Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7615425B2 - Liquid compositions and methods for stabilizing membrane proteins - Patents.com - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7615425B2 - Liquid compositions and methods for stabilizing membrane proteins - Patents.com - Google Patents

Liquid compositions and methods for stabilizing membrane proteins - Patents.com Download PDF

Info

Publication number
JP7615425B2
JP7615425B2 JP2024025659A JP2024025659A JP7615425B2 JP 7615425 B2 JP7615425 B2 JP 7615425B2 JP 2024025659 A JP2024025659 A JP 2024025659A JP 2024025659 A JP2024025659 A JP 2024025659A JP 7615425 B2 JP7615425 B2 JP 7615425B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cation
liquid composition
alkyl
anion
protein
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2024025659A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2024122906A (en
Inventor
恭子 藤田
栄一 溝端
祐詞 古谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagoya Institute of Technology NUC
Tokyo University of Pharmacy and Life Sciences
University of Osaka NUC
Original Assignee
Osaka University NUC
Nagoya Institute of Technology NUC
Tokyo University of Pharmacy and Life Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka University NUC, Nagoya Institute of Technology NUC, Tokyo University of Pharmacy and Life Sciences filed Critical Osaka University NUC
Publication of JP2024122906A publication Critical patent/JP2024122906A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7615425B2 publication Critical patent/JP7615425B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Peptides Or Proteins (AREA)

Description

本発明は、膜タンパク質を安定化するための液体組成物および方法に関する。 The present invention relates to a liquid composition and method for stabilizing membrane proteins.

膜タンパク質は、主に細胞膜上に存在し、生物学的に重要な役割を果たしており、創薬研究において特に重要なターゲットと考えられているが、生体外での取り扱いが難しく、研究範囲が限定されている。具体的に、膜タンパク質は、発現量が少なく、水溶性タンパク質とは異なり、溶液への溶解性が低く、溶液中で十分な安定性を得ることが難しい。 Membrane proteins are mainly found on cell membranes and play important biological roles. They are considered to be particularly important targets in drug discovery research, but they are difficult to handle outside of the body, limiting the scope of research. Specifically, membrane proteins are expressed in low amounts, and unlike water-soluble proteins, they have low solubility in solution, making it difficult to achieve sufficient stability in solution.

界面活性剤などを用いて単離した膜タンパク質を安定化させるために、リポソームおよび脂質ナノディスクなどを使用することが提案されている(非特許文献1および非特許文献2)。 The use of liposomes and lipid nanodiscs has been proposed to stabilize membrane proteins isolated using surfactants, etc. (Non-Patent Documents 1 and 2).

しかしながら、リポソームの作製には、減圧濃縮および透析などの操作が必要であることに加え、液体窒素を用いた凍結と、融解とを繰り返す操作を必要とし、調製に特別な技術と数日間に亘る時間とを要する。リポソームはまた、小胞の大きさによっては、物理化学的測定が困難なこともある。さらに、膜タンパク質のリポソームへの取り込み効率の評価にも多段階の操作が必要とされる。また、リポソーム中での膜タンパク質の配向については、単一状態になっていないものもあり、制御が容易ではない。 However, the production of liposomes requires procedures such as vacuum concentration and dialysis, as well as repeated freezing and thawing using liquid nitrogen, and therefore requires special techniques and several days of time for preparation. Depending on the size of the vesicles, physicochemical measurements of liposomes can also be difficult. Furthermore, multi-step procedures are required to evaluate the efficiency of membrane protein incorporation into liposomes. In addition, the orientation of membrane proteins in liposomes is not always uniform, and is not easy to control.

脂質ナノディスクは、ヒト由来リポプロテインAを改変したタンパク質とリン脂質とから構成される円板状粒子である。脂質ナノディスクの調製には、ナノディスクを構成するタンパク質の発現および精製などに日数を要し、煩雑な操作および熟練した技術が必要である。また、ナノディスクへの膜タンパク質の再構成において、ディスクとリン脂質とのモル比を調整する必要がある。さらに、再構成操作の後、膜タンパク質が取込まれたナノディスクと、膜タンパク質を含まない空のナノディスクとが混在することがあり、空のナノディスクおよび/または過剰な膜タンパク質の除去のために更なる操作が必要になることがある。 Lipid nanodiscs are disk-shaped particles composed of phospholipids and proteins modified from human-derived lipoprotein A. The preparation of lipid nanodiscs requires many days for the expression and purification of the proteins that make up the nanodiscs, and requires complicated operations and skilled techniques. In addition, the molar ratio of the disks to the phospholipids must be adjusted when reconstituting membrane proteins into nanodiscs. Furthermore, after the reconstitution operation, nanodiscs incorporating membrane proteins and empty nanodiscs that do not contain membrane proteins may be mixed, and further operations may be required to remove the empty nanodiscs and/or excess membrane proteins.

このように、膜タンパク質を生体外で安定に存在させるための技術には改善の余地があり、従来の手法に代わる、膜タンパク質の安定化のための簡便な手法が必要とされていた。 As such, there is room for improvement in the technology for stably maintaining membrane proteins in vitro, and there is a need for a simple method for stabilizing membrane proteins that can replace conventional methods.

Methods Enzymol,464,211,2009Methods Enzymol, 464, 211, 2009 Nature commun,12,2202,2021Nature commun, 12, 2202, 2021

本発明は、膜タンパク質を安定化するための液体組成物および方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a liquid composition and method for stabilizing membrane proteins.

本発明者らは、これまでに、100℃以下に融点を有するイオン液体(Ionic liquid;IL)にわずかな水を添加して調製される液体(以下「水和イオン液体(Hydrated ionic liquid;Hy IL)」と称する。)に、水溶性タンパク質を溶解することができ、溶解後の水溶性タンパク質の保存安定性および熱安定性が飛躍的に向上することを報告している(参考文献1および2)。この研究では、水和イオン液体中に溶解した水溶性タンパク質の熱安定性について、赤外吸収スペクトルからアミドバンドの変化を観測した。 The present inventors have previously reported that water-soluble proteins can be dissolved in a liquid (hereinafter referred to as "hydrated ionic liquid (Hy IL)") prepared by adding a small amount of water to an ionic liquid (IL) having a melting point of 100°C or less, and that the storage stability and thermal stability of the dissolved water-soluble protein are dramatically improved (References 1 and 2). In this study, the thermal stability of water-soluble proteins dissolved in hydrated ionic liquids was examined by observing changes in the amide bands from infrared absorption spectra.

次いで、本発明者らは、水溶性タンパク質とは構造および特性が大きく異なる膜タンパク質について、水和イオン液体の適用を検討したところ、驚くべきことに、水和イオン液体中に膜タンパク質の高次構造を保持したまま溶解させることができることを見出した。具体的には、本発明者らは、鋭意研究の結果、特定のカチオンと特定のアニオンとを含み、かつ、イオンペアに対してわずかな水を含む水和イオン液体に、膜タンパク質を、高次構造を保持したまま良好に溶解することができることを見出し、本発明を成すに至った。さらに、本発明者らは、水和イオン液体中に溶解した膜タンパク質は、保存安定性および熱安定性の少なくとも1つが向上していることを見出した。 Next, the inventors investigated the application of hydrated ionic liquids to membrane proteins, which have structures and properties significantly different from water-soluble proteins, and surprisingly found that it is possible to dissolve membrane proteins in hydrated ionic liquids while maintaining their higher-order structure. Specifically, as a result of extensive research, the inventors found that membrane proteins can be well dissolved in hydrated ionic liquids that contain specific cations and specific anions and contain a small amount of water relative to the ion pair, while maintaining their higher-order structure, and thus completed the present invention. Furthermore, the inventors found that membrane proteins dissolved in hydrated ionic liquids have improved at least one of storage stability and thermal stability.

即ち、本発明は以下のとおりである:
[1](a)下記:

Figure 0007615425000001
(式中、Xは、窒素原子またはリン原子であり、
、R、RおよびRは、水素またはC1~C4炭化水素基である(但し、R、R、RおよびRのすべてがアルキルであるカチオンを除く)。)
から選択されるカチオンと、
(b)下記:
Figure 0007615425000002
から選択されるアニオンと
を含み、
前記カチオンおよび前記アニオンの対1つに対して水分子が3~13個含まれる、液体組成物;
[2]式(I)中、Xは、窒素原子またはリン原子であり、
、RおよびRは、水素またはC1~C4アルキルであるか、または、R、RおよびRが一緒に五員または六員環を形成しており、当該環は、C1~C4アルキルで置換されていてもよく、
は、鎖内に少なくとも1つの酸素原子を有するC1~C4炭化水素基である、[1]に記載の液体組成物;
[3]前記カチオンが、以下:
Figure 0007615425000003
(式中、Xは、窒素原子またはリン原子であり、
、RおよびRは、水素またはC1~C4アルキルであり、
41は、C1~C4アルキレンであり、R42は、水素、C1~C2アルキルもしくはC1~C4アシルである。)
から選択されるか、または、以下:
Figure 0007615425000004
(式中、Xは、窒素原子またはリン原子であり、
環Aは、五員または六員の複素環であり、さらに1つ以上の窒素原子および/またはリン原子を含んでいてもよく、
は、鎖内に少なくとも1つの酸素原子を有するC1~C4炭化水素基であり、
は、C1~C4アルキルである。)
から選択される、[1]または[2]に記載の液体組成物;
[4]前記カチオンが、下記:
Figure 0007615425000005
(式中、XおよびXは同じであっても異なっていてもよく、窒素原子またはリン原子であり、
環Aは、五員または六員の複素環であり、
は、鎖内に少なくとも1つの酸素原子を有するC1~C4炭化水素基であり、
は、C1~C4アルキルである。)
から選択される、[3]に記載の液体組成物。
[5]前記カチオンが、下記:
Figure 0007615425000006
から選択される、[1]~[4]のいずれか一項に記載の液体組成物;
[6]膜タンパク質を更に含む、[1]~[5]のいずれか一項に記載の液体組成物;
[7]前記膜タンパク質が、αヘリックス膜貫通型タンパク質である、[6]に記載の液体組成物;
[8]前記αヘリックス膜貫通型タンパク質が、1~17個の膜貫通ドメインを有する、[7]に記載の液体組成物;
[9]カチオンとアニオンとを含む液体組成物に、膜タンパク質を添加することを含む、膜タンパク質を安定化する方法であって、
(a)前記カチオンが、下記:
Figure 0007615425000007
(式中、Xは、窒素原子またはリン原子であり、
、R2、およびRは、水素またはC1~C4炭化水素基である(但し、R、R、RおよびRのすべてがアルキルであるカチオンを除く)。)
から選択され、
(b)前記アニオンが、下記:
Figure 0007615425000008
から選択され、
前記液体組成物中に、前記カチオンおよび前記アニオンの対1つ当たりに対して水分子が3~13個含まれる、方法。 That is, the present invention is as follows:
[1] (a) the following:
Figure 0007615425000001
(wherein X is a nitrogen atom or a phosphorus atom;
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen or a C1-C4 hydrocarbon group (excluding cations in which R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are all alkyl).
and a cation selected from
(b) the following:
Figure 0007615425000002
and an anion selected from
a liquid composition comprising 3 to 13 water molecules for each pair of said cation and said anion;
[2] In formula (I), X is a nitrogen atom or a phosphorus atom,
R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen or C1-C4 alkyl, or R 1 , R 2 and R 3 together form a 5- or 6-membered ring, which may be substituted with C1-C4 alkyl;
The liquid composition according to [1], wherein R 4 is a C1-C4 hydrocarbon group having at least one oxygen atom in the chain;
[3] The cation is any one of the following:
Figure 0007615425000003
(wherein X is a nitrogen atom or a phosphorus atom;
R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen or C1-C4 alkyl;
R 41 is C1-C4 alkylene, and R 42 is hydrogen, C1-C2 alkyl, or C1-C4 acyl.
or the following:
Figure 0007615425000004
(wherein X is a nitrogen atom or a phosphorus atom;
Ring A is a five- or six-membered heterocycle, which may further contain one or more nitrogen and/or phosphorus atoms;
R6 is a C1-C4 hydrocarbon group having at least one oxygen atom in the chain;
R7 is C1-C4 alkyl.
The liquid composition according to [1] or [2],
[4] The cation is selected from the group consisting of:
Figure 0007615425000005
(wherein X 1 and X 2 may be the same or different and are a nitrogen atom or a phosphorus atom;
Ring A is a five- or six-membered heterocycle;
R6 is a C1-C4 hydrocarbon group having at least one oxygen atom in the chain;
R7 is C1-C4 alkyl.
The liquid composition according to [3], selected from the following:
[5] The cation is selected from the group consisting of:
Figure 0007615425000006
The liquid composition according to any one of [1] to [4], selected from the following:
[6] The liquid composition according to any one of [1] to [5], further comprising a membrane protein;
[7] The liquid composition according to [6], wherein the membrane protein is an α-helical transmembrane protein;
[8] The liquid composition according to [7], wherein the α-helical transmembrane protein has 1 to 17 transmembrane domains;
[9] A method for stabilizing a membrane protein, comprising adding the membrane protein to a liquid composition containing a cation and an anion,
(a) the cation is
Figure 0007615425000007
(wherein X is a nitrogen atom or a phosphorus atom;
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen or a C1-C4 hydrocarbon group (excluding cations in which R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are all alkyl).
is selected from
(b) the anion is
Figure 0007615425000008
is selected from
The method of claim 1, wherein the liquid composition comprises 3 to 13 water molecules for each pair of the cation and the anion.

本発明によれば、膜タンパク質を安定化するための液体組成物および方法を提供することができる。 The present invention provides a liquid composition and method for stabilizing membrane proteins.

緩衝液中および水和イオン液体中のTehAのCDスペクトルを示す図である。FIG. 1 shows the CD spectra of TehA in buffer and in hydrated ionic liquid. 緩衝液中のTehAの温度によるCDスペクトル変化を示す図である。FIG. 1 shows the CD spectrum change with temperature of TehA in a buffer solution. 水和イオン液体中のTehAの温度によるCDスペクトル変化を示す図である。FIG. 1 shows the CD spectrum change with temperature of TehA in a hydrated ionic liquid. 緩衝液中および水分子数の異なる水和イオン液体中のTehAのCDスペクトルを示す図である。FIG. 1 shows CD spectra of TehA in a buffer solution and in hydrated ionic liquids with different numbers of water molecules. 緩衝液中および水分子数の異なる水和イオン液体中のTehAのCDスペクトル強度(208nm)の温度による変化を示す図である。FIG. 1 shows the change in CD spectrum intensity (208 nm) of TehA with temperature in a buffer solution and in hydrated ionic liquids with different numbers of water molecules. 緩衝液中、[ch][dhp]-4中およびTre-30中のTehAのCDスペクトル強度(208nm)の温度による変化を示す図である。FIG. 1 shows the change in CD spectral intensity (208 nm) of TehA in buffer, [ch][dhp]-4, and Tre-30 with temperature. 緩衝液中および水分子数の異なる[ch][dhp]水和イオン液体中のTehAのCDスペクトル強度(208nm)の温度による変化を示す図である。FIG. 1 shows the change in CD spectrum intensity (208 nm) of TehA with temperature in a buffer solution and in [ch][dhp] hydrated ionic liquids with different numbers of water molecules. 緩衝液中および水分子数の異なる[ch][dhp]水和イオン液体中のTehAの変性温度を示す。1 shows the denaturation temperatures of TehA in a buffer solution and in [ch][dhp] hydrated ionic liquids with different numbers of water molecules. 緩衝液中および水和イオン液体中に溶解したbRを示す図である。FIG. 1 shows bR dissolved in buffer and in hydrated ionic liquid. 緩衝液中、PEGおよび各種水和イオン液体中に溶解したbRを示す図である。FIG. 1 shows bR dissolved in buffer, PEG and various hydrated ionic liquids. 緩衝液中および各種水和イオン液体中に溶解したbRを示す図である。FIG. 1 shows bR dissolved in a buffer solution and in various hydrated ionic liquids. 緩衝液中および水和イオン液体中のbRのUV可視吸収を示す図である。FIG. 1 shows the UV-visible absorption of bR in buffer and in hydrated ionic liquid. 緩衝液中および水和イオン液体中のbRを90℃インキュベーションした経時変化を示す図である。FIG. 1 shows the time course of bR incubated at 90° C. in a buffer solution and in a hydrated ionic liquid. 緩衝液中および水和イオン液体中のbRの色の加熱による変化を示す図である。FIG. 1 shows the color change of bR in buffer and in hydrated ionic liquid upon heating. 水和イオン液体中のbRの閃光励起による光吸収の経時変化を示す図である。FIG. 1 shows the time course of optical absorption by bR in a hydrated ionic liquid upon flash excitation. 緩衝液中のbRの閃光励起による光吸収の経時変化を示す図である。FIG. 1 shows the time course of light absorption upon flash excitation of bR in a buffer solution. bRの光反応サイクルの概略と時定数の対応を示す図である。FIG. 1 shows an outline of the photoreaction cycle of bR and the corresponding time constants. 緩衝液中および水和イオン液体中のbRの光反応サイクルにおける時定数を示す図である。FIG. 1 shows the time constants in the photocycle of bR in buffer and hydrated ionic liquid. 水和イオン液体中のbRの閃光測定前後のUV可視吸収の変化を示す図である。FIG. 1 shows the change in UV-visible absorption of bR in hydrated ionic liquid before and after flash measurement. 緩衝液中のbRのUV可視吸収を示す図である。FIG. 1 shows the UV-visible absorption of bR in buffer. [ch][dhp]-4中のbRのUV可視吸収を示す図である。FIG. 1 shows the UV-visible absorption of bR in [ch][dhp]-4. Betain-7中のbRのUV可視吸収を示す図である。FIG. 1 shows the UV-visible absorption of bR in Betain-7. 緩衝液および各水和イオン液体中のbRの熱変性温度を示す図である。FIG. 1 shows the thermal denaturation temperatures of bR in buffer solutions and each hydrated ionic liquid. [ch][dhp]-4中のbRのUV可視吸収の温度変化を示す図である。FIG. 13 shows the temperature dependence of UV-visible absorption of bR in [ch][dhp]-4. [ch][bit]-6中のbRのUV可視吸収の温度変化を示す図である。FIG. 13 shows the temperature change in UV-visible absorption of bR in [ch][bit]-6. [C2mimOH][dhp]-3中のbRのUV可視吸収を示す図である。FIG. 1 shows the UV-visible absorption of bR in [C2mimOH][dhp]-3. 各水和イオン液体中のbRの50%および80%のbRの熱変性温度を示す図である。FIG. 1 shows the thermal denaturation temperatures of 50% and 80% bR in each hydrated ionic liquid. [ch][dhp]-4中のbRのUV可視吸収の温度変化を示す図である。FIG. 13 shows the temperature dependence of UV-visible absorption of bR in [ch][dhp]-4. [ch][dhp]-7中のbRのUV可視吸収の温度変化を示す図である。FIG. 13 shows the temperature dependence of UV-visible absorption of bR in [ch][dhp]-7. [ch][dhp]-15中のbRのUV可視吸収の温度変化を示す図である。FIG. 13 shows the temperature dependence of UV-visible absorption of bR in [ch][dhp]-15.

以下、本発明を実施するための形態について具体的に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 The following is a detailed description of the embodiments for carrying out the present invention. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be modified in various ways within the scope of the gist of the present invention.

本発明は、特定のカチオンと特定のアニオンとを含む水和イオン液体中に、膜タンパク質を、高次構造を保持したまま溶解させることができるという知見に基づきなされたものである。ここで「イオン液体(IL)」は、難揮発性および難燃性であり、かつ、広い温度域で液状となる特徴を有することから、生体分子の溶媒としての利用可能性が考えられるものの、一般的に用いられるイオン液体中への生体分子の溶解は困難であり、溶解したとしても高次構造は大きく変化する。また、ポリマー等による生体分子表面の修飾、または、添加剤の使用を必要とした。一方、「水和イオン液体(Hy IL)」は、生体分子との親和性を考慮してイオン構造を選択したイオン液体(IL)とわずかな水とを混合したものであり、水和イオン液体中に存在する水は、水溶液中で存在する自由水ではなく、イオンと相互作用した結合水として存在する。「水和イオン液体(Hy IL)」とは、このように、自由水が存在しないイオン液体-水混合系をいう。なお、本明細書において、「高次構造」の語は、αヘリックスおよびβストランドなどの2次構造および当該構造よりも高次元の構造を意味し、2次構造に加え、3次構造および/または4次構造を含み得る。「高次構造」の語には「3次構造」の語が包含されるものとする。本願明細書において、「3次構造」、「3次元構造」および「立体構造」の語は同義であり、互換可能に使用されるものとする。 The present invention is based on the finding that membrane proteins can be dissolved while maintaining their higher-order structure in a hydrated ionic liquid containing a specific cation and a specific anion. Here, "ionic liquid (IL)" is non-volatile and flame-retardant, and has the characteristic of being liquid over a wide temperature range, so it is possible to use it as a solvent for biomolecules. However, it is difficult to dissolve biomolecules in commonly used ionic liquids, and even if they are dissolved, the higher-order structure changes significantly. In addition, it was necessary to modify the biomolecule surface with a polymer or the like, or to use an additive. On the other hand, "hydrated ionic liquid (Hy IL)" is a mixture of ionic liquid (IL) whose ionic structure is selected in consideration of the affinity with biomolecules and a small amount of water, and the water present in the hydrated ionic liquid is not free water present in an aqueous solution, but exists as bound water interacting with ions. "Hy IL" refers to an ionic liquid-water mixture in which no free water exists. In this specification, the term "higher-order structure" refers to secondary structures such as α-helices and β-strands, and structures of higher dimensions than these structures, and may include tertiary structures and/or quaternary structures in addition to secondary structures. The term "higher-order structure" includes the term "tertiary structure." In this specification, the terms "tertiary structure," "three-dimensional structure," and "steric structure" are synonymous and are used interchangeably.

本発明の第一の側面は、
(a)下記:

Figure 0007615425000009
(式中、Xは、窒素原子またはリン原子であり、
、R、RおよびRは、水素またはC1~C4炭化水素基である(但し、R、R、RおよびRのすべてがアルキルであるカチオンを除く)。)
から選択されるカチオンと、
(b)下記:
Figure 0007615425000010
から選択されるアニオンと
を含む、液体組成物に関する。 The first aspect of the present invention comprises:
(a) the following:
Figure 0007615425000009
(wherein X is a nitrogen atom or a phosphorus atom;
R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen or a C1-C4 hydrocarbon group (excluding cations in which R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are all alkyl).
and a cation selected from
(b) the following:
Figure 0007615425000010
and an anion selected from the group consisting of

本願発明にかかる液体組成物にはさらに、カチオンおよびアニオンの対1つ(以下「1イオンペア」とも称する。)に対して水分子が、例えば3~13個含まれる。水分子の数が少なすぎるとイオン液体が室温で完全に液体にならず、一方、水分子の数が多過ぎると膜タンパク質に特徴的な構造が保持されない場合がある。また、水分子の数が多過ぎる場合、水分子の数が増加するにつれて熱安定性を得ることが難しくなる。一態様において、水分子は、1イオンペアに対して4~13個含まれる。別の一態様において、水分子は、1イオンペアに対して3~10個含まれる。別の一態様において、水分子は、1イオンペアに対して3~7個含まれる。 The liquid composition of the present invention further contains, for example, 3 to 13 water molecules per pair of cation and anion (hereinafter also referred to as "one ion pair"). If the number of water molecules is too small, the ionic liquid will not become completely liquid at room temperature, while if the number of water molecules is too large, the structure characteristic of membrane proteins may not be maintained. Furthermore, if the number of water molecules is too large, it becomes more difficult to obtain thermal stability as the number of water molecules increases. In one embodiment, 4 to 13 water molecules are contained per ion pair. In another embodiment, 3 to 10 water molecules are contained per ion pair. In another embodiment, 3 to 7 water molecules are contained per ion pair.

本発明にかかる液体組成物は、わずかな水分子と特定のカチオンと特定のアニオンとを含むことにより、膜タンパク質を安定化することができる。したがって、本願発明にかかる液体組成物は、膜タンパク質を更に含んでもよい。本発明にかかる液体組成物は、カチオンおよび/またはアニオンとして有機塩を使用するため、イオン間の相互作用が小さくなり、構造デザイン性を有することから、水および有機溶媒等の従来の溶媒よりも溶媒特性の制御が容易である。 The liquid composition of the present invention can stabilize membrane proteins by containing a small number of water molecules, specific cations, and specific anions. Therefore, the liquid composition of the present invention may further contain a membrane protein. The liquid composition of the present invention uses organic salts as cations and/or anions, so that the interaction between ions is small and the liquid composition has a structure that can be designed, making it easier to control the solvent properties than conventional solvents such as water and organic solvents.

一態様において、カチオンは、(a)下記:

Figure 0007615425000011
(式中、Xは、窒素原子またはリン原子であり、
、RおよびRは、水素またはC1~C4アルキルであるか、または、R、RおよびRが一緒に五員または六員環を形成しており、当該環は、C1~C4アルキルで置換されていてもよく、
は、鎖内に少なくとも1つの酸素原子を有するC1~C4炭化水素基である。)
から選択される。 In one embodiment, the cation is:
Figure 0007615425000011
(wherein X is a nitrogen atom or a phosphorus atom;
R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen or C1-C4 alkyl, or R 1 , R 2 and R 3 together form a 5- or 6-membered ring, which may be substituted with C1-C4 alkyl;
R4 is a C1-C4 hydrocarbon group having at least one oxygen atom in the chain.
is selected from.

別の態様において、カチオンは、以下:

Figure 0007615425000012
(式中、Xは、窒素原子またはリン原子であり、
、RおよびRは、水素またはC1~C4アルキルであり、
41は、C1~C4アルキレンであり、R42は、水素、C1~C2アルキルもしくはC1~C4アシルである。)
から選択される。 In another embodiment, the cation is:
Figure 0007615425000012
(wherein X is a nitrogen atom or a phosphorus atom;
R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen or C1-C4 alkyl;
R 41 is C1-C4 alkylene, and R 42 is hydrogen, C1-C2 alkyl, or C1-C4 acyl.
is selected from.

式(I-1)中、R、RおよびRは好ましくは、水素またはC1~C2アルキルであり、より好ましくは、C1~C2アルキルである。 In formula (I-1), R 1 , R 2 and R 3 are preferably hydrogen or C1 to C2 alkyl, more preferably C1 to C2 alkyl.

式(I-1)中、好ましくは:
41は、C1~C2アルキレンであり、R42は、C1~C2アルキルもしくはC1~C4アシルであるか、または、
41は、C1~C4アルキレンであり、R42は、水素であり、
より好ましくは:
41は、C1~C2アルキレンであり、R42は、C1~C2アルキルもしくはC1~C2アシルであるか、または、
41は、C2~C4アルキレンであり、R42は、水素であり、
さらに好ましくは:
41は、C1~C2アルキレンであり、R42は、アセチルもしくはメチルであるか、または、
41は、C2~C3アルキレンであり、R42は、水素であり、
さらにより好ましくは:
41は、C2アルキレンであり、R42は、アセチルもしくはメチルであるか、または、
41は、C2アルキレンであり、R42は、水素である。
In the formula (I-1), preferably:
R 41 is C1-C2 alkylene and R 42 is C1-C2 alkyl or C1-C4 acyl, or
R 41 is a C1-C4 alkylene and R 42 is hydrogen;
More preferably:
R 41 is C1-C2 alkylene and R 42 is C1-C2 alkyl or C1-C2 acyl, or
R 41 is a C2-C4 alkylene and R 42 is hydrogen;
Even more preferably:
R 41 is a C1-C2 alkylene and R 42 is acetyl or methyl, or
R 41 is a C2-C3 alkylene, R 42 is hydrogen,
Even more preferably:
R 41 is a C2 alkylene and R 42 is acetyl or methyl, or
R 41 is a C2 alkylene and R 42 is hydrogen.

更に別の態様において、カチオンは、以下:

Figure 0007615425000013
(式中、Xは、窒素原子またはリン原子であり、
環Aは、五員または六員の複素環であり、さらに1つ以上の窒素原子および/またはリン原子を含んでいてもよく、
は、鎖内に少なくとも1つの酸素原子を有するC1~C4炭化水素基であり、
は、C1~C4アルキルである。)
から選択される。 In yet another embodiment, the cation is:
Figure 0007615425000013
(wherein X is a nitrogen atom or a phosphorus atom;
Ring A is a five- or six-membered heterocycle, which may further contain one or more nitrogen and/or phosphorus atoms;
R6 is a C1-C4 hydrocarbon group having at least one oxygen atom in the chain;
R7 is C1-C4 alkyl.
is selected from.

更に別の態様において、カチオンは、以下:

Figure 0007615425000014
(式中、XおよびXは同じであっても異なっていてもよく、窒素原子またはリン原子であり、
環Aは、五員または六員の複素環であり、
は、鎖内に少なくとも1つの酸素原子を有するC1~C4炭化水素基であり、
は、C1~C4アルキルである。)
から選択される。 In yet another embodiment, the cation is:
Figure 0007615425000014
(wherein X 1 and X 2 may be the same or different and are a nitrogen atom or a phosphorus atom;
Ring A is a five- or six-membered heterocycle;
R6 is a C1-C4 hydrocarbon group having at least one oxygen atom in the chain;
R7 is C1-C4 alkyl.
is selected from.

式(I-2)および(I-2’)中、環Aは好ましくは、五員または六員の複素芳香環であり、より好ましくは、五員の複素芳香環であり、さらに好ましくは、イミダゾリウム環である。 In formulas (I-2) and (I-2'), ring A is preferably a five- or six-membered heteroaromatic ring, more preferably a five-membered heteroaromatic ring, and even more preferably an imidazolium ring.

式(I-2)および(I-2’)中、Rは、好ましくは:
-R61OR62(式中、R61は、C1~C4アルキレンであり、R62は、水素、C1~C2アルキルもしくはC1~C4アシルである。)であり、
より好ましくは:
-R61OR62(式中、R61は、C1~C2アルキレンであり、R62は、C1~C2アルキルもしくはC1~C2アシルであるか、または、R61は、C1~C4アルキレンであり、R62は、水素である)である。
In formulae (I-2) and (I-2′), R 6 is preferably:
-R 61 OR 62 (wherein R 61 is C1-C4 alkylene and R 62 is hydrogen, C1-C2 alkyl or C1-C4 acyl);
More preferably:
-R 61 OR 62 , where R 61 is a C1-C2 alkylene and R 62 is a C1-C2 alkyl or C1-C2 acyl, or R 61 is a C1-C4 alkylene and R 62 is hydrogen.

式(I-2)および(I-2’)中、Rは好ましくは、C1~C2アルキルであり、より好ましくは、メチルである。 In formulae (I-2) and (I-2'), R 7 is preferably a C1-C2 alkyl, more preferably methyl.

本明細書において、「炭化水素基」の語には、炭素原子および水素原子のみからなる基だけでなく、炭素原子および水素原子に加えて官能基、例えばヒドロキシ基、エーテル結合、アルデヒド基、カルボキシ基などを含む基も包含されるものとする。 In this specification, the term "hydrocarbon group" includes not only groups consisting of only carbon and hydrogen atoms, but also groups that contain functional groups in addition to carbon and hydrogen atoms, such as hydroxyl groups, ether bonds, aldehyde groups, and carboxyl groups.

別の好ましい態様において、カチオンは、下記:

Figure 0007615425000015
から選択される。 In another preferred embodiment, the cation is:
Figure 0007615425000015
is selected from.

本発明にかかる液体組成物において、カチオンとアニオンとの好ましい具体的な組合せは、例えば:
-コリニウムカチオン(Ia)とリン酸二水素アニオン(IIa)、
-コリニウムカチオン(Ia)とクエン酸二水素アニオン(IIb)、
-コリニウムカチオン(Ia)とチオシアネートアニオン(IIc)、
-コリニウムカチオン(Ia)と重酒石酸(bitartrate)イオン(IId)、
-コリニウムカチオン(Ia)と臭素イオン、
-アセチルコリンカチオン(Ib)と塩素イオン、
-1-(2-Hydroxyethyl)-3-methylimidazoliumカチオン(Ic)とリン酸二水素アニオン(IIa)、
-1-(2-Hydroxyethyl)-3-methylimidazoliumカチオン(Ic)と塩素イオン、および
-N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammoniumカチオン(Id)と臭素イオン、
であるが、これらに限定されない。かかるカチオンとアニオンとの具体的な組合せは、特に、膜タンパク質の安定化に適している。
In the liquid composition according to the present invention, specific preferred combinations of cations and anions include, for example:
- cholinium cation (Ia) and dihydrogen phosphate anion (IIa),
- cholinium cation (Ia) and dihydrogen citrate anion (IIb),
- cholinium cation (Ia) and thiocyanate anion (IIc),
- cholinium cation (Ia) and bitartrate ion (IId),
- cholinium cation (Ia) and bromide ion,
- acetylcholine cation (Ib) and chloride ion,
-1-(2-hydroxyethyl)-3-methylimidazolium cation (Ic) and dihydrogen phosphate anion (IIa),
-1-(2-hydroxyethyl)-3-methylimidazolium cation (Ic) and chloride ion, and -N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium cation (Id) and bromide ion,
Such specific combinations of cations and anions are particularly suitable for stabilizing membrane proteins, but are not limited to these.

本願発明にかかる液体組成物には、カチオン対アニオンが1:1のモル比で含まれることが好ましい。かかるモル比でカチオンおよびアニオンが含まれることにより、膜タンパク質の解析により適した場を提供することができる。 The liquid composition of the present invention preferably contains cations and anions in a molar ratio of 1:1. By containing cations and anions in such a molar ratio, it is possible to provide a suitable environment for the analysis of membrane proteins.

本発明にかかる液体組成物は、例えば緩衝液中に、アニオンとカチオンとのイオンペアを含む。緩衝液としては、例えば、トリス塩酸(Tris-HCl)緩衝液が使用される。液体組成物中、イオンペアの濃度は、例えば50mM未満である。 The liquid composition of the present invention contains an ion pair of an anion and a cation, for example in a buffer solution. For example, a Tris-HCl buffer solution is used as the buffer solution. The concentration of the ion pair in the liquid composition is, for example, less than 50 mM.

一態様において、膜タンパク質は、αヘリックス膜貫通型タンパク質である。上記した特定のカチオンと特定のアニオンとの組合せを含む水和イオン液体は、αヘリックスの占める割合の多い膜貫通型タンパク質の構造の安定化に作用することが本発明者らにより見出されている。αヘリックス膜貫通型タンパク質は、安定性が水溶性タンパク質と類似するβバレル膜貫通型タンパク質とは異なり、従来、生体外でのフォールディングが難しいとされていたところ、特定のカチオンと特定のアニオンとの組合せを含む水和イオン液体により安定化されたことは驚くべきことであった。例えば、従来、膜タンパク質の溶解に使用されていた界面活性剤は、親水性部位と疎水性部位の調整によって、膜タンパク質の可溶化を達成していると考えられているが、本発明で使用する水和イオン液体は明らかな疎水性部位を有さない点で、界面活性剤とは可溶化のメカニズムが異なるものと考えられる。 In one embodiment, the membrane protein is an α-helical transmembrane protein. The present inventors have found that the hydrated ionic liquid containing the above-mentioned combination of a specific cation and a specific anion acts to stabilize the structure of a transmembrane protein in which α-helices account for a large proportion. Unlike β-barrel transmembrane proteins, which have a similar stability to water-soluble proteins, α-helical transmembrane proteins have been considered difficult to fold in vitro. It was surprising that they were stabilized by a hydrated ionic liquid containing a combination of a specific cation and a specific anion. For example, surfactants that have been used to dissolve membrane proteins are thought to achieve solubilization of membrane proteins by adjusting hydrophilic and hydrophobic sites, but the hydrated ionic liquid used in the present invention does not have a clear hydrophobic site, and is therefore thought to have a different solubilization mechanism from surfactants.

αヘリックス膜貫通型タンパク質は、単量体において、例えば1~17個、好ましくは4~12個、より好ましくは7~10個の膜貫通ドメインを有する。 An α-helical transmembrane protein has, for example, 1 to 17, preferably 4 to 12, and more preferably 7 to 10 transmembrane domains in a monomer.

本明細書において、タンパク質に関して「安定化」および「安定である」とは、膜タンパク質の高次構造が保持されることをいい、好ましくは膜タンパク質の立体構造が保持されることをいう。具体的には、「安定化」および「安定である」とは、天然状態で観察されるタンパク質の高次構造、例えば、αヘリックスおよびβシートなどが維持されることをいい、天然状態のタンパク質の高次構造および/または立体構造は、それぞれのタンパク質に適した方法で抽出および精製したin vitroの環境においても保持され、水、適切な濃度範囲の食塩水、および、当該分野で慣用のpH条件を満たす各種緩衝液中で形成される構造をいう。膜タンパク質の場合は、例えば、水、食塩水、緩衝液等において、適切な種類と濃度の界面活性剤の存在下で形成される高次構造および/または立体構造をいう。タンパク質の高次構造および/または立体構造は、当該分野で既知の手法によって測定することができ、例えば、円二色性(Circular Dichroism;CD)分光法、紫外可視(UltraViolet(UV)-Visible)分光法、フーリエ変換赤外線(Fourier transform infrared;FTIR)分光法、全反射法(Attenuated total reflection;ATR)、示差走査熱量測定(Differential scanning calorimetry;DSC)、核磁気共鳴(Nuclear magnetic resonance;NMR)、X線構造解析、電子顕微鏡、高速原子間力顕微鏡および蛍光分光法などによって測定することができるが、これらの手法に限定されない。タンパク質の高次構造および/または立体構造は、これらの手法を単独で使用して測定しても、複数を組み合わせて測定してもよい。 In this specification, "stabilized" and "stable" in relation to a protein refer to the retention of the higher-order structure of the membrane protein, preferably the retention of the three-dimensional structure of the membrane protein. Specifically, "stabilized" and "stable" refer to the maintenance of the higher-order structure of the protein observed in the natural state, such as α-helix and β-sheet, and the higher-order structure and/or three-dimensional structure of the protein in the natural state are retained even in an in vitro environment after extraction and purification by a method suitable for each protein, and refer to structures formed in water, saline of an appropriate concentration range, and various buffer solutions that satisfy pH conditions commonly used in the field. In the case of membrane proteins, for example, the higher-order structure and/or three-dimensional structure formed in the presence of a surfactant of an appropriate type and concentration in water, saline, buffer solution, etc. The higher-order structure and/or three-dimensional structure of a protein can be measured by a method known in the art, for example, circular dichroism (CD) spectroscopy, ultraviolet-visible (UV)-visible spectroscopy, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, attenuated total reflection (ATR), differential scanning calorimetry (DSC), nuclear magnetic resonance (NMR), X-ray structural analysis, electron microscopy, high-speed atomic force microscopy, and fluorescence spectroscopy, but are not limited to these methods. The higher-order structure and/or three-dimensional structure of a protein may be measured using these techniques alone or in combination.

例えば、CDスペクトルにおけるαヘリックス構造に特徴的なピークとして、205~210nm付近のピークおよび220~225nm付近のピークが挙げられる。αヘリックスに関し、高次構造および/または立体構造が維持されていることは、例えば、濃度で補正をした結果、ピーク強度および/または形状が維持されていることにより確認することができる。ピーク形状については、例えば、αヘリックス構造に特徴的な208nm付近および222nm付近にピークを有する形状が維持されていることにより、高次構造および/または立体構造が維持されていることが確認される。また、ピーク強度については、例えば、CDスペクトルの上記波長範囲内のある波長(例えば208nm)におけるピーク強度が、天然状態のピーク強度の、例えば50%以上、60%以上、70%以上または75%以上、好ましくは80%以上、85%以上、90%以上または95%以上、より好ましくは、天然状態のピーク強度と同等であることによって高次構造および/または立体構造が維持されていることが確認される。 For example, peaks characteristic of an α-helix structure in a CD spectrum include a peak near 205-210 nm and a peak near 220-225 nm. The maintenance of the higher-order structure and/or three-dimensional structure of an α-helix can be confirmed, for example, by the maintenance of peak intensity and/or shape as a result of concentration correction. The maintenance of the higher-order structure and/or three-dimensional structure can be confirmed, for example, by the maintenance of a shape having peaks near 208 nm and near 222 nm, which are characteristic of an α-helix structure ... peak intensity at a wavelength (e.g., 208 nm) within the above wavelength range of the CD spectrum being, for example, 50% or more, 60% or more, 70% or more, or 75% or more of the peak intensity in the native state, preferably 80% or more, 85% or more, 90% or more, or 95% or more, more preferably equivalent to the peak intensity in the native state.

本明細書において、膜タンパク質の安定性には、好ましくは、熱安定性が含まれる。ここで、熱安定性は耐熱性ともいう。本明細書において、膜タンパク質に関して、「安定化」および「安定である」とは、好ましくは、膜タンパク質が高次構造を保持したまま溶解されることに加え、膜タンパク質の熱安定性が向上することをいう。より好ましくは、「安定化」および「安定である」とは、膜タンパク質が立体構造を保持したまま溶解されることに加え、膜タンパク質の熱安定性が向上することをいう。熱安定性は、先に例示した手法のいずれかを用いて、異なる温度で測定を行うことによって評価することができる。熱安定性は、例えばタンパク質の変性温度を測定することによって確認することができ、例えば緩衝液中でのタンパク質の変性温度と比較して、本発明にかかる液体組成物中でのタンパク質の変性温度が上昇している場合、熱安定性が向上したことが確認される。膜タンパク質が発色団を有する場合、加熱前および加熱後において、着色の変化を目視または慣用の装置によって確認してもよい。 In the present specification, the stability of a membrane protein preferably includes thermal stability. Here, thermal stability is also referred to as heat resistance. In the present specification, with respect to a membrane protein, "stabilization" and "being stable" preferably mean that the membrane protein is dissolved while maintaining its higher-order structure, and that the thermal stability of the membrane protein is improved. More preferably, "stabilization" and "being stable" mean that the membrane protein is dissolved while maintaining its three-dimensional structure, and that the thermal stability of the membrane protein is improved. Thermal stability can be evaluated by performing measurements at different temperatures using any of the methods exemplified above. Thermal stability can be confirmed, for example, by measuring the denaturation temperature of the protein. For example, if the denaturation temperature of the protein in the liquid composition of the present invention is increased compared to the denaturation temperature of the protein in a buffer solution, the thermal stability is confirmed to be improved. If the membrane protein has a chromophore, the change in color before and after heating may be confirmed visually or by a conventional device.

本明細書において、膜タンパク質の安定性には、好ましくは、経時安定性が含まれる。ここで、経時安定性は保存安定性ともいう。本明細書において、膜タンパク質に関して、「安定化」および「安定である」とは、好ましくは、膜タンパク質が高次構造を保持したまま溶解されることに加え、膜タンパク質が経時安定性を有することをいう。より好ましくは、「安定化」および「安定である」とは、膜タンパク質が立体構造を保持したまま溶解されることに加え、膜タンパク質が経時安定性を有することをいう。経時安定性は、先に例示した手法を用いて、異なる時点で測定を行うことによって評価することができる。例えば、温度を一定とし、ある時点と、当該時点から一定時間経過後とを比較して、高次構造および/または立体構造が維持されていることによって確認することができる。 In the present specification, the stability of a membrane protein preferably includes stability over time. Here, stability over time is also referred to as storage stability. In the present specification, with respect to a membrane protein, "stabilization" and "being stable" preferably mean that the membrane protein is dissolved while maintaining its higher-order structure, and that the membrane protein has stability over time. More preferably, "stabilization" and "being stable" mean that the membrane protein is dissolved while maintaining its three-dimensional structure, and that the membrane protein has stability over time. The stability over time can be evaluated by performing measurements at different points in time using the above-mentioned method. For example, the temperature can be kept constant, and a comparison can be made between a certain point in time and a certain time after the passage of time from that point in time to confirm that the higher-order structure and/or three-dimensional structure is maintained.

本明細書において、膜タンパク質に関して、「安定化」および「安定である」とは、より好ましくは、膜タンパク質が高次構造および/または立体構造を保持したまま溶解されることに加え、タンパク質の機能が保持されていることをいう。膜タンパク質の機能が保持されていることは、タンパク質の種類に応じた手法を用いて確認することができる。例えば、バクテリオロドプシンの機能が保持されていることは、光反応サイクルを測定することによって確認することができる。 As used herein, with respect to membrane proteins, "stabilized" and "stable" more preferably mean that the membrane protein is dissolved while retaining its higher-order structure and/or three-dimensional structure, and that the function of the protein is maintained. The retention of the function of the membrane protein can be confirmed using a method appropriate for the type of protein. For example, the retention of the function of bacteriorhodopsin can be confirmed by measuring the photoreaction cycle.

さらにより好ましい態様において、「安定化」および「安定である」とは、膜タンパク質の高次構造および/または立体構造が保持され、膜タンパク質の熱安定性が向上し、かつ、膜タンパク質の機能が保持されていることをいう。さらにより好ましい態様において、「安定化」および「安定である」とは、膜タンパク質の高次構造および/または立体構造が保持され、膜タンパク質が経時安定性を有し、かつ、膜タンパク質の機能が保持されていることをいう。 In an even more preferred embodiment, "stabilized" and "stable" refer to the fact that the higher-order structure and/or the three-dimensional structure of the membrane protein is maintained, the thermal stability of the membrane protein is improved, and the function of the membrane protein is maintained. In an even more preferred embodiment, "stabilized" and "stable" refer to the fact that the higher-order structure and/or the three-dimensional structure of the membrane protein is maintained, the membrane protein has stability over time, and the function of the membrane protein is maintained.

さらに特により好ましい態様において、膜タンパク質が「安定化」および「安定である」ことには、外的刺激に対して高次構造および/または立体構造の変化を生じないことも含み得る。外的刺激としては、例えば光照射、具体的にはレーザー照射等が挙げられる。 In a more particularly preferred embodiment, "stabilization" and "being stable" of a membrane protein may also include not causing changes in higher-order structure and/or three-dimensional structure in response to an external stimulus. An example of an external stimulus is light irradiation, specifically laser irradiation, etc.

本発明の別の側面は、膜タンパク質を安定化させる方法に関する。当該安定化方法は、先述のカチオンと先述のアニオンとを含む液体組成物に膜タンパク質を添加することを含む。液体組成物の組成については、液体組成物に関して先述した態様が適用される。 Another aspect of the present invention relates to a method for stabilizing a membrane protein, the stabilization method comprising adding the membrane protein to a liquid composition comprising the aforementioned cation and the aforementioned anion. The composition of the liquid composition is as described above for the liquid composition.

本発明にかかる安定化方法は、膜タンパク質を含む液体組成物を攪拌すること、および/または、液温を調整することを含んでもよい。 The stabilization method of the present invention may include stirring the liquid composition containing the membrane protein and/or adjusting the liquid temperature.

以上、本発明によれば、従来、溶液中で十分な安定性を得ることが難しかった膜タンパク質について、安定化のための簡便な手法が提供される。一般に、膜タンパク質は生体膜から単離すると、適切な界面活性剤や脂質の存在なしには高次構造が維持されない。また、単離された膜タンパク質は、高濃度のより一般的なイオン液体中においても構造が維持されないことがわかっている。しかしながら、本発明にかかる液体組成物を使用することで、驚くべきことに、膜タンパク質の高次構造を維持したまま液体中に溶解できることが新たに見出された。 As described above, the present invention provides a simple method for stabilizing membrane proteins, which have traditionally been difficult to achieve sufficient stability in solution. In general, when membrane proteins are isolated from biological membranes, they do not maintain their higher-order structure without the presence of an appropriate surfactant or lipid. It has also been found that isolated membrane proteins do not maintain their structure even in high concentrations of more common ionic liquids. However, it has been surprisingly discovered that by using the liquid composition of the present invention, it is possible to dissolve membrane proteins in liquid while maintaining their higher-order structure.

本発明で使用する水和イオン液体は、特定のカチオンと特定のアニオンとを含むイオン液体に水分子を添加するだけで調製が可能であり、単離した膜タンパク質をこの水和イオン液体に混合するだけで当該タンパク質を液体中に安定的に溶解させることができる。すなわち、膜タンパク質を溶解する場を短時間で簡便に調製可能であること、共存する水分子数を調整できること、および、調製した水和イオン液体に膜タンパク質溶液を混合することで、高次構造を保持した状態で溶解させることができること等が本発明の利点である。 The hydrated ionic liquid used in the present invention can be prepared simply by adding water molecules to an ionic liquid containing a specific cation and a specific anion, and the isolated membrane protein can be stably dissolved in the liquid simply by mixing the isolated membrane protein with this hydrated ionic liquid. In other words, the advantages of the present invention are that the field for dissolving the membrane protein can be easily prepared in a short time, the number of coexisting water molecules can be adjusted, and by mixing a membrane protein solution with the prepared hydrated ionic liquid, the protein can be dissolved while maintaining its higher-order structure.

また、特定のイオンペアと水とを含む水和イオン液体に膜タンパク質を溶解するだけで膜タンパク質の安定性が向上するため、煩雑な作業、熟練した技術および調製に要する時間等の負荷を軽減することができる。例えば、本発明によれば、リポソームを使用する場合のように、配向を制御する必要がなく、ナノディスクを用いた再構築のように、再構築後の操作も必要ない。 In addition, the stability of membrane proteins can be improved simply by dissolving them in a hydrated ionic liquid containing a specific ion pair and water, which can reduce the burden of cumbersome work, skilled techniques, and the time required for preparation. For example, according to the present invention, there is no need to control the orientation as in the case of using liposomes, and no post-reconstruction operations are required as in the case of reconstruction using nanodisks.

さらに、水和イオン液体はオープン環境でもほぼ揮発しないため、小スケールで長期間の利用も可能である。よって、本発明によって安定化された膜タンパク質は、長期検討を行うことのできる結合化合物スクリーニング技術として展開できることが期待される。すなわち、安定化した膜タンパク質を用いて、例えば、室温、オープン環境で、膜タンパク質と相互作用を有する化合物を効率的にスクリーニングすること、および、当該化合物の結合力を解析すること等も可能となることが期待される。 Furthermore, since hydrated ionic liquids are virtually non-volatile even in an open environment, they can be used on a small scale for long periods of time. Therefore, it is expected that the membrane proteins stabilized by the present invention can be deployed as a binding compound screening technique that can be used for long-term studies. In other words, it is expected that the stabilized membrane proteins can be used to efficiently screen compounds that interact with membrane proteins, for example, at room temperature in an open environment, and to analyze the binding strength of the compounds.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples in any way.

実施例では、膜タンパク質として10本の膜貫通型αヘリックスを含むHaemophilus influenzae TehA(以下「TehA」と称する。)と、光駆動プロトンポンプとしてエネルギー交換を行う、αへリックスが膜を7回貫通した構造を持つバクテリオロドプシン(以下「bR」と称する。)を使用した。bRは発色団レチナールを含有する色素タンパク質である。2つの膜タンパク質は既報に従って調製した(参考文献3)。 In the examples, the membrane proteins used were Haemophilus influenzae TehA (hereinafter referred to as "TehA"), which contains 10 transmembrane α-helices, and bacteriorhodopsin (hereinafter referred to as "bR"), which has a structure in which α-helices penetrate the membrane seven times and exchanges energy as a light-driven proton pump. bR is a pigment protein that contains the chromophore retinal. The two membrane proteins were prepared according to a previous report (Reference 3).

実施例1.TehA
TehAの実験では、イオン液体に、コリニウムカチオン(cholinium、[ch])とリン酸二水素アニオン(dihydrogenphosphate、[dhp])とのイオンペア([ch][dhp])を用いた。[ch][dhp]1イオンペアあたりの水分子が4個または7個となるように水を添加し、水和[ch][dhp]を作成した。緩衝液には150mM NaCl、20mM Tris-HCl(pH7.2~7.5)、0.05%(w/v)DDM-anagradeを用いた。また、[ch][dhp]の濃度を50mMに調製した水溶液中も熱変性温度測定で使用した。膜タンパク質の濃度は約500μg/mLとなるよう、それぞれの溶媒に溶解した。
Example 1. TehA
In the TehA experiment, an ion pair ([ch][dhp]) of cholinium cation ([ch]) and dihydrogenphosphate anion ([dhp]) was used as the ionic liquid. Water was added so that there were 4 or 7 water molecules per [ch][dhp] ion pair to create hydrated [ch][dhp]. 150 mM NaCl, 20 mM Tris-HCl (pH 7.2-7.5), and 0.05% (w/v) DDM-anagrade were used as the buffer. In addition, an aqueous solution in which the concentration of [ch][dhp] was adjusted to 50 mM was also used for the thermal denaturation temperature measurement. The membrane protein was dissolved in each solvent so that the concentration was about 500 μg/mL.

調製した溶液を、25、40、55、60、65、70および85℃の各温度にて10分間インキュベートした後、200~250nmの波長範囲でCD測定を行った(図1、図2Aおよび図2B)。含水率の異なる水和イオン液体中の熱変性温度測定では、1℃/minの速度で測定温度を変化させながら208nmにおけるCD強度変化を追跡した。スペクトル強度が半分になる温度を変性温度として算出した(図3Aおよび図3B)。 The prepared solutions were incubated at temperatures of 25, 40, 55, 60, 65, 70 and 85°C for 10 minutes, after which CD measurements were performed in the wavelength range of 200-250 nm (Fig. 1, Fig. 2A and Fig. 2B). In measurements of thermal denaturation temperatures in hydrated ionic liquids with different water contents, the change in CD intensity at 208 nm was tracked while changing the measurement temperature at a rate of 1°C/min. The temperature at which the spectral intensity was halved was calculated as the denaturation temperature (Fig. 3A and Fig. 3B).

その結果、水和イオン液体中でも緩衝液中と類似のスペクトルが確認され、αヘリックス構造を維持していることが明らかとなった。さらに熱変性温度は、水和イオン液体中で緩衝液中に比べて上昇し、熱安定性の向上が確認された。特に、1イオンペアあたりの水分子が4個となるよう調製した水和イオン液体中では、緩衝液中に比べて約30℃上昇し、水和[ch][dhp]中に溶解することで熱安定性が大きく向上することが確認された(図3B)。 As a result, a spectrum similar to that in the buffer solution was confirmed in the hydrated ionic liquid, demonstrating that the α-helical structure was maintained. Furthermore, the thermal denaturation temperature was higher in the hydrated ionic liquid than in the buffer solution, confirming improved thermal stability. In particular, in the hydrated ionic liquid prepared so that there were four water molecules per ion pair, the temperature was approximately 30°C higher than in the buffer solution, confirming that dissolution in the hydrated [ch][dhp] significantly improved thermal stability (Figure 3B).

次に、下記に示すイオン液体およびクラウディング剤であるD-(+)-Trehalose Anhydrousを水和させた。調製した水和混合物は以下の通りである。末尾の数字は、それぞれ1イオンペアに対する水分子数を示す。
・[ch][dhp]-4、
・D-(+)-Trehalose Anhydrous(Tre-30)、および
・緩衝液
それぞれの溶媒に、濃度が15μMとなるようにTehAを添加し、サンプルの調製を行った。
Next, the ionic liquid and the crowding agent D-(+)-Trehalose Anhydrous shown below were hydrated. The hydrated mixture prepared is as follows. The numbers at the end of each number indicate the number of water molecules per ion pair.
・[ch][dhp]-4,
TehA was added to each of the solvents of D-(+)-Trehalose Anhydrous (Tre-30) and the buffer solution to a concentration of 15 μM, and samples were prepared.

調製したサンプルについて、円偏光二色性(CD)測定によりTehAの二次構造を確認したところ、[ch][dhp]-4およびTre-30中で、TehAが緩衝液中と類似の構造を維持していることが確認され、これらのサンプルについてさらに、温度変化に伴う208nmにおけるCD強度の変化を追跡した(図3C)。CD強度の変化で得られる中点を変性温度とすると、緩衝液中に溶解したTehAの変性温度は64℃であったのに対し、[ch][dhp]-4、Tre-30に溶解したTehAはいずれも緩衝液中に比べて熱変性温度の上昇が確認された。熱変性温度は、[ch][dhp]-4で91℃、Tre-30で73℃であった。[ch][dhp]-4では約30℃の上昇を確認した。 The secondary structure of TehA was confirmed by measuring circular dichroism (CD) for the prepared samples, and it was confirmed that TehA maintained a similar structure in [ch][dhp]-4 and Tre-30 as in the buffer solution. Furthermore, the change in CD intensity at 208 nm with temperature change was tracked for these samples (Figure 3C). The midpoint obtained by the change in CD intensity was taken as the denaturation temperature, and the denaturation temperature of TehA dissolved in the buffer solution was 64°C, whereas the thermal denaturation temperature of TehA dissolved in [ch][dhp]-4 and Tre-30 was confirmed to be higher than that in the buffer solution. The thermal denaturation temperature was 91°C for [ch][dhp]-4 and 73°C for Tre-30. An increase of approximately 30°C was confirmed for [ch][dhp]-4.

次に、[ch][dhp]について、1イオンペア対水分子の数が1:4、1:7、1:10、1:13、1:17および1:20となるよう水和[ch][dhp]を調製し、それぞれにTehAを溶解してCD測定を行った。温度を変化させながら得られるCDスペクトルの208nmにおける強度を追跡し、強度変化の中点を熱変性温度として比較を行った(図3Dおよび図3E)。熱変性温度は、1イオンペアに対し水分子が最も少ない4分子で調整した水和[ch][dhp]中で、緩衝液中に比べて約30℃上昇し、水分子数の増加に伴い熱変性温度は低下した。 Next, hydrated [ch][dhp] was prepared so that the number of water molecules per ion pair was 1:4, 1:7, 1:10, 1:13, 1:17, and 1:20, and TehA was dissolved in each to perform CD measurements. The intensity of the CD spectrum at 208 nm obtained while changing the temperature was tracked, and the midpoint of the intensity change was used as the thermal denaturation temperature for comparison (Figures 3D and 3E). The thermal denaturation temperature in hydrated [ch][dhp] adjusted with the fewest number of water molecules per ion pair (4 molecules) was approximately 30°C higher than in buffer solution, and the thermal denaturation temperature decreased as the number of water molecules increased.

実施例2.bR
bRの実験では、カチオンとして、コリニウムカチオン([ch])またはアセチルコリンカチオン([Ach])を、アニオンとして、リン酸二水素アニオン([dhp])、クエン酸二水素アニオン(dihydrogen citrate、[dhC])、チオシアネートイオン([SCN])、臭素イオン(Br、[Br])または塩素イオン(Cl、[Cl])を使用した。具体的には、bRの実験では以下のイオンペアを使用した。末尾の数字はそれぞれ、1イオンペアに対する水分子数を示す。
・コリニウムカチオンとリン酸二水素アニオンとのイオンペア([ch][dhp]-3)、
・コリニウムカチオンとクエン酸二水素アニオンとのイオンペア([ch][dhC]-5)、
・コリニウムカチオンと臭素イオンとのイオンペア([ch][Br]-3)
・アセチルコリンカチオンと塩素イオンとのイオンペア([Ach][Cl]-3)、
・コリニウムカチオンとチオシアネートイオンとのイオンペア([ch][SCN]-3)、
および
・テトラブチルアンモニウムカチオンとリン酸二水素アニオンとのイオンペア([N4444][dhp]-5)、
Example 2. bR
In the bR experiments, cholinium cation ([ch]) or acetylcholine cation ([Ach]) was used as the cation, and dihydrogen phosphate anion ([dhp]), dihydrogen citrate anion (dihydrogen citrate, [dhC]), thiocyanate ion ([SCN]), bromide ion (Br - , [Br]) or chloride ion (Cl - , [Cl]) were used as the anions. Specifically, the following ion pairs were used in the bR experiments. The numbers at the end of each pair indicate the number of water molecules per ion pair.
- Ion pair of cholinium cation and dihydrogen phosphate anion ([ch][dhp]-3),
- Ion pair of cholinium cation and dihydrogen citrate anion ([ch][dhC]-5),
・Ion pair of cholinium cation and bromide ion ([ch][Br]-3)
- Ion pair of acetylcholine cation and chloride ion ([Ach][Cl]-3),
- Ion pair of cholinium cation and thiocyanate ion ([ch][SCN]-3),
and an ion pair of tetrabutylammonium cation and dihydrogen phosphate anion ([N4444][dhp]-5),

さらに、分子クラウディング剤として使用されるpolyethylene glycol400(PEG400)を使用した溶液も調製した。 In addition, a solution was prepared using polyethylene glycol 400 (PEG 400), which is used as a molecular crowding agent.

上記溶液は、1イオンペアに対して、水が3分子となるように調製し、[ch][dhC]、[N4444][dhp]に関しては溶解性の観点から1イオンペアに対して水5分子となるように調製した。緩衝液には、150mM NaClおよび0.25%(w/v)sodium deoxycholateを含有する20mM Tris-HCl緩衝液(pH8.0)を用いた。 The above solutions were prepared so that there were three water molecules per ion pair, and for [ch], [dhC], and [N4444], [dhp], the ratio was five water molecules per ion pair from the viewpoint of solubility. The buffer solution used was 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 150 mM NaCl and 0.25% (w/v) sodium deoxycholate.

溶解したbRの溶解状態について、目視による観察およびUV-Vis測定を行った(図4A、図4B、図4C、図5A、図5B)。さらに、緩衝液中と[ch][dhp]中とで、90℃でインキュベートしながら、目視観察およびスペクトル測定を行った(図6)。 The state of dissolution of bR was visually observed and measured by UV-Vis (Figures 4A, 4B, 4C, 5A, and 5B). In addition, visual observation and spectral measurement were performed while incubating in buffer and [ch][dhp] at 90°C (Figure 6).

スペクトルが半減する時間を算出し、耐熱性の比較を行った。90℃での半減期が緩衝液中では5.3分であるが、[ch][dhp]中では21.3分と、約4倍もの安定化を確認した(図5B)。目視によっても、緩衝液中のサンプルは90℃で4分処理すると透明になったが、[ch][dhp]中では着色が維持されていることが確認できた(図6)。 The time it took for the spectrum to halve was calculated to compare heat resistance. The half-life at 90°C was 5.3 minutes in the buffer solution, but 21.3 minutes in [ch][dhp], confirming approximately four times the stabilization (Figure 5B). It was also confirmed by visual inspection that the sample in the buffer solution became transparent after 4 minutes at 90°C, but the color was maintained in [ch][dhp] (Figure 6).

閃光励起による光吸収の実験(参考文献6)では、25℃で532nmのナノ秒パルスレーザーを2.0mJ/pulseで照射した後、410、510、570および630nmの吸光度変化を観測することで、bRの光反応サイクルを解析した(図7A、図7Bの点)。それぞれの吸光度変化は、6個の指数関数の和で再現することができ(図7A、図7Bの実線)、時定数(秒)は図8に示すとおりになった。測定後、レーザー照射前後の紫外・可視吸収スペクトルを比較した(図9)。 In an experiment on photoabsorption by flash excitation (Reference 6), the bR photoreaction cycle was analyzed by observing the absorbance changes at 410, 510, 570, and 630 nm after irradiation with a 532 nm nanosecond pulse laser at 2.0 mJ/pulse at 25°C (dots in Figures 7A and 7B). Each absorbance change could be reproduced by the sum of six exponential functions (solid lines in Figures 7A and 7B), and the time constants (seconds) were as shown in Figure 8. After the measurements, the UV-visible absorption spectra before and after laser irradiation were compared (Figure 9).

上記試験の結果、緩衝液中と水和イオン液体中での光吸収変化の時定数の比(図8のHIL/Bの列)は、水素イオンの移動が関係しない前半の時定数1~3については、0.5~0.6程度と水和イオン液体中の方が2倍程度速い反応を示すことがわかった。水素イオンの移動が関与する後半の時定数4~6については、4.8~17程度と水和イオン液体中の方が5~17倍程度遅くなることがわかった。これは水和イオン液体中の水素イオン濃度が少ないことに起因するものと考えられる。このような差異はあるものの、イオン液体中でも緩衝液中と類似した光反応サイクルを示すことが確認された。また、水和イオン液体中では、測定に用いた約360回のレーザー照射による退色はほとんど確認されなかったことから、光照射に対して安定であることが示された(図9)。 As a result of the above test, the ratio of the time constants of the light absorption change in the buffer solution and in the hydrated ionic liquid (HIL/B column in Figure 8) was found to be about 0.5 to 0.6 for the first half of time constants 1 to 3, which are not related to the movement of hydrogen ions, and was about twice as fast in the hydrated ionic liquid. For the second half of time constants 4 to 6, which are related to the movement of hydrogen ions, the ratio was about 4.8 to 17, and was about 5 to 17 times slower in the hydrated ionic liquid. This is thought to be due to the low concentration of hydrogen ions in the hydrated ionic liquid. Despite these differences, it was confirmed that the ionic liquid showed a photoreaction cycle similar to that in the buffer solution. Furthermore, in the hydrated ionic liquid, almost no fading was observed after approximately 360 laser irradiations used in the measurement, indicating that it is stable against light irradiation (Figure 9).

さらに、以下に示す種々のカチオンおよびアニオンを用いて水和イオン液体を調製し、bRが緩衝液中と同様の構造を有することが確認された。末尾の数字は、1イオンペアに対する水分子数を示す。イオン液体は、合成するか、または購入した。
・コリニウムカチオンとリン酸二水素アニオンとのイオンペア([ch][dhp]-4)、
・コリニウムカチオンと重酒石酸(bitartrate)イオンとのイオンペア([ch][bit]-6)、
・コリニウムカチオンと臭素イオンとのイオンペア([ch][Br]-3)、
・アセチルコリンカチオンと塩素イオンとのイオンペア([Ach][Cl]-3)、
・N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammoniumカチオンと臭素イオンとのイオンペア([DEME][Br]-3)、
・1-(2-Hydroxyethyl)-3-methylimidazoliumカチオンと塩素イオンとのイオンペア([C2mimOH][Cl]-4)、
・-(2-Hydroxyethyl)-3-methylimidazoliumカチオンとリン酸二水素アニオンとのイオンペア([C2mimOH][dhp]-3)、
・Betain-7
In addition, hydrated ionic liquids were prepared using various cations and anions, as shown below, and it was confirmed that bR has the same structure as in the buffer solution. The numbers at the end indicate the number of water molecules per ion pair. The ionic liquids were either synthesized or purchased.
- Ion pair of cholinium cation and dihydrogen phosphate anion ([ch][dhp]-4),
- Ion pair of cholinium cation and bitartrate ion ([ch][bit]-6),
- Ion pair of cholinium cation and bromide ion ([ch][Br]-3),
- Ion pair of acetylcholine cation and chloride ion ([Ach][Cl]-3),
- Ion pair of N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium cation and bromine ion ([DEME][Br]-3),
- Ion pair of 1-(2-hydroxyethyl)-3-methylimidazolium cation and chloride ion ([C2mimOH][Cl]-4),
-(2-Hydroxyethyl)-3-methylimidazolium cation and dihydrogen phosphate anion ion pair ([C2mimOH][dhp]-3),
・Betain-7

さらに、分子クラウディング剤として使用されるpolyethylene glycol400(PEG400)を使用し、1イオンペアあたりの水分子が3個となるよう調製した(PEG400-3)。 In addition, polyethylene glycol 400 (PEG400), which is used as a molecular crowding agent, was used to prepare three water molecules per ion pair (PEG400-3).

それぞれの溶媒にTehAの濃度が15μMとなるようにサンプルの調製を行った。調製したすべての水和イオン液体でbRの沈殿は確認されなかった。各溶液について、可視紫外分光測定を行った。 Samples were prepared so that the concentration of TehA in each solvent was 15 μM. No precipitation of bR was observed in any of the hydrated ionic liquids prepared. Visible-ultraviolet spectroscopy was performed on each solution.

緩衝液中のbRではレチナールに基づいて560nm付近に大きな吸収帯と、400nm付近に小さく幅広い吸収帯が確認された(図10A)。[ch][dhp]-4では、緩衝液中と類似のスペクトルが観測され(図10B)、Betain-7では、構造の変化が示唆された(図10C)。変化が示唆されるスペクトルに特徴的な、400nmの手前付近のピークは遊離したレチナールのスペクトルに酷似しており、bRからレチナールの単離が示唆された。 In the case of bR in buffer solution, a large absorption band was observed near 560 nm due to retinal, and a small, broad absorption band was observed near 400 nm (Figure 10A). In [ch][dhp]-4, a spectrum similar to that in buffer solution was observed (Figure 10B), and in the case of Betaine-7, a change in structure was suggested (Figure 10C). The peak just before 400 nm, which is characteristic of the spectrum suggesting a change, closely resembles the spectrum of free retinal, suggesting the isolation of retinal from bR.

次いで、水和イオン液体中で温度変化に伴うスペクトル変化を追跡し、それぞれの熱変性温度の算出を行った。25℃から100℃まで、5分間に5℃温度が上昇するようにインキュベーターを使って水和イオン液体に溶解したbRをインキュベートし、UV-vis法で5分ごとにスペクトル測定を行い、最大吸収波長の吸光度を観測した。熱変性温度は25℃における吸光度に対して各測定温度での吸光度の割合として算出してプロットした。吸光度が50%となった温度を熱変性温度とした(図11)。すべての水和イオン液体において、緩衝液中に比べて熱変性温度が上昇することが確認された。 Next, the spectral changes accompanying temperature changes in the hydrated ionic liquid were tracked, and the thermal denaturation temperatures of each were calculated. bR dissolved in the hydrated ionic liquid was incubated in an incubator from 25°C to 100°C, with the temperature increasing by 5°C per 5 minutes, and the spectrum was measured every 5 minutes using the UV-vis method to observe the absorbance at the maximum absorption wavelength. The thermal denaturation temperatures were calculated as the ratio of the absorbance at each measurement temperature to the absorbance at 25°C, and plotted. The temperature at which the absorbance reached 50% was taken as the thermal denaturation temperature (Figure 11). It was confirmed that the thermal denaturation temperature was higher in all hydrated ionic liquids than in the buffer solution.

緩衝液中と比較して大幅に熱変性温度の向上が確認された[ch][dhp]-4、[ch][bit]-6および[C2mimOH][dhp]-3において、観測される吸光度の減衰傾向についてさらなる検討を行った(図12A~図12D)。[C2mimOH][dhp]-3では温度上昇で観測される減衰速度は遅いが、減衰が開始するのは45℃付近と比較的低温である(図12C)。これに対して、[ch][dhp]-4の減衰開始温度は55℃付近である(図12A)。構造変化が生じ始める減衰開始温度がより高く安定なのは[ch][dhp]-4であった(図12D)。 Further investigation was carried out into the observed decay tendency of absorbance in [ch][dhp]-4, [ch][bit]-6, and [C2mimOH][dhp]-3, which were confirmed to have significantly higher thermal denaturation temperatures than in buffer (Fig. 12A-D). In [C2mimOH][dhp]-3, the decay rate observed with increasing temperature was slow, but decay began at a relatively low temperature of around 45°C (Fig. 12C). In contrast, the decay onset temperature for [ch][dhp]-4 was around 55°C (Fig. 12A). [ch][dhp]-4 had a higher and more stable decay onset temperature at which structural changes began to occur (Fig. 12D).

さらに、水和[ch][dhp]の含水率を検討すべく、1イオンペアに対して4、7、15分子となるように溶液を調製し、UV-visスペクトル測定によりそれぞれの熱変性温度の測定を行った(図13A~図13C)。水和[ch][dhp]中においてインキュベーション前の吸光度が50%に減衰する熱変性温度は、1:4で約80℃、1:7で約83℃、1:15で約68℃となり、1:4と1:7ではあまり変わらず、1:15では大幅に低下することが確認された。水和[ch][dhp]中に自由水が存在しないほど安定性は向上することが示唆された。 Furthermore, to examine the water content of hydrated [ch][dhp], solutions were prepared with 4, 7, and 15 molecules per ion pair, and the thermal denaturation temperature of each was measured by UV-vis spectroscopy (Figures 13A-13C). The thermal denaturation temperature at which the absorbance before incubation in hydrated [ch][dhp] decays to 50% is approximately 80°C for 1:4, approximately 83°C for 1:7, and approximately 68°C for 1:15, indicating that there is little difference between 1:4 and 1:7, but is significantly lower at 1:15. This suggests that the less free water there is in hydrated [ch][dhp], the greater the stability.

先行技術には、例えば、イオン液体およびオスモライトが、膜タンパク質であるバクテリオリドプシンの構造および酸化ストレスに及ぼす影響を実験とシミュレーションから検討したものがある(参考文献4)。ここで使用しているイオンは、構造も濃度も本発明とは全く異なるものである。bRの構造への大きな影響は観測されていないものの、安定性の向上は確認されていない。 In the prior art, for example, the effects of ionic liquids and osmolytes on the structure and oxidative stress of the membrane protein bacteriorhodopsin have been investigated through experiments and simulations (Reference 4). The ions used here are completely different from those used in the present invention in terms of both structure and concentration. Although no significant effect on the structure of bR has been observed, no improvement in stability has been confirmed.

また、計算を用いて耐熱化設計を行い、変異導入をすることで膜タンパク質の耐熱性の向上に成功した事例もある(参考文献5)。膜外領域の変異導入部位の選択、変性状態の自由エネルギー計算、変異による構造変化などの予測および耐熱化変異候補の決定、という手順で膜タンパク質bRの耐熱化変異体を設計しているが、設計の成功率は40%であり、耐熱化に失敗する変異体もある。 There have also been cases where the heat resistance of membrane proteins has been successfully improved by using calculations to design heat resistance and then introducing mutations (Reference 5). A heat-resistant mutant of the membrane protein bR was designed by selecting the site to introduce the mutation in the extramembrane domain, calculating the free energy of the denatured state, predicting structural changes due to the mutation, and determining candidates for heat-resistant mutations. However, the success rate of the design was only 40%, and some mutants failed to be made heat-resistant.

本発明によれば、特定のイオン対と水とを含む水和イオン液体に膜タンパク質を溶解させることで、膜タンパク質の安定性が向上するため、煩雑な作業、熟練した技術および調製に要する時間等の負荷を軽減することができる。また、膜タンパク質を液体に溶解させるため、全てのタンパク質分子を均一に安定化させることができる。さらには、液体中に溶解させて安定化させることができるため、結合化合物スクリーニングのための長期的な利用も期待される。 According to the present invention, the stability of membrane proteins is improved by dissolving them in a hydrated ionic liquid containing a specific ion pair and water, which reduces the burden of cumbersome work, skilled techniques, and the time required for preparation. In addition, since the membrane proteins are dissolved in liquid, all protein molecules can be uniformly stabilized. Furthermore, since the proteins can be dissolved and stabilized in liquid, they are expected to be used for the long term for screening binding compounds.

参考文献

Figure 0007615425000016
References
Figure 0007615425000016

Claims (9)

(a)以下:
Figure 0007615425000017
(式中、Xは、窒素原子またはリン原子であり、
、R およびR は、水素またはC1~C4アルキルであり、
41 は、C1~C4アルキレンであり、R 42 は、水素、C1~C2アルキルもしくはC1~C4アシルである。)
から選択されるか、または、以下:
Figure 0007615425000018
(式中、Xは、窒素原子であり、
環Aは、五員または六員の複素環であり、さらに1つ以上の窒素原子を含んでいてもよく、
は、鎖内に少なくとも1つの酸素原子を有するC1~C4炭化水素基であり、
は、C1~C4アルキルである。)
から選択されるカチオンと、
(b)下記:
Figure 0007615425000019

から選択されるアニオン
とを含み、
前記カチオンおよび前記アニオンの対1つに対して水分子が3~13個含まれ
水和イオン液体である膜タンパク質を安定化するための液体組成物。
(a) The following:
Figure 0007615425000017
(wherein X is a nitrogen atom or a phosphorus atom;
R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen or C1-C4 alkyl;
R 41 is C1-C4 alkylene, and R 42 is hydrogen, C1-C2 alkyl, or C1-C4 acyl.
or the following:
Figure 0007615425000018
(Wherein, X is a nitrogen atom,
Ring A is a five- or six-membered heterocycle, which may further contain one or more nitrogen atoms;
R6 is a C1-C4 hydrocarbon group having at least one oxygen atom in the chain;
R7 is C1-C4 alkyl .
and a cation selected from
(b) the following:
Figure 0007615425000019

and an anion selected from
3 to 13 water molecules are included for each pair of the cation and the anion ;
A liquid composition for stabilizing membrane proteins that is a hydrated ionic liquid .
前記カチオンが、下記:
Figure 0007615425000020
(式中、XおよびX素原子であり、
環Aは、五員または六員の複素環であり、
は、鎖内に少なくとも1つの酸素原子を有するC1~C4炭化水素基であり、
は、C1~C4アルキルである。)
から選択される、請求項に記載の液体組成物。
The cation is selected from the group consisting of:
Figure 0007615425000020
(wherein X1 and X2 are nitrogen atoms ;
Ring A is a five- or six-membered heterocycle;
R6 is a C1-C4 hydrocarbon group having at least one oxygen atom in the chain;
R7 is C1-C4 alkyl.
The liquid composition of claim 1 , wherein the liquid composition is selected from:
前記カチオンが、下記:
Figure 0007615425000021
から選択される、請求項1に記載の液体組成物。
The cation is selected from the group consisting of:
Figure 0007615425000021
The liquid composition of claim 1 , wherein the liquid composition is selected from:
膜タンパク質を更に含む、請求項1または2に記載の液体組成物。 The liquid composition according to claim 1 or 2, further comprising a membrane protein. 前記膜タンパク質が、αヘリックス膜貫通型タンパク質である、請求項1または2に記載の液体組成物。 The liquid composition according to claim 1 or 2 , wherein the membrane protein is an alpha-helical transmembrane protein. 前記αヘリックス膜貫通型タンパク質が、1~17個の膜貫通ドメインを有する、請求項に記載の液体組成物。 The liquid composition of claim 5 , wherein the alpha-helical transmembrane protein has 1 to 17 transmembrane domains. カチオンとアニオンとを含む液体組成物に、膜タンパク質を添加することを含む、膜タンパク質を安定化する方法であって、
(a)前記カチオンが、以下:
Figure 0007615425000022
(式中、Xは、窒素原子またはリン原子であり、
、R およびR は、水素またはC1~C4アルキルであり、
41 は、C1~C4アルキレンであり、R 42 は、水素、C1~C2アルキルもしくはC1~C4アシルである。)
から選択されるか、または、以下:
Figure 0007615425000023
(式中、Xは、窒素原子であり、
環Aは、五員または六員の複素環であり、さらに1つ以上の窒素原子を含んでいてもよく、
は、鎖内に少なくとも1つの酸素原子を有するC1~C4炭化水素基であり、
は、C1~C4アルキルである。)
から選択され、
(b)前記アニオンが、下記:
Figure 0007615425000024
から選択され、
前記液体組成物中に、前記カチオンおよび前記アニオンの対1つ当たりに対して水分子が3~13個含まれ
前記液体組成物が水和イオン液体である、方法。
1. A method for stabilizing a membrane protein comprising adding the membrane protein to a liquid composition comprising a cation and an anion,
(a) the cation is :
Figure 0007615425000022
(wherein X is a nitrogen atom or a phosphorus atom;
R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen or C1-C4 alkyl;
R 41 is C1-C4 alkylene, and R 42 is hydrogen, C1-C2 alkyl, or C1-C4 acyl.
or the following:
Figure 0007615425000023
(Wherein, X is a nitrogen atom,
Ring A is a five- or six-membered heterocycle, which may further contain one or more nitrogen atoms;
R6 is a C1-C4 hydrocarbon group having at least one oxygen atom in the chain;
R7 is C1-C4 alkyl .
is selected from
(b) the anion is
Figure 0007615425000024
is selected from
the liquid composition contains 3 to 13 water molecules per pair of the cation and the anion ;
The method , wherein the liquid composition is a hydrated ionic liquid .
前記カチオンが、下記:The cation is selected from the group consisting of:
Figure 0007615425000025
Figure 0007615425000025
(式中、X(Wherein, X 1 およびXand X 2 は窒素原子であり、is a nitrogen atom,
環Aは、五員または六員の複素環であり、Ring A is a five- or six-membered heterocycle;
R 6 は、鎖内に少なくとも1つの酸素原子を有するC1~C4炭化水素基であり、is a C1-C4 hydrocarbon group having at least one oxygen atom in the chain,
R 7 は、C1~C4アルキルである。)is C1-C4 alkyl.
から選択される、請求項7に記載の方法。The method of claim 7, wherein the compound is selected from the group consisting of
前記カチオンが、下記:The cation is selected from the group consisting of:
Figure 0007615425000026
Figure 0007615425000026
から選択される、請求項7に記載の方法。The method of claim 7, wherein the compound is selected from the group consisting of
JP2024025659A 2023-02-28 2024-02-22 Liquid compositions and methods for stabilizing membrane proteins - Patents.com Active JP7615425B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023030067 2023-02-28
JP2023030067 2023-02-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2024122906A JP2024122906A (en) 2024-09-09
JP7615425B2 true JP7615425B2 (en) 2025-01-17

Family

ID=92672840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2024025659A Active JP7615425B2 (en) 2023-02-28 2024-02-22 Liquid compositions and methods for stabilizing membrane proteins - Patents.com

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7615425B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019023185A (en) 2017-07-21 2019-02-14 ミヨシ油脂株式会社 Water and moisturizer
WO2019103106A1 (en) 2017-11-22 2019-05-31 学校法人東京薬科大学 Agent for regenerating aggregated protein, and method for regenerating aggregated protein using same
JP2022082045A (en) 2020-11-20 2022-06-01 学校法人東京薬科大学 Biomolecule recovery method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019023185A (en) 2017-07-21 2019-02-14 ミヨシ油脂株式会社 Water and moisturizer
WO2019103106A1 (en) 2017-11-22 2019-05-31 学校法人東京薬科大学 Agent for regenerating aggregated protein, and method for regenerating aggregated protein using same
JP2022082045A (en) 2020-11-20 2022-06-01 学校法人東京薬科大学 Biomolecule recovery method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Phys.Chem.Chem.Phys.,14,2012年,790-801

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024122906A (en) 2024-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Molecular insight on the binding of monascin to bovine serum albumin (BSA) and its effect on antioxidant characteristics of monascin
Sharma et al. Non-ionic amphiphilic homopolymers: synthesis, solution properties, and biochemical validation
ud din Parray et al. Effect of cationic gemini surfactant and its monomeric counterpart on the conformational stability and esterase activity of human serum albumin
Kumari et al. Effect of cations and anions of ionic liquids on the stability and activity of lysozyme: Concentration and temperature effect
Zhu et al. Determination of protein by hydroxypropyl-β-cyclodextrin sensitized fluorescence quenching method with erythrosine sodium as a fluorescence probe
Jogun et al. Chemical-structural properties of tetracycline derivatives. 2. Coordination and conformational aspects of oxytetracycline metal ion complexation
Yaseen et al. Surface adsorption of zwitterionic surfactants: n-alkyl phosphocholines characterised by surface tensiometry and neutron reflection
Akram et al. Exploring the binding mode of ester-based cationic gemini surfactants with calf thymus DNA: a detailed physicochemical, spectroscopic and theoretical study
Singh et al. Dynamics of cytochrome c in surface active ionic liquid: A study of preferential interactions towards denaturation
Hazra et al. Physicochemical properties of inclusion complexes of sanguinarine with natural cyclodextrins: spectroscopy, calorimetry and NMR studies
Lu et al. Horizontal comparison of “red or blue shift” and binding energy of six fluoroquinolones: fluorescence quenching mechanism, theoretical calculation and molecular modeling method
Uchman et al. Interaction of fluorescently substituted metallacarboranes with cyclodextrins and phospholipid bilayers: fluorescence and light scattering study
Yan et al. Spectral and molecular modeling studies on the influence of β-cyclodextrin and its derivatives on aripiprazole-human serum albumin binding
JP7615425B2 (en) Liquid compositions and methods for stabilizing membrane proteins - Patents.com
Chai et al. Hydrogen sulfide-responsive and depleting NIR-II nanoplatform synergistic photodynamic therapy for colorectal cancer
Sessa et al. A selective Nile Red based solvatochromic probe: A study of fluorescence in LUVs and GUVs model membranes
Lebedeva et al. The interaction of 5, 10, 15, 20-tetrakis [4-(2, 3, 4, 6-tetra-O-acetyl-β-D-galactopyranosyl) phenyl] porphine with biopolymers
Soto et al. Surface enhanced Raman scattering, natural bond orbitals and Mulliken atomic charge distribution in the normal modes of diethyldithiocarbamate cadmium (II) complex,[Cd (DDTC) 2]
Creste et al. Comparative study of non-covalent interactions between cationic N-phenylviologens and halides by electrochemistry and NMR: the halogen bonding effect
Shen et al. Study on interaction of Ligupurpuroside A with bovine serum albumin by multi-spectroscopic methods
ES2424235T3 (en) Inclusion complexes comprising piroxicam, a cyclodextrin and arginine
Krawczyk et al. Theoretical studies on the interaction between chalcone dyes and Concanavalin A—The reactive group effects on the photophysical and biological properties of the fluorescence probe
Manzoori et al. Determination of heparin using terbium-danofloxacin as a luminescent probe
Sharma et al. Solubilization of 5-methoxy tryptamine molecular probes in CTAB and SDS micelles: a cmc and binding constant study
Liu et al. Semi-quantitative Analysis of the UV-responsive Behavior of Anisotropic Phase Constructed by Gemini Surfactant 12-3-12· 2Br− and trans-ortho-Methoxycinnamate

Legal Events

Date Code Title Description
AA64 Notification of invalidation of claim of internal priority (with term)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A241764

Effective date: 20240319

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240426

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20240426

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240422

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240730

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20240731

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20240731

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240925

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241008

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20241004

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241028

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7615425

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150