JP7478412B2 - Compounds localized in cell membranes or Golgi apparatus and uses thereof - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 平成30年3月6日、日本化学会第98春季年会予稿集で公開(講演番号2D3-05、2D3-07、2D3-42、ポスター発表2PB-143)Applicable under Article 30,
特許法第30条第2項適用 平成30年3月21日、日本化学会第98春季年会で発表(講演番号2D3-05、2D3-07、2D3-42、ポスター発表2PB-143)Application of Article 30,
特許法第30条第2項適用 平成30年5月19日、第82回日本生化学会中部支部例会・シンポジウムで発表(ポスター発表P-09、P-11、P-48)Application of Article 30,
特許法第30条第2項適用 平成30年7月19日、生体機能関連化学部会若手の会第30回サマースクールで発表(ポスター発表P-01、P-02)Application of Article 30,
特許法第30条第2項適用 平成30年9月9日、第12回バイオ関連化学シンポジウムで発表(ポスター発表1P-055)Application of Article 30,
特許法第30条第2項適用 平成30年11月3日、第49回中部化学関係学協会支部連合秋季大会で発表(ポスター発表1PA30、口頭発表2K08)Application of Article 30,
特許法第30条第2項適用 平成30年11月8日、2018フロンティア研究院シンポジウム~異分野融合研究と博士研究への招待~で発表(ポスター発表2P-15)Application of Article 30,
特許法第30条第2項適用 平成31年1月7日、第6回将来を見据えた生体分子の構造・機能解析から分子設計に関する研究会で発表(ポスター発表P10、P13)Application of Article 30,
特許法第30条第2項適用 平成31年1月28日、International Symposium on “Optobiotechnology“要旨集で公開(Invited Talk)Application of Article 30,
特許法第30条第2項適用 平成31年2月5日、International Symposium on “Optobiotechnology“で発表(Invited Talk)Application of Article 30,
本発明は、細胞膜又はゴルジ体に局在する化合物及びその使用に関する。より具体的には、本発明は、新規化合物、タグタンパク質の細胞膜又はゴルジ体への局在化剤、細胞内における対象タンパク質の局在を制御する方法、及び、細胞内におけるタグタンパク質の局在制御用キットに関する。 The present invention relates to a compound that localizes to the cell membrane or Golgi apparatus and uses thereof. More specifically, the present invention relates to a novel compound, an agent for localizing a tagged protein to the cell membrane or Golgi apparatus, a method for controlling the localization of a target protein in a cell, and a kit for controlling the localization of a tagged protein in a cell.
小分子化合物を用いて特定のシグナル分子を活性化する技術は、生命研究における重要なツールである。細胞内シグナル伝達は、細胞膜等の特定の局所領域を起点として開始されるため、シグナル分子の局在をコントロールする技術は、細胞内シグナルを人工的に制御する有効な手法となる。生理条件下ではシグナルの活性は可逆的であり、その活性化時間は細胞の機能や運命を決定する重要な因子である。したがって、小分子化合物を用いてシグナル分子の局在を可逆的に制御し、細胞内シグナルを任意にON-OFFコントロールする技術は、シグナルの活性化時間と細胞機能の関係を詳細に解析・解明するための強力な研究ツールになるものと期待される。そのようなシグナル分子の局在制御技術は、細胞の機能や運命をコントロールする基盤技術としての応用も期待される。 The technology of activating specific signal molecules using small molecule compounds is an important tool in life research. Since intracellular signal transduction is initiated from specific localized regions such as the cell membrane, technology of controlling the localization of signal molecules is an effective method of artificially controlling intracellular signals. Under physiological conditions, signal activity is reversible, and the activation time is an important factor that determines the function and fate of cells. Therefore, technology of reversibly controlling the localization of signal molecules using small molecule compounds and arbitrarily controlling the ON-OFF of intracellular signals is expected to become a powerful research tool for detailed analysis and elucidation of the relationship between the activation time of signals and cell functions. Such technology of controlling the localization of signal molecules is also expected to be applied as a fundamental technology for controlling the function and fate of cells.
発明者らは、これまでに、大腸菌由来ジヒドロ葉酸還元酵素(eDHFR)のリガンドであるトリメトプリム(TMP)と、細胞膜又はゴルジ体への局在化モチーフとを結合した化合物(mgcTMP)を合成している(例えば、非特許文献1を参照。)。mgcTMPを細胞に導入することにより、細胞質に発現させた大腸菌由来ジヒドロ葉酸還元酵素(eDHFR)の融合タンパク質を細胞膜又はゴルジ体に局在させることができる。下記式(A1)にトリメトプリムの化学式を示す。 The inventors have previously synthesized a compound (mgcTMP) that combines trimethoprim (TMP), a ligand for Escherichia coli-derived dihydrofolate reductase (eDHFR), with a motif for localization to the cell membrane or Golgi apparatus (see, for example, Non-Patent Document 1). By introducing mgcTMP into cells, a fusion protein of Escherichia coli-derived dihydrofolate reductase (eDHFR) expressed in the cytoplasm can be localized to the cell membrane or Golgi apparatus. The chemical formula of trimethoprim is shown below in formula (A1).
また、下記式(A2)にmgcTMPの化学式を示す。mgcTMPのうち、ミリストイル基-グリシン残基-システイン残基からなる部分が、細胞膜又はゴルジ体への局在化モチーフとして機能する。 The chemical formula of mgcTMP is shown in the following formula (A2). The portion of mgcTMP consisting of a myristoyl group, a glycine residue, and a cysteine residue functions as a motif for localization to the cell membrane or the Golgi apparatus.
しかしながら、発明者らは、mgcTMPによりeDHFR融合タンパク質を細胞膜又はゴルジ体に局在化させた場合に、eDHFR融合タンパク質の細胞膜又はゴルジ体への局在化が自発的に解消してしまうことを見出した。本発明は、対象タンパク質を細胞膜又はゴルジ体に局在化させる新たな技術を提供することを目的とする。 However, the inventors discovered that when eDHFR fusion protein is localized to the cell membrane or Golgi apparatus using mgcTMP, the localization of the eDHFR fusion protein to the cell membrane or Golgi apparatus spontaneously disappears. The present invention aims to provide a new technology for localizing a target protein to the cell membrane or Golgi apparatus.
本発明は以下の態様を含む。
[1]下記式(1)で表される化合物。
[2]前記タグタンパク質及び前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基の組み合わせが、大腸菌ジヒドロ葉酸還元酵素(eDHFR)タンパク質及び下記式(4)で表される基の組み合わせ、FK506結合タンパク質及び下記式(5)で表される基の組み合わせ、炭酸脱水酵素Iタンパク質若しくは炭酸脱水酵素IIタンパク質及び下記式(6)で表される基の組み合わせ、SNAP-tag(登録商標)タンパク質及び下記式(7)若しくは下記式(8)で表される基の組み合わせ、HaloTag(登録商標)タンパク質及び下記式(9)で表される基の組み合わせ、又は、光活動性黄色タンパク質及び下記式(10)で表される基の組み合わせである、[1]に記載の化合物。
[5]細胞内における対象タンパク質の局在を制御する方法であって、前記細胞の細胞内に、[4]に記載の局在化剤であって、前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基である局在化剤を導入し、その結果、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タグタンパク質とが結合し、前記タグタンパク質が前記対象タンパク質と共に細胞膜又はゴルジ体に局在する工程(a)を含み、前記細胞は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞である、方法。
[6]前記工程(a)の後に、前記細胞内に前記タグタンパク質のリガンドを導入する工程(b)を更に含み、前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、細胞膜又はゴルジ体に局在した前記タグタンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記対象タンパク質が細胞膜又はゴルジ体から移動する、[5]に記載の方法。
[7]細胞内における対象タンパク質の局在を制御する方法であって、前記細胞の細胞内に、[4]に記載の局在化剤であって、前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合した基である局在化剤を導入する工程(a1)と、前記工程(a1)の後に前記細胞に光を照射し、その結果、前記局在化剤から前記光分解性保護基が脱離し、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タグタンパク質とが結合し、前記タグタンパク質が前記対象タンパク質と共に細胞膜又はゴルジ体に局在する工程(a2)と、を含み、前記細胞は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞である、方法。
[8]前記工程(a2)の後に、前記細胞内に前記タグタンパク質のリガンドを導入する工程(b)を更に含み、前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、細胞膜又はゴルジ体に局在した前記タグタンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記対象タンパク質が細胞膜又はゴルジ体から移動する、[7]に記載の方法。
[9]前記融合タンパク質が、前記融合タンパク質のN末端若しくはC末端又は前記タグタンパク質の内部に、リジン残基が4~10個連続したアミノ酸配列を有する、[5]~[8]のいずれかに記載の方法。
[10]前記対象タンパク質がシグナル伝達タンパク質である、[5]~[9]のいずれかに記載の方法。
[11]前記対象タンパク質が内在性のタンパク質であり、前記細胞が、前記対象タンパク質をコードする遺伝子座に、前記タグタンパク質をコードする遺伝子断片をノックインした細胞である、[5]~[10]のいずれかに記載の方法。
[12][4]に記載の局在化剤を含む、細胞内におけるタグタンパク質の局在制御用キット。
[13]対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクター、又は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質作製用ベクターを更に含む、[12]に記載のキット。
[14]前記タグタンパク質のリガンドを更に含む、[12]又は[13]に記載のキット。
The present invention includes the following aspects.
[1] A compound represented by the following formula (1):
[2] The compound according to [1], wherein the combination of the tag protein and the group functioning as a ligand for the tag protein is a combination of Escherichia coli dihydrofolate reductase (eDHFR) protein and a group represented by the following formula (4), a combination of FK506 binding protein and a group represented by the following formula (5), a combination of carbonic anhydrase I protein or carbonic anhydrase II protein and a group represented by the following formula (6), a combination of SNAP-tag (registered trademark) protein and a group represented by the following formula (7) or (8), a combination of HaloTag (registered trademark) protein and a group represented by the following formula (9), or a combination of photoactive yellow protein and a group represented by the following formula (10).
[5] A method for controlling localization of a target protein in a cell, the method comprising: a step (a) of introducing into the cell the localization agent according to [4], wherein the R1 is a group that functions as a ligand for the tag protein, so that the group that functions as a ligand of the localization agent binds to the tag protein, and the tag protein is localized together with the target protein in a cell membrane or a Golgi apparatus; the cell is a cell that expresses a fusion protein of the target protein and the tag protein.
[6] The method according to [5], further comprising, after the step (a), a step (b) of introducing a ligand of the tagged protein into the cell, in which in the step (b), the group functioning as the ligand competes with the ligand, and the ligand replaces the group functioning as the ligand in at least a part of the tagged protein localized in the cell membrane or the Golgi apparatus, resulting in the target protein being translocated from the cell membrane or the Golgi apparatus.
[7] A method for controlling localization of a target protein in a cell, the method comprising: a step (a1) of introducing into the cell the localization agent according to [4], wherein the R 1 is a group in which a photolabile protecting group is further bound to a group that functions as a ligand of the tagged protein; and a step (a2) of irradiating the cell with light after the step (a1), so that the photolabile protecting group is detached from the localization agent, the group that functions as a ligand of the localization agent is bound to the tagged protein, and the tagged protein is localized in a cell membrane or a Golgi apparatus together with the target protein, wherein the cell is a cell that expresses a fusion protein of the target protein and the tagged protein.
[8] The method according to [7], further comprising, after the step (a2), a step (b) of introducing a ligand of the tagged protein into the cell, in which in the step (b), the group functioning as the ligand competes with the ligand, and the ligand replaces the group functioning as the ligand in at least a part of the tagged protein localized in the cell membrane or the Golgi apparatus, resulting in the target protein being translocated from the cell membrane or the Golgi apparatus.
[9] The method according to any of [5] to [8], wherein the fusion protein has an amino acid sequence of 4 to 10 consecutive lysine residues at the N-terminus or C-terminus of the fusion protein, or inside the tag protein.
[10] The method according to any one of [5] to [9], wherein the target protein is a signal transduction protein.
[11] The method according to any of [5] to [10], wherein the target protein is an endogenous protein, and the cell is a cell in which a gene fragment encoding the tag protein has been knocked in to a gene locus encoding the target protein.
[12] A kit for controlling the localization of a tagged protein in a cell, comprising the localization agent according to [4].
[13] The kit described in [12], further comprising a cell expressing a fusion protein of a target protein and the tag protein, an expression vector for the fusion protein of the target protein and the tag protein, or a vector for producing the fusion protein of the target protein and the tag protein.
[14] The kit according to [12] or [13], further comprising a ligand for the tag protein.
本発明により、対象タンパク質を細胞膜又はゴルジ体に局在化させる新たな技術を提供することができる。 The present invention provides a new technology for localizing a target protein to the cell membrane or Golgi apparatus.
[化合物]
1実施形態において、本発明は、下記式(1)で表される化合物を提供する。
In one embodiment, the present invention provides a compound represented by formula (1):
実施例において後述するように、本実施形態の化合物を用いることにより、タグタンパク質を細胞膜(細胞膜内膜)又はゴルジ体に局在化させることができる。また、タグタンパク質を対象タンパク質との融合タンパク質として細胞で発現させておくことにより、任意の対象タンパク質をタグタンパク質と共に細胞膜又はゴルジ体に局在化させることができる。 As described later in the Examples, the compound of this embodiment can be used to localize a tagged protein to the cell membrane (inner cell membrane) or the Golgi apparatus. In addition, by expressing a tagged protein in a cell as a fusion protein with a target protein, any target protein can be localized together with the tagged protein to the cell membrane or the Golgi apparatus.
また、実施例において後述するように、従来のmgcTMPを用いて対象タンパク質を細胞膜又はゴルジ体に局在化させた場合、対象タンパク質の局在化が自発的に解消してしまう。これに対し、本実施形態の化合物を用いることにより、対象タンパク質の局在化の自発的な解消を抑制し、より長時間、対象タンパク質の局在化を維持することができる。 In addition, as described later in the Examples, when a target protein is localized to a cell membrane or Golgi apparatus using conventional mgcTMP, the target protein spontaneously loses its localization. In contrast, by using the compound of this embodiment, the spontaneous loss of localization of the target protein can be suppressed, and the target protein can be maintained in localization for a longer period of time.
また、実施例において後述するように、本実施形態の化合物が細胞膜又はゴルジ体に局在化するためには、特に上記式(2)で表される基の構造が重要である。上記式(2)で表される基は、上述したmgcTMPのうち、ミリストイル基-グリシン残基-システイン残基からなる部分を改変した構造であり、mgcTMPのミリストイル基-グリシン残基-システイン残基からなる部分からグリシン残基を除去し、且つL体のシステイン残基をD体に置換した構造である。 As described later in the Examples, the structure of the group represented by the above formula (2) is particularly important for the compound of this embodiment to localize in the cell membrane or Golgi apparatus. The group represented by the above formula (2) has a structure obtained by modifying the portion of mgcTMP described above consisting of myristoyl group-glycine residue-cysteine residue, and is a structure obtained by removing the glycine residue from the portion of mgcTMP consisting of myristoyl group-glycine residue-cysteine residue and replacing the L-cysteine residue with a D-cysteine.
また、実施例において後述するように、発明者らは、R2で表される基の炭素数が9以上であれば、細胞膜又はゴルジ体に局在化することができることを明らかにした。R2の炭素数の上限は特になく、少なくとも17であっても機能することを確認している。また、R2は二重結合を含んでいてもよい。 Furthermore, as described later in the Examples, the inventors have clarified that when the carbon number of the group represented by R2 is 9 or more, it can be localized in the cell membrane or the Golgi apparatus. There is no particular upper limit to the carbon number of R2 , and it has been confirmed that R2 functions even if it is at least 17. Furthermore, R2 may contain a double bond.
上記式(1)で表される化合物において、Lは、上記式(2)で表される基とタグタンパク質のリガンドとして機能する基を連結するリンカーとして機能する基であれば特に限定されない。より詳細には、Lは、-C-が、-O-、-CO-、-NH-又は上記式(3)で表される基に置換されることにより中断されていてもよい炭素数1~50の2価の炭化水素基を表す。 In the compound represented by formula (1) above, L is not particularly limited as long as it is a group that functions as a linker connecting the group represented by formula (2) above with a group that functions as a ligand for the tag protein. More specifically, L represents a divalent hydrocarbon group having 1 to 50 carbon atoms, which may be interrupted by replacing -C- with -O-, -CO-, -NH-, or a group represented by formula (3) above.
本実施形態の化合物において、タグタンパク質及び前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基の組み合わせは、特に限定されず、あらゆる組み合わせを用いることができる。 In the compound of this embodiment, the combination of the tag protein and the group that functions as a ligand for the tag protein is not particularly limited, and any combination can be used.
タグタンパク質及び前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基の組み合わせの具体例としては、大腸菌ジヒドロ葉酸還元酵素(eDHFR)タンパク質及び下記式(4)で表される基の組み合わせ、FK506結合タンパク質及び下記式(5)で表される基の組み合わせ、炭酸脱水酵素Iタンパク質若しくは炭酸脱水酵素IIタンパク質及び下記式(6)で表される基の組み合わせ、SNAP-tag(登録商標)タンパク質及び下記式(7)若しくは下記式(8)で表される基の組み合わせ、HaloTag(登録商標)タンパク質及び下記式(9)で表される基の組み合わせ、光活動性黄色タンパク質及び下記式(10)で表される基の組み合わせ等が挙げられる。 Specific examples of combinations of tag proteins and groups that function as ligands for the tag proteins include a combination of Escherichia coli dihydrofolate reductase (eDHFR) protein and a group represented by the following formula (4), a combination of FK506 binding protein and a group represented by the following formula (5), a combination of carbonic anhydrase I protein or carbonic anhydrase II protein and a group represented by the following formula (6), a combination of SNAP-tag (registered trademark) protein and a group represented by the following formula (7) or (8), a combination of HaloTag (registered trademark) protein and a group represented by the following formula (9), and a combination of photoactive yellow protein and a group represented by the following formula (10).
タグタンパク質及びタグタンパク質のリガンドとして機能する基は、互いに結合することができる限り、改変されていてもよい。例えば、タグタンパク質は、上述したタグタンパク質のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するものであってもよい。ここで数個とは、例えば10個であってもよく、例えば5個であってもよく、例えば3個であってもよい。また、タグタンパク質のリガンドとして機能する基は、上述した基において置換基を有していてもよい。 The tag protein and the group that functions as a ligand for the tag protein may be modified as long as they can bind to each other. For example, the tag protein may have an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted, or added to the amino acid sequence of the tag protein described above. Here, several may be, for example, 10, for example, 5, or for example, 3. In addition, the group that functions as a ligand for the tag protein may have a substituent in the above group.
本実施形態の化合物は、タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合していてもよい。このような化合物はケージド化合物と呼ばれる。 The compound of this embodiment may further have a photolabile protecting group bound to the group that functions as a ligand for the tagged protein. Such a compound is called a caged compound.
実施例において後述するように、本実施形態の化合物において、タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合している場合、その機能を光照射等で制御することができる。 As described later in the Examples, in the compound of this embodiment, when a photolabile protecting group is further bound to a group that functions as a ligand for a tagged protein, the function can be controlled by irradiation with light, etc.
タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合した状態では、タグタンパク質及びタグタンパク質のリガンドとして機能する基は結合しない。しかしながら、所定の波長の光を照射すること等により、光分解性保護基を脱保護すると、タグタンパク質及びタグタンパク質のリガンドとして機能する基が結合することが可能になる。 When a photolabile protecting group is further bound to the group that functions as a ligand for the tagged protein, the tagged protein and the group that functions as a ligand for the tagged protein do not bind to each other. However, when the photolabile protecting group is deprotected by, for example, irradiating the protein with light of a specific wavelength, the tagged protein and the group that functions as a ligand for the tagged protein can bind to each other.
光分解性保護基は、特に限定されず、あらゆるものを使用することができる。具体的な光分解性保護基としては、例えば、下記式(11)で表される6-ニトロベラトリルオキシカルボニル(NVOC)基、下記式(12)で表わされる4,5-ジメトキシ-2-ニトロベンジル(DMNB)基、下記式(13)で表わされるα-メチル-6-ニトロピペロニルオキシメチル(MNPOM)基、下記式(14)で表わされる(7-ジエチルアミノクマリン-4-イル)メチルオキシカルボニル(DEACM)基、下記式(15)で表わされる(7-ジエチルアミノチオクマリン-4-イル)メチルオキシカルボニル(DEATCOC)基、下記式(16)で表される、(6-ブロモ-7-ヒドロキシクマリン-4-イル)メチルオキシカルボニル(BHCOC)基、下記式(17)で表わされる(8-ブロモ-7-ヒドロキシキノリン-2-イル)メチルオキシカルボニル(BHQOC)基、下記式(18)で表わされる(3-ニトロジベンゾフラン-2-イル)メチルオキシカルボニル(NDBFOC)基、下記式(19)で表わされる3-ニトロジベンゾフラン-2-イルメチル(NDBF)基等が挙げられる。 The photodegradable protecting group is not particularly limited, and any type can be used. Specific photodegradable protecting groups include, for example, a 6-nitroveratryloxycarbonyl (NVOC) group represented by the following formula (11), a 4,5-dimethoxy-2-nitrobenzyl (DMNB) group represented by the following formula (12), an α-methyl-6-nitropiperonyloxymethyl (MNPOM) group represented by the following formula (13), a (7-diethylaminocoumarin-4-yl)methyloxycarbonyl (DEACM) group represented by the following formula (14), a (7-diethylaminothiocoumarin-4-yl)methyloxycarbonyl (DEACM) group represented by the following formula (15), and a (7-diethylaminothiocoumarin-4-yl)methyloxycarbonyl (DEACM) group represented by the following formula (16). Examples of the methyloxycarbonyl (DEATCOC) group include a (6-bromo-7-hydroxycoumarin-4-yl)methyloxycarbonyl (BHCOC) group represented by the following formula (16), a (8-bromo-7-hydroxyquinolin-2-yl)methyloxycarbonyl (BHQOC) group represented by the following formula (17), a (3-nitrodibenzofuran-2-yl)methyloxycarbonyl (NDBFOC) group represented by the following formula (18), and a 3-nitrodibenzofuran-2-ylmethyl (NDBF) group represented by the following formula (19).
[タグタンパク質の細胞膜又はゴルジ体への局在化剤]
1実施形態において、本発明は、上述した化合物からなる、タグタンパク質の細胞膜又はゴルジ体への局在化剤を提供する。実施例において後述するように、上述した化合物を、タグタンパク質の細胞膜又はゴルジ体への局在化剤の用途に用いることができる。
[Agent for localizing tagged proteins to the plasma membrane or Golgi apparatus]
In one embodiment, the present invention provides an agent for localizing a tagged protein to a cell membrane or a Golgi apparatus, comprising the above-mentioned compound. As described later in the Examples, the above-mentioned compound can be used as an agent for localizing a tagged protein to a cell membrane or a Golgi apparatus.
[細胞内における対象タンパク質の局在を制御する方法]
(第1実施形態)
第1実施形態の方法は、細胞内における対象タンパク質の局在を制御する方法であって、前記細胞の細胞内に、上述した局在化剤であって、前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基である局在化剤を導入し、その結果、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タグタンパク質とが結合し、前記タグタンパク質が前記対象タンパク質と共に細胞膜又はゴルジ体に局在する工程(a)を含み、前記細胞は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞である、方法である。第1実施形態の方法は、光分解性保護基を有しない局在化剤を用いて細胞内における対象タンパク質の局在を制御する方法である。
[Method for controlling intracellular localization of a target protein]
First Embodiment
The method of the first embodiment is a method for controlling the localization of a target protein in a cell, comprising the step (a) of introducing into the cell the above-mentioned localization agent, in which the R 1 is a group that functions as a ligand for the tag protein, so that the group that functions as a ligand of the localization agent binds to the tag protein, and the tag protein is localized in the cell membrane or Golgi apparatus together with the target protein, and the cell is a cell that expresses a fusion protein of the target protein and the tag protein. The method of the first embodiment is a method for controlling the localization of a target protein in a cell using a localization agent that does not have a photocleavable protecting group.
第1実施形態の方法において、細胞は、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞を使用する。細胞は真核細胞が好ましい。真核細胞としては、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞、酵母細胞等が挙げられる。 In the method of the first embodiment, the cells used express a fusion protein of a target protein and a tag protein. The cells are preferably eukaryotic cells. Examples of eukaryotic cells include animal cells, insect cells, plant cells, yeast cells, etc.
融合タンパク質が有する対象タンパク質は1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。また、融合タンパク質が有するタグタンパク質は1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。ここで、対象タンパク質が複数である場合、それらの対象タンパク質は1種であってもよいし2種以上であってもよい。また、タグタンパク質が複数である場合、それらのタグタンパク質は1種であってもよいし2種以上であってもよい。 The fusion protein may have one target protein or two or more. The fusion protein may have one tag protein or two or more. When there are multiple target proteins, the target proteins may be one type or two or more types. When there are multiple tag proteins, the tag proteins may be one type or two or more types.
また、融合タンパク質において、対象タンパク質とタグタンパク質の配置の順序は特に限定されず、いずれがN末端側に存在していてもよい。例えば、N末端側から順に対象タンパク質、タグタンパク質の順番で配置されていてもよいし、N末端側から順にタグタンパク質、対象タンパク質の順番で配置されていてもよい。また、対象タンパク質、タグタンパク質がそれぞれ複数存在する場合、融合タンパク質におけるそれらの配置の順序は特に限定されない。 In addition, in the fusion protein, the order in which the target protein and the tag protein are arranged is not particularly limited, and either may be present on the N-terminus side. For example, the target protein and the tag protein may be arranged in that order from the N-terminus side, or the tag protein and the target protein may be arranged in that order from the N-terminus side. In addition, when there are multiple target proteins and multiple tag proteins, the order in which they are arranged in the fusion protein is not particularly limited.
例えば、実施例において後述するように、融合タンパク質は1つのタグタンパク質と2つの対象タンパク質を有していてもよい。対象タンパク質としては、特に限定されず、蛍光タンパク質、シグナル伝達タンパク質、酵素等であることができる。 For example, as described later in the Examples, the fusion protein may have one tag protein and two target proteins. The target proteins are not particularly limited and may be fluorescent proteins, signaling proteins, enzymes, etc.
第1実施形態の方法では、工程(a)において、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞の細胞内に、上述した局在化剤を導入する。局在化剤の導入は、例えば、細胞の培地に局在化剤を添加すること等により行うことができる。ここで、細胞は、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクターを一過性に又は安定的に導入した細胞であってもよい。あるいは、対象タンパク質が内在性のタンパク質であり、対象タンパク質をコードする遺伝子座に、タグタンパク質をコードする遺伝子断片をノックインした細胞であってもよい。ここで、タグタンパク質をコードする遺伝子断片のノックインはゲノム編集により行ってもよい。 In the method of the first embodiment, in step (a), the above-mentioned localization agent is introduced into the cell expressing the fusion protein of the target protein and the tag protein. The localization agent can be introduced, for example, by adding the localization agent to the cell culture medium. Here, the cell may be a cell into which an expression vector for the fusion protein of the target protein and the tag protein has been transiently or stably introduced. Alternatively, the target protein may be an endogenous protein, and the cell may be a cell into which a gene fragment encoding the tag protein has been knocked in to a gene locus encoding the target protein. Here, the knock-in of the gene fragment encoding the tag protein may be performed by genome editing.
実施例において後述するように、細胞内に局在化剤を導入した結果、局在化剤のリガンドとして機能する基とタグタンパク質とが結合し、タグタンパク質が対象タンパク質と共に細胞膜又はゴルジ体に局在する。 As described later in the Examples, when a localization agent is introduced into a cell, a group that functions as a ligand for the localization agent binds to the tagged protein, and the tagged protein is localized to the cell membrane or Golgi apparatus together with the target protein.
実施例において後述するように、上述した局在化剤を用いることにより、対象タンパク質の局在化の自発的な解消を抑制し、より長時間、対象タンパク質の局在化を維持することができる。 As described later in the Examples, the use of the above-mentioned localization agent can suppress spontaneous loss of localization of the target protein, allowing the target protein to be maintained localized for a longer period of time.
第1実施形態の方法は、工程(a)の後に、前記細胞内に前記タグタンパク質のリガンドを導入する工程(b)を更に含んでいてもよい。この場合、前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、細胞膜又はゴルジ体に局在した前記タグタンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記対象タンパク質が細胞膜又はゴルジ体から移動する。すなわち、対象タンパク質の局在化が解消される。工程(b)により、局在化させた対象物質の局在化を制御して解消させることができる。 The method of the first embodiment may further include, after step (a), step (b) of introducing a ligand of the tagged protein into the cell. In this case, in step (b), the group functioning as the ligand competes with the ligand, and the ligand is substituted for the group functioning as the ligand in at least a part of the tagged protein localized in the cell membrane or Golgi apparatus, resulting in the target protein being moved from the cell membrane or Golgi apparatus. In other words, the localization of the target protein is eliminated. Step (b) makes it possible to control and eliminate the localization of the localized target substance.
(第2実施形態)
第2実施形態の方法は、細胞内における対象タンパク質の局在を制御する方法であって、前記細胞の細胞内に、上述した局在化剤であって、前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合した基である局在化剤を導入する工程(a1)と、前記工程(a1)の後に前記細胞に光を照射し、その結果、前記局在化剤から前記光分解性保護基が脱離し、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タグタンパク質とが結合し、前記タグタンパク質が前記対象タンパク質と共に細胞膜又はゴルジ体に局在する工程(a2)と、を含み、前記細胞は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞である、方法である。第2実施形態の方法は、ケージド化合物である局在化剤を用いる点で第1実施形態の方法と主に異なる。
Second Embodiment
The method of the second embodiment is a method for controlling the localization of a target protein in a cell, comprising: a step (a1) of introducing into the cell the above-mentioned localization agent, wherein the R 1 is a group formed by further binding a photolabile protecting group to a group functioning as a ligand of the tagged protein; and a step (a2) of irradiating the cell with light after the step (a1), so that the photolabile protecting group is detached from the localization agent, the group functioning as a ligand of the localization agent is bound to the tagged protein, and the tagged protein is localized in the cell membrane or Golgi apparatus together with the target protein, wherein the cell is a cell expressing a fusion protein of the target protein and the tagged protein. The method of the second embodiment is mainly different from the method of the first embodiment in that a localization agent that is a caged compound is used.
第2実施形態の方法では、工程(a1)において、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞の細胞内に、ケージド化合物である局在化剤を導入する。第2実施形態の方法において、細胞、局在化剤の細胞内への導入方法は、第1実施形態の方法と同様である。 In the method of the second embodiment, in step (a1), a localization agent, which is a caged compound, is introduced into a cell expressing a fusion protein of a target protein and a tag protein. In the method of the second embodiment, the method of introducing the cell and the localization agent into the cell is the same as in the method of the first embodiment.
続いて、工程(a1)の後に、細胞に光を照射する工程(a2)を実施する。工程(a2)において照射する光は、ケージド化合物の光分解性保護基を脱保護できる条件の光であればよく、使用した光分解性保護基に応じて適宜調整すればよい。例えば、実施例において後述するように、光分解性保護基としてNVOC基を用いた場合、波長405nmの光を照射すればよい。また、光分解性保護基としてDEACM基を用いた場合、波長405nmの光、波長445nmの光等を照射すればよい。 Next, after step (a1), step (a2) is carried out in which the cells are irradiated with light. The light irradiated in step (a2) may be light that satisfies the conditions for deprotecting the photolabile protecting group of the caged compound, and may be appropriately adjusted depending on the photolabile protecting group used. For example, as described later in the Examples, when an NVOC group is used as the photolabile protecting group, light with a wavelength of 405 nm may be irradiated. When a DEACM group is used as the photolabile protecting group, light with a wavelength of 405 nm, light with a wavelength of 445 nm, or the like may be irradiated.
光を照射した結果、局在化剤から光分解性保護基が脱離する。続いて、局在化剤のリガンドとして機能する基とタグタンパク質とが結合し、タグタンパク質が対象タンパク質と共に細胞膜又はゴルジ体に局在する。 Upon irradiation with light, the photolabile protecting group is released from the localization agent. The group that functions as a ligand of the localization agent then binds to the tagged protein, and the tagged protein is localized together with the target protein in the cell membrane or Golgi apparatus.
実施例において後述するように、第2実施形態の方法により、1細胞レベルで、あるいは、1細胞上の特定の領域でタグタンパク質の局在化を制御することができる。 As described later in the Examples, the method of the second embodiment makes it possible to control the localization of tagged proteins at the single-cell level or in specific regions on a single cell.
第2実施形態の方法は、工程(a2)の後に、前記細胞内に前記タグタンパク質のリガンドを導入する工程(b)を更に含んでいてもよい。第2実施形態の方法における工程(b)は、第1実施形態の方法における工程(b)と同様である。 The method of the second embodiment may further include, after step (a2), step (b) of introducing a ligand for the tagged protein into the cell. Step (b) in the method of the second embodiment is similar to step (b) in the method of the first embodiment.
この場合、前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、細胞膜又はゴルジ体に局在した前記タグタンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記対象タンパク質が細胞膜又はゴルジ体から移動する。すなわち、対象タンパク質の局在化が解消される。工程(b)により、局在化させた対象物質の局在化を制御して解消させることができる。 In this case, in step (b), the group functioning as a ligand competes with the ligand, and the ligand is substituted for the group functioning as a ligand in at least a portion of the tagged protein localized in the cell membrane or Golgi apparatus, resulting in the target protein being moved from the cell membrane or Golgi apparatus. In other words, the target protein is delocalized. Step (b) makes it possible to control and delocalize the localized target substance.
上述した第1実施形態の方法又は第2実施形態の方法において、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質は、前記融合タンパク質のN末端若しくはC末端又は前記タグタンパク質の内部に、リジン残基が4~10個連続したアミノ酸配列を有していてもよい。ここで、リジン残基の数は4~8個であってもよいし、4~7個であってもよいし、6個(KKKKKK、配列番号1)であってもよい。 In the method of the first embodiment or the method of the second embodiment described above, the fusion protein of the target protein and the tag protein may have an amino acid sequence of 4 to 10 consecutive lysine residues at the N-terminus or C-terminus of the fusion protein or inside the tag protein. Here, the number of lysine residues may be 4 to 8, 4 to 7, or 6 (KKKKKK, SEQ ID NO: 1).
実施例において後述するように、融合タンパク質のN末端若しくはC末端又は前記タグタンパク質の内部に、リジン残基が4~10個連続したアミノ酸配列が配置されている場合、融合タンパク質は細胞膜に特異的に局在化する傾向にある。 As described later in the Examples, when an amino acid sequence of 4 to 10 consecutive lysine residues is located at the N-terminus or C-terminus of the fusion protein or inside the tag protein, the fusion protein tends to be specifically localized to the cell membrane.
ここで、N末端とは、N末端の近傍であればよく、例えばN末端から数アミノ酸の位置に、リジン残基が4~10個連続したアミノ酸配列が配置されていればよい。同様に、C末端とは、C末端の近傍であればよく、例えばC末端から数アミノ酸の位置に、リジン残基が4~10個連続したアミノ酸配列が配置されていればよい。ここで、数アミノ酸とは、例えば1~10アミノ酸であってもよく、例えば1~5アミノ酸であってもよく、例えば1~3アミノ酸であってもよい。また、リジン残基が4~10個連続したアミノ酸配列がタグタンパク質の内部に存在する場合、その位置は、タグタンパク質がそのリガンドと結合する機能を維持している限り特に限定されない。 The N-terminus here may be near the N-terminus, for example, an amino acid sequence in which 4 to 10 consecutive lysine residues are located a few amino acids from the N-terminus. Similarly, the C-terminus may be near the C-terminus, for example, an amino acid sequence in which 4 to 10 consecutive lysine residues are located a few amino acids from the C-terminus. Here, a few amino acids may be, for example, 1 to 10 amino acids, for example, 1 to 5 amino acids, or for example, 1 to 3 amino acids. Furthermore, when an amino acid sequence in which 4 to 10 consecutive lysine residues are present inside the tag protein, the position is not particularly limited as long as the tag protein maintains its function of binding to its ligand.
[キット]
1実施形態において、本発明は、上述した局在化剤を含む、細胞内におけるタグタンパク質の局在制御用キットを提供する。本実施形態のキットを用いることにより、細胞内におけるタグタンパク質の局在を制御することができる。
[kit]
In one embodiment, the present invention provides a kit for controlling intracellular localization of a tagged protein, comprising the above-mentioned localization agent. By using the kit of this embodiment, the localization of the tagged protein in cells can be controlled.
本実施形態のキットにおいて、局在化剤は、光分解性保護基を有するものであってもよいし、有しないものであってもよい。 In the kit of this embodiment, the localization agent may or may not have a photolabile protecting group.
本実施形態のキットは、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクター、又は、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質作製用ベクターを更に含んでいてもよい。 The kit of this embodiment may further include cells expressing a fusion protein of the target protein and a tag protein, an expression vector for the fusion protein of the target protein and a tag protein, or a vector for producing the fusion protein of the target protein and a tag protein.
本実施形態のキットにおいて、細胞としては上述したものと同様のものを用いることができる。本実施形態のキットが、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞を含む場合、上述した局在化剤を当該細胞に導入することにより、細胞内におけるタグタンパク質の局在を制御することができる。 In the kit of this embodiment, the cells may be the same as those described above. When the kit of this embodiment includes cells expressing a fusion protein of a target protein and a tag protein, the localization of the tag protein within the cells can be controlled by introducing the localization agent described above into the cells.
本実施形態のキットが、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクターを含む場合、所望の細胞に当該発現ベクターを導入して発現させることにより、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞を調製することができる。この細胞に上述した局在化剤を導入することにより、細胞内におけるタグタンパク質の局在を制御することができる。 When the kit of this embodiment includes an expression vector for a fusion protein of a target protein and a tag protein, the expression vector can be introduced into a desired cell to express the fusion protein, thereby preparing a cell expressing the fusion protein of the target protein and the tag protein. By introducing the above-mentioned localization agent into this cell, the localization of the tag protein within the cell can be controlled.
対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質作製用ベクターとは、例えば、プロモーターの下流に、タグタンパク質をコードする遺伝子及びマルチクローニングサイトを含むベクターが挙げられる。タグタンパク質をコードする遺伝子とマルチクローニングサイトは、いずれがプロモーター側に配置されていてもよい。融合タンパク質作製用ベクターのマルチクローニングサイトに所望の対象タンパク質をコードする遺伝子をクローニングすることにより、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクターを調製することができる。 An example of a vector for producing a fusion protein of a target protein and a tag protein is a vector that includes a gene encoding the tag protein and a multi-cloning site downstream of a promoter. Either the gene encoding the tag protein or the multi-cloning site may be located on the promoter side. An expression vector for a fusion protein of a target protein and a tag protein can be prepared by cloning a gene encoding a desired target protein into the multi-cloning site of a vector for producing a fusion protein.
続いて、所望の細胞に当該発現ベクターを導入して発現させることにより、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞を調製することができる。この細胞に上述した局在化剤を導入することにより、細胞内におけるタグタンパク質の局在を制御することができる。 Then, the expression vector can be introduced into a desired cell to express the fusion protein of the target protein and the tag protein, thereby preparing a cell that expresses the fusion protein of the target protein and the tag protein. By introducing the above-mentioned localization agent into this cell, the localization of the tag protein within the cell can be controlled.
本実施形態のキットは、タグタンパク質のリガンドを更に含んでいてもよい。実施例において後述するように、タグタンパク質を局在化させた後、タグタンパク質のリガンドを細胞に導入することにより、タグタンパク質の局在化を解消することができる。 The kit of this embodiment may further include a ligand for the tagged protein. As described later in the Examples, after localizing the tagged protein, the localization of the tagged protein can be eliminated by introducing the ligand for the tagged protein into the cell.
次に実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will now be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[実験例1]
(mgcTMPによる局在化の自発的な解消)
ヒト子宮頚癌由来の細胞株であるHeLa細胞に、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現させた。対象タンパク質としてはEGFPを使用し、タグタンパク質としてeDHFRを使用した。図1(a)は、発現させた融合タンパク質の構造を示す模式図である。融合タンパク質のN末端側にeDHFRを、C末端側にEGFPを配置した。更に、融合タンパク質のN末端にはK6タグを配置した。発現させた融合タンパク質のアミノ酸配列を配列番号2に示す。以下、この融合タンパク質を「K6-DG」という場合がある。
[Experimental Example 1]
Spontaneous delocalization by mgcTMP
A fusion protein of a target protein and a tag protein was expressed in HeLa cells, a cell line derived from human cervical cancer. EGFP was used as the target protein, and eDHFR was used as the tag protein. FIG. 1(a) is a schematic diagram showing the structure of the expressed fusion protein. eDHFR was placed on the N-terminus side of the fusion protein, and EGFP was placed on the C-terminus side. Furthermore, a K6 tag was placed on the N-terminus of the fusion protein. The amino acid sequence of the expressed fusion protein is shown in SEQ ID NO: 2. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "K6-DG".
続いて、融合タンパク質(K6-DG)を発現させたHeLa細胞(以下、「K6-DG発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmgcTMPを添加した。続いて、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 Next, mgcTMP was added to the medium of HeLa cells expressing the fusion protein (K6-DG) (hereinafter sometimes referred to as "K6-DG expressing cells") to a final concentration of 10 μM. Then, EGFP fluorescence was observed using a confocal laser microscope.
図1(b)~(d)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。図1(b)は、mgcTMPの添加前のK6-DG発現細胞の写真である。また、図1(c)は、mgcTMPの添加から10分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。図1(d)は、mgcTMPの添加から40分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。 Figures 1(b) to (d) are confocal laser microscope photographs. Figure 1(b) is a photograph of K6-DG expressing cells before the addition of mgcTMP. Figure 1(c) is a photograph of K6-DG expressing cells taken 10 minutes after the addition of mgcTMP. Figure 1(d) is a photograph of K6-DG expressing cells taken 40 minutes after the addition of mgcTMP.
その結果、mgcTMPの添加から10分後に、EGFPが細胞膜に局在したことが明らかとなった。しかしながら、mgcTMPの添加から40分後には、EGFPの局在化が自発的に解消してしまうことが明らかとなった。
As a result, it was found that EGFP was localized to the
[実験例2]
(mgDcTMPによる局在化の検討)
mgcTMPのシステイン残基をD体に置換した局在化剤(以下、「mgDcTMP」という場合がある。)を合成し、タグタンパク質の局在化能を検討した。
[Experimental Example 2]
(Examination of localization by mg D cTMP)
A localization agent in which the cysteine residue of mgcTMP was replaced with the D form (hereinafter, sometimes referred to as "mg D cTMP") was synthesized, and its ability to localize tagged proteins was examined.
《mgDcTMPの合成》
まず、下記スキーム(1)にしたがって、mgDcTMPを合成した。
Synthesis of mg- D- cTMP
First, mg -D- cTMP was synthesized according to the following scheme (1).
具体的には、9-フルオレニルメチルオキシカルボニル(Fmoc)保護基を利用した標準的な固相ペプチド合成プロトコールにしたがってRinkアミド樹脂上でmgDcTMPを合成した。 Specifically, mg D cTMP was synthesized on Rink amide resin following standard solid phase peptide synthesis protocols utilizing the 9-fluorenylmethyloxycarbonyl (Fmoc) protecting group.
Fmoc脱保護は、室温で15分間、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)中、20%ピペリジンを用いて行った。また、アミノ酸カップリング反応は、DMF中、Fmoc保護アミノ酸(4.1当量)、1-[ビス(ジメチルアミノ)メチレン]-1H-ベンゾトリアゾリウム3-オキシドヘキサフルオロホスフェート(HBTU、4.0当量)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBt、4.0当量)及びN,N-ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA、8.0当量)の混合物を用いて室温で行った。また、全てのFmoc脱保護およびカップリング工程は、Kaiser試験によってモニターした。また、全ての洗浄手順はDMFを用いて行った。 Fmoc deprotection was performed with 20% piperidine in N,N-dimethylformamide (DMF) for 15 min at room temperature. Amino acid coupling reactions were performed with a mixture of Fmoc-protected amino acid (4.1 equiv.), 1-[bis(dimethylamino)methylene]-1H-benzotriazolium 3-oxide hexafluorophosphate (HBTU, 4.0 equiv.), 1-hydroxybenzotriazole (HOBt, 4.0 equiv.) and N,N-diisopropylethylamine (DIPEA, 8.0 equiv.) in DMF at room temperature. All Fmoc deprotection and coupling steps were monitored by Kaiser test. All washing procedures were performed with DMF.
まず、Rinkアミド樹脂(0.65mmol/g)(185mg、120μmol)をFmoc脱保護し、洗浄した。続いて、Fmoc-Lys(ivDde)-OHを樹脂にカップリングさせ、DMFで洗浄した。 First, Rink amide resin (0.65 mmol/g) (185 mg, 120 μmol) was Fmoc-deprotected and washed. Then, Fmoc-Lys(ivDde)-OH was coupled to the resin and washed with DMF.
続いて、Fmoc-Adox-OH、Fmoc-D-Cys(Trt)-OH、Fmoc-Gly-OHをビルディングブロックとして、Fmoc脱保護及びカップリング反応を繰り返した。 Next, Fmoc deprotection and coupling reactions were repeated using Fmoc-Adox-OH, Fmoc-D-Cys(Trt)-OH, and Fmoc-Gly-OH as building blocks.
また、N末端は、DMF/CH2Cl2(1:1)中、ミリスチン酸(4.1当量)、HBTU(4.0当量)、HOBt(4.0)及びDIPEA(8.0当量)の混合物を用いてミリストイル化した。 Alternatively, the N-terminus was myristoylated using a mixture of myristic acid (4.1 equiv.), HBTU (4.0 equiv.), HOBt (4.0) and DIPEA (8.0 equiv.) in DMF/CH 2 Cl 2 (1:1).
続いて、5%ヒドラジンを含有するDMFで処理することにより、ivDde基を選択的に脱保護した。 The ivDde group was then selectively deprotected by treatment with DMF containing 5% hydrazine.
続いて、DMF中、化合物X1(3.1当量)、HBTU(3.0当量)、HOBt(3.0当量)及びDIPEA(8.0当量)の混合物を反応させて、化合物X1をリジン残基の側鎖に結合させた。 Subsequently, a mixture of compound X1 (3.1 equivalents), HBTU (3.0 equivalents), HOBt (3.0 equivalents) and DIPEA (8.0 equivalents) was reacted in DMF to attach compound X1 to the side chain of the lysine residue.
Trt脱保護及び樹脂からの切断は、5%エタンジチオール(EDT)及び2.5%水を含有するTFAを用いて実施した。続いて、粗生成物をジエチルエーテルで沈殿させ、セミ分取C18カラム上、0.1%TFAと0.1%水和TFAを含むアセトニトリルの直線勾配を用いた逆相HPLCにより精製し、mgDcTMPを白色の固体として得た。 Trt deprotection and cleavage from the resin was carried out with TFA containing 5% ethanedithiol (EDT) and 2.5% water. The crude product was then precipitated with diethyl ether and purified by reversed-phase HPLC on a semi-preparative C18 column using a linear gradient of acetonitrile containing 0.1% TFA and 0.1% hydrated TFA to give mg D cTMP as a white solid.
1H NMR(400MHz、CD3OD):δ0.89(3H、t)、1.28(22H、m)、1.40(2H、m)、1.53(2H、m)、1.62(2H、m)、1.71(2H、m)、1.80(2H、m)、2.26(4H、m)、2.86(2H、m)、3.18(2H、t)、3.41(2H、m)、3.45(4H、m)、3.59(6H、m)、3.66(14H、m)、3.80(6H、s)、3.88(2H、s、s)、3.92(2H、t)、4.00(4H、s)、4.03(2H、s)、4.42(1H、m)、4.50(1H、m)、6.56(2H、s)、7.22(1H、s). 1H NMR (400MHz, CD3 OD): δ 0.89 (3H,t), 1.28 (22H,m), 1.40 (2H,m), 1.53 (2H,m), 1.62 (2H,m), 1.71 (2H,m), 1.80 (2H,m), 2.26 (4H,m), 2.86 (2H,m), 3.18 (2H,t), 3.41 (2H,m), 3.45 (4H,m), 3.59 (6H,m), 3.66 (14H,m), 3.80 (6H,s), 3.88 (2H,s,s), 3.92 (2H,t), 4.00 (4H,s), 4.03 (2H,s), 4.42 (1H,m), 4.50 (1H,m), 6.56 (2H,s), 7.22 (1H,s).
《mgDcTMPによる局在化の検討》
K6-DG発現細胞の培地に、終濃度10μMとなるようにmgDcTMPを添加し、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。また、比較のためにK6-DG発現細胞の培地に終濃度10μMのmgcTMPを添加した群も用意した。
<<Examination of localization by mgDcTMP >>
mgDcTMP was added to the medium of K6-DG expressing cells to a final concentration of 10 μM, and EGFP fluorescence was observed using a confocal laser microscope. For comparison, a group in which mgDcTMP was added to the medium of K6-DG expressing cells at a final concentration of 10 μM was also prepared.
図2(a)~(f)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。図2(a)は、mgcTMPの添加前のK6-DG発現細胞の写真である。また、図2(b)は、mgcTMPの添加から10分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。また、図2(c)は、mgcTMPの添加から90分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。 Figures 2(a) to (f) are confocal laser microscope photographs. Figure 2(a) is a photograph of K6-DG expressing cells before the addition of mgcTMP. Figure 2(b) is a photograph of K6-DG expressing cells taken 10 minutes after the addition of mgcTMP. Figure 2(c) is a photograph of K6-DG expressing cells taken 90 minutes after the addition of mgcTMP.
また、図2(d)は、mgDcTMPの添加前のK6-DG発現細胞の写真である。また、図2(e)は、mgDcTMPの添加から10分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。また、図2(f)は、mgDcTMPの添加から90分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。 Fig. 2(d) is a photograph of K6-DG expressing cells before the addition of mg D cTMP, Fig. 2(e) is a photograph of K6-DG expressing cells taken 10 minutes after the addition of mg D cTMP, and Fig. 2(f) is a photograph of K6-DG expressing cells taken 90 minutes after the addition of mg D cTMP.
その結果、実験例1の結果と同様に、mgcTMPの添加から10分後に、EGFPが細胞膜に局在したことが明らかとなった。しかしながら、mgcTMPの添加から90分後には、EGFPの局在化が自発的に解消してしまうことが明らかとなった。
As a result, similar to the results of Experimental Example 1, it was found that EGFP was localized to the
また、mgDcTMPの添加から10分後に、EGFPが細胞膜に局在したことが明らかとなった。しかしながら、mgDcTMPの添加から90分後には、EGFPの局在化が自発的に解消してしまうことが明らかとなった。
Furthermore, it was revealed that EGFP was localized to the
以上の結果から、mgcTMPの代わりにmgDcTMPを用いても、EGFPの局在化の自発的な解消を防ぐことができないことが明らかとなった。 These results demonstrated that the spontaneous loss of EGFP localization could not be prevented even when mg D cTMP was used instead of mgcTMP.
[実験例3]
(mDcTMPによる局在化の検討)
mgcTMPからグリシン残基を除去し、更にシステイン残基をD体に置換した化合物(以下、「mDcTMP」という場合がある。)を合成し、タグタンパク質の局在化能を検討した。
[Experimental Example 3]
(Examination of localization by mDcTMP )
A compound was synthesized by removing the glycine residue from mgcTMP and further substituting the cysteine residue with the D-form (hereinafter sometimes referred to as " mDcTMP "), and its ability to localize tagged proteins was examined.
《mDcTMPの合成》
まず、下記スキーム(2)にしたがってmDcTMPを合成した。具体的には、Fmoc-D-Cys(Trt)-OHを樹脂にカップリングさせた後、Fmoc-Gly-OHをカップリングさせずにN末端をミリストイル化した点以外は実験例2におけるスキーム1と同様の反応を行った。続いて、生成物を逆相HPLCにより精製し、mDcTMPを白色の固体として得た。
Synthesis of mDcTMP
First, m D cTMP was synthesized according to the following scheme (2). Specifically, after coupling Fmoc-D-Cys(Trt)-OH to a resin, the same reaction as in
1H NMR(400MHz、CD3OD):δ0.89(3H、t)、1.28(22H、m)、1.40(2H、m)、1.53(2H、m)、1.61(2H、m)、1.71(2H、m)、1.82(2H、m)、2.25(4H、 m)、2.84(2H、m)、3.18(2H、t)、3.46(6H、 m)、3.59(6H、m)、3.66(14H、m)、3.80(6H、s)、3.92(2H、t)、4.00(4H、s)、4.03(2H、s)、4.44(2H、m)、6.56(2H、s)、7.22(1H、s). 1H NMR (400MHz, CD3OD ): δ 0.89 (3H,t), 1.28 (22H,m), 1.40 (2H,m), 1.53 (2H,m), 1.61 (2H,m), 1.71 (2H,m), 1.82 (2H,m), 2.25 (4H,m), 2.84 (2H,m), 3.18 (2H,t), 3.46 (6H,m), 3.59 (6H,m), 3.66 (14H,m), 3.80 (6H,s), 3.92 (2H,t), 4.00 (4H,s), 4.03 (2H,s), 4.44 (2H,m), 6.56 (2H,s), 7.22 (1H,s).
《mDcTMPによる局在化の検討》
K6-DG発現細胞の培地に、終濃度10μMとなるようにmDcTMPを添加し、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。また、mDcTMPの添加から120分後に、培地に終濃度100μMのリガンドを更に添加し、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。リガンドとしては、フリーのトリメトプリム(以下、「TMP」という場合がある。)を使用した。
<<Examination of localization by mDcTMP >>
To the medium of K6-DG expressing cells, mDcTMP was added to a final concentration of 10 μM, and the fluorescence of EGFP was observed with a confocal laser microscope. 120 minutes after the addition of mDcTMP , a ligand was further added to the medium at a final concentration of 100 μM, and the fluorescence of EGFP was observed with a confocal laser microscope. Free trimethoprim (hereinafter sometimes referred to as "TMP") was used as the ligand.
図3(a)~(c)は、比較のために示した結果であり、K6-DG発現細胞の培地に終濃度10μMのmgcTMPを添加した場合の共焦点レーザー顕微鏡写真である。また、図3(d)~(g)は、K6-DG発現細胞の培地に終濃度10μMのmDcTMPを添加した結果を示す共焦点レーザー顕微鏡写真である。また、図3(h)は、K6-DG発現細胞の培地にmDcTMPを添加してから120分後に、TMPを更に添加した結果を示す共焦点レーザー顕微鏡写真である。 3(a) to (c) are confocal laser microscope photographs showing the results for comparison, in which mgcTMP was added to the medium of K6-DG expressing cells at a final concentration of 10 μM. Also, FIG. 3(d) to (g) are confocal laser microscope photographs showing the results of adding m D cTMP to the medium of K6-DG expressing cells at a final concentration of 10 μM. Also, FIG. 3(h) is a confocal laser microscope photograph showing the results of further adding TMP 120 minutes after adding m D cTMP to the medium of K6-DG expressing cells.
図3(a)は、mgcTMPの添加前のK6-DG発現細胞の写真である。また、図3(b)は、mgcTMPの添加から10分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。また、図3(c)は、mgcTMPの添加から90分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。 Figure 3(a) is a photograph of K6-DG expressing cells before the addition of mgcTMP. Figure 3(b) is a photograph of K6-DG expressing cells taken 10 minutes after the addition of mgcTMP. Figure 3(c) is a photograph of K6-DG expressing cells taken 90 minutes after the addition of mgcTMP.
また、図3(d)は、mDcTMPの添加前のK6-DG発現細胞の写真である。また、図3(e)は、mDcTMPの添加から10分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。また、図3(f)は、mDcTMPの添加から90分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。また、図3(g)は、mDcTMPの添加から120分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。また、図3(h)は、mDcTMPの添加から120分後にTMPを更に添加して20分後、すなわち、mDcTMPの添加から140分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。 FIG. 3(d) is a photograph of K6-DG expressing cells before the addition of m D cTMP. FIG. 3(e) is a photograph of K6-DG expressing cells taken 10 minutes after the addition of m D cTMP. FIG. 3(f) is a photograph of K6-DG expressing cells taken 90 minutes after the addition of m D cTMP. FIG. 3(g) is a photograph of K6-DG expressing cells taken 120 minutes after the addition of m D cTMP. FIG. 3(h) is a photograph of K6-DG expressing cells taken 20 minutes after the addition of TMP 120 minutes after the addition of m D cTMP, that is, 140 minutes after the addition of m D cTMP.
また、図3(i)は、図(a)~(c)、(d)~(h)の結果を数値化したグラフである。図3(i)中、縦軸は標準化した細胞質内の蛍光強度(相対値)を表し、横軸は局在化剤の添加後の時間(分)を表す。 Figure 3(i) is a graph that quantifies the results of Figures (a) to (c) and (d) to (h). In Figure 3(i), the vertical axis represents the standardized intracytoplasmic fluorescence intensity (relative value), and the horizontal axis represents the time (minutes) after addition of the localization agent.
その結果、mgcTMPでは、添加から90分後には、EGFPの局在化が自発的に解消してしまうのに対し、mDcTMPでは、少なくとも添加から120分後であっても、EGFPの局在化が維持されることが明らかとなった。更に、フリーのTMPを添加することによって、所望のタイミングでEGFPの局在を元に戻すことができることが明らかとなった。 As a result, it was found that EGFP localization spontaneously disappeared 90 minutes after the addition of mgcTMP, whereas EGFP localization was maintained at least 120 minutes after the addition of mDcTMP . Furthermore, it was found that the EGFP localization could be restored at the desired timing by adding free TMP.
[実験例4]
(mDcTMPのミリストイル基部分の構造の検討)
mDcTMPのミリストイル基部分の炭素数及び二重結合の数を改変し、タグタンパク質の局在化能を検討した。まず、下記式(20)で表される化合物における、R3で表される基を様々に改変した化合物をそれぞれ合成した。
[Experimental Example 4]
(Investigation of the structure of the myristoyl group of mDcTMP )
The number of carbon atoms and the number of double bonds in the myristoyl group of mDcTMP were modified to examine the localization ability of the tagged protein. First, compounds in which the group represented by R3 in the compound represented by the following formula (20) was variously modified were synthesized.
具体的には、実験例2におけるスキーム1を適宜改変して、上記式(20)におけるR3が、下記式(21)に示すノナノイル基、下記式(22)に示すデカノイル基、下記式(23)に示すラウロイル基、下記式(24)に示すパルミトイル基、下記式(25)に示すステアロイル基、下記式(26)に示すオレオイル基である化合物をそれぞれ合成した。
Specifically, by appropriately modifying
続いて、K6-DG発現細胞の培地に、終濃度10μMとなるように各化合物をそれぞれ添加し、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。図4(a)~(l)は、K6-DG発現細胞の培地に終濃度5μMの各化合物をそれぞれ添加した結果を示す共焦点レーザー顕微鏡写真である。 Next, each compound was added to the culture medium of K6-DG-expressing cells to a final concentration of 10 μM, and EGFP fluorescence was observed using a confocal laser microscope. Figures 4(a) to (l) are confocal laser microscope photographs showing the results of adding each compound to the culture medium of K6-DG-expressing cells at a final concentration of 5 μM.
図4(a)及び(b)は、それぞれ、上記式(20)におけるR3が、上記式(21)に示すノナノイル基である化合物の添加前及び添加から60分後のK6-DG発現細胞の写真である。 4(a) and (b) are photographs of K6-DG expressing cells before and 60 minutes after the addition of a compound in which R 3 in formula (20) is a nonanoyl group represented by formula (21), respectively.
図4(c)及び(d)は、それぞれ、上記式(20)におけるR3が、上記式(22)に示すデカノイル基である化合物の添加前及び添加から60分後のK6-DG発現細胞の写真である。 4(c) and (d) are photographs of K6-DG expressing cells before and 60 minutes after the addition of a compound in which R 3 in formula (20) is a decanoyl group represented by formula (22), respectively.
図4(e)及び(f)は、それぞれ、上記式(20)におけるR3が、上記式(23)に示すラウロイル基である化合物の添加前及び添加から60分後のK6-DG発現細胞の写真である。 4(e) and (f) are photographs of K6-DG expressing cells before and 60 minutes after the addition of a compound in which R 3 in formula (20) is a lauroyl group represented by formula (23), respectively.
図4(g)及び(h)は、それぞれ、上記式(20)におけるR3が、上記式(24)に示すパルミトイル基である化合物の添加前及び添加から60分後のK6-DG発現細胞の写真である。 4(g) and (h) are photographs of K6-DG expressing cells before and 60 minutes after the addition of a compound in which R 3 in formula (20) is a palmitoyl group represented by formula (24), respectively.
図4(i)及び(j)は、それぞれ、上記式(20)におけるR3が、上記式(25)に示すステアロイル基である化合物の添加前及び添加から60分後のK6-DG発現細胞の写真である。 4(i) and (j) are photographs of K6-DG expressing cells before and 60 minutes after the addition of a compound in which R 3 in formula (20) is a stearoyl group represented by formula (25), respectively.
図4(k)及び(l)は、それぞれ、上記式(20)におけるR3が、上記式(26)に示すオレオイル基である化合物の添加前及び添加から60分後のK6-DG発現細胞の写真である。 4(k) and (l) are photographs of K6-DG expressing cells before and 60 minutes after the addition of a compound in which R 3 in formula (20) is an oleoyl group represented by formula (26), respectively.
その結果、上記式(20)におけるR3が、上記式(21)に示すノナノイル基である化合物では、EGFPの細胞膜への局在化の効率が顕著に低下することが明らかになった。これに対し、上記式(20)におけるR3が、上記式(22)に示すデカノイル基である化合物、上記式(23)に示すラウロイル基である化合物、上記式(24)に示すパルミトイル基である化合物、上記式(25)に示すステアロイル基である化合物、上記式(26)に示すオレオイル基である化合物では、EGFPの細胞膜への局在化が認められた。 As a result, it was found that the efficiency of localization of EGFP to the cell membrane is significantly reduced in the compound in which R 3 in the above formula (20) is a nonanoyl group shown in the above formula (21).In contrast, the localization of EGFP to the cell membrane was observed in the compound in which R 3 in the above formula (20) is a decanoyl group shown in the above formula (22), a lauroyl group shown in the above formula (23), a palmitoyl group shown in the above formula (24), a stearoyl group shown in the above formula (25), and an oleoyl group shown in the above formula (26).
以上の結果から、上記式(20)で表される化合物において、R3が炭素数10以上で飽和又は不飽和の直鎖状炭化水素基を有するアシル基であれば、タグタンパク質の局在化能を有することが明らかとなった。換言すれば、下記式(27)に示す化合物におけるR2が、炭素数9以上で飽和又は不飽和の直鎖状炭化水素基であれば、タグタンパク質の局在化能を有することが明らかとなった。 From the above results, it was revealed that in the compound represented by the above formula (20), if R3 is an acyl group having a saturated or unsaturated linear hydrocarbon group with 10 or more carbon atoms, the compound has the ability to localize a tagged protein. In other words, it was revealed that in the compound represented by the following formula (27), if R2 is a saturated or unsaturated linear hydrocarbon group with 9 or more carbon atoms, the compound has the ability to localize a tagged protein.
[実験例5]
(融合タンパク質へのK6タグの付加の影響1)
HeLa細胞に、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現させた。対象タンパク質としてはEGFPを使用し、タグタンパク質としてeDHFRを使用した。図5(a)は発現させた融合タンパク質の構造を示す模式図である。融合タンパク質のN末端側にeDHFRを、C末端側にEGFPを配置した。以下、この融合タンパク質を「DG」という場合がある。DGのアミノ酸配列を配列番号3に示す。
[Experimental Example 5]
(Effect of adding K6 tag to fusion protein 1)
A fusion protein of a target protein and a tag protein was expressed in HeLa cells. EGFP was used as the target protein, and eDHFR was used as the tag protein. FIG. 5(a) is a schematic diagram showing the structure of the expressed fusion protein. eDHFR was placed on the N-terminus side of the fusion protein, and EGFP was placed on the C-terminus side. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "DG". The amino acid sequence of DG is shown in SEQ ID NO:3.
また、DGのN末端にK6タグを配置した融合タンパク質(以下、「K6-DG」という場合がある。)を発現させたHeLa細胞も用意した。図5(b)はK6-DGの構造を示す模式図である。K6-DGのアミノ酸配列を配列番号2に示す。 HeLa cells expressing a fusion protein in which a K6 tag was placed at the N-terminus of DG (hereinafter, sometimes referred to as "K6-DG") were also prepared. Figure 5(b) is a schematic diagram showing the structure of K6-DG. The amino acid sequence of K6-DG is shown in SEQ ID NO:2.
続いて、DGを発現させたHeLa細胞(以下、「DG発現細胞」という場合がある。)及びK6-DGを発現させたHeLa細胞(以下、「K6-DG発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmgcTMPをそれぞれ添加した。続いて、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 Next, mgcTMP was added to the medium of HeLa cells expressing DG (hereinafter sometimes referred to as "DG expressing cells") and HeLa cells expressing K6-DG (hereinafter sometimes referred to as "K6-DG expressing cells") to a final concentration of 10 μM. Next, EGFP fluorescence was observed using a confocal laser microscope.
図5(c)~(f)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。図5(c)は、mgcTMPの添加前のDG発現細胞の写真である。また、図5(d)は、mgcTMPの添加から10分後に撮影したDG発現細胞の写真である。また、図5(e)は、mgcTMPの添加前のK6-DG発現細胞の写真である。また、図5(f)は、mgcTMPの添加から10分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。 Figures 5(c) to (f) are confocal laser microscope photographs. Figure 5(c) is a photograph of DG-expressing cells before the addition of mgcTMP. Figure 5(d) is a photograph of DG-expressing cells taken 10 minutes after the addition of mgcTMP. Figure 5(e) is a photograph of K6-DG-expressing cells before the addition of mgcTMP. Figure 5(f) is a photograph of K6-DG-expressing cells taken 10 minutes after the addition of mgcTMP.
その結果、DG発現細胞では、mgcTMPの添加から10分後に、EGFPが細胞膜及びゴルジ体に局在したことが明らかとなった。一方、K6-DG発現細胞では、mgcTMPの添加から10分後に、EGFPが細胞膜に局在したことが明らかとなった。
As a result, it was found that in DG-expressing cells, EGFP was localized in the cell membrane and
以上の結果から、融合タンパク質のN末端にK6タグをつけると細胞膜への局在化の特異性が向上することが明らかとなった。 These results demonstrate that adding a K6 tag to the N-terminus of the fusion protein improves the specificity of localization to the cell membrane.
[実験例6]
(融合タンパク質へのK6タグの付加の影響2)
HeLa細胞に、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現させた。対象タンパク質としてはEGFPを使用し、タグタンパク質としてeDHFRを使用した。融合タンパク質のN末端側にEGFPを、C末端側にeDHFRを配置した。また、EGFPとeDHFRとの間にK6タグを配置した。図6(a)は発現させた融合タンパク質の構造を示す模式図である。以下、この融合タンパク質を「G-K6-D」という場合がある。G-K6-Dのアミノ酸配列を配列番号4に示す。
[Experimental Example 6]
(Effect of adding K6 tag to fusion protein 2)
A fusion protein of a target protein and a tag protein was expressed in HeLa cells. EGFP was used as the target protein, and eDHFR was used as the tag protein. EGFP was placed on the N-terminus side of the fusion protein, and eDHFR was placed on the C-terminus side. In addition, a K6 tag was placed between EGFP and eDHFR. FIG. 6(a) is a schematic diagram showing the structure of the expressed fusion protein. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "G-K6-D". The amino acid sequence of G-K6-D is shown in SEQ ID NO:4.
続いて、G-K6-Dを発現させたHeLa細胞(以下、「G-K6-D発現細胞」という場合がある。)、実験例5と同様のDG発現細胞及びK6-DG発現細胞の培地に終濃度10μMとなるようにmDcTMPをそれぞれ添加した。続いて、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 Next, mDcTMP was added to the medium of HeLa cells expressing G-K6-D (hereinafter sometimes referred to as "G-K6-D expressing cells"), DG expressing cells similar to those in Experimental Example 5, and K6- DG expressing cells to a final concentration of 10 μM. Next, EGFP fluorescence was observed with a confocal laser microscope.
図6(b)~(g)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。図6(b)は、mDcTMPの添加前のDG発現細胞の写真である。また、図6(c)は、mDcTMPの添加から90分後に撮影したDG発現細胞の写真である。また、図6(d)は、mDcTMPの添加前のK6-DG発現細胞の写真である。また、図6(e)は、mDcTMPの添加から90分後に撮影したK6-DG発現細胞の写真である。また、図6(f)は、mDcTMPの添加前のG-K6-D発現細胞の写真である。また、図6(g)は、mDcTMPの添加から90分後に撮影したG-K6-D発現細胞の写真である。 6(b) to (g) are confocal laser microscope photographs. FIG. 6(b) is a photograph of DG-expressing cells before the addition of m D cTMP. FIG. 6(c) is a photograph of DG-expressing cells taken 90 minutes after the addition of m D cTMP. FIG. 6(d) is a photograph of K6-DG-expressing cells before the addition of m D cTMP. FIG. 6(e) is a photograph of K6-DG-expressing cells taken 90 minutes after the addition of m D cTMP. FIG. 6(f) is a photograph of G-K6-D-expressing cells before the addition of m D cTMP. FIG. 6(g) is a photograph of G-K6-D-expressing cells taken 90 minutes after the addition of m D cTMP.
その結果、DG発現細胞では、mDcTMPの添加から90分後に、EGFPが細胞膜及びゴルジ体に局在したことが明らかとなった。また、K6-DG発現細胞では、mDcTMPの添加から90分後に、EGFPが細胞膜に局在したことが明らかとなった。また、G-K6-D発現細胞では、mDcTMPの添加から90分後に、EGFPが細胞膜及びゴルジ体に局在したことが明らかとなった。
As a result, it was revealed that in DG expressing cells, EGFP was localized in the cell membrane and
以上の結果から、融合タンパク質の内部にK6タグを付加しても、細胞膜への局在化の特異性は向上しないことが明らかとなった。 These results demonstrate that adding a K6 tag to the inside of the fusion protein does not improve the specificity of localization to the cell membrane.
[実験例7]
(融合タンパク質へのK6タグの付加の影響3)
HeLa細胞に、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現させた。対象タンパク質としてはEGFPを使用し、タグタンパク質としてFKBP12(F36V)を使用した。融合タンパク質のN末端側にEGFPを、C末端側にFKBP12(F36V)を配置した。また、FKBP12(F36V)のC末端側にK6タグを配置した。図7(a)は発現させた融合タンパク質の構造を示す模式図である。以下、この融合タンパク質を「EGFP-FKBP-K6」という場合がある。EGFP-FKBP-K6のアミノ酸配列を配列番号5に示す。
[Experimental Example 7]
(Effect of adding K6 tag to fusion protein 3)
A fusion protein of a target protein and a tag protein was expressed in HeLa cells. EGFP was used as the target protein, and FKBP12 (F36V) was used as the tag protein. EGFP was placed at the N-terminus of the fusion protein, and FKBP12 (F36V) was placed at the C-terminus. In addition, a K6 tag was placed at the C-terminus of FKBP12 (F36V). FIG. 7(a) is a schematic diagram showing the structure of the expressed fusion protein. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "EGFP-FKBP-K6". The amino acid sequence of EGFP-FKBP-K6 is shown in SEQ ID NO:5.
《mDcSLF*の合成》
下記スキーム(3)にしたがってmDcSLF*を合成した。具体的には、化合物X1の代わりに下記式(X2)で表される化合物を使用した点、Fmoc-D-Cys(Trt)-OHを樹脂にカップリングさせた後、Fmoc-Gly-OHをカップリングさせずにN末端をミリストイル化した点、Fmoc-Adox-OHのカップリング回数が異なる点、使用した樹脂及び樹脂からの切り出し条件が異なる点以外は実験例2におけるスキーム1と同様の反応を行った。続いて、生成物を逆相HPLCにより精製し、mDcSLF*を白色の固体として得た。
Synthesis of mDcSLF *
m D cSLF * was synthesized according to the following scheme (3). Specifically, the same reaction as in
1H NMR (400MHz、CD3OD):δ0.83-0.91(6H、 m)、1.25-1.38(20H、m)、1.59-2.10(16H、m)、2.26-2.37(4H、m)、2.50(2H、m)、2.69-2.85(3H、m)、 3.42-3.46(10H、m)、3.57-3.69(39H、m)、3.80-3.82(10H、m)、4.46-4.52(4H、m)、5.39(1H、m)、5.58(1H、m)、6.54(1H、d)、6.58(2H、s)、6.68(1H、d)、6.73(1H、d)、6.79(1H、 s)、6.84-6.87(2H、m)、7.19(1H、m). 1H NMR (400MHz, CD3OD ): δ 0.83-0.91 (6H, m), 1.25-1.38 (20H, m), 1.59-2.10 (16H, m), 2.26-2.37 (4H, m), 2.50 (2H, m), 2.69-2.85 (3H, m), 3.42-3.46 (10H, m), 3.57-3.69 (39H, m), 3.80-3.82 (10H, m), 4.46-4.52 (4H, m), 5.39 (1H, m), 5.58 (1H, m), 6.54 (1H, d), 6.58 (2H, s), 6.68 (1H, d), 6.73 (1H, d), 6.79 (1H, s), 6.84-6.87 (2H,m), 7.19 (1H,m).
《mDcSLF*による局在化の検討》
EGFP-FKBP-K6を発現させたHeLa細胞(以下、「EGFP-FKBP-K6発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度5μMとなるようにmDcSLF*を添加した。続いて、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。
<<Examination of localization using mDcSLF * >>
mDcSLF * was added to the medium of HeLa cells expressing EGFP-FKBP-K6 (hereinafter sometimes referred to as "EGFP-FKBP-K6 expressing cells") to a final concentration of 5 μM. Subsequently, the fluorescence of EGFP was observed with a confocal laser microscope.
図7(b)及び(c)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。図7(b)は、mDcSLF*の添加前のEGFP-FKBP-K6発現細胞の写真である。また、図7(c)は、mDcSLF*の添加から120分後に撮影したEGFP-FKBP-K6発現細胞の写真である。その結果、mDcSLF*の添加から120分後に、EGFPが細胞膜に局在したことが明らかとなった。 Figures 7(b) and (c) are confocal laser microscope photographs. Figure 7(b) is a photograph of EGFP-FKBP-K6 expressing cells before the addition of mDcSLF * . Figure 7(c) is a photograph of EGFP-FKBP-K6 expressing cells taken 120 minutes after the addition of mDcSLF * . As a result, it was revealed that EGFP was localized in the cell membrane 120 minutes after the addition of mDcSLF * .
以上の結果から、融合タンパク質のC末端にK6タグを付加しても、細胞膜への局在化の特異性を向上させることができることが明らかとなった。 These results demonstrate that adding a K6 tag to the C-terminus of the fusion protein can improve the specificity of localization to the cell membrane.
また、タグタンパク質及びリガンドとして機能する基の組み合わせが、TMP及びeDHFRの組み合わせ以外の組み合わせであっても、タグタンパク質を局在化させることができることが明らかとなった。 It was also revealed that the tagged protein can be localized even when the combination of the tagged protein and the group functioning as a ligand is a combination other than the combination of TMP and eDHFR.
[実験例8]
(融合タンパク質へのK6タグの付加の影響4)
HeLa細胞に、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現させた。対象タンパク質としては蛍光タンパク質であるmCherryを使用し、タグタンパク質としてFKBP12(F36V)を使用した。融合タンパク質のN末端側にFKBP12(F36V)を、C末端側にmCherryを配置した。図8(a)は発現させた融合タンパク質の構造を示す模式図である。以下、この融合タンパク質を「FKBP-mCherry」という場合がある。FKBP-mCherryのアミノ酸配列を配列番号6に示す。
[Experimental Example 8]
(Effect of adding K6 tag to fusion protein 4)
A fusion protein of a target protein and a tag protein was expressed in HeLa cells. The target protein was mCherry, a fluorescent protein, and the tag protein was FKBP12 (F36V). FKBP12 (F36V) was placed on the N-terminus of the fusion protein, and mCherry was placed on the C-terminus. FIG. 8(a) is a schematic diagram showing the structure of the expressed fusion protein. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "FKBP-mCherry." The amino acid sequence of FKBP-mCherry is shown in SEQ ID NO:6.
FKBP-mCherryを発現させたHeLa細胞(以下、「FKBP-mCherry発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度5μMとなるようにmDcSLF*を添加した。続いて、mCherryの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 mDcSLF * was added to the medium of HeLa cells expressing FKBP-mCherry (hereinafter sometimes referred to as "FKBP-mCherry-expressing cells") to a final concentration of 5 μM. Subsequently, the fluorescence of mCherry was observed with a confocal laser microscope.
図8(b)及び(c)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。図8(b)は、mDcSLF*の添加前のFKBP-mCherry発現細胞の写真である。また、図8(c)は、mDcSLF*の添加から60分後に撮影したFKBP-mCherry発現細胞の写真である。その結果、mDcSLF*の添加から60分後に、mCherryがゴルジ体に局在したことが明らかとなった。
Figures 8(b) and (c) are confocal laser microscope photographs. Figure 8(b) is a photograph of FKBP-mCherry-expressing cells before the addition of mDcSLF * . Figure 8(c) is a photograph of FKBP-mCherry-expressing cells taken 60 minutes after the addition of mDcSLF * . The results demonstrated that mCherry was localized in the
以上の結果から、K6タグを有しない融合タンパク質は、ゴルジ体に局在化する傾向にあることが明らかとなった。 These results demonstrate that fusion proteins without a K6 tag tend to localize to the Golgi apparatus.
また、対象タンパク質及びタグタンパク質の組み合わせが、EGFP及びFKBP12(F36V)の組み合わせ以外の組み合わせであっても、タグタンパク質を局在化させることができることが明らかとなった。 It was also revealed that the tag protein can be localized even when the combination of the target protein and tag protein is a combination other than the combination of EGFP and FKBP12 (F36V).
[実験例9]
(mDcSAによる局在化の検討1)
HeLa細胞に、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現させた。対象タンパク質としてはEGFPを使用し、タグタンパク質として炭酸脱水酵素Iタンパク質(以下、「CAI」という場合がある。)を使用した。融合タンパク質のN末端側にCAIを、C末端側にEGFPを配置した。図9(a)は発現させた融合タンパク質の構造を示す模式図である。以下、この融合タンパク質を「CAI-EGFP」という場合がある。CAI-EGFPのアミノ酸配列を配列番号7に示す。
[Experimental Example 9]
(Examination of localization by mDcSA 1)
A fusion protein of a target protein and a tag protein was expressed in HeLa cells. EGFP was used as the target protein, and carbonic anhydrase I protein (hereinafter sometimes referred to as "CAI") was used as the tag protein. CAI was positioned at the N-terminus of the fusion protein, and EGFP was positioned at the C-terminus. Figure 9(a) is a schematic diagram showing the structure of the expressed fusion protein. Hereinafter, this fusion protein will be referred to as "CAI-EGFP". The amino acid sequence of CAI-EGFP is shown in SEQ ID NO:7.
《mDcSAの合成》
下記スキーム(4)にしたがってmDcSAを合成した。具体的には、化合物X1の代わりに下記式(X3)で表される化合物を使用した点、Fmoc-D-Cys(Mmt)-OHを樹脂にカップリングさせた後、Fmoc-Gly-OHをカップリングさせずにN末端をミリストイル化した点、Fmoc-Adox-OHのカップリング回数が異なる点、使用した樹脂及び樹脂からの切り出し条件が異なる点以外は実験例2におけるスキーム1と同様の反応を行った。続いて、生成物を逆相HPLCにより精製し、mDcSAを白色の固体として得た。
Synthesis of mDcSA
m D cSA was synthesized according to the following scheme (4). Specifically, the same reaction as in
1H NMR(400MHz,CD3OD):δ0.88-0.91(3H、t、J=6.0Hz)、1.28-1.31(22H、m)、1.47-1.67(7H、m)、2.26(2H、t、J=8.0Hz)、2.73-2.88(2H、m)、3.37-3.46(12H、m)、3.54-3.61(10H、m)、3.65-3.67(20H、m)、3.99-4.02(10H、m)、4.43-4.48(2H、m)、7.94-7.99(4H、m). 1H NMR (400MHz, CD3OD ): δ 0.88-0.91 (3H, t, J = 6.0Hz), 1.28-1.31 (22H, m), 1.47-1.67 (7H, m), 2.26 (2H, t, J = 8.0Hz), 2.73-2.88 (2H, m), 3.37-3.46 (12H, m), 3.54-3.61 (10H, m), 3.65-3.67 (20H, m), 3.99-4.02 (10H, m), 4.43-4.48 (2H, m), 7.94-7.99 (4H, m).
《mDcSAによる局在化の検討》
CAI-EGFPを発現させたHeLa細胞(以下、「CAI-EGFP発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度100μMとなるようにmDcSAを添加した。続いて、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。
<<Examination of localization by mDcSA >>
mDcSA was added to the medium of HeLa cells expressing CAI-EGFP (hereinafter sometimes referred to as "CAI-EGFP expressing cells") to a final concentration of 100 μM. Subsequently, the fluorescence of EGFP was observed with a confocal laser microscope.
図9(b)及び(c)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。図9(b)は、mDcSAの添加前のCAI-EGFP発現細胞の写真である。また、図9(c)は、mDcSAの添加から60分後に撮影したCAI-EGFP発現細胞の写真である。その結果、mDcSAの添加から60分後に、EGFPがゴルジ体に局在したことが明らかとなった。
9(b) and (c) are confocal laser microscope photographs. Fig. 9(b) is a photograph of CAI-EGFP expressing cells before the addition of mDcSA . Fig. 9(c) is a photograph of CAI-EGFP expressing cells taken 60 minutes after the addition of mDcSA . The results demonstrated that EGFP was localized in the
以上の結果から、K6タグを有しない融合タンパク質は、ゴルジ体に局在化する傾向にあることが更に支持された。 These results further support the idea that fusion proteins without a K6 tag tend to localize to the Golgi apparatus.
また、タグタンパク質及びリガンドとして機能する基の組み合わせが、TMP及びeDHFRの組み合わせ以外の組み合わせであっても、タグタンパク質を局在化させることができることが更に支持された。 It was further supported that the tagged protein can be localized even when the combination of the tagged protein and the group functioning as a ligand is a combination other than the combination of TMP and eDHFR.
[実験例10]
(mDcSAによる局在化の検討2)
HeLa細胞に、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現させた。対象タンパク質としてはEGFPを使用し、タグタンパク質として炭酸脱水酵素IIタンパク質(以下、「CAII」という場合がある。)を使用した。融合タンパク質のN末端側にCAIIを、C末端側にEGFPを配置した。図10(a)は発現させた融合タンパク質の構造を示す模式図である。以下、この融合タンパク質を「CAII-EGFP」という場合がある。CAII-EGFPのアミノ酸配列を配列番号8に示す。
[Experimental Example 10]
(Examination of localization by mDcSA 2)
A fusion protein of a target protein and a tag protein was expressed in HeLa cells. EGFP was used as the target protein, and carbonic anhydrase II protein (hereinafter sometimes referred to as "CAII") was used as the tag protein. CAII was positioned at the N-terminus of the fusion protein, and EGFP was positioned at the C-terminus. FIG. 10(a) is a schematic diagram showing the structure of the expressed fusion protein. Hereinafter, this fusion protein will be referred to as "CAII-EGFP". The amino acid sequence of CAII-EGFP is shown in SEQ ID NO:8.
CAII-EGFPを発現させたHeLa細胞(以下、「CAII-EGFP発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmDcSAを添加した。続いて、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 mDcSA was added to the medium of HeLa cells expressing CAII-EGFP (hereinafter sometimes referred to as "CAII-EGFP expressing cells") to a final concentration of 10 μM. Subsequently, the fluorescence of EGFP was observed with a confocal laser microscope.
図10(b)及び(c)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。図10(b)は、mDcSAの添加前のCAII-EGFP発現細胞の写真である。また、図10(c)は、mDcSAの添加から60分後に撮影したCAII-EGFP発現細胞の写真である。その結果、mDcSAの添加から60分後に、EGFPがゴルジ体に局在したことが明らかとなった。
Figures 10(b) and (c) are confocal laser microscope photographs. Figure 10(b) is a photograph of CAII-EGFP expressing cells before the addition of mDcSA . Figure 10(c) is a photograph of CAII-EGFP expressing cells taken 60 minutes after the addition of mDcSA . The results demonstrated that EGFP was localized in the
以上の結果から、K6タグを有しない融合タンパク質は、ゴルジ体に局在化する傾向にあることが更に支持された。 These results further support the idea that fusion proteins without a K6 tag tend to localize to the Golgi apparatus.
また、タグタンパク質及びリガンドとして機能する基の組み合わせが、TMP及びeDHFRの組み合わせ以外の組み合わせであっても、タグタンパク質を局在化させることができることが更に支持された。 It was further supported that the tagged protein can be localized even when the combination of the tagged protein and the group functioning as a ligand is a combination other than the combination of TMP and eDHFR.
[実験例11]
(mDcTMPを用いた細胞内シグナルの制御1)
mDcTMPを用いた細胞内シグナルを制御した。まず、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を用意した。対象タンパク質としてはEGFP及びcRafを使用した。タグタンパク質としてeDHFRを使用した。融合タンパク質のN末端側から順に、eDHFR、EGFP、cRafを配置した。また、eDHFRのN末端側に更にK6タグを配置した。
[Experimental Example 11]
(Control of intracellular signaling using mDcTMP 1)
Intracellular signaling was controlled using mDcTMP . First, a fusion protein of a target protein and a tag protein was prepared. EGFP and cRaf were used as the target proteins. eDHFR was used as the tag protein. eDHFR, EGFP, and cRaf were arranged in order from the N-terminus of the fusion protein. In addition, a K6 tag was further arranged on the N-terminus of eDHFR.
図11(a)は使用した融合タンパク質の構造を示す模式図である。以下、この融合タンパク質を「K6-DG-cRaf」という場合がある。K6-DG-cRafのアミノ酸配列を配列番号9に示す。 Figure 11(a) is a schematic diagram showing the structure of the fusion protein used. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "K6-DG-cRaf." The amino acid sequence of K6-DG-cRaf is shown in SEQ ID NO:9.
また、mCherryとERKの融合タンパク質(以下、「mCherry-ERK」という場合がある。)を用意した。図11(b)はmCherry-ERKの構造を示す模式図である。mCherry-ERKのアミノ酸配列を配列番号10に示す。 We also prepared a fusion protein of mCherry and ERK (hereinafter sometimes referred to as "mCherry-ERK"). Figure 11(b) is a schematic diagram showing the structure of mCherry-ERK. The amino acid sequence of mCherry-ERK is shown in SEQ ID NO: 10.
続いて、K6-DG-cRaf及びmCherry-ERKをHeLa細胞に発現させた。続いて、K6-DG-cRaf及びmCherry-ERKを発現させたHeLa細胞(以下、「K6-DG-cRaf及びmCherry-ERK発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmDcTMPを添加した。続いて、EGFPの蛍光及びmCherryの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 Next, K6-DG-cRaf and mCherry-ERK were expressed in HeLa cells. Next, mDcTMP was added to the medium of the HeLa cells expressing K6-DG-cRaf and mCherry-ERK (hereinafter, sometimes referred to as "K6- DG -cRaf and mCherry-ERK expressing cells") to a final concentration of 10 μM. Next, the fluorescence of EGFP and the fluorescence of mCherry were observed using a confocal laser microscope.
cRafを細胞膜に局在させると、MEKを活性化し、更にERKを活性化することができる。ERKは、不活性状態では細胞質に局在するが、活性化すると核内に移行する。 When cRaf is localized to the cell membrane, it can activate MEK, which in turn activates ERK. ERK is localized in the cytoplasm in the inactive state, but translocates into the nucleus when activated.
EGFPの蛍光を観察することにより、K6-DG-cRafの局在を検出することができる。また、mCherryの蛍光を観察することにより、mCherry-ERKの局在を検出することができる。 By observing the fluorescence of EGFP, the localization of K6-DG-cRaf can be detected. In addition, by observing the fluorescence of mCherry, the localization of mCherry-ERK can be detected.
図12(a)~(f)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。図12(a)及び(d)は、mDcTMPの添加前のK6-DG-cRaf及びmCherry-ERK発現細胞の写真である。また、図12(b)及び(e)は、mDcTMPの添加から10分後に撮影したK6-DG-cRaf及びmCherry-ERK発現細胞の写真である。また、図12(c)及び(f)は、mDcTMPの添加から70分後に撮影したK6-DG-cRaf及びmCherry-ERK発現細胞の写真である。 12(a) to (f) are confocal laser microscope photographs. FIG. 12(a) and (d) are photographs of K6-DG-cRaf and mCherry-ERK expressing cells before the addition of m D cTMP. FIG. 12(b) and (e) are photographs of K6-DG-cRaf and mCherry-ERK expressing cells taken 10 minutes after the addition of m D cTMP. FIG. 12(c) and (f) are photographs of K6-DG-cRaf and mCherry-ERK expressing cells taken 70 minutes after the addition of m D cTMP.
また、図12(a)~(c)はK6-DG-cRafのEGFPの蛍光を観察した結果であり、図12(d)~(f)はmCherry-ERKのmCherryの蛍光を観察した結果である。 Figures 12(a) to (c) show the results of observing EGFP fluorescence in K6-DG-cRaf, and Figures 12(d) to (f) show the results of observing mCherry fluorescence in mCherry-ERK.
その結果、mDcTMPの添加から10分後に、K6-DG-cRafが細胞膜に局在し、mCherry-ERKが核内に移行したことが明らかとなった。また、この状態はmDcTMPの添加から70分後にも維持されていた。この結果は、mDcTMPを用いて細胞内シグナルを制御することができることを示す。
As a result, it was revealed that K6-DG-cRaf was localized to the cell membrane and mCherry-ERK was translocated into the
[実験例12]
(mDcTMPを用いた細胞内シグナルの制御2)
実験例11と同様のK6-DG-cRaf及びmCherry-ERK発現細胞の培地に終濃度10μMとなるようにmDcTMPを添加した。また、mDcTMPの添加から20分後に終濃度100μMのリガンドを更に添加した。リガンドとしては、フリーのトリメトプリム(以下、「TMP」という場合がある。)を使用した。続いて、EGFPの蛍光及びmCherryの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。
[Experimental Example 12]
(Control of intracellular signaling using mDcTMP 2)
To the medium of K6-DG-cRaf and mCherry-ERK expressing cells as in Experimental Example 11, m D cTMP was added to a final concentration of 10 μM. In addition, 20 minutes after the addition of m D cTMP, a ligand was further added to a final concentration of 100 μM. Free trimethoprim (hereinafter sometimes referred to as "TMP") was used as the ligand. Subsequently, the fluorescence of EGFP and the fluorescence of mCherry were observed with a confocal laser microscope.
図13(a)~(f)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。図13(a)及び(d)は、mDcTMPの添加前のK6-DG-cRaf及びmCherry-ERK発現細胞の写真である。また、図13(b)及び(e)は、mDcTMPの添加から10分後に撮影したK6-DG-cRaf及びmCherry-ERK発現細胞の写真である。また、図13(c)及び(f)は、mDcTMPの添加から70分後に撮影したK6-DG-cRaf及びmCherry-ERK発現細胞の写真である。 13(a) to (f) are confocal laser microscope photographs. FIG. 13(a) and (d) are photographs of K6-DG-cRaf and mCherry-ERK expressing cells before the addition of m D cTMP. FIG. 13(b) and (e) are photographs of K6-DG-cRaf and mCherry-ERK expressing cells taken 10 minutes after the addition of m D cTMP. FIG. 13(c) and (f) are photographs of K6-DG-cRaf and mCherry-ERK expressing cells taken 70 minutes after the addition of m D cTMP.
また、図13(a)~(c)はK6-DG-cRafのEGFPの蛍光を観察した結果であり、図13(d)~(f)はmCherry-ERKのmCherryの蛍光を観察した結果である。 Figures 13(a) to (c) show the results of observing EGFP fluorescence in K6-DG-cRaf, and Figures 13(d) to (f) show the results of observing mCherry fluorescence in mCherry-ERK.
その結果、mDcTMPの添加から10分後に、K6-DG-cRafが細胞膜に局在し、mCherry-ERKが核内に移行したことが明らかとなった。また、TMPを添加することにより、K6-DG-cRafの細胞膜への局在が解消し、その結果、mCherry-ERKが不活性状態となり、mCherry-ERKの核内への局在も解消したことが明らかとなった。この結果は、mDcTMPを用いて細胞内シグナルを可逆的に制御することができることを示す。 As a result, it was revealed that 10 minutes after the addition of m D cTMP, K6-DG-cRaf was localized to the cell membrane, and mCherry-ERK was translocated into the nucleus. It was also revealed that the addition of TMP eliminated the localization of K6-DG-cRaf to the cell membrane, which resulted in mCherry-ERK becoming inactive and the localization of mCherry-ERK in the nucleus being eliminated. This result indicates that intracellular signals can be reversibly controlled using m D cTMP.
図14は、実験例11及び実験例12の結果を示すグラフである。図14中、「mDcTMP」は、実験例11の結果であることを示し、「mDcTMP→TMP」は、実験例12の結果であることを示し、「Normalized nucleus/cytoplasm ratio of mCherry-ERK」はmCherryの蛍光強度の核/細胞質比を標準化した値であることを示し、「Normalized cytosolic fluorescence intensity of K6-DG-cRaf」は細胞質におけるEGFPの蛍光強度を標準化した値であることを示す。 Fig. 14 is a graph showing the results of Experimental Examples 11 and 12. In Fig. 14, "m D cTMP" indicates the result of Experimental Example 11, "m D cTMP→TMP" indicates the result of Experimental Example 12, "Normalized nucleus/cytoplasm ratio of mCherry-ERK" indicates the standardized value of the nucleus/cytoplasm ratio of the fluorescence intensity of mCherry, and "Normalized cytosolic fluorescence intensity of K6-DG-cRaf" indicates the standardized value of the fluorescence intensity of EGFP in the cytoplasm.
[実験例13]
(mDcNVOCTMPの合成)
ケージド局在化剤を合成した。具体的には、mDcTMPのトリメトプリム基に光分解性保護基が更に結合した化合物である、mDcNVOCTMPを合成した。光分解性保護基として、上記式(11)で表されるNVOC基を使用した。NVOC基は、例えば波長405nmの光を照射することにより脱保護することができる。mDcNVOCTMPの合成は、下記スキーム(5)にしたがって行った。
[Experimental Example 13]
(Synthesis of mDcNVOC TMP )
A caged localization agent was synthesized. Specifically, m D c NVOC TMP, a compound in which a photodegradable protecting group is further bonded to the trimethoprim group of m D cTMP, was synthesized. The NVOC group represented by the above formula (11) was used as the photodegradable protecting group. The NVOC group can be deprotected by, for example, irradiating light with a wavelength of 405 nm. The synthesis of m D c NVOC TMP was carried out according to the following scheme (5).
1H NMR(400MHz、d-DMSO):δ0.89(t、3H)、1.43-1.25(m、22H)、1.86-1.49(m、10H)、2.28-2.23(m、4H)、2.78-2.72(m、1H)、2.88-2.83(m、1H)、3.18(t、2H)、3.70-3.34(m、24H)、3.76(s、6H)、4.04-3.84(m、12H)、4.47-4.40(m、2H)、5.60(s、2H)、6.54(s、2H)、7.20(s、1H)、7.70(s、1H)、7.77(s、1H). 1H NMR (400MHz, d-DMSO): δ 0.89 (t, 3H), 1.43-1.25 (m, 22H), 1.86-1.49 (m, 10H), 2.28-2.23 (m, 4H), 2.78-2.72 (m, 1H), 2.88-2.83 (m, 1H), 3.18 (t, 2H), 3.70-3.34 (m, 24H), 3.76 (s, 6H), 4.04-3.84 (m, 12H), 4.47-4.40 (m, 2H), 5.60 (s, 2H), 6.54 (s, 2H), 7.20 (s, 1H), 7.70 (s, 1H), 7.77 (s, 1H).
[実験例14]
(光照射による局在化誘導1)
HeLa細胞に、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現させた。対象タンパク質としては蛍光タンパク質であるmScarlet Iを使用し、タグタンパク質としてeDHFRを使用した。また、eDHFRのN末端にK6タグを配置した。
[Experimental Example 14]
(Localization induction by light irradiation 1)
A fusion protein of a target protein and a tag protein was expressed in HeLa cells. The target protein was a fluorescent protein, mScarlet I, and the tag protein was eDHFR. A K6 tag was placed at the N-terminus of eDHFR.
図15(a)は発現させた融合タンパク質の構造を示す模式図である。以下、この融合タンパク質を「K6-DS」という場合がある。K6-DSのアミノ酸配列を配列番号11に示す。 Figure 15(a) is a schematic diagram showing the structure of the expressed fusion protein. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "K6-DS." The amino acid sequence of K6-DS is shown in SEQ ID NO:11.
続いて、K6-DSを発現させたHeLa細胞(以下、「K6-DS発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmDcNVOCTMPを添加した。続いて、mDcNVOCTMPの添加から5分後に細胞を洗浄した。また、比較のために、mDcNVOCTMPを添加しなかったK6-DS発現細胞も用意した。続いて、波長405nmの光を2.6秒間照射し、mScarlet Iの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 Next, mDcNVOC TMP was added to the medium of HeLa cells expressing K6-DS (hereinafter sometimes referred to as "K6-DS expressing cells") to a final concentration of 10 μM. Then, 5 minutes after the addition of mDcNVOC TMP, the cells were washed. For comparison, K6 -DS expressing cells to which mDcNVOC TMP was not added were also prepared. Next, the cells were irradiated with light having a wavelength of 405 nm for 2.6 seconds, and the fluorescence of mScarlet I was observed with a confocal laser microscope.
図15(b)~(d)は、mDcNVOCTMPを添加したK6-DS発現細胞の共焦点レーザー顕微鏡写真である。図15(b)は、光照射前のK6-DS発現細胞の写真である。また、図15(c)は、実験開始から10秒後のK6-DS発現細胞の写真である。また、図15(d)は、実験開始から60秒後のK6-DS発現細胞の写真である。また、図15(e)は、実験結果を数値化したグラフである。図15(e)中、横軸は時間(秒)を示し、縦軸は細胞質の蛍光強度比を示し、「+mDcNVOCTMP」はmDcNVOCTMPを添加したK6-DS発現細胞の結果であることを示し、「-mDcNVOCTMP」はmDcNVOCTMPを添加しなかったK6-DS発現細胞の結果であることを示す。
15(b) to (d) are confocal laser microscope photographs of K6-DS expressing cells to which m D c NVOC TMP was added. FIG. 15(b) is a photograph of K6-DS expressing cells before light irradiation. FIG. 15(c) is a photograph of K6-
その結果、mDcNVOCTMPを添加したK6-DS発現細胞では、光照射の直後にmScarlet Iが細胞膜に局在したことが明らかとなった。 As a result, it was revealed that in K6-DS expressing cells to which mDcNVOC TMP had been added, mScarlet I was localized in the cell membrane immediately after light irradiation.
以上の結果から、光分解性保護基を有する化合物を使用することにより、タグタンパク質の局在化誘導を光照射で制御することが可能であることが明らかとなった。 These results demonstrate that the use of a compound with a photolabile protecting group makes it possible to control the induction of localization of tagged proteins by light irradiation.
[実験例15]
(光照射による局在化誘導2)
図16は、mDcNVOCTMPの吸収スペクトルを測定した結果を示すグラフである。図16に示すように、mDcNVOCTMPは、波長405nmの光を吸収するが、波長445nmの光をほとんど吸収しないことが明らかとなった。
[Experimental Example 15]
(Localization induction by light irradiation 2)
16 is a graph showing the results of measuring the absorption spectrum of mDcNVOC TMP. As shown in FIG . 16, it was revealed that mDcNVOC TMP absorbs light with a wavelength of 405 nm, but hardly absorbs light with a wavelength of 445 nm.
続いて、K6-DS発現細胞に、mDcNVOCTMP、波長405nmの光照射、波長445nmの光照射、フリーのトリメトプリム(以下、「TMP」という場合がある。)を様々な組み合わせで作用させ、mScarlet Iの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。続いて、共焦点レーザー顕微鏡写真に基づいて、タグタンパク質の局在移行効率を測定した。mDcNVOCTMPは終濃度10μMで添加し、波長405nmの光は2.6秒間照射し、波長445nmの光は2.6秒間照射し、TMPは終濃度100μMで添加した。 Next, K6-DS expressing cells were treated with various combinations of mDcNVOC TMP, irradiation with light having a wavelength of 405 nm, irradiation with light having a wavelength of 445 nm, and free trimethoprim (hereinafter sometimes referred to as "TMP"), and the fluorescence of mScarlet I was observed with a confocal laser microscope. Next, the localization and translocation efficiency of the tagged protein was measured based on the confocal laser microscope photographs. mDcNVOC TMP was added at a final concentration of 10 μM, irradiation with light having a wavelength of 405 nm for 2.6 seconds, irradiation with light having a wavelength of 445 nm for 2.6 seconds, and TMP was added at a final concentration of 100 μM.
図17は、タグタンパク質の局在移行効率を測定した結果を示すグラフである。図17中、「-」は、mDcNVOCTMP、TMPを添加しなかったこと、又は、波長405nmの光照射、波長445nmの光照射を行わなかったことを示し、「+」は、mDcNVOCTMP、TMPを添加したこと、又は、波長405nmの光照射、波長445nmの光照射を行ったことを示す。 17 is a graph showing the results of measuring the localization efficiency of tagged proteins, in which "-" indicates that mDcNVOC TMP or TMP was not added, or that irradiation with light having a wavelength of 405 nm or 445 nm was not performed, and "+" indicates that mDcNVOC TMP or TMP was added, or that irradiation with light having a wavelength of 405 nm or 445 nm was performed.
また、グラフの縦軸は下記式(F1)により算出した局在移行効率を示す。
局在移行効率=1-(実験開始5分後における細胞質の蛍光強度/実験開始時(0分)における細胞質の蛍光強度) …(F1)
The vertical axis of the graph represents the localization efficiency calculated by the following formula (F1).
Localization efficiency=1−(fluorescence intensity in the
その結果、mDcNVOCTMPを添加し、波長405nmの光照射を行った場合にmScarlet Iが細胞膜に局在したことが明らかとなった。また、TMPの存在下ではmScarlet Iの細胞膜への局在が抑制されたことが明らかとなった。 As a result, it was revealed that mScarlet I was localized in the cell membrane when mDcNVOC TMP was added and light irradiation with a wavelength of 405 nm was performed, and that the localization of mScarlet I in the cell membrane was suppressed in the presence of TMP.
[実験例16]
(光照射による局在化誘導3)
1細胞レベルでの光照射による局在化誘導を検討した。まず、K6-DS発現細胞の培地にmDcNVOCTMPを終濃度10μMで添加し、共焦点レーザー顕微鏡で観察した。図18(a)は、実験開始時の共焦点レーザー顕微鏡写真である。続いて、共焦点レーザー顕微鏡の機能を使って、図18(a)中、「Cell1」と示す細胞のみに対し、波長405nmの光を2.6秒間照射した。図18(a)は、実験開始から60秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。その結果、「Cell1」と示す細胞において、mScarlet Iが細胞膜に局在したことが明らかとなった。
[Experimental Example 16]
(Localization induction by light irradiation 3)
The induction of localization by light irradiation at the single cell level was examined. First, mDcNVOC TMP was added to the medium of K6-DS expressing cells at a final concentration of 10 μM, and the cells were observed with a confocal laser microscope. FIG. 18(a) is a confocal laser microscope photograph at the start of the experiment. Next, using the function of the confocal laser microscope, only the cell indicated as "Cell 1 " in FIG. 18(a) was irradiated with light of a wavelength of 405 nm for 2.6 seconds. FIG. 18(a) is a confocal
図18(c)は、実験開始から600秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。続いて、共焦点レーザー顕微鏡の機能を使って、図18(c)中、「Cell2」と示す細胞のみに対し、波長405nmの光を2.6秒間照射した。図18(d)は、実験開始から660秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。その結果、「Cell2」と示す細胞において、mScarlet Iが細胞膜に局在したことが明らかとなった。 Fig. 18(c) is a confocal laser microscope photograph taken 600 seconds after the start of the experiment. Next, using the function of the confocal laser microscope, only the cell shown as "Cell 2 " in Fig. 18(c) was irradiated with light having a wavelength of 405 nm for 2.6 seconds. Fig. 18(d) is a confocal laser microscope photograph taken 660 seconds after the start of the experiment. As a result, it was revealed that mScarlet I was localized in the cell membrane in the cell shown as "Cell 2 ".
図18(e)は、実験開始から1200秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。続いて、共焦点レーザー顕微鏡の機能を使って、図18(e)中、「Cell3」と示す細胞のみに対し、波長405nmの光を2.6秒間照射した。図18(f)は、実験開始から1260秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。その結果、「Cell3」と示す細胞において、mScarlet Iが細胞膜に局在したことが明らかとなった。また、図18(f)には「Cell4」と示す細胞の位置も示す。 FIG. 18(e) is a confocal laser microscope photograph taken 1200 seconds after the start of the experiment. Next, using the function of the confocal laser microscope, only the cell indicated as "Cell 3 " in FIG. 18(e) was irradiated with light having a wavelength of 405 nm for 2.6 seconds. FIG. 18(f) is a confocal laser microscope photograph taken 1260 seconds after the start of the experiment. As a result, it was revealed that mScarlet I was localized in the cell membrane in the cell indicated as "Cell 3 ". FIG. 18(f) also shows the position of the cell indicated as "Cell 4 ".
図18(g)は、実験開始から1800秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。続いて、細胞の培地にフリーのTMPを終濃度100μMで添加した。図18(h)は、実験開始から2400秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。その結果、「Cell1」、「Cell2」、「Cell3」と示す細胞において、mScarlet Iの細胞膜への局在が解消したことが明らかとなった。 Fig. 18(g) is a confocal laser microscope photograph taken 1800 seconds after the start of the experiment. Subsequently, free TMP was added to the cell medium at a final concentration of 100 μM. Fig. 18(h) is a confocal laser microscope photograph taken 2400 seconds after the start of the experiment. As a result, it was revealed that the localization of mScarlet I to the cell membrane was eliminated in the cells indicated as "Cell 1 ", "Cell 2 ", and "Cell 3 ".
図18(i)は、図18(a)~(h)において、「Cell1」、「Cell2」、「Cell3」、「Cell4」と示す細胞における、細胞質の蛍光強度比の変化を数値化したグラフである。横軸は実験開始からの時間(秒)を示す。 Fig. 18(i) is a graph showing the numerical values of the change in the fluorescence intensity ratio of the cytoplasm in the cells indicated as "Cell 1 ,""Cell 2 ,""Cell 3 ," and "Cell 4 " in Fig. 18(a) to (h). The horizontal axis indicates the time (seconds) from the start of the experiment.
[実験例17]
(光照射による局在化誘導4)
光照射による細胞運動シグナルの制御を検討した。まず、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を用意した。対象タンパク質としてはmScarlet I及びTiam1を使用した。タグタンパク質としてeDHFRを使用した。融合タンパク質のN末端側から順に、eDHFR、mScarlet I、Tiam1を配置した。また、eDHFRのN末端側に更にK6タグを配置した。以下、この融合タンパク質を「K6-DS-Tiam1」という場合がある。K6-DS-Tiam1のアミノ酸配列を配列番号12に示す。
[Experimental Example 17]
(Localization induction by light irradiation 4)
The control of cell motility signals by light irradiation was examined. First, a fusion protein of a target protein and a tag protein was prepared. mScarlet I and Tiam1 were used as the target proteins. eDHFR was used as the tag protein. eDHFR, mScarlet I, and Tiam1 were arranged in this order from the N-terminus of the fusion protein. In addition, a K6 tag was further arranged on the N-terminus of eDHFR. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "K6-DS-Tiam1". The amino acid sequence of K6-DS-Tiam1 is shown in SEQ ID NO:12.
また、LifeactとmNeonGreenの融合タンパク質(以下、「Lifeact-mNeonGreen」という場合がある。)を用意した。Lifeact-mNeonGreenのアミノ酸配列を配列番号13に示す。LifeactはFアクチンに特異的に結合するペプチドである。 A fusion protein of Lifeact and mNeonGreen (hereinafter sometimes referred to as "Lifeact-mNeonGreen") was also prepared. The amino acid sequence of Lifeact-mNeonGreen is shown in SEQ ID NO: 13. Lifeact is a peptide that specifically binds to F-actin.
続いて、K6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreenをマウス胎児由来の線維芽細胞であるNIH3T3細胞に発現させた。続いて、K6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreenを発現させたNIH3T3細胞(以下、「K6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreen発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmDcNVOCTMPを添加した。続いて、mDcNVOCTMPの添加から5分後に細胞を洗浄した。 Next, K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen were expressed in NIH3T3 cells, which are mouse embryo fibroblasts. Next, mDcNVOC TMP was added to the medium of the NIH3T3 cells expressing K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen (hereinafter, sometimes referred to as " K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen expressing cells") to a final concentration of 10 μM. Next, 5 minutes after the addition of mDcNVOC TMP , the cells were washed.
続いて、mScarlet Iの蛍光及びmNeonGreenの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。図19(a)及び(c)は、実験開始時の共焦点レーザー顕微鏡写真である。続いて、共焦点レーザー顕微鏡の機能を使って、図19(a)中、四角で囲んだ領域、すなわち細胞全体に波長405nmの光を2.6秒間照射した。 Then, the fluorescence of mScarlet I and mNeonGreen were observed using a confocal laser microscope. Figures 19(a) and (c) are confocal laser microscope photographs taken at the start of the experiment. Next, using the functions of the confocal laser microscope, the area enclosed by the square in Figure 19(a), i.e., the entire cell, was irradiated with light having a wavelength of 405 nm for 2.6 seconds.
図19(b)及び(d)は、実験開始から300秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。また、図19(e)は、実験開始時と実験開始から300秒後のK6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreen発現細胞を比較し、面積が増加又は減少した領域を表示した画像である。図19(e)中、「増加」は実験開始時と比較して面積が増加した領域であることを示し、「減少」は実験開始時と比較して面積が減少した領域であることを示す。 Figures 19(b) and (d) are confocal laser microscope photographs taken 300 seconds after the start of the experiment. Figure 19(e) is an image showing areas of increased or decreased area, comparing K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen expressing cells at the start of the experiment with those at 300 seconds after the start of the experiment. In Figure 19(e), "increased" indicates areas of increased area compared to the start of the experiment, and "decreased" indicates areas of decreased area compared to the start of the experiment.
その結果、波長405nmの光照射により、K6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreen発現細胞の面積が変化したことが明らかとなった。この結果から、光分解性保護基を有する化合物を使用することにより、光照射による細胞運動シグナルの制御が可能であることが明らかとなった。 As a result, it was found that the area of K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen expressing cells changed when exposed to light with a wavelength of 405 nm. These results demonstrated that the use of a compound with a photodegradable protecting group makes it possible to control cell motility signals by exposure to light.
[実験例18]
(光照射による局在化誘導5)
K6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreen発現細胞の培地に終濃度10μMとなるようにmDcNVOCTMPを添加した。
[Experimental Example 18]
(Localization induction by light irradiation 5)
mDcNVOC TMP was added to the culture medium of K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen expressing cells to a final concentration of 10 μM.
続いて、mScarlet Iの蛍光及びmNeonGreenの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。図20(a)及び(c)は、実験開始時の共焦点レーザー顕微鏡写真である。続いて、共焦点レーザー顕微鏡の機能を使って、図20(a)中、丸で囲んだ領域、すなわち細胞の一部に局所的に波長405nmの光を2.6秒間照射した。 Then, the fluorescence of mScarlet I and mNeonGreen were observed using a confocal laser microscope. Figures 20(a) and (c) are confocal laser microscope photographs taken at the start of the experiment. Next, using the functions of the confocal laser microscope, the area circled in Figure 20(a), i.e., a part of the cell, was locally irradiated with light of a wavelength of 405 nm for 2.6 seconds.
図20(b)及び(d)は、実験開始から300秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。また、図20(e)は、実験開始時と実験開始から300秒後のK6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreen発現細胞を比較し、面積が増加又は減少した領域を表示した画像である。図20(e)中、「増加」は実験開始時と比較して面積が増加した領域であることを示し、「減少」は実験開始時と比較して面積が減少した領域であることを示す。 Figures 20(b) and (d) are confocal laser microscope photographs taken 300 seconds after the start of the experiment. Figure 20(e) is an image showing areas of increased or decreased area, comparing K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen expressing cells at the start of the experiment with those at 300 seconds after the start of the experiment. In Figure 20(e), "increased" indicates areas of increased area compared to the start of the experiment, and "decreased" indicates areas of decreased area compared to the start of the experiment.
その結果、波長405nmの光照射により、K6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreen発現細胞の面積が変化したことが明らかとなった。この結果から、光分解性保護基を有する化合物を使用することにより、光照射による細胞運動シグナルの制御が可能であることが更に支持された。 As a result, it was found that the area of K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen expressing cells changed upon irradiation with light at a wavelength of 405 nm. This result further supports the idea that the use of compounds with photolabile protecting groups makes it possible to control cell motility signals through light irradiation.
[実験例19]
(光照射による局在化誘導6)
K6-DS-Tiam1を発現させたNIH3T3細胞(以下、「K6-DS-Tiam1発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmDcNVOCTMPを添加した。また、比較のためにK6-DSを発現させたNIH3T3細胞(以下、「K6-DS発現細胞」という場合がある。)の培地にも終濃度10μMとなるようにmDcNVOCTMPを添加した。
[Experimental Example 19]
(Localization induction by light irradiation 6)
mDcNVOC TMP was added to the medium of NIH3T3 cells expressing K6-DS-Tiam1 (hereinafter sometimes referred to as "K6-DS-Tiam1-expressing cells") to a final concentration of 10 μM. For comparison, mDcNVOC TMP was also added to the medium of NIH3T3 cells expressing K6- DS (hereinafter sometimes referred to as "K6-DS - expressing cells") to a final concentration of 10 μM.
続いて、mScarlet Iの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。続いて、共焦点レーザー顕微鏡の機能を使って、細胞全体、又は、細胞の一部に局所的に波長405nmの光を2.6秒間照射した。続いて、細胞の形態の変化を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 Then, the fluorescence of mScarlet I was observed using a confocal laser microscope. Next, the whole cell or a part of the cell was locally irradiated with light of 405 nm wavelength for 2.6 seconds using the function of the confocal laser microscope. The changes in the cell morphology were then observed using the confocal laser microscope.
図21(a)~(d)は、実験開始時と実験開始から300秒後のK6-DS-Tiam1発現細胞又はK6-DS発現細胞を比較し、面積が増加又は減少した領域を表示した画像である。図20(a)~(d)中、「増加」は実験開始時と比較して面積が増加した領域であることを示し、「減少」は実験開始時と比較して面積が減少した領域であることを示す。 Figures 21(a)-(d) are images showing areas that have increased or decreased in area, comparing K6-DS-Tiam1 expressing cells or K6-DS expressing cells at the start of the experiment with those at 300 seconds after the start of the experiment. In Figures 20(a)-(d), "increased" indicates areas that have increased in area compared to the start of the experiment, and "decreased" indicates areas that have decreased in area compared to the start of the experiment.
図21(a)は細胞全体に波長405nmの光照射を行った代表的な結果であり、図21(b)~(d)は、細胞の一部に局所的に波長405nmの光照射を行った代表的な結果である。図21(a)~(d)中、「+mDcNVOCTMP」はmDcNVOCTMPを添加したことを示し、「-mDcNVOCTMP」はmDcNVOCTMPを添加しなかったことを示し、「+K6-DS-Tiam1」はK6-DS-Tiam1発現細胞の結果であることを示し、「+K6-DS」はK6-DS発現細胞の結果であることを示す。図21(c)及び(d)は陰性対照の結果である。また、図21(b)~(d)中、丸で囲んだ領域は波長405nmの光を照射した領域を示す。 FIG. 21(a) shows a representative result of irradiating the entire cell with light of 405 nm wavelength, and FIG. 21(b)-(d) show a representative result of irradiating a part of the cell locally with light of 405 nm wavelength. In FIG. 21(a)-(d), "+m D c NVOC TMP" indicates that m D c NVOC TMP was added, "-m D c NVOC TMP" indicates that m D c NVOC TMP was not added, "+K6-DS-Tiam1" indicates the result of K6-DS-Tiam1 expressing cells, and "+K6-DS" indicates the result of K6-DS expressing cells. FIG. 21(c) and (d) show the result of the negative control. In addition, in FIG. 21(b)-(d), the circled area indicates the area irradiated with light of 405 nm wavelength.
また、図22(a)は、細胞の突出領域(面積が増加した領域)の面積増加量を示すグラフであり、図22(b)は細胞の縮退領域(面積が減少した領域)の面積減少量を示すグラフである。また、図22(a)及び(b)中、「全体」は細胞全体に波長405nmの光照射を行った結果であることを示し、「局所」は細胞の一部に局所的に波長405nmの光照射を行った結果であることを示し、「+」はmDcNVOCTMPを添加したこと、K6-DS-Tiam1発現細胞の結果であること又はK6-DS発現細胞の結果であることを示し、「-」はmDcNVOCTMPを添加しなかったこと、K6-DS-Tiam1発現細胞を用いなかったこと又はK6-DS発現細胞を用いなかったことを示す。 22(a) is a graph showing the increase in the area of the protruding region (region with increased area) of the cell, and FIG. 22(b) is a graph showing the decrease in the area of the retracted region (region with decreased area) of the cell. In addition, in FIGS. 22(a) and (b), "whole" indicates the result of irradiating the whole cell with light of 405 nm wavelength, "local" indicates the result of irradiating a part of the cell locally with light of 405 nm wavelength, "+" indicates the result of adding m D c NVOC TMP, the result of K6-DS-Tiam1 expressing cells, or the result of K6-DS expressing cells, and "-" indicates the result of not adding m D c NVOC TMP, the result of not using K6-DS-Tiam1 expressing cells, or the result of not using K6-DS expressing cells.
その結果、波長405nmの光照射により、K6-DS-Tiam1発現細胞の面積が変化したことが明らかとなった。この結果から、光分解性保護基を有する化合物を使用することにより、光照射による細胞運動シグナルの制御が可能であることが更に支持された。 As a result, it was found that the area of K6-DS-Tiam1 expressing cells changed upon irradiation with light at a wavelength of 405 nm. This result further supports the idea that the use of compounds with photolabile protecting groups makes it possible to control cell motility signals through light irradiation.
[実験例20]
(mDcDEACMTMPの合成)
光分解性保護基を脱保護させる波長が、mDcNVOCTMPとは異なるケージド局在化剤を合成した。具体的には、下記スキーム(6)にしたがってmDcTMPのトリメトプリム基に光分解性保護基が更に結合した化合物である、mDcDEACMTMPを合成した。光分解性保護基として、上記式(14)で表されるDEACM基を使用した。DEACM基は、例えば波長445nmの光を照射することにより脱保護することができる。
[Experimental Example 20]
(Synthesis of mDcDEACM TMP )
A caged localization agent was synthesized that has a wavelength different from that of mDcNVOC TMP for deprotecting a photolabile protecting group. Specifically, mDcDEACM TMP was synthesized according to the following scheme (6), which is a compound in which a photolabile protecting group is further bonded to the trimethoprim group of mDcTMP . The DEACM group represented by the above formula (14) was used as the photolabile protecting group. The DEACM group can be deprotected by irradiation with light having a wavelength of, for example, 445 nm.
1H NMR(400MHz、d-DMSO):δ0.85(t、3H)、1.12(t、6H)、1.18-1.41(m、22H)、1.45-1.75(m、10H)、2.03-2.22(m、5H)、2.58-2.80(m、2H)、2.99(q、2H)、3.50-3.62(m、15H)、3.69(s、6H)、3.75(t、2H)、3.80(s、2H)、3.85-3.95(m、6H)、4.22-4.36(m、2H)、5.37(s、2H)、6.15(s、1H)、6.51(s、2H)、6.56(d、1H)、6.69(dd、1H)、7.09(s、1H)、7.46(d、 1H)、7.49(s、1H)、7.55(d、1H)、7.69(q、2H)、7.74(t、1H)、7.99(t、2H)、8.03(t、1H)、10.15(brs、 1H). 1H NMR (400MHz, d-DMSO): δ 0.85 (t, 3H), 1.12 (t, 6H), 1.18-1.41 (m, 22H), 1.45-1.75 ( m, 10H), 2.03-2.22 (m, 5H), 2.58-2.80 (m, 2H), 2.99 (q, 2H), 3.50-3.62 (m, 15H), 3 . 69 (s, 6H), 3.75 (t, 2H), 3.80 (s, 2H), 3.85-3.95 (m, 6H), 4.22-4.36 (m, 2H) , 5.37 (s, 2H), 6.15 (s, 1H), 6.51 (s, 2H), 6.56 (d, 1H), 6.69 (dd, 1H), 7.09 ( s, 1H), 7.46 (d, 1H), 7.49 (s, 1H), 7.55 (d, 1H), 7.69 (q, 2H), 7.74 (t, 1H), 7.99 (t, 2H), 8.03 (t, 1H), 10.15 (brs, 1H).
図23は、mDcNVOCTMP及びmDcDEACMTMPの吸収スペクトルを測定した結果を示すグラフである。図23に示すように、mDcNVOCTMPは波長445nmの光を吸収しないが、mDcDEACMTMPは波長445nmの光を吸収することができることが明らかとなった。 23 is a graph showing the results of measuring the absorption spectra of mDcNVOC TMP and mDcDEACM TMP. As shown in FIG. 23, it was revealed that mDcNVOC TMP does not absorb light with a wavelength of 445 nm, but mDcDEACM TMP can absorb light with a wavelength of 445 nm .
[実験例21]
(光照射による局在化誘導7)
K6-DSを発現させたHeLa細胞(以下、「K6-DS発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmDcDEACMTMPを添加した。続いて、mDcDEACMTMPの添加から5分後に細胞を洗浄した。続いて、波長445nmの光を2.6秒間照射し、mScarlet Iの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。
[Experimental Example 21]
(Light-induced localization 7)
To the medium of HeLa cells expressing K6-DS (hereinafter sometimes referred to as "K6-DS expressing cells"), mDcDEACM TMP was added to a final concentration of 10 μM. Then, 5 minutes after the addition of mDcDEACM TMP, the cells were washed. Then, the cells were irradiated with light having a wavelength of 445 nm for 2.6 seconds, and the fluorescence of mScarlet I was observed with a confocal laser microscope.
図24(a)及び(b)は、mDcDEACMTMPを添加したK6-DS発現細胞の共焦点レーザー顕微鏡写真である。図24(a)は、光照射前のK6-DS発現細胞の写真である。また、図24(b)は、光照射後のK6-DS発現細胞の写真である。 24(a) and (b) are confocal laser microscope photographs of K6-DS expressing cells to which mDcDEACM TMP was added. Fig. 24(a) is a photograph of the K6-DS expressing cells before light irradiation. Fig. 24(b) is a photograph of the K6-DS expressing cells after light irradiation.
その結果、mDcDEACMTMPを添加したK6-DS発現細胞では、波長445nmの光を照射することにより、タグタンパク質の局在化を誘導することができることが明らかとなった。 As a result, it was revealed that in K6 -DS expressing cells to which mDcDEACM TMP had been added, localization of the tagged protein could be induced by irradiation with light having a wavelength of 445 nm.
また、図24(c)は、mDcNVOCTMPを添加したK6-DS発現細胞に波長405nm又は445nmの光を照射した後、タグタンパク質の局在移行効率を測定した結果を示すグラフである。 FIG. 24(c) is a graph showing the results of measuring the localization efficiency of the tagged protein after irradiating K6-DS expressing cells containing mDcNVOC TMP with light having a wavelength of 405 nm or 445 nm.
また、図24(d)は、mDcDEACMTMPを添加したK6-DS発現細胞に波長405nm又は445nmの光を照射した後、タグタンパク質の局在移行効率を測定した結果を示すグラフである。 FIG. 24(d) is a graph showing the results of measuring the localization efficiency of tagged proteins after irradiating K6-DS expressing cells containing mDcDEACM TMP with light having a wavelength of 405 nm or 445 nm.
図24(c)、(d)中、グラフの横軸はレーザー出力の強度(%)を示し、グラフの縦軸は下記式(F1)により算出した局在移行効率を示す。
局在移行効率=1-(実験開始5分後における細胞質の蛍光強度/実験開始時(0分)における細胞質の蛍光強度) …(F1)
In Figures 24(c) and (d), the horizontal axis of the graph represents the intensity (%) of the laser output, and the vertical axis of the graph represents the localization transfer efficiency calculated by the following formula (F1).
Localization efficiency=1−(fluorescence intensity in the
その結果、mDcNVOCTMPを添加したK6-DS発現細胞では、405nmの光照射によりタグタンパク質が細胞膜に局在するが、445nmの光照射では、タグタンパク質の局在がほとんど変化しないことが明らかとなった。一方、mDcDEACMTMPを添加したK6-DS発現細胞では、405nmの光照射でも、445nmの光照射でも、タグタンパク質が細胞膜に局在することが明らかとなった。 As a result, it was revealed that in K6-DS expressing cells containing mDcNVOC TMP , the tagged protein was localized to the cell membrane by irradiation with 405 nm light, but the localization of the tagged protein was hardly changed by irradiation with 445 nm light. On the other hand, it was revealed that in K6-DS expressing cells containing mDcDEACM TMP , the tagged protein was localized to the cell membrane by both irradiation with 405 nm light and 445 nm light.
以上の結果から、吸収波長の異なる光分解性保護基を有する化合物を使用し、照射する光の波長を制御することにより、タグタンパク質の局在化誘導を制御することが可能であることが明らかとなった。 These results demonstrate that it is possible to control the induction of localization of tagged proteins by using compounds with photodegradable protecting groups with different absorption wavelengths and controlling the wavelength of the irradiated light.
[実験例22]
(対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞の作製)
ゲノム編集により、HeLa細胞のcRaf遺伝子座に、タグタンパク質をコードする遺伝子断片をノックインし、対象タンパク質(cRaf)とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞を作製した。
[Experimental Example 22]
(Preparation of cells expressing a fusion protein of a target protein and a tag protein)
By using genome editing, a gene fragment encoding a tag protein was knocked into the cRaf locus of HeLa cells, and cells expressing a fusion protein of the target protein (cRaf) and the tag protein were generated.
《Casタンパク質及びガイドRNAの発現ベクターの作製》
まず、CMVエンハンサー及びトリβアクチンプロモーターで発現制御されている野生型Cas9発現カセットを含むベクター(pX459:pSpCas9(BB)-2A-Puro V2.0)を準備した。pX459ベクターは、5’側から3’側に向かって、U6プロモーター、2つのBbsI認識サイト、トレーサーRNA配列がこの順に配置された発現カセットを有している。
<<Preparation of expression vectors for Cas proteins and guide RNAs>>
First, a vector (pX459: pSpCas9(BB)-2A-Puro V2.0) containing a wild-type Cas9 expression cassette whose expression is controlled by a CMV enhancer and an avian β-actin promoter was prepared. The pX459 vector has an expression cassette in which, from the 5' to the 3' side, a U6 promoter, two BbsI recognition sites, and a tracer RNA sequence are arranged in this order.
続いて、pX459ベクターをBbsIで切断し、ガイドRNAの標的配列を含む2本鎖DNAを組み込み、Casタンパク質及びガイドRNAを発現する発現ベクターを得た。上記の2本鎖DNAは、2つの1本鎖DNAをアニールさせて作製した。ガイドRNAの標的配列の塩基配列を配列番号14に示す。この標的配列は、cRaf遺伝子の終止コドンのコード領域周辺を認識する。 Then, the pX459 vector was cleaved with BbsI, and a double-stranded DNA containing the target sequence of the guide RNA was inserted to obtain an expression vector that expresses the Cas protein and the guide RNA. The above double-stranded DNA was produced by annealing two single-stranded DNAs. The base sequence of the target sequence of the guide RNA is shown in SEQ ID NO: 14. This target sequence recognizes the area surrounding the coding region of the stop codon of the cRaf gene.
《ドナーベクターの作製》
図25(a)は、作製したドナーベクターの構造を示す模式図である。ドナーベクターは、5’側から3’側に向かって、第1の組換えアーム(L.arm、切断箇所より上流の700bpに相当する塩基配列)、挿入カセット、第2の組換えアーム(R.arm、切断箇所より下流の700bpに相当する塩基配列)をこの順に有していた。
<<Construction of donor vector>>
25(a) is a schematic diagram showing the structure of the prepared donor vector. The donor vector had, from the 5' to 3' end, a first recombination arm (L.arm, a base sequence corresponding to 700 bp upstream from the cleavage site), an insertion cassette, and a second recombination arm (R.arm, a base sequence corresponding to 700 bp downstream from the cleavage site), in this order.
挿入カセットは、5’側から3’側に向かって、蛍光タンパク質mClover3をコードする塩基配列、タグタンパク質であるeDHFR(69K6)をコードする塩基配列、HAタグの3回繰り返し配列をコードする塩基配列、リボソームスキッピングを誘導するP2A配列、細胞選択マーカーであるネオマイシン耐性遺伝子をこの順に有していた。 The insertion cassette contained, in order from the 5' to the 3' end, a base sequence encoding the fluorescent protein mClover3, a base sequence encoding the tag protein eDHFR (69K6), a base sequence encoding a triple repeat sequence of the HA tag, a P2A sequence that induces ribosome skipping, and a neomycin resistance gene that is a cell selection marker.
eDHFR(69K6)は、eDHFRの内部にリジン残基が6個連続したアミノ酸配列を含むタグタンパク質である。eDHFR(69K6)のアミノ酸配列を配列番号15に示す。配列番号16に、ドナーベクターにおける、第1の組換えアーム、挿入カセット、第2の組換えアームの塩基配列を示す。 eDHFR (69K6) is a tag protein that contains an amino acid sequence of six consecutive lysine residues inside eDHFR. The amino acid sequence of eDHFR (69K6) is shown in SEQ ID NO: 15. SEQ ID NO: 16 shows the base sequences of the first recombination arm, the insertion cassette, and the second recombination arm in the donor vector.
図25(b)は、目的通りに挿入カセットがノックインされた細胞のゲノムDNAの構造を示す模式図である。図25(c)に示すように、この細胞は、cRaf、mClover3、eDHFR(69K6)、HAタグの3回繰り返し配列がこの順に連結した融合タンパク質を発現する。 Figure 25(b) is a schematic diagram showing the structure of the genomic DNA of a cell in which the insertion cassette was knocked in as intended. As shown in Figure 25(c), this cell expresses a fusion protein in which three repeats of cRaf, mClover3, eDHFR (69K6), and the HA tag are linked in this order.
《ゲノム編集》
HeLa細胞を24ウェルプレートに播種し、ポリエチレンイミン「Max」(ポリサイエンス社)を使用して、Casタンパク質及びガイドRNAの発現ベクター1μgと、ドナーベクター50ngを導入した。トランスフェクションの3日後、細胞を60mmディッシュに播種し、1mg/mLのG418で7日間以上処理した。続いて、限界希釈法により、G418で選択した細胞を単離した。
Genome editing
HeLa cells were seeded in a 24-well plate, and 1 μg of expression vectors for Cas protein and guide RNA and 50 ng of donor vector were introduced using polyethyleneimine "Max" (Polysciences). Three days after transfection, the cells were seeded in a 60 mm dish and treated with 1 mg/mL G418 for 7 days or more. Subsequently, cells selected with G418 were isolated by limiting dilution.
続いて、単離した細胞のゲノムDNAを抽出し、PCR増幅により分析した。図26(a)は代表的なPCRの結果を示すアガロース電気泳動の写真及びゲノムDNAの構造を示す模式図である。図26(a)に示すように、目的のゲノム編集が生じたクローンでは3,837bpの増幅断片が得られ、野生型のクローンでは1,597bpの増幅断片が得られる。 Next, genomic DNA from the isolated cells was extracted and analyzed by PCR amplification. Figure 26(a) shows a photograph of agarose electrophoresis showing a representative PCR result and a schematic diagram showing the structure of genomic DNA. As shown in Figure 26(a), an amplified fragment of 3,837 bp was obtained from the clone in which the desired genome editing had occurred, and an amplified fragment of 1,597 bp was obtained from the wild-type clone.
続いて、単離した細胞を抗cRaf抗体及び抗HA抗体を用いたウエスタンブロッティングに供し、融合タンパク質の発現を検討した。図26(b)は代表的なウエスタンブロッティングの結果を示す写真及び融合タンパク質の構造を示す模式図である。図26(b)に示すように、目的のゲノム編集が生じたクローンは126kDaの融合タンパク質を発現し、野生型のクローンは73kDaのcRafを発現する。その結果、目的のゲノム編集が生じたクローンが得られたことが確認された。 The isolated cells were then subjected to Western blotting using anti-cRaf and anti-HA antibodies to examine the expression of the fusion protein. Figure 26(b) shows a photograph showing a representative Western blotting result and a schematic diagram showing the structure of the fusion protein. As shown in Figure 26(b), the clone in which the desired genome editing had occurred expresses a 126 kDa fusion protein, while the wild-type clone expresses a 73 kDa cRaf. As a result, it was confirmed that a clone in which the desired genome editing had occurred was obtained.
[実験例23]
(mDcTMPを用いた細胞内在性タンパク質の制御1)
mDcTMPを用いて細胞内在性タンパク質を制御した。細胞として、実験例22で作製した細胞を使用した。上述したように、この細胞は、cRaf、mClover3、eDHFR(69K6)、HAタグの3回繰り返し配列がこの順に連結した融合タンパク質(以下、「cRaf-GDiK6」という場合がある。)を発現する。図27(a)は、cRaf-GDiK6の構造を示す模式図である。
[Experimental Example 23]
(Control of intracellular proteins using mDcTMP 1)
Intracellular proteins were controlled using mDcTMP . The cells used were those prepared in Experimental Example 22. As described above, these cells express a fusion protein in which three repeats of cRaf, mClover3, eDHFR (69K6), and HA tag are linked in this order (hereinafter, sometimes referred to as "cRaf-GDiK6"). Figure 27(a) is a schematic diagram showing the structure of cRaf-GDiK6.
また、実験例11で使用したmCherryとERKの融合タンパク質(mCherry-ERK)の発現ベクターを用意した。図27(b)は、mCherry-ERKの構造を示す模式図である。mCherry-ERKのアミノ酸配列を配列番号10に示す。続いて、cRaf-GDiK6をゲノムにコードするHeLa細胞に、mCherry-ERKを発現させた。 An expression vector for the mCherry and ERK fusion protein (mCherry-ERK) used in Experimental Example 11 was also prepared. Figure 27(b) is a schematic diagram showing the structure of mCherry-ERK. The amino acid sequence of mCherry-ERK is shown in SEQ ID NO: 10. Next, mCherry-ERK was expressed in HeLa cells encoding cRaf-GDiK6 in the genome.
続いて、cRaf-GDiK6及びmCherry-ERKを発現するHeLa細胞(以下、「cRaf-GDiK6及びmCherry-ERK発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度5μMとなるようにmDcTMPを添加した。続いて、mClover3の蛍光及びmCherryの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 Next, mDcTMP was added to the medium of HeLa cells expressing cRaf-GDiK6 and mCherry-ERK (hereinafter, sometimes referred to as "cRaf-GDiK6 and mCherry-ERK expressing cells") to a final concentration of 5 μM. Then, the fluorescence of mClover3 and the fluorescence of mCherry were observed using a confocal laser microscope.
図28(a)~(d)は、代表的な共焦点レーザー顕微鏡写真である。図28(a)及び(c)は、mDcTMPの添加前のcRaf-GDiK6及びmCherry-ERK発現細胞の写真である。また、図28(b)及び(d)は、mDcTMPの添加から10分後に撮影したcRaf-GDiK6及びmCherry-ERK発現細胞の写真である。 Figures 28(a) to (d) are representative confocal laser microscope photographs. Figures 28(a) and (c) are photographs of cRaf-GDiK6- and mCherry-ERK-expressing cells before the addition of mD- cTMP. Figures 28(b) and (d) are photographs of cRaf-GDiK6- and mCherry-ERK-expressing cells taken 10 minutes after the addition of mD- cTMP.
また、図28(a)及び(b)は、cRaf-GDiK6のmClover3の蛍光を観察した結果であり、図28(c)~(d)は、mCherry-ERKのmCherryの蛍光を観察した結果である。 Figures 28(a) and (b) show the results of observing the fluorescence of mClover3 in cRaf-GDiK6, and Figures 28(c) to (d) show the results of observing the fluorescence of mCherry in mCherry-ERK.
cRafを細胞膜に局在させると、MEKを活性化し、更にERKを活性化することができる。ERKは、不活性状態では細胞質に局在するが、活性化すると核内に移行する。 When cRaf is localized to the cell membrane, it can activate MEK, which in turn activates ERK. ERK is localized in the cytoplasm in the inactive state, but translocates into the nucleus when activated.
mClover3の蛍光を観察することにより、cRaf-GDiK6の局在を検出することができる。また、mCherryの蛍光を観察することにより、mCherry-ERKの局在を検出することができる。 By observing the fluorescence of mClover3, the localization of cRaf-GDiK6 can be detected. In addition, by observing the fluorescence of mCherry, the localization of mCherry-ERK can be detected.
その結果、mDcTMPの添加から10分後に、cRaf-GDiK6が細胞膜に局在し、mCherry-ERKが核内に移行したことが明らかとなった。この結果は、mDcTMPを用いてゲノムにコードされた対象タンパク質及び細胞内シグナルを制御することができることを示す。
As a result, it was revealed that cRaf-GDiK6 was localized to the cell membrane and mCherry-ERK was translocated into the
図29は、上記の共焦点レーザー顕微鏡観察を複数の細胞について実施した結果を数値化したグラフである(n≧4)。また、比較のために、mDcTMPの代わりに上皮成長因子(EGF)を終濃度50ng/mLとなるように添加した、cRaf-GDiK6及びmCherry-ERK発現細胞、及び、mDcTMPの代わりにジメチルスルホキシド(DMSO)を終濃度0.05%となるように添加した、cRaf-GDiK6及びmCherry-ERK発現細胞についても同様の解析を行った(n≧4)。 29 is a graph showing the numerical results of the above-mentioned confocal laser microscope observation performed on a plurality of cells (n≧4). For comparison, similar analysis was performed on cRaf-GDiK6 and mCherry-ERK expressing cells to which epidermal growth factor (EGF) was added instead of mD- cTMP to a final concentration of 50 ng/mL, and on cRaf-GDiK6 and mCherry-ERK expressing cells to which dimethyl sulfoxide (DMSO) was added instead of mD -cTMP to a final concentration of 0.05% (n≧4).
図29中、「Normalized nucleus/cytoplasm ratio of mCherry-ERK」はmCherryの蛍光強度の核/細胞質比を標準化した値であることを示す。 In Figure 29, "Normalized nucleus/cytoplasm ratio of mCherry-ERK" indicates the normalized nuclear/cytoplasmic ratio of mCherry fluorescence intensity.
[実験例24]
(mDcTMPを用いた細胞内在性タンパク質の制御2)
mDcTMPを用いて細胞内在性タンパク質を制御した。細胞として、実験例22で作製した、cRaf-GDiK6をゲノムにコードするHeLa細胞を使用した。
[Experimental Example 24]
(Control of intracellular proteins using mDcTMP 2)
Intracellular proteins were regulated using mDcTMP . HeLa cells encoding cRaf-GDiK6 in the genome, as prepared in Experimental Example 22, were used.
まず、cRaf-GDiK6をゲノムにコードするHeLa細胞の培地に、mDcTMP(終濃度5μM)、EGF(終濃度50ng/mL)又はDMSO(終濃度0.05%)を添加し、5分間又は15分間インキュベートした。
First, mDcTMP (
また、比較のために、ゲノム編集操作を行っていない野生型のHeLa細胞の培地に、mDcTMP(終濃度5μM)又はEGF(終濃度50ng/mL)を添加し、5分間又は15分間インキュベートした。
For comparison, mDcTMP (
続いて、各細胞から細胞抽出物を調製し、総cRaf、活性化されたcRaf(リン酸化cRaf)、総ERK、活性化されたERK(リン酸化ERK)、グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ(GAPDH)及びβ-チューブリンのレベルをウエスタンブロッティングにより解析した。 Next, cell extracts were prepared from each cell line, and the levels of total cRaf, activated cRaf (phosphorylated cRaf), total ERK, activated ERK (phosphorylated ERK), glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH), and β-tubulin were analyzed by Western blotting.
図30はウエスタンブロッティングの結果を示すグラフである。図30中、「KI clone #5」はcRaf-GDiK6をゲノムにコードするHeLa細胞(クローン5)の結果であることを示し、「Intact HeLa cells」はゲノム編集操作を行っていない野生型のHeLa細胞結果であることを示し、「pcRaf」はリン酸化cRafを検出した結果であることを示し、「pERK1/2」はリン酸化ERK1/2を検出した結果であることを示す。また、「+」は添加したことを示し、「-」は添加しなかったことを示す。
Figure 30 is a graph showing the results of Western blotting. In Figure 30, "
また、図31は、3回の独立した実験結果に基づいて、各細胞抽出物中の総cRafレベルに対して正規化された、相対的なリン酸化cRafレベル(pcRaf/Raf)、及び、総ERKレベルに対して正規化された、相対的なリン酸化ERKレベル(pERK/ERK)を示す。 Figure 31 also shows the relative phosphorylated cRaf levels (pcRaf/Raf) normalized to the total cRaf levels in each cell extract, and the relative phosphorylated ERK levels (pERK/ERK) normalized to the total ERK levels, based on the results of three independent experiments.
図31中、「Clone #5」は、cRaf-GDiK6をゲノムにコードするHeLa細胞(クローン5)の結果であることを示し、「Intact HeLa cells」はゲノム編集操作を行っていない野生型のHeLa細胞の結果であることを示す。また、「+」は添加したことを示し、「-」は添加しなかったことを示す。
In Figure 31, "
その結果、cRaf-GDiK6をゲノムにコードするHeLa細胞では、mDcTMPの添加から5分後及び15分後に、cRaf-GDiK6及びERKがリン酸化されたことが明らかとなった。この結果は、mDcTMPを用いて内在性の対象タンパク質とその下流シグナルタンパク質を制御することができることを示す。 As a result, it was revealed that cRaf-GDiK6 and ERK were phosphorylated 5 and 15 minutes after addition of mDcTMP in HeLa cells encoding cRaf-GDiK6 in the genome. This result indicates that endogenous target proteins and their downstream signaling proteins can be regulated by mDcTMP .
本発明によれば、対象タンパク質を細胞膜又はゴルジ体に局在化させる新たな技術を提供することができる。 The present invention provides a new technology for localizing a target protein to the cell membrane or Golgi apparatus.
Claims (25)
前記細胞の細胞内に、請求項4に記載の局在化剤であって、前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基である局在化剤を導入し、その結果、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タグタンパク質とが結合し、前記タグタンパク質が前記対象タンパク質と共に細胞膜又はゴルジ体に局在する工程(a)を含み、
前記細胞は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞である、方法。 A method for controlling intracellular localization of a target protein, comprising:
The method includes the step (a) of introducing into the cell a localization agent according to claim 4, wherein the R1 is a group that functions as a ligand for the tagged protein, so that the group that functions as a ligand of the localization agent binds to the tagged protein, and the tagged protein is localized to a cell membrane or a Golgi apparatus together with the target protein;
The method, wherein the cell is a cell that expresses a fusion protein of the target protein and the tag protein.
前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、細胞膜又はゴルジ体に局在した前記タグタンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記対象タンパク質が細胞膜又はゴルジ体から移動する、請求項5に記載の方法。 The method further comprises, after the step (a), a step (b) of introducing a ligand for the tagged protein into the cell,
The method according to claim 5, wherein in step (b), the group functioning as a ligand competes with the ligand, and the ligand replaces the group functioning as a ligand in at least a portion of the tagged protein localized in the cell membrane or the Golgi apparatus, resulting in the target protein being translocated from the cell membrane or the Golgi apparatus.
前記細胞の細胞内に、請求項4に記載の局在化剤であって、前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合した基である局在化剤を導入する工程(a1)と、
前記工程(a1)の後に前記細胞に光を照射し、その結果、前記局在化剤から前記光分解性保護基が脱離し、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タグタンパク質とが結合し、前記タグタンパク質が前記対象タンパク質と共に細胞膜又はゴルジ体に局在する工程(a2)と、を含み、
前記細胞は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞である、方法。 A method for controlling intracellular localization of a target protein, comprising:
A step (a1) of introducing into the cell the localization agent according to claim 4, wherein the R 1 is a group in which a photolabile protecting group is further bonded to a group that functions as a ligand for the tagged protein;
and step (a2) of irradiating the cell with light after step (a1), thereby causing the photolabile protecting group to be cleaved from the localization agent, causing the group of the localization agent that functions as a ligand to bind to the tagged protein, and causing the tagged protein to localize together with the target protein in a cell membrane or a Golgi apparatus,
The method, wherein the cell is a cell that expresses a fusion protein of the target protein and the tag protein.
前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、細胞膜又はゴルジ体に局在した前記タグタンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記対象タンパク質が細胞膜又はゴルジ体から移動する、請求項7に記載の方法。 The method further comprises, after the step (a2), a step (b) of introducing a ligand for the tagged protein into the cell,
The method according to claim 7, wherein in step (b), the group functioning as a ligand competes with the ligand, and the ligand replaces the group functioning as a ligand in at least a portion of the tagged protein localized in the cell membrane or the Golgi apparatus, resulting in the target protein being translocated from the cell membrane or the Golgi apparatus.
前記細胞が、前記対象タンパク質をコードする遺伝子座に、前記タグタンパク質をコードする遺伝子断片をノックインした細胞である、請求項5~10のいずれか一項に記載の方法。 the protein of interest is an endogenous protein,
The method according to any one of claims 5 to 10, wherein the cell is a cell in which a gene fragment encoding the tag protein has been knocked in to a gene locus encoding the target protein.
前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクター、又は、 前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質作製用ベクターを更に含む、請求項12に記載のキット。 A cell expressing a fusion protein of a target protein and the tag protein;
The kit according to claim 12 , further comprising: an expression vector for a fusion protein of the target protein and the tag protein; or a vector for producing a fusion protein of the target protein and the tag protein.
前記細胞の細胞内に、請求項18に記載の局在化剤であって、前記R19. The localization agent of claim 18, wherein the R 11 が前記タンパク質のリガンドとして機能する基である局在化剤を導入し、その結果、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タンパク質とが結合し、前記タンパク質が細胞膜又はゴルジ体に局在する工程(a)を含む、方法。a step (a) of introducing a localization agent, the group of the localization agent which functions as a ligand for the protein, such that the group which functions as a ligand of the localization agent binds to the protein and the protein is localized to a cell membrane or a Golgi apparatus.
前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、細胞膜又はゴルジ体に局在した前記タンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記タンパク質が細胞膜又はゴルジ体から移動する、請求項19に記載の方法。The method according to claim 19, wherein in step (b), the group functioning as a ligand competes with the ligand, and the ligand displaces the group functioning as a ligand in at least a portion of the protein localized in the cell membrane or the Golgi apparatus, resulting in the protein being translocated from the cell membrane or the Golgi apparatus.
前記細胞の細胞内に、請求項18に記載の局在化剤であって、前記R19. The localization agent of claim 18, wherein the R 11 が前記タンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合した基である局在化剤を導入する工程(a1)と、a step (a1) of introducing a localization agent which is a group having a photolabile protecting group further bonded to a group which functions as a ligand for the protein;
前記工程(a1)の後に前記細胞に光を照射し、その結果、前記局在化剤から前記光分解性保護基が脱離し、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タンパク質とが結合し、前記タンパク質が細胞膜又はゴルジ体に局在する工程(a2)と、を含む、方法。and step (a2) of irradiating the cell with light after step (a1), such that the photolabile protecting group is cleaved from the localization agent, the group of the localization agent that functions as a ligand is bound to the protein, and the protein is localized to the cell membrane or Golgi apparatus.
前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、細胞膜又はゴルジ体に局在した前記タンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記タンパク質が細胞膜又はゴルジ体から移動する、請求項21に記載の方法。The method according to claim 21, wherein in step (b), the group functioning as a ligand competes with the ligand, and the ligand displaces the group functioning as a ligand in at least a portion of the protein localized in the cell membrane or the Golgi apparatus, resulting in the protein being translocated from the cell membrane or the Golgi apparatus.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022037654A (en) * | 2020-08-25 | 2022-03-09 | 国立大学法人 名古屋工業大学 | Compound localized in golgi body, and use of the same |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114213283B (en) * | 2022-01-04 | 2023-06-02 | 攀枝花学院 | Method for preparing [2-[1-(Fmoc-amino)ethoxy]ethoxy]acetic acid in one pot |
| AU2023317702A1 (en) * | 2022-08-01 | 2025-01-09 | BioNTech SE | Nucleic acid compositions comprising amphiphilic oligo ethylene glycol (oeg)-conjugated compounds and methods of using such compounds and compositions |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007132555A1 (en) | 2006-05-11 | 2007-11-22 | The University Of Tokyo | Cell membrane-permeable peptide and utilization of the same in cell |
-
2020
- 2020-02-26 JP JP2020030868A patent/JP7478412B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007132555A1 (en) | 2006-05-11 | 2007-11-22 | The University Of Tokyo | Cell membrane-permeable peptide and utilization of the same in cell |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Andrew K. Rudd et al.,SNAP-Tag-Reactive Lipid Anchors Enable Targeted and Spatiotemporally Controlled Localization of Proteins to Phospholipid Membranes,Journal of the American Chemical Society ,2015年,137 (15),4884-4887 |
| Ishida, Manabu et al.,Synthetic Self-Localizing Ligands That Control the Spatial Location of Proteins in Living Cells,Journal of the American Chemical Society ,2013年,135(34),12684-12689 |
| Tsukiji, Shinya,Small-molecular ligands that manipulate the intracellular location of protein,Yakugaku Zasshi ,2016年,136(1),9-16 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022037654A (en) * | 2020-08-25 | 2022-03-09 | 国立大学法人 名古屋工業大学 | Compound localized in golgi body, and use of the same |
| JP7716729B2 (en) | 2020-08-25 | 2025-08-01 | 国立大学法人 名古屋工業大学 | Golgi apparatus-localized compounds and uses thereof |
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