JP6619983B2 - MRNA display method using head-to-head cross-linking - Google Patents
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Description
本発明は、遺伝子型−表現型対応付け技術である、mRNAディスプレイ法のうち、mRNAの3’末端とタンパク質のC末端との結合(tail-to-tail)を利用しない新規なmRNAディスプレイ法に関する。より詳細には、脱メチル化酵素とその基質とが共有結合する性質を利用したリボソームを代謝回転させることが可能なHead-to-Head架橋を用いるmRNAディスプレイ法に関する。 The present invention relates to a novel mRNA display method that does not use the tail-to-tail of the 3 ′ end of mRNA and the C terminus of protein, among mRNA display methods, which are genotype-phenotype association technologies. . More specifically, the present invention relates to an mRNA display method using a head-to-head bridge capable of rotating a ribosome using the property that a demethylase and a substrate thereof are covalently bonded.
進化工学では、ランダムな配列を有する膨大な数のペプチド又はタンパク質のライブラリの中から、特定の分子に特異的に結合するペプチド等を選択するため、種々の技術が用いられる。こうした技術の中でも、「遺伝子型−表現型対応付け技術」の一種であるディスプレイ技術は重要である。 In evolutionary engineering, various techniques are used to select a peptide that specifically binds to a specific molecule from a vast number of libraries of peptides or proteins having a random sequence. Among these technologies, display technology which is a kind of “genotype-phenotype association technology” is important.
タンパク質、ペプチドを用いる創薬のために用いられているディスプレイ技術としては、例えば、in vivoのディスプレイ技術としての細胞ディスプレイ及びファージディスプレイ、in vitroのディスプレイ技術としてのリボソームディスプレイ、mRNAディスプレイ及びcDNAディスプレイ等を挙げることができる(非特許文献1参照)。そして、それらのディスプレイ技術で扱えるライブラリーサイズは、図1に示すようにin vivoのディスプレイ技術で107、in vitroのディスプレイ技術で1012とされている。 Display technologies used for drug discovery using proteins and peptides include, for example, cell display and phage display as in vivo display technologies, ribosome display as in vitro display technologies, mRNA display and cDNA display, etc. (See Non-Patent Document 1). The library sizes that can be handled by these display technologies are 10 7 for in vivo display technology and 10 12 for in vitro display technology, as shown in FIG.
こうしたディスプレイ技術は、「機能のあるペプチド分子を選択するために、ペプチド分子に対応する配列情報(DNA、RNA)をこれらの分子に連結させ、スクリーニングされた分子を機能によって選別し、それらの配列情報部分をPCRによって増幅した後、シーケンシングによって読み取る」という技術と定義づけられる。 Such display technology is described as follows: “In order to select functional peptide molecules, sequence information (DNA, RNA) corresponding to peptide molecules is linked to these molecules, the screened molecules are sorted by function, and their sequences are selected. It is defined as a technique of “amplifying an information part by PCR and then reading by sequencing”.
そして、上述したmRNAディスプレイ法及びcDNAディスプレイ法では、リンカー(分子間連結のための分子)が使用される。ここで使用するリンカーは、遺伝子をコードするmRNAと連結するmRNA連結部位と、このmRNAから合成されたタンパク質を連結するタンパク質連結部位とを有しており、タンパク質連結部位として、ピューロマイシン(Puromycin)等のアミノアシルtRNAアナログが用いられている。 In the mRNA display method and the cDNA display method described above, a linker (a molecule for intermolecular linking) is used. The linker used here has an mRNA linking site for linking to mRNA encoding a gene and a protein linking site for linking a protein synthesized from this mRNA. As a protein linking site, puromycin Aminoacyl tRNA analogs such as
そして、上記のmRNAディスプレイ法は、mRNAを用いて、一般的に、以下のような工程で進められる。まず、DNAライブラリを作製し、このDNAライブラリからmRNAへの転写と、そのリンカーへの連結とを行う。ここでは、リンカーの5’末端と、mRNAの3’末端(mRNAのtail)とが連結される。次に、リンカーに連結されたmRNAを翻訳してタンパク質(ペプチド)を生成し、生成されたタンパク質をリンカーに連結させる(特許文献1及び2参照、以下、順に、それぞれを「従来技術1」及び「従来技術2」という)。この場合、リンカーを介してタンパク質のC末端のtailとmRNAのtailとが結合されるため、以下、従来技術1又は2の結合を、tail-to-tail結合という。
The mRNA display method described above is generally performed in the following steps using mRNA. First, a DNA library is prepared, and transcription from this DNA library to mRNA and linking to a linker are performed. Here, the 5 'end of the linker is linked to the 3' end of the mRNA (mRNA tail). Next, the mRNA linked to the linker is translated to produce a protein (peptide), and the produced protein is linked to the linker (refer to
ここで、リンカーに結合したmRNA上には幾つものリボソームが結合しており、リボソームは、mRNAを順次読み取りながらタンパク質やペプチドを合成してゆく。そして、あるタンパク質やペプチドの全長が合成されると、そのタンパク質やペプチドはリンカーのタンパク質連結部位にディスプレイされる。 Here, several ribosomes are bound on the mRNA bound to the linker, and the ribosome synthesizes proteins and peptides while sequentially reading the mRNA. Then, when the full length of a certain protein or peptide is synthesized, the protein or peptide is displayed at the protein linking site of the linker.
従来技術1は、目的のタンパク質をディスプレイしたmRNA−リンカー−ペプチド連結体を得ることができるという点では、優れた技術である。従来技術1で使用するmRNAは、タンパク質合成が完了した時点でそのC末端をリンカーの端にあるピューロマイシンと連結させるための時間を稼ぐために、合成終了後のリボソームがmRNAから解離しないように終止コドンを除いている。このため、リボソームは自然に解離することなく、いつまでもmRNAと結合し続け、後続のリボソームが、丁度駅で立ち往生した電車の後ろに後続の電車が連なるようなポリソーム状態が出現する(図2参照)。
このため、mRNAに結合しているリボソームについては、最終的には、強制的に解離させる必要があり、この翻訳反応としては、リボソームを高濃度で使用しなければならないという問題があった。
For this reason, the ribosome bound to the mRNA must be finally dissociated forcibly, and this translation reaction has a problem that the ribosome must be used at a high concentration.
そして、タンパク質を合成途中のリボソームはmRNA上に滞留して、代謝回転して再利用することができない。このため、高価なリボソームを十分に活用できないという問題点があり、リボソームの再利用については強い社会的・経済的な要請があった。 And the ribosome in the middle of the protein synthesis stays on the mRNA and cannot turn over and reuse. For this reason, there is a problem that expensive ribosomes cannot be fully utilized, and there has been a strong social and economic demand for reusing ribosomes.
またインビトロ合成系では、ウサギ網状赤血球及び小麦胚芽の抽出物を用いるが、これらの中にはRNaseが含まれているため、mRNAが分解されて収率が低下するという問題があった。こうした問題を解決するために、Pure System(ジーンフロンティア(株)製)が開発された。Pure Systemはヌクレアーゼを含んでいないため、使用するヌクレオチド鎖が分解されないが、高価である。このPure systemを使用して、収率を維持するためには、代謝回転系とすることが必要である。 In addition, in vitro synthesis systems use rabbit reticulocytes and wheat germ extracts, but since these contain RNases, there is a problem that mRNA is degraded and yield decreases. In order to solve these problems, Pure System (manufactured by Gene Frontier Co., Ltd.) was developed. Since Pure System does not contain nuclease, the nucleotide chain used is not degraded, but it is expensive. In order to maintain the yield using this Pure system, it is necessary to use a turnover system.
ところで、mRNAディスプレイ法では、1012という大きなサイズのライブラリを扱うことができる。アフィニティの高い分子を取得するためには、通常のmRNAディスプレイ法だけで、最終的に数種の分子にまで絞り込むことができる。これによって目的が達成される一方、機能(一般的には、酵素阻害や、レセプターのアゴニスト等のようなアフィニティ以外の様々な機能)で淘汰を行なうためには、個々の候補分子の機能アッセイが必要となる。 By the way, the mRNA display method can handle a library having a large size of 10 12 . In order to obtain molecules with high affinity, it can be finally narrowed down to several types of molecules only by the usual mRNA display method. While this achieves the objective, functional assays of individual candidate molecules are needed to perform sputum in function (generally various functions other than affinity, such as enzyme inhibition and receptor agonists). Necessary.
ペプチドやタンパク質の機能は一分子では検出されないため、増幅する必要がある。この場合、従来の終止コドンを有さないタイプのmRNAディスプレイ法用のコンストラクトでは検出可能となるような量のタンパク質やペプチドの増幅を行なうことができず、本発明の終止コドンを有するコンストラクトを用いて初めてこのような増幅が可能となる。さらに、近年開発された新型マイクロアレイMMVを応用すれば、103〜106種の異なるペプチドやタンパク質の機能を並行的にアッセイすることができる。このためにも、mRNAには終止コドンが導入され、リボソームが代謝回転する必要がある(図2(A)及び図2(B)参照)。 Peptide and protein functions are not detected by a single molecule and must be amplified. In this case, it is impossible to amplify an amount of protein or peptide that can be detected by the conventional mRNA display method type construct having no stop codon, and the construct having the stop codon of the present invention is used. Only then can such amplification be performed. Furthermore, if a new microarray MMV developed in recent years is applied, the functions of 10 3 to 10 6 different peptides and proteins can be assayed in parallel. For this purpose, a stop codon must be introduced into the mRNA, and the ribosome needs to turn over (see FIGS. 2A and 2B).
このため、リンカーをmRNAの3’末端側につけるのではなく、逆に5’末端側に連結させる必要があった。一方、タンパク質の方もC末端側ではなく、N末端側で連結する必要がある。すなわち、Head-to-Headの連結が必要とされる。ピューロマイシンを使用したリンカーを使用した方式とは全く異なる方式で、リボソームの再利用が可能なディスプレイ法に対する強い社会的要請があった。 For this reason, it was necessary not to attach a linker to the 3 'end of mRNA but to link it to the 5' end. On the other hand, proteins need to be linked not on the C-terminal side but on the N-terminal side. That is, head-to-head connection is required. There was a strong social demand for a display method that can recycle ribosomes in a completely different manner from that using a puromycin linker.
本願発明は、以上のような状況の下で完成されたものである。
すなわち、本願発明のある実施態様は、標的ドメイン結合部位及び蛍光標識を含むリンカーを作製するリンカー作製工程と;少なくとも、標的ドメイン、可変領域、終止コドンの塩基配列を含むDNAコンストラクトを作製する、DNAコンストラクト作製工程と;前記DNAコンストラクトから転写によって対応するmRNAを調製する、転写工程と;前記mRNAの5’末端を酵素処理して、前記リンカーの3’末端と結合させるmRNA−リンカー連結工程と;前記mRNA−リンカー連結体に含まれる前記mRNAに1個のリボソームが結合して翻訳により前記標的ドメインを生成する翻訳工程と;前記翻訳された標的ドメインが、前記リンカーの前記標的ドメイン結合部位に結合し、mRNA−リンカー−タンパク質連結体を形成するとともに、前記リボソームが前記終止コドンを認識して前記mRNA−リンカー−タンパク質連結体から自動的に遊離するリボソーム遊離工程と;を備える、リボソームの代謝回転が可能なmRNAディスプレイ法である。
The present invention has been completed under the above circumstances.
That is, an embodiment of the present invention includes a linker production step for producing a linker comprising a target domain binding site and a fluorescent label; and a DNA construct comprising at least a target domain, a variable region, and a base sequence of a stop codon. A construct preparation step; a corresponding mRNA is prepared from the DNA construct by transcription; a transcription step; an mRNA-linker ligation step in which the 5 ′ end of the mRNA is treated with an enzyme to bind to the 3 ′ end of the linker; A translation step in which one ribosome binds to the mRNA contained in the mRNA-linker conjugate to generate the target domain by translation; the translated target domain binds to the target domain binding site of the linker Form an mRNA-linker-protein conjugate Together with the ribosome the stop codon recognized by the mRNA- linker - ribosome free process liberated from protein conjugate automatically; comprises a mRNA display methods which can turnover ribosome.
ここで、前記DNAコンストラクト作製工程で使用する所望のドメインは、O6-メチルグアニン−DNA−メチルトランスフェラーゼ(MGMT)及びMGMTの機能性変異体タンパク質からなる群から選ばれるいずれかのものであることが好ましい。これらの中でも、O6-メチルグアニン−DNA−メチルトランスフェラーゼであることが、さらに好ましい。 Here, the desired domain used in the DNA construct production step is any one selected from the group consisting of O 6 -methylguanine-DNA-methyltransferase (MGMT) and a functional mutant protein of MGMT. Is preferred. Among these, O 6 -methylguanine-DNA-methyltransferase is more preferable.
また、前記DNAコンストラクトは、前記塩基配列の下流側に、所望の長さのスペーサー、所望の長さのαへリックス構造を有するαスタンドペプチド、及び精製用タグを含み、さらに可変ペプチド配列又は可変タンパク質のいずれか一方を含むことが好ましい。前記スペーサーの長さは3〜5アミノ酸長であり、前記αスタンドペプチドの長さは17〜21アミノ酸長であることが好ましく、前記精製用タグが、Hisタグ、FLAGタグ及びビオチン様ペプチドからなる群から選ばれるいずれかのものであることが好ましい。 The DNA construct includes a spacer having a desired length, an α-stand peptide having an α-helical structure having a desired length, and a purification tag on the downstream side of the base sequence, and further includes a variable peptide sequence or variable It is preferable that any one of protein is included. The spacer is 3 to 5 amino acids long, the α stand peptide is preferably 17 to 21 amino acids long, and the purification tag is composed of a His tag, a FLAG tag, and a biotin-like peptide. It is preferably any one selected from the group.
前記酵素処理に使用する酵素は、mRNAの5’末端から三リン酸を除去する三リン酸除去酵素、および三リン酸が除去されたmRNAの5’末端にリン酸を付加するキナーゼであることが好ましく、前記三リン酸除去酵素がアンタークティックホスファターゼであり、前記キナーゼがポリヌクレオチドキナーゼであることがさらに好ましい。より好ましくは、前記ポリヌクレオチドキナーゼは、T4ポリヌクレオチドキナーゼである。 The enzyme used for the enzyme treatment is a triphosphate removing enzyme that removes triphosphate from the 5 ′ end of mRNA and a kinase that adds phosphate to the 5 ′ end of mRNA from which triphosphate has been removed. It is more preferable that the triphosphate removing enzyme is an atactic phosphatase and the kinase is a polynucleotide kinase. More preferably, said polynucleotide kinase is T4 polynucleotide kinase.
本発明のさらに別の態様は、標的ドメイン結合部位及び蛍光標識を含むリンカーを作製するリンカー作製工程と;少なくとも、可変ペプチド配列又は可変タンパク質配列のいずれか一方、及び終止コドンに先行して標的ドメインの塩基配列を含む目的DNAコンストラクトを作製する、目的DNAコンストラクト作製工程と;前記目的DNAコンストラクトから転写によって対応するmRNAを調製する、転写工程と;前記mRNAの5’末端を酵素処理して、前記リンカーの3’末端と結合させるmRNA−リンカー連結工程と;前記mRNA−リンカー連結体に含まれる前記mRNAに1個のリボソームが結合して翻訳により前記標的ドメインを生成する翻訳工程と;前記翻訳された標的ドメインが、前記リンカーの前記標的ドメイン結合部位に結合してmRNA−リンカー−タンパク質連結体を形成するとともに、前記リボソームが前記終止コドンを認識して前記mRNA−リンカー−タンパク質連結体から自動的に遊離するリボソーム遊離工程と;前記mRNA−リンカー−タンパク質連結体中の前記mRNAを逆転写して、cDNAを合成する逆転写工程と;を備える、リボソームの代謝回転が可能なmRNAディスプレイ法である。 Yet another aspect of the present invention comprises a linker generating step of generating a linker comprising a target domain binding site and a fluorescent label; at least either the variable peptide sequence or the variable protein sequence, and the target domain preceding the stop codon A target DNA construct production step for preparing a target DNA construct comprising the nucleotide sequence of: a target mRNA construct; a corresponding mRNA is prepared by transcription from the target DNA construct; and a transcription step; An mRNA-linker ligation step for binding to the 3 ′ end of a linker; a translation step in which one ribosome binds to the mRNA contained in the mRNA-linker conjugate to produce the target domain by translation; Target domain binding of the linker to the target domain A ribosome releasing step of binding to a site to form an mRNA-linker-protein conjugate, wherein the ribosome recognizes the stop codon and is automatically released from the mRNA-linker-protein conjugate; A reverse transcription step in which the mRNA in the protein conjugate is reversely transcribed to synthesize cDNA; and an mRNA display method capable of ribosome turnover.
前記mRNA−リンカー−タンパク質連結体を固相に結合させる固相結合工程をさらに備える物であることが好ましい。また、前記逆転写工程で得られた(mRNA+cDNA)−リンカー−タンパク質連結体を精製する精製工程をさらに備えるものであることが好ましい。 It is preferable to further include a solid phase binding step for binding the mRNA-linker-protein conjugate to a solid phase. Moreover, it is preferable to further comprise a purification step for purifying the (mRNA + cDNA) -linker-protein conjugate obtained in the reverse transcription step.
前記コンストラクト作製工程で使用する所望のドメインは、O6-メチルグアニン−DNA−メチルトランスフェラーゼ(MGMT)及びMGMTの機能性変異体タンパク質からなる群から選ばれるいずれかのものであることが好ましく、これらの中でもO6-メチルグアニン−DNA−メチルトランスフェラーゼであることがさらに好ましい。 The desired domain used in the construct production step is preferably any one selected from the group consisting of O 6 -methylguanine-DNA-methyltransferase (MGMT) and a functional mutant protein of MGMT. Of these, O 6 -methylguanine-DNA-methyltransferase is more preferable.
また、前記コンストラクトは、前記塩基配列の下流側に所望の長さのスペーサー、所望の長さのαへリックス構造を有するαスタンドペプチド、及び精製用タグを含み、可変ペプチド配列又はタンパク質配列のいずれかの配列をさらに含むことが好ましい。さらに、前記スペーサーの長さは3〜5アミノ酸長であり、前記αスタンドペプチドの長さは17〜21アミノ酸長であることが好ましい。 The construct includes a spacer having a desired length on the downstream side of the base sequence, an α stand peptide having an α helix structure having a desired length, and a purification tag, and includes either a variable peptide sequence or a protein sequence. It is preferable to further include such a sequence. Furthermore, the spacer is preferably 3 to 5 amino acids long, and the α-stand peptide is preferably 17 to 21 amino acids long.
前記精製用タグは、Hisタグ、FLAGタグ、及びビオチン様ペプチドからなる群から選ばれるいずれかのものであることが好ましい。また、前記酵素処理工程で使用する酵素は、mRNAの5’末端から三リン酸を除去する三リン酸除去酵素、三リン酸が除去されたmRNAの5’末端にリン酸を付加するキナーゼ、及びリンカーとmRNAの5’三リン酸状態の末端とを直接連結するT4 RNAリガーゼなどの酵素の組合せであることが好ましい。また、前記三リン酸除去酵素がアンタークティックホスファターゼであり、前記キナーゼがポリヌクレオチドキナーゼであることが好ましい。 The purification tag is preferably any one selected from the group consisting of a His tag, a FLAG tag, and a biotin-like peptide. The enzyme used in the enzyme treatment step is a triphosphate removing enzyme that removes triphosphate from the 5 ′ end of mRNA, a kinase that adds phosphate to the 5 ′ end of mRNA from which triphosphate has been removed, And a combination of an enzyme such as T4 RNA ligase that directly links the linker and the 5 ′ triphosphate end of the mRNA. The triphosphate removing enzyme is preferably an atactic phosphatase, and the kinase is preferably a polynucleotide kinase.
前記酵素処理工程で用いる、三リン酸除去酵素及びキナーゼという2つの酵素を用いることなく、前記リンカーと5’三リン酸状態のmRNAとを直接的にT4 RNAリガーゼで連結することもできる。 The linker and the 5 'triphosphate mRNA can be directly linked with T4 RNA ligase without using the two enzymes, the triphosphate removal enzyme and the kinase, used in the enzyme treatment step.
本発明によれば、mRNAの5’末端と新生タンパク質のアミノ末端側領域を連結するリンカーを創生することにより、ピューロマイシンを使用した方式とは全く異なる方式で、リボソームの代謝回転利用に対する強い潜在的要請を満たすことができるmRNAディスプレイ法が提供される。
そして、所望の配列のmRNAの5’末端に結合させたリンカーに、このmRNAと対応付けしたいタンパク質の配列を含めておくことにより、前記所望の配列(mRNA)と翻訳された前記対応付けしたいタンパク質とを共有結合させ、情報と機能とを対応付けることが可能となる。
According to the present invention, by creating a linker that links the 5 ′ end of mRNA and the amino-terminal region of the nascent protein, it is a strong method against the use of ribosome turnover in a completely different manner from that using puromycin. An mRNA display method is provided that can meet potential needs.
The protein to be associated with the desired sequence (mRNA) translated by including the sequence of the protein to be associated with the mRNA in the linker bound to the 5 ′ end of the mRNA with the desired sequence. Can be associated with each other and information can be associated with functions.
さらに、mRNAの3’末端にプライマーが張り付く領域が含まれているため、逆転写によってcDNAを得ることができ、cDNAディスプレイ法としても応用することができる。 Furthermore, since a region where the primer sticks to the 3 'end of mRNA is included, cDNA can be obtained by reverse transcription and can also be applied as a cDNA display method.
本発明によれば、リボソームの代謝回転が可能なHead-to-Head結合したmRNAディスプレイ法及びcDNAディスプレイ法が提供される。これらの方法では、合成に使用したリボソームを代謝回転利用することができるため、従来法(Tail-to-Tail)に比べて、試薬の使用量は1桁近く減少する。同時に、このままのコンストラクトでタンパク質の試験管内翻訳(in vitro translation)を行なうことができる。 According to the present invention, there are provided a head-to-head-bound mRNA display method and a cDNA display method capable of ribosome turnover. In these methods, the ribosome used for synthesis can be used for turnover, so that the amount of reagent used is reduced by almost an order of magnitude compared to the conventional method (Tail-to-Tail). At the same time, in vitro translation of the protein can be performed with this construct.
以下に、図1〜27を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。
図2(B)に示すように、本発明は、リボソームの代謝回転利用が可能なmRNAディスプレイ法であり、(a1)標的ドメイン結合部位及び蛍光標識を含むリンカーを作製するリンカー作製工程と;(a2)少なくとも、可変領域、終止コドン、及び標的ドメインの塩基配列を含むDNAコンストラクトを作製する、DNAコンストラクト作製工程と;(a3)前記DNAコンストラクトから転写によって対応するmRNAを調製する、転写工程と;(a4)前記mRNAの5’末端を酵素処理して、前記リンカーの3’末端と結合させるmRNA−リンカー連結工程と;(a5)前記mRNA−リンカー連結体に含まれる前記mRNAに1個のリボソームが結合して翻訳により前記標的ドメインを生成する翻訳工程と;(a6)前記翻訳された標的ドメインが、前記リンカーの前記標的ドメイン結合部位に結合し、前記リボソームが前記終止コドンを認識してmRNA−リンカー−タンパク質連結体から自動的に遊離するリボソーム遊離工程と;を備えている。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2 (B), the present invention is an mRNA display method capable of utilizing ribosome turnover, (a1) a linker production step for producing a linker containing a target domain binding site and a fluorescent label; a2) a DNA construct production step for producing a DNA construct comprising at least a variable region, a stop codon, and a base sequence of a target domain; (a3) a transcription step for preparing a corresponding mRNA by transcription from the DNA construct; (A4) an mRNA-linker ligation step in which the 5 ′ end of the mRNA is treated with an enzyme to bind to the 3 ′ end of the linker; (a5) one ribosome in the mRNA contained in the mRNA-linker conjugate A translation step wherein the target domain is generated by translation with binding; (a6) And a; - target domains, said binding to the target domain binding site of the linker, the ribosome recognition to mRNA- linker the stop codon automatically liberated ribosomes free process from protein conjugate.
次に、上記(a1)前記リンカーに含まれる標的ドメインとしては、特に限定はされないが、例えば、O6-メチルグアニン−DNA−メチルトランスフェラーゼ(以下、「MGMT」ということがある。)、及びそれらの機能性変異体タンパク質からなる群から選ばれるいずれかのものであることが、これらのドメインが結合する対象ペプチドを、的確に捕捉し、共有結合させることができることから好ましい。 Next, the target domain contained in the linker (a1) is not particularly limited. For example, O 6 -methylguanine-DNA-methyltransferase (hereinafter sometimes referred to as “MGMT”), and those. It is preferable that it is any one selected from the group consisting of the functional mutant proteins of the above because the target peptide to which these domains bind can be accurately captured and covalently bound.
ここでいう「機能性変異体タンパク質」とは、あるタンパク質、例えば、MGMT、が突然変異したにもかかわらず、突然変異前に有していた機能を維持しているものを指す。 As used herein, “functional variant protein” refers to a protein that maintains the function it had before the mutation, even though a certain protein, for example, MGMT, has been mutated.
例えば、MGMTを用いる場合を例に挙げて説明する。MGMTは、本来、塩基対のミスマッチを修復する酵素であり、メチル転移活性を有する。例えば、脳腫瘍の中でも悪性のグリオブラストーマの治療剤として知られているテモゾロミド(アルキル化剤)にMGMTが作用すると、この薬剤の効果が低下する。また、基質の1つであるO6-メチルグアニンに作用すると、これを脱メチル化してグアニンにする。このような作用をするMGMTを、ペプチド又はタンパク質の探索のためのmRNAディスプレイに使用することができる(図6(A)参照)。 For example, the case where MGMT is used will be described as an example. MGMT is essentially an enzyme that repairs base pair mismatches and has methyl transfer activity. For example, when MGMT acts on temozolomide (alkylating agent), which is known as a therapeutic agent for malignant glioblastoma among brain tumors, the effect of this drug is reduced. When it acts on O 6 -methylguanine, which is one of the substrates, it is demethylated into guanine. MGMT having such an action can be used for mRNA display for searching for peptides or proteins (see FIG. 6A).
一方、O6-ベンジルグアニン(以下、「O6BG」ということがある。)は、MGMTの阻害剤でありMGMTに強く共有結合する。このためにMGMTとの連結に利用することができる。 On the other hand, O 6 -benzylguanine (hereinafter sometimes referred to as “O 6 BG”) is an inhibitor of MGMT and strongly covalently binds to MGMT. For this reason, it can be used for connection with MGMT.
上記(a1)のリンカーに含まれる前記蛍光標識としては、FITC、Cy3、TAMRA、BODIPY等を挙げることができ、FITCを使用することが検出器のフィルター普及度の点から好ましい。可変領域としては、種々の酵素阻害ペプチド、レセプターのアゴニスト等を挙げることができる。 Examples of the fluorescent label contained in the linker (a1) include FITC, Cy3, TAMRA, BODIPY and the like, and the use of FITC is preferable from the viewpoint of filter penetration of the detector. Examples of the variable region include various enzyme-inhibiting peptides, receptor agonists, and the like.
MGMTの配列を含むコンストラクトを作製する場合には、MGMTとその基質アナログであるO6BGが共有結合を形成することを利用したリンカーを作製することができる。例えば、mRNAの5’末端にO6BGを修飾したリンカーを結合させ、mRNAにMGMTの配列と対応付けしたいタンパク質の配列を入れることにより、翻訳されたMGMTとO6BGとが共有結合を形成し、これらの配列が有する情報と、これらの配列で表されるペプチドの機能とを対応付けすることができる。 When constructing a construct containing the MGMT sequence, a linker utilizing the fact that MGMT and its substrate analog O 6 BG form a covalent bond can be produced. For example, a linker that is modified with O 6 BG is attached to the 5 ′ end of mRNA, and the sequence of the protein to be associated with the MGMT sequence is inserted into the mRNA, thereby forming a covalent bond between the translated MGMT and O 6 BG. And the information which these arrangement | sequences have can be matched with the function of the peptide represented by these arrangement | sequences.
さらに、mRNAの3’末端にプライマーが張り付く領域(プライマーハイブリダイゼーション領域)を入れておくことにより(図4(A)及び(B)参照)、mRNAディスプレイ構造が完成した後に逆転写を行ってcDNAを得ることができるようになる。この状態のディスプレイをcDNAディスプレイと称する。mRNAとタンパク質とは、mRNAの先頭の5’末端とタンパク質の先頭のN末端側とが結合することになるため、以下、Head-to-Head Linking(H2H)型mRNAディスプレイと呼ぶ。 Furthermore, by inserting a region where the primer sticks to the 3 ′ end of the mRNA (primer hybridization region) (see FIGS. 4A and 4B), reverse transcription is performed after completion of the mRNA display structure, and cDNA is obtained. You will be able to get The display in this state is called a cDNA display. Since mRNA and protein are bound to the leading 5 'end of mRNA and the leading N-terminal side of the protein, they are hereinafter referred to as Head-to-Head Linking (H2H) type mRNA display.
具体的なリンカーの塩基配列としては、配列表の配列番号1に示すものを挙げることができる。また、リンカーは、主鎖と側鎖とを有しており、側鎖の先端部には標的ドメインを含むペプチドが結合できるペプチド結合部位を備えるとともに、検出用のFITCが結合されている(図3参照)。 Specific examples of the base sequence of the linker include those shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. In addition, the linker has a main chain and a side chain, and has a peptide binding site to which a peptide containing a target domain can be bound at the tip of the side chain, and a FITC for detection is bound (FIG. 3).
次いで、上記(a2)DNAコンストラクト作製工程では、例えば、オーバーラップPCR法を用いて、標的ドメインを含む所望のDNA断片をつなぎ、以下のような配列を有するコンストラクトを作製することができる。標的ドメインは、例えば、O6−メチルグアニン−DNA−メチルトランスフェラーゼ(MGMT)、MGMTの誘導体等の酵素の配列を使用することができる。 Next, in the above (a2) DNA construct production step, for example, a desired DNA fragment containing the target domain is connected using an overlap PCR method, and a construct having the following sequence can be produced. As the target domain, for example, an enzyme sequence such as O 6 -methylguanine-DNA-methyltransferase (MGMT) or a derivative of MGMT can be used.
配列表の配列番号2に記載の塩基配列を有するコンストラクト(以下、「コンストラクト1」という。)を作製する場合を例に挙げて説明する。コンストラクト1は839bpで、図4(A)に模式的に示したように、6つのスペーサー、T7プロモーター、リンカーハイブリダイゼーション領域、RBS(リボソーム結合部位)、MGMTコード配列、His−Tag、可変領域配列、終止コドン及びプライマーハイブリダイゼーション領域を含んでおり、上記プライマーハイブリダイゼーション領域としてはcNewYTagを用いている。
A case where a construct having the base sequence described in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing (hereinafter referred to as “construct 1”) is prepared will be described as an example.
本発明のコンストラクトはオーバーラップPCR法を用いて作製する。上記のようにMGMTの塩基配列を含むコンストラクトの場合には、MGMTプライマー1及び2、T7プライマー、ビオチン-cNew Ytagプライマー、逆転写プライマー等のプライマーを用いてオーバーラップPCRを行なう。こうしたプライマーは、例えば、下記の配列番号2〜7に示す塩基配列を有するものとすることができる。
The construct of the present invention is prepared using the overlap PCR method. In the case of a construct containing the base sequence of MGMT as described above, overlap PCR is performed using primers such as
(1)PCRによる標的ドメインの増幅
例えば、所望の量のTaqポリメラーゼ、Taq反応バッファー、dNTP混合物及び2種類のプライマー(フォワードプライマー及びリバースプライマー)、テンプレート、スキーム1の反応産物を、及び蒸留水を含むPCRミックスを調製する。こうしたPCRミックスとしては、例えば、後述するような組成の混合液を使用することが、反応効率の面から好ましい。本明細書においては、MGMTの本来の機能である脱メチル化反応を用いるのではなく、単に、基質アナログに共有結合する性質を利用している。このため、スキーム1の反応では、作製したコンストラクトで翻訳まで行ったときに、MGMTが正しく発現されているかどうかを確認している。
(1) Amplification of target domain by PCR For example, a desired amount of Taq polymerase, Taq reaction buffer, dNTP mixture and two kinds of primers (forward primer and reverse primer), template, reaction product of
次いで、上記のPCRミックスを、約95℃で約1.5〜2.5分、その後、約95℃で約15〜25秒、次いで、約66℃で約25〜35秒、約72℃で約25〜35秒インキュベートするというサイクルを25〜35回行い、その後、約72℃で約3〜7分間し、次いで約4℃に冷却して反応を止めるという条件で、サーマルサイクラー中で行なうことができる。 The PCR mix is then mixed at about 95 ° C for about 1.5-2.5 minutes, then about 95 ° C for about 15-25 seconds, then about 66 ° C for about 25-35 seconds, about 72 ° C for about 25-35 The second incubation cycle can be performed 25-35 times, followed by about 3-7 minutes at about 72 ° C. and then cooled to about 4 ° C. to stop the reaction and run in a thermal cycler.
(2)オーバーラップPCRによる標的ドメインへのT7領域の付加
所望の量のプライムスター、プライムスター反応バッファー、dNTP混合物及び2種類のプライマー(フォワードプライマー及びリバースプライマー)、テンプレート、標的ドメインのPCR産物及び蒸留水を含む、オーバーラップPCR用溶液を調製する。こうしたオーバーラップPCR用溶液としては、例えば、プライムスター(タカラバイオ(株)製)に添付された説明書に従って調製することが、反応効率の面から好ましい。
(2) Addition of T7 region to target domain by overlap PCR Desired amount of prime star, prime star reaction buffer, dNTP mixture and two types of primers (forward primer and reverse primer), template, PCR product of target domain and An overlap PCR solution containing distilled water is prepared. As such overlap PCR solution, for example, it is preferable from the viewpoint of reaction efficiency to prepare according to the instructions attached to Prime Star (manufactured by Takara Bio Inc.).
次いで、この増幅用溶液を、95℃で1.5〜2.5分、95℃で10〜30秒、65℃で3〜7秒、72℃で15〜45秒インキュベートするというサイクルを25〜35回行い、72℃で4〜6分、ついで4℃に冷却し、標的ドメイン−T7領域増幅産物を得る。得られたこの増幅産物を、所望の量、例えば、1μLとって、所望の量の蒸留水と2xSTR(Promega社製)、例えば、7μLの蒸留水及び8μLの2xSTRを混ぜ、95℃で約2〜4分間加熱し、ゲル電気泳動に供する。 Then, the amplification solution was incubated at 95 ° C. for 1.5 to 2.5 minutes, 95 ° C. for 10 to 30 seconds, 65 ° C. for 3 to 7 seconds, and 72 ° C. for 15 to 45 seconds, 25 to 35 times, Cool at 72 ° C. for 4-6 minutes and then to 4 ° C. to obtain the target domain-T7 region amplification product. The amplification product thus obtained is taken in a desired amount, for example, 1 μL, and a desired amount of distilled water and 2 × STR (manufactured by Promega), for example, 7 μL of distilled water and 8 μL of 2 × STR are mixed, and about 2 at 95 ° C. Heat for ~ 4 minutes and subject to gel electrophoresis.
例えば、ミニゲル(6〜9M尿素を含む3〜5%アクリルアミドゲル)に試料をアプライし、ランニングバッファーとして0.25〜1xTBEバッファーを用いて、150〜250V、60℃にて60〜120分間、という条件で電気泳動を行なうことができる。泳動後、染色試薬を使用して染色しイメージャーで検出することができる。こうした試薬としては、例えば、SYBR Green II Nucleic Acid Gel Stains (以下、「SYBR Green 2」と略すことがある。タカラバイオ(株)製)、エチジウムブロマイド等の染色試薬を挙げることができる。
For example, a sample is applied to a mini gel (3 to 5% acrylamide gel containing 6 to 9 M urea), and 0.25 to 1 × TBE buffer is used as a running buffer, under conditions of 150 to 250 V and 60 ° C. for 60 to 120 minutes. Electrophoresis can be performed. After electrophoresis, it can be stained with a staining reagent and detected with an imager. Examples of such a reagent include SYBR Green II Nucleic Acid Gel Stains (hereinafter abbreviated as “
(3)ランダム領域の増幅
所望の量のDNAポリメラーゼ、DNAポリメラーゼ反応バッファー、硫酸マグネシウム及び2種類のプライマー(標的ドメイン−タグプライマー(例えば、配列表の配列番号8)及びビオチンタグプライマー(例えば、配列表の配列番号6))、ランダムテンプレート(例えば、配列表の配列番号14)、標的ドメインのPCR産物及び蒸留水を含む、ランダム領域増幅用溶液を調製する。こうした溶液としては、後述する実施例2(1)(1−3)に示すようなランダム領域増幅用バッファーを使用することが、反応効率の面から好ましい。
(3) Amplification of random region Desired amount of DNA polymerase, DNA polymerase reaction buffer, magnesium sulfate and two kinds of primers (target domain-tag primer (for example, SEQ ID NO: 8 in the sequence listing)) and biotin tag primer (for example, arranged A solution for amplifying a random region is prepared, which comprises a sequence listing (SEQ ID NO: 6)), a random template (eg, SEQ ID NO: 14), a target domain PCR product and distilled water. As such a solution, it is preferable from the viewpoint of reaction efficiency to use a random region amplification buffer as shown in Example 2 (1) (1-3) described later.
次いで、このランダム領域増幅溶液を、例えば、95℃で1.5〜2.5分、95℃で10〜30秒、65℃で15〜45秒インキュベートするというサイクルを25〜35回行い、その後、75℃で0.5〜2分、72℃で4〜6分、ついで4℃に冷却し、ランダム領域の増幅産物を得ることができる。所望の量のPCR産物、例えば、1μL及び等量の2xSTRを混合し、95℃で2〜4分間加熱し、ゲル電気泳動に供する。 The random region amplification solution is then cycled 25-35 times, for example, at 95 ° C for 1.5-2.5 minutes, 95 ° C for 10-30 seconds, 65 ° C for 15-45 seconds, and then at 75 ° C. The amplification product in the random region can be obtained by cooling to 0.5 to 2 minutes, 4 to 6 minutes at 72 ° C, and then cooled to 4 ° C. A desired amount of PCR product, eg, 1 μL and an equal amount of 2 × STR, are mixed, heated at 95 ° C. for 2-4 minutes, and subjected to gel electrophoresis.
次いで、例えば、マイクロゲル(6〜9M尿素を含む6〜10%アクリルアミドゲル)に試料をアプライし、ランニングバッファーとして1xTBEバッファーを用い、100V、55℃で5〜15分間という条件で電気泳動を行なう。ゲル電気泳動終了後に、上記と同様の染色試薬を用いて、一本鎖DNAを染色し、イメージャーで検出する。 Next, for example, the sample is applied to a microgel (6 to 10% acrylamide gel containing 6 to 9 M urea), and electrophoresis is performed at 100 V and 55 ° C. for 5 to 15 minutes using 1 × TBE buffer as a running buffer. . After the gel electrophoresis is completed, the single-stranded DNA is stained using the same staining reagent as described above, and detected by an imager.
引き続き、生成されたDNAの濃度を測定するために、例えば、1/10倍容のQuick-Precip(登録商標)Plus Solution (EdgeBio社製;10mMトリス塩酸(pH 7.5〜8.5)、1mMのEDTA、5M NaClを含む)と2.5倍容の99%エタノールとPCR産物とを混合し、所望のg、例えば、13,000rpm(ロータの直径:60mm)で10〜20分間遠心する。得られた白い沈殿を残して上清を捨て、70%エタノールを加えて混合し、再度、同じgで5〜15分間遠心する。上清を捨て、エバポレーターを用いてエタノールを完全に揮発させ、DNAのペレットを得る。得られたDNAのペレットを蒸留水に溶解させ、DNA濃度を測定する。DNA濃度の測定には、例えば、ナノドロップ(サーモ・フィッシャー・サイエンティフィック社製)等を使用することができる。 Subsequently, in order to measure the concentration of the generated DNA, for example, 1/10 volume of Quick-Precip (registered trademark) Plus Solution (manufactured by EdgeBio; 10 mM Tris-HCl (pH 7.5 to 8.5), 1 mM EDTA, (Containing 5M NaCl), 2.5 volumes of 99% ethanol, and the PCR product are mixed and centrifuged at the desired g, for example, 13,000 rpm (rotor diameter: 60 mm) for 10-20 minutes. The supernatant is discarded, leaving the white precipitate obtained, mixed with 70% ethanol, and centrifuged again at the same g for 5-15 minutes. The supernatant is discarded and ethanol is completely volatilized using an evaporator to obtain a DNA pellet. The obtained DNA pellet is dissolved in distilled water and the DNA concentration is measured. For example, nanodrop (manufactured by Thermo Fisher Scientific) or the like can be used for measuring the DNA concentration.
(4)ランダム領域のビーズを用いた精製
所望量、例えば、50μL、のストレプトアビジンビーズ(タカラバイオ(株)製)を低吸着チューブ((株)バイオメディカルサイエンス製)に入れ、磁石に付けて上清を捨てる。次いで、所望量、例えば、100μL、の1x結合バッファーを加えて混合する。このチューブを磁石に付けて、上清を捨てる。この操作をさらに2〜3回繰り返す。次いで、所望量、例えば、20μL(約37μg)のランダム領域のPCR産物と、所望量、例えば30μLの蒸留水、所望量、例えば50μLの2x結合バッファーとを混合する。
(4) Purification using beads in a random region A desired amount, for example, 50 μL of streptavidin beads (manufactured by Takara Bio Inc.) is placed in a low adsorption tube (manufactured by Biomedical Science Co., Ltd.) and attached to a magnet. Discard the supernatant. The desired amount, eg, 100 μL, of 1 × binding buffer is then added and mixed. Attach this tube to a magnet and discard the supernatant. This operation is further repeated 2-3 times. The desired amount, eg, 20 μL (about 37 μg) of the random region PCR product is then mixed with the desired amount, eg, 30 μL of distilled water, the desired amount, eg, 50 μL of 2 × binding buffer.
ローテーター(タイテック社製)に入れ、約4℃で回転させて一晩置く。その後、磁石に付けて上清を捨てるという操作を3回繰り返す。この後に、所望量、例えば、50μL、の解離バッファー(10mMのEDTAを含む93〜98% ホルムアルデヒド)を加えて、65〜75℃にて、15分間ローテーター中でインキュベートし、磁石に付けて上清を回収する。再び、所望量、例えば50μLの解離バッファーを加え、65〜75℃にて、10〜20分間ローテーター中でインキュベートし、磁石に付けて上清を回収する。回収した上清から、上記と同様の操作によってDNAを得て、その濃度を上記と同様に測定する。 Place in a rotator (Tytec) and rotate at 4 ° C overnight. Thereafter, the operation of attaching to the magnet and discarding the supernatant is repeated three times. This is followed by the addition of the desired amount, eg, 50 μL, of dissociation buffer (93-98% formaldehyde containing 10 mM EDTA), incubated in a rotator for 15 minutes at 65-75 ° C., attached to a magnet and supernatant Recover. Again, add the desired amount, eg 50 μL of dissociation buffer, incubate at 65-75 ° C. for 10-20 minutes in a rotator, attach to magnet and collect supernatant. DNA is obtained from the collected supernatant by the same operation as described above, and its concentration is measured as described above.
(5)フルコンストラクト作製
所望の量のDNAポリメラーゼ、DNAポリメラーゼ反応バッファー、硫酸マグネシウム及びdNTP混合物、上記のようにして得られた標的ドメイン−T7付加産物及びタグ付きのランダム領域、及び蒸留水を含む、フルコンストラクト作製用溶液を調製する。こうした溶液としては、例えば、後述する実施例2(1)(1−5)に示す組成のコンストラクト作製用バッファーを使用することが、反応効率の面から好ましい。
(5) Production of full construct Including desired amount of DNA polymerase, DNA polymerase reaction buffer, magnesium sulfate and dNTP mixture, target domain-T7 addition product and tagged random region obtained as described above, and distilled water Prepare a solution for making a full construct. As such a solution, for example, it is preferable from the viewpoint of reaction efficiency to use a buffer for construct preparation having a composition shown in Example 2 (1) (1-5) described later.
次いで、この溶液をサーマルサイクラーに入れ、例えば、95℃で1.5〜2.5分、75℃で5〜7分インキュベートする。次いで、例えば、所望量のT7プライマー及び同量のBiotin-cNew Ytagプライマーを加えてサーマルサイクラー中に入れ、95℃で5〜15秒、65℃で15〜45秒、75℃で1分というサイクルを25〜35回繰り返し、75℃で3〜7秒でインキュベートした後に4℃に冷却して、増幅産物を得る。 This solution is then placed in a thermal cycler and incubated, for example, at 95 ° C for 1.5-2.5 minutes and at 75 ° C for 5-7 minutes. Then, for example, add the desired amount of T7 primer and the same amount of Biotin-cNew Ytag primer and place in thermal cycler, cycle 5-15 seconds at 95 ° C, 15-45 seconds at 65 ° C, 1 minute at 75 ° C Is repeated 25 to 35 times, incubated at 75 ° C. for 3 to 7 seconds, and then cooled to 4 ° C. to obtain an amplification product.
この後、得られた増幅産物に、1/10倍容のQuick-Precip Plus Solution (10mMトリス塩酸(pH7.5〜8.5),0.5〜2mM EDTA及び4〜6M NaClを含む。QIAGEN社製)と2.5倍容の99%エタノールとを加えて混合し、10,000〜15,000rpm(7,000〜14,000xg)で10〜20分間遠心するという操作を繰り返し、蒸留水で溶かしたペレットを用いて、上記と同様の操作でDNA濃度を測定する。その後、例えば、ミニゲル(6〜9M尿素を含む2〜6%アクリルアミドゲル)に試料をアプライし、ランニングバッファーとして0.25〜0.75xTBEバッファーを用い、約200V、約60℃で60〜120分間という条件で電気泳動を行ない、ゲル電気泳動終了後に上記と同様の染色試薬で一本鎖DNAを染色し、イメージャーで検出する。 Thereafter, the amplification product obtained contains 1/10 volume of Quick-Precip Plus Solution (containing 10 mM Tris-HCl (pH 7.5 to 8.5), 0.5 to 2 mM EDTA and 4 to 6 M NaCl, manufactured by QIAGEN). Add 2.5 volumes of 99% ethanol, mix and repeat the operation of centrifugation at 10,000-15,000 rpm (7,000-14,000 xg) for 10-20 minutes, using pellets dissolved in distilled water as above. The DNA concentration is measured by operation. After that, for example, a sample is applied to a mini gel (2 to 6% acrylamide gel containing 6 to 9 M urea), 0.25 to 0.75 × TBE buffer is used as a running buffer, and the conditions are about 200 V and about 60 ° C. for 60 to 120 minutes. Electrophoresis is performed, and after completion of gel electrophoresis, single-stranded DNA is stained with the same staining reagent as described above and detected by an imager.
ついで、所望の位置、例えば、839bpの位置にあるバンドを、メスを用いてゲルから切出す。所望の大きさのチューブ、例えば、1.5mLのチューブに切り出したゲルを入れてスパーテル等ですり潰し、所望量、例えば、600〜1,000μLの希釈バッファー(5〜15mM 酢酸マグネシウム、0.25〜0.75M 酢酸アンモニウム、0.5〜2mM EDTA、及び0.05〜0.2%SDSを含む、pH7.5〜8.5)をこのチューブに加え、65〜75℃で一晩インキュベートする。 The band at the desired position, eg, 839 bp, is then cut from the gel using a scalpel. Place the gel cut into a tube of the desired size, for example, a 1.5 mL tube, and crush it with a spatula etc., and then add the desired amount, for example, 600 to 1,000 μL of dilution buffer (5 to 15 mM magnesium acetate, 0.25 to 0.75 M ammonium acetate. , 0.5-2 mM EDTA, and 0.05-0.2% SDS, pH 7.5-8.5) is added to the tube and incubated overnight at 65-75 ° C.
この後、上述したと同様に、1/10倍容のQuick-Precip Plus Solutionと2.5倍容の99%エタノールを加えて混合し、例えば、10,000〜15,000rpmで10〜20分遠心し、白い沈殿残して上清を捨て、70%エタノールを加えて混合し、再度同様に遠心を行なう。白い沈殿を残して上清を捨て、エタノールをエバポレートさせて完全に揮発させ、このDNAペレットを蒸留水で溶解させて上記と同様にDNA濃度を測定する。また、切り出して精製した後のDNAを、上記のような条件下にてミニゲルを用いた電気泳動に供し、単一のバンドになっているか否かを確認する。引き続き、ダイレクトシーケンス解析を行ない、配列が正しいかどうかを確認する。 After that, as described above, add 1/10 volume of Quick-Precip Plus Solution and 2.5 volume of 99% ethanol, mix, for example, centrifuge at 10,000-15,000 rpm for 10-20 minutes, Discard the supernatant, add 70% ethanol, mix, and centrifuge again. The supernatant is discarded leaving a white precipitate, ethanol is evaporated to completely volatilize, the DNA pellet is dissolved in distilled water, and the DNA concentration is measured as described above. In addition, the DNA after excision and purification is subjected to electrophoresis using a minigel under the conditions as described above to confirm whether or not it is a single band. Next, direct sequence analysis is performed to check whether the sequence is correct.
(6)mRNAへの転写
上記のようにして得られたDNAフルコンストラクト、rNTP混合物、T7トランスバッファー、T7酵素ミックス及びRNaseインヒビターを所望の量で含む転写用溶液を調製する。こうした転写用溶液としては、例えば、後述する実施例2(1)(1−6)に示す組成の転写用バッファーを使用することが転写効率の点から好ましい。
(6) Transcription to mRNA A transcription solution containing the DNA full construct obtained as described above, an rNTP mixture, a T7 transbuffer, a T7 enzyme mix, and an RNase inhibitor in desired amounts is prepared. As such a transfer solution, for example, a transfer buffer having a composition shown in Example 2 (1) (1-6) described later is preferably used from the viewpoint of transfer efficiency.
次いで、この転写用溶液をサーマルサイクラーに入れて、例えば、37℃で1.5〜2.5時間インキュベートする。次いで、RNAの精製を行なう。例えば、0.5〜2μLのRQ1 RNase-Free DNase (0.5〜2U/μL)を加え、37℃で10〜20分間インキュベートし、RNeasy Mini Kit(QIAGEN社製)を使用してRNAの精製を行うことができる。 Next, this transfer solution is put into a thermal cycler and incubated at 37 ° C. for 1.5 to 2.5 hours, for example. Subsequently, RNA is purified. For example, adding 0.5-2 μL of RQ1 RNase-Free DNase (0.5-2 U / μL), incubating at 37 ° C. for 10-20 minutes, and purifying RNA using RNeasy Mini Kit (QIAGEN) it can.
所望量のRNase free water、RLTバッファー(QIGEN社製RNeasy Mini Kit中で提供される)及び99%エタノールを含むRNA精製用溶液を調製する。こうしたRNA精製用溶液としては、例えば、後述する実施例2(2)に示す組成のRNA精製用バッファーを使用することが精製効率の点から好ましい。 Prepare RNA purification solution containing desired amount of RNase free water, RLT buffer (provided in QIGEN RNeasy Mini Kit) and 99% ethanol. As such an RNA purification solution, for example, an RNA purification buffer having a composition shown in Example 2 (2) described later is preferably used from the viewpoint of purification efficiency.
RNeasy purificationカラムにこのRNA精製用溶液を入れ、所望のgで所望の時間、例えば、10,000〜15,000rpm(7,000〜14,000xg)で10〜20秒間遠心する。カラムにRPEバッファー(上記キット中で提供される)を所望の量、例えば、500μL入れ、12,000rpmで10〜20秒間遠心する。次いで、ここに所望の量の80%エタノール、例えば、400〜600μLを加えて、10,000〜15,000rpmで1〜4分間遠心し、エタノール沈殿を行なう。引き続き、ここにRNase free waterを所望の量、例えば、10〜20μL加え、室温で2〜4分間置いた後に、所望のgで所望の時間、例えば、10,000〜15,000 rpmで0.5〜2分間遠心する。その後、ナノドロップでRNAの濃度を測定する。以上のようにして得られた試料をすぐに使用しない場合は、−80℃で保存する。 This RNA purification solution is put into an RNeasy purification column, and centrifuged at a desired g for a desired time, for example, 10,000-15,000 rpm (7,000-14,000 × g) for 10-20 seconds. The column is loaded with the desired amount of RPE buffer (provided in the kit above), eg, 500 μL, and centrifuged at 12,000 rpm for 10-20 seconds. Next, a desired amount of 80% ethanol, for example, 400 to 600 μL is added thereto, and centrifuged at 10,000 to 15,000 rpm for 1 to 4 minutes to perform ethanol precipitation. Subsequently, RNase free water is added in a desired amount, for example, 10 to 20 μL, and left at room temperature for 2 to 4 minutes, and then centrifuged at a desired g for a desired time, for example, 10,000 to 15,000 rpm for 0.5 to 2 minutes. . Thereafter, the concentration of RNA is measured by nanodrop. If the sample obtained as described above is not used immediately, store it at -80 ° C.
(7)リンカーのライゲーション
(7−1)一段階でのライゲーション
一段階でのライゲーションは、例えば、所望の組成のインキュベーション溶液中でmRNAとリンカーとを連結させる。こうしたインキュベーション溶液としては、例えば、後述する実施例2(3)(3−1)に示す組成の一段階結合用バッファーを使用することが反応効率の点から好ましい。反応条件は、例えば、88〜92℃で1〜3分インキュベートし、0.05〜0.15℃/秒で65〜75℃まで降温させ、約65〜75℃で1〜3分インキュベートし、引き続き、0.05〜0.15℃/秒で20〜30℃まで降温させるようにすることができる。
(7) Ligation of linker (7-1) Ligation in one step Ligation in one step is performed by, for example, linking mRNA and a linker in an incubation solution having a desired composition. As such an incubation solution, for example, it is preferable from the viewpoint of reaction efficiency to use a buffer for one-step binding shown in Example 2 (3) (3-1) described later. The reaction conditions are, for example, incubation at 88 to 92 ° C. for 1 to 3 minutes, lowering the temperature to 0.05 to 0.15 ° C./second to 65 to 75 ° C., incubation at about 65 to 75 ° C. for 1 to 3 minutes, and subsequently 0.05 to The temperature can be lowered to 20-30 ° C. at 0.15 ° C./second.
ここに、ライゲーション溶液を加えて混合液とし、上記の混合液を、20〜30℃で45分〜1.5時間インキュベートし、ライゲーション産物を得る。このライゲーション産物から、所望の量、例えば、0.5〜2μLを取り、同量のバッファー、例えば、2xSTRと混合して92〜98℃で2〜4分間加熱する。その後、上記と同様に、マイクロゲルに試料をアプライし、ゲル電気泳動を行なう。電気泳動の条件としては、例えば、ランニングバッファーとして1xTBEバッファーを使用し、約100V、50〜60℃で10〜15分間とすることができる。 A ligation solution is added thereto to form a mixed solution, and the above mixed solution is incubated at 20-30 ° C. for 45 minutes to 1.5 hours to obtain a ligation product. From this ligation product, take the desired amount, for example 0.5-2 μL, mix with the same amount of buffer, for example 2 × STR and heat at 92-98 ° C. for 2-4 minutes. Thereafter, in the same manner as described above, the sample is applied to the microgel and gel electrophoresis is performed. As electrophoresis conditions, for example, 1 × TBE buffer is used as a running buffer, and can be set at about 100 V and 50 to 60 ° C. for 10 to 15 minutes.
電気泳動終了後にイメージャーでFITCを検出し、ライゲーションの成否を確認する。次いで、染色液を用いて染色を行ない、RNAの分解産物の有無を確認する。こうした染色液としては、例えば、SYBR Green 2等の一本鎖DNAを染色することができるものを使用することが好ましい。以上のようにして得られたライゲーション産物をすぐに使用しない場合には、−80℃で保存することが好ましい。
After completion of electrophoresis, FITC is detected by an imager and the success or failure of ligation is confirmed. Next, staining is performed using a staining solution, and the presence or absence of RNA degradation products is confirmed. As such a staining solution, for example, it is preferable to use one that can stain single-stranded DNA such as
(7−2)三段階でのライゲーション
三段階でのライゲーションは、リン酸基除去バッファー中で、リン酸基の除去を行なう。こうしたリン酸基除去用溶液としては、例えば、後述する後述する実施例2(3)(3−2)に示す組成のリン酸基除去用バッファーを使用することが、反応効率の点から好ましい。反応条件としては、36〜38℃で10〜20分間インキュベートし、その後68〜72℃で4〜8分間インキュベートし、次いで3〜5℃に冷却するようにすることができる。次いで、ここにリン酸基付加用溶液を添加して所望の温度で所望の時間、混合し、インキュベートする。こうしたリン酸基付加用バッファーとしては、後述する実施例2(3)(3−2)に示すライゲーションバッファーを使用することが反応効率の点から好ましい。
(7-2) Ligation in three stages Ligation in three stages involves removal of phosphate groups in a phosphate group removal buffer. As such a phosphate group removing solution, for example, a phosphate group removing buffer having a composition shown in Example 2 (3) (3-2), which will be described later, is preferably used from the viewpoint of reaction efficiency. As reaction conditions, it is possible to incubate at 36 to 38 ° C. for 10 to 20 minutes, then at 68 to 72 ° C. for 4 to 8 minutes, and then cooled to 3 to 5 ° C. Next, a phosphate group addition solution is added thereto, and the mixture is mixed and incubated at a desired temperature for a desired time. As such a phosphate group addition buffer, a ligation buffer shown in Example 2 (3) (3-2) described later is preferably used from the viewpoint of reaction efficiency.
反応条件としては、36〜38℃で25〜35分間インキュベートし、引き続き、所望の量、例えば、5〜15μMのリンカーを0.5〜1.5M加え、85〜95℃で1〜3分間インキュベートし、0.05〜0.15℃/秒で65〜75℃まで降温させ、同じ降温割合で20〜30℃まで降温させるようにすることができる。 The reaction conditions were incubation at 36-38 ° C. for 25-35 minutes, followed by addition of a desired amount, for example, 0.5-15 μM of 5-15 μM linker, and incubation at 85-95 ° C. for 1-3 minutes, 0.05 The temperature can be lowered to 65 to 75 ° C. at −0.15 ° C./second, and the temperature can be lowered to 20 to 30 ° C. at the same rate of temperature reduction.
ここに、所望量のRNAリガーゼを加えて所望の時間インキュベートし、ライゲーション産物を得る。例えば、5〜100 unit /μLのT4 RNAリガーゼ(New England Biolabs製)を0.05〜0.15μL加え、20〜30℃で約45分〜1.5時間インキュベートし、ライゲーション産物を得るようにすることができる。得られたライゲーション産物を所望量、例えば、0.5〜2μLとり、同量のバッファー、例えば、2xSTR Loading Buffer(以下、「2xSTR」と略すことがある、Promega社製)と混合し、90〜98℃で2〜4分間加熱する。 Here, a desired amount of RNA ligase is added and incubated for a desired time to obtain a ligation product. For example, 0.05 to 0.15 μL of 5 to 100 unit / μL T4 RNA ligase (New England Biolabs) can be added and incubated at 20 to 30 ° C. for about 45 minutes to 1.5 hours to obtain a ligation product. The obtained ligation product is taken in a desired amount, for example, 0.5 to 2 μL, and mixed with the same amount of buffer, for example, 2 × STR Loading Buffer (hereinafter abbreviated as “2 × STR”, Promega) 90-98 ° C. Heat for 2 to 4 minutes.
その後、上記と同様の条件でマイクロゲルにサンプルをアプライしてゲル電気泳動を行ない、イメージャーでFITCを検出し、ライゲーションされているか否かを確認する。次いで、上記と同様に染色液を用いて染色を行ない、RNA分解産物の有無を確認する。こうした染色液としては、SYBR Green 2などの一本鎖DNAを染色できるものであることが、検出感度の点から好ましい。ライゲーション産物をすぐに使用しない場合には、−80℃で保存することが好ましい。
Thereafter, a sample is applied to a microgel under the same conditions as described above, and gel electrophoresis is performed. FITC is detected by an imager to confirm whether or not ligation is performed. Next, staining is performed using a staining solution in the same manner as described above, and the presence or absence of RNA degradation products is confirmed. Such a staining solution is preferably one that can stain single-stranded DNA such as
(8)試験管内翻訳
まず、ライゲーション産物、RNaseインヒビター等を含む翻訳用溶液1を調製し、36〜38℃で10分〜4時間インキュベートする。こうした翻訳用溶液1としては、例えば、後述する実施例3(1)に示す組成の翻訳用バッファーを使用することが反応効率の点から好ましい。次いで、ここに所望量のローディング用溶液を加えて、所望の時間インキュベートする。例えば、92〜96℃で1〜5分間インキュベートし、翻訳産物を得るようにすることができる。こうしたローディング溶液としては、後述する実施例3(1)に示す組成のローディングバッファーを使用することが、分離精度の点から好ましい。
(8) Translation in vitro First, a
得られた翻訳産物を、SDSゲル電気泳動に供して確認する。ゲル電気泳動には、例えば、後述する実施例3(1)に示す組成のSDS-PAGE用ランニングバッファー等を使用することが、分離効率の点から好ましい。次いで、スタッキングゲルとランニングゲルとを調製し、ゲル電気泳動を行なう。こうしたゲルとしては、後述する実施例3(1)に示す組成のスタッキングゲル及びランニングゲルを使用することが分離効率の点から好ましい。常法に従ってゲルを作製し、例えば、約15〜30 mAで、1〜4時間ゲル電気泳動を行なうようにすることができる。 The resulting translation product is confirmed by SDS gel electrophoresis. For gel electrophoresis, it is preferable to use, for example, an SDS-PAGE running buffer having the composition shown in Example 3 (1) described later, from the viewpoint of separation efficiency. Next, a stacking gel and a running gel are prepared, and gel electrophoresis is performed. As such a gel, it is preferable from the viewpoint of separation efficiency to use a stacking gel and a running gel having the composition shown in Example 3 (1) described later. A gel can be prepared according to a conventional method, for example, gel electrophoresis can be performed at about 15 to 30 mA for 1 to 4 hours.
(9)タグ精製
次いで、得られた翻訳産物を、タグを用いて精製する。まず、所望の組成のPBSと下記のような溶出バッファーとを調製し、タグ付きの磁性ビーズを用いて、低吸着チューブ中で反応させて精製を行なう。例えば、Hisタグを利用する場合には、以下のようにして精製する。まず、130〜140mMのNaCl、2.5〜3.0mMのKCl、5〜15mMのリン酸水素二ナトリウム、1.5〜2.0mMのリン酸二水素カリウムを含む1xPBS(6M NaOHでpH 7.2〜7.4に調整)、及び5〜15mMのリン酸ナトリウムと450〜550mMのイミダゾールを含む2xHisMag溶出バッファー(6M NaOHでpH 7.2〜7.6に調整)を調製する。
(9) Tag purification Next, the obtained translation product is purified using a tag. First, PBS having a desired composition and an elution buffer as described below are prepared, and purified by reacting in a low adsorption tube using tagged magnetic beads. For example, when using a His tag, it is purified as follows. First, 1 × PBS containing 130-140 mM NaCl, 2.5-3.0 mM KCl, 5-15 mM disodium hydrogen phosphate, 1.5-2.0 mM potassium dihydrogen phosphate (adjusted to pH 7.2-7.4 with 6M NaOH), And 2 × HisMag elution buffer (adjusted to pH 7.2-7.6 with 6M NaOH) containing 5-15 mM sodium phosphate and 450-550 mM imidazole.
例えば、所望量のHis Mag セファロース Ni(GEヘルスケアサイエンス社製;例えば、30〜50μL)をとり、所望の大きさ、例えば、1.5mLの低吸着チューブに入れ、ここに所望量、例えば、150〜250μLの1xPBSを入れて懸濁し、磁石でビーズを引き付けて上清を捨て、所望量の1xPBSを入れて懸濁するという操作を、所望の回数繰り返す。 For example, a desired amount of His Mag Sepharose Ni (manufactured by GE Healthcare Science; for example, 30-50 μL) is taken into a desired size, for example, a 1.5 mL low adsorption tube, where a desired amount, for example, 150 The operation of suspending in 250 μL of 1 × PBS, attracting beads with a magnet, discarding the supernatant, and suspending in a desired amount of 1 × PBS is repeated a desired number of times.
次いで、ここに精製したい試験管内翻訳産物を加え、総容量が、例えば、100μLになるように所望のバッファー、例えば、1xPBS等を加える。このチューブを8〜12℃で一晩置き、上清を捨てる。その後、所望量の1xPBSを入れて懸濁し、磁石でビーズを引き付けて上清を捨てるという操作を所望の回数繰り返す。次いで、10〜30μLの溶出バッファーを入れて懸濁し上清を回収する。同量の溶出バッファーを入れて懸濁し、再度上清を回収する操作を行って翻訳産物を回収し、SDS-PAGEに供して翻訳産物を確認する。以上のようにして、所望の標的ドメイン結合部位を含むリンカー及び所望のドメインを含むフルコンストラクトを得ることができる。 Next, the in-vitro translation product to be purified is added thereto, and a desired buffer such as 1 × PBS is added so that the total volume becomes, for example, 100 μL. Place the tube at 8-12 ° C overnight and discard the supernatant. Thereafter, an operation of adding a desired amount of 1 × PBS, suspending, attracting beads with a magnet, and discarding the supernatant is repeated a desired number of times. Next, 10-30 μL of elution buffer is added and suspended to recover the supernatant. Suspend the same amount of elution buffer, collect the translation product again by recovering the supernatant, and use SDS-PAGE to confirm the translation product. As described above, a full construct containing a linker containing a desired target domain binding site and a desired domain can be obtained.
なお、作製したコンストラクトのタグ精製が、このタグと酵素タンパク質との相互作用等が原因でうまくいかない場合には、ランダム領域と所望のタグとの間に何らかのスペーサーを含めるようにする。これによって、タグと上記酵素タンパク質本体との相互作用を防止することができ、精製を効率よく進めることができるようになる。 If tag purification of the constructed construct is not successful due to the interaction between the tag and the enzyme protein, etc., some spacer is included between the random region and the desired tag. As a result, the interaction between the tag and the enzyme protein main body can be prevented, and the purification can proceed efficiently.
(10)標的ドメインと標的ドメイン結合部位との共有結合を用いた新規ディスプレイ法
以上のようにして得られたDNAコンストラクトを用いてHead-to-Head結合でリンカーとmRNAとを結合させる方法を以下に説明する。
(10) New display method using covalent bond between target domain and target domain binding site The method of binding linker and mRNA by head-to-head bond using the DNA construct obtained above is as follows. Explained.
まず、アンタークティックホスファターゼ(例えば、タカラバイオ(株)製)を用いて、mRNAの5’末端から三リン酸を除去し、ついで、ポリヌクレオチドキナーゼ(例えば、タカラバイオ(株)製)を作用させてmRNAの5’末端にリン酸基をつけ、上述したように作製したリンカーと連結する(図7)。
もしくは、これらのホスファターゼ処理及びキナーゼ処理を省いて、T4 RNAリガーゼ処理を行ない、リンカーとmRNAとを直接連結することもできる。
First, using tritactic phosphatase (for example, manufactured by Takara Bio Inc.), triphosphate is removed from the 5 ′ end of mRNA, and then a polynucleotide kinase (for example, manufactured by Takara Bio Inc.) is acted on. Then, a phosphate group is attached to the 5 ′ end of the mRNA and linked to the linker prepared as described above (FIG. 7).
Alternatively, these phosphatase treatments and kinase treatments can be omitted and T4 RNA ligase treatment can be performed to directly link the linker and the mRNA.
下記の条件で翻訳を行なうと、まず、リボソームがmRNAに結合する。そして、このリボソームが標的ドメインを含むタンパク質を合成し、前記合成されたタンパク質が前記標的ドメイン結合部位に結合する。リボソームは、上記mRNAに含まれる終止コドンを読み取ってタンパク質の合成を終了しmRNAから離れる。mRNAから離れたリボソームは代謝回転して、次のタンパク質合成に利用される(リボソームの代謝回転、図6(A)参照)。 When translation is performed under the following conditions, ribosomes first bind to mRNA. The ribosome synthesizes a protein containing the target domain, and the synthesized protein binds to the target domain binding site. The ribosome reads the stop codon contained in the mRNA, finishes protein synthesis, and leaves the mRNA. Ribosomes away from the mRNA are turned over and used for the next protein synthesis (ribosome turnover, see FIG. 6A).
例えば、上述したPCRによって得られたPCR産物である、配列表の配列番号9に示す809bpのmRNA(以下、それぞれ、「コンストラクト1」又は「mRNA1」ということがある。)を得た場合を例に挙げて説明する。
For example, a case where a 809 bp mRNA (hereinafter, also referred to as “construct 1” or “
ここで、Nは、G,A,U,及び Cからなる群から選ばれるいずれかの塩基を表し、KはG又はUを表す。上記mRNA1は、230アミノ酸で構成されるタンパク質(配列表の配列番号10)を表している。 Here, N represents any base selected from the group consisting of G, A, U, and C, and K represents G or U. The mRNA1 represents a protein composed of 230 amino acids (SEQ ID NO: 10 in the sequence listing).
以上のようにして得られたPCR産物から、所望の量の産物を取り、同量の所望のバッファーと混合して測定用試料を調製し、所望の温度で所望の時間加熱する。その後、蛍光観察によってリンカーとコンストラクト1、PCR産物(mRNA1)との結合を確認する。例えば、上記のPCR産物を0.5〜1.5μLを取って同量の2xSTRと混合して測定用試料を調製し、93〜96℃で1〜5分間加熱した後に蛍光測定を行うことで、上記のリンカーと上記のmRNA1とが結合しているか否かを確認することができる。
A desired amount of product is taken from the PCR product obtained as described above, mixed with the same amount of desired buffer to prepare a measurement sample, and heated at a desired temperature for a desired time. Thereafter, the binding between the linker, the
次いで、合成されたタンパク質に予めスペーサー配列を仕組むことにより、後のHisタグを用いたタンパク質のつり上げ精製を容易なものとすることができる。このようなスペーサーとしては、αへリックス構造を有するもの(以下、「αスタンドスペーサー」という。)を使用することができる。 Subsequently, by preparing a spacer sequence in advance in the synthesized protein, it is possible to facilitate the subsequent purification and purification of the protein using the His tag. As such a spacer, one having an α helix structure (hereinafter referred to as “α stand spacer”) can be used.
所望のタンパク質、例えば、ミオグロビンA鎖(A1〜A16、配列表の配列番号11及び図8参照)中の疎水性アミノ酸をGlnに置換し、この配列を使用して作製することができる(特許出願中)。 The desired protein, for example, myoglobin A chain (A1 to A16, see SEQ ID NO: 11 in the Sequence Listing and FIG. 8) can be prepared by substituting Gln for the hydrophobic amino acid and using this sequence (patent application) During).
このペプチドのアミノ酸配列を使用して、後述するインビトロセレクションにより、下記の配列を有する、N末端フリータイプのαスタンドペプチド(配列表の配列番号12)及びC末端フリータイプのαスタンドペプチド(配列表の配列番号13)を得ることができる。 Using the amino acid sequence of this peptide, N-terminal free type α-stand peptide (SEQ ID NO: 12 in the sequence listing) and C-terminal free type α stand peptide (sequence listing) having the following sequences by in vitro selection described below. SEQ ID NO: 13) can be obtained.
インビトロ選択法は、以下のようにして行う。ここで、mRNAとリンカーとの連結は、公知の手法を用いて、直接的又は間接的に、化学的又は物理的に行うことができる。例えば、mRNAの3’末端にリンカーの末端と相補的な配列を設けておくと、両者をハイブリダイゼーションによって連結することができる。 The in vitro selection method is performed as follows. Here, the linkage between the mRNA and the linker can be performed directly or indirectly, chemically or physically, using a known technique. For example, if a sequence complementary to the end of the linker is provided at the 3 'end of mRNA, both can be linked by hybridization.
本発明において、「ライゲーション」又は「ライゲーション反応」は、酵素により促進される反応をいい、具体的には、T4 RNAリガーゼ、TS2126耐熱性ファージ由来DNAリガーゼ等のリカーゼを好適に利用することができ、T4 RNAリガーゼ(タカラバイオ(株)製)を利用することが、連結効率の理由からさらに好ましい。 In the present invention, “ligation” or “ligation reaction” refers to a reaction promoted by an enzyme. Specifically, a ligase such as T4 RNA ligase or TS2126 thermostable phage-derived DNA ligase can be suitably used. It is more preferable to use T4 RNA ligase (manufactured by Takara Bio Inc.) for reasons of ligation efficiency.
ライゲーション反応前のアニーリングは、60〜100℃にて2〜60分間、ヒートブロック、アルミブロック、ウォーターバスその他の加温用器具にて温めた後、室温で約2〜60分間放置して液温を穏やかに低下させ、さらに−5〜10℃に冷却して行うことが好ましい。例えば、約90℃で約5分間アルミブロック上にて温め、次に約70℃で約5分間アルミブロック上にて温め、最後に室温で約10分間放置した後、氷上に置くようにすることが好ましい。 For annealing before the ligation reaction, heat at 60 to 100 ° C for 2 to 60 minutes, heat with a heat block, aluminum block, water bath or other heating equipment, and then leave it at room temperature for about 2 to 60 minutes. It is preferable to carry out by lowering the temperature gently and further cooling to −5 to 10 ° C. For example, warm on an aluminum block for about 5 minutes at about 90 ° C, then warm on an aluminum block for about 5 minutes at about 70 ° C, and finally leave it on ice for about 10 minutes at room temperature. Is preferred.
ライゲーション反応液の組成は、0.1〜2.5U/μLのT4ポリヌクレオチドキナーゼ(タカラバイオ(株)製);0.4〜5U/μLのT4 RNAリガーゼ(タカラバイオ(株)製);10〜250mMのTris-塩酸(pH約7.0〜約8.0);2.0〜50mMの塩化マグネシウム;2.0〜50mMのジチオスレイトール(DTT);0.2〜5.0のmMのATPを含むものであることが好ましい。反応効率の点から、約0.5U/μLのT4ポリヌクレオチドキナーゼ;約2.0U/μLのT4 RNAリガーゼ;約50mMのTris-塩酸(約pH 7.5);約10mMの塩化マグネシウム;約10mMのDTT;約1.0mMのATPを含有するものであることが好ましい。この反応液には、必要に応じて、SUPERase・InTM RNase inhibitor(Ambion社製)などのRNA分解酵素阻害剤を添加してもよい。 The composition of the ligation reaction solution was 0.1 to 2.5 U / μL of T4 polynucleotide kinase (manufactured by Takara Bio Inc.); 0.4 to 5 U / μL of T4 RNA ligase (manufactured by Takara Bio Inc.); 10 to 250 mM Tris -Hydrochloric acid (pH of about 7.0 to about 8.0); 2.0-50 mM magnesium chloride; 2.0-50 mM dithiothreitol (DTT); 0.2-5.0 mM ATP. In terms of reaction efficiency, about 0.5 U / μL T4 polynucleotide kinase; about 2.0 U / μL T4 RNA ligase; about 50 mM Tris-HCl (about pH 7.5); about 10 mM magnesium chloride; about 10 mM DTT; Preferably it contains about 1.0 mM ATP. If necessary, an RNA-degrading enzyme inhibitor such as SUPERase / In ™ RNase inhibitor (manufactured by Ambion) may be added to this reaction solution.
ライゲーション反応を行う反応系の体積は、4.0〜100μLであることが好ましい。反応効率の点から20〜40μLとすることが好ましく、約20μLとすると最も反応効率が高い。この反応系中でのRNAとリンカーとの量比は、5.0〜100pmolのリンカーに対するmRNAの量を、5.0〜100pmolとすることが好ましい。 The volume of the reaction system for performing the ligation reaction is preferably 4.0 to 100 μL. The reaction efficiency is preferably 20 to 40 μL, and the reaction efficiency is highest when it is about 20 μL. The amount ratio of RNA to linker in this reaction system is preferably such that the amount of mRNA relative to the linker of 5.0 to 100 pmol is 5.0 to 100 pmol.
アニーリング反応は、T4ポリヌクレオチドキナーゼ及びT4 RNAリガーゼを除いたライゲーション反応液中で行うことができる。そして、アニーリングの終わった反応液中に、これらの酵素を必要量投入することで、ライゲーション反応を開始させることができる。このライゲーション反応は、10〜40℃で約1分間〜数時間行うのが好ましい。作業効率及び反応効率の面から、20〜30℃で4〜12時間とすることが好ましく、約25℃で約8時間とすることが最も好ましい。 The annealing reaction can be performed in a ligation reaction solution excluding T4 polynucleotide kinase and T4 RNA ligase. Then, the ligation reaction can be started by introducing a necessary amount of these enzymes into the reaction solution after the annealing. This ligation reaction is preferably performed at 10 to 40 ° C. for about 1 minute to several hours. From the viewpoint of working efficiency and reaction efficiency, it is preferably 4 to 12 hours at 20 to 30 ° C, and most preferably about 8 hours at about 25 ° C.
次に、連結体A(mRNAとリンカーとの連結体)を無細胞翻訳系と混合することによって、タンパク質の合成を行う。ここで、タンパク質を合成するための無細胞翻訳系は、動物由来細胞、植物由来細胞、菌類及び細菌類からなる群から選択することができる。具体的には大腸菌、ウサギ網状赤血球、小麦胚芽抽出物などを使用することができる(Lamfrom H., Grunberg-Manago M., Biochem. Biophys. Res. Commun., 27, 1 (1967))。
生物種により翻訳に利用されるコドンの種類が異なるので、対象となる遺伝子や遺伝子の由来に合わせて無細胞翻訳系を選択することが好ましい。
Next, protein synthesis is performed by mixing ligation A (conjugate of mRNA and linker) with a cell-free translation system. Here, the cell-free translation system for synthesizing the protein can be selected from the group consisting of animal-derived cells, plant-derived cells, fungi and bacteria. Specifically, Escherichia coli, rabbit reticulocyte, wheat germ extract and the like can be used (Lamfrom H., Grunberg-Manago M., Biochem. Biophys. Res. Commun., 27, 1 (1967)).
Since the type of codon used for translation differs depending on the biological species, it is preferable to select a cell-free translation system in accordance with the target gene and the origin of the gene.
本発明の実施形態においては、前記無細胞翻訳系として、ウサギの血液から得られた網状赤血球細胞のライセートを利用することが好ましい。前記ライセートは、マイクロコッカルヌクレアーゼによって細胞由来のmRNAを分解し、グリコールエーテルジアミン四酢酸(EGTA)を加えてカルシウムをキレートし、前記ヌクレアーゼを不活化処理したもの(以下、「マイクロコッカルヌクレアーゼ処理済」という。)とすることが、より好ましい。 In the embodiment of the present invention, it is preferable to use a reticulocyte lysate obtained from rabbit blood as the cell-free translation system. The lysate is obtained by degrading cell-derived mRNA with micro-coccal nuclease, adding glycol ether diamine tetraacetic acid (EGTA) to chelate calcium, and inactivating the nuclease (hereinafter referred to as “micro-coccal nuclease treatment”). It is more preferable to say “finished”).
翻訳反応液の組成は、4〜85μLのウサギ網状赤血球ライセート(マイクロコッカルヌクレアーゼ処理済)と0.24〜10 pmolの上記連結体を含む反応バッファー(最終濃度:16〜400mMの酢酸カリウム;0.1〜2.5mMの酢酸マグネシウム;0.2〜50mMのクレアチンリン酸;各0〜0.25mMのアミノ酸を含む)を10〜100μL用いるのが好ましい。反応効率の点から、17μLのウサギ網状赤血球ライセート(同上)と1.2〜2.0pmolの上記連結体とを含む反応バッファー(最終濃度:80 mMの酢酸カリウム;0.5mMの酢酸マグネシウム;10mMのクレアチンリン酸;各0.05mMのアミノ酸(メチオニン及びロイシンは各々0.025mM))を25μL用いるのが、さらに好ましい。また必要に応じて、この反応液に、SUPERase・InTM RNase inhibitor(Ambion社製)などのRNA分解酵素阻害剤を添加してもよい。 The composition of the translation reaction solution was 4 to 85 μL of rabbit reticulocyte lysate (micrococcal nuclease-treated) and a reaction buffer containing 0.24 to 10 pmol of the above conjugate (final concentration: 16 to 400 mM potassium acetate; 0.1 to 2.5 It is preferred to use 10-100 μL of mM magnesium acetate; 0.2-50 mM creatine phosphate; each containing 0-0.25 mM amino acid. From the viewpoint of reaction efficiency, a reaction buffer (final concentration: 80 mM potassium acetate; 0.5 mM magnesium acetate; 10 mM creatine phosphate) containing 17 μL of rabbit reticulocyte lysate (same as above) and 1.2 to 2.0 pmol of the above conjugate. It is more preferred to use 25 μL of each 0.05 mM amino acid (methionine and leucine are each 0.025 mM); If necessary, to the reaction solution, may be added to RNA degradation enzyme inhibitors such as SUPERase · In TM RNase inhibitor (Ambion, Inc.).
翻訳反応は約20〜約40℃で約10〜約90分間行うことが好ましく、生成効率と作業効率の点から、約30℃で約20分間行うことが特に好ましい。 The translation reaction is preferably performed at about 20 to about 40 ° C. for about 10 to about 90 minutes, and particularly preferably at about 30 ° C. for about 20 minutes from the viewpoint of production efficiency and work efficiency.
上記連結体は、あらかじめリンカーに標識化合物を結合させておくことによって、容易に検出することができる。そのような標識化合物としては、蛍光性化合物、抗原のエピトープ、放射性同位体等を挙げることができる。ただし、放射性同位体は後の実験操作を行なう上で特別な施設(放射性物質取扱施設)を要求されるため、本実験には適さない。 The conjugate can be easily detected by binding a labeling compound to a linker in advance. Examples of such labeling compounds include fluorescent compounds, antigenic epitopes, and radioisotopes. However, radioisotopes are not suitable for this experiment because they require a special facility (radioactive material handling facility) for subsequent experimental operations.
放射性同位体の利用が困難な場合には、蛍光性化合物を利用することが好ましい。蛍光性化合物としては、フリーの官能基(例えば、活性エステルに変換可能なカルボキシル基、ホスホロアミダイトに変換可能な水酸基、又はアミノ基など)を持ち、標識された塩基としてリンカーに連結可能な種々の蛍光色素を用いることが好ましい。このような蛍光色素としては、例えば、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)、フィコビリタンパク質、希土類金属キレート、ダンシルクロライド又はテトラメチルローダミンイソチオシアネート等を挙げることができる。また、各種GFP等も使用することができる。 When it is difficult to use a radioisotope, it is preferable to use a fluorescent compound. The fluorescent compound has a free functional group (for example, a carboxyl group that can be converted into an active ester, a hydroxyl group that can be converted into a phosphoramidite, or an amino group), and can be linked to a linker as a labeled base. It is preferable to use the fluorescent dye. Examples of such fluorescent dyes include fluorescein isothiocyanate (FITC), phycobiliprotein, rare earth metal chelate, dansyl chloride or tetramethylrhodamine isothiocyanate. Various GFPs can also be used.
以上のような手順で、リンカー、標的ドメイン及びαスタンドを含むフルコンストラクトを作製し、標的ドメインを含むタンパク質を合成することができる。αスタンドスペーサーの塩基配列を、標的ドメインを含むタンパク質の塩基配列とタグ精製に使用するタグ配列との間に挟み込んでおくことにより、標的ドメインを含むタンパク質の表面に、タグをうまく配置させることができる。これによって、精製効率を飛躍的に上げることができる。 By the procedure as described above, a full construct containing a linker, a target domain and an α-stand can be prepared, and a protein containing the target domain can be synthesized. By placing the base sequence of the α stand spacer between the base sequence of the protein containing the target domain and the tag sequence used for tag purification, the tag can be successfully placed on the surface of the protein containing the target domain. it can. Thereby, the purification efficiency can be dramatically increased.
さらに、本発明では、上記標的ドメインを転写したmRNAの5’末端にリンカーを結合させるため、終止コドンを入れたmRNAを設計することが可能であり、リボソームを代謝回転させることができるようになっている。 Furthermore, in the present invention, since a linker is bound to the 5 ′ end of the mRNA transcribed with the target domain, it is possible to design an mRNA with a stop codon and to turn over the ribosome. ing.
(実施例1)O6-メチルグアニン-DNA-メチルトランスフェラーゼ(MGMT)を含むDNAコンストラクトの作製
(1)材料及び方法
NaCl、KCl、リン酸水素二ナトリウム・12水、リン酸二水素カリウム、6M NaOH、EDTA(エチレンジアミン四酢酸ナトリウム)、ホルムアミドは、和光純薬工業(株)より購入した。MgCl2はナカライテスク(株)より購入した。HEPESは(株)同仁化学研究所より、ジチオスレイトール及びトライトンX-100はSIGMA社より、それぞれ購入した。
(Example 1) Preparation of DNA construct containing O 6 -methylguanine-DNA-methyltransferase (MGMT) (1) Material and method
NaCl, KCl, disodium hydrogen phosphate · 12 water, potassium dihydrogen phosphate, 6M NaOH, EDTA (sodium ethylenediaminetetraacetate), and formamide were purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. MgCl 2 was purchased from Nacalai Tesque. HEPES was purchased from Dojindo Laboratories Co., Ltd., and dithiothreitol and Triton X-100 were purchased from SIGMA.
(2)MGMTの活性の確認及びMGMTをコードするDNAの増幅
(2−1)溶液の調製
まず、蛍光強度によってMGMTの活性を評価するために、10xD-PBS(1.37M NaCl、27mM KCl、100mM リン酸水素二ナトリウム・12水和物、18mM リン酸二水素カリウム(6M NaOHでpH7.4に調整))、1x反応バッファー(10mM MgCl2、1mM ジチオスレイトール、100mM NaCl、18mM HEPES(pH 7.5)、50mM KCl、0.025% トライトンX-100、1μg/mL BSA)、及び停止液(90%ホルムアミド及び20mM EDTA(pH8.0))を調製した。
(2) Confirmation of MGMT activity and amplification of DNA encoding MGMT (2-1) Preparation of solution First, in order to evaluate the activity of MGMT by fluorescence intensity, 10 × D-PBS (1.37 M NaCl, 27 mM KCl, 100 mM) Disodium hydrogen phosphate, 12 hydrate, 18 mM potassium dihydrogen phosphate (adjusted to pH 7.4 with 6 M NaOH), 1 × reaction buffer (10 mM MgCl 2 , 1 mM dithiothreitol, 100 mM NaCl, 18 mM HEPES (pH 7.5) ), 50 mM KCl, 0.025% Triton X-100, 1 μg / mL BSA), and stop solution (90% formamide and 20 mM EDTA (pH 8.0)).
(2−2)酵素溶液等の準備
ついで、基質FQ(2.5pmol/μL:2μLの10μM MGMT F (FITC-MGMT23)、2μLの10μM MGMT Q (MGMT-BHQ1)、3.2μLの水及び0.8μLの10xD-PBS(-)を含む;合計8μL)又は基質F100(2.5pmol/μL:1μLの10μM MGMT F100、2.6μLの水及び0.4μLの10xD-PBS(-)を含む;合計4μL)という2種類の基質溶液を調製した。
(2-2) Preparation of enzyme solution etc. Next, substrate FQ (2.5 pmol / μL: 2 μL of 10 μM MGMT F (FITC-MGMT23), 2 μL of 10 μM MGMT Q (MGMT-BHQ1), 3.2 μL of water and 0.8 μL of 2 types including 10 × D-PBS (−); total 8 μL) or substrate F100 (2.5 pmol / μL: 1 μL 10 μM MGMT F100, 2.6 μL water and 0.4 μL 10 × D-PBS (−); total 4 μL) A substrate solution was prepared.
上記の2種類の基質溶液を、それぞれ95℃で1分インキュベートし、その後、1℃/秒で37℃まで降温させた。37℃で5分インキュベートした後に、1℃/秒で4℃までさらに降温させ、4℃でハイブリダイゼーションを行った。これらの基質溶液をMGMT基質ストック溶液として、使用まで−20℃で保存した。なお、基質の蛍光強度は時間とともに低下するため、調整した日のうちに使用した。また、MGMTの基質アナログであるO6-ベンジルグアニン(以下、「O6-BG」又は、単に「BG」ということがある。)のストック溶液を、上記の1x反応バッファーを用いて調製した。 The above two kinds of substrate solutions were each incubated at 95 ° C. for 1 minute, and then cooled to 37 ° C. at 1 ° C./second. After incubating at 37 ° C. for 5 minutes, the temperature was further decreased to 4 ° C. at 1 ° C./second, and hybridization was performed at 4 ° C. These substrate solutions were stored as MGMT substrate stock solutions at −20 ° C. until use. In addition, since the fluorescence intensity of the substrate decreased with time, it was used on the adjusted day. Also, O 6 is a substrate analog of MGMT - -benzylguanine A stock solution of (. Hereinafter, "O 6 -BG" or, simply may be referred to as "BG") was prepared using the above 1x reaction buffer.
(2−3)BGリンカーの作製
本発明のmRNAディスプレイ法及びcDNAディスプレイ法に使用するリンカーは、つくばオリゴサービス(株)に合成を委託した。
(2-3) Production of BG linker The linker used in the mRNA display method and cDNA display method of the present invention was commissioned to Tsukuba Oligo Service Co., Ltd.
(実施例2)2つのDNAコンストラクトの調製
2つのコンストラクト(以下、「コンストラクト1」及び「コンストラクト2」という。)を以下のようにして調製した。これらのコンストラクトの模式的な全体構造を図4(A)及び(B)に示す。また、コンストラクト1のDNA配列(839bp)、mRNA配列(809bp)及びタンパク質配列(230aa)を、配列表の配列番号2〜4に示した。同様に、コンストラクト2のDNA配列(896bp)、mRNA配列(866bp)及びタンパク質配列(249aa)を、配列表の配列番号5〜7に示した。
Example 2 Preparation of Two DNA Constructs Two constructs (hereinafter referred to as “construct 1” and “construct 2”) were prepared as follows. The schematic overall structure of these constructs is shown in FIGS. The DNA sequence (839 bp), mRNA sequence (809 bp) and protein sequence (230 aa) of the
(1)コンストラクト1の調製
(1−1)MGMT領域の増幅
MGMT領域を増幅させるために、MGMT増幅用溶液(0.5μLのプライムスター(タカラバイオ(株)製)、10μLの5xプライムスター反応バッファー、4μLの2.5 mM dNTP混合物、1μLの10μM MGMTプライマー1、1μLの10μM MGMTプライマー2、0.5μLのSF-コンストラクト-MGMT及び33μLのD.D.W.(二回蒸留水)を含む。合計50μL)を調製した。次いで、95℃で2分、95℃で20秒、65℃で5秒、72℃で30秒というサイクルを30回繰り返してPCRによる増幅を行ない、72℃で5分加熱した後に4℃に冷却して反応を停止させ、PCR産物1を得た。この後、得られたPCR産物1から1μLを取り、7μLの蒸留水及び8μLの2xSTRと混合し、95℃で3分間加熱し、ゲル電気泳動用サンプルとした。
(1) Preparation of construct 1 (1-1) Amplification of MGMT region In order to amplify the MGMT region, MGMT amplification solution (0.5 μL of Prime Star (Takara Bio Inc.), 10 μL of 5 × Prime Star reaction buffer) 4 μL of 2.5 mM dNTP mixture, 1 μL of 10
アクリルアミド、N,N’-メチレン-ビス(アクリルアミド)(BIS)、過硫酸アンモニウム(APS)、N,N,N’,N’-テトラメチル-エチレンジアミン(TEMED)、尿素、2−メルカプトエタノール、ラウリル硫酸ナトリウム(SDS)は、和光純薬工業(株)より購入し、ポリアクリルアミドゲルの調製に使用した。また、ホウ酸、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンも和光純薬工業(株)より購入し、5xTBEバッファーの調製に使用した。 Acrylamide, N, N'-methylene-bis (acrylamide) (BIS), ammonium persulfate (APS), N, N, N ', N'-tetramethyl-ethylenediamine (TEMED), urea, 2-mercaptoethanol, lauryl sulfate Sodium (SDS) was purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. and used for the preparation of polyacrylamide gel. Boric acid and tris (hydroxymethyl) aminomethane were also purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. and used for the preparation of 5 × TBE buffer.
ミニゲル(8Mの尿素を含む4%アクリルアミドゲル)にサンプルをアプライし、ランニングバッファーとして0.5xTBEバッファーを用いて、200V、60℃で90分間、ゲル電気泳動を行なった。ゲル電気泳動終了後に、SYBR Green II Nucleic Acid Gel Stains(SYBR Green 2と略すことがある(タカラバイオ(株)製)で一本鎖DNAを染色し、イメージャーで検出した。結果を図11に示す。 Samples were applied to a minigel (4% acrylamide gel containing 8 M urea), and gel electrophoresis was performed at 200 V, 60 ° C. for 90 minutes using 0.5 × TBE buffer as a running buffer. After gel electrophoresis, single-stranded DNA was stained with SYBR Green II Nucleic Acid Gel Stains (abbreviated as SYBR Green 2 (manufactured by Takara Bio Inc.)) and detected with an imager. Show.
(1−2)増幅したMGMT領域へのT7領域の付加
オーバーラップPCRにより、上記(1−1)で得られたMGMT領域にT7領域を付加するために、T7領域付加用溶液(0.5μLのプライムスター、10μLの5xプライムスター反応バッファー、4μLの2.5 mM dNTP混合物、1μLの10μM T7プライマー、0.3μLの10μM T7-リンカーハイブリ-MGMT、1μLの10μM MGMTプライマー2、1μLのMGMT PCR産物及び33μLのD.D.W.を含む、合計50μL)を調製した。
(1-2) Addition of T7 region to amplified MGMT region In order to add the T7 region to the MGMT region obtained in (1-1) above by overlap PCR, a T7 region addition solution (0.5 μL) was added. Prime Star, 10
上記T7領域付加用溶液をサーマルサイクラーに入れ、95℃で2分処理した後に、[95℃で20秒、65℃で5秒、72℃で30秒]というサイクルを30回繰り返し、次いで72℃で5分加熱した後に、4℃に冷却した。1μLのPCR産物と7μLの蒸留水、及び8μLの2xSTRを混合し、95℃にて3分間加熱した。これをサンプルとして、ミニゲル(4%アクリルアミドゲル、8M尿素を含む。)にアプライし、ランニングバッファーとして0.5xTBEバッファーを用いて、200V、60℃で90分間ゲル電気泳動を行なった。ゲル電気泳動終了後に、SYBR Green 2で一本鎖DNAを染色し、イメージャーで検出した。
The above T7 region addition solution was placed in a thermal cycler, treated at 95 ° C for 2 minutes, and then cycled [95 ° C for 20 seconds, 65 ° C for 5 seconds, 72 ° C for 30 seconds] 30 times, then 72 ° C For 5 minutes and then cooled to 4 ° C. 1 μL of the PCR product, 7 μL of distilled water, and 8 μL of 2 × STR were mixed and heated at 95 ° C. for 3 minutes. This was applied as a sample to a mini gel (4% acrylamide gel, containing 8M urea), and gel electrophoresis was performed at 200 V, 60 ° C. for 90 minutes using 0.5 × TBE buffer as a running buffer. After completion of gel electrophoresis, single-stranded DNA was stained with
目的とする621 bpの位置に現れたバンドからMGMT配列を含むPCR産物2を得た(図11参照)。次いで、MGMTの上流にT7プロモーター領域の配列を、3’末端が相互にオーバーラップした2種のDNA(T7プロモーター用及びMGMT用)を等量で混合し、通常のPCR条件でオーバーラップPCRを行なって繋ぎ、733bpのT7-MGMT配列を得た(図12参照)。
A
(1−3)ランダム領域の増幅
次いで、ランダム領域を増幅させるために、ランダム領域増幅用バッファー(4μLのVentR (exo-) DNAポリメラーゼ(BioLabs社製)、20μLの10xVentR (exo-) DNAポリメラーゼ反応バッファー、4μLの100mM MgSO4、16μLの2.5mM dNTP混合物、2μLの100μM MGMT-His tag Xaプライマー、2μLの100μMビオチン-cNew Ytagプライマー、1μLの10μMランダムテンプレート及び151μLのD.D.W.を含む。合計200μL)を調製した。このバッファーをサーマルサイクラーに入れ、95℃で2分処理した後に、[95℃で20秒、65℃で30秒、75℃で1分]というサイクルを30回繰り返し、72℃で5分加熱した後に、4℃に冷却してPCR産物3を得た。
(1-3) Amplification of random region Subsequently, in order to amplify the random region, a random region amplification buffer (4 μL of Vent R (exo-) DNA polymerase (manufactured by BioLabs), 20 μL of 10 × Vent R (exo-) DNA Polymerase reaction buffer, 4 μL of 100 mM MgSO 4 , 16 μL of 2.5 mM dNTP mixture, 2 μL of 100 μM MGMT-His tag Xa primer, 2 μL of 100 μM biotin-cNew Ytag primer, 1 μL of 10 μM random template and 151 μL of DDW in
上記のようにして得られたPCR産物3から1μLを取り、1μLの2xSTRと混合して95℃で3分間加熱した。次いで、この溶液をサンプルとしてマイクロゲル(8Mの尿素を含む8%アクリルアミドゲル)にアプライし、ランニングバッファーとして1xTBEバッファー用いて、100V、55℃で10分間ゲル電気泳動を行なった。ゲル電気泳動終了後にSYBR Green 2で一本鎖DNAを染色し、イメージャーで検出した。
1 μL was taken from the
次いで、上記のPCR産物3に、1/10倍容のQuick-PrecipTMPlus Solution (10mM トリス-塩酸(pH 8.0), 1mM EDTA及び5M NaClを含む。EdgeBio社製) と2.5倍容の99%エタノールとを加えて混合し、13,000rpm(12,000xg)で15分間遠心した。次いで、白い沈殿を落とさないように上清を捨て、70%エタノールを加えて混合し、再度、13,000rpmで10分間遠心した。白い沈殿を落とさないように上清を捨て、エバポレーターでエタノールを完全に飛ばし、その後、蒸留水にDNAペレットを溶解させ、ナノドロップ(Thermo Fischer Scientific社製)でDNA濃度を測定した。
Next, 1/10 volume of Quick-Precip ™ Plus Solution (containing 10 mM Tris-hydrochloric acid (pH 8.0), 1 mM EDTA and 5 M NaCl, manufactured by EdgeBio) and 2.5% volume of 99% of the
(1−4)PCR増幅されたランダム領域のビーズ精製
50μLのストレプトアビジンビーズ(Dynabeads MyOne Streptavidin C1、Invtrogen社製)を低吸着チューブに入れ、このチューブを磁石に付けて、上清を捨てた。ここに、100μLの1x結合バッファーを入れて混合し、磁石に付けて、上清を捨てた。100μLの1x結合バッファーを入れて混合し、磁石に付けて、上清を捨てるという操作をさらに2回繰り返した。
(1-4) Bead purification of PCR amplified random region
50 μL of streptavidin beads (Dynabeads MyOne Streptavidin C1, Invtrogen) was placed in a low adsorption tube, this tube was attached to a magnet, and the supernatant was discarded. Here, 100 μL of 1 × binding buffer was added and mixed, attached to a magnet, and the supernatant was discarded. The operation of adding 100 μL of 1 × binding buffer, mixing, attaching to a magnet, and discarding the supernatant was repeated two more times.
ここに上記(1−2)で得られたPCR産物3(ランダム領域)を20μL(約37μg)、蒸留水を30μL、及び2x結合バッファーを50μL加えて混合した。この溶液をローテーターに入れて4℃で回転させ、一晩置いた。このチューブを磁石に付けて、上清を捨てた。100μLの1x結合バッファーを入れて混合し、磁石に付けて、上清を捨てるという操作を3回繰り返した。 Here, 20 μL (about 37 μg) of PCR product 3 (random region) obtained in (1-2) above, 30 μL of distilled water, and 50 μL of 2 × binding buffer were added and mixed. This solution was placed in a rotator and rotated at 4 ° C. and left overnight. The tube was attached to a magnet and the supernatant was discarded. The operation of adding 100 μL of 1 × binding buffer, mixing, attaching to a magnet, and discarding the supernatant was repeated three times.
50μLの解離バッファー(10 mM EDTA を含む95%ホルムアミド)を加えて、ローテーター中に入れ、70℃で15分間反応させ、磁石に付けて上清を回収した。50μLの解離バッファーを加えてローテーター中に入れ、70℃で15分間反応させ、磁石に付けて上清を回収するという操作を再度行った。 50 μL of dissociation buffer (95% formamide containing 10 mM EDTA) was added, placed in a rotator, reacted at 70 ° C. for 15 minutes, attached to a magnet, and the supernatant was collected. The operation of adding 50 μL of dissociation buffer and placing it in a rotator, reacting at 70 ° C. for 15 minutes, attaching to a magnet and collecting the supernatant was performed again.
回収した上清を、上記(1−3)のPCR産物3の精製と同様に、Quick-Precip Plus Solutionを用いたエタノール沈殿法によって精製した。蒸留水に遠心で得られたDNAペレットを溶解させ、ナノドロップでDNA濃度を測定した。目的とする128 bpの位置に現れたバンドから、Hisタグ-ランダム領域配列を含むPCR増幅産物を得た(図13参照)。
The recovered supernatant was purified by the ethanol precipitation method using Quick-Precip Plus Solution in the same manner as the purification of
(1−5)フルコンストラクトの作製
以上のようにして得られたコンストラクト1作製用の各PCR増幅産物を用いて、コンストラクト1をフルコンストラクトとして作製するために、フルコンストラクト作製用バッファー(4μLのVentR(exo-)DNAポリメラーゼ(BioLabs社製)、20μLの10xVentR(exo-)DNAポリメラーゼ反応バッファー、4μLの100mM MgSO4、16μLの2.5mM dNTP混合物、9μLのT7〜MGMT領域(15 pmol)、1.3μLのHis tag〜ランダム領域 (15pmol)及び141.7μLのD.D.W.を含む、合計196μL)を調製した。
(1-5) Production of full construct In order to produce
上記フルコンストラクト作製用バッファーをサーマルサイクラーに入れ、95℃で2分間、次いで75℃で6分間インキュベートした。ここに、2μLの100μMのT7プライマー及び2μLの100μMのBiotin-cNew Ytagプライマーを加えた。この混合物をサーマルサイクラーに入れ、95℃で10秒、65℃で30秒、75℃で1分というサイクルを30回繰り返し、次いで75℃で5分インキュベートし、4℃に冷却してコンストラクト1をフルコンストラクトとして得た。 The full construct preparation buffer was placed in a thermal cycler and incubated at 95 ° C. for 2 minutes and then at 75 ° C. for 6 minutes. To this was added 2 μL of 100 μM T7 primer and 2 μL of 100 μM Biotin-cNew Ytag primer. Place this mixture in a thermal cycler and repeat the cycle of 95 ° C for 10 seconds, 65 ° C for 30 seconds, 75 ° C for 1 minute 30 times, then incubate at 75 ° C for 5 minutes, cool to 4 ° C, and construct 1 Obtained as a full construct.
上記のようにして得られたPCR産物4(コンストラクト1)に、1/10倍容のQuick-PrecipTM Plus Solution (10mM トリス-HCl(pH 8.0), 1mM EDTA及び5M NaCl) と2.5倍容の99%エタノールとを加えて混合し、13,000rpm(12,000xg)で15分間遠心した。次いで、白い沈殿を落とさないように上清を捨て、70%エタノールを加えて混合し、再度、13,000 rpmで10分間遠心した。白い沈殿を落とさないように上清を捨て、エバポレーターでエタノールを完全に飛ばし、その後、蒸留水にDNAペレットを溶解させ、ナノドロップでDNA濃度を測定した。 PCR product 4 (construct 1) obtained as described above was added to 1/10 volume of Quick-Precip ™ Plus Solution (10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA and 5 M NaCl) and 2.5 volumes. 99% ethanol was added and mixed, and centrifuged at 13,000 rpm (12,000 × g) for 15 minutes. Next, the supernatant was discarded so as not to drop the white precipitate, 70% ethanol was added and mixed, and the mixture was again centrifuged at 13,000 rpm for 10 minutes. The supernatant was discarded so as not to drop the white precipitate, ethanol was completely blown off with an evaporator, then the DNA pellet was dissolved in distilled water, and the DNA concentration was measured with nanodrop.
1μLのPCR産物4と7μLの蒸留水及び8μLの2xSTRを混合し、95℃で3分間加熱した。これをサンプルとして、ミニゲル(8Mの尿素を含む4%アクリルアミドゲル)にアプライし、ランニングバッファーとして0.5xTBEバッファーを用いて、200V、60℃で90分間ゲル電気泳動を行なった。ゲル電気泳動終了後に、SYBR Green 2で一本鎖DNAを染色し、イメージャーで検出した。図14のフルコンストラクトを泳動させたレーンで見える2本のバンドのうち、下側に見えるバンドはT7プロモーター-MGMT配列(733bp)の残りで、上側に見えるバンドがランダム領域を含むフルコンストラクト(839bp)であると考えられた。鎖長を確認したところ、目的とする839bp付近にバンドが確認された。
1 μL of PCR product 4, 7 μL of distilled water and 8 μL of 2 × STR were mixed and heated at 95 ° C. for 3 minutes. This was applied as a sample to a minigel (4% acrylamide gel containing 8 M urea), and gel electrophoresis was performed at 200 V, 60 ° C. for 90 minutes using 0.5 × TBE buffer as a running buffer. After completion of gel electrophoresis, single-stranded DNA was stained with
839bpのバンドの位置でメスを使ってゲルを切り取り、これを1.5mLチューブに入れてスパーテルですり潰した。ここに、800μLの希釈バッファー(10mMの酢酸マグネシウム、0.5Mの酢酸アンモニウム、1mMのEDTA(pH 8.0)、0.1%SDS)を加え、70℃で一晩インキュベートした。 The gel was cut with a scalpel at the 839 bp band position, placed in a 1.5 mL tube and ground with a spatula. To this, 800 μL of dilution buffer (10 mM magnesium acetate, 0.5 M ammonium acetate, 1 mM EDTA (pH 8.0), 0.1% SDS) was added and incubated at 70 ° C. overnight.
上記のPCR産物4の精製と同様にして精製し、ナノドロップでDNA濃度を測定した。ゲルから切り出して精製したDNAを、ミニゲルでさらにゲル電気泳動を行ない、単一のバンドになっているかどうかを確認した。結果を図15及び図16に示す。引き続き、ダイレクトシーケンス解析を行ない、配列が正しいか否かを確認した。 The PCR product 4 was purified in the same manner as described above, and the DNA concentration was measured by nanodrop. The DNA cut out from the gel and purified was further subjected to gel electrophoresis with a minigel to confirm whether it was a single band. The results are shown in FIG. 15 and FIG. Subsequently, direct sequence analysis was performed to confirm whether the sequence was correct.
(1−6)mRNAへの転写(濃度測定用)
得られたコンストラクト1をmRNAに転写するために、転写用バッファー(2μLのDNAフルコンストラクト(3.6pmol)、3μLの2.5mM rNTP混合物、2μLの5xT7トランスバッファー、2μLのT7酵素混合物及び1μLのRNaseインヒビターを含む。合計10μL)を調製した。上記転写用バッファーをサーマルサイクラーに入れ、37℃で2時間インキュベートした。次いで、ここに1μLのRQ1 RNase-Free DNase (1U/μL、Promega社製)を加え、37℃で15分間インキュベートしてRNA精製用試料とした。RNAの精製には、RNeasy Mini Kit(QIAGEN社製)を使用した。まず、上記RNA精製用試料に、RNA精製用バッファー(90μLのRNase free water、350μLのRLTバッファー及び250μLの99%エタノール)を加えて、混合液とした。
(1-6) Transcription to mRNA (for concentration measurement)
To transcribe the resulting
上記混合液をRNeasy 精製カラムに入れ、12,000rpmで15秒間遠心した。コレクションチューブを捨てて、新しいコレクションチューブにカラムを入れ、カラムにRPEバッファーを500μL入れ、12,000rpmで15秒間遠心した。コレクションチューブを捨てて、新しいコレクションチューブにカラムを入れ、80%エタノールを500μL加えて12,000rpmで2分間遠心した。コレクションチューブを捨てて、新しいコレクションチューブにカラムを入れ、カラムの蓋を開け、さらに12,000rpmで5分間遠心した。 The above mixture was placed in an RNeasy purification column and centrifuged at 12,000 rpm for 15 seconds. The collection tube was discarded, the column was placed in a new collection tube, 500 μL of RPE buffer was placed in the column, and centrifuged at 12,000 rpm for 15 seconds. The collection tube was discarded, the column was placed in a new collection tube, 500 μL of 80% ethanol was added, and the mixture was centrifuged at 12,000 rpm for 2 minutes. The collection tube was discarded, the column was placed in a new collection tube, the column lid was opened, and the mixture was further centrifuged at 12,000 rpm for 5 minutes.
コレクションチューブを捨てて、新しいコレクションチューブにカラムを入れ、15μLのRNase free waterを加えて室温で3分間置いた。12,000rpmで1分間遠心した。再度15μLのRNase free waterを加えて室温で1分間置いた。その後、12,000rpmで1分間遠心し、ナノドロップでRNAの濃度を測定した。 The collection tube was discarded, the column was placed in a new collection tube, 15 μL of RNase free water was added, and the mixture was allowed to stand at room temperature for 3 minutes. Centrifugation was performed at 12,000 rpm for 1 minute. 15 μL of RNase free water was added again and left at room temperature for 1 minute. Then, it centrifuged for 1 minute at 12,000 rpm, and the density | concentration of RNA was measured by nanodrop.
(2)mRNAへの転写(サイズ測定用)
上記(1−5)で得られたDNAコンストラクト1をmRNAへ転写するために、転写用バッファー溶液(2μLのDNAフルコンストラクト(3.6pmol)、3μLの2.5mM rNTP混合物、2μLの5xT7トランスファーバッファー、2μLのT7酵素ミックス、1μLのRNaseインヒビター(RNasin Plus PNase Inhibitor, Promega社製)を含む。合計10μL)を調製した。この転写用バッファーをサーマルサイクラーに入れ、37℃で2時間インキュベートした。ついで、ここにRQ1 RNase-Free DNase (1U/μL)を1μL加え、37℃で15分間インキュベートした。
(2) Transcription to mRNA (for size measurement)
In order to transcribe the
RNeasy Mini Kitを使用し、RNAの精製を行った。まず、RNA精製用バッファー(90μLのRNase free water、350μLのRLTバッファー及び250μLの99%エタノールを含む。合計700μL)を調製し、これをRNeasy Mini Kit中に入れ、12,000rpmで15秒間遠心した。コレクションチューブを捨てて、新しいコレクションチューブにカラムを入れ、このカラムに500μLのRPEバッファーを入れて、再度、12,000rpmで15秒間遠心した。遠心後、このコレクションチューブを捨てて、新しいコレクションチューブにカラムを入れ、このカラムに500μLの80%エタノールを入れて、12,000rpmで2分間遠心した。遠心終了後にコレクションチューブを捨てて、新しいコレクションチューブにカラムを入れ、カラムの蓋を開けて、さらに12,000rpmで5分間遠心した。 RNA was purified using RNeasy Mini Kit. First, a buffer for RNA purification (containing 90 μL of RNase free water, 350 μL of RLT buffer and 250 μL of 99% ethanol, total 700 μL) was placed in RNeasy Mini Kit, and centrifuged at 12,000 rpm for 15 seconds. The collection tube was discarded, the column was placed in a new collection tube, 500 μL of RPE buffer was placed in this column, and the mixture was centrifuged again at 12,000 rpm for 15 seconds. After centrifugation, the collection tube was discarded, the column was placed in a new collection tube, 500 μL of 80% ethanol was added to the column, and the mixture was centrifuged at 12,000 rpm for 2 minutes. After the centrifugation, the collection tube was discarded, the column was put into a new collection tube, the column lid was opened, and the mixture was further centrifuged at 12,000 rpm for 5 minutes.
遠心終了後に、このコレクションチューブを捨てて新しいコレクションチューブにカラムを入れ、ここに15μLのRNase free waterを入れて、室温にて3分間静置し、その後、12,000rpmで1分間遠心した。遠心終了後に、このコレクションチューブを捨てて新しいコレクションチューブにカラムを入れ、ここに15μLのRNase free waterを入れ、室温で1分間静置し、12,000rpmで1分間遠心した。その後、RNAの濃度を測定した。 After centrifuging, the collection tube was discarded and a column was placed in a new collection tube. 15 μL of RNase free water was added to the collection tube, left standing at room temperature for 3 minutes, and then centrifuged at 12,000 rpm for 1 minute. After centrifuging, the collection tube was discarded and a column was placed in a new collection tube. 15 μL of RNase free water was added thereto, left at room temperature for 1 minute, and centrifuged at 12,000 rpm for 1 minute. Thereafter, the concentration of RNA was measured.
以上のようにして得られたmRNAのおよそのサイズをゲル電気泳動によって確認した(図17参照)後に、809nts(塩基数)mRNAとして、以下の実験に用い、後続の実験でその正当性を確認した。この段階で厳密な測定はmRNAの量が少なく、また不安定であることから、極めて困難であることによる。 After confirming the approximate size of the mRNA obtained as described above by gel electrophoresis (see Fig. 17), it was used as the 809nts (base number) mRNA in the following experiment, and its validity was confirmed in the subsequent experiment. did. The exact measurement at this stage is very difficult because the amount of mRNA is small and unstable.
(3)リンカーのライゲーション
(3−1)一段階での結合
次いで、得られた809 bpのmRNAの5’末端に、上記(2)で得たFITCラベルしたBGリンカー配列を、ハイブリダイゼーション法で相補結合させ、その後、T4 RNAリガーゼで酵素的に結合した。mRNAに結合したリンカーを、ゲル電気泳動後にFITCの蛍光で検出した。以下、手順に従って詳細を述べる。
(3) Linker ligation (3-1) Binding in one step Next, the FITC-labeled BG linker sequence obtained in (2) above was added to the 5 ′ end of the obtained 809 bp mRNA by a hybridization method. Complementary binding was followed by enzymatic binding with T4 RNA ligase. Linker bound to mRNA was detected by FITC fluorescence after gel electrophoresis. Details will be described below according to the procedure.
リンカーのライゲーション用に、下記表1に示す濃度のmRNAとBGリンカーとを用いて、4種類の一段階結合用バッファー(xμLのmRNA(xpmol)、yμLの10μM BG-PEG-リンカー(20xpmol)、及び21.5−(x+y)μLのRNase free waterを含む。合計21.5μL)を調製した。このバッファーをサーマルサイクラーに入れ、90℃で2分間インキュベートし、0.1℃/秒で70℃まで降温させ、70℃で2分間インキュベートし、0.1℃/秒で25℃まで降温させた。次いで、ライゲーションバッファー(2μLのRNase インヒビター(40ユニット/μL)、2.5μLの10xT4 RNAリガーゼバッファー及び1μLのT4 RNAリガーゼ(10〜50ユニット/μL)を含む。合計5.5μL)を調製してここに加え、混合物とした。 For linker ligation, using the mRNA and BG linker at the concentrations shown in Table 1 below, four types of one-step binding buffers (x μL mRNA (xpmol), yμL 10 μM BG-PEG-linker (20 × pmol), And 21.5- (x + y) μL of RNase free water (21.5 μL in total). This buffer was placed in a thermal cycler, incubated at 90 ° C. for 2 minutes, cooled to 70 ° C. at 0.1 ° C./second, incubated at 70 ° C. for 2 minutes, and cooled to 25 ° C. at 0.1 ° C./second. Next, a ligation buffer (containing 2 μL of RNase inhibitor (40 units / μL), 2.5 μL of 10 × T4 RNA ligase buffer and 1 μL of T4 RNA ligase (10-50 units / μL), total 5.5 μL) is prepared here. In addition, a mixture was obtained.
上記混合物を25℃で1時間インキュベートして、リンカーをライゲーションさせた。得られたライゲーション産物から1μLを取り、1μLの2xSTRと混合して、95℃で3分間加熱した。この溶液をサンプルとして、上記と同様のマイクロゲル(8Mの尿素を含む8%アクリルアミドゲル)にアプライし、ランニングバッファーとして1xTBEバッファーを用いて、100V、55℃で10〜15分間ゲル電気泳動を行なった。 The mixture was incubated at 25 ° C. for 1 hour to ligate the linker. 1 μL was taken from the resulting ligation product, mixed with 1 μL of 2 × STR, and heated at 95 ° C. for 3 minutes. Using this solution as a sample, it was applied to a microgel similar to the above (8% acrylamide gel containing 8 M urea), and gel electrophoresis was performed at 100 V and 55 ° C. for 10 to 15 minutes using 1 × TBE buffer as a running buffer. It was.
ゲル電気泳動終了後、イメージャーでFITCを検出し、ライゲーションされているか否かを確認した。次いで、SYBR Green 2で一本鎖DNAを染色し、RNAの分解産物があるか否かを確認した。結果を図18に示す。
After the gel electrophoresis, FITC was detected by an imager to confirm whether or not ligation was performed. Next, single-stranded DNA was stained with
図18に示すように、FITCによる検出でバンドは見られず、ライゲーション産物が確認されなかったことから、ライゲーションがされていないことが示された。これは、T4 RNA リガーゼが5’リン酸末端のオリゴヌクレオチドと3’-OHのオリゴヌクレオチドとを連結させる酵素であることから、mRNAの三リン酸の5’末端がBG-リンカーと結合されないことによるものと思われた。 As shown in FIG. 18, no band was seen in the detection by FITC, and no ligation product was confirmed, indicating that no ligation was performed. This is because T4 RNA ligase is an enzyme that links the 5 'phosphate end oligonucleotide and the 3'-OH oligonucleotide, so that the 5' end of the triphosphate of mRNA is not bound to the BG-linker. It was thought to be due to.
(3−2)三段階での結合
リンカーのライゲーション用にリン酸基除去用バッファー(8μLのmRNA (8pmol)、1μLの10xアンタークティックリン酸バッファー及び1μLのアンタークティックホスファターゼ(New England Biolabs社製)を含む。合計10μL)を調製した。このバッファーをサーマルサイクラーに入れ、37℃で15分間インキュベートした。次いで70℃で5分間インキュベートし、4℃に冷却してmRNAの5’末端からリン酸基を除去した。この溶液に、ライゲーションバッファー(10.5μLのRNase free water、2.5μLの10xT4 RNAリガーゼバッファー及び1μLのT4ポリヌクレオチドキナーゼ(10ユニット/μL)を含む。合計24μL)を調製して加え、混合物とした。
(3-2) Three-step binding Phosphate removal buffer (8 μL of mRNA (8 pmol), 1 μL of 10 × antarctic phosphate buffer and 1 μL of an antitactic phosphatase (New England Biolabs) A total of 10 μL) was prepared. This buffer was placed in a thermal cycler and incubated at 37 ° C. for 15 minutes. Subsequently, it incubated at 70 degreeC for 5 minute (s), cooled to 4 degreeC, and removed the phosphate group from 5 'terminal of mRNA. Ligation buffer (10.5 μL of RNase free water, 2.5 μL of 10 × T4 RNA ligase buffer and 1 μL of T4 polynucleotide kinase (10 units / μL), 24 μL in total) was prepared and added to this solution to obtain a mixture.
この混合物を37℃で30分間インキュベートし、次いで、1μLの10μMのBG-リンカーを加えて、サーマルサイクラーに入れ、90℃で2分間インキュベートした。0.1℃/秒で70℃まで降温し、70℃で2分間インキュベートした後に、0.1℃/秒で25℃まで降温させた。 This mixture was incubated at 37 ° C. for 30 minutes, then 1 μL of 10 μM BG-linker was added, placed in a thermal cycler and incubated at 90 ° C. for 2 minutes. The temperature was decreased to 70 ° C. at 0.1 ° C./second, incubated at 70 ° C. for 2 minutes, and then decreased to 25 ° C. at 0.1 ° C./second.
この試料に、1μLのT4 RNAリガーゼ(10〜50ユニット/μL)を加え、25℃で1時間インキュベートしてライゲーション産物を得た。得られたライゲーション産物から1μLを取り、1μLの2xSTRと混合し、95℃で3分間加熱した。このサンプルを上記(2)と同様にマイクロゲルにアプライし、ランニングバッファーとして1xTBEバッファーを用いて、100V、55℃で10〜15分間ゲル電気泳動を行なった。結果を図19に示す。 To this sample, 1 μL of T4 RNA ligase (10-50 units / μL) was added and incubated at 25 ° C. for 1 hour to obtain a ligation product. 1 μL was taken from the resulting ligation product, mixed with 1 μL of 2 × STR, and heated at 95 ° C. for 3 minutes. This sample was applied to a microgel in the same manner as in (2) above, and gel electrophoresis was performed at 100 V and 55 ° C. for 10 to 15 minutes using 1 × TBE buffer as a running buffer. The results are shown in FIG.
図19に示すように、約200塩基付近にFITCラベルのバンドが見られた。SYBER Green2で染色した場合も、同様の位置にバンドが検出され、さらに、809塩基に相当する位置にバンドが検出された。809塩基のmRNAと50塩基のmRNA断片とが結合すると859塩基のバンドが見られるはずであるが、今回見られたバンドはそれよりもはるかに遅く移動しているように見えるのは、リンカーが分枝構造を有する、かさばった構造となっているためと考えられた。 As shown in FIG. 19, a FITC-labeled band was observed around about 200 bases. When staining with SYBER Green2, a band was detected at the same position, and a band was further detected at a position corresponding to 809 bases. When the 809-base mRNA and the 50-base mRNA fragment are combined, an 859-base band should be seen, but the band seen this time seems to move much slower than that. This was thought to be due to the bulky structure with a branched structure.
また、転写して得られたmRNAには、150塩基又は180塩基程度の大きさのmRNA断片が含まれていた。こうした断片のmRNAにリンカーが結合すると、FITCで見られたバンドの大きさと一致することから、染色で検出されたバンドは、これらのmRNA断片にリンカーが結合したものであるか、又はリンカー同士が結合したものではないかと考えられた。 In addition, mRNA obtained by transcription contained mRNA fragments having a size of about 150 bases or 180 bases. When a linker binds to the mRNA of these fragments, it matches the size of the band seen in FITC, so the bands detected by staining are those that have these linkers bound to these mRNA fragments, or It was thought that it might have been combined.
リンカー同士の結合ではなく、mRNAの5’末端とリンカーの3’末端との結合が形成されたことを確認するために、上記のゲル電気泳動結果から、mRNAのバンドを切り出して上記と同様の条件にて精製を行ない、mRNAをシングルバンドにして、上記と同様の条件でライゲーションを行った。結果を図20に示す。 In order to confirm that the bond between the 5 ′ end of mRNA and the 3 ′ end of the linker was formed instead of the bond between the linkers, the mRNA band was cut out from the above gel electrophoresis result and the same as above. Purification was performed under the conditions, and mRNA was converted to a single band, and ligation was performed under the same conditions as described above. The results are shown in FIG.
図20に示すように、リンカー・mRNAのライゲーション産物は、実際にはmRNAより50塩基程大きいはずだが、400〜500ntsに見られるのは、mRNAの一部が分解しているものと考えられた。逆に言えば、リンカー(50nts)同士の結合物としてはサイズが大きすぎて説明がつかない。このことから、リンカーとmRNAとが結合していることが確認された。
一方で、反応を進めていく過程でmRNAが徐々に短くなっていることが明らかになり、引き続く反応で使用するためには、mRNAの分解を防ぐ必要があることが示された。mRNAが短くなった原因としては、mRNAが不安定な物質であり、RNaseによる分解や加熱による加水分解等が起こりやすいこと、及び脱リン酸化酵素の反応溶液に亜鉛イオンが含まれているため、加熱時の加水分解が促進されてしまった可能性があること等が考えられた。
As shown in Fig. 20, the linker-mRNA ligation product should actually be about 50 bases larger than the mRNA, but what was seen at 400 to 500 nts was thought to be a partial degradation of the mRNA. . Conversely, the size of the linker (50nts) binding is too large to explain. This confirmed that the linker and mRNA were bound.
On the other hand, it became clear that mRNA was gradually shortened in the course of the reaction, indicating that it was necessary to prevent the degradation of mRNA in order to use it in subsequent reactions. The cause of the shortened mRNA is that the mRNA is an unstable substance, RNase is easily decomposed or hydrolyzed by heating, and zinc phosphate is contained in the dephosphorylation enzyme reaction solution. It was considered that hydrolysis during heating might have been accelerated.
(3−3)転写及びリンカーとの結合−その2
別のロットのT4 RNAリガーゼを用いて、再度、mRNAの5’末端の三リン酸とリンカーの3’末端の-OHとの結合を試みた。今回は、mRNAに対してBG-リンカーが過剰量となるように加えてハイブリダイズさせ(表2参照)、T4 RNAリガーゼを100ユニット/μL加えて反応させたところ、mRNAにBG-リンカーが結合したことが確認できた。結果を図21に示す。
(3-3) Transcription and binding with a linker—
Using another lot of T4 RNA ligase, another attempt was made to bind the triphosphate at the 5 ′ end of the mRNA to —OH at the 3 ′ end of the linker. This time, BG-linker was added to the mRNA in an excess amount and hybridized (see Table 2). When T4 RNA ligase was added at 100 units / μL and reacted, the BG-linker was bound to the mRNA. I was able to confirm. The results are shown in FIG.
通常、T4 RNAリガーゼは、5’リン酸末端のオリゴヌクレオチドと3’-OHのオリゴヌクレオチドとを連結させるが、ここで用いた別のロットの酵素は先に使用したものよりも活性が高いため、スター活性的にmRNAの三リン酸の5’末端とリンカーの3’-OHとを結合したものと考えられた。さらに、1段階の反応でリンカーとmRNAとを結合させることができたため、mRNAの分解も抑えられた。したがって、この方法がリンカーとmRNAとの連結に適していることが確認された。 Usually, T4 RNA ligase links a 5 'phosphate-terminal oligonucleotide and a 3'-OH oligonucleotide, but the other lot of enzymes used here is more active than previously used. It was considered that the 5 'end of the triphosphate of mRNA and 3'-OH of the linker were bound in a star-active manner. Furthermore, since the linker and mRNA could be combined in a single step reaction, degradation of mRNA was also suppressed. Therefore, it was confirmed that this method is suitable for linking a linker and mRNA.
(実施例3)PUREflexを用いたin vitro 翻訳
(1)in vitro 翻訳
上記実施例1で作製したBGリンカー・mRNAのライゲーション産物を、PUREflex(日本ミリポア(株)社製)を用いて翻訳した。まず、xμLのライゲーション産物(xpmol)、25μLの溶液1、2.5μLの溶液2、2.5μLの溶液3、5μLのRNase インヒビター(40ユニット/μL)及び(15−x)μLのRNase free waterを含む翻訳用バッファー(合計50μL)を調製し、37℃で、1〜4時間インキュベートして翻訳産物を得た。
(Example 3) In vitro translation using PUREflex (1) In vitro translation The ligation product of BG linker mRNA produced in Example 1 above was translated using PUREflex (manufactured by Nihon Millipore Corporation). First, it contains xμL ligation product (xpmol),
次に、6μLの翻訳産物、4μLの0.5M EDTA及び10μLの2xローディングバッファーを含むゲル電気泳動用溶液を調製し、95℃で3分間インキュベートした。以上のようにしてゲル電気泳動用サンプルを得た。 Next, a gel electrophoresis solution containing 6 μL of translation product, 4 μL of 0.5 M EDTA and 10 μL of 2 × loading buffer was prepared and incubated at 95 ° C. for 3 minutes. As described above, a sample for gel electrophoresis was obtained.
ゲル電気泳動用に、1.5Mトリス−塩酸(pH8.8)、0.5Mトリス−塩酸(pH6.8)、2xSDS-PAGE用ランニングバッファー(25mMトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、192mMのグリシン及び0.1%SDSを含む)、2xSDSローディングバッファー(0.1MのTris-HCl (pH6.8)、4%のSDS、20%グリセロール、色素BPB及びXCを含む)、PBS-Tバッファー(137mM NaCl、2.7mM KCl、10mM Na2HPO4・12H2O、1.8mM K2HPO4(6M NaOHでpH7.4に調整)及び0.1%のTween 20を含む)、及び40%アクリルアミドストック(アクリルアミド/ビスアクリルアミド=19/1;38%(w/v)のアクリルアミド及び2%(w/v)のN,N’-メチレン-ビスアクリルアミドを含む)を調製した。 For gel electrophoresis, 1.5M Tris-hydrochloric acid (pH 8.8), 0.5M Tris-hydrochloric acid (pH 6.8), 2 × SDS-PAGE running buffer (25 mM Tris (hydroxymethyl) aminomethane, 192 mM glycine and 0.1% SDS), 2 × SDS loading buffer (containing 0.1 M Tris-HCl (pH 6.8), 4% SDS, 20% glycerol, dyes BPB and XC), PBS-T buffer (137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na 2 HPO 4 · 12H 2 O, 1.8 mM K 2 HPO 4 (adjusted to pH 7.4 with 6M NaOH) and 0.1% Tween 20), and 40% acrylamide stock (acrylamide / bisacrylamide = 19/1 38% (w / v) acrylamide and 2% (w / v) N, N′-methylene-bisacrylamide) were prepared.
0.5mLの40%アクリルアミドストック、1.25mLの0.5Mトリス−塩酸(pH6.8)、250μLの2%SDSを含み(必要に応じて、16μLの20%APS及び5μLのTEMEDを加える)、蒸留水で5mLにメスアップして、スタッキングゲルを調製した。また、1.5mLの40%アクリルアミドストック、2.5mLの1.5Mトリス−塩酸(pH8.8)、500μLの2%SDSを含み(必要に応じて、33μLの20%APS及び10μLのTEMEDを加える)、蒸留水で10mLにメスアップして、ランニングゲルを調製した。 Contains 0.5 mL of 40% acrylamide stock, 1.25 mL of 0.5 M Tris-HCl (pH 6.8), 250 μL of 2% SDS (add 16 μL of 20% APS and 5 μL of TEMED as needed), distilled water Was added to 5 mL to prepare a stacking gel. Also contains 1.5 mL of 40% acrylamide stock, 2.5 mL of 1.5 M Tris-HCl (pH 8.8), 500 μL of 2% SDS (add 33 μL of 20% APS and 10 μL of TEMED as needed), The running gel was prepared by making up to 10 mL with distilled water.
以上のようにして得られたゲル電気泳動用サンプルをゲルの各ウェルにアプライし、20mAで2時間、ゲル電気泳動を行なった。ゲル電気泳動終了後にイメージャーでFITCを検出し、ライゲーションされているか否かを確認した。引き続き、SYBR Green 2で一本鎖DNAを染色し、RNAの分解産物があるか否かを確認した。
The sample for gel electrophoresis obtained as described above was applied to each well of the gel, and gel electrophoresis was performed at 20 mA for 2 hours. After the gel electrophoresis was completed, FITC was detected with an imager to confirm whether or not ligation was performed. Subsequently, single-stranded DNA was stained with
翻訳後、BGリンカー・mRNAのライゲーション産物よりも大きなサイズの位置にバンドが見られ、翻訳されたMGMTがリンカーのBGに結合したものと考えられた。さらに、mRNAと未反応の残存するBGリンカーが翻訳されたタンパク質と結合してできたタンパク質・BGリンカー結合体のバンドも確認された。これは、MGMTの合成の成功と、リンカーのBGとMGMTとが結合したことを示していた。 After translation, a band was observed at a position of a size larger than the ligation product of the BG linker / mRNA, and it was considered that the translated MGMT was bound to the linker BG. Furthermore, a band of a protein / BG linker conjugate formed by binding the mRNA and unreacted remaining BG linker to the translated protein was also confirmed. This indicated that the synthesis of MGMT was successful and that the linkers BG and MGMT were bound.
翻訳時間を、0.5時間、1時間、3.5時間として、試験管内翻訳産物の変化を調べたところ、インビトロ翻訳の時間が長くなるにつれて、タンパク質・BGリンカー結合体の量が増加していた。これは、リボソームが代謝回転して過剰量のMGMTタンパク質が作られたためと考えられた(図22参照)。 When the translation time was set to 0.5 hours, 1 hour, and 3.5 hours, and the change in the translation product in vitro was examined, the amount of the protein / BG linker conjugate increased as the in vitro translation time increased. This was thought to be due to the turnover of ribosomes and the production of excess amounts of MGMT protein (see FIG. 22).
また、得られた翻訳産物500pgに0.1μgのプロテイナーゼKを作用させたところ、MGMTタンパク質-BGリンカー・mRNA結合体と思われるバンド及びMGMTタンパク質・BGリンカー結合体のバンドが薄くなった。このことから、いずれのバンドも、タンパク質との結合体であることが確認された。また、MGMTとBGリンカーとを、上記のリンカー−mRNA結合体を翻訳するときの反応の条件で反応させ、タンパク質・BGリンカー結合体のバンドの位置を確認した(図23参照)。 Further, when 0.1 μg of proteinase K was allowed to act on 500 pg of the obtained translation product, the band considered to be MGMT protein-BG linker / mRNA conjugate and the band of MGMT protein / BG linker conjugate were thinned. From this, it was confirmed that any band was a conjugate with protein. Further, MGMT and BG linker were reacted under the reaction conditions for translating the linker-mRNA conjugate, and the position of the band of the protein / BG linker conjugate was confirmed (see FIG. 23).
得られた翻訳産物0.5pmolを6μgのRNase Aで37℃にて30分間処理したところ、タンパク質-BGリンカー・mRNA結合体と思われるバンド及びBGリンカー・mRNA結合体のバンドがいずれも消失した。このため、これら2つのバンドはいずれもRNA結合体であることが確認された。さらに、タンパク質(MGMT)-BGリンカー結合体のバンドのみが残ることも確認された(図24参照)。このことはBGリンカーが目的どおり、mRNAおよびタンパク質(MGMT)の両者と結合していることを表している。 When 0.5 pmol of the obtained translation product was treated with 6 μg of RNase A at 37 ° C. for 30 minutes, both the band that appeared to be protein-BG linker / mRNA conjugate and the band of BG linker / mRNA conjugate disappeared. For this reason, it was confirmed that both of these two bands are RNA conjugates. Furthermore, it was also confirmed that only the protein (MGMT) -BG linker conjugate band remained (see FIG. 24). This indicates that the BG linker is bound to both mRNA and protein (MGMT) as intended.
(2)翻訳産物のHisタグ精製
次に、Hisタグ精製用に、137mM NaCl、2.7mM KCl、10mM リン酸二ナトリウム・12水和物及びリン酸二水素カリウムを含む1xPBS(6M NaOHでpH 7.4に調整)及び20mM リン酸ナトリウム及び500mMのイミダゾール(6M NaOHでpH 7.4に調整)を含むHisMag溶出バッファーを調製した。
(2) His Tag Purification of Translation Product Next, for purification of the His tag, 1 × PBS containing 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM disodium phosphate · 12 hydrate and potassium dihydrogen phosphate (pH 7.4 with 6M NaOH) And a HisMag elution buffer containing 20 mM sodium phosphate and 500 mM imidazole (adjusted to pH 7.4 with 6 M NaOH).
His Magセファロース Niを40μL取って、1.5mLの低吸着チューブに入れた。ここに、200μLのPBSを入れて懸濁し、磁石に付けて上清を捨てた。200μLのPBSを入れて懸濁し、磁石に付けて上清を捨てるという操作を2回繰り返した。次いで、精製したいインビトロ翻訳産物を入れ、全量が100μLとなるようにPBSを加え、ローテーターに入れ、10℃で一晩置いた。PBSを入れて懸濁し、上清を捨てるという上記と同じ操作を2回繰した。ここに20μLの溶出バッファーを加えて懸濁し、磁石に付けて上清を回収した。上清を回収する操作を再度行い、回収した産物をSDS-PAGEで確認した。その結果、Hisタグ精製の溶出液をゲル電気泳動に供しても、バンドは見られず、Hisタグ精製ができないことが明らかになった。結果を図25に示す。 40 μL of His Mag Sepharose Ni was taken and placed in a 1.5 mL low adsorption tube. Here, 200 μL of PBS was suspended and attached to a magnet, and the supernatant was discarded. The operation of adding 200 μL of PBS to suspend, attaching to a magnet and discarding the supernatant was repeated twice. Next, the in vitro translation product to be purified was added, PBS was added so that the total volume was 100 μL, placed in a rotator, and placed at 10 ° C. overnight. The same operation as above was repeated twice, in which PBS was added and suspended, and the supernatant was discarded. 20 μL of elution buffer was added and suspended therein, and the supernatant was collected by attaching to a magnet. The operation of recovering the supernatant was performed again, and the recovered product was confirmed by SDS-PAGE. As a result, even when the His tag purification eluate was subjected to gel electrophoresis, no band was observed, and it was revealed that His tag purification was not possible. The results are shown in FIG.
(実施例4)コンストラクトの改良によるHisタグの提示の改善
(1)コンストラクト1の立体構造の予測
既に述べた通り、実施例1で得られたコンストラクト1は、MGMTの後ろに4アミノ酸長のスペーサーを挟んでHisタグ配列が来るように設計されている。このため、本来ならば、HisタグがNi-NTAビーズに結合して、翻訳産物が回収されるはずである。しかし、逆の結果が出たことから、SWISS-MODEL構造予測にもとづき、コンピューターシミュレーションでHisタグ部分がどのようにフォールディングしているかを検討した。
(Example 4) Improvement of display of His tag by improvement of construct (1) Prediction of three-dimensional structure of
上記コンストラクト1では、HisタグがMGMTのβシートと相互作用しているものと推定され、これによってHisタグ精製が上手くいかなかったと考えられた。これは、立体障害、又はタンパク質のフォールディングの際にHisタグがタンパク質の内部に巻き込まれてしまい、精製用のタグとしての役割を果たしていないこと、その結果、Ni-NTAビーズに結合しないことに起因することによるものと考えられた。
In the
(2)コンストラクト2の立体構造の予測
そこで、MGMTとHisタグ配列との間に、4アミノ酸長のスペーサーと、19アミノ酸長のαスタンドペプチドとを挟んだ構造を、SWISS-MODEL構造予測法にもとづいて、コンピューターシミュレーションした(図26(A)及び(B)参照)。この結果、このコンストラクト2では、Hisタグ部分はタンパク表面に出ており、Hisタグ精製に好適な構造をとることが明らかになった。このため、以下のようにしてDNAコンストラクト2を作製し、Hisタグ精製を試みた。
(2) Prediction of the structure of
(3)コンストラクト2の作製と実践評価
コンストラクト1の作製と同様にして、コンストラクト2を構成する各領域を増幅させ、最後にこれらを連結し、オーバーラップPCR法を用いて896bpのコンストラクト2(コンストラクト2に挿入されたHis Tag提示用部分(57nts)の配列については、配列表の配列番号15を参照)を作製した。
(3)
すなわち、MGMT領域をコンストラクト1を作製した場合と同様にPCRで増幅させた。次いで、上記と同様にオーバーラップPCR法を用いて、MGMT領域にT7領域を付加した。その後、ランダム領域をビーズにて精製し、T7領域を付加したMGMT領域、及びスペーサーを含むHis-タグを付加したランダム領域を、上記と同様にしてPCRで増幅させ、コンストラクト2(フルコンストラクト)を得た。
That is, the MGMT region was amplified by PCR in the same manner as when
上述したのと同じ方法で上記コンストラクト2をmRNAに転写させ、866merのmRNA(配列表の配列番号16)を得た。ここで、Nは、G,A,U,及びCからなる群から選ばれるいずれかの塩基を表し、KはG又はUを表す。
The
このmRNAを、上記コンストラクト1と同様に処理したところ、先ず、in vitro 翻訳のレーンから、“タンパク質・BGリンカー・mRNA”の三者結合体、及び過剰に翻訳されたタンパク質と余剰なBGリンカーとが結合してできる“タンパク質・BGリンカー”の結合体とがそれぞれ確認された。そのHisタグ精製物からHisタグによって釣り上げられたことを示すバンド(三者結合体)は精製前から痕跡的で、ゲルのトップにわずかに検出される。この写真では確認できないが、一方で、His-tag精製溶出液(左から3番目及び4番目のレーン)では、過剰に翻訳されてできた“タンパク質−BGリンカー”の結合体が鮮明に現れており、一方、Hisタグを含まないBGリンカー・mRNA連結体は消失しており、これは、明らかにHisタグで精製されるタンパク質配列の存在を意味していた。
When this mRNA was treated in the same manner as in the
この結果、コンストラクト2がうまくいっていることが示された。なお、ここで得られたタンパク質は249アミノ酸で構成されるタンパク質(配列表の配列番号17)と推定された(図27参照)。ここで、Xはいずれかのアミノ酸を表す。
This showed that
(4)結果
以上より、mRNAの5’末端側にBGリンカーを結合させること、さらにそのBGリンカーに翻訳されたタンパク質が結合することを確認し、Head-to-Head Linking(H-to-H 結合)を形成させることができた。この技術では、大量のリボソームを使用することなく、インビトロ翻訳が可能である。なお、H-to-H 結合を実際のインビトロセレクションに使用する際には、翻訳前に未反応のリンカーを取り除くステップを加えることで、この方法が改善されることが期待された。
(4) Results From the above, it was confirmed that a BG linker was bound to the 5 ′ end side of mRNA, and that the translated protein was bound to the BG linker, and Head-to-Head Linking (H-to-H Bond) could be formed. This technique allows in vitro translation without using large amounts of ribosomes. When using H-to-H bonds for actual in vitro selection, it was expected that this method could be improved by adding an unreacted linker step before translation.
本発明は、進化工学分野、ペプチド創薬スクリーニング分野、医療分野、及び診断分野で有用である。 The present invention is useful in the fields of evolutionary engineering, peptide drug screening, medical fields, and diagnostic fields.
配列番号1:H2Hリンカーの塩基配列
配列番号2:MGMTのDNA配列
配列番号3:MGMT DNA増幅用プライマー
配列番号4:MGMT DNA増幅用プライマー
配列番号5:T7プライマー
配列番号6:ビオチン−cNew Ytagプライマー
SEQ ID NO: 1: Base sequence of H2H linker SEQ ID NO: 2: DNA sequence of MGMT SEQ ID NO: 3: Primer for MGMT DNA amplification SEQ ID NO: 4: Primer for MGMT DNA amplification SEQ ID NO: 5: T7 primer SEQ ID NO: 6: Biotin-cNew Ytag primer
配列番号7:逆転写用プライマー
配列番号8:His tag−XaR プライマー
配列番号9:PCRで増幅されたMGMTのmRNA
配列番号10:配列番号9から翻訳されたタンパク質のアミノ酸配列
配列番号11:人工的なミオグロビンタンパク質のアミノ酸配列
SEQ ID NO: 7: Reverse transcription primer SEQ ID NO: 8: His tag-XaR primer SEQ ID NO: 9: MGMT mRNA amplified by PCR
SEQ ID NO: 10: amino acid sequence of protein translated from SEQ ID NO: 9: SEQ ID NO: 11: amino acid sequence of artificial myoglobin protein
配列番号12:N末端遊離型スタンドペプチド
配列番号13:C末端遊離型スタンドペプチド
配列番号14:ランダムプライマー
配列番号15:コンストラクト2に挿入されたHis−tag提示配列
配列番号16:コンストラクト2のmRNA
配列番号17:配列番号16から翻訳されたタンパク質のアミノ酸配列
SEQ ID NO: 12: N-terminal free stand peptide SEQ ID NO: 13: C-terminal free stand peptide SEQ ID NO: 14: Random primer SEQ ID NO: 15: His-tag presentation sequence inserted in
SEQ ID NO: 17: amino acid sequence of the protein translated from SEQ ID NO: 16
Claims (6)
少なくとも、標的ドメイン、可変領域、及び終止コドンの塩基配列を含むDNAコンストラクトを作製する、DNAコンストラクト作製工程と;
前記DNAコンストラクトから転写によって対応するmRNAを調製する、転写工程と;
前記mRNAの5’末端を酵素処理して、前記リンカーの3’末端と結合させるmRNA−リンカー連結工程と;
前記mRNA−リンカー連結体に含まれる前記mRNAに1個のリボソームが結合して翻訳により前記標的ドメインを生成する翻訳工程と;
前記翻訳された標的ドメインが、前記リンカーの前記標的ドメイン結合部位に結合し、mRNA−リンカー−タンパク質連結体を形成するとともに、前記リボソームが前記終止コドンを認識して前記mRNA−リンカー−タンパク質連結体から自動的に遊離するリボソーム遊離工程と;
を備える、リボソームの代謝回転が可能なmRNAディスプレイ法。 Creating a linker comprising a target domain binding site and a linker comprising a fluorescent label;
Producing a DNA construct comprising at least a target domain, a variable region, and a DNA sequence comprising a base sequence of a stop codon;
Preparing a corresponding mRNA from the DNA construct by transcription; a transcription step;
An mRNA-linker ligation step in which the 5 ′ end of the mRNA is treated with an enzyme to bind to the 3 ′ end of the linker;
A translation step in which one ribosome binds to the mRNA contained in the mRNA-linker conjugate to produce the target domain by translation;
The translated target domain binds to the target domain binding site of the linker to form an mRNA-linker-protein conjugate, and the ribosome recognizes the stop codon and the mRNA-linker-protein conjugate. A ribosome release step that is automatically released from
An mRNA display method capable of ribosome turnover.
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