JP7613726B2 - Method for producing peptides and cAMP indicators - Google Patents
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Description
本発明は、cAMPの動的挙動をリアルタイムイメージングするためのcAMP指示薬及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a cAMP indicator for real-time imaging of the dynamic behavior of cAMP and a method for producing the same.
多くのホルモンや神経伝達物質は、Gタンパク質共役型受容体に働き、細胞内セカンドメッセンジャーを介して様々な細胞活動を引き起こしている。セカンドメッセンジャーは細胞表面で受け取ったシグナルを中継する分子である。細胞表面の受容体には、タンパク質ホルモン、成長因子等が到達するが、セカンドメッセンジャーがそれを受けて細胞質又は核内の分子に作用する。セカンド・メッセンジャーはシグナルを中継するだけでなく、シグナルを増幅する役目も果たしている。 Many hormones and neurotransmitters act on G protein-coupled receptors, triggering various cellular activities via intracellular second messengers. Second messengers are molecules that relay signals received on the cell surface. Protein hormones, growth factors, etc. reach receptors on the cell surface, and the second messengers receive them and act on molecules in the cytoplasm or nucleus. Second messengers not only relay signals, but also amplify them.
代表的なセカンドメッセンジャーにサイクリックAMP(以下cAMPと記載することがある。)、サイクリックGMP(以下cGMPと記載することがある。)、イノシトールリン酸、ジアシルグリセロール、カルシウムイオン等がある。Gタンパク質共役型受容体では、レセプターと結合するGタンパク質の違いにより、異なるセカンドメッセンジャーが産生される。例えばGsタンパク質と共役する受容体(アドレナリンβ受容体やグルカゴン受容体等)ではアデニル酸シクラーゼが活性化されcAMPが生成される。 Typical second messengers include cyclic AMP (hereinafter sometimes referred to as cAMP), cyclic GMP (hereinafter sometimes referred to as cGMP), inositol phosphate, diacylglycerol, calcium ions, etc. In G protein-coupled receptors, different second messengers are produced depending on the G protein that binds to the receptor. For example, in receptors that couple with Gs proteins (such as the beta-adrenergic receptor and glucagon receptor), adenylate cyclase is activated and cAMP is produced.
これまでの遺伝子発現型cAMP指示薬として基礎研究レベルで報告されているものとして、R-FlincA(RedFluorescentindicatorforcAMP)、Pink-Flamindo、Flamindo2、CAMPr、ICUE、EPAC-S、EPAC-cAMP等がある。市販品として入手可能なものとしてcADDisがある。 Genetic expression-type cAMP indicators that have been reported at the basic research level include R-FlincA (Red Fluorescent indicator for cAMP), Pink-Flamindo, Flamindo2, CAMPr, ICUE, EPAC-S, and EPAC-cAMP. One commercially available product is cADDis.
R-FlincAは、蛍光タンパク質mAppleを用いた高感度赤色蛍光cAMP指示薬であり、低濃度のcAMP結合によりその明るさが増光するR-FlincAを利用することで低濃度cAMP動態の検出を可能とする(非特許文献1)。 R-FlincA is a highly sensitive red fluorescent cAMP indicator that uses the fluorescent protein mApple. By using R-FlincA, whose brightness increases upon binding to low concentrations of cAMP, it is possible to detect the dynamics of low concentrations of cAMP (Non-Patent Document 1).
Flamindo2は緑色蛍光タンパク質を基盤としたcAMPセンサーである。これは単色輝度変化型センサーと呼ばれ、分割された蛍光タンパク質の間に標的分子の結合部位が連結された構造をしており、標的分子が結合すると蛍光タンパク質の構造が変化し、蛍光強度が変化すると考えられている(非特許文献2)。 Flamindo2 is a cAMP sensor based on green fluorescent protein. It is called a monochromatic brightness change sensor, and has a structure in which the binding site for the target molecule is linked between the divided fluorescent protein. It is thought that when the target molecule binds, the structure of the fluorescent protein changes, causing a change in the fluorescence intensity (Non-Patent Document 2).
cAMPは多様な生理機能の調節に関与しており、例えば膵β細胞では細胞内のcAMP濃度上昇によってインスリン分泌が促進され、脳の海馬の神経細胞ではcAMP濃度上昇が記憶学習反応を引き起こす。これらさまざまな生理機能のおけるcAMPの細胞内動態を解析するためには特異性の高い指示薬が必要である。 cAMP is involved in regulating a variety of physiological functions; for example, in pancreatic β cells, an increase in intracellular cAMP concentration promotes insulin secretion, and in neurons in the hippocampus of the brain, an increase in cAMP concentration induces a memory learning response. A highly specific indicator is needed to analyze the intracellular dynamics of cAMP in these various physiological functions.
しかしながらcGMPよりもcAMPに対して特異性の高い指示薬で十分な反応変化幅を持つものは開発されていない。 However, no indicator with a sufficient range of reaction change has been developed that is more specific to cAMP than to cGMP.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、特異性の高いcAMP指示薬及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide a highly specific cAMP indicator and a method for producing the same.
本発明にかかるcAMP指示薬は、細胞内のcAMPの動的挙動を緑色励起光によってリアルタイムイメージングするためのcAMP指示薬であって、配列番号1記載のアミノ酸配列を有することを特徴とする。 The cAMP indicator of the present invention is a cAMP indicator for real-time imaging of the dynamic behavior of cAMP in cells using green excitation light, and is characterized by having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:1.
また本発明にかかるcAMP指示薬は、細胞内のcAMPの動的挙動を紫色励起光によってリアルタイムイメージングするためのcAMP指示薬であって、配列番号2記載のアミノ酸配列を有することを特徴とする。 The cAMP indicator of the present invention is a cAMP indicator for real-time imaging of the dynamic behavior of cAMP in cells using violet excitation light, and is characterized by having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:2.
本発明にかかるcAMP指示薬の製造方法は、配列番号3記載のDNA配列を有するベクターを使用することによりこのDNAを細胞導入する工程を有することを特徴とする。 The method for producing a cAMP indicator according to the present invention is characterized by comprising a step of introducing DNA into cells using a vector having the DNA sequence set forth in SEQ ID NO:3.
本発明にかかるcAMP指示薬の製造方法は、配列番号4記載のDNA配列を有するベクターを使用することによりこのDNAを細胞導入する工程を有することを特徴とする。 The method for producing a cAMP indicator according to the present invention is characterized by comprising a step of introducing DNA into cells by using a vector having the DNA sequence set forth in SEQ ID NO:4.
本発明によれば、特異性の高いcAMP指示薬が得られる。 The present invention provides a highly specific cAMP indicator.
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明するが、当該実施形態は本発明の原理の理解を容易にするためのものであり、本発明の範囲は、下記の実施形態に限られるものではなく、当業者が以下の実施形態の構成を適宜置換した他の実施形態も、本発明の範囲に含まれる。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the attached drawings. However, this embodiment is intended to facilitate understanding of the principles of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following embodiment. Other embodiments in which a person skilled in the art appropriately replaces the configuration of the following embodiment are also included in the scope of the present invention.
本発明者は、大腸菌cAMP receptor proteinのcAMP結合ドメインを利用したcAMP指示薬をベースにcAMP/cGMP比を確認しつつスクリーニングを進めることで、cAMP特異性の高いcAMP指示薬を見出し、かかる事実に基づいて本発明を完成させた。本発明にかかるcAMP指示薬をCarviと称することがある。そして緑色励起光によってイメージングができるCarviをgCarviと称することがある。紫色励起光によってイメージングができるCarviをgvCarviと称することがある。 The inventors conducted screening while checking the cAMP/cGMP ratio based on a cAMP indicator that utilizes the cAMP binding domain of the E. coli cAMP receptor protein, and discovered a cAMP indicator with high cAMP specificity, completing the present invention based on this fact. The cAMP indicator of the present invention is sometimes called Carvi. Carvi that can be imaged with green excitation light is sometimes called gCarvi. Carvi that can be imaged with violet excitation light is sometimes called gvCarvi.
本発明にかかるcAMP指示薬(gCarvi)は、配列番号1記載のアミノ酸配列を有することを特徴とする。 The cAMP indicator (gCarvi) of the present invention is characterized by having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:1.
本発明にかかるcAMP指示薬(gCarvi)は、配列番号1で表されるアミノ配列と90%以上の同一性の配列を有することを特徴とする。90%以上の同一性を有するアミノ酸配列の変異の場合タンパク質の機能の同一性が阻害されない場合があるからである。 The cAMP indicator (gCarvi) of the present invention is characterized by having a sequence that is 90% or more identical to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. This is because mutations in an amino acid sequence that is 90% or more identical may not inhibit the functional identity of the protein.
本発明にかかるcAMP指示薬(gCarvi)は、配列番号1で表されるアミノ配列において1又は複数個のアミノ酸の置換、欠損、挿入又は付加された配列を有することを特徴とする。1又は複数個のアミノ酸配列の変異の場合タンパク質の機能の同一性が阻害されない場合があるからである。 The cAMP indicator (gCarvi) of the present invention is characterized in that it has a sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO:1. This is because the identity of the protein's function may not be inhibited in the case of mutations in one or more amino acid sequences.
緑色励起光の波長は、特に限定されるものではないが、例えば490~550nmである。 The wavelength of the green excitation light is not particularly limited, but is, for example, 490 to 550 nm.
本発明にかかるcAMP指示薬(gvCarvi)は、配列番号2記載のアミノ酸配列を有することを特徴とする。 The cAMP indicator (gvCarvi) of the present invention is characterized by having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:2.
本発明にかかるcAMP指示薬(gvCarvi)は、配列番号2で表されるアミノ配列と90%以上の同一性の配列を有することを特徴とする。 The cAMP indicator (gvCarvi) of the present invention is characterized by having a sequence that is 90% or more identical to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO:2.
本発明にかかるcAMP指示薬(gvCarvi)は、配列番号2で表されるアミノ配列において1又は複数個のアミノ酸の置換、欠損、挿入又は付加された配列を有することを特徴とする。 The cAMP indicator (gvCarvi) of the present invention is characterized in that it has an amino acid sequence represented by SEQ ID NO:2 in which one or more amino acids have been substituted, deleted, inserted or added.
紫色励起光の波長は、特に限定されるものではないが、例えば380~430nmである。 The wavelength of the violet excitation light is not particularly limited, but is, for example, 380 to 430 nm.
cAMPの動的挙動を観察する対象となる細胞は、特に限定されるものではないが、例えば神経細胞である。神経細胞は、特に限定されるものではないが、例えば大脳皮質(大脳新皮質、海馬等の大脳辺縁系皮質等)、間脳(視床、視床下部、大脳基底核等)、小脳、橋、延髄及び脊髄等の中枢神経系、又は体表、深部組織及び内臓器官等に分布する末梢神経系に例示される神経系を構成する組織又は器官における神経細胞であり、好ましくは海馬神経細胞である。 The cells to be observed for the dynamic behavior of cAMP are not particularly limited, but may be, for example, nerve cells. The nerve cells are not particularly limited, but may be nerve cells in tissues or organs that constitute the nervous system, such as the central nervous system, such as the cerebral cortex (neocortex, limbic cortex such as the hippocampus), diencephalon (thalamus, hypothalamus, basal ganglia, etc.), cerebellum, pons, medulla oblongata, and spinal cord, or the peripheral nervous system distributed on the body surface, deep tissues, and internal organs, and are preferably hippocampal nerve cells.
cAMPは、アデノシンのリボースの3’位、5’位とリン酸が環状になった構造をとる環状ヌクレオチドの一種で、細胞外リガンドに応じた細胞の多種多様な生理的応答を媒介する。cAMPは、細胞質においてアデニル酸シクラーゼの働きによりアデノシン三リン酸(ATP)から合成され、環状ヌクレオチドホスホジエステラーゼ(PDE)の働きにより速やかに分解されてアデノシン5’-AMPとなる。cAMPの作動体分子としては、プロテインキナーゼA(PKA)、Epac、CNGチャネル(CNG channel)の3種が良く知られており、多種多様なcAMP下流シグナルを媒介する。神経細胞においてcAMPは、分化、生存、極性形成、突起伸長、軸索ガイダンス、軸索再生、シナプス伝達、シナプス可塑性、ホルモン分泌等多種多彩な過程に関与する。そのためcAMPを特異的にイメージングできる本発明の効果は重要である。 cAMP is a type of cyclic nucleotide in which the 3' and 5' positions of adenosine ribose and phosphate are cyclically linked, and mediates a wide variety of physiological responses of cells in response to extracellular ligands. cAMP is synthesized from adenosine triphosphate (ATP) in the cytoplasm by the action of adenylate cyclase, and is rapidly decomposed to adenosine 5'-AMP by the action of cyclic nucleotide phosphodiesterase (PDE). Three well-known cAMP effector molecules are protein kinase A (PKA), Epac, and CNG channel, which mediate a wide variety of cAMP downstream signals. In nerve cells, cAMP is involved in a wide variety of processes, such as differentiation, survival, polarity formation, process extension, axon guidance, axon regeneration, synaptic transmission, synaptic plasticity, and hormone secretion. Therefore, the effect of the present invention, which allows specific imaging of cAMP, is important.
また本発明にかかるcAMP指示薬(gCarvi)の製造方法は、配列番号3記載のDNA配列を有するベクターを使用することによりこのDNAを細胞導入する工程を有することを特徴とする。 The method for producing the cAMP indicator (gCarvi) of the present invention is characterized by comprising a step of introducing the DNA into cells by using a vector having the DNA sequence set forth in SEQ ID NO:3.
緑色励起光の波長は、特に限定されるものではないが、例えば490~550nmである。 The wavelength of the green excitation light is not particularly limited, but is, for example, 490 to 550 nm.
また本発明にかかるcAMP指示薬(gvCarvi)の製造方法は、配列番号4記載のDNA配列を有するベクターを使用することによりこのDNAを細胞導入する工程を有することを特徴とする。 The method for producing the cAMP indicator (gvCarvi) of the present invention is characterized by comprising a step of introducing the DNA into cells using a vector having the DNA sequence set forth in SEQ ID NO:4.
紫色励起光の波長は、特に限定されるものではないが、例えば380~430nmである。 The wavelength of the violet excitation light is not particularly limited, but is, for example, 380 to 430 nm.
ベクターは、特に限定されるものではないが、例えば大腸菌発現ベクターである。 The vector is not particularly limited, but may be, for example, an E. coli expression vector.
(1)gCarvi DNA配列及びgvCarvi DNA配列の取得
cAMP結合領域の配列は、大腸菌(DH5α株)のゲノムDNAを鋳型としたPCRによって取得した。PCRプライマーは以下の通りである。
Forward primer: TAGGATCCATGGTGCTTGGCAAACCG (配列番号5)
Reverse primer: TTACTCGAGCGCCAGGTTGCCCAC (配列番号6)
取得したcAMP結合領域の配列を鋳型として、CRP(cAMP受容タンパク質)135番目のアミノ酸をチロシンに置換したCarvi用cAMP結合領域DNA配列をPCRによって取得した。PCRプライマーは以下の通りである。
Forward primer: TAGGATCCATGGTGCTTGGCAAACCG (配列番号7)
Reverse primer: TTACTCGAGATACAGGTTGCCCAC (配列番号8)
cpGFP(蛍光タンパク質GFPの円順列変異体)配列は、GCaMP3(カルシウムセンサータンパク質)のDNA配列を鋳型としたPCRによって取得した。PCRプライマーは以下の通りである。
Forward primer: TAGGATCCCTCGAGAACGTCTATATCAAGGC (配列番号9)
Reverse primer: TAAGTCGACAAGCTTACTAGTGTTGTACTCCAGCTTGTGCC (配列番号10)
取得したcpGFP配列を鋳型として、cpGFP58番目のアミノ酸をイソロイシンに、cpGFP112番目のアミノ酸をグルタミンに置換したgCarvi用cpGFP DNA配列をPCRによって取得した。PCRプライマーは以下の通りである。
Sense primer #1 : CGTGCAGTCCATTCTTTCGAA (配列番号11)
Antisense primer #1 : TTCGAAAGAATGGACTGCACG (配列番号12)
Sense primer #2 : GCCCATCCAGGTCGAGC (配列番号13)
Antisense primer #2 : GCTCGACCTGGATGGGC (配列番号14)
取得したgCarvi用cpGFP DNA配列を鋳型として、cpGFP8番目のアミノ酸をグルタミン酸に、cpGFP162番目のアミノ酸をセリンに置換したgvCarvi用cpGFP DNA配列をPCRによって取得した。PCRプライマーは以下の通りである。
Sense primer #3 : AAGGCCGACGAGCAGAAGAAC (配列番号15)
Antisense primer #3 : GTTCTTCTGCTCGTCGGCCTT (配列番号16)
Sense primer #4 : CACCCTGTCCTACGGCGT (配列番号17)
Antisense primer #4 : ACGCCGTAGGACAGGGTG (配列番号18)
Carvi用cAMP結合領域DNA配列とgCarvi用cpGFP DNA配列を、制限酵素Xho I部位を切断後([5'-CTCGAG-3']配列を[C / TCGAG]に切断するとの意義。以下同義。)、両者を連結し、gCarvi配列とした。Carvi用cAMP結合領域DNA配列とgvCarvi用cpGFP DNA配列を、制限酵素Xho I部位を切断後、両者を連結し、gvCarvi配列とした。
(1) Obtaining gCarvi and gvCarvi DNA sequences
The sequence of the cAMP binding region was obtained by PCR using the genomic DNA of E. coli (DH5α strain) as a template. The PCR primers were as follows:
Forward primer: TAGGATCCATGGTGCTTGGCAAACCG (SEQ ID NO:5)
Reverse primer: TTACTCGAGCGCCAGGTTGCCCAC (SEQ ID NO: 6)
Using the obtained cAMP binding region sequence as a template, a cAMP binding region DNA sequence for Carvi was obtained by PCR in which the 135th amino acid of CRP (cAMP receptor protein) was replaced with tyrosine. The PCR primers are as follows:
Forward primer: TAGGATCCATGGTGCTTGGCAAACCG (SEQ ID NO: 7)
Reverse primer: TTACTCGAGATACAGGTTGCCCAC (SEQ ID NO:8)
The cpGFP (a circularly permuted variant of the fluorescent protein GFP) sequence was obtained by PCR using the DNA sequence of GCaMP3 (a calcium sensor protein) as a template. The PCR primers are as follows:
Forward primer: TAGGATCCCTCGAGAACGTCTATATCAAGGC (SEQ ID NO: 9)
Reverse primer: TAAGTCGACAAGCTTACTAGTGTTGTACTCCAGCTTGTGCC (SEQ ID NO: 10)
Using the obtained cpGFP sequence as a template, the cpGFP DNA sequence for gCarvi was obtained by PCR in which the 58th amino acid of cpGFP was replaced with isoleucine and the 112th amino acid of cpGFP was replaced with glutamine. The PCR primers are as follows:
Sense primer #1: CGTGCAGTCCATTCTTTCGAA (SEQ ID NO: 11)
Antisense primer #1: TTCGAAAGAATGGACTGCACG (SEQ ID NO: 12)
Sense primer #2: GCCCATCCAGGTCGAGC (SEQ ID NO: 13)
Antisense primer #2: GCTCGACCTGGATGGGC (SEQ ID NO: 14)
Using the obtained cpGFP DNA sequence for gCarvi as a template, the cpGFP DNA sequence for gvCarvi was obtained by PCR in which the 8th amino acid of cpGFP was replaced with glutamic acid and the 162nd amino acid of cpGFP was replaced with serine. The PCR primers are as follows:
Sense primer #3: AAGGCCGACGAGCAGAAGAAC (SEQ ID NO: 15)
Antisense primer #3: GTTCTTCTGCTCGTCGGCCTT (SEQ ID NO: 16)
Sense primer #4: CACCCTGTCCTACGGCGT (SEQ ID NO: 17)
Antisense primer #4: ACGCCGTAGGACAGGGTG (SEQ ID NO: 18)
The cAMP binding region DNA sequence for Carvi and the cpGFP DNA sequence for gCarvi were cut at the restriction enzyme Xho I site (meaning that the [5'-CTCGAG-3'] sequence is cut to [C/TCGAG]. The same applies below.) and then ligated to form the gCarvi sequence. The cAMP binding region DNA sequence for Carvi and the cpGFP DNA sequence for gvCarvi were cut at the restriction enzyme Xho I site and then ligated to form the gvCarvi sequence.
(2) gCarvi精製タンパク質の製造
gCarviは490~550nmの緑色の励起光によってイメージングを行う本発明にかかるcAMP指示薬である。配列番号3にかかるgCarvi DNA配列を大腸菌発現ベクター pCold I(タカラバイオ)に組み込んだ。pCold I-Carviを大腸菌BL21株に形質転換し、pCold Iのマニュアルに準拠した方法(15℃、24時間、0.5 mM IPTG添加)でgCarviタンパク質発現を誘導した。その後、pCold I配列に含まれるヒスチジンタグ配列を利用して、配列番号1記載のアミノ酸配列からなるgCarviタンパク質をコバルトレジンを用いて単離、精製した。
(2) Production of gCarvi purified protein
gCarvi is a cAMP indicator according to the present invention that performs imaging using green excitation light of 490 to 550 nm. The gCarvi DNA sequence according to SEQ ID NO: 3 was incorporated into the E. coli expression vector pCold I (Takara Bio). pCold I-Carvi was transformed into E. coli BL21 strain, and gCarvi protein expression was induced according to the method in accordance with the pCold I manual (15°C, 24 hours, 0.5 mM IPTG added). Then, gCarvi protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 was isolated and purified using cobalt resin, utilizing the histidine tag sequence contained in the pCold I sequence.
(3) gvCarvi精製タンパク質の製造
gvCarviは380~430nmの紫色の励起光によってイメージングを行う本発明にかかるcAMP指示薬である。配列番号4にかかるgvCarvi DNA配列を大腸菌発現ベクター pCold I(タカラバイオ)に組み込んだ。pCold I-Carviを大腸菌BL21株に形質転換し、pCold Iのマニュアルに準拠した方法でgvCarviタンパク質発現を誘導した。その後、pCold I配列に含まれるヒスチジンタグ配列を利用して、配列番号2記載のアミノ酸配列からなるgvCarviタンパク質をコバルトレジンを用いて単離、精製した。
(3) Production of gvCarvi purified protein
gvCarvi is a cAMP indicator according to the present invention that performs imaging using purple excitation light of 380 to 430 nm. The gvCarvi DNA sequence according to SEQ ID NO: 4 was incorporated into the E. coli expression vector pCold I (Takara Bio). pCold I-Carvi was transformed into E. coli BL21 strain, and gvCarvi protein expression was induced according to the method in accordance with the pCold I manual. Then, the gvCarvi protein consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 was isolated and purified using cobalt resin, utilizing the histidine tag sequence contained in the pCold I sequence.
(4)培養海馬神経細胞におけるgCarviタンパク質発現
配列番号3にかかるgCarvi DNA配列を哺乳動物神経細胞特異的発現ベクターであるpAAV2-hSyn-TetOFFに組み込んだ。pAAV2-hSyn-TetOFF-Carvi、pRC1(タカラバイオ)及びpHelper(タカラバイオ)の3つをHEK293T細胞に遺伝子導入することで、AAV-Carviを作製した。AAV-Carviを培養3~6日目の海馬神経細胞に感染させることで、培養12日目以降に配列番号1記載のアミノ酸配列からなるgCarviタンパク質の発現を確認できる。
(4) Expression of gCarvi protein in cultured hippocampal neurons The gCarvi DNA sequence shown in SEQ ID NO: 3 was incorporated into pAAV2-hSyn-TetOFF, a mammalian neuronal cell-specific expression vector. AAV-Carvi was produced by transfecting HEK293T cells with pAAV2-hSyn-TetOFF-Carvi, pRC1 (Takara Bio), and pHelper (Takara Bio). By infecting hippocampal neurons on the 3rd to 6th day of culture with AAV-Carvi, the expression of gCarvi protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 can be confirmed from the 12th day of culture onwards.
(5)培養海馬神経細胞におけるgvCarviタンパク質発現
配列番号4にかかるgvCarvi DNA配列を哺乳動物神経細胞特異的発現ベクターであるpAAV2-hSyn-TetOFFに組み込んだ。pAAV2-hSyn-TetOFF-Carvi、pRC1(タカラバイオ)及びpHelper(タカラバイオ)の3つをHEK293T細胞に遺伝子導入することで、AAV-Carviを作製した。AAV-Carviを培養3~6日目の海馬神経細胞に感染させることで、培養12日目以降に配列番号2記載のアミノ酸配列からなるgvCarviタンパク質の発現を確認できる。
(5) Expression of gvCarvi protein in cultured hippocampal neurons The gvCarvi DNA sequence shown in SEQ ID NO: 4 was incorporated into pAAV2-hSyn-TetOFF, a mammalian neuronal cell-specific expression vector. AAV-Carvi was produced by transfecting HEK293T cells with pAAV2-hSyn-TetOFF-Carvi, pRC1 (Takara Bio), and pHelper (Takara Bio). By infecting hippocampal neurons on the 3rd to 6th day of culture with AAV-Carvi, the expression of gvCarvi protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 can be confirmed on or after the 12th day of culture.
(6)gCarviタンパク質のcAMP特異性
精製gCarviタンパク質を50 mM HEPES緩衝液に溶解し、96穴ブラックプレート(Thermo Scientific #237108)に分注した。cAMP(Sigma)又はcGMP(Sigma)を添加したときの蛍光強度変化をマイクロプレートリーダー(Tecan、infinite F200)で測定した。
(6) cAMP specificity of gCarvi protein Purified gCarvi protein was dissolved in 50 mM HEPES buffer and dispensed into a 96-well black plate (Thermo Scientific #237108). The change in fluorescence intensity upon addition of cAMP (Sigma) or cGMP (Sigma) was measured using a microplate reader (Tecan, infinite F200).
図1に示されるように1μM付近からcGMPよりもcAMPに対する特異性が顕著となり、10μM付近ではcAMPの特異性は顕著なものであった。 As shown in Figure 1, the specificity for cAMP over cGMP became more pronounced at around 1 μM, and the specificity for cAMP was prominent at around 10 μM.
(7)gCarviタンパク質の励起・蛍光スペクトル
精製gCarviタンパク質を50 mM HEPES緩衝液に溶解し、その励起スペクトル及び蛍光スペクトルを分光度計(島津、UV-1800)を用いて解析した。点線はgCarviのみ、破線と実線はそれぞれ3 μM、10 μMのcAMPを添加したときのスペクトルである。
(7) Excitation and fluorescence spectra of gCarvi protein Purified gCarvi protein was dissolved in 50 mM HEPES buffer, and its excitation and fluorescence spectra were analyzed using a spectrometer (Shimadzu, UV-1800). The dotted line shows the spectrum of gCarvi alone, and the dashed and solid lines show the spectrum when 3 μM and 10 μM cAMP were added, respectively.
図2に示されるようにgCarviタンパク質の励起スペクトルと蛍光スペクトルとはほぼ重なるものであったが、既存の実験設備を使用してcAMPの動的挙動をリアルタイムイメージングすることが可能である。 As shown in Figure 2, the excitation spectrum and fluorescence spectrum of the gCarvi protein were nearly overlapping, making it possible to image the dynamic behavior of cAMP in real time using existing experimental equipment.
(8)gvCarviタンパク質の励起・蛍光スペクトル
精製gvCarviタンパク質を50 mM HEPES緩衝液に溶解し、その励起スペクトル及び蛍光スペクトルを分光度計(島津、UV-1800)を用いて解析した。点線はgvCarviのみ、破線と実線はそれぞれ1 μM、10 μMのcAMPを添加したときのスペクトルである。
(8) Excitation and fluorescence spectra of gvCarvi protein Purified gvCarvi protein was dissolved in 50 mM HEPES buffer, and its excitation and fluorescence spectra were analyzed using a spectrometer (Shimadzu, UV-1800). The dotted line shows the spectrum of gvCarvi alone, and the dashed and solid lines show the spectrum when 1 μM and 10 μM cAMP were added, respectively.
図3に示されるようにgvCarviタンパク質は従来にはなかった紫色励起光を使用するものであり、gvCarviタンパク質の励起スペクトルと蛍光スペクトルとは重なるものではない。そのため紫励起光の実験系と共存しつつcAMPの動的挙動をリアルタイムイメージングすることが可能である。 As shown in Figure 3, the gvCarvi protein uses violet excitation light, which has not been used before, and the excitation spectrum and fluorescence spectrum of the gvCarvi protein do not overlap. Therefore, it is possible to image the dynamic behavior of cAMP in real time while coexisting with an experimental system using violet excitation light.
(9)海馬神経細胞におけるgCarviタンパク質の発現
AAV-Carviを培養3~6日目の海馬神経細胞に感染させることで、培養12日目以降にgCarviタンパク質の発現を確認できる。海馬神経細胞にgCarviタンパク質を発現させたときの、蛍光像(図4左、図4中)と微分干渉像(図4右)を示す。アデニル酸シクラーゼはcAMPを産生する酵素であり、フォルスコリンはアデニル酸シクラーゼの作動薬である。フォルスコリン投与前はcAMP濃度が低く、gCarviの蛍光も弱い(図4左)。フォルスコリン投与後はcAMP濃度が高まり、gCarviの蛍光が強くなった(図4中)。gCarvi発現神経細胞の形態は十分に発達しており、gCarviの細胞毒性は観察されない(図4右)。
(9) Expression of gCarvi protein in hippocampal neurons
By infecting hippocampal neurons on the 3rd to 6th day of culture with AAV-Carvi, the expression of gCarvi protein can be confirmed from the 12th day of culture onwards. Fluorescence images (Fig. 4, left and middle) and differential interference images (Fig. 4, right) of gCarvi protein expressed in hippocampal neurons are shown. Adenylate cyclase is an enzyme that produces cAMP, and forskolin is an agonist of adenylate cyclase. Before forskolin administration, the cAMP concentration was low and the fluorescence of gCarvi was weak (Fig. 4, left). After forskolin administration, the cAMP concentration increased and the fluorescence of gCarvi became stronger (Fig. 4, middle). The morphology of gCarvi-expressing neurons was well developed, and no cytotoxicity of gCarvi was observed (Fig. 4, right).
生細胞でのcAMPのリアルタイムイメージングに利用できる。 Can be used for real-time imaging of cAMP in living cells.
配列番号1~2 :cAMP指示薬
配列番号3~4 :ベクター搭載用DNA
配列番号5~18:プライマー
SEQ ID NOs: 1-2: cAMP indicator SEQ ID NOs: 3-4: DNA to be carried in vector
SEQ ID NOs: 5 to 18: Primers
Claims (14)
(i)配列番号1記載のアミノ酸配列を有するペプチド
(ii)配列番号1で表されるアミノ配列と90%以上の同一性のアミノ酸配列を有するペプチド A peptide that binds to cAMP and is used for imaging the dynamic behavior of cAMP in a cell using green excitation light, the peptide being characterized in that it is either (i) or (ii) below:
(i) a peptide having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:1
(ii) a peptide having an amino acid sequence that is 90% or more identical to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO:1
(i)配列番号2記載のアミノ酸配列を有するペプチド
(ii)配列番号2で表されるアミノ配列と90%以上の同一性のアミノ酸配列を有するペプチド A peptide that binds to cAMP and is used for imaging the dynamic behavior of cAMP in a cell using violet excitation light, the peptide being characterized in that it is either (i) or (ii) below:
(i) a peptide having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:2
(ii) a peptide having an amino acid sequence that is 90% or more identical to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO:2
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| Cossart, P. et al.,crp Genes of Shigella flexneri, Salmonella typhimurium, and Escherichia coli,Journal of Bacteriology,1986年,vol.167, no.2,p.639-646 |
| Jiang, J. Y. et al.,Interrogating cyclic AMP signaling using optical approaches,Cell Calcium,2017年,vol.64,p.47-56 |
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