し、
(3)光反応性リガンドを固相に固定化し、
(4)光反応性リガンドを固定化した固相を洗浄し、
(5)固相に固定化された光反応性リガンドと結合したタンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージを回収することを含む。[Screening method]
The present invention is a method for screening proteins or peptides that interact with a photoreactive ligand, the method comprising:
(1) A photoreactive ligand having a photoreactive group and a protein-displayed phage or peptide-displayed phage are mixed in a liquid phase,
(2) irradiating the photoreactive ligand with actinic light to the photoreactive group,
(3) Immobilizing the photoreactive ligand on the solid phase,
(4) Wash the solid phase on which the photoreactive ligand is immobilized,
(5) collecting the protein-displayed phage or peptide-displayed phage bound to the photoreactive ligand immobilized on the solid phase.
[光反応性リガンド]
本発明において、光反応性リガンドは、タンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージが提示するタンパク質またはペプチドに対するリガンドであって、光反応基を有するものである。ここで、リガンドとは、例えば、ペプチドまたはタンパク質であり、より具体的には、元の配列にシステイン残基を1つ含むペプチドまたは、システイン残基を1つ導入したペプチド、および、適切部位に光反応性アミノ酸を導入したペプチドがある。さらに、S-S結合に関与していないシステイン残基を含むタンパク質、または、遺伝子改変法などで、新たにシステイン残基を導入したタンパク質がある。これらの性質を満たしていれば、任意の配列のペプチドやタンパク質をリガンドとすることができる。[Photoreactive ligand]
In the present invention, the photoreactive ligand is a ligand for a protein or peptide displayed by a protein-displaying phage or peptide-displaying phage, and has a photoreactive group. Here, the ligand is, for example, a peptide or protein, and more specifically, a peptide having one cysteine residue in the original sequence, a peptide having one cysteine residue introduced therein, and an appropriate site. There are peptides into which photoreactive amino acids have been introduced. Furthermore, there are proteins containing cysteine residues that are not involved in SS binding, or proteins into which cysteine residues have been newly introduced by a genetic modification method or the like. If these properties are satisfied, a peptide or protein having an arbitrary sequence can be used as a ligand.
また、光反応基は、特定波長の光照射で反応性の高い中間体をとる化学反応基であり、その中間体は最寄りの分子と共有結合を結び、安定化する性質をもつ。光反応基の例としては、例えば、ジアジリン基、アジド基、カルボニル基などを挙げることができる。本発明では、光反応基は、ジアジリン基であることが好ましい。 A photoreactive group is a chemical reactive group that takes an intermediate that is highly reactive when irradiated with light of a specific wavelength, and the intermediate has a property of forming a covalent bond with the nearest molecule to stabilize it. Examples of the photoreactive group include a diazirine group, an azide group, and a carbonyl group. In the present invention, the photoreactive group is preferably a diazirine group.
光反応基を装着したリガンドを光反応性リガントと呼び、光反応性リガントとしては、例えば、光反応性ペプチド、光反応性タンパク質、光反応性核酸および光反応性糖鎖を挙げることができる。 A ligand equipped with a photoreactive group is called a photoreactive ligand, and examples of the photoreactive ligand include a photoreactive peptide, a photoreactive protein, a photoreactive nucleic acid, and a photoreactive sugar chain.
[光反応性ペプチドリガンドの作製方法]
光反応性ペプチドリガンドは、リガンドとなり得るペプチドに光反応基を導入することで調製することができる。リガンドとなり得るペプチドへの光反応基の導入は、以下の2つの方法を挙げることができる。[Method for producing photoreactive peptide ligand]
A photoreactive peptide ligand can be prepared by introducing a photoreactive group into a peptide that can be a ligand. The following two methods can be used to introduce a photoreactive group into a peptide that can be a ligand.
1つは、システイン残基を介して、光反応基を導入する方法であり、もう1つは、光反応性アミノ酸を利用して製作する方法である。ペプチドリガンドにシステイン残基を含む配列では、それを介して光反応基を導入することができる。また、システイン残基を含まない配列のリガンドでは、任意の位置にシステイン残基を導入して、光反応基を結合させることができる。光反応性アミノ酸を利用すれば、ペプチド合成機などを使用し光反応性ペプチドを合成することができる。 One is a method for introducing a photoreactive group through a cysteine residue, and the other is a method for producing using a photoreactive amino acid. In a sequence containing a cysteine residue in the peptide ligand, a photoreactive group can be introduced through the sequence. Further, in the case of a ligand having a sequence not containing a cysteine residue, a photoreactive group can be bound by introducing a cysteine residue at an arbitrary position. If a photoreactive amino acid is used, a photoreactive peptide can be synthesized using a peptide synthesizer or the like.
以下に光反応性カルモジュリン結合ペプチドリガンドを例に、光反応性ペプチドリガンドの調製方法をさらに説明する。 Hereinafter, the method for preparing a photoreactive peptide ligand will be further described with reference to a photoreactive calmodulin-binding peptide ligand as an example.
カルモジュリン結合ペプチド(17残基)をテンプレートに、2種類の光反応性カルモジュリン結合ペプチドリガンドを製作した例である。
光反応性ペプチドリガンドは、以下の配列1のカルモジュリン結合ペプチドをもとに製作した。このペプチドはカルモジュリンタンパク質を認識し特異的に結合することが確かめられている。配列2および配列4で示した、製作方法の異なる2つの光反応性ペプチドを合成した。1つは、N末端から3つ目のトリプトファンを、光反応性アミノ酸tmd(Phe)で置き換えたペプチドを合成し、N末端をビオチン化した光反応性ペプチドである。(配列2)。配列2の下にその化学構造を示した。tmd(Phe)(化合物1)のアミノ基にFmoc保護基を付けたFmoc-tmd(Phe)(化合物2)を用い、ペプチド合成機で光反応性ペプチドを製作した。もう1つは、N末端から3つ目のトリプトファンを、システインに置き換えたペプチドを合成し(配列3)、N末端をビオチン化した後、化合物3に示されるジアジリンをチオール結合で導入した光反応性ペプチドである(配列4)。合成した2種類の光反応性カルモジュリン結合ペプチドは、HPLCで精製し使用した。In this example, two types of photoreactive calmodulin-binding peptide ligands were produced using a calmodulin-binding peptide (17 residues) as a template.
A photoreactive peptide ligand was prepared based on the calmodulin-binding peptide of the following sequence 1. This peptide has been confirmed to recognize and specifically bind calmodulin protein. Two photoreactive peptides shown in Sequence 2 and Sequence 4 with different production methods were synthesized. One is a photoreactive peptide obtained by synthesizing a peptide in which the third tryptophan from the N-terminus is replaced with a photoreactive amino acid tmd (Phe) and biotinylating the N-terminus. (Sequence 2). The chemical structure is shown under Sequence 2. Using Fmoc-tmd (Phe) (compound 2) in which the Fmoc protecting group was added to the amino group of tmd (Phe) (compound 1), a photoreactive peptide was prepared with a peptide synthesizer. The other is to synthesize a peptide in which the third tryptophan from the N-terminus is replaced with cysteine (sequence 3), biotinylate the N-terminus, and then introduce the diazirine shown in compound 3 with a thiol bond. Sex peptide (sequence 4). The two types of photoreactive calmodulin-binding peptides synthesized were purified by HPLC and used.
〔光反応性タンパク質リガンドの製作方法〕
光反応性タンパク質リガンドは、カルモジュリンに光反応基を装着することで製作できる。タンパク質リガンドは、Cys残基を導入した組換えカルモジュリンタンパク質(分子量約2万)を大腸菌で製作し、作製したタンパク質に光反応基を装着する。光反応基を導入する部位を変えた3種類の光反応性カルモジュリンタンパク質リガンドの作製例を以下に示す。[Production method of photoreactive protein ligand]
A photoreactive protein ligand can be produced by attaching a photoreactive group to calmodulin. For protein ligands, recombinant calmodulin protein (molecular weight of about 20,000) with Cys residues introduced is produced in E. coli, and a photoreactive group is attached to the produced protein. Examples of production of three types of photoreactive calmodulin protein ligands with different sites for introducing photoreactive groups are shown below.
システイン残基に特異的に結合するジアジリンチオスルフォネート(diazirine thiosulfonate)(化合物3)を、遺伝子改変で導入したシステイン残基へ装着することで作製した。光反応基の導入部位の異なる3種類の光反応性カルモジュリンタンパク質を製作した。カルモジュリンとその結合ペプチドであるMLCK断片ペプチドの立体構造解析結果(PDB: ICDL)から、26、75、115番目のアミノ酸がMLCK断片ペプチドを中心にそれぞれ別の位置にあることがわかる。それぞれのアミノ酸をシステインに変換して、化合物3を装着した。その後、それぞれをビオチン化した。下記の(模式図1)はカルモジュリンタンパク質と115番目のリジンの位置を示している。カルモジュリンはもともとシステイン残基を含まないタンパク質である。遺伝子を改変で、N末端に6個のヒスチジンをもち、26、75、115番目のアミノ酸をシステインに変異させたカルモジュリンを大腸菌で作製した(模式図2)。6個のヒスチジンは発現タンパク質の精製に必要なタグである。カルモジュリン結合ペプチド提示ファージとSタグ提示ファージを用いて、実施例において、評価実験を行った。 It was prepared by attaching diazirine thiosulfonate (compound 3), which specifically binds to a cysteine residue, to the cysteine residue introduced by genetic modification. Three types of photoreactive calmodulin proteins with different photoreactive group introduction sites were prepared. From the three-dimensional structure analysis result (PDB: ICDL) of the MLCK fragment peptide that is calmodulin and its binding peptide, it can be seen that the 26th, 75th, and 115th amino acids are in different positions with the MLCK fragment peptide as the center. Each amino acid was converted to cysteine and mounted with compound 3. Thereafter, each was biotinylated. The following (Scheme 1) shows the positions of the calmodulin protein and the 115th lysine. Calmodulin is a protein that originally does not contain cysteine residues. Calmodulin was prepared in Escherichia coli by modifying the gene, having 6 histidines at the N-terminus and mutating amino acids 26, 75 and 115 to cysteine (scheme 2). Six histidines are tags required for purification of the expressed protein. In the examples, evaluation experiments were performed using calmodulin-binding peptide-displayed phages and S-tag-displayed phages.
具体的には、精製した発現タンパク質(2mg/ml)0.5mLと化合物3(1mol/L)0.015mLとアセトニトリル0.5mLを混ぜ、4℃で一晩おき、模式図3に示したタンパク質を製作した。余分な試薬はゲルろ過で除いた。精製した光反応性カルモジュリンとビオチンOSuをpH9.0の条件下で4℃一晩静置し、ビオチン化光反応性カルモジュリンを製作した。余分な試薬はゲルろ過で取り除いて、ビオチン化光反応性カルモジュリンを得た。(模式図4)カルモジュリン1分子にビオチンが何個ついているかは、ビオチン量を2-hydroxyazobenzene-4'-carboxylic acid (HABA)を使用した定量法で決定し、カルモジュリン量と比較することによって測定することができる。 Specifically, 0.5 mL of purified expressed protein (2 mg / ml), 0.015 mL of compound 3 (1 mol / L) and 0.5 mL of acetonitrile were mixed and left overnight at 4 ° C. to produce the protein shown in schematic diagram 3. . Excess reagent was removed by gel filtration. The purified photoreactive calmodulin and biotin OSu were allowed to stand at 4 ° C overnight under the condition of pH 9.0 to produce biotinylated photoreactive calmodulin. Excess reagent was removed by gel filtration to obtain biotinylated photoreactive calmodulin. (Scheme 4) How many biotins are attached to one calmodulin molecule is determined by determining the amount of biotin by a quantitative method using 2-hydroxyazobenzene-4'-carboxylic acid (HABA) and comparing it with the amount of calmodulin. be able to.
[光反応性核酸]
光反応性核酸リガンドは、例えば、光反応基を有する DNA、RNA、PNAなど少なくとも1つの核酸のリン酸基がチオリン酸基を有する核酸に光反応基を装着したものであることができる。[Photoreactive nucleic acid]
The photoreactive nucleic acid ligand can be, for example, one obtained by attaching a photoreactive group to a nucleic acid in which the phosphate group of at least one nucleic acid such as DNA, RNA, or PNA having a photoreactive group has a thiophosphate group.
光反応性核酸リガンドは、少なくとも1つの核酸のリン酸基がチオリン酸基とチオリン酸基のチオール基と反応性の基を有するフェニルジアジリン化合物とを反応させることで製作することができる。DNAおよびRNAにおいて、チオリン酸基を有するものは、公知であり、下記文献に記載の公知の方法により適宜合成できる。(Zon, G.; Geiser, T.G. (1991) Phosphorothioate oligonucleotides: chemistry, purification, analysis, scale-up and future directions. Anticancer Drug Des. 6:539-568. および Caruthers, M.H.; Beaton, G.; Wu, J.V.; Wiesler, W. (1992) Chemical synthesis of deoxyoligonucleotides and deoxyoligonucleotide analogs. Methods Enzymol. 211:3-20. 参照、それらの全記載は、ここに特に開示として援用される。) The photoreactive nucleic acid ligand can be produced by reacting at least one nucleic acid phosphate group with a thiophosphate group and a phenyldiazirine compound having a reactive group with the thiol group of the thiophosphate group. Among DNA and RNA, those having a thiophosphate group are known and can be appropriately synthesized by known methods described in the following documents. (Zon, G .; Geiser, TG (1991) Phosphorothioate oligonucleotides: chemistry, purification, analysis, scale-up and future directions.Anticancer Drug Des. 6: 539-568. And Caruthers, MH; Beaton, G .; Wu, JV; Wiesler, W. (1992) Chemical synthesis of deoxyoligonucleotides and deoxyoligonucleotide analogs. Methods Enzymol. 211: 3-20. The entire description thereof is hereby specifically incorporated by reference.)
核酸はあらかじめ公知の方法で、ビオチンタグを装着した核酸誘導体とすることができる。(S. Agrawal; C. Christodoulou; MJ Gait (1986) Efficient methods for attaching non-radioactive labels to the 5' ends of synthetic oligodeoxyribonucleotides Nucleic Acids Res. 14: 6227 - 6245. 「Nonisotopic DNA probe techniques」(ed. L.J Kricka) Academic Press, New York 参照、その全記載は、ここに特に開示として援用される。) The nucleic acid can be converted into a nucleic acid derivative equipped with a biotin tag by a known method in advance. (S. Agrawal; C. Christodoulou; MJ Gait (1986) Efficient methods for attaching non-radioactive labels to the 5 'ends of synthetic oligodeoxyribonucleotides Nucleic Acids Res. 14: 6227-6245. "Nonisotopic DNA probe techniques" (ed. LJ (See Kricka) Academic Press, New York, the entire description of which is specifically incorporated herein by reference.)
光反応基であるフェニルジアジリン化合物は、例えば、以下の一般式(C)で示される化合物であることができる。 The phenyldiazirine compound that is a photoreactive group can be, for example, a compound represented by the following general formula (C).
上記式中、R6は、ハロゲン原子(例えば、Cl、Br、I)、またはスルホン酸エステル残基である。スルホン酸エステル残基は、具体的には、メタンスルホニル基あるいはトルエンスルホニル基であることができる。R7は、炭素数1〜6のアルキルチオスルホニル基または炭素数1〜6のアルキルチオ基である。アルキルチオスルホニル基は、RSO2−で示され、Rは例えば、メチル、エチル、プロピルまたはブチルであることができる。アルキルチオ基は、RS−で示され、Rは例えば、メチル、エチル、プロピルまたはブチルであることができる。R8は、Hまたは炭素数1〜6のアルキル基であることができ、アルキル基は、例えば、メチル、エチル、プロピルまたはブチルであることができる。nは1〜6の整数であり、好ましくは1〜4の整数であり、より好ましくは1である。In the above formula, R 6 is a halogen atom (eg, Cl, Br, I), or a sulfonic acid ester residue. Specifically, the sulfonic acid ester residue can be a methanesulfonyl group or a toluenesulfonyl group. R 7 is an alkylthiosulfonyl group having 1 to 6 carbon atoms or an alkylthio group having 1 to 6 carbon atoms. Alkylthio alkylsulfonyl group, RSO 2 - indicated, R is for example, be methyl, ethyl, propyl or butyl. The alkylthio group is represented by RS- and R can be, for example, methyl, ethyl, propyl or butyl. R 8 can be H or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and the alkyl group can be, for example, methyl, ethyl, propyl, or butyl. n is an integer of 1 to 6, preferably an integer of 1 to 4, and more preferably 1.
上記のチオール反応性基を有するフェニルジアジリン化合物と核酸誘導体とを、例えば、50:1〜100:1程度のモル比で混合する。さらに、この混合物に、核酸誘導体に対して50〜100倍のモル比のジイソプロピルエチルアミンを加え、反応はジメチルスルオキシド中、37℃で行うことができる。但し、ジイソプロピルエチルアミンの代りに、N-メチルモルホリン、トリエチルアミン等を用いることもできる。反応溶媒としては、ジメチルスルホキシドの代りに、メタノール、ジメチルホルムアミド等を用いることもできる。反応温度は、37℃を含む、例えば、4〜70℃の範囲とすることができる。 The above-mentioned phenyldiazirine compound having a thiol-reactive group and a nucleic acid derivative are mixed at a molar ratio of, for example, about 50: 1 to 100: 1. Furthermore, diisopropylethylamine in a molar ratio of 50 to 100 times with respect to the nucleic acid derivative is added to this mixture, and the reaction can be carried out in dimethyl sulfoxide at 37 ° C. However, N-methylmorpholine, triethylamine or the like can be used instead of diisopropylethylamine. As the reaction solvent, methanol, dimethylformamide or the like can be used instead of dimethyl sulfoxide. The reaction temperature can be in the range of, for example, 4 to 70 ° C., including 37 ° C.
フェニルジアジリン化合物の濃度は、例えば、0.1〜0.5mMの範囲とすることが適当である。反応時間はフェニルジアジリン化合物の種類によるが、例えば、数10分から数時間程度であることができる。反応後は液体窒素中で保存し、過剰な反応を起こさないようにすることが好ましい。産物であるフェニルジアジリン付加核酸誘導体は、例えば、高速液体クロマトグラフィーで精製することができる。高速液体クロマトグラフィー以外も、例えば、電気泳動等で精製することもできる。 The concentration of the phenyldiazirine compound is suitably in the range of 0.1 to 0.5 mM, for example. The reaction time depends on the type of the phenyldiazirine compound, but can be, for example, about several tens of minutes to several hours. It is preferable to store in liquid nitrogen after the reaction so as not to cause excessive reaction. The product phenyldiazirine-added nucleic acid derivative can be purified by, for example, high performance liquid chromatography. In addition to high performance liquid chromatography, for example, it can be purified by electrophoresis or the like.
[光反応性糖鎖]
光反応性糖鎖リガンドは、アルデヒド末端をもつ様々な単糖またはオリゴ糖であることができる。単糖では、ピラノース環、フラノース環をもつ、例えば、グルコピラノース(グルコース)、グルコフラノースや、エピマーであるガラクトース、マンノースなどが例としてあげられる。オリゴ糖では、マルトース、スクロース、ラクトースなどの二糖類から、ルイスXなどの多糖類が例としてあげられる。アルデヒド末端を有する糖であれば、光反応性糖鎖リガンドを製作できるので、上記の例に限定される意味ではない。[Photoreactive sugar chain]
The photoreactive sugar chain ligand can be various monosaccharides or oligosaccharides having an aldehyde terminus. Examples of monosaccharides include a pyranose ring and a furanose ring, such as glucopyranose (glucose), glucofuranose, and epimers such as galactose and mannose. Examples of the oligosaccharide include polysaccharides such as Lewis X from disaccharides such as maltose, sucrose, and lactose. Any sugar having an aldehyde terminal can be used to produce a photoreactive sugar chain ligand, and is not limited to the above example.
光反応性糖鎖リガンドは、糖鎖のアルデヒド末端に、以下の論文に示された方法で、光反応基とビオチンを同時に装着することができる。(Hatanaka, Y., Kempin, U., Park, JJ. One-step synthesis of biotinyl photoprobes from unprotected carbohydrates. J. Org. Chem. 65, 5639-5643, 2000(非特許文献9)参照) A photoreactive sugar chain ligand can be simultaneously attached to a photoreactive group and biotin at the aldehyde end of the sugar chain by the method shown in the following paper. (See Hatanaka, Y., Kempin, U., Park, JJ. One-step synthesis of biotinyl photoprobes from unprotected carbohydrates. J. Org. Chem. 65, 5639-5643, 2000 (non-patent document 9))
[タンパク質提示ファージ]
タンパク質提示ファージは、リガンドと相互作用をすると予想されるまたは期待されるタンパク質を表面に提示するファージである。タンパク質は、単独(一種類)であっても、多種類であってもよい。例えば、任意の提示タンパク質がcDNAライブラリーをもとに提示されたファージの集団であってもよく、これを、「ライブラリー」と呼ぶ。[Protein-displaying phage]
A protein-displaying phage is a phage that displays on the surface a protein that is expected or expected to interact with a ligand. The protein may be single (one type) or multiple types. For example, any display protein may be a population of phage displayed based on a cDNA library, which is referred to as a “library”.
ファージの表面に任意のタンパク質やペプチドを提示できる。例えば、「タンパク質提示ファージ」には、ファージの足に提示するタイプ(M13型)と、頭部(図1)に提示するタイプ(T7型)がある。本発明ではいずれの「タンパク質提示ファージ」を用いることもできる。「タンパク質提示ファージ」を用いることで、特定の受容体タンパク質に親和性をもつタンパク質を探し出すことができる。同様に、ペプチド提示ファージを用いることで、特定のリガンドに親和性をもつペプチドを探し出すことができる。 Any protein or peptide can be displayed on the surface of the phage. For example, “protein-displaying phage” includes a type displayed on the foot of the phage (M13 type) and a type displayed on the head (FIG. 1) (T7 type). Any “protein-displayed phage” can be used in the present invention. By using “protein-displaying phage”, a protein having affinity for a specific receptor protein can be searched. Similarly, a peptide having affinity for a specific ligand can be found by using a peptide-displayed phage.
タンパク質またはペプチド提示ファージの調製方法は、常法により行うことができる。提示したいタンパク質及びペプチドは、cDNAを元に製作することができる。cDNAは、臓器などから調製したmRNAから製作することができる。特定の臓器などからcDNAを調製し、タンパク質またはペプチドを提示できるファージ集団(ライブラリー)は、市販品として購入することも可能である。また、ファージに提示されるタンパク質として抗体を挙げることができ、抗体タンパク質を提示したファージは、ファージ抗体とも呼ばれる。ファージ抗体をスクリーニングする場合には、ファージ抗体のライブラリーを用いることができる。 A method for preparing a protein- or peptide-displayed phage can be performed by a conventional method. Proteins and peptides to be presented can be produced based on cDNA. cDNA can be produced from mRNA prepared from an organ or the like. A phage population (library) capable of preparing cDNA from a specific organ or the like and displaying a protein or peptide can also be purchased as a commercial product. Moreover, an antibody can be mentioned as a protein displayed on a phage, and a phage displaying an antibody protein is also called a phage antibody. When screening phage antibodies, a library of phage antibodies can be used.
以下に本発明のフォトパニング法について説明する。
まず、本発明のフォトパニング法について図3を参照して概略説明する。
1.フォトパニング法では光反応性リガンドを使用する(一番左のステップ)。
2.リガンドに親和性のある提示ファージを親和性によりリガンドに結合させ、その瞬間に光照射を行うと、リガンドと提示ファージが共有結合で結ばれる(左から2つめのステップ)。
3.如何なる洗浄条件でも、この非可逆的結合(共有結合)で結ばれたファージは取り除かれることはない。強烈な洗浄により、共有結合で捉えられていない非特異的結合ファージ(リガンドに結合していないファージなど)は取り除かれる(左から3つめのステップ)。
4.捉えられた提示ファージを大腸菌で増殖させ、最初のファージ試料とし、フォトパニングを繰り返すことができる。(左から4つめのステップ)。The photopanning method of the present invention will be described below.
First, the photopanning method of the present invention will be schematically described with reference to FIG.
1. Photoreactive ligands are used in the photopanning method (leftmost step).
2. When a display phage having affinity for a ligand is bound to the ligand by affinity and light irradiation is performed at that moment, the ligand and the display phage are covalently bound (second step from the left).
3. Under any washing conditions, phages linked by this irreversible bond (covalent bond) will not be removed. Intense washing removes non-specifically bound phage that are not captured covalently (such as phage that are not bound to a ligand) (third step from the left).
4. The captured display phage can be propagated in E. coli to make the first phage sample, and photopanning can be repeated. (The fourth step from the left).
さらに、本発明のフォトパニング法を、図4を参照しながら詳細に説明する。尚、本発明のフォトパニング法には、主に、(A)光反応性カルモジュリン結合ペプチドで、カルモジュリン提示ファージを単離するフォトパニング法と(B)光反応性カルモジュリンタンパク質で、カルモジュリン結合ペプチドを提示したファージを単離するフォトパニング法があるが、図4では、(A)の光反応性カルモジュリン結合ペプチドを用いる方法を例に、説明する。 Further, the photopanning method of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The photopanning method of the present invention mainly comprises (A) a photoreactive calmodulin-binding peptide and a photopanning method for isolating a calmodulin-displaying phage, and (B) a photoreactive calmodulin protein and a calmodulin-binding peptide. Although there is a photopanning method for isolating the displayed phage, FIG. 4 illustrates an example of the method using the photoreactive calmodulin-binding peptide (A).
[混合](図4、模式図5)
本発明の方法では、上記光反応性リガンドと、タンパク質提示ファージを液相中で混合する。液相での混合は、以下のように行うことができる。即ち、リガンドと目的とするタンパク質が、生理的に結合できるような条件を満たす溶液を使用する。そこに、光反応性リガンドとタンパク質提示ファージを加え、攪拌させ、混合する。結合を促進させるために、混合後、例えば、37℃で10〜60分程度静置することもできる。これにより、選択効率の向上が可能になる。[Mixing] (FIG. 4, schematic diagram 5)
In the method of the present invention, the photoreactive ligand and protein-displayed phage are mixed in a liquid phase. Mixing in the liquid phase can be performed as follows. That is, a solution that satisfies the condition that the ligand and the target protein can be physiologically bound is used. A photoreactive ligand and protein-displayed phage are added thereto, and the mixture is stirred and mixed. In order to promote the binding, after mixing, for example, it can be allowed to stand at 37 ° C. for about 10 to 60 minutes. Thereby, the selection efficiency can be improved.
光反応性リガンドと、タンパク質提示ファージとを液相中で混合すると、光反応性リガンドとタンパク質提示ファージのタンパク質との親和性が一定以上であれば、相互作用をして複合体を形成することができる。複合体は、タンパク質とリガンド間で生じる、水素結合、疎水性相互作用などの弱い結合(相互作用)で成り立っている。 When a photoreactive ligand and a protein-displayed phage are mixed in a liquid phase, if the affinity between the photoreactive ligand and the protein of the protein-displayed phage exceeds a certain level, they interact to form a complex. Can do. A complex consists of weak bonds (interactions) such as hydrogen bonds and hydrophobic interactions that occur between proteins and ligands.
[活性光照射] (図4、模式図6)
上記混合工程で形成した複合体は、光反応性リガンドの光反応基に対する活性光を照射することで、光反応性リガンドとタンパク質提示ファージとは、共有結合される。これにより、弱い結合(相互作用)で成り立っていた複合体が、共有結合という強い結合で成り立つものとなる。活性光の照射は、以下のように行うことができる。[Activation light irradiation] (FIG. 4, schematic diagram 6)
The complex formed in the above mixing step is irradiated with active light for the photoreactive group of the photoreactive ligand, whereby the photoreactive ligand and the protein-displayed phage are covalently bound. As a result, a complex formed by a weak bond (interaction) is formed by a strong bond called a covalent bond. Irradiation with active light can be performed as follows.
[光の照射条件]
活性光の波長は、使用する光反応基で異なるがジアジリンの場合は、360nmが最大波長の光を使用する。実験では、市販のUV-Aランプを用いて活性光を照射した。このランプは、最大波長360nmをもつランプである。光反応基がジアジリン以外の場合、各光反応基の種類に応じて照射する活性光の波長は適宜選択できる。[Light irradiation conditions]
The wavelength of the active light varies depending on the photoreactive group used, but in the case of diazirine, light having a maximum wavelength of 360 nm is used. In the experiment, active light was irradiated using a commercially available UV-A lamp. This lamp is a lamp having a maximum wavelength of 360 nm. When the photoreactive group is other than diazirine, the wavelength of the active light to be irradiated can be appropriately selected according to the type of each photoreactive group.
溶液中で形成された複合体に、活性光をあて共有結合を形成する。360nmの光は溶液には、ほとんど吸収されず、光をさえぎることなく各成分へ照射が行き届くと考えられる。光照射は溶液の上部と下部の両方から、それぞれ例えば、30W/m2の強度で照射し光反応を促進することができる。光の強度は、溶液の組成等を考慮して適宜決定できる。The complex formed in the solution is irradiated with active light to form a covalent bond. It is thought that 360 nm light is hardly absorbed by the solution, and irradiation reaches each component without blocking the light. Light irradiation can be performed from both the upper and lower parts of the solution at an intensity of, for example, 30 W / m 2 to promote the photoreaction. The intensity of light can be appropriately determined in consideration of the composition of the solution.
ジアジリンの光化学的性質により、比較的短い照射時間で共有結合を形成できる。照射時間は、評価実験(1)実験1の図6で検討した結果から、1分で充分であるが、より共有結合形成を完全なものにするために例えば、2分間とすることが適当である。但し、2分間に限定される意図ではない。この条件で、活性光を10分間、ファージに照射しても、その後のファージの生存率には変化がなかった。したがって、照射時間は、例えば、10分間以下の範囲で適宜決定することができる。 Due to the photochemical nature of diazirine, covalent bonds can be formed in a relatively short irradiation time. As for the irradiation time, 1 minute is sufficient from the result of the evaluation experiment (1) in FIG. 6 of Experiment 1. However, in order to complete the covalent bond formation, for example, 2 minutes is appropriate. is there. However, it is not intended to be limited to 2 minutes. Under these conditions, irradiation with active light for 10 minutes did not change the viability of subsequent phages. Therefore, the irradiation time can be appropriately determined within a range of 10 minutes or less, for example.
次いで、共有結合した複合体が有する光反応性リガンドを固相に固定化する。固定化は、例えば、ビオチン−アビジン系、Hisタグ−ニッケルキレート系、ホウ素−ヒドロキサム酸キレート系、抗原−抗体反応系などを用いて行うことができる。 Next, the photoreactive ligand possessed by the covalently bound complex is immobilized on a solid phase. Immobilization can be performed using, for example, a biotin-avidin system, a His tag-nickel chelate system, a boron-hydroxamic acid chelate system, an antigen-antibody reaction system, or the like.
あらかじめ光反応性リガンドを固定化しておいたものでは、結合する提示ファージとの自由な接触が阻害され、パニング効率が減少すると考えられる。そこで、本発明では、例えば、光反応性リガンドを例えば、ビオチン化し、このタグを用いてアビジンで固定化する方法を用いることができる。これにより、光反応性リガンドと提示ファージが溶液中で自由に接触できるようになり、特異的な提示ファージとの親和性による結合を促進できると考えられる。 In the case where a photoreactive ligand is immobilized in advance, free contact with the binding display phage is inhibited, and it is considered that panning efficiency is reduced. Therefore, in the present invention, for example, a method can be used in which a photoreactive ligand is biotinylated, for example, and immobilized with avidin using this tag. Thereby, the photoreactive ligand and the display phage can be freely contacted in the solution, and it is considered that the binding by the affinity with the specific display phage can be promoted.
固相は、例えば、磁気ビーズ、基板等であることができる。さらに固相は、上記固定化に利用できるいずれかの機能を有するものである。例えば、光反応性リガンドがビオチンを有する場合、固相はアビジンまたはストレプトアビジンを被覆したものであることができる。それ以外の固相としては、光反応性リガンドがHisタグを有する場合、固相はニッケルを被覆したものであり、光反応性リガンドがヒドロキサム酸キレートを有する場合、固相はホウ素を被覆したものであり、光反応性リガンドが抗原を有する場合、固相は抗体を被覆したものであることができる。 The solid phase can be, for example, a magnetic bead, a substrate, or the like. Furthermore, the solid phase has any function that can be used for the immobilization. For example, if the photoreactive ligand has biotin, the solid phase can be avidin or streptavidin coated. As other solid phases, when the photoreactive ligand has a His tag, the solid phase is coated with nickel, and when the photoreactive ligand has a hydroxamic acid chelate, the solid phase is coated with boron. When the photoreactive ligand has an antigen, the solid phase can be coated with an antibody.
[固定化アビジンの性状](図4、模式図7)
複合体は、例えば、光反応性リガンドに導入されているビオチンをタグとして、固定化アビジンで回収できる。固定化アビジンには様々な種類があるが、例えば、ポリスチレンプレートに固定化されているアビジン、及び磁気ビーズに固定化されているアビジンを用いることができる。ビオチン−アビジン系以外の系による固定化でも同様である。[Properties of immobilized avidin] (FIG. 4, schematic diagram 7)
The complex can be recovered with immobilized avidin using, for example, biotin introduced into the photoreactive ligand as a tag. There are various types of immobilized avidin. For example, avidin immobilized on a polystyrene plate and avidin immobilized on a magnetic bead can be used. The same applies to immobilization by a system other than the biotin-avidin system.
〔プレート固定化アビジン〕
プレート固定化アビジンはプレート上で洗浄するため、バックグランドは非常に少なく、安定した回収効率を示す。磁気ビーズと比較しても1/10倍程度のバックグランドが得られる。(結果は評価実験(5)表3を参照)[Plate immobilized avidin]
Since the plate-immobilized avidin is washed on the plate, the background is very small and stable recovery efficiency is exhibited. A background that is about 1/10 times that of magnetic beads can be obtained. (See Table 3 for the results of the evaluation experiment (5))
但し、固定化できるリガンド量に限りがあり、ライブラリーのスクリーニングには向かないことがある。プレート固定化アビジンは市販されているアビジン固定化プレートは96ウェルなどの形態をとっており、プレート上に固定化されているアビジン量は、少なく(60 pmol/well)、そのため、固定化できる光反応性リガンド量も少なくなってしまう傾向がある。回収するビオチン量に比べて、数倍は多いアビジン量を使用することが一般的であるので、せいぜい30 pmolのリガンドしか使用できない。溶液量を200μLで行うとき、リガンドの濃度は0.15μmol/Lとなる。カルモジュリンとカルモジュリン結合タンパク質のKdは10-7〜10-8であるので、この濃度で分離が可能である。結合タンパク質のKdが、10-7よりも小さなリガンドとの組み合わせには、アビジン磁気ビーズを使用することが好ましい。However, the amount of ligand that can be immobilized is limited, and may not be suitable for library screening. Plate- immobilized avidin is in the form of a 96-well avidin-immobilized plate, and the amount of avidin immobilized on the plate is small (60 pmol / well). There is also a tendency for the amount of reactive ligand to decrease. Since it is common to use an amount of avidin that is several times greater than the amount of biotin to be recovered, only 30 pmol of ligand can be used. When the solution volume is 200 μL, the ligand concentration is 0.15 μmol / L. Since Kd of calmodulin and calmodulin-binding protein is 10 −7 to 10 −8 , separation is possible at this concentration. Preferably, avidin magnetic beads are used in combination with a ligand whose binding protein Kd is less than 10 −7 .
プレート固定化アビジンでは、光反応性リガンドを十分量使用できないため、提示ファージのライブラリーなど、大量のファージからスクリーニングするとき、または、親和性が低いリガンドを使用するときには、アビジン磁気ビーズの使用が好ましい。 Since a sufficient amount of photoreactive ligands cannot be used with plate-immobilized avidin, avidin magnetic beads can be used when screening from large numbers of phage, such as a library of display phages, or when using ligands with low affinity. preferable.
〔アビジン磁気ビーズ〕
アビジン磁気ビーズは、低いバックグランドと大量のアビジン固定化量を併せ持つ磁気ビーズが本発明のフォトパニング法には最適である。例えば、NEB社のStreptavidin Magnetic Beads(ストレプトアビジン磁気ビーズ)メーカコード#S1420Sを使用することができる。アビジン磁気ビーズでは、提示ファージ溶液を完全に取り除くことが可能で、非特異的結合の提示ファージ(バックグランド)が低い。おおよそ1000〜10000個までバックグランドを減らせる。[Avidin magnetic beads]
As the avidin magnetic beads, magnetic beads having a low background and a large amount of avidin immobilized are optimal for the photopanning method of the present invention. For example, NEB Streptavidin Magnetic Beads (Streptavidin Magnetic Beads) manufacturer code # S1420S can be used. With avidin magnetic beads, the display phage solution can be completely removed, and the nonspecific binding display phage (background) is low. The background can be reduced to approximately 1,000 to 10,000.
徹底的な洗浄ができない従来のパニング法では、同じ磁気ビーズを使用しても1000倍程度多いファージ数がバックグランドになる(結果は評価実験(7)表5を参照)。アビジンの固定化量を1000 pmol/mgとし、磁気ビーズを1mg程度使用することにすると、アビジンは1000 pmolであり、ビオチンは500 pmol程度回収ができる。溶液量を200μLで行うとき、リガンドの濃度は2.5μmol/Lとなる。これにより、結合タンパク質のKdが、10-6程度のリガンドでも使用できる。この濃度を実現したことにより、かなり多くのリガンド−受容体タンパク質のスクリーニングに利用できる。In the conventional panning method in which thorough washing cannot be performed, even if the same magnetic beads are used, the number of phages is about 1000 times larger in the background (see Table 5 in Evaluation Experiment (7)). If the immobilized amount of avidin is 1000 pmol / mg and about 1 mg of magnetic beads are used, avidin is 1000 pmol and biotin can be recovered at about 500 pmol. When the solution volume is 200 μL, the ligand concentration is 2.5 μmol / L. As a result, even a ligand having a binding protein Kd of about 10 −6 can be used. By realizing this concentration, it can be used for screening of a considerable number of ligand-receptor proteins.
アビジン磁気ビーズは、操作が容易なため、操作時間が短縮および再現性が向上され、機械化が可能となる。さらに10%BSAを加えて磁気ビーズとの非特異的吸着を軽減することが好ましい。 Since avidin magnetic beads are easy to operate, the operation time is shortened and reproducibility is improved, and mechanization is possible. Furthermore, it is preferable to reduce nonspecific adsorption with magnetic beads by adding 10% BSA.
(図4、模式図7)固定化アビジンに磁気ビーズを使用することで、低いバックグランドと安定した回収を実現した。固定化量が多いことで、低い親和性(Kd=10-6)の提示ファージでも回収できる。(FIG. 4, schematic diagram 7) By using magnetic beads for immobilized avidin, low background and stable recovery were realized. Because of the large amount of immobilization, even a display phage with low affinity (Kd = 10 −6 ) can be recovered.
次いで、光反応性リガンドを固定化した固相を洗浄する。この洗浄は、光反応性リガンドと共有結合していないタンパク質提示ファージを共有結合した複合体から分離するためのものである。洗浄には、界面活性剤を用いることが好ましい。洗浄の方法および条件は、固相に、大量の洗浄溶液を加えて、数分間、攪拌させた後に溶液を捨てる。この操作を通常、5回程度、繰り返すことができる。 Next, the solid phase on which the photoreactive ligand is immobilized is washed. This washing is for separating the protein-displayed phage that is not covalently bound to the photoreactive ligand from the covalently bound complex. A surfactant is preferably used for cleaning. The washing method and conditions are such that a large amount of washing solution is added to the solid phase and stirred for several minutes, and then the solution is discarded. This operation can usually be repeated about 5 times.
[提示ファージの洗浄条件と回収](図4、模式図8〜10)
[洗浄条件の決定](図4、模式図8)
光反応性リガンドと共有結合した提示ファージを単離するための洗浄条件は、提示ファージの性状及び洗浄に使用する界面活性剤の洗浄効率等を考慮して適宜決定できる。[Cleaning conditions and recovery of display phage] (FIG. 4, schematic diagrams 8 to 10)
[Determination of cleaning conditions] (FIG. 4, schematic diagram 8)
The washing conditions for isolating the display phage covalently bound to the photoreactive ligand can be appropriately determined in consideration of the properties of the display phage, the washing efficiency of the surfactant used for washing, and the like.
提示ファージの中には、アルカリや酸に対して弱いものがあるので、緩衝液を使用し、pHは例えば、8.8とすることが適当である。このpHはトリス緩衝液がもっとも緩衝能力が発揮できるpHである。但し、他の緩衝液も使用することはできる。 Since some of the displayed phages are weak against alkalis and acids, it is appropriate to use a buffer and adjust the pH to 8.8, for example. This pH is the pH at which the Tris buffer can exhibit the maximum buffering capacity. However, other buffer solutions can be used.
さらに、塩濃度を高めにして、イオン的な結合を排除することが好ましい。そのため、例えば、0.2〜1mol/L程度の塩化ナトリウムを用いることができる。後述するが、高濃度の塩化ナトリウムと界面活性剤SDSと共存させると沈殿を生じる場合があるので、0.25mol/L程度の塩化ナトリウム濃度を用いることが好ましい場合がある。 Furthermore, it is preferable to eliminate the ionic bonds by increasing the salt concentration. Therefore, for example, sodium chloride of about 0.2 to 1 mol / L can be used. As will be described later, when a high concentration of sodium chloride and a surfactant SDS are allowed to coexist, precipitation may occur. Therefore, it may be preferable to use a sodium chloride concentration of about 0.25 mol / L.
また、カルモジュリンとその結合ペプチドとの結合には、カルシウムイオンが必須であるので、これを排除するために、そのキレート剤、例えば、EDTAを併用することが適当である。 In addition, since calcium ions are essential for binding between calmodulin and its binding peptide, it is appropriate to use a chelating agent such as EDTA in order to eliminate it.
界面活性剤としては、例えば、SDS、Triton-X100、Tween20等を用いることができ、界面活性剤による洗浄効率を考慮して、適宜決定できる。尚、本発明者らの実験によれば、非特異的なファージの除去にはSDSが一番適しているとの結果が得られた。SDSの濃度は、0.1〜1%の範囲とすることができ、以後のステップへの持込みによる回収と増幅への影響を考慮すると、0.5%であることが好ましい。 As the surfactant, for example, SDS, Triton-X100, Tween 20 and the like can be used, and can be appropriately determined in consideration of the cleaning efficiency by the surfactant. According to the experiments by the present inventors, it was found that SDS is most suitable for removing non-specific phages. The concentration of SDS can be in the range of 0.1 to 1%, and is preferably 0.5% in consideration of the effects on recovery and amplification by bringing it into the subsequent steps.
SDSの使用により、アビジンを固定化している磁気ビーズが、容器に吸着することがなくなり、より簡単に洗浄溶液を除去できるという利点がある。界面活性剤を使用しない場合、この容器への吸着により洗浄溶液をとる際に、少量の磁気ビーズを吸い上げてしまうことが常である。 The use of SDS has the advantage that the magnetic beads immobilizing avidin are not adsorbed to the container and the cleaning solution can be removed more easily. When a surfactant is not used, a small amount of magnetic beads are usually sucked up when a cleaning solution is taken by adsorption onto the container.
最終的に洗浄溶液として、例えば、50 mM Tris-HCl (pH8.8), 0.25 M NaCl, 50 mM EDTA, 0.5 % SDSを用いることが好ましい。但し、この洗浄溶液に限定する意図ではない。 Finally, it is preferable to use, for example, 50 mM Tris-HCl (pH 8.8), 0.25 M NaCl, 50 mM EDTA, 0.5% SDS as the washing solution. However, the intention is not limited to this cleaning solution.
共有結合していない提示ファージは、この溶液を用いて3回洗浄すれば数千個程度にすることができる。より確実に洗浄するために、実験ではSDS溶液を含む洗浄液で4〜7、好ましくは5〜6回洗浄する。また、次のステップへのSDSの影響を抑えるために、最後にSDSを含まない洗浄液で1回洗浄することが好ましい。但し、洗浄の回数は、スクリーニングの系に応じて適宜決定することができる。 Displayed phages that are not covalently bound can be reduced to several thousand by washing this solution three times. In order to perform washing more reliably, in the experiment, washing is performed 4 to 7, preferably 5 to 6 times with a washing solution containing an SDS solution. In addition, in order to suppress the influence of SDS on the next step, it is preferable to finally wash once with a cleaning solution not containing SDS. However, the number of washings can be appropriately determined according to the screening system.
洗浄後、固相に固定化された光反応性リガンドと結合したタンパク質提示ファージを回収する。これにより、光反応性リガンドに対して相互作用するタンパク質、特に、特異的な相互作用を有するタンパク質をスクリーニングすることができる。回収したタンパク質提示ファージのDNAを同定することで、タンパク質を同定することができる。 After washing, the protein-displayed phage bound to the photoreactive ligand immobilized on the solid phase is recovered. Thereby, a protein that interacts with a photoreactive ligand, particularly a protein having a specific interaction can be screened. A protein can be identified by identifying the DNA of the recovered protein-displayed phage.
ただし、本発明では、上記回収したタンパク質提示ファージを増殖させ、増殖させたタンパク質提示ファージを用いて、再度図3で示した工程を少なくとも1回繰り返すことが好ましい。より好ましくは上記図3で示した工程を2〜10回の範囲で繰り返す。 However, in the present invention, it is preferable to proliferate the collected protein-displayed phage and repeat the process shown in FIG. 3 at least once using the proliferated protein-displayed phage. More preferably, the process shown in FIG. 3 is repeated 2 to 10 times.
回収したタンパク質提示ファージを増殖させ、再度、光反応性リガンドとの液相中での混合、活性光の照射、固相への光反応性リガンドの固定化、固相の洗浄、および固相に固定化された光反応性リガンドと結合したタンパク質提示ファージの回収を行うことで、特異的な相互作用を有するタンパク質をより高い選択性で回収することができる。 The recovered protein-displayed phage is propagated and mixed again with the photoreactive ligand in the liquid phase, irradiation with active light, immobilization of the photoreactive ligand on the solid phase, washing of the solid phase, and By recovering the protein-displayed phage bound to the immobilized photoreactive ligand, a protein having a specific interaction can be recovered with higher selectivity.
回収したタンパク質提示ファージを増殖は、例えば、以下のように行うことができる。回収したファージ溶液を、適切な宿主となる大腸菌株に感染させる。これを、LB培地などの溶液中で増殖させ、宿主を溶菌させることにより、ファージを増殖する。 The recovered protein-displayed phage can be propagated, for example, as follows. The recovered phage solution is infected with an E. coli strain serving as an appropriate host. This is grown in a solution such as LB medium and the host is lysed to grow phages.
[ファージの回収と増幅](図4、模式図9)
T7ファージを提示ファージとした場合は、提示するタンパク質やペプチドは頭部に発現されるため、リガンドと共有結合が生じた場合にも、感染に必要な足部はインタクトな状態である。[Recovery and amplification of phage] (FIG. 4, schematic diagram 9)
When T7 phage is used as a display phage, the protein or peptide to be displayed is expressed in the head, so that even when a covalent bond is formed with the ligand, the foot necessary for infection is intact.
そこで、共有結合で捉えた提示ファージの回収と増幅は、磁気ビーズに固定化された状態で行うことが適当である。徹底的な洗浄後、磁気ビーズに捕らえられた提示ファージ(模式図8)を、10倍ごとに希釈し、0.5〜1mLの大腸菌溶液に入れ、5〜10分間混合しながら感染させ、トップアガーと混合し、プレートにまく。感染時間は15分間を超えないようにすることが、正確なファージ数を測定するという観点から適当である。 Therefore, it is appropriate to collect and amplify the display phage captured by covalent bonding in a state immobilized on magnetic beads. After thorough washing, the display phages captured in the magnetic beads (scheme 8) are diluted every 10-fold, placed in 0.5-1 mL E. coli solution, infected with mixing for 5-10 minutes, and top agar Mix and spread on plate. It is appropriate that the infection time does not exceed 15 minutes from the viewpoint of accurately measuring the number of phages.
足部にタンパク質やペプチドを発現するT13ファージを使用する場合には、模式図8の状態で、トリプシンなどのプロテアーゼで処理し、ファージとリガンドを切り離す必要があるが、この方法は一般的な方法であり実施可能である。 When using a T13 phage that expresses a protein or peptide in the foot, it is necessary to separate the phage from the ligand by treating with a protease such as trypsin in the state shown in FIG. 8, but this method is a general method. It can be implemented.
最終的に回収したタンパク質提示ファージのDNAを同定することで、タンパク質を同定することができる。 A protein can be identified by identifying the finally recovered DNA of the protein-displayed phage.
[ファージ溶液の調製](図4、模式図10)
磁気ビーズに捉えられた提示ファージの残りをすべて大腸菌溶液に入れ、感染・増幅を、常法に従い行う。増幅したファージ溶液を使用し、再度、模式図5からフォトパニングを繰り返す。本発明の方法は、1日に例えば、2回のフォトパニングが可能である。[Preparation of phage solution] (Fig. 4, schematic diagram 10)
All the remaining display phage captured by the magnetic beads is put into an E. coli solution, and infection and amplification are performed according to a conventional method. Using the amplified phage solution, the photopanning is repeated from the schematic diagram 5 again. In the method of the present invention, photopanning can be performed twice a day, for example.
[キット]
本発明は、以下の3つのキットを包含する。
(a)光反応基を有する光反応性リガンド作製用キット
(b)パニング用キット
(c)バリデーション用キット[kit]
The present invention includes the following three kits.
(A) Kit for preparing a photoreactive ligand having a photoreactive group (b) Panning kit (c) Validation kit
(a)光反応基を有する光反応性リガンド作製用キット
本発明の光反応基を有する光反応性リガンドを作製するためのキットは、光反応基を有する化合物、リガンド標識物質および光反応装着溶液を含む。(A) Kit for preparing a photoreactive ligand having a photoreactive group The kit for producing a photoreactive ligand having a photoreactive group of the present invention comprises a compound having a photoreactive group, a ligand labeling substance, and a photoreaction mounting solution. including.
光反応基を有する化合物は、例えば、一般式(C)で示されるフェニルジアジリン化合物であることができ、一般式(C)で示されるフェニルジアジリン化合物は、上記本発明のスクリーニング方法で示した化合物である。また、リガンド標識物質は、例えば、ビオチン、ヒスチジンタグ(Hisタグ)、ヒドロキサム酸キレートまたは抗原であることもできる。光反応装着溶液は、光反応基を有する化合物とリガンドとなる物質によって適宜選択される。 The compound having a photoreactive group can be, for example, a phenyldiazirine compound represented by the general formula (C), and the phenyldiazirine compound represented by the general formula (C) is shown in the screening method of the present invention. Compound. The ligand labeling substance can also be, for example, biotin, a histidine tag (His tag), a hydroxamic acid chelate or an antigen. The photoreactive mounting solution is appropriately selected depending on the compound having a photoreactive group and a substance that becomes a ligand.
光反応基を有する光反応性リガンド作製用キットにより光反応性ペプチドとタンパク質の作製する手順を例示する。
(1)システイン残基を含むビオチン化ペプチドまたは、SS結合していないフリーなシステイン残基を含むタンパク質を用意する。
(2)キットのジアジリンチオスルフォネートを、キット付属の光反応装着溶液に溶かし、ペプチドまたはタンパク質と混合する。
(3)ペプチドの場合は数時間、タンパク質の場合は10時間程度室温もしくは37℃で静置する。
(4)ペプチドの場合は高速液体クロマトグラフー(HPLC)により、タンパク質の場合はゲルろ過により光反応性リガンドを精製する。ペプチドリガンドの場合は、HPLC装置の使用が適しているが、モノメリックビオチンにより、光反応性リガンドを精製することもできる。
(5)光反応性タンパク質を、キットのタンパク質ビオチン化試薬でビオチンを装着する。
(6)光反応性ビオチン化タンパク質は、ゲルろ過により精製する。なお、ゲルろ過による精製が適しているが、モノメリックビオチンにより精製することもできる。A procedure for preparing a photoreactive peptide and a protein by using a kit for preparing a photoreactive ligand having a photoreactive group is exemplified.
(1) A biotinylated peptide containing a cysteine residue or a protein containing a free cysteine residue that is not SS-bonded is prepared.
(2) The diazirine thiosulfonate of the kit is dissolved in the photoreaction mounting solution attached to the kit and mixed with the peptide or protein.
(3) Leave at room temperature or 37 ° C for several hours in the case of peptides and about 10 hours in the case of proteins.
(4) The peptide is purified by high performance liquid chromatography (HPLC), and the protein is purified by gel filtration. In the case of peptide ligands, use of an HPLC apparatus is suitable, but photoreactive ligands can also be purified by monomeric biotin.
(5) The photoreactive protein is loaded with biotin using the protein biotinylation reagent of the kit.
(6) The photoreactive biotinylated protein is purified by gel filtration. Although purification by gel filtration is suitable, it can also be purified by monomeric biotin.
(b)パニング用キット
本発明のパニング用キットは、光反応性リガンドに対して相互作用するタンパク質またはペプチドをスクリーニングするために用いるキットである。このキットは、光反応基を有する光反応性リガンドと前記光反応性リガンドを固定化する固相を含む。(B) Panning kit The panning kit of the present invention is a kit used for screening a protein or peptide that interacts with a photoreactive ligand. This kit includes a photoreactive ligand having a photoreactive group and a solid phase on which the photoreactive ligand is immobilized.
本発明のキットに含まれる光反応性リガンドは、本発明のスクリーニング方法において説明した光反応性リガンドと同一である。光反応性リガンドは、例えば、光反応性ペプチド、光反応性タンパク質、光反応性核酸または光反応性糖鎖であることができる。また、光反応性リガンドが有する光反応基は、例えば、ジアジリン基であることができる。 The photoreactive ligand contained in the kit of the present invention is the same as the photoreactive ligand described in the screening method of the present invention. The photoreactive ligand can be, for example, a photoreactive peptide, a photoreactive protein, a photoreactive nucleic acid, or a photoreactive sugar chain. The photoreactive group possessed by the photoreactive ligand can be, for example, a diazirine group.
光反応性リガンドを固定化する固相についても、本発明のスクリーニング方法において説明した光反応性リガンドを固定化する固相と同一である。そのような固相は、例えば、磁気ビーズ、または基板であることができる。さらに、光反応性リガンドを固定化する固相は、例えば、ビオチン−アビジン若しくはストレプトアビジン系、Hisタグ−ニッケル系、ホウ素−ヒドロキサム酸キレート系、または抗原−抗体系を用いて光反応性リガンドを固定化するものであることができる。 The solid phase for immobilizing the photoreactive ligand is also the same as the solid phase for immobilizing the photoreactive ligand described in the screening method of the present invention. Such a solid phase can be, for example, a magnetic bead or a substrate. In addition, the solid phase on which the photoreactive ligand is immobilized may be, for example, biotin-avidin or streptavidin system, His tag-nickel system, boron-hydroxamic acid chelate system, or antigen-antibody system. It can be fixed.
光反応性リガンドおよび固相の組み合わせは、より具体的には、(1)光反応性リガンドがビオチンを有し、固相はアビジンまたはストレプトアビジンを被覆したものであり、(2)光反応性リガンドがHisタグを有し、固相はニッケルを被覆したものであり、(3)光反応性リガンドがヒドロキサム酸キレートを有し、固相はホウ素を被覆したものであり、及び(4)光反応性リガンドが抗原を有し、固相は抗体を被覆したものであるのいずれかであることができる。 More specifically, the combination of the photoreactive ligand and the solid phase is (1) the photoreactive ligand has biotin, the solid phase is coated with avidin or streptavidin, and (2) photoreactive The ligand has a His tag, the solid phase is coated with nickel, (3) the photoreactive ligand has a hydroxamic acid chelate, the solid phase is coated with boron, and (4) light The reactive ligand can have an antigen and the solid phase can be either coated with an antibody.
本発明のキットは、光反応性リガンドを固定化した固相を洗浄するための洗浄剤をさらに含むことができる。洗浄剤は、例えば、界面活性剤を含む水溶液であることができ、界面活性剤の例は、本発明のスクリーニング方法において説明した物であることができる。上記洗浄剤は、キレート剤、例えば、EDTAをさらに含むものであることもできる。 The kit of the present invention may further include a cleaning agent for cleaning the solid phase on which the photoreactive ligand is immobilized. The cleaning agent can be, for example, an aqueous solution containing a surfactant, and examples of the surfactant can be those described in the screening method of the present invention. The cleaning agent may further contain a chelating agent such as EDTA.
本発明のパニング用キットは、前記本発明のスクリーニング方法に使用することができるものである。 The panning kit of the present invention can be used for the screening method of the present invention.
上記パニング用キットは、より具体的には、
(b1)固相
(b2)血清含有アルブミン水溶液
(b3)洗浄溶液
(b4)ファージ回収溶液
を含むことができる。More specifically, the above panning kit is:
(b1) Solid phase
(b2) Serum-containing albumin aqueous solution
(b3) Cleaning solution
(b4) A phage recovery solution can be included.
固相は、前記の通り、アジビン、ストレプトアビジン、ニッケル、ホウ素または抗体が被覆されたものであり、固相の担体は、磁気ビーズまたは基板であることができる。好ましい固相は、ストレプトアビジンで被覆された磁気ビーズである。ファージ回収溶液としては、緩衝液を適宜使用できる。 As described above, the solid phase is coated with adivine, streptavidin, nickel, boron or an antibody, and the solid phase carrier can be a magnetic bead or a substrate. A preferred solid phase is a magnetic bead coated with streptavidin. A buffer solution can be appropriately used as the phage recovery solution.
本発明のパニング用キットを使用し、タンパク質提示ファージを用いてフォトパニングを行う手順を例示する。
ここで使用されるファージは、例えば、T7ファージであり、T7ファージライブラリーおよび感染用大腸菌は、別途準備する。
(1)光反応性ビオチン化リガンドとT7ファージライブラリーが相互作用する条件を満たす溶液中で混合、静置する。
(2)紫外線ランプ(強度30W/m2)を用い、活性光を1〜10分照射する。
(3)キットの10%血清含有アルブミン水溶液を最終濃度1%になるように加え、キットのストレプトアビジン磁気ビーズを使用したリガンド量の2倍以上のモル比のストレプトアビジンをもつ量を混合する。
(4)室温で10〜30分、振とうする。
(5)キットの洗浄溶液1mL程度を加え、5分間振とうする。
(6)磁気ビーズを、磁気スタンドで回収する。
(7)回収した磁気ビーズに、洗浄溶液1mL程度を加え5分間振とう後、磁気スタンドで回収する。
(8)上記の操作を4〜6回繰り返す。
(9)回収した磁気ビーズに、キットのファージ回収溶液1mL程度を加え5分間振とう後、磁気スタンドで回収する。
(10)回収した適当量の磁気ビーズを感染用大腸菌と混合し、感染用大腸菌が溶菌するまで3〜5時間、37℃で振とうする。
(11)増幅した適当量のファージ溶液と光反応性ビオチン化リガンドとを混合し、本操作(手順2番目から)を2〜5回、繰り返す。A procedure for performing photopanning using a protein-displayed phage using the panning kit of the present invention will be exemplified.
The phage used here is, for example, T7 phage, and a T7 phage library and E. coli for infection are prepared separately.
(1) Mix and leave in a solution that satisfies the conditions for interaction of photoreactive biotinylated ligand and T7 phage library.
(2) Using an ultraviolet lamp (intensity 30 W / m 2 ), irradiate active light for 1 to 10 minutes.
(3) Add 10% serum-containing albumin aqueous solution of the kit to a final concentration of 1%, and mix the amount having streptavidin at a molar ratio of at least twice the amount of ligand using the kit's streptavidin magnetic beads.
(4) Shake at room temperature for 10-30 minutes.
(5) Add about 1mL of the kit washing solution and shake for 5 minutes.
(6) Collect the magnetic beads with a magnetic stand.
(7) Add about 1 mL of the washing solution to the collected magnetic beads, shake for 5 minutes, and collect on a magnetic stand.
(8) Repeat the above operation 4-6 times.
(9) Add about 1mL of the phage collection solution of the kit to the collected magnetic beads, shake for 5 minutes, and collect on a magnetic stand.
(10) A suitable amount of the collected magnetic beads are mixed with the infecting E. coli and shaken at 37 ° C. for 3 to 5 hours until the infecting E. coli is lysed.
(11) A suitable amount of the amplified phage solution and the photoreactive biotinylated ligand are mixed, and this operation (from the second procedure) is repeated 2 to 5 times.
(c)バリデーション用キット
本発明のバリデーション用キットは、タンパク質提示ファージ希釈溶液および光反応性リガンド溶液を含む。タンパク質提示ファージ希釈溶液は、例えば、タンパク質が、例えば、カルモジュリンの場合、野生ファージ10万個中に1つのカルモジュリン提示ファージを含む割合で混合した溶液であることができる。そして、光反応性リガンド溶液は、例えば、光反応性ビオチン化カルモジュリン結合ペプチド溶液であることができる。本発明のバリデーション用キットを用いてのバリデーションの手順は、上記したパニングの手順に従い、ライブラリーファージの代わりにカルモジュリン提示T7ファージ希釈溶液を使用し、光反応性ビオチン化リガンドとして光反応性ビオチン化カルモジュリン結合ペプチド溶液を用いて行なう。(C) Validation Kit The validation kit of the present invention includes a protein-displayed phage dilution solution and a photoreactive ligand solution. For example, when the protein is calmodulin, the protein-displayed phage dilution solution may be a solution in which one calmodulin-displayed phage is mixed in 100,000 wild phages. The photoreactive ligand solution can be, for example, a photoreactive biotinylated calmodulin-binding peptide solution. The validation procedure using the validation kit of the present invention was carried out according to the panning procedure described above, using a diluted solution of calmodulin-presenting T7 phage instead of the library phage, and photoreactive biotinylation as a photoreactive biotinylation ligand. Perform using calmodulin-binding peptide solution.
以下本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
例1
光反応性ペプチドリガンドの作製
カルモジュリンタンパク質を認識し特異的に結合することが確かめられている、前記配列1のカルモジュリン結合ペプチドをもとに2種類の光反応性ペプチドリガンドを製作した。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
Example 1
Preparation of photoreactive peptide ligands Two photoreactive peptide ligands were prepared based on the calmodulin-binding peptide of sequence 1 that has been confirmed to recognize and specifically bind calmodulin protein.
〔光反応性アミノ酸を使用した製作法(配列2)〕
配列1(LKWKKLLKLLKKLLKLG)(配列番号1)のN末端から3つ目のトリプトファンを、tmd(Phe)で置き換えたペプチドを合成した。合成はペプチド合成機を用いたFmoc−固相合成法で行った。その後、合成したペプチドが固相にある状態で、N末端のアミノ基にビオチンサクシイミドを反応させることにで、ビオチン化ペプチドを合成した。固相から合成ペプチドを強酸で解離し、HPLCで目的のビオチン化光反応性ペプチドを精製した。また、本合成に必要なFmoc−tmd(Phe)は、以下のように合成した。[Production method using photoreactive amino acid (sequence 2)]
A peptide was synthesized in which the third tryptophan from the N-terminus of sequence 1 (LKWKKLLKLLKKLLKLG) (SEQ ID NO: 1) was replaced with tmd (Phe). The synthesis was performed by the Fmoc-solid phase synthesis method using a peptide synthesizer. Thereafter, a biotinylated peptide was synthesized by reacting the N-terminal amino group with biotin succinimide in a state where the synthesized peptide was in a solid phase. The synthetic peptide was dissociated from the solid phase with a strong acid, and the target biotinylated photoreactive peptide was purified by HPLC. Further, Fmoc-tmd (Phe) necessary for this synthesis was synthesized as follows.
Hatanaka, Y., Kempin, U., Park, JJ. One-step synthesis of biotinyl photoprobes from unprotected carbohydrates. J. Org. Chem. 65, 5639-5643, 2000(非特許文献9)に記載の方法により、4-[3-(Trifluoromethyl)-3H-diazirin-3-yl]benzaldehyde(12)を合成した。
その後、以下に示す方法L-4'-[3-(Trifluoromethyl)-3H-diazirin-3-yl]phe nylalanine(15)を合成した。
さらに、アミノ基をFmoc化することで、Fmoc−tmd(Phe)を合成した。Hatanaka, Y., Kempin, U., Park, JJ. One-step synthesis of biotinyl photoprobes from unprotected carbohydrates. J. Org. Chem. 65, 5639-5643, 2000 (Non-Patent Document 9) 4- [3- (Trifluoromethyl) -3H-diazirin-3-yl] benzaldehyde (12) was synthesized.
Thereafter, the following method L-4 ′-[3- (Trifluoromethyl) -3H-diazirin-3-yl] phenylalanine (15) was synthesized.
Furthermore, Fmoc-tmd (Phe) was synthesized by converting the amino group into Fmoc.
4-[3-(Trifluoromethyl)-3H-diazirin-3-yl]benzyl alcohol (13)
化合物(12) (3.3 g, 15.4 mmol)をEtOH 7 mLに溶かし0℃で撹拌しながらNaBH4 (0.626 g, 16.5 mmol)をEtOH 7 mL中に懸濁したものを加えた。加え終わったのち室温に戻し4時間撹拌した。これに氷上で1M HClをゆっくり加えて過剰の試薬を分解した後、Etherで抽出し、Ether層を硫酸マグネシウムで乾燥させた。濾過で乾燥剤を除いた後に溶媒を減圧溜去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー (Hexane:Ether = 1:1) により精製して、淡黄色の油状物質 (13) を得た。4- [3- (Trifluoromethyl) -3H-diazirin-3-yl] benzyl alcohol (13)
Compound (12) (3.3 g, 15.4 mmol) was dissolved in EtOH 7 mL, and NaBH 4 (0.626 g, 16.5 mmol) suspended in EtOH 7 mL was added with stirring at 0 ° C. After the addition was completed, the mixture was returned to room temperature and stirred for 4 hours. To this, 1 M HCl was slowly added on ice to decompose excess reagent, followed by extraction with Ether, and the Ether layer was dried over magnesium sulfate. After removing the desiccant by filtration, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (Hexane: Ether = 1: 1) to obtain a pale yellow oily substance (13).
収量 3.21g (96%)
1H-NMR (CDCl3)
σ: 7.39 (d, 2H, J = 8.5 Hz), 7.19 (d, 2H, J = 8.5 Hz), 4.71 (s, 2H), 1.87(bs, 1H)Yield 3.21 g (96%)
1 H-NMR (CDCl 3 )
σ: 7.39 (d, 2H, J = 8.5 Hz), 7.19 (d, 2H, J = 8.5 Hz), 4.71 (s, 2H), 1.87 (bs, 1H)
3-[4-(Bromomethyl)phenyl]-3-(trifluoromethyl)-3H-diazirine (14)
化合物 (13) (344.0 mg, 1.59 mmol)をCH2Cl2 2 mLに溶かし、CBr4 (658.2 mg, 1.985 mmol)を加えた。0℃に冷やしPh3P (474 mg, 1.807 mmol)をゆっくりと加えた。室温まで戻し1時間撹拌した後で、シリカゲルカラムクロマトグラフィー (Hexane) で精製して、無色の油状物質(14)を得た。3- [4- (Bromomethyl) phenyl] -3- (trifluoromethyl) -3H-diazirine (14)
Compound (13) (344.0 mg, 1.59 mmol) was dissolved in 2 mL of CH 2 Cl 2 and CBr 4 (658.2 mg, 1.985 mmol) was added. Cooled to 0 ℃ Ph 3 P (474 mg , 1.807 mmol) was added slowly. After returning to room temperature and stirring for 1 hour, the residue was purified by silica gel column chromatography (Hexane) to obtain a colorless oily substance (14).
収量 401.8mg (90%)
1H-NMR (CDCl3)
σ: 7.42 (d, 2H, J = 8.5 Hz), 7.17 (d, 2H, J = 8.5 Hz), 4.46 (s, 2H).Yield 401.8mg (90%)
1 H-NMR (CDCl 3 )
σ: 7.42 (d, 2H, J = 8.5 Hz), 7.17 (d, 2H, J = 8.5 Hz), 4.46 (s, 2H).
L-4'-[3-(Trifluoromethyl)-3H-diazirin-3-yl]phenylalanine (15)
tert-Butylglycinate benzophenone imine (1.136 g, 3.839 mmol)と、不斉触媒のO(9)-Allyl-N-9-anthracenylmethylcinchonidium bromide[9] (0.2127 g, 0.351 mmol, 0.1 eq)をCH2Cl2 9 mLに溶かした。化合物(14) (1.419 g, 5.085 mmol, 1.5 eq.)を加えアルゴンガス雰囲気下、室温で撹拌した。反応混合液を-78℃に冷却しながら2-tert-Butylimino-2-diethylamino-1,3-dimethylperhirdo-1,3,2-diazaphosphorine (1.41 g, 5.139 mmol, Aldrich)を数秒間で滴下し、-78℃で7時間反応させた。室温に戻し減圧蒸留した後、残査をEtherで希釈し蒸留水で2回、飽和食塩水で1回洗った。油層を硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過で乾燥剤を除いた後に溶媒を減圧溜去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(Hexane:EtOAc = 7:1)で精製し、黄色の油状物質を得た。L-4 '-[3- (Trifluoromethyl) -3H-diazirin-3-yl] phenylalanine (15)
tert-Butylglycinate benzophenone imine (1.136 g, 3.839 mmol) and the asymmetric catalyst O (9) -Allyl-N-9-anthracenylmethylcinchonidium bromide [9] (0.2127 g, 0.351 mmol, 0.1 eq) in CH 2 Cl 2 9 Dissolved in mL. Compound (14) (1.419 g, 5.085 mmol, 1.5 eq.) Was added, and the mixture was stirred at room temperature under an argon gas atmosphere. While cooling the reaction mixture to -78 ° C, 2-tert-Butylimino-2-diethylamino-1,3-dimethylperhirdo-1,3,2-diazaphosphorine (1.41 g, 5.139 mmol, Aldrich) was added dropwise in a few seconds, The reaction was carried out at -78 ° C for 7 hours. After returning to room temperature and distillation under reduced pressure, the residue was diluted with Ether and washed twice with distilled water and once with saturated saline. The oil layer was dried with magnesium sulfate. After removing the desiccant by filtration, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (Hexane: EtOAc = 7: 1) to obtain a yellow oily substance.
収量 1.89g (95%)
1H-NMR (CDCl3)
σ: 7.57 (d, 2H, J = 6.9 Hz ), 7.39-7.27 (m, 6H), 7.06 (q, 4H, J = 8.4 Hz )
6.59 (d, 2H, J = 6.9 Hz), 4.09 (q, 1H, J = 8.6, 4.6 Hz), 3.26-3.11 (m, 2H)
1.44 (s, 9H).Yield 1.89 g (95%)
1 H-NMR (CDCl 3 )
σ: 7.57 (d, 2H, J = 6.9 Hz), 7.39-7.27 (m, 6H), 7.06 (q, 4H, J = 8.4 Hz)
6.59 (d, 2H, J = 6.9 Hz), 4.09 (q, 1H, J = 8.6, 4.6 Hz), 3.26-3.11 (m, 2H)
1.44 (s, 9H).
得られた黄色の油状物質 (75 mg, 0.152 mmol)を0℃でTFA 1mLに溶かし、室温で2時間撹拌した。(TLC, Hexane:AcOEt = 7:1)で反応終了を確認後、TFAを減圧溜去し、残渣をCH2Cl2で希釈し水で3回抽出した。水層を凍結乾燥して白色の固体 (15) を得た。The obtained yellow oily substance (75 mg, 0.152 mmol) was dissolved in 1 mL of TFA at 0 ° C. and stirred at room temperature for 2 hours. After confirming the completion of the reaction with (TLC, Hexane: AcOEt = 7: 1), TFA was distilled off under reduced pressure, the residue was diluted with CH 2 Cl 2 and extracted three times with water. The aqueous layer was lyophilized to give a white solid (15).
収量 (TFA塩として) 53.4 mg (91%)
1H-NMR (CD3OD)
σ: 7.46 (d, 2H, J = 7.9 Hz ), 7.27 (d, 2H, J = 7.9 Hz), 3.84 (dd, 1H, J = 8.2, 4.5 Hz), 3.38 (m,1H), 3.10 (d, 1H, J = 4.5, 8.2 Hz).
光学純度 (e.e.)Yield (as TFA salt) 53.4 mg (91%)
1 H-NMR (CD 3 OD)
σ: 7.46 (d, 2H, J = 7.9 Hz), 7.27 (d, 2H, J = 7.9 Hz), 3.84 (dd, 1H, J = 8.2, 4.5 Hz), 3.38 (m, 1H), 3.10 (d , 1H, J = 4.5, 8.2 Hz).
Optical purity (ee)
その後、L-4'-[3-(Trifluoromethyl)-3H-diazirin-3-yl]phenylalanine(15)をFmoc体に誘導した。そして、HPLCによりその光学純度を確認した。適量をMeOHに溶かした後、キラルカラム(Sumichiral OA-3300 2.5μm 4.6 mmφ×25 cm)を用いて0.01 M Ammonium Acetate/MeOH、流速1 mL/minで溶出させ、360 nmのジアジリン由来のUV吸収により検出した。
e.e. = 98%
[a]D +22.4° (c = 0.52, EtOH)Thereafter, L-4 ′-[3- (Trifluoromethyl) -3H-diazirin-3-yl] phenylalanine (15) was induced into the Fmoc body. And the optical purity was confirmed by HPLC. After dissolving an appropriate amount in MeOH, eluting with a chiral column (Sumichiral OA-3300 2.5μm 4.6 mmφ × 25 cm) at 0.01 M Ammonium Acetate / MeOH at a flow rate of 1 mL / min, and by UV absorption derived from 360 nm diazirine. Detected.
ee = 98%
[a] D + 22.4 ° (c = 0.52, EtOH)
〔ジアジリンチオフォスフェートを利用した製作法(配列4)〕
配列1(LKWKKLLKLLKKLLKLG)(配列番号1)のN末端から3つ目のトリプトファンを、システインに置き換えたペプチドを合成した(配列3)。合成はペプチド合成機を用いたFmoc−固相合成法で行った。その後、合成したペプチドが固相にある状態で、N末端のアミノ基にビオチンサクシイミドを反応させることにで、ビオチン化ペプチドを合成した。固相から合成ペプチドを強酸で解離し、HPLCで目的のビオチン化ペプチドを精製した。化合物3に示されるジアジリンと、精製したペプチドを30%アセトニトリルを含む溶液中で混合し、ペプチド内のシステイン残基と化合物3をチオール結合させた。HPLCで目的のビオチン化光反応性ペプチドを精製した(配列4)。本合成に必要な化合物3は、 M. Kaneda, Y. Sadakane, Y. Hatanaka, (2003) A Novel Approach for Affinity-Based Screening of Target Specific Ligands: Application of Photoreactive D-Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase. Bioconjugate Chem. 14, 849-852.(非特許文献7)に記載の方法で行った。具体的には、上記の化合物14の合成法に示してある。[Production method using diazirine thiophosphate (sequence 4)]
A peptide in which the third tryptophan from the N-terminus of sequence 1 (LKWKKLLKLLKKLLKLG) (SEQ ID NO: 1) was replaced with cysteine was synthesized (sequence 3). The synthesis was performed by the Fmoc-solid phase synthesis method using a peptide synthesizer. Thereafter, a biotinylated peptide was synthesized by reacting the N-terminal amino group with biotin succinimide in a state where the synthesized peptide was in a solid phase. The synthetic peptide was dissociated from the solid phase with a strong acid, and the target biotinylated peptide was purified by HPLC. The diazirine shown in compound 3 and the purified peptide were mixed in a solution containing 30% acetonitrile to thiol bond the cysteine residue in the peptide with compound 3. The target biotinylated photoreactive peptide was purified by HPLC (sequence 4). Compound 3 required for this synthesis is M. Kaneda, Y. Sadakane, Y. Hatanaka, (2003) A Novel Approach for Affinity-Based Screening of Target Specific Ligands: Application of Photoreactive D-Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase. Bioconjugate Chem. 14, 849-852 (Non-patent Document 7). Specifically, it is shown in the above synthesis method of compound 14.
例2
ビオチン化光反応性カルモジュリンの作製
遺伝子改変によりシステイン残基を1つ加えたカルモジュリンタンパク質を製作した。具体的には、ヒト脳cDNAライブラリーから、PCR法により、CaM2プライマー(5'-CTTAGGAGAATGCCTAACAGATG-3)(配列番号2)とCaM3プライマー(5'-CTGCAGGTCTTCATTTTGCAGTC-3')(配列番号3)とで、カルモジュリンタンパク質の一部遺伝子を増幅し、この断片を新たにプライマーとして、CaM1プライマー(5'-GGATCCCCATGGCTGATCAGCTGACCGAAG-3')(配列番号4)とで、カルモジュリン遺伝子を増幅した。このメガプライマー法により、カルモジュリンタンパク質の115番目のリジンをシステインに改変したカルモジュリンを製作する遺伝子を得た。本増幅断片を、pQE32ベクター(キアゲン社)に挿入し、大腸菌に形質転換した。この遺伝子が入った大腸菌を単離し、LB培地で大量に培養した。その後、大腸菌を破砕し、HISタグ精製カラムで、カルモジュリンタンパク質を精製した。26番、75番のアミノ酸をCys残基に替えたカルモジュリンも、同様の方法で製作した。Example 2
Preparation of biotinylated photoreactive calmodulin A calmodulin protein with one cysteine residue added was prepared by gene modification. Specifically, from a human brain cDNA library, by a PCR method, a CaM2 primer (5′-CTTAGGAGAATGCCTAACAGATG-3) (SEQ ID NO: 2) and a CaM3 primer (5′-CTGCAGGTCTTCATTTTGCAGTC-3 ′) (SEQ ID NO: 3) are used. Then, a partial gene of the calmodulin protein was amplified, and the calmodulin gene was amplified with the CaM1 primer (5′-GGATCCCCATGGCTGATCAGCTGACCGAAG-3 ′) (SEQ ID NO: 4) using this fragment as a new primer. By this megaprimer method, a gene for producing calmodulin in which the 115th lysine of calmodulin protein was modified to cysteine was obtained. This amplified fragment was inserted into a pQE32 vector (Qiagen) and transformed into E. coli. E. coli containing this gene was isolated and cultured in large quantities on LB medium. Thereafter, Escherichia coli was disrupted, and the calmodulin protein was purified with an HIS tag purification column. Calmodulins in which amino acids 26 and 75 were replaced with Cys residues were also produced in the same manner.
精製した発現タンパク質(2mg/ml)0.5mLと化合物3(1mol/L)0.015mLとアセトニトリル0.5mLを混ぜ、4℃で一晩おき、模式図3に示したタンパク質を製作した。本方法で必要となる化合物3は、上記の〔ジアジリンチオフォスフェートを利用した製作法(配列4)〕に記載した方法で合成した。 0.5 mL of the purified expressed protein (2 mg / ml), 0.015 mL of compound 3 (1 mol / L) and 0.5 mL of acetonitrile were mixed and left overnight at 4 ° C. to produce the protein shown in FIG. Compound 3 required in this method was synthesized by the method described in [Production method using diazirine thiophosphate (sequence 4)].
余分な試薬はゲルろ過で除いた。精製した光反応性カルモジュリンとビオチンOSuをpH9.0の条件下で4℃一晩静置し、ビオチン化光反応性カルモジュリンを製作した。余分な試薬はゲルろ過で取り除いて、ビオチン化光反応性カルモジュリンを得た。(模式図4) Excess reagent was removed by gel filtration. The purified photoreactive calmodulin and biotin OSu were allowed to stand at 4 ° C overnight under the condition of pH 9.0 to produce biotinylated photoreactive calmodulin. Excess reagent was removed by gel filtration to obtain biotinylated photoreactive calmodulin. (Schematic diagram 4)
ビオチン化光反応性カルモジュリンであることかは以下の方法により特定した。
電気泳動により精製したサンプルを分離し、メンブレンに転写した後、アビジン−HRP試薬を用いたウエスタンブロット法により確認した。Whether it was a biotinylated photoreactive calmodulin was identified by the following method.
A sample purified by electrophoresis was separated, transferred to a membrane, and then confirmed by Western blotting using an avidin-HRP reagent.
例3
[製作した光反応性リガンドを評価する実験]
[評価実験(1)]
評価実験1として、光反応性カルモジュリン結合ペプチド(配列2)が、カルモジュリンタンパク質を認識し、光照射により共有結合で結ばれた複合体を形成する能力があるか、検討した。Example 3
[Experiment to evaluate the fabricated photoreactive ligand]
[Evaluation Experiment (1)]
As evaluation experiment 1, it was examined whether the photoreactive calmodulin-binding peptide (sequence 2) has the ability to recognize a calmodulin protein and form a complex bound by a covalent bond by light irradiation.
光反応性カルモジュリン結合ペプチド(配列2)とカルモジュリンを1:1の比率で混ぜ、カルシウム存在下37℃で10分間静置した。その後、30W/m2の強度の紫外線(ピーク波長360nm)を1分間照射し、光反応を誘導した。その試料を、HPLCで解析したのが図5である。上段は紫外線照射した試料で、下段は紫外線照射しなかった試料である。図5中の矢印で示されたピークは質量分析の結果から、インタクト(intact)CaM:もともとのカルモジュリンタンパク質、架橋(crosslinked)CaM:カルモジュリンと光反応性カルモジュリン結合ペプチドとの複合体、DA-CBP:光反応性カルモジュリン結合ペプチドである。MALDI-TOF MASSでの 2410の質量増加はちょうど、カルモジュリン結合ペプチドのそれと一致する。The photoreactive calmodulin-binding peptide (sequence 2) and calmodulin were mixed at a ratio of 1: 1 and allowed to stand at 37 ° C. for 10 minutes in the presence of calcium. Thereafter, ultraviolet light (peak wavelength: 360 nm) having an intensity of 30 W / m 2 was irradiated for 1 minute to induce a photoreaction. FIG. 5 shows the sample analyzed by HPLC. The upper part is a sample irradiated with ultraviolet rays, and the lower part is a sample not irradiated with ultraviolet rays. From the results of mass spectrometry, the peak indicated by the arrow in FIG. 5 indicates that intact CaM: original calmodulin protein, cross-linked CaM: complex of calmodulin and photoreactive calmodulin-binding peptide, DA-CBP : Photoreactive calmodulin-binding peptide. The mass increase of 2410 in MALDI-TOF MASS is exactly the same as that of calmodulin-binding peptide.
HPLCの分析条件では、親和性のみで結合した複合体は解離してしまうことが、「図5光照射なし」の結果からわかる。また、「図5光照射60秒」の結果から、カルモジュリンタンパク質とその結合ペプチドが共有結合で複合体を形成していることがわかる。紫外線の様々な照射時間での「図5光照射60秒」中の複合体のピークを定量し、複合体形成の効率を測定した結果を図6で示す。1分間の紫外線照射で最大の効率が得られることが明らかになった。最初のカルモジュリンタンパク質量の3%程度が複合体を形成した。 It can be seen from the result of “FIG. 5 No light irradiation” that the complex bound only by affinity is dissociated under the HPLC analysis conditions. In addition, the result of “FIG. 5 light irradiation 60 seconds” shows that the calmodulin protein and its binding peptide form a complex by covalent bond. FIG. 6 shows the result of quantifying the complex peak in “FIG. 5 light irradiation 60 seconds” at various irradiation times of ultraviolet rays and measuring the efficiency of complex formation. It became clear that the maximum efficiency was obtained by ultraviolet irradiation for 1 minute. About 3% of the initial calmodulin protein amount formed a complex.
評価実験1と同様にカルモジュリンタンパク質とその結合タンパク質の複合体を製作し、SDS-PAGEで解析した結果を図7に示す。図7上段の電気泳動では、紫外線の照射時間を変え、試料を調製した結果を示す。図7右に簡単に方法が記した。還元剤存在下高熱処理を行っているので、共有結合で結ばれた複合体以外は解離してしまう。また、光反応性カルモジュリンペプチドに装着されたビオチンをアビジン化HRP酵素で検出したため、分子量の小さな結合ペプチド、およびビオチンを持たないカルモジュリン単独では検出できない。カルモジュリンタンパク質の複合体形成には、カルシウムが必要であることがわかっており、EGTA存在下では、複合体を検出できなかった。図7下段の電気泳動では、カルモジュリンアンタゴニストによる阻害実験を行った結果を示す。100μmol/L TFPで複合体形成は阻害される。この阻害の濃度依存性は、カルモジュリン機能阻害のそれと良く一致している。 As in Evaluation Experiment 1, a complex of calmodulin protein and its binding protein was prepared and analyzed by SDS-PAGE. The electrophoresis in the upper part of FIG. 7 shows the result of preparing a sample by changing the irradiation time of ultraviolet rays. The method is described briefly on the right side of FIG. Since the high heat treatment is performed in the presence of the reducing agent, the complex other than the complex bound by the covalent bond is dissociated. In addition, since biotin attached to the photoreactive calmodulin peptide was detected with an avidinylated HRP enzyme, it cannot be detected with a low molecular weight binding peptide and calmodulin alone without biotin. It has been found that calcium is necessary for calmodulin protein complex formation, and the complex could not be detected in the presence of EGTA. The electrophoresis in the lower part of FIG. 7 shows the results of an inhibition experiment with a calmodulin antagonist. Complex formation is inhibited at 100 μmol / L TFP. The concentration dependence of this inhibition is in good agreement with that of calmodulin function inhibition.
〔まとめ〕
評価実験(1)より、製作した光反応性カルモジュリン結合ペプチドは、カルモジュリンを特異的に認識し、共有結合で結ばれた複合体を形成することが明らかとなった。[Summary]
From the evaluation experiment (1), it was revealed that the produced photoreactive calmodulin-binding peptide specifically recognizes calmodulin and forms a complex linked by covalent bond.
[評価実験(2)]
評価実験2として、光反応性カルモジュリンタンパク質(模式図3)が、カルモジュリン結合ペプチドを認識し、光照射により共有結合で結ばれた複合体を形成する能力があるか、検討した。[Evaluation Experiment (2)]
As evaluation experiment 2, it was examined whether the photoreactive calmodulin protein (schematic diagram 3) has the ability to recognize a calmodulin-binding peptide and form a covalently bonded complex by light irradiation.
光反応性カルモジュリンタンパク質(模式図3)とビオチン化カルモジュリン結合ペプチドを1:1の比率で混ぜ、37℃で10分間静置した。その後、30W/m2の強度の紫外線(ピーク波長360nm)を1分間照射し、光反応を誘導した。その試料をSDS-PAGEで解析したのが図8である。紫外線の有無、カルシウムの有無を図8の下に示している。高熱処理を行っているので、共有結合で結ばれた複合体以外は解離してしまう。また、カルモジュリンペプチドに装着されたビオチンをアビジン化HRP酵素で検出したため、分子量の小さな結合ペプチド自身は検出できない。CBB染色によりすべての条件でも、ほぼ同じ量のカルモジュリンがあることがわかるが、化学発光で検出されているのは、紫外線とカルシウムがともにある条件のときだけである。Photoreactive calmodulin protein (schematic diagram 3) and biotinylated calmodulin-binding peptide were mixed at a ratio of 1: 1 and allowed to stand at 37 ° C. for 10 minutes. Thereafter, ultraviolet light (peak wavelength: 360 nm) having an intensity of 30 W / m 2 was irradiated for 1 minute to induce a photoreaction. The sample was analyzed by SDS-PAGE as shown in FIG. The presence or absence of ultraviolet rays and the presence or absence of calcium are shown in the lower part of FIG. Since the high heat treatment is performed, the complex other than the complex linked by the covalent bond is dissociated. In addition, since the biotin attached to the calmodulin peptide was detected by an avidinized HRP enzyme, the binding peptide itself having a small molecular weight cannot be detected. Although CBB staining shows almost the same amount of calmodulin under all conditions, chemiluminescence is detected only under conditions where both UV and calcium are present.
〔まとめ〕
評価実験(2)より、光反応性カルモジュリンタンパク質(模式図3)は、カルモジュリン結合ペプチドを認識し、複合体を形成する能力があることが明らかになった。[Summary]
Evaluation experiment (2) revealed that the photoreactive calmodulin protein (schematic diagram 3) has the ability to recognize a calmodulin-binding peptide and form a complex.
例4
[フォトパニング法の標準的方法]
光反応性カルモジュリン結合ペプチドを使用して構築したフォトパニング法の手順を以下に示す。
(1)提示ファージ溶液(108〜109個)、50mM Tris/HCl (pH7.4), 1mM CaCl2で構成される溶液200μLを調製する。
(2)光反応性カルモジュリン結合ペプチド(具体的には配列2、または配列4)を最終濃度10μMになるように加え、良く混ぜる。
(3)37℃で10分間静置する。(提示ファージとリガンドペプチドとの親和性による結合を促進するため)
(4)ポリスチレン製の底が平らな96穴プレートに移しかえる。このとき、1穴あたり100μLを越えないように分注する。
(5)30W/m2の強度のUV-Aランプを上下に配置した照射装置で、2分間光を照射する。
(6)96穴プレートからマイクロチューブへ溶液を移しかえる。
(7)10%ウシ血清アルブミン(BSA)を200μL加え、1分間振とうする。(磁気ビーズとの非特異的吸着を軽減するため)
(8)アビジン固定化磁気ビーズ(NEB社)を100〜250μL加え、2分間振とうする。(この量の磁気ビーズで、約250〜1000 pmolのビオチンを吸着することが可能である。)
(9)15000rpm(約20000g)で5秒間遠心し、専用のマグネティックスタンド(NEB社)に立て、上清を静かに取り除く。
(10)洗浄溶液(50mM Tris/HCl (pH8.8)、0.25M NaCl、 50mM EDTA、 0.5% SDS)を1mL加え、5分間激しく、振とうする。
(11)15000rpm(約20000g)で5秒間遠心し、専用のマグネティックスタンド(NEB社)に立て、上清を静かに取り除く。
(12)(10)、(11)の操作を合計5回繰り返す。
(13)50mM Tris/HCl (pH8.8) 、0.25M NaCl, 50mM EDTAを含む溶液1mLを加え、5分間激しく、振とうする。
(14)15000rpm(約20000g)で5秒間遠心し、専用のマグネティックスタンド(NEB社)に立て、上清を静かに取り除く。
(15)200〜500μLのSMバッファー(0.1M NaCl, 8mM MgCl2, 50mM Tris/HCl (pH7.5), 0.01% ゼラチン)で磁気ビーズ(沈殿)を懸濁する。
(16)10倍希釈系列希釈の懸濁液を調製し、その50μLをとり500μLの大腸菌溶液(株名:BLT5403、OD600=1程度の増殖)と混ぜ、5分間静置する。
(17)50℃に保温しておいた3mLのトップアガー(LB培地(トリプトン10g、イーストエクストラクト5g、NaCl 5gを1Lの水で溶解したもの)に0.7%アガーを含むもの)と混ぜ、LBプレート(LB培地に1.5%アガーを入れて、プレート内で固めておいたもの)にまく。
(18)37℃で2時間程度静置し、プラーク数を測定する。
(19)(15)の残りの懸濁液を、10mLの大腸菌溶液と混ぜ、37℃で振とうしながら3時間程度培養する。液が透けてきたら、大腸菌を遠心で取り除き、上清を回収する。
このファージ溶液を用いて、(1)からの操作を繰り返す。Example 4
[Standard method of photopanning]
The procedure of the photopanning method constructed using the photoreactive calmodulin-binding peptide is shown below.
(1) A 200 μL solution composed of a display phage solution (10 8 to 10 9 ), 50 mM Tris / HCl (pH 7.4), and 1 mM CaCl 2 is prepared.
(2) Add a photoreactive calmodulin-binding peptide (specifically, sequence 2 or sequence 4) to a final concentration of 10 μM and mix well.
(3) Leave at 37 ° C. for 10 minutes. (To promote binding by affinity between the display phage and ligand peptide)
(4) Transfer to a 96-well plate with a flat bottom made of polystyrene. At this time, dispense so that it does not exceed 100 μL per well.
(5) Irradiate with light for 2 minutes using an irradiation device with UV-A lamps with an intensity of 30 W / m 2 arranged above and below.
(6) Transfer the solution from the 96-well plate to the microtube.
(7) Add 200 μL of 10% bovine serum albumin (BSA) and shake for 1 minute. (To reduce non-specific adsorption with magnetic beads)
(8) Add 100 to 250 μL of avidin-immobilized magnetic beads (NEB) and shake for 2 minutes. (This amount of magnetic beads can adsorb about 250 to 1000 pmol of biotin.)
(9) Centrifuge at 15000 rpm (about 20000 g) for 5 seconds, place on a dedicated magnetic stand (NEB) and gently remove the supernatant.
(10) Add 1 mL of washing solution (50 mM Tris / HCl (pH 8.8), 0.25 M NaCl, 50 mM EDTA, 0.5% SDS) and shake vigorously for 5 minutes.
(11) Centrifuge at 15000 rpm (about 20000 g) for 5 seconds, place on a dedicated magnetic stand (NEB), and gently remove the supernatant.
(12) Repeat steps (10) and (11) a total of 5 times.
(13) Add 1 mL of a solution containing 50 mM Tris / HCl (pH 8.8), 0.25 M NaCl, and 50 mM EDTA, and shake vigorously for 5 minutes.
(14) Centrifuge at 15000 rpm (about 20000 g) for 5 seconds, place on a dedicated magnetic stand (NEB) and gently remove the supernatant.
(15) Suspend the magnetic beads (precipitate) with 200 to 500 μL of SM buffer (0.1 M NaCl, 8 mM MgCl 2 , 50 mM Tris / HCl (pH 7.5), 0.01% gelatin).
(16) Prepare a 10-fold dilution series suspension, take 50 μL of it, mix with 500 μL of E. coli solution (stock name: BLT5403, growth of OD600 = 1), and leave it for 5 minutes.
(17) Mix with 3mL of top agar (LB medium (tripton 10g, yeast extract 5g, NaCl 5g dissolved in 1L water) containing 0.7% agar) kept at 50 ℃. Spread on a plate (1.5% agar in LB medium and hardened in the plate).
(18) Let stand at 37 ° C. for about 2 hours and measure the number of plaques.
(19) The remaining suspension of (15) is mixed with 10 mL of E. coli solution and cultured for about 3 hours while shaking at 37 ° C. When the liquid is clear, remove E. coli by centrifugation and collect the supernatant.
Using this phage solution, the procedure from (1) is repeated.
[フォトパニング法の評価実験]
評価実験(3)[光反応性ペプチドリガンドの種類とパニング効率]
配列2と配列4の光反応性カルモジュリン結合ペプチドを用いてフォトパニングを行い、カルモジュリン提示ファージの選別効率を比較した。(表1)カルモジュリン提示ファージ(108個)およびSタグ提示コントロールファージ(108個)を上記のフォトパニング標準的方法に従い、100 pmolの光反応性リガンドを使用して選別した。磁気ビーズに捕らえられたファージの数を測定した。カルモジュリン提示ファージ数が、コントロールのファージ数に対して何倍捕らえられるかで、実験結果を評価する。[Evaluation experiment of photopanning method]
Evaluation Experiment (3) [Types of Photoreactive Peptide Ligand and Panning Efficiency]
Photopanning was performed using the photoreactive calmodulin-binding peptides of Sequence 2 and Sequence 4, and the selection efficiency of calmodulin-displayed phages was compared. (Table 1) Calmodulin-displayed phages (10 8 ) and S-tag display control phages (10 8 ) were selected using 100 pmol of photoreactive ligand according to the photopanning standard method described above. The number of phage trapped on the magnetic beads was measured. The experimental results are evaluated by how many times the number of calmodulin-displayed phage is captured relative to the number of control phages.
〔まとめ〕
磁気ビーズに捉えられたカルモジュリン提示ファージとコントロールファージの数を比較すると、配列2を使用したフォトパニングで1000倍、配列4を使用した場合は2000倍の選択効率があることがわかる。両者ともに十分な選択効率を持つ。[Summary]
Comparing the number of calmodulin-displayed phages and control phages captured by the magnetic beads, it can be seen that the photopanning using the sequence 2 is 1000 times more efficient and the sequence 4 is 2000 times more efficient. Both have sufficient selection efficiency.
評価実験(4)[光反応性ペプチドリガンド量と効率]
配列2の光反応性カルモジュリン結合ペプチドを使用し、リガンドの量を変えて選別効率を比較した。(表2)使用したアビジン磁気ビーズの量は100μLで、250 pmolのビオチンを吸着する能力をもつ。Evaluation Experiment (4) [Amount and Efficiency of Photoreactive Peptide Ligand]
The photoreactive calmodulin-binding peptide of sequence 2 was used, and the selection efficiency was compared by changing the amount of ligand. (Table 2) The amount of avidin magnetic beads used is 100 μL and has the ability to adsorb 250 pmol of biotin.
〔まとめ〕
磁気ビーズが吸着できる以上の量のリガンドを使用した1000 pmolの実験では選別効率が悪い。それ以下のリガンド量を使用するときには、効率にはあまり影響しない。[Summary]
Sorting efficiency is poor in the 1000 pmol experiment using more ligand than the magnetic beads can adsorb. When using lower ligand amounts, the efficiency is not significantly affected.
評価実験(5)[アビジン磁気ビーズとアビジンプレートの比較]
提示ファージを回収する固定化アビジンとして、磁気ビーズとプレートとを比較した。(表3)
使用したプレートは96穴のアビジン固定化プレート(ピアス社製)を使用した。Evaluation Experiment (5) [Comparison of Avidin Magnetic Beads and Avidin Plate]
Magnetic beads and plates were compared as immobilized avidin for recovering display phage. (Table 3)
The plate used was a 96-well avidin-immobilized plate (Pierce).
〔まとめ〕
カルモジュリン提示ファージ数とコントロールファージ数を比較するとき、磁気ビーズでは1000倍、アビジンプレートでは1800倍の差があった。[Summary]
When comparing the number of calmodulin-displayed phages and the number of control phages, there was a difference of 1000 times for magnetic beads and 1800 times for avidin plates.
評価実験(6)[フォトパニング法の効率決定]
カルモジュリン提示ファージとコントロールファージを、以下の表にあるような様々な割合で混合した。各実験で109個程度のファージを使用した。配列2の光反応性リガンド(10 pmol)、磁気ビーズ100μLを用いてフォトパニングを行った。磁気ビーズに捕らえられたファージ数を測定した。さらに、カルモジュリン遺伝子をプローブにしてプラークハイブリダイゼーションを行った。カルモジュリン提示ファージのプラークを陽性のプラークとし全部のプラーク数と比較して、その割合を計算した。(表4)Evaluation experiment (6) [Efficiency determination of photopanning method]
Calmodulin-displaying phage and control phage were mixed in various proportions as shown in the table below. About 10 9 phages were used in each experiment. Photopanning was performed using the photoreactive ligand (10 pmol) of sequence 2 and 100 μL of magnetic beads. The number of phage trapped on the magnetic beads was measured. Furthermore, plaque hybridization was performed using the calmodulin gene as a probe. Calmodulin-displayed phage plaques were regarded as positive plaques and compared with the total number of plaques, and the ratio was calculated. (Table 4)
〔まとめ〕
磁気ビーズに捕らえられたファージの数は、カルモジュリン提示ファージの割合が少なくなるにしたがって減少していく。
1,500個中に1個の割合でカルモジュリンファージが存在する条件でも、磁気ビーズに捉えられたファージはほとんどがカルモジュリン提示ファージであった。
1:15,000(0.0066%)の実験を例にとると、15,000個中に1個の割合で存在していたカルモジュリン提示ファージが、フォトパニングによって400個中333個(84%)の割合に増加した。0.0066%が84%へ増えたので、84÷0.0066=12727となり、約12700倍濃縮できたことになる。同様に、1:150,000では13500倍、1:1,500,000では15000倍に濃縮できたことになる。
このフォトパニング法により、1回の操作で約13000倍程度濃縮することができた。(図9で概略を説明)[Summary]
The number of phage captured by the magnetic beads decreases as the proportion of calmodulin-displayed phage decreases.
Even when calmodulin phages were present at a ratio of 1 in 1,500, most of the phages captured by the magnetic beads were calmodulin-displayed phages.
Taking the example of 1: 15,000 (0.0066%) as an example, the number of calmodulin-displayed phages that were present in 1 in 15,000 increased to 333 (84%) in 400 by photopanning. . Since 0.0066% increased to 84%, it was 84 ÷ 0.0066 = 12727, which means that it was concentrated about 12700 times. Similarly, it was concentrated 13500 times at 1: 150,000 and 15000 times at 1: 1,500,000.
By this photopanning method, it was possible to concentrate about 13000 times in one operation. (The outline is explained in FIG. 9)
評価実験(7)[フォトパニング法と従来のパニング法との比較(1)]
従来のパニング法と効率を比較するため、配列1のN末をビオチン化したカルモジュリン結合ペプチドを製作した。このペプチド(10μmol/L)を使用し、フォトパニングの標準的方法に従い(ただし、光照射は行わない)カルモジュリン提示ファージとコントロールファージがどれだけ磁気ビーズ(100μL)に捕らえられたかを測定した。(表5)洗浄は、1mM CaCl2を含むTBS(50mM Tris/HCl (pH7.4), 0.25M NaCl)に0.05%もしくは、0.5%の界面活性剤Tween-20を加え調製した洗浄液で行った。再現性をみるために、同一条件の実験((1)と(2))を2回行った。Evaluation Experiment (7) [Comparison between Photopanning Method and Conventional Panning Method (1)]
In order to compare the efficiency with the conventional panning method, a calmodulin-binding peptide in which the N-terminus of sequence 1 was biotinylated was prepared. This peptide (10 μmol / L) was used to determine how much calmodulin-displayed phage and control phage were captured by magnetic beads (100 μL) according to the standard method of photopanning (but without light irradiation). (Table 5) Washing was performed with a cleaning solution prepared by adding 0.05% or 0.5% surfactant Tween-20 to TBS (50 mM Tris / HCl (pH 7.4), 0.25 M NaCl) containing 1 mM CaCl 2 . . In order to see the reproducibility, the same condition experiment ((1) and (2)) was performed twice.
〔まとめ〕
磁気ビーズで捕らえられたカルモジュリン提示ファージ数は、従来法、フォトパニング法の区別なく、あまり変化がない。しかしながら、コントロールファージの数をみるとき、従来のパニング法では、フォトパニング法にくらべ1000倍程度多く捕らえられている。フォトパニング法が従来法に比べ、効率的に目的のファージを選別できるのは、このバックグランドの差による。(1)と(2)の実験を比較してみると、従来のパニング法は再現性が悪いことがわかる。[Summary]
The number of calmodulin-displayed phages captured by the magnetic beads does not change much, regardless of whether the conventional method or the photopanning method is used. However, when looking at the number of control phages, the conventional panning method captures about 1000 times more than the photopanning method. The difference in background is that the photopanning method can select target phages more efficiently than the conventional method. Comparing the experiments of (1) and (2), it can be seen that the conventional panning method has poor reproducibility.
評価実験(8)[フォトパニング法と従来のパニング法との比較(2)]
カルモジュリン提示ファージとコントロールファージを、以下の表にあるような様々な割合で混合した。各実験で108個程度のファージを使用した。配列1のN末をビオチン化したカルモジュリン結合ペプチド(10 pmol)、および配列2の光反応性リガンド(10 pmol)を使用した。磁気ビーズは25μLで行った。Evaluation experiment (8) [Comparison between photopanning method and conventional panning method (2)]
Calmodulin-displaying phage and control phage were mixed in various proportions as shown in the table below. About 10 8 phage were used in each experiment. A calmodulin-binding peptide (10 pmol) obtained by biotinylating the N-terminus of sequence 1 and a photoreactive ligand (10 pmol) of sequence 2 were used. Magnetic beads were performed at 25 μL.
磁気ビーズに捕らえられたファージ数をそれぞれのリガンドについて測定した。
各ファージを適宜希釈し、プレート1枚に100〜400個のファージプラークを出現させ、その上に5 mLのSMバッファーを加え、2時間振とうした。この溶液2μLに対して、カルモジュリン遺伝子を増幅するように設計したプライマーを用いてPCRを行い、カルモジュリン提示ファージの有無を各希釈系列で確認した。(表6および図10)The number of phage captured on the magnetic beads was measured for each ligand.
Each phage was appropriately diluted to allow 100 to 400 phage plaques to appear on one plate, and 5 mL of SM buffer was added thereon and shaken for 2 hours. PCR was performed on 2 μL of this solution using primers designed to amplify the calmodulin gene, and the presence or absence of calmodulin-displayed phages was confirmed in each dilution series. (Table 6 and FIG. 10)
〔まとめ〕
磁気ビーズに捕らえられたファージの数は、従来法では大きな変化は見られないが、フォトパニング法ではカルモジュリン提示ファージの割合が少なくなるに従って、減少していった。フォトパニング法では、バックグランドのファージ数が少なくなるので、このような結果となる。カルモジュリン遺伝子のPCRの結果より、従来法は(3)1:1,000の混合ファージからの選別において、少なくとも300個中に1個のカルモジュリン提示ファージが存在することがわかる。一方、フォトパニング法では(6)1:1,000,000の混合ファージからの選別においても、少なくとも400個中に1個のカルモジュリン提示ファージが存在することがわかる。以上のPCRの結果より、フォトパニング法は従来法に比べ、少なくとも1000倍の選別効率をもつことが明らかになった。(図11で概略を説明)[Summary]
The number of phages captured by the magnetic beads did not change significantly in the conventional method, but decreased in the photopanning method as the proportion of calmodulin-displayed phages decreased. The photopanning method has such a result because the number of background phages is reduced. From the results of PCR of the calmodulin gene, it can be seen that there is at least one calmodulin-displayed phage out of 300 when the conventional method is selected from (3) 1: 1,000 mixed phages. On the other hand, in the photopanning method, even when selecting from (6) 1: 1,000,000 mixed phages, it can be seen that at least 400 calmodulin-displayed phages are present. From the above PCR results, it has been clarified that the photopanning method has a selection efficiency at least 1000 times that of the conventional method. (The outline is explained in FIG. 11)
例5
[ライブラリースクリーニング実験]
[実験の方法]
cDNA提示ファージライブラリーからカルモジュリン提示ファージを、フォトパニング法と従来のパニング法で単離する実験を行った。(図12参照)ヒト脳cDNA発現ライブラリーおよびヒト肝臓cDNA発現ライブラリーを使用した。ヒト脳cDNAライブラリー中にはカルモジュリン遺伝子が多く含まれているとされている。両者ともノバジェン社より購入、概ね109個の提示ファージからスクリーニングをはじめた。配列2の光反応性カルモジュリン結合ペプチド、もしくは配列1のN末をビオチン化したペプチドをリガンドとして使用した。最終濃度はいずれも10μmol/Lとした。フォトパニング法では、光照射を2分間行った。アビジン磁気ビーズは50μL使用した。上記のビオチン化リガンドの12.5倍量のビオチン結合能力をもつ。従来法では、評価実験(7)で使用したTBS-0.05%Tw-Ca2+を洗浄溶液として、5回洗浄した。パニング後のファージ溶液の一部を適宜希釈し、磁気ビーズ上に捕らえられたファージ数を測定した(図12、ファージ数測定(2))。Example 5
[Library screening experiment]
[Method of experiment]
An experiment was conducted to isolate calmodulin-displayed phages from a cDNA-displayed phage library by the photopanning method and the conventional panning method. (See FIG. 12) Human brain cDNA expression library and human liver cDNA expression library were used. The human brain cDNA library is said to contain many calmodulin genes. Both purchased from Novagen, started the screening from approximately 10 9 display phage. A photoreactive calmodulin-binding peptide of sequence 2 or a peptide obtained by biotinylating the N-terminus of sequence 1 was used as a ligand. The final concentration was 10 μmol / L in all cases. In the photopanning method, light irradiation was performed for 2 minutes. 50 μL of avidin magnetic beads were used. It has 12.5 times the amount of biotin-binding ability of the above biotinylated ligand. In the conventional method, TBS-0.05% Tw-Ca 2+ used in the evaluation experiment (7) was washed five times as a washing solution. A part of the phage solution after panning was appropriately diluted, and the number of phages captured on the magnetic beads was measured (FIG. 12, phage number measurement (2)).
その際に出来るプレートを使用し、メンブレンを製作し、カルモジュリン遺伝子断片をプローブとしたプラークハイブリダイゼーションを行って、カルモジュリン提示ファージ数を測定した(図12、プラークハイブリ)。さらに、同じプレート上にSMバッファーを少量入れ、プレートからファージ溶液を製作した。この溶液をもとにして、カルモジュリンを特異的に増幅するプライマーを用いてPCRを行いカルモジュリン提示ファージの有無を確認した(図12、PCR(2))上記操作で残ったパニング後のファージ溶液を増幅した。増幅後、ファージ数を測定し(図12、ファージ数測定(1))、一部を使用しPCRによりカルモジュリン提示ファージの有無を確認した(図12、PCR(1))。 A plate formed at that time was used to produce a membrane, and plaque hybridization was performed using the calmodulin gene fragment as a probe, and the number of calmodulin-displayed phages was measured (FIG. 12, plaque hybrid). Furthermore, a small amount of SM buffer was put on the same plate, and a phage solution was prepared from the plate. Based on this solution, PCR was performed using primers that specifically amplify calmodulin to confirm the presence or absence of calmodulin-displayed phages (FIG. 12, PCR (2)). Amplified. After amplification, the number of phages was measured (FIG. 12, phage number measurement (1)), and the presence or absence of calmodulin-displayed phages was confirmed by PCR using a part (FIG. 12, PCR (1)).
[実験の結果]
〔評価実験(9)フォトパニング法(ヒト脳ライブラリー)光照射の有無〕
ヒト脳cDNAライブラリーから、カルモジュリン提示ファージをスクリーニングした。配列2のリガンドを使用し、光照射の有無で結果を比べた。[results of the experiment]
[Evaluation experiment (9) Photopanning method (human brain library) with or without light irradiation]
Calmodulin-displayed phages were screened from a human brain cDNA library. Using the ligand of sequence 2, the results were compared with and without light irradiation.
フォトB(1)-2(光あり)の段階で選別したファージを個別に、カルモジュリン遺伝子を増幅するPCR法で確認した(図13)。Mのレーンはマーカーである。フォトB(1)-1(光あり)からフォトB(1)-3(光あり)で選別したファージ溶液を適度に希釈し、200〜300個程度のプラークが出現するように培養した。そこに、ニトロセルロースメンブレンを置き、適切な操作ののち、カルモジュリン遺伝子をプローブとしたプラークハイブリダイゼーションを行った(図14)。黒く見える点が、カルモジュリンを提示しているファージである(陽性クローンと呼ぶ)。 The phages selected at the stage of Photo B (1) -2 (with light) were individually confirmed by the PCR method that amplifies the calmodulin gene (FIG. 13). The lane of M is a marker. The phage solution selected from Photo B (1) -1 (with light) to Photo B (1) -3 (with light) was appropriately diluted and cultured so that about 200 to 300 plaques appeared. A nitrocellulose membrane was placed there, and after appropriate operations, plaque hybridization was performed using the calmodulin gene as a probe (FIG. 14). The black spots are the phages displaying calmodulin (referred to as positive clones).
再現性を確かめるために、同一の実験をおこなった(表8)。選別したファージ溶液を希釈し、プラークを形成させ、1つのプラークから得たファージをテンプレートとして、カルモジュリン遺伝子をPCRで増幅した(図15)。各サイクルで10個ずつ確認した。 To confirm reproducibility, the same experiment was performed (Table 8). The selected phage solution was diluted to form plaques, and the calmodulin gene was amplified by PCR using phages obtained from one plaque as a template (FIG. 15). Ten pieces were confirmed in each cycle.
増殖後のファージ溶液をテンプレートにPCRでカルモジュリン遺伝子を増幅した結果を示す(図16)。選別したファージ溶液を適度に希釈し、数百個程度のプラークが出現するように培養し、SMバッファーを加えてファージ溶液を製作した。このファージ溶液をテンプレートに、PCRでカルモジュリン遺伝子を増幅した結果を示す(図17)。各電気泳動下の数値は、使用したプレート上に出現したプラーク数のおおよその数を示す。 The result of amplifying the calmodulin gene by PCR using the phage solution after growth as a template is shown (FIG. 16). The selected phage solution was appropriately diluted, cultured so that about several hundred plaques appeared, and SM buffer was added to prepare a phage solution. The result of amplifying the calmodulin gene by PCR using this phage solution as a template is shown (FIG. 17). The numerical value under each electrophoresis indicates the approximate number of plaques that appeared on the used plate.
〔まとめ〕
フォトB(1)-1,2(光あり)に比べて、フォトB(1)-3(光あり)のパニングの数(表7)が、100倍に増えている。これは、ファージ溶液がカルモジュリン提示ファージに均一化されたこと、すなわち割合が100%近くなったことを示す。
表7のプラークハイブリダイゼーションの結果は、図14の結果から測定された。1回目のフォトパニングで0.5%、2回目で60%、3回目で99%がカルモジュリン提示ファージとなっており、上記のファージ数の急激な増加結果と一致する。[Summary]
The number of pannings (Table 7) of Photo B (1) -3 (with light) is increased by a factor of 100 compared to Photo B (1) -1,2 (with light). This indicates that the phage solution has been homogenized to calmodulin-displayed phage, i.e., the rate has approached 100%.
The plaque hybridization results in Table 7 were determined from the results in FIG. In the first photopanning, 0.5%, 60% in the second, and 99% in the third, calmodulin-displayed phages are consistent with the results of the rapid increase in the number of phages described above.
カルモジュリン遺伝子を個別のファージをテンプレートに増幅したPCR(図13)により、フォトB(1)-2で選別されたファージは、43個が陽性であり、43/60個つまり約70%がカルモジュリン提示ファージであることがわかる。この割合は、ほぼプラークハイブリダイゼーションで求めた結果と一致する。増幅したファージをテンプレートに行った実験(図16:フォトB(1)と(2))でも、2回目のフォトパニング(光あり)でカルモジュリン遺伝子の増幅が観察できる。しかし、(光なし)では増幅しなかった。各パニング段階で、数百個のファージ中にカルモジュリン提示ファージが存在すか調べた実験(図17:フォトB(1)と(2))から、(光あり)で2回目から目的の提示ファージが得られることがわかる。(光なし)では3回パニングを行っても、カルモジュリン提示ファージは見られなかった。 PCR that amplified the calmodulin gene using individual phage as a template (Fig. 13), 43 of the phages selected by Photo B (1) -2 were positive, and 43/60, or about 70%, displayed calmodulin. It turns out that it is a phage. This ratio almost coincides with the result obtained by plaque hybridization. In an experiment conducted using the amplified phage as a template (FIG. 16: Photo B (1) and (2)), amplification of the calmodulin gene can be observed by the second photopanning (with light). However, it was not amplified (without light). At each panning stage, the experiment (Fig. 17: Photo B (1) and (2)) was conducted to examine the presence of calmodulin-displayed phages in hundreds of phages. It turns out that it is obtained. In the case of (without light), calmodulin-displayed phages were not seen even after 3 pannings.
以上の結果より、カルモジュリン提示ファージの濃縮には、光照射が必要であることがわかる。光反応により形成された共有結合が、パニングの効率を上昇させることが明らかになる。
また、表8および図15の実験から、フォトパニング法でカルモジュリン提示ファージを単離するとき、1回目で0/10(0%)、2回目で7/10(70%)、3回目で9/10(90%)となり、前回の表7での結果とほぼ同じとなった。
再現性が優れていると言える。From the above results, it can be seen that light irradiation is necessary for the concentration of calmodulin-displayed phages. It becomes clear that the covalent bond formed by the photoreaction increases the efficiency of panning.
Further, from the experiment of Table 8 and FIG. 15, when isolating a calmodulin-displayed phage by the photopanning method, 0/10 (0%) at the first time, 7/10 (70%) at the second time, and 9 at the third time. / 10 (90%), almost the same as the result in the previous Table 7.
It can be said that the reproducibility is excellent.
〔評価実験(10)従来法(ヒト脳ライブラリー)〕
従来法で、カルモジュリン提示ファージの単離を試みた。再現性を確認するために、同様の実験を2回行った。
使用したリガンドは、配列1のN末をビオチン化したものである。[Evaluation experiment (10) Conventional method (human brain library)]
Attempts were made to isolate calmodulin-displayed phages by conventional methods. In order to confirm the reproducibility, the same experiment was performed twice.
The ligand used was a biotinylated N-terminus of sequence 1.
〔まとめ〕
パニング後のファージ数は各サイクルで10倍程度変化しているが、再現性がない。表10のプラークハイブリダイゼーションの結果より、カルモジュリン提示ファージが濃縮されていないことがわかる。増幅したファージをテンプレートに行った実験(図16:従来B(5)と(6))でも、カルモジュリン遺伝子は増幅されない。各パニング段階で、数百個のファージ中にカルモジュリン提示ファージが存在するか調べた実験(図17:従来B(5)と(6))では、従来B(5)において4回目にカルモジュリン遺伝子が増加されたものの、5回目には消えており再現性がない。このシステムを使用する限り、従来のパニング法ではカルモジュリン提示ファージを濃縮することは出来ない。[Summary]
The number of phage after panning changes about 10 times in each cycle, but there is no reproducibility. From the results of plaque hybridization in Table 10, it can be seen that calmodulin-displayed phages are not concentrated. In an experiment conducted using the amplified phage as a template (FIG. 16: Conventional B (5) and (6)), the calmodulin gene is not amplified. In the experiment (Fig. 17: conventional B (5) and (6)) in which the presence of calmodulin-displayed phages in hundreds of phages was examined at each panning stage, Although increased, it disappeared at the fifth time and there is no reproducibility. As long as this system is used, the conventional panning method cannot concentrate calmodulin-displayed phages.
〔評価実験(11)フォトパニング法(ヒト肝臓ライブラリー)〕
カルモジュリンの発現量が低いとされる、ヒト肝臓cDNAから作られたライブラリーを使用し、フォトパニング法を評価した。実験方法は、評価実験(8)と同じである。[Evaluation experiment (11) Photopanning method (human liver library)]
The photopanning method was evaluated using a library made from human liver cDNA, which is said to have a low calmodulin expression level. The experimental method is the same as the evaluation experiment (8).
〔まとめ〕
表11のプラークハイブリダイゼーションの結果から、肝臓cDNAより3回目のフォトパニングで21%、4回目で92%の割合までカルモジュリン提示ファージを濃縮できることがわかる。これは、図18のPCRで行った結果、2回目で10%、3回目で20%、4回目で90%と良く一致している。表11のファージ数の急激な増加が、4回目で起こることと、カルモジュリン提示ファージの占有割合とが、良く一致している。増幅したファージをテンプレートとして行った実験(図16:フォトL(4))で、3回目のフォトパニングから、カルモジュリン遺伝子が見えてきている。各パニング段階で、数百個のファージ中にカルモジュリン提示ファージが存在するかを調べた実験(図17:フォトL(4))でも、3回目のフォトパニングから、カルモジュリン遺伝子が見えてきている。フォトパニング法は、発現量の少ないライブラリーからでもカルモジュリン提示ファージを濃縮し、ほぼ100%にすることができた。以上の結果をまとめて図19に示す。[Summary]
From the results of plaque hybridization shown in Table 11, it can be seen that calmodulin-displayed phages can be enriched from liver cDNA to a rate of 21% by the third photopanning and 92% by the fourth. As a result of PCR performed in FIG. 18, this agrees well with 10% at the second time, 20% at the third time, and 90% at the fourth time. The abrupt increase in the number of phages in Table 11 occurs at the fourth time, and the occupation ratio of calmodulin-displayed phages is in good agreement. In an experiment conducted using the amplified phage as a template (FIG. 16: Photo L (4)), the calmodulin gene is visible from the third photopanning. In each of the panning stages, the calmodulin gene can be seen from the third photopanning in an experiment (Fig. 17: Photo L (4)) in which it was examined whether there existed calmodulin-displayed phages in hundreds of phages. The photopanning method was able to concentrate calmodulin-displayed phages even from a library with a small amount of expression, and almost 100%. The above results are summarized in FIG.
[光反応性カルモジュリンタンパク質をリガントとしたフォトパニング法]
[評価実験(12)光反応基をつける部位による影響]
光反応基の導入部位の異なる3種類の光反応性カルモジュリンタンパク質でフォトパニング法の効率を比較した(表12)。カルモジュリンとその結合ペプチドであるMLCK断片ペプチドの立体構造解析結果(PDB: ICDL)から、26,75,115番目のアミノ酸がMLCK断片ペプチドを中心にそれぞれ別の位置にあることがわかる。それぞれのアミノ酸をシステインに変換して、化合物3を装着した。その後、それぞれをビオチン化した。カルモジュリン結合ペプチド提示ファージとSタグ提示ファージを用いて、評価実験を行った。方法に関しては、前述の標準的な方法に従った。使用した光反応性カルモジュリンリガンド量は30pmol、使用した磁気ビーズ量は100μLである。[Photopanning method using photoreactive calmodulin protein as a ligand]
[Evaluation experiment (12) Effect of the site where photoreactive groups are attached]
The efficiency of the photopanning method was compared between three photoreactive calmodulin proteins with different photoreactive group introduction sites (Table 12). From the three-dimensional structure analysis result (PDB: ICDL) of the MLCK fragment peptide that is calmodulin and its binding peptide, it can be seen that the 26th, 75th, and 115th amino acids are located at different positions centering on the MLCK fragment peptide. Each amino acid was converted to cysteine and mounted with compound 3. Thereafter, each was biotinylated. An evaluation experiment was performed using phage displaying calmodulin-binding peptide and phage displaying S tag. Regarding the method, the standard method described above was followed. The amount of photoreactive calmodulin ligand used was 30 pmol, and the amount of magnetic beads used was 100 μL.
〔まとめ〕
光反応基を結合させる部位を変えても、選別効率にあまり影響を与えなかった。[Summary]
Changing the site to which the photoreactive group was attached did not significantly affect the selection efficiency.
[評価実験(13)フォトパニング法と従来法との比較(1)]
カルモジュリン結合ペプチド提示ファージとコントロールファージとで、パニングを行い、磁気ビーズにどれだけのファージが捉えられるか比較し、フォトパニング法と従来法の選別効率を比較した。光反応性リガンドとしてはビオチン化した115−光反応性カルモジュリンを使用し、従来法ではビオチン化したカルモジュリンタンパク質を使用した。従来法は、ペプチドリガンドでの実験(評価実験(7))と同様におこなった。[Evaluation Experiment (13) Comparison between Photopanning Method and Conventional Method (1)]
Panning was performed between the calmodulin-binding peptide-displaying phage and the control phage, and the amount of phage captured by the magnetic beads was compared. The selection efficiency of the photopanning method and the conventional method was compared. As the photoreactive ligand, biotinylated 115-photoreactive calmodulin was used, and in the conventional method, biotinylated calmodulin protein was used. The conventional method was performed in the same manner as the experiment with peptide ligand (evaluation experiment (7)).
フォトパニング法では、コントロールファージの100倍量のカルモジュリン結合ペプチド提示ファージを捉えることができる。一方、従来法では4倍程度であった(表13) The photopanning method can capture 100 times the amount of calmodulin-binding peptide-displayed phage as control phage. On the other hand, the conventional method was about 4 times (Table 13).
〔まとめ〕
タンパク質をリガントとした場合にも、ペプチドリガンドを使用したときと同様に、フォトパニング法は従来法に比べ、目的ファージを効率よく選別できる。[Summary]
Even when a protein is used as a ligand, the photopanning method can select target phages more efficiently than the conventional method, as in the case of using a peptide ligand.
[評価実験(14)フォトパニング法と従来法との比較(2)]
カルモジュリン結合ペプチド提示ファージとコントロールファージを以下の表14のように様々な割合で混合した。各実験では合計ファージ数が、108個程度になるようにそろえた。フォトパニング法では、ビオチン化した光反応性カルモジュリンタンパク質を、また、従来法ではビオチン化したカルモジュリンタンパク質をリガンドとして使用した。磁気ビーズに捕らえられたファージ数を測定した(表14)[Evaluation experiment (14) Comparison between photopanning method and conventional method (2)]
Calmodulin-binding peptide-displaying phage and control phage were mixed at various ratios as shown in Table 14 below. In each experiment, the total number of phages was adjusted to about 10 8 . In the photopanning method, biotinylated photoreactive calmodulin protein was used as a ligand, and in the conventional method, biotinylated calmodulin protein was used as a ligand. The number of phage trapped in magnetic beads was measured (Table 14)
従来法においては、結合能力のあるファージ割合が減少しても、磁気ビーズに捉えられるファージ数には変化がないが、フォトパニング法では割合が減少するに従い、捕らえられたファージ数が減少していった。 In the conventional method, the number of phage captured by the magnetic beads does not change even when the proportion of binding phage decreases, but the number of captured phage decreases as the proportion decreases in the photopanning method. It was.
選別したファージ溶液を適度に希釈し、数百個程度のプラークが出現するように培養し、SMバッファーを加えてファージ溶液を製作し、このファージ溶液をテンプレートに、PCRでカルモジュリン結合ペプチドの遺伝子を増幅した(図20)。各電気泳動上の数字は、表14で示されている(1)から(4)の試料に対応している。また、下の数値は、使用したプレート上に出現したプラーク数の数を示す。カルモジュリン結合ペプチドのコード領域だけでは、増幅される遺伝子が短くなり、電気泳動での検出が困難になるため、ペプチドをコードする領域と近隣のファージゲノム領域とにプライマーを製作し、PCRを行った。 The selected phage solution is diluted appropriately and cultured so that several hundred plaques appear. SM buffer is added to prepare a phage solution. Using this phage solution as a template, the gene for calmodulin-binding peptide is obtained by PCR. Amplified (Figure 20). The numbers on each electrophoresis correspond to the samples (1) to (4) shown in Table 14. Moreover, the lower numerical value shows the number of the plaques which appeared on the used plate. Only the coding region of the calmodulin-binding peptide shortens the gene to be amplified, making it difficult to detect by electrophoresis. Therefore, primers were prepared in the region encoding the peptide and the neighboring phage genome region, and PCR was performed. .
フォトパニング法では、1:100〜1:100,000までの希釈のすべてでカルモジュリン結合ペプチド提示ファージが検出されているのに対して、従来法では1:10,000の希釈では検出ができなかった。
フォトパニング法でPCRによる検出限界が不明なことと、プレート上のファージ数にばらつきがあるので、正確には決められないが、フォトパニング法は従来法に比べ、選別効率は、少なくとも100倍以上であると思われる。In the photopanning method, calmodulin-binding peptide-displayed phages were detected at all dilutions from 1: 100 to 1: 100,000, whereas in the conventional method, detection was not possible at a dilution of 1: 10,000.
The detection limit by PCR in the photopanning method is unknown and the number of phages on the plate varies, so it can not be determined accurately, but the photopanning method is at least 100 times more efficient than the conventional method It seems to be.
希釈試料からフォトパニング法で捕らえたファージ溶液中のカルモジュリン結合ペプチド提示ファージの数を、プラークハイブリダイゼーションで決定し、図21に示す。ハイブリ写真上部の数字は、表14の(1)〜(4)に対応する。また、下段には陽性プラーク数/全体プラーク数と( )内に濃縮倍率を示した。1:100,000に希釈したファージ溶液から、680個中10個のカルモジュリン結合ペプチド提示ファージが回収された。よって濃縮効率は1470倍と見積もられる。 The number of calmodulin-binding peptide-displayed phages in the phage solution captured from the diluted sample by the photopanning method was determined by plaque hybridization and is shown in FIG. The numbers at the top of the hybrid photos correspond to (1) to (4) in Table 14. In the lower row, the number of positive plaques / total number of plaques and the concentration ratio in parentheses are shown. Ten of the 680 calmodulin-binding peptide-displayed phages were recovered from the 1: 100,000 diluted phage solution. Therefore, the concentration efficiency is estimated to be 1470 times.
〔まとめ〕
フォトパニング法は従来法に比べ100倍以上の濃縮効率をもつことが明らかになり、1回のフォトパニングで1470倍の濃縮に成功した。[Summary]
It became clear that the photopanning method had a concentration efficiency more than 100 times that of the conventional method, and it succeeded in the concentration of 1470 times in one photopanning.
[評価実験(15)ライブラリーのスクリーニング実験]
ヒト脳および肝臓のcDNAライブラリーから、カルモジュリンに結合するタンパク質を単離する目的で、スクリーニングを行った。フォトパニング法では、ビオチン化した光反応性カルモジュリンタンパク質を、従来法ではビオチン化したカルモジュリンタンパク質を、それぞれリガンドとして30pmol使用し、スクリーニングを行った。ライブラリーは概ね109個からスクリーニングを始めた。2回目以降は、各回に対応する表中の「増殖後の濃度」の1/20量で行った。
アビジン磁気ビーズは、100μL使用した。従来法では、評価実験(7)で使用した洗浄条件で行った。フォトパニング法でヒト脳ライブラリーをスクリーニングしたものが、表15、表17、表18で示されている。従来法でヒト脳ライブラリーをスクリーニングしたものが、表16で示されている。フォトパニング法でヒト肝臓ライブラリーをスクリーニングしたものが、表19で示されている。[Evaluation Experiment (15) Library Screening Experiment]
Screening was performed with the aim of isolating proteins that bind to calmodulin from human brain and liver cDNA libraries. In the photopanning method, biotinylated photoreactive calmodulin protein was used, and in the conventional method biotinylated calmodulin protein was used at 30 pmol as a ligand, and screening was performed. Library was from about 10 to nine, including the screening. From the second time onward, the measurement was performed at 1/20 of the “concentration after growth” in the table corresponding to each time.
100 μL of avidin magnetic beads were used. In the conventional method, the cleaning conditions used in the evaluation experiment (7) were performed. The human brain library screened by the photopanning method is shown in Table 15, Table 17, and Table 18. Table 16 shows a screen of a human brain library by a conventional method. Table 19 shows a human liver library screened by photopanning.
〔まとめ〕
フォトパニング法では、サイクルが増えるごとにパニング後のファージの数が増加する。[Summary]
In the photopanning method, the number of phages after panning increases as the cycle increases.
[評価実験(16)単離したファージ遺伝子のシーケンス]
各表にゴジックで示されたサイクル、フォトB(7)-4,フォトB(7)-5,従来法(−)B(8)-5,フォトB(9)-4,フォトB(10)-4,フォトL(11)-4,フォトL(11)-5でのファージをプレート上で単離した。単離したファージ数は,全部で230個であった。これらをテンプレートにしてインサート部分をPCRで増幅した(例:図22)このうち、400bp以上のDNAを選びPCR断片を回収した。全部で228断片回収した。回収した228断片について、5'末端よりDNAシーケンスを読んだ。
複数個回収されたファージもしくはカルモジュリン結合タンパク質として報告のある遺伝子をもつファージについて、表20にまとめた。[Evaluation Experiment (16) Sequence of Isolated Phage Gene]
Cycles indicated by Godic in each table, Photo B (7) -4, Photo B (7) -5, Conventional method (-) B (8) -5, Photo B (9) -4, Photo B (10 ) -4, Photo L (11) -4, Photo L (11) -5 were isolated on the plate. The total number of isolated phages was 230. Using these as templates, the insert portion was amplified by PCR (example: FIG. 22). Among them, DNA of 400 bp or more was selected and the PCR fragment was recovered. A total of 228 fragments were recovered. For the recovered 228 fragments, the DNA sequence was read from the 5 'end.
Table 20 summarizes a plurality of recovered phages or phages having genes reported as calmodulin-binding proteins.
上表のNo1, 2, 10, 11, 18は,すでにカルモジュリン結合タンパク質として報告のあるものである。シーケンスの結果、ファージは各タンパク質において、カルモジュリン結合部位を含む領域を、フレームどおり発現していることがわかった。 Nos. 1, 2, 10, 11, 18 in the above table have already been reported as calmodulin-binding proteins. As a result of sequencing, it was found that the phage expressed the region including the calmodulin binding site in each protein in frame.
上表のNo3, 7, 8, 9, 12, 13, 14, 15, 16, 17については、カルモジュリンターゲットデータベース(Calmodulin Target Database (http://calcium.uhnres.utoronto.ca/ctdb/flash.htm))のカルモジュリン結合解析により「8」以上の判定を受けた配列を含んでいる。同データベースは、Yap KL, Kim J, Truong K, Sherman M, Yuan T, Ikura M. J Struct Funct Genomics. 2000;1(1):8-14.で報告されたもので、カルモジュリンへの結合能力を評価できる。
図23は、No3のAC092953について同データベースで解析した結果である。配列の下の数字が8以上の部分が、カルモジュリンと結合すると考えられる。
No3, 7, 8, 9, 12, 13, 14, 15, 16, 17においては、自然には存在しないペプチドと考えられる。すなわち、反対鎖で読まれているもの、フレームシフトをおこしているもの、タンパク質にはならないと報告されているものなどである。For No3, 7, 8, 9, 12, 13, 14, 15, 16, 17 in the table above, the Calmodulin Target Database (http://calcium.uhnres.utoronto.ca/ctdb/flash.htm )) Contains a sequence that has been evaluated as “8” or more by calmodulin binding analysis. This database was reported in Yap KL, Kim J, Truong K, Sherman M, Yuan T, Ikura M. J Struct Funct Genomics. 2000; 1 (1): 8-14. And has the ability to bind calmodulin. Can be evaluated.
FIG. 23 shows the analysis result of No3 AC092953 in the same database. The part below the sequence with a number of 8 or more is considered to bind to calmodulin.
In No3, 7, 8, 9, 12, 13, 14, 15, 16, 17, it is considered that the peptide does not exist in nature. That is, those that are read in the opposite strand, those that are frame-shifted, those that are reported not to be proteins.
No.4および6に関しては、カルモジュリン結合能力は同データベースでは確認されていない。しかしながら、この2つのファージについては、簡易的なフォトパニング法において、カルモジュリン結合活性が示されている(表21)。 Regarding No. 4 and 6, calmodulin-binding ability has not been confirmed in the database. However, for these two phages, calmodulin binding activity is shown in a simple photopanning method (Table 21).
〔まとめ〕
複数個単離されたファージは、すべてがカルモジュリンと結合することが予想された。シーケンスを読んだ228個のファージから、124個のカルモジュリン結合活性のあるファージが回収できたことになる。フォトパニング法により、約55%の陽性ファージを得る選別効率が得られたことがわかる。[Summary]
Multiple isolated phages were expected to bind to calmodulin. From 228 phages that read the sequence, 124 calmodulin-binding phages were recovered. It can be seen that the photopanning method obtained a selection efficiency of obtaining about 55% positive phage.
[評価実験(17)ライブラリースクリーニングの評価]
単離されたカルモジュリン結合タンパク質について、各フォトパニングサイクルで回収できているかどうか、各遺伝子に特異的なPCRで確認した。図24は、パニング後増幅したファージ溶液をテンプレートにPCRを行ったものである。電気泳動の上部には各サンプル情報が示されている。「L」はライブラリーをテンプレートにしたものである。図25は、選別したファージ溶液を適度に希釈し、プラークを出現させ、SMバッファーを加えてファージ溶液を製作した。このファージ溶液をテンプレートに、各遺伝子ついてPCRで増幅した結果を示す。各電気泳動下の数値は、使用したプレート上に出現したプラーク数のおおよその数を示す。両図において、(9)および(7)はフォトパニング法での結果であり、(8)は従来法での結果である。[Evaluation Experiment (17) Evaluation of Library Screening]
Whether the isolated calmodulin-binding protein was recovered in each photopanning cycle was confirmed by PCR specific to each gene. FIG. 24 shows a result of PCR using a phage solution amplified after panning as a template. Each sample information is shown in the upper part of the electrophoresis. “L” is a library template. In FIG. 25, the selected phage solution was appropriately diluted to make plaques appear, and SM buffer was added to prepare a phage solution. The results of amplification of each gene by PCR using this phage solution as a template are shown. The numerical value under each electrophoresis shows the approximate number of plaques that appeared on the used plate. In both figures, (9) and (7) are the results of the photopanning method, and (8) are the results of the conventional method.
〔まとめ〕
おおむね、フォトパニング法((7)と(9))では各遺伝子でサイクル数が増加するに従い、検出頻度が上昇している。従来法((8))では、ほとんどの遺伝子が検出されない。2回のフォトパニング法((7)と(9))を比べるとき、再現性が良い。ライブラリースクリーニングの結果を図26にまとめて示す。[Summary]
In general, in the photopanning method ((7) and (9)), the detection frequency increases as the number of cycles increases for each gene. In the conventional method ((8)), most genes are not detected. Reproducibility is good when comparing two photopanning methods ((7) and (9)). The results of library screening are summarized in FIG.
本発明は、タンパク質やペプチドが関連する創薬分野および抗体医療分野に有用である。 The present invention is useful in the field of drug discovery and antibody medicine related to proteins and peptides.
Claims (23)
光反応性リガンドの光反応基に対する活性光を照射し、
光反応性リガンドを固相に固定化し、
光反応性リガンドを固定化した固相を洗浄し、
固相に固定化された光反応性リガンドと結合したタンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージを回収することを含む
光反応性リガンドに対して相互作用するタンパク質またはペプチドをスクリーニングする方法。A photoreactive ligand having a photoreactive group and a protein-displayed phage or peptide-displayed phage are mixed in a liquid phase,
Irradiate an active light to the photoreactive group of the photoreactive ligand,
Immobilize the photoreactive ligand on the solid phase,
Washing the solid phase with immobilized photoreactive ligand,
A method for screening a protein or peptide that interacts with a photoreactive ligand, comprising recovering a protein-displayed phage or peptide-displayed phage bound to a photoreactive ligand immobilized on a solid phase.
請求項1に記載された光反応性リガンドとの液相中での混合、活性光の照射、固相への光反応性リガンドの固定化、固相の洗浄、および固相に固定化された光反応性リガンドと結合したタンパク質提示ファージまたはペプチド提示ファージの回収を少なくとも1回行う、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。Proliferating the recovered protein-displayed phage or peptide-displayed phage, and using the expanded protein-displayed phage or peptide-displayed phage,
Mixing with the photoreactive ligand according to claim 1 in a liquid phase, irradiation with active light, immobilization of the photoreactive ligand on a solid phase, washing of the solid phase, and immobilization on the solid phase Collecting at least one protein-displayed phage or peptide-displayed phage bound to the photoreactive ligand;
The method according to any one of claims 1 to 8.
光反応基を有する光反応性リガンドと前記光反応性リガンドを固定化する固相を含む前記キット。A kit used to screen for proteins or peptides that interact with a photoreactive ligand,
The kit comprising a photoreactive ligand having a photoreactive group and a solid phase on which the photoreactive ligand is immobilized.
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---|---|---|---|---|
JP2001508865A (en) * | 1996-10-11 | 2001-07-03 | ザ・トラステイーズ・オブ・ザ・ユニバーシテイ・オブ・ペンシルベニア | Compositions and methods for detecting antibody binding to cells |
JP2005221394A (en) * | 2004-02-06 | 2005-08-18 | Marubeni Corp | Photoaffinity beads, affinity adsorbent and separation/refining method of target substance |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JPN7012002372; Current Topics in Medicinal Chemistry, vol.2,, 2002, p.271-288 * |
JPN7012002373; Photomedicine and Photobiology vol.23, 2001, p.83-84 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2007083793A1 (en) | 2007-07-26 |
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