JP7716729B2 - Golgi apparatus-localized compounds and uses thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ゴルジ体に局在する化合物及びその使用に関する。より具体的には、本発明は、新規化合物、ゴルジ体標識剤、ゴルジ体を標的とした薬物送達システム、タグタンパク質のゴルジ体への局在化剤、細胞における対象タンパク質の局在を制御する方法、及び、細胞におけるタグタンパク質の局在制御用キットに関する。 The present invention relates to compounds that localize to the Golgi apparatus and uses thereof. More specifically, the present invention relates to novel compounds, Golgi apparatus labeling agents, drug delivery systems that target the Golgi apparatus, agents for localizing tagged proteins to the Golgi apparatus, methods for controlling the localization of target proteins in cells, and kits for controlling the localization of tagged proteins in cells.
ゴルジ体は、真核生物の細胞に存在する細胞小器官である。分泌タンパク質や膜タンパク質のほとんどは、ゴルジ体で糖鎖付加や切断等の修飾を受けた後、分別されて分泌経路のオルガネラや細胞膜、細胞外へと配送される。ゴルジ体の構造や機能の不全は、これらのタンパク質の構造や機能、配送の異常を引き起こし、神経変性疾患、糖鎖合成異常症、発癌等に関連することが明らかにされつつある。 The Golgi apparatus is an organelle present in eukaryotic cells. Most secretory and membrane proteins undergo modifications such as glycosylation and cleavage in the Golgi apparatus before being sorted and delivered to organelles in the secretory pathway, the cell membrane, or outside the cell. Dysfunction in the structure or function of the Golgi apparatus causes abnormalities in the structure, function, and delivery of these proteins, and is increasingly being linked to neurodegenerative diseases, glycosylation disorders, carcinogenesis, and other conditions.
ゴルジ体標識化蛍光プローブとして、NBD-C6-Ceramide、BODIPY FL C5-Ceramide、BODIPY TR Ceramide等のセラミド誘導体が知られている。これらの化合物は、細胞に添加されると細胞内に取り込まれ、ゴルジ体を選択的に染色する試薬として利用されている(例えば、非特許文献1~3を参照。) Ceramide derivatives such as NBD-C6-Ceramide, BODIPY FL C5-Ceramide, and BODIPY TR Ceramide are known as Golgi apparatus-labeling fluorescent probes. When added to cells, these compounds are internalized and used as reagents for selectively staining the Golgi apparatus (see, for example, Non-Patent Documents 1-3).
発明者らは、これまでに、大腸菌由来ジヒドロ葉酸還元酵素(eDHFR)のリガンドであるトリメトプリム(TMP)と、細胞膜又はゴルジ体への局在化モチーフとを結合した化合物(mgcTMP)を合成している(例えば、非特許文献4を参照。)。mgcTMPを細胞に導入することにより、細胞質に発現させた大腸菌由来ジヒドロ葉酸還元酵素(eDHFR)の融合タンパク質を細胞膜又はゴルジ体に局在させることができる。下記式(A1)にトリメトプリムの化学式を示す。 The inventors have previously synthesized a compound (mgcTMP) that combines trimethoprim (TMP), a ligand for Escherichia coli-derived dihydrofolate reductase (eDHFR), with a motif for localization to the cell membrane or Golgi apparatus (see, for example, Non-Patent Document 4). By introducing mgcTMP into cells, a fusion protein of Escherichia coli-derived dihydrofolate reductase (eDHFR) expressed in the cytoplasm can be localized to the cell membrane or Golgi apparatus. The chemical formula of trimethoprim is shown below in formula (A1).
また、下記式(A2)にmgcTMPの化学式を示す。mgcTMPのうち、ミリストイル基-グリシン残基-システイン残基からなる部分が、細胞膜又はゴルジ体への局在化モチーフとして機能する。 The chemical formula for mgcTMP is shown below in formula (A2). The portion of mgcTMP consisting of a myristoyl group, a glycine residue, and a cysteine residue functions as a motif for localization to the cell membrane or Golgi apparatus.
しかしながら、従来のセラミド誘導体はゴルジ体に対する特異性に改良の余地がある。また、mgcTMPは細胞膜にも局在する化合物であり、ゴルジ体のみに特異的に局在する化合物ではない。そこで、本発明は、ゴルジ体に特異的に局在する化合物を提供することを目的とする。 However, conventional ceramide derivatives have room for improvement in terms of their specificity for the Golgi apparatus. Furthermore, mgcTMP is a compound that also localizes in the cell membrane, and is not a compound that specifically localizes only in the Golgi apparatus. Therefore, an object of the present invention is to provide a compound that specifically localizes in the Golgi apparatus.
本発明は以下の態様を含む。
[1]下記式(1)で表される化合物。
[2]前記タグタンパク質及び前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基の組み合わせが、大腸菌ジヒドロ葉酸還元酵素(eDHFR)タンパク質及び下記式(5)で表される基の組み合わせ、FK506結合タンパク質及び下記式(6)で表される基の組み合わせ、炭酸脱水酵素Iタンパク質若しくは炭酸脱水酵素IIタンパク質及び下記式(7)で表される基の組み合わせ、SNAP-tag(登録商標)タンパク質及び下記式(8)若しくは下記式(9)で表される基の組み合わせ、HaloTag(登録商標)タンパク質及び下記式(10)で表される基の組み合わせ、又は、光活動性黄色タンパク質及び下記式(11)で表される基の組み合わせである、[1]に記載の化合物。
[5]前記R1が薬物から誘導された基である、[1]に記載の化合物からなる、ゴルジ体を標的とした薬物送達システム。
[6]前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基である、[1]~[3]のいずれかに記載の化合物からなる、前記タグタンパク質のゴルジ体への局在化剤。
[7]細胞における対象タンパク質の局在を制御する方法であって、前記細胞の内部に、[6]に記載の局在化剤であって、前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基である局在化剤を導入し、その結果、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タグタンパク質とが結合し、前記タグタンパク質が前記対象タンパク質と共にゴルジ体に局在する工程(a)を含み、前記細胞は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞である、方法。
[8]前記工程(a)の後に、前記細胞内に前記タグタンパク質のリガンドを導入する工程(b)を更に含み、前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、ゴルジ体に局在した前記タグタンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記対象タンパク質がゴルジ体から移動する、[7]に記載の方法。
[9]細胞における対象タンパク質の局在を制御する方法であって、前記細胞の内部に、[6]に記載の局在化剤であって、前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合した基である局在化剤を導入する工程(a1)と、前記工程(a1)の後に前記細胞に光を照射し、その結果、前記局在化剤から前記光分解性保護基が脱離し、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タグタンパク質とが結合し、前記タグタンパク質が前記対象タンパク質と共にゴルジ体に局在する工程(a2)と、を含み、前記細胞は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞である、方法。
[10]前記工程(a2)の後に、前記細胞内に前記タグタンパク質のリガンドを導入する工程(b)を更に含み、前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、ゴルジ体に局在した前記タグタンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記対象タンパク質がゴルジ体から移動する、[9]に記載の方法。
[11]前記対象タンパク質がシグナル伝達タンパク質である、[7]~[10]のいずれかに記載の方法。
[12][6]に記載の局在化剤を含む、細胞におけるタグタンパク質の局在制御用キット。
[13]対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクター、又は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質作製用ベクターを更に含む、[12]に記載のキット。
[14]前記タグタンパク質のリガンドを更に含む、[12]又は[13]に記載のキット。
The present invention includes the following aspects.
[1] A compound represented by the following formula (1):
[2] The compound according to [1], wherein the combination of the tag protein and the group that functions as a ligand for the tag protein is a combination of Escherichia coli dihydrofolate reductase (eDHFR) protein and a group represented by the following formula (5), a combination of FK506 binding protein and a group represented by the following formula (6), a combination of carbonic anhydrase I protein or carbonic anhydrase II protein and a group represented by the following formula (7), a combination of SNAP-tag (registered trademark) protein and a group represented by the following formula (8) or (9), a combination of HaloTag (registered trademark) protein and a group represented by the following formula (10), or a combination of photoactive yellow protein and a group represented by the following formula (11).
[5] A drug delivery system targeting the Golgi apparatus, comprising the compound according to [1], wherein R 1 is a group derived from a drug.
[6] An agent for localizing a tagged protein to a Golgi apparatus, comprising the compound according to any one of [1] to [3], wherein R 1 is a group that functions as a ligand for the tagged protein.
[7] A method for controlling the localization of a target protein in a cell, the method comprising the step (a) of introducing into the cell the localization agent according to [6], wherein R1 is a group that functions as a ligand for the tagged protein, so that the group that functions as a ligand of the localization agent binds to the tagged protein and the tagged protein is localized in the Golgi apparatus together with the target protein, and the cell is a cell that expresses a fusion protein of the target protein and the tagged protein.
[8] The method according to [7], further comprising, after step (a), step (b) of introducing a ligand of the tagged protein into the cell, wherein in step (b), the group functioning as the ligand competes with the ligand, and the ligand replaces the group functioning as the ligand in at least a portion of the tagged protein localized in the Golgi apparatus, resulting in the target protein being translocated from the Golgi apparatus.
[9] A method for controlling the localization of a target protein in a cell, the method comprising: a step (a1) of introducing into the cell the localization agent according to [6], wherein R1 is a group formed by further binding a photolabile protecting group to a group that functions as a ligand of the tagged protein; and a step (a2) of irradiating the cell with light after the step (a1), such that the photolabile protecting group is detached from the localization agent, the group that functions as a ligand of the localization agent binds to the tagged protein, and the tagged protein is localized together with the target protein in a Golgi apparatus, wherein the cell is a cell that expresses a fusion protein of the target protein and the tagged protein.
[10] The method according to [9], further comprising, after step (a2), step (b) of introducing a ligand of the tagged protein into the cell, wherein in step (b), the group functioning as a ligand competes with the ligand, and the ligand replaces the group functioning as a ligand in at least a portion of the tagged protein localized in the Golgi apparatus, resulting in the target protein being translocated from the Golgi apparatus.
[11] The method according to any one of [7] to [10], wherein the target protein is a signal transduction protein.
[12] A kit for controlling the localization of a tagged protein in a cell, comprising the localization agent according to [6].
[13] The kit described in [12], further comprising a cell expressing a fusion protein of the target protein and the tag protein, an expression vector for the fusion protein of the target protein and the tag protein, or a vector for producing the fusion protein of the target protein and the tag protein.
[14] The kit according to [12] or [13], further comprising a ligand for the tagged protein.
本発明によれば、ゴルジ体に特異的に局在する化合物を提供することができる。 The present invention provides compounds that specifically localize in the Golgi apparatus.
[新規化合物]
1実施形態において、本発明は、下記式(1)で表される化合物を提供する。
In one embodiment, the present invention provides a compound represented by the following formula (1):
上記式(2)及び(3)中、少なくとも1つのR3はメチル基であることが好ましい。実施例において後述するように、本実施形態の化合物はゴルジ体に局在する。より詳細には、本実施形態の化合物は、ゴルジ体の膜の細胞質側に局在する。また、本実施形態の化合物を用いることにより、タグタンパク質をゴルジ体に局在化させることができる。また、タグタンパク質を対象タンパク質との融合タンパク質として細胞で発現させておくことにより、任意の対象タンパク質をタグタンパク質と共にゴルジ体に局在化させることができる。 In the above formulas (2) and (3), at least one R3 is preferably a methyl group. As will be described later in the Examples, the compound of this embodiment is localized in the Golgi apparatus. More specifically, the compound of this embodiment is localized on the cytoplasmic side of the membrane of the Golgi apparatus. Furthermore, by using the compound of this embodiment, a tagged protein can be localized in the Golgi apparatus. Furthermore, by expressing the tagged protein in a cell as a fusion protein with a target protein, any target protein can be localized in the Golgi apparatus together with the tagged protein.
また、実施例において後述するように、本実施形態の化合物がゴルジ体に局在化するためには、特に上記式(2)又は(3)で表される基の構造が重要である。上記式(2)又は(3)で表される基は、上述したmgcTMPのうち、ミリストイル基-グリシン残基-システイン残基からなる部分を改変した構造である。 Furthermore, as will be described later in the Examples, the structure of the group represented by formula (2) or (3) above is particularly important for the compound of this embodiment to localize to the Golgi apparatus. The group represented by formula (2) or (3) above has a structure in which the portion consisting of the myristoyl group, glycine residue, and cysteine residue in the mgcTMP described above has been modified.
また、実施例において後述するように、発明者らは、R2で表される基の炭素数が9以上であれば、ゴルジ体に局在化することができることを明らかにした。R2で表される基は、炭素数9以上の飽和直鎖状炭化水素基であることが好ましい。 Furthermore, as will be described later in the Examples, the inventors have clarified that the Golgi apparatus can be localized when the group represented by R2 has 9 or more carbon atoms. The group represented by R2 is preferably a saturated linear hydrocarbon group having 9 or more carbon atoms.
上記式(1)で表される化合物において、Lは、上記式(2)又は(3)で表される基と、標識物質から誘導された基若しくは薬物から誘導された基、タグタンパク質のリガンドとして機能する基、又は、前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合した基とを連結するリンカーとして機能する基であれば特に限定されない。より詳細には、Lは、-CH2-が、-O-、-CO-、-NH-又は上記式(4)で表される基に置換されることにより中断されていてもよい炭素数1~50の2価の炭化水素基を表す。 In the compound represented by formula (1), L is not particularly limited as long as it is a group that functions as a linker connecting the group represented by formula (2) or (3) to a group derived from a labeling substance or a group derived from a drug, a group that functions as a ligand for a tagged protein, or a group in which a photodegradable protecting group is further bonded to the group that functions as a ligand for a tagged protein. More specifically, L represents a divalent hydrocarbon group having 1 to 50 carbon atoms, which may be interrupted by substitution of -CH 2 - with -O-, -CO-, -NH-, or a group represented by formula (4).
上記式(2)において、*は不斉炭素原子であることを示す。すなわち、(2)で表される基は、下記式(2-1)で表される基であってもよいし、下記式(2-2)で表される基であってもよい。下記式(2-1)及び(2-2)中、R2、R3で表される基は上記式(2)におけるものと同様である。 In the above formula (2), * indicates an asymmetric carbon atom. That is, the group represented by (2) may be a group represented by the following formula (2-1) or a group represented by the following formula (2-2). In the following formulas (2-1) and (2-2), the groups represented by R 2 and R 3 are the same as those in the above formula (2).
上記式(2-1)におけるSH基は、L体のシステイン残基の側鎖であるということもできる。また、上記式(2-2)におけるSH基は、D体のシステイン残基の側鎖であるということもできる。 The SH group in the above formula (2-1) can also be said to be the side chain of an L-cysteine residue. Also, the SH group in the above formula (2-2) can also be said to be the side chain of a D-cysteine residue.
同様に、上記式(3)において、*は不斉炭素原子であることを示す。すなわち、(3)で表される基は、下記式(3-1)で表される基であってもよいし、下記式(3-2)で表される基であってもよい。下記式(3-1)及び(3-2)中、R2、R3で表される基は上記式(3)におけるものと同様である。 Similarly, in the above formula (3), * indicates an asymmetric carbon atom. That is, the group represented by (3) may be a group represented by the following formula (3-1) or a group represented by the following formula (3-2). In the following formulas (3-1) and (3-2), the groups represented by R 2 and R 3 are the same as those in the above formula (3).
上記式(3-1)におけるSH基は、L体のシステイン残基の側鎖であるということもできる。また、上記式(3-2)におけるSH基は、D体のシステイン残基の側鎖であるということもできる。 The SH group in the above formula (3-1) can also be said to be the side chain of an L-cysteine residue. Also, the SH group in the above formula (3-2) can also be said to be the side chain of a D-cysteine residue.
上記式(2)又は(3)で表される基がD体のシステイン残基を含むことにより、上記式(1)で表される化合物のゴルジ体への局在化がより長時間維持される傾向にある。 When the group represented by formula (2) or (3) contains a D-cysteine residue, the localization of the compound represented by formula (1) in the Golgi apparatus tends to be maintained for a longer period of time.
本実施形態の化合物において、タグタンパク質及び前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基の組み合わせは、特に限定されず、あらゆる組み合わせを用いることができる。 In the compound of this embodiment, the combination of the tag protein and the group that functions as a ligand for the tag protein is not particularly limited, and any combination can be used.
タグタンパク質及び前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基の組み合わせの具体例としては、大腸菌ジヒドロ葉酸還元酵素(eDHFR)タンパク質及び下記式(5)で表される基の組み合わせ、FK506結合タンパク質(FKBP)及び下記式(6)で表される基の組み合わせ、炭酸脱水酵素Iタンパク質若しくは炭酸脱水酵素IIタンパク質及び下記式(7)で表される基の組み合わせ、SNAP-tag(登録商標)タンパク質及び下記式(8)若しくは下記式(9)で表される基の組み合わせ、HaloTag(登録商標)タンパク質及び下記式(10)で表される基の組み合わせ、又は、光活動性黄色タンパク質及び下記式(11)で表される基の組み合わせ等が挙げられる。 Specific examples of combinations of tag proteins and groups that function as ligands for the tag proteins include a combination of Escherichia coli dihydrofolate reductase (eDHFR) protein and a group represented by formula (5) below, a combination of FK506 binding protein (FKBP) and a group represented by formula (6) below, a combination of carbonic anhydrase I protein or carbonic anhydrase II protein and a group represented by formula (7) below, a combination of SNAP-tag (registered trademark) protein and a group represented by formula (8) or (9) below, a combination of HaloTag (registered trademark) protein and a group represented by formula (10) below, or a combination of photoactive yellow protein and a group represented by formula (11) below.
タグタンパク質及びタグタンパク質のリガンドとして機能する基は、互いに結合することができる限り、改変されていてもよい。例えば、タグタンパク質は、上述したタグタンパク質のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するものであってもよい。ここで1若しくは数個とは、例えば1~10個であってもよく、例えば1~5個であってもよく、例えば1~3個であってもよい。また、タグタンパク質のリガンドとして機能する基は、上述した基において置換基を有していてもよい。 The tagged protein and the group that functions as a ligand for the tagged protein may be modified, as long as they can bind to each other. For example, the tagged protein may have an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted, or added to the amino acid sequence of the tagged protein described above. Here, "one or several" may mean, for example, 1 to 10, 1 to 5, or 1 to 3. Furthermore, the group that functions as a ligand for the tagged protein may have a substituent in the group described above.
本実施形態の化合物は、タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合していてもよい。このような化合物はケージド化合物と呼ばれる。 The compound of this embodiment may further have a photolabile protecting group bound to the group that functions as a ligand for the tagged protein. Such compounds are called caged compounds.
実施例において後述するように、本実施形態の化合物において、タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合している場合、その機能を光照射等で制御することができると考えられる。 As will be described later in the Examples, in the compound of this embodiment, when a photolabile protecting group is further bound to a group that functions as a ligand for a tagged protein, it is believed that this function can be controlled by light irradiation, etc.
タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合した状態では、タグタンパク質及びタグタンパク質のリガンドとして機能する基は結合しない。しかしながら、所定の波長の光を照射すること等により、光分解性保護基を脱保護すると、タグタンパク質及びタグタンパク質のリガンドとして機能する基が結合することが可能になる。 When a photolabile protecting group is further bound to the group that functions as a ligand of the tagged protein, the tagged protein and the group that functions as a ligand of the tagged protein do not bind. However, when the photolabile protecting group is deprotected, for example by irradiating it with light of a specific wavelength, the tagged protein and the group that functions as a ligand of the tagged protein can bind.
光分解性保護基は、特に限定されず、あらゆるものを使用することができる。具体的な光分解性保護基としては、例えば、下記式(12)で表される6-ニトロベラトリルオキシカルボニル(NVOC)基、下記式(13)で表わされる4,5-ジメトキシ-2-ニトロベンジル(DMNB)基、下記式(14)で表わされるα-メチル-6-ニトロピペロニルオキシメチル(MNPOM)基、下記式(15)で表わされる(7-ジエチルアミノクマリン-4-イル)メチルオキシカルボニル(DEACM)基、下記式(16)で表わされる(7-ジエチルアミノチオクマリン-4-イル)メチルオキシカルボニル(DEATCOC)基、下記式(17)で表される、(6-ブロモ-7-ヒドロキシクマリン-4-イル)メチルオキシカルボニル(BHCOC)基、下記式(18)で表わされる(8-ブロモ-7-ヒドロキシキノリン-2-イル)メチルオキシカルボニル(BHQOC)基、下記式(19)で表わされる(3-ニトロジベンゾフラン-2-イル)メチルオキシカルボニル(NDBFOC)基、下記式(20)で表わされる3-ニトロジベンゾフラン-2-イルメチル(NDBF)基等が挙げられる。 There are no particular limitations on the photodegradable protecting group, and any type can be used. Specific photodegradable protecting groups include, for example, a 6-nitroveratryloxycarbonyl (NVOC) group represented by the following formula (12), a 4,5-dimethoxy-2-nitrobenzyl (DMNB) group represented by the following formula (13), an α-methyl-6-nitropiperonyloxymethyl (MNPOM) group represented by the following formula (14), a (7-diethylaminocoumarin-4-yl)methyloxycarbonyl (DEACM) group represented by the following formula (15), and a (7-diethylaminothiocoumarin-4-yl)methyloxycarbonyl (DEACM) group represented by the following formula (16). Examples of such groups include an oxycarbonyl (DEATCOC) group, a (6-bromo-7-hydroxycoumarin-4-yl)methyloxycarbonyl (BHCOC) group represented by the following formula (17), an (8-bromo-7-hydroxyquinolin-2-yl)methyloxycarbonyl (BHQOC) group represented by the following formula (18), a (3-nitrodibenzofuran-2-yl)methyloxycarbonyl (NDBFOC) group represented by the following formula (19), and a 3-nitrodibenzofuran-2-ylmethyl (NDBF) group represented by the following formula (20).
[ゴルジ体標識剤]
1実施形態において、本発明は、上記式(1)におけるR1が、標識物質から誘導された基である化合物からなる、ゴルジ体標識剤を提供する。
[Golgi apparatus labeling agent]
In one embodiment, the present invention provides a Golgi apparatus labeling agent comprising a compound represented by formula (1) above, wherein R 1 is a group derived from a labeling substance.
標識物質としては、例えば、蛍光物質、ラマンタグ、ペプチドタグ、ビオチン等が挙げられる。 Examples of labeling substances include fluorescent substances, Raman tags, peptide tags, biotin, etc.
蛍光物質としては、フルオレセイン、クマリン、ローダミン、シアニン色素、BODIPY等の低分子化合物、これらの誘導体等が挙げられる。 Fluorescent substances include low molecular weight compounds such as fluorescein, coumarin, rhodamine, cyanine dyes, and BODIPY, as well as their derivatives.
ラマンタグとしては、アルキン化合物やニトリル化合物等が挙げられる。 Raman tags include alkyne compounds and nitrile compounds.
ペプチドタグとしては、HAタグ、mycタグ、Hisタグ等が挙げられる。 Examples of peptide tags include HA tags, myc tags, and His tags.
標識物質から誘導された基としては、上述した標識物質から水素原子、水酸基等を除去することにより形成された1価の基等が挙げられる。 Examples of groups derived from labeling substances include monovalent groups formed by removing a hydrogen atom, a hydroxyl group, etc. from the above-mentioned labeling substances.
実施例において後述するように、本実施形態のゴルジ体標識剤によれば、ゴルジ体を特異的に標識することができる。 As described below in the Examples, the Golgi apparatus labeling agent of this embodiment can specifically label the Golgi apparatus.
[ゴルジ体を標的とした薬物送達システム]
1実施形態において、本発明は、上記式(1)におけるR1が、薬物から誘導された基である化合物からなる、ゴルジ体を標的とした薬物送達システムを提供する。
[Drug delivery system targeting the Golgi apparatus]
In one embodiment, the present invention provides a drug delivery system targeted to the Golgi apparatus, which comprises a compound represented by the above formula (1), wherein R 1 is a group derived from a drug.
薬物としては、特に限定されず、例えば、抗癌剤、小胞輸送阻害剤等が挙げられる。抗癌剤としては、ゴルジ体に送達することで抗癌活性を発揮する化合物が挙げられる。小胞輸送阻害剤としては、(+)-ブレフェルジンA及びその誘導体等が挙げられる。 Drugs are not particularly limited, and examples include anticancer drugs and vesicle transport inhibitors. Anticancer drugs include compounds that exert anticancer activity by being delivered to the Golgi apparatus. Vesicle transport inhibitors include (+)-brefeldin A and its derivatives.
薬物から誘導された基としては、上述した薬物から水素原子、水酸基等を除去することにより形成された1価の基等が挙げられる。 Examples of groups derived from drugs include monovalent groups formed by removing a hydrogen atom, hydroxyl group, etc. from the above-mentioned drugs.
本実施形態の薬物送達システムによれば、ゴルジ体に特異的に薬物を送達することができる。 The drug delivery system of this embodiment can deliver drugs specifically to the Golgi apparatus.
[タグタンパク質のゴルジ体への局在化剤]
1実施形態において、本発明は、上記式(1)におけるR1が、タグタンパク質のリガンドとして機能する基である化合物からなる、タグタンパク質のゴルジ体への局在化剤を提供する。
[Agent for localizing tagged proteins to the Golgi apparatus]
In one embodiment, the present invention provides an agent for localizing a tagged protein to the Golgi apparatus, which comprises a compound represented by the above formula (1), wherein R 1 is a group that functions as a ligand for the tagged protein.
タグタンパク質及びタグタンパク質のリガンドとして機能する基については上述したものと同様である。実施例において後述するように、本実施形態の局在化剤を、タグタンパク質をゴルジ体に局在化させる用途に用いることができる。 The tagged protein and the group that functions as a ligand for the tagged protein are the same as those described above. As will be described later in the Examples, the localization agent of this embodiment can be used to localize the tagged protein to the Golgi apparatus.
[細胞における対象タンパク質の局在を制御する方法]
(第1実施形態)
第1実施形態の方法は、細胞における対象タンパク質の局在を制御する方法であって、前記細胞の内部に、上述した局在化剤であって、前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基である局在化剤を導入し、その結果、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タグタンパク質とが結合し、前記タグタンパク質が前記対象タンパク質と共にゴルジ体に局在する工程(a)を含み、前記細胞は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞である、方法である。第1実施形態の方法は、光分解性保護基を有しない局在化剤を用いて細胞における対象タンパク質の局在を制御する方法である。
[Method for controlling the localization of a target protein in a cell]
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention relates to a method for controlling the localization of a target protein in a cell, the method comprising the step (a) of introducing into the cell the above-described localization agent, wherein R1 is a group that functions as a ligand for the tagged protein, so that the group that functions as a ligand of the localization agent binds to the tagged protein and the tagged protein is localized in the Golgi apparatus together with the target protein, wherein the cell is a cell that has expressed a fusion protein of the target protein and the tagged protein. The first embodiment of the present invention relates to a method for controlling the localization of a target protein in a cell using a localization agent that does not have a photolabile protecting group.
第1実施形態の方法において、細胞は、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞を使用する。細胞は真核細胞が好ましい。真核細胞としては、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞、酵母細胞等が挙げられる。 In the method of the first embodiment, cells that express a fusion protein of a target protein and a tag protein are used. The cells are preferably eukaryotic cells. Examples of eukaryotic cells include animal cells, insect cells, plant cells, and yeast cells.
融合タンパク質が有する対象タンパク質は1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。また、融合タンパク質が有するタグタンパク質は1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。ここで、対象タンパク質が複数である場合、それらの対象タンパク質は1種であってもよいし2種以上であってもよい。また、タグタンパク質が複数である場合、それらのタグタンパク質は1種であってもよいし2種以上であってもよい。 The fusion protein may have one or more target proteins. Furthermore, the fusion protein may have one or more tag proteins. Here, when there are multiple target proteins, those target proteins may be one type or two or more types. Furthermore, when there are multiple tag proteins, those tag proteins may be one type or two or more types.
また、融合タンパク質において、対象タンパク質とタグタンパク質の配置の順序は特に限定されず、いずれがN末端側に存在していてもよい。例えば、N末端側から順に対象タンパク質、タグタンパク質の順番で配置されていてもよいし、N末端側から順にタグタンパク質、対象タンパク質の順番で配置されていてもよい。また、対象タンパク質、タグタンパク質がそれぞれ複数存在する場合、融合タンパク質におけるそれらの配置の順序は特に限定されない。 Furthermore, in the fusion protein, the order in which the target protein and tag protein are arranged is not particularly limited, and either may be located at the N-terminus. For example, the target protein and tag protein may be arranged in that order from the N-terminus, or the tag protein and target protein may be arranged in that order from the N-terminus. Furthermore, when there are multiple target proteins and multiple tag proteins, the order in which they are arranged in the fusion protein is not particularly limited.
例えば、実施例において後述するように、融合タンパク質は1つのタグタンパク質と2つの対象タンパク質を有していてもよい。対象タンパク質としては、特に限定されず、蛍光タンパク質、シグナル伝達タンパク質、酵素等であることができる。 For example, as described below in the Examples, a fusion protein may have one tag protein and two target proteins. The target proteins are not particularly limited and can be fluorescent proteins, signaling proteins, enzymes, etc.
第1実施形態の方法では、工程(a)において、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞の内部に、上述した局在化剤を導入する。局在化剤の導入は、例えば、細胞の培地に局在化剤を添加すること等により行うことができる。 In the method of the first embodiment, in step (a), the above-mentioned localization agent is introduced into cells expressing a fusion protein of a target protein and a tag protein. Introduction of the localization agent can be performed, for example, by adding the localization agent to the cell culture medium.
実施例において後述するように、細胞内に局在化剤を導入した結果、局在化剤のリガンドとして機能する基とタグタンパク質とが結合し、タグタンパク質が対象タンパク質と共にゴルジ体に特異的に局在する。 As described below in the Examples, when a localization agent is introduced into a cell, a group that functions as a ligand for the localization agent binds to the tagged protein, causing the tagged protein to specifically localize to the Golgi apparatus along with the target protein.
第1実施形態の方法は、工程(a)の後に、前記細胞内に前記タグタンパク質のリガンドを導入する工程(b)を更に含んでいてもよい。この場合、前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、ゴルジ体に局在した前記タグタンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記対象タンパク質がゴルジ体から移動する。すなわち、対象タンパク質の局在化が解消される。工程(b)により、局在化させた対象物質の局在化を制御して解消させることができる。 The method of the first embodiment may further include, after step (a), step (b) of introducing a ligand for the tagged protein into the cell. In this case, in step (b), the group functioning as a ligand competes with the ligand, and the group functioning as a ligand is replaced by the ligand in at least a portion of the tagged protein localized in the Golgi apparatus, resulting in the target protein being translocated from the Golgi apparatus. In other words, the target protein is delocalized. Step (b) allows the localization of the localized target substance to be controlled and delocalized.
(第2実施形態)
第2実施形態の方法は、細胞における対象タンパク質の局在を制御する方法であって、前記細胞の内部に、上述した局在化剤であって、前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合した基である局在化剤を導入する工程(a1)と、前記工程(a1)の後に前記細胞に光を照射し、その結果、前記局在化剤から前記光分解性保護基が脱離し、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タグタンパク質とが結合し、前記タグタンパク質が前記対象タンパク質と共にゴルジ体に局在する工程(a2)と、を含み、前記細胞は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞である、方法である。第2実施形態の方法は、ケージド化合物である局在化剤を用いる点で第1実施形態の方法と主に異なる。
Second Embodiment
A method of a second embodiment is a method for controlling the localization of a target protein in a cell, the method comprising: a step (a1) of introducing into the cell the above-mentioned localization agent, wherein R1 is a group formed by further binding a photolabile protecting group to a group that functions as a ligand for the tagged protein; and a step (a2) of irradiating the cell with light after the step (a1), such that the photolabile protecting group is cleaved from the localization agent, the group that functions as a ligand of the localization agent binds to the tagged protein, and the tagged protein localizes to the Golgi apparatus together with the target protein, wherein the cell is a cell that has expressed a fusion protein of the target protein and the tagged protein. The method of the second embodiment differs from the method of the first embodiment mainly in that a localization agent that is a caged compound is used.
第2実施形態の方法では、工程(a1)において、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞の細胞内に、ケージド化合物である局在化剤を導入する。第2実施形態の方法において、細胞、局在化剤の細胞内への導入方法は、第1実施形態の方法と同様である。 In the method of the second embodiment, in step (a1), a localization agent, which is a caged compound, is introduced into cells expressing a fusion protein of a target protein and a tag protein. In the method of the second embodiment, the method for introducing the cells and the localization agent into the cells is the same as in the method of the first embodiment.
続いて、工程(a1)の後に、細胞に光を照射する工程(a2)を実施する。工程(a2)において照射する光は、ケージド化合物の光分解性保護基を脱保護できる条件の光であればよく、使用した光分解性保護基に応じて適宜調整すればよい。例えば、実施例において後述するように、光分解性保護基としてNVOC基を用いた場合、波長405nmの光を照射すればよい。また、光分解性保護基としてDEACM基を用いた場合、波長405nmの光、波長445nmの光等を照射すればよい。 Next, after step (a1), step (a2) is carried out, in which the cells are irradiated with light. The light irradiated in step (a2) may be light that satisfies conditions that allow the photolabile protecting group of the caged compound to be deprotected, and may be adjusted appropriately depending on the photolabile protecting group used. For example, as described below in the Examples, when an NVOC group is used as the photolabile protecting group, irradiation with light having a wavelength of 405 nm may be used. Furthermore, when a DEACM group is used as the photolabile protecting group, irradiation with light having a wavelength of 405 nm, light having a wavelength of 445 nm, or the like may be used.
光を照射した結果、局在化剤から光分解性保護基が脱離する。続いて、局在化剤のリガンドとして機能する基とタグタンパク質とが結合し、タグタンパク質が対象タンパク質と共にゴルジ体に局在する。 Upon irradiation with light, the photolabile protecting group is released from the localization agent. Subsequently, the group that functions as a ligand on the localization agent binds to the tagged protein, and the tagged protein is localized in the Golgi apparatus along with the target protein.
実施例において後述するように、第2実施形態の方法により、1細胞レベルで、あるいは、1細胞上の特定の領域でタグタンパク質の局在化を制御することができる。 As described below in the Examples, the method of the second embodiment makes it possible to control the localization of tagged proteins at the single-cell level or in specific regions on a single cell.
第2実施形態の方法は、工程(a2)の後に、前記細胞内に前記タグタンパク質のリガンドを導入する工程(b)を更に含んでいてもよい。第2実施形態の方法における工程(b)は、第1実施形態の方法における工程(b)と同様である。 The method of the second embodiment may further include, after step (a2), step (b) of introducing a ligand for the tagged protein into the cells. Step (b) in the method of the second embodiment is the same as step (b) in the method of the first embodiment.
この場合、前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、ゴルジ体に局在した前記タグタンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記対象タンパク質がゴルジ体から移動する。すなわち、対象タンパク質の局在化が解消される。工程(b)により、局在化させた対象物質の局在化を制御して解消させることができる。 In this case, in step (b), the group functioning as a ligand competes with the ligand, and the ligand is substituted for the group functioning as a ligand in at least a portion of the tagged protein localized in the Golgi apparatus, resulting in the target protein being translocated from the Golgi apparatus. In other words, the target protein is delocalized. Step (b) allows the localization of the localized target substance to be controlled and delocalized.
[キット]
1実施形態において、本発明は、上述した局在化剤を含む、細胞におけるタグタンパク質の局在制御用キットを提供する。本実施形態のキットを用いることにより、細胞内におけるタグタンパク質の局在を制御することができる。
[kit]
In one embodiment, the present invention provides a kit for controlling the localization of a tagged protein in a cell, comprising the localization agent described above. By using the kit of this embodiment, the localization of the tagged protein in the cell can be controlled.
本実施形態のキットにおいて、局在化剤は、光分解性保護基を有するものであってもよいし、有しないものであってもよい。 In the kit of this embodiment, the localization agent may or may not have a photolabile protecting group.
本実施形態のキットは、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクター、又は、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質作製用ベクターを更に含んでいてもよい。 The kit of this embodiment may further include cells expressing a fusion protein of a target protein and a tag protein, an expression vector for the fusion protein of a target protein and a tag protein, or a vector for producing the fusion protein of a target protein and a tag protein.
本実施形態のキットにおいて、細胞としては上述したものと同様のものを用いることができる。本実施形態のキットが、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞を含む場合、上述した局在化剤を当該細胞に導入することにより、細胞内におけるタグタンパク質の局在を制御することができる。 In the kit of this embodiment, the same cells as those described above can be used. When the kit of this embodiment includes cells expressing a fusion protein of a target protein and a tag protein, the localization of the tag protein within the cells can be controlled by introducing the localization agent described above into the cells.
本実施形態のキットが、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクターを含む場合、所望の細胞に当該発現ベクターを導入して発現させることにより、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞を調製することができる。この細胞に上述した局在化剤を導入することにより、細胞内におけるタグタンパク質の局在を制御することができる。 When the kit of this embodiment includes an expression vector for a fusion protein of a target protein and a tag protein, cells expressing the fusion protein of the target protein and the tag protein can be prepared by introducing the expression vector into desired cells and expressing the vector. By introducing the above-mentioned localization agent into these cells, the localization of the tag protein within the cells can be controlled.
対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質作製用ベクターとは、例えば、プロモーターの下流に、タグタンパク質をコードする遺伝子及びマルチクローニングサイトを含むベクターが挙げられる。タグタンパク質をコードする遺伝子とマルチクローニングサイトは、いずれがプロモーター側に配置されていてもよい。融合タンパク質作製用ベクターのマルチクローニングサイトに所望の対象タンパク質をコードする遺伝子をクローニングすることにより、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクターを調製することができる。 An example of a vector for producing a fusion protein of a target protein and a tag protein is a vector that includes a gene encoding the tag protein and a multi-cloning site downstream of a promoter. Either the gene encoding the tag protein or the multi-cloning site may be located on the promoter side. An expression vector for a fusion protein of a target protein and a tag protein can be prepared by cloning a gene encoding the desired target protein into the multi-cloning site of a vector for producing a fusion protein.
続いて、所望の細胞に当該発現ベクターを導入して発現させることにより、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞を調製することができる。この細胞に上述した局在化剤を導入することにより、細胞内におけるタグタンパク質の局在を制御することができる。 Then, by introducing the expression vector into desired cells and expressing it, cells expressing a fusion protein of the target protein and the tagged protein can be prepared. By introducing the above-mentioned localization agent into these cells, the localization of the tagged protein within the cells can be controlled.
本実施形態のキットは、タグタンパク質のリガンドを更に含んでいてもよい。実施例において後述するように、タグタンパク質を局在化させた後、タグタンパク質のリガンドを細胞に導入することにより、タグタンパク質の局在化を解消することができる。 The kit of this embodiment may further include a ligand for the tagged protein. As described below in the Examples, after localizing the tagged protein, the localization of the tagged protein can be eliminated by introducing the ligand for the tagged protein into cells.
次に実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will now be described in more detail using examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[実験例1]
(化合物の合成)
下記式(21)に化学式を示すmgc(1Me)TMP、下記式(22)に化学式を示すmgc(2Me)TMP、下記式(23)に化学式を示すmgc(3Me)TMP、下記式(24)に化学式を示すmc(2Me)TMPをそれぞれ合成した。
[Experimental Example 1]
(Synthesis of Compounds)
mgc(1Me)TMP represented by the chemical formula (21) below, mgc(2Me)TMP represented by the chemical formula (22) below, mgc(3Me)TMP represented by the chemical formula (23) below, and mc(2Me)TMP represented by the chemical formula (24) below were each synthesized.
《mgc(1Me)TMPの合成》
下記スキーム(1)にしたがって、mgc(1Me)TMPを合成した。
Synthesis of mgc(1Me)TMP
mgc(1Me)TMP was synthesized according to the following scheme (1).
具体的には、9-フルオレニルメチルオキシカルボニル(Fmoc)保護基を利用した標準的な固相ペプチド合成、及び、N-メチル化プロトコールにしたがって、Rinkアミド樹脂上でmgc(1Me)TMPを合成した。 Specifically, mgc(1Me)TMP was synthesized on Rink amide resin using standard solid-phase peptide synthesis utilizing the 9-fluorenylmethyloxycarbonyl (Fmoc) protecting group and N-methylation protocols.
Fmoc脱保護は、室温で15分間、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)中、20%ピペリジンを用いて行った。標準的な(非メチル化)アミノ酸に対するアミノ酸カップリング反応は、DMF中、Fmoc保護アミノ酸(3.1当量)、1-[ビス(ジメチルアミノ)メチレン]-1H-ベンゾトリアゾリウム3-オキシドヘキサフルオロホスフェート(HBTU、3.0当量)、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBt、3.0当量)及びN,N-ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA、6.0当量)の混合物を用いて室温で行った。また、N-メチル化アミノ酸に対するアミノ酸カップリング反応は、NMP中、Fmoc保護アミノ酸(3.1当量)、1-[ビス(ジメチルアミノ)メチレン]-1H-1、2、3-トリアゾロ[4、5-b]ピリジニウム3-オキシドヘクサフルオロホスファート(HATU、3.0当量)、1-ヒドロキシ-7-アザベンゾトリアゾール(HOAt、3.0当量)及びN,N-ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA、6.0当量)の混合物を用いて室温で行った。全てのFmoc脱保護およびカップリング工程は、Kaiser試験及びクロラニル試験によってモニターした。また、全ての洗浄手順はDMF又はNMPを用いて行った。 Fmoc deprotection was carried out using 20% piperidine in N,N-dimethylformamide (DMF) for 15 minutes at room temperature. Amino acid coupling reactions for standard (unmethylated) amino acids were carried out using a mixture of Fmoc-protected amino acid (3.1 equivalents), 1-[bis(dimethylamino)methylene]-1H-benzotriazolium 3-oxide hexafluorophosphate (HBTU, 3.0 equivalents), 1-hydroxybenzotriazole (HOBt, 3.0 equivalents), and N,N-diisopropylethylamine (DIPEA, 6.0 equivalents) in DMF at room temperature. Additionally, amino acid coupling reactions for N-methylated amino acids were carried out at room temperature using a mixture of Fmoc-protected amino acid (3.1 equivalents), 1-[bis(dimethylamino)methylene]-1H-1,2,3-triazolo[4,5-b]pyridinium 3-oxide hexafluorophosphate (HATU, 3.0 equivalents), 1-hydroxy-7-azabenzotriazole (HOAt, 3.0 equivalents), and N,N-diisopropylethylamine (DIPEA, 6.0 equivalents) in NMP. All Fmoc deprotection and coupling steps were monitored by the Kaiser test and chloranil test. All washing procedures were performed using DMF or NMP.
まず、Rinkアミド樹脂(0.55mmol/g)(36.3mg、20μmol)をFmoc脱保護し、洗浄した。続いて、Fmoc-Lys(Aloc)-OHを樹脂にカップリングさせ、DMFで洗浄した。 First, Rink amide resin (0.55 mmol/g) (36.3 mg, 20 μmol) was Fmoc-deprotected and washed. Subsequently, Fmoc-Lys(Aloc)-OH was coupled to the resin, followed by washing with DMF.
続いて、Fmoc-Adox-OHをビルディングブロックとして、Fmoc脱保護及びカップリング反応を3回繰り返した。 Next, using Fmoc-Adox-OH as the building block, the Fmoc deprotection and coupling reaction was repeated three times.
樹脂上のFmoc-Adox末端のFmoc脱保護を行い、末端アミノ基のN-メチル化を行った。N-メチル化はまず、(1)樹脂をNMP中、2-ニトロベンゼンスルホニルクロリド(4.0当量)と2,4,6-コリジン(10.0当量)で15分間室温で処理することで、2-ニトロベンゼンスルホニル化を行った。(2)NMPで洗浄後、樹脂をNMP中、DBU(3.0当量)で3分間処理した。その後、(3)ジメチル硫酸(10当量)を加えてさらに2分間処理した。(2)~(3)の操作をもう一回繰り返すことで、N-メチル化を行った。次に、樹脂をNMP中、2-メルカプトエタノール(10.0当量)とDBU(5.0当量)で5分間処理した。この操作をもう一回繰り返すことことで、2-ニトロベンゼンスルホニル基の脱保護を行った。 The Fmoc-Adox terminus on the resin was deprotected with Fmoc, followed by N-methylation of the terminal amino group. N-methylation was first achieved by (1) treating the resin with 2-nitrobenzenesulfonyl chloride (4.0 equivalents) and 2,4,6-collidine (10.0 equivalents) in NMP at room temperature for 15 minutes to achieve 2-nitrobenzenesulfonylation. (2) After washing with NMP, the resin was treated with DBU (3.0 equivalents) in NMP for 3 minutes. (3) Dimethyl sulfate (10 equivalents) was then added and treated for an additional 2 minutes. N-methylation was achieved by repeating steps (2) and (3) once more. Next, the resin was treated with 2-mercaptoethanol (10.0 equivalents) and DBU (5.0 equivalents) in NMP for 5 minutes. The 2-nitrobenzenesulfonyl group was deprotected by repeating this procedure once more.
続いて、Fmoc-Cys(Trt)-OH、Fmoc-Gly-OHをビルディングブロックとして、Fmoc脱保護及びカップリング反応を繰り返した。 Subsequently, Fmoc deprotection and coupling reactions were repeated using Fmoc-Cys(Trt)-OH and Fmoc-Gly-OH as building blocks.
N末端は、DMF/CH2Cl2(1:1)中、ミリスチン酸(4.1当量)、HBTU(4.0当量)、HOBt(4.0当量)及びDIPEA(8.0当量)の混合物を用いてミリストイル化した。 The N-terminus was myristoylated using a mixture of myristic acid (4.1 equiv.), HBTU (4.0 equiv.), HOBt (4.0 equiv.) and DIPEA (8.0 equiv.) in DMF/CH 2 Cl 2 (1:1).
続いて、樹脂をPd(PPh3)4(3.0当量)、酢酸(5%)、4-メチルモルホリン(2.5%)を含有するクロロホルムで処理することにより、Aloc基を選択的に脱保護した。樹脂を、DIPEA(0.5%)を含有するDMFで洗浄し、更にジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム(0.5%)を含有するDMFで洗浄した。 The resin was then treated with Pd(PPh 3 ) 4 (3.0 equivalents), acetic acid (5%), and 4-methylmorpholine (2.5%) in chloroform to selectively deprotect the Aloc group. The resin was washed with DMF containing DIPEA (0.5%) and then with DMF containing sodium diethyldithiocarbamate (0.5%).
続いて、DMF中、化合物X1(3.1当量)、HBTU(3.0当量)、HOBt(3.0当量)及びDIPEA(8.0当量)の混合物を反応させて、化合物X1をリジン残基の側鎖に結合させた。 Subsequently, a mixture of compound X1 (3.1 equivalents), HBTU (3.0 equivalents), HOBt (3.0 equivalents), and DIPEA (8.0 equivalents) in DMF was reacted to attach compound X1 to the side chain of the lysine residue.
Trt脱保護及び樹脂からの切断は、2.5%トリイソプロピルシラン(TIPS)を含有するトリフルオロ酢酸(TFA)を用いて実施した。続いて、粗生成物をジエチルエーテルで沈殿させ、セミ分取C18カラム上、0.1%TFAと0.1%水和TFAを含むアセトニトリルの直線勾配を用いた逆相HPLCにより精製し、mgc(1Me)TMPを白色の固体として得た。 Trt deprotection and cleavage from the resin were carried out using trifluoroacetic acid (TFA) containing 2.5% triisopropylsilane (TIPS). The crude product was then precipitated with diethyl ether and purified by reverse-phase HPLC on a semi-preparative C18 column using a linear gradient of acetonitrile containing 0.1% TFA and 0.1% hydrated TFA to give mgc(1Me)TMP as a white solid.
1H NMR(400MHz、CD3OD):δ7.21(1H、s)、6.56(2H、s)、5.12-4.96(1H、m)、4.42(1H、m)、4.03(2H、s)、4.00(4H、s)、3.91、(2H、t)、3.86(2H、s、s)、3.80(6H、s)、3.66(14H、m)、3.60(6H、m)、3.46(6H、m)、3.23-2.96(5H、m)、2.88-2.72(2H、m)、2.25(4H、m)、1.80(2H、m)、1.72(2H、m)、1.61(2H、m)、1.53(2H、m)、1.40(2H、m)、1.28(22H、m)、0.89(3H、t). 1H NMR (400MHz, CD3 OD): δ7.21 (1H, s), 6.56 (2H, s), 5.12-4.96 (1H, m), 4.42 (1H, m), 4.03 (2H, s), 4 .00 (4H, s), 3.91, (2H, t), 3.86 (2H, s, s), 3.80 (6H, s), 3.66 (14H, m), 3.60 (6H, m ), 3.46 (6H, m), 3.23-2.96 (5H, m), 2.88-2.72 (2H, m), 2.25 (4H, m), 1.80 (2H, m), 1.72 (2H, m), 1.61 (2H, m), 1.53 (2H, m), 1.40 (2H, m), 1.28 (22H, m), 0.89 (3H, t).
《mgc(2Me)TMPの合成》
下記スキーム(2)にしたがって、mgc(2Me)TMPを合成した。
Synthesis of mgc(2Me)TMP
mgc(2Me)TMP was synthesized according to the following scheme (2).
スキーム(2)では、スキーム(1)におけるAdoxのN-メチル化に加えて、CysのN-メチル化も行うことでmgc(2Me)TMPを合成した。 In scheme (2), mgc(2Me)TMP was synthesized by N-methylating Cys in addition to the N-methylation of Adox in scheme (1).
1H NMR(400MHz、CD3OD):δ7.21(1H、s)、6.56(2H、s)、5.62-5.40(1H、m)、4.41(1H、m)、4.03(2H、s)、4.00(4H、s)、3.91(2H、t)、3.80(6H、s)、3.66(16H、m)、3.60(6H、m)、3.46(6H、m)、3.17(2H、t)、3.04-2.90(6H、m)、2.68-2.56(2H、m)、2.27(4H、m)、1.80(2H、m)、1.72(2H、m)、1.62(2H、m)、1.53(2H、m)、1.40(2H、m)、1.28(22H、m)、0.90(3H、t).
1H NMR (400MHz, CD3 OD): δ7.21 (1H, s), 6.56 (2H, s), 5.62-5.40 (1H, m), 4.41 (1H, m), 4.03 (2H, s), 4 .00 (4H, s), 3.91 (2H, t), 3.80 (6H, s), 3.66 (16H, m), 3.60 (6H, m), 3.46 (6H, m), 3.17 (2H, t), 3.04-2.90 (6H, m), 2.68-2.56 (2H, m), 2.27 (4H, m), 1.80 (2H, m), 1 .72 (2H, m), 1.62 (2H, m), 1.53 (2H, m), 1.40 (2H, m), 1.28 (22H, m), 0.90 (3H, t).
《mgc(3Me)TMPの合成》
下記スキーム(3)にしたがって、mgc(3Me)TMPを合成した。
Synthesis of mgc(3Me)TMP
mgc(3Me)TMP was synthesized according to the following scheme (3).
スキーム(3)では、スキーム(1)におけるAdoxのN-メチル化に加えて、CysのN-メチル化及びGlyのN-メチル化も行うことでmgc(3Me)TMPを合成した。また、スキーム(1)におけるRinkアミド樹脂の代わりにSiberアミド樹脂を使用し、Fmoc-Cys(Trt)-OHの代わりにFmoc-Cys(Mmt)-OHを使用し、ミリスチン酸の縮合溶媒としてDMFの代わりにNMPを使用した。Mmt脱保護及び樹脂からの切断は、2.5%トリイソプロピルシラン(TIPS)と5%TFAを含有するCH2Cl2を用いて実施した。 In scheme (3), mgc(3Me)TMP was synthesized by N-methylating Cys and Gly in addition to the N-methylation of Adox in scheme (1). Furthermore, Siber amide resin was used instead of Rink amide resin in scheme (1), Fmoc-Cys(Mmt)-OH was used instead of Fmoc-Cys(Trt)-OH, and NMP was used instead of DMF as the condensation solvent for myristic acid. Mmt deprotection and cleavage from the resin were carried out using CH 2 Cl 2 containing 2.5% triisopropylsilane (TIPS) and 5% TFA.
1H NMR(400MHz、CD3OD):δ7.21(1H、s)、6.56(2H、s)、5.66-5.44(1H、m)、4.41(1H、m)、4.03(2H、s)、3.99(4H、s)、3.91(2H、t)、3.80(6H、s)、3.66(16H、m)、3.60(6H、m)、3.45(6H、m)、3.17(2H、t)、3.10-2.89(9H、m)、2.76-2.60(2H、m)、2.44(2H、m)、2.25(2H、m)、1.80(2H、m)、1.70(2H、m)、1.61(2H、m)、1.53(2H、m)、1.38(2H、m)、1.28(22H、m)、0.90(3H、t). 1H NMR (400MHz, CD3 OD): δ7.21 (1H, s), 6.56 (2H, s), 5.66-5.44 (1H, m), 4.41 (1H, m), 4.03 (2H, s), 3.9 9 (4H, s), 3.91 (2H, t), 3.80 (6H, s), 3.66 (16H, m), 3.60 (6H, m), 3.45 (6H, m), 3.17 ( 2H, t), 3.10-2.89 (9H, m), 2.76-2.60 (2H, m), 2.44 (2H, m), 2.25 (2H, m), 1.80 (2H, m ), 1.70 (2H, m), 1.61 (2H, m), 1.53 (2H, m), 1.38 (2H, m), 1.28 (22H, m), 0.90 (3H, t).
《mc(2Me)TMPの合成》
下記スキーム(4)にしたがって、mc(2Me)TMPを合成した。
Synthesis of mc(2Me)TMP
mc(2Me)TMP was synthesized according to the following scheme (4).
スキーム(4)では、スキーム(3)におけるGlyのカップリングを除くことでmc(2Me)TMPを合成した。 In scheme (4), mc(2Me)TMP was synthesized by removing the Gly coupling in scheme (3).
1H NMR(400MHz、CD3OD):δ7.22(1H、s)、6.56(2H、s)、5.66-5.44(1H、m)、4.41(1H、m)、4.03(2H、s)、3.99(4H、s)、3.93(2H、t)、3.80(6H、s)、3.66(16H、m)、3.60(6H、m)、3.46(6H、m)、3.36-2.90(6H、m)、2.68-2.54(2H、m)、2.42(2H、m)、2.25(2H、m)、1.80(2H、m)、1.72(2H、m)、1.61(2H、m)、1.53(2H、m)、1.38(2H、m)、1.28(22H、m)、0.90(3H、t). 1H NMR (400MHz, CD3 OD): δ7.22 (1H, s), 6.56 (2H, s), 5.66-5.44 (1H, m), 4.41 (1H, m), 4.03 (2H, s), 3 99 (4H, s), 3.93 (2H, t), 3.80 (6H, s), 3.66 (16H, m), 3.60 (6H, m), 3.46 (6H, m), 3.36-2.90 (6H, m), 2.68-2.54 (2H, m), 2.42 (2H, m), 2.25 (2H, m), 1.80 (2H, m), 1 .72 (2H, m), 1.61 (2H, m), 1.53 (2H, m), 1.38 (2H, m), 1.28 (22H, m), 0.90 (3H, t).
[実験例2]
(局在化の検討)
mgcTMP、mgc(1Me)TMP、mgc(2Me)TMP、mgc(3Me)TMP、mc(2Me)TMPを用いて、細胞における対象タンパク質の局在化を検討した。具体的には、まず、ヒト子宮頚癌由来の細胞株であるHeLa細胞に、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現させた。対象タンパク質としてはEGFPを使用し、タグタンパク質としてeDHFRを使用した。融合タンパク質のN末端側にeDHFRを、C末端側にEGFPを配置した。以下、この融合タンパク質を「DG」という場合がある。DGのアミノ酸配列を配列番号1に示す。
[Experimental Example 2]
(Consideration of localization)
The localization of a target protein in cells was investigated using mgcTMP, mgc(1Me)TMP, mgc(2Me)TMP, mgc(3Me)TMP, and mc(2Me)TMP. Specifically, a fusion protein of a target protein and a tag protein was first expressed in HeLa cells, a cell line derived from human cervical cancer. EGFP was used as the target protein, and eDHFR was used as the tag protein. eDHFR was positioned at the N-terminus of the fusion protein, and EGFP at the C-terminus. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "DG." The amino acid sequence of DG is shown in SEQ ID NO: 1.
続いて、融合タンパク質(DG)を発現させたHeLa細胞(以下、「DG発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるように、mgcTMP、mgc(1Me)TMP、mgc(2Me)TMP、mgc(3Me)TMP、mc(2Me)TMPをそれぞれ添加した。続いて、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 Next, mgcTMP, mgc(1Me)TMP, mgc(2Me)TMP, mgc(3Me)TMP, and mc(2Me)TMP were added to the culture medium of HeLa cells expressing the fusion protein (DG) (hereinafter sometimes referred to as "DG-expressing cells") to a final concentration of 10 μM. EGFP fluorescence was then observed using a confocal laser microscope.
図1(a)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。図1(a)中、「mgc」はmgcTMPを添加した結果であることを示し、「mgc(1Me)」はmgc(1Me)TMPを添加した結果であることを示し、「mgc(2Me)」はmgc(2Me)TMPを添加した結果であることを示し、「mgc(3Me)」はmgc(3Me)TMPを添加した結果であることを示し、「mc(2Me)」はmc(2Me)TMPを添加した結果であることを示し、「-」は各化合物の添加前の結果であることを示し、「+5min」は各化合物の添加から5分後の結果であることを示し、「+30min」は各化合物の添加から30分後の結果であることを示し、「+60min」は各化合物の添加から60分後の結果であることを示す。 Figure 1(a) is a confocal laser microscope photograph. In Figure 1(a), "mgc" indicates the result after the addition of mgcTMP, "mgc(1Me)" indicates the result after the addition of mgc(1Me)TMP, "mgc(2Me)" indicates the result after the addition of mgc(2Me)TMP, "mgc(3Me)" indicates the result after the addition of mgc(3Me)TMP, "mc(2Me)" indicates the result after the addition of mc(2Me)TMP, "-" indicates the result before the addition of each compound, "+5min" indicates the result 5 minutes after the addition of each compound, "+30min" indicates the result 30 minutes after the addition of each compound, and "+60min" indicates the result 60 minutes after the addition of each compound.
図1(b)は、化合物の添加前の細胞質内の蛍光強度F0に対する、化合物の添加後の細胞質内の蛍光強度Fの割合(F/F0)を経時的に数値化したグラフである。EGFPがゴルジ体に局在すると、細胞質内の蛍光強度が低下する。図1(b)中、縦軸は標準化した細胞質内の蛍光強度(相対値)を表し、横軸は化合物の添加後の時間(分)を表す。 Figure 1(b) is a graph showing the ratio (F/F 0 ) of the fluorescence intensity in the cytoplasm after the addition of a compound to the fluorescence intensity in the cytoplasm before the addition of a compound, as quantified over time. When EGFP is localized to the Golgi apparatus, the fluorescence intensity in the cytoplasm decreases. In Figure 1(b), the vertical axis represents the normalized fluorescence intensity in the cytoplasm (relative value), and the horizontal axis represents the time (minutes) after the addition of the compound.
その結果、mgcTMPを添加した場合、添加から5分後にEGFPが細胞膜及びゴルジ体に局在したことが明らかとなった。また、mgcTMPの添加から40分後には、EGFPの局在化が自発的に解消してしまうことが明らかとなった。 The results showed that when mgcTMP was added, EGFP localized to the cell membrane and Golgi apparatus 5 minutes after addition. Furthermore, it was revealed that EGFP localization spontaneously disappeared 40 minutes after the addition of mgcTMP.
また、mgc(1Me)TMPを添加した場合、添加から5分後にEGFPがゴルジ体に局在したことが明らかとなった。また、mgc(1Me)TMPの添加から60分後には、EGFPの局在化が自発的に解消してしまうことが明らかとなった。 Furthermore, when mgc(1Me)TMP was added, it was found that EGFP localized to the Golgi apparatus 5 minutes after addition. Furthermore, it was found that EGFP localization spontaneously disappeared 60 minutes after the addition of mgc(1Me)TMP.
また、mgc(2Me)TMP、mgc(3Me)TMP、mc(2Me)TMPを添加した場合、添加から5分後にEGFPがゴルジ体に局在したことが明らかとなった。また、これらの化合物を添加した場合には、60分後においてもEGFPのゴルジ体への局在化が維持されることが明らかとなった。なかでも、mgc(3Me)TMPは、ゴルジ体への特異性が高く、長時間ゴルジ体への局在が維持される傾向が認められた。 Furthermore, when mgc(2Me)TMP, mgc(3Me)TMP, or mc(2Me)TMP was added, EGFP localized to the Golgi apparatus 5 minutes after addition. Furthermore, when these compounds were added, EGFP localization to the Golgi apparatus was maintained even 60 minutes later. In particular, mgc(3Me)TMP was found to be highly specific to the Golgi apparatus and tended to maintain its localization to the Golgi apparatus for long periods of time.
図2(a)及び(b)は、mgc(3Me)TMPの添加から180分後に撮影した共焦点レーザー顕微鏡写真である。スケールバーは20μmである。また、図2(c)は、図2(b)に示す直線に沿って蛍光強度をプロットしたグラフである。 Figures 2(a) and (b) are confocal laser scanning microscope images taken 180 minutes after the addition of mgc(3Me)TMP. The scale bar is 20 μm. Figure 2(c) is a graph plotting the fluorescence intensity along the line shown in Figure 2(b).
図2(d)及び(e)は、mc(2Me)TMPの添加から180分後に撮影した共焦点レーザー顕微鏡写真である。スケールバーは20μmである。また、図2(f)は、図2(e)に示す直線に沿って蛍光強度をプロットしたグラフである。 Figures 2(d) and (e) are confocal laser scanning microscope images taken 180 minutes after the addition of mc(2Me)TMP. The scale bar is 20 μm. Figure 2(f) is a graph plotting the fluorescence intensity along the line shown in Figure 2(e).
その結果、これらの化合物を添加することにより、融合タンパク質をゴルジ体に局在化させることができることが確認された。 As a result, it was confirmed that the addition of these compounds could localize the fusion protein to the Golgi apparatus.
[実験例3]
(ゴルジ体標識剤の合成)
下記式(25)に化学式を示すmgc(3Me)FDA、及び、下記式(26)に化学式を示すmgc(3Me)DEACをそれぞれ合成した。
[Experimental Example 3]
(Synthesis of Golgi apparatus labeling agents)
mgc(3Me)FDA, whose chemical formula is shown in the following formula (25), and mgc(3Me)DEAC, whose chemical formula is shown in the following formula (26), were each synthesized.
《mgc(3Me)FDAの合成》
下記スキーム(5)にしたがって、mgc(3Me)FDAを合成した。
Synthesis of mgc(3Me)FDA
mgc(3Me)FDA was synthesized according to the following scheme (5).
具体的には、mgc(3Me)TMPの合成と同様のプロトコールにしたがってSieberアミド樹脂上でまず、mgc(Trt)(3Me)Kを合成した。 Specifically, mgc(Trt)(3Me)K was first synthesized on Sieber amide resin following a protocol similar to that used to synthesize mgc(3Me)TMP.
まず、Sieberアミド樹脂(0.79mmol/g)(50.6mg、40μmol)をFmoc脱保護し、洗浄した。続いて、Fmoc-Lys(Aloc)-OH、Fmoc-Adox-OHの順に樹脂にカップリングさせ、DMFで洗浄した。 First, Sieber amide resin (0.79 mmol/g) (50.6 mg, 40 μmol) was Fmoc-deprotected and washed. Subsequently, Fmoc-Lys(Aloc)-OH and Fmoc-Adox-OH were coupled to the resin in that order, and the resin was washed with DMF.
樹脂上のFmoc-Adox末端のFmoc脱保護後、スキーム(3)におけるものと同様の方法でN-メチル化を行った。引き続き、Fmoc-Cys(Trt)-OHとFmoc-Gly-OHをビルディングブロックとして、カップリング反応、Fmoc脱保護、およびN-メチル化を繰り返した。その後、N末端のミリストイル化を行った。 After Fmoc deprotection of the Fmoc-Adox terminus on the resin, N-methylation was performed using a method similar to that in Scheme (3). Subsequently, coupling reactions, Fmoc deprotection, and N-methylation were repeated using Fmoc-Cys(Trt)-OH and Fmoc-Gly-OH as building blocks. Then, myristoylation of the N-terminus was performed.
続いて、スキーム(1)におけるものと同様の方法で、Aloc基を選択的に脱保護した。 Subsequently, the Aloc group was selectively deprotected using a method similar to that used in Scheme (1).
続いて、樹脂を5%TFAを含有するCH2Cl2中で5分間処理し、溶液を回収するという操作を5回繰り返した。回収した溶液にトルエンを加え、濃縮することで、mgc(Trt)(3Me)Kを得た。続いて、粗生成物をセミ分取C4カラム上、0.1%TFAと0.1%水和TFAを含むアセトニトリルの直線勾配を用いた逆相HPLCにより精製し、mgc(Trt)(3Me)Kを白色の固体として得た。 The resin was then treated with CH2Cl2 containing 5% TFA for 5 minutes, and the solution was collected, this procedure repeated five times. Toluene was added to the collected solution, and the mixture was concentrated to give mgc(Trt)(3Me)K. The crude product was then purified by reverse-phase HPLC on a semi-preparative C4 column using a linear gradient of acetonitrile containing 0.1% TFA and 0.1% hydrated TFA to give mgc(Trt)(3Me)K as a white solid.
続いて、DMF中、mgc(Trt)(3Me)Kを5-カルボキシフルオレセインジアセテート(1.0当量)、HBTU(1.0当量)、DIPEA(3.0当量)と反応させることで、リジン残基の側鎖に5-カルボキシフルオレセインジアセテート(FDA)を導入した。溶媒を留去後、25%TFAおよび2.5%TIPSを含有するCH2Cl2でTrt脱保護を行った。粗生成物はセミ分取C4カラム上、0.1%TFAと0.1%水和TFAを含むアセトニトリルの直線勾配を用いた逆相HPLCにより精製し、mgc(Trt)(3Me)FDAを白色の固体として得た。 Subsequently, 5-carboxyfluorescein diacetate (FDA) was introduced into the side chain of the lysine residue by reacting mgc(Trt)(3Me)K with 5-carboxyfluorescein diacetate (1.0 equiv.), HBTU (1.0 equiv.), and DIPEA (3.0 equiv.) in DMF. After evaporation of the solvent, Trt deprotection was carried out with CH 2 Cl 2 containing 25% TFA and 2.5% TIPS. The crude product was purified by reverse-phase HPLC on a semi-preparative C4 column using a linear gradient of acetonitrile containing 0.1% TFA and 0.1% hydrated TFA to give mgc(Trt)(3Me)FDA as a white solid.
ESI-MS
[M+Na]+ 理論値:1167.5295 実測値:1167.4677
[M+K]+ 理論値:1183.5034 実測値:1183.4409
ESI-MS
[M+Na] + Theoretical value: 1167.5295 Found value: 1167.4677
[M+K] + Theoretical value: 1183.5034 Measured value: 1183.4409
《mgc(3Me)DEACの合成》
下記スキーム(6)にしたがって、mgc(3Me)DEACを合成した。スキーム(6)では、スキーム(5)で合成したmgc(Trt)(3Me)Kに7-(ジエチルアミノ)クマリン-3-カルボン酸を反応させることでmgc(3Me)DEACを合成した。
Synthesis of mgc(3Me)DEAC
Mgc(3Me)DEAC was synthesized according to the following scheme (6): In scheme (6), mgc(3Me)DEAC was synthesized by reacting mgc(Trt)(3Me)K synthesized in scheme (5) with 7-(diethylamino)coumarin-3-carboxylic acid.
ESI-MS
[M+Na]+ 理論値:968.5501 実測値:968.6678
[M+K]+ 理論値:984.5241 実測値:984.6440
ESI-MS
[M+Na] + Theoretical value: 968.5501 Found value: 968.6678
[M+K] + Theoretical value: 984.5241 Measured value: 984.6440
[実験例4]
(ゴルジ体の染色)
mgc(3Me)FDA、mgc(3Me)DEAC、及び、従来のゴルジ体の染色試薬であるBODIPY FL C5-Ceramide(製品番号「D3521」、サーモフィッシャーサイエンティフィック社)を用いてHeLa細胞のゴルジ体を染色した。
[Experimental Example 4]
(Golgi staining)
The Golgi apparatus of HeLa cells was stained using mgc(3Me)FDA, mgc(3Me)DEAC, and a conventional Golgi apparatus staining reagent, BODIPY FL C5-Ceramide (product number "D3521", Thermo Fisher Scientific).
《mgc(3Me)FDAによるゴルジ体の染色1》
HeLa細胞の培地に、終濃度1μMとなるようにmgc(3Me)FDAを添加し、室温で5分間インキュベートした。続いて、3mg/mLのウシ血清アルブミン(BSA)を含む培地で洗浄し、顕微鏡で観察した。
Golgi apparatus staining with mgc(3Me)FDA 1
Mgc(3Me)FDA was added to the HeLa cell culture medium to a final concentration of 1 μM, and the cells were incubated at room temperature for 5 minutes. Subsequently, the cells were washed with a medium containing 3 mg/mL bovine serum albumin (BSA) and observed under a microscope.
図3(a)は蛍光顕微鏡写真である。波長488nmの励起光を照射し、波長500~540nmの蛍光を観察した。スケールバーは20μmである。図3(b)は、図3(a)と同一視野において、蛍光顕微鏡写真と微分干渉顕微鏡写真とを合成した画像である。また、図3(c)は、図3(b)に示す直線に沿って蛍光強度をプロットしたグラフである。 Figure 3(a) is a fluorescence micrograph. Excitation light with a wavelength of 488 nm was irradiated, and fluorescence with wavelengths of 500 to 540 nm was observed. The scale bar is 20 μm. Figure 3(b) is a composite image of a fluorescence micrograph and a differential interference contrast micrograph taken in the same field of view as Figure 3(a). Figure 3(c) is a graph plotting fluorescence intensity along the straight line shown in Figure 3(b).
その結果、mgc(3Me)FDAにより、ゴルジ体を特異的に染色することができることが明らかとなった。 The results demonstrated that mgc(3Me)FDA can specifically stain the Golgi apparatus.
《mgc(3Me)FDAによるゴルジ体の染色2》
蛍光タンパク質であるmCherryとゴルジ体マーカータンパク質であるGiantinとの融合タンパク質であるmCherry-Giantinを発現するHeLa細胞を用意した。mCherry-Giantinのアミノ酸配列を配列番号2に示す。この細胞の培地に、終濃度1μMとなるようにmgc(3Me)FDAを添加し、室温で5分間インキュベートした。続いて、3mg/mLのBSAを含む培地で洗浄し、顕微鏡で観察した。
Golgi Apparatus Staining with mgc(3Me)FDA 2
HeLa cells expressing mCherry-Giantin, a fusion protein of the fluorescent protein mCherry and the Golgi apparatus marker protein Giantin, were prepared. The amino acid sequence of mCherry-Giantin is shown in SEQ ID NO: 2. mgc(3Me)FDA was added to the cell culture medium to a final concentration of 1 μM, and the cells were incubated at room temperature for 5 minutes. The cells were then washed with medium containing 3 mg/mL BSA and observed under a microscope.
図4(a)は蛍光顕微鏡写真である。波長488nmの励起光を照射し、波長500~540nmの蛍光を観察した。スケールバーは20μmである。図4(b)は、図4(a)と同一視野において、mCherryの蛍光を観察した蛍光顕微鏡写真である。図4(c)は、図4(a)と図4(b)を合成した画像である。 Figure 4(a) is a fluorescence microscope photograph. Excitation light with a wavelength of 488 nm was irradiated, and fluorescence with wavelengths of 500 to 540 nm was observed. The scale bar is 20 μm. Figure 4(b) is a fluorescence microscope photograph of mCherry fluorescence observed in the same field of view as Figure 4(a). Figure 4(c) is a composite image of Figures 4(a) and 4(b).
その結果、mgc(3Me)FDAの蛍光はmCherryの蛍光と一致することが明らかとなった。この結果は、mgc(3Me)FDAによりゴルジ体を特異的に染色することができることを更に支持するものである。 The results showed that the fluorescence of mgc(3Me)FDA coincided with that of mCherry. This result further supports the idea that mgc(3Me)FDA can specifically stain the Golgi apparatus.
《mgc(3Me)DEACによるゴルジ体の染色1》
HeLa細胞の培地に、終濃度1μMとなるようにmgc(3Me)DEACを添加し、室温で5分間インキュベートした。続いて、3mg/mLのBSAを含む培地で洗浄し、顕微鏡で観察した。
Golgi staining with mgc(3Me)DEAC 1
Mgc(3Me)DEAC was added to the HeLa cell culture medium to a final concentration of 1 μM, and the cells were incubated at room temperature for 5 minutes. Subsequently, the cells were washed with a medium containing 3 mg/mL BSA and observed under a microscope.
図5(a)は蛍光顕微鏡写真である。波長405nmの励起光を照射し、波長430~470nmの蛍光を観察した。スケールバーは20μmである。図5(b)は、図5(a)と同一視野において、蛍光顕微鏡写真と微分干渉顕微鏡写真とを合成した画像である。また、図5(c)は、図5(b)に示す直線に沿って蛍光強度をプロットしたグラフである。 Figure 5(a) is a fluorescence micrograph. Excitation light with a wavelength of 405 nm was irradiated, and fluorescence with wavelengths of 430 to 470 nm was observed. The scale bar is 20 μm. Figure 5(b) is a composite image of a fluorescence micrograph and a differential interference contrast micrograph taken in the same field of view as Figure 5(a). Figure 5(c) is a graph plotting fluorescence intensity along the straight line shown in Figure 5(b).
その結果、mgc(3Me)DEACにより、ゴルジ体を特異的に染色することができることが明らかとなった。 The results demonstrated that mgc(3Me)DEAC can specifically stain the Golgi apparatus.
《mgc(3Me)DEACによるゴルジ体の染色2》
蛍光タンパク質であるmCherryとゴルジ体マーカータンパク質であるGiantinとの融合タンパク質であるmCherry-Giantinを発現するHeLa細胞を用意した。この細胞の培地に、終濃度1μMとなるようにmgc(3Me)DEACを添加し、室温で5分間インキュベートした。続いて、3mg/mLのBSAを含む培地で洗浄し、顕微鏡で観察した。
<Golgi Apparatus Staining with mgc(3Me)DEAC 2>
HeLa cells expressing mCherry-Giantin, a fusion protein of the fluorescent protein mCherry and the Golgi apparatus marker protein Giantin, were prepared. mgc(3Me)DEAC was added to the cell culture medium to a final concentration of 1 μM and incubated at room temperature for 5 minutes. The cells were then washed with medium containing 3 mg/mL BSA and observed under a microscope.
図6(a)は蛍光顕微鏡写真である。波長405nmの励起光を照射し、波長430~470nmの蛍光を観察した。スケールバーは20μmである。図6(b)は、図6(a)と同一視野において、mCherryの蛍光を観察した蛍光顕微鏡写真である。図6(c)は、図6(a)と図6(b)を合成した画像である。 Figure 6(a) is a fluorescence microscope photograph. Excitation light with a wavelength of 405 nm was irradiated, and fluorescence with wavelengths of 430 to 470 nm was observed. The scale bar is 20 μm. Figure 6(b) is a fluorescence microscope photograph of mCherry fluorescence observed in the same field of view as Figure 6(a). Figure 6(c) is a composite image of Figures 6(a) and 6(b).
その結果、mgc(3Me)DEACの蛍光はmCherryの蛍光と一致することが明らかとなった。この結果は、mgc(3Me)DEACによりゴルジ体を特異的に染色することができることを更に支持するものである。 The results showed that the fluorescence of mgc(3Me)DEAC coincided with that of mCherry. This result further supports the idea that mgc(3Me)DEAC can specifically stain the Golgi apparatus.
《BODIPY FL C5-Ceramideによるゴルジ体の染色1》
HeLa細胞の培地に、終濃度5μMとなるようにBODIPY FL C5-Ceramide(製品番号「D3521」、サーモフィッシャーサイエンティフィック社)とBSAの複合体を添加し、4℃で30分間インキュベートした。続いて、バッファーで洗浄し、更に37℃で30分間インキュベーション後、顕微鏡で観察した。
<Golgi Apparatus Staining with BODIPY FL C5-Ceramide 1>
A complex of BODIPY FL C5-Ceramide (product number "D3521", Thermo Fisher Scientific) and BSA was added to the HeLa cell culture medium to a final concentration of 5 μM, and the cells were incubated for 30 minutes at 4° C. Subsequently, the cells were washed with buffer, further incubated for 30 minutes at 37° C., and then observed under a microscope.
図7(a)は蛍光顕微鏡写真である。波長488nmの励起光を照射し、波長500~540nmの蛍光を観察した。スケールバーは20μmである。図7(b)は、図7(a)と同一視野において、蛍光顕微鏡写真と微分干渉顕微鏡写真とを合成した画像である。また、図7(c)は、図7(b)に示す直線に沿って蛍光強度をプロットしたグラフである。 Figure 7(a) is a fluorescence micrograph. Excitation light with a wavelength of 488 nm was irradiated, and fluorescence with wavelengths of 500 to 540 nm was observed. The scale bar is 20 μm. Figure 7(b) is a composite image of a fluorescence micrograph and a differential interference contrast micrograph taken in the same field of view as Figure 7(a). Figure 7(c) is a graph plotting fluorescence intensity along the straight line shown in Figure 7(b).
その結果、BODIPY FL C5-Ceramideではゴルジ体のみを特異的に染色することは困難であることが明らかとなった。 As a result, it became clear that it was difficult to specifically stain only the Golgi apparatus using BODIPY FL C5-Ceramide.
《BODIPY FL C5-Ceramideによるゴルジ体の染色2》
蛍光タンパク質であるmCherryとゴルジ体マーカータンパク質であるGiantinとの融合タンパク質であるmCherry-Giantinを発現するHeLa細胞を用意した。この細胞の培地に、終濃度5μMとなるようにBODIPY FL C5-Ceramide(製品番号「D3521」、サーモフィッシャーサイエンティフィック社)とBSAの複合体を添加し、4℃で30分間インキュベートした。続いて、バッファーで洗浄し、更に37℃で30分間インキュベーション後、顕微鏡で観察した。
<Golgi Apparatus Staining with BODIPY FL C5-Ceramide 2>
HeLa cells expressing mCherry-Giantin, a fusion protein of the fluorescent protein mCherry and the Golgi apparatus marker protein Giantin, were prepared. A complex of BODIPY FL C5-Ceramide (product number "D3521", Thermo Fisher Scientific) and BSA was added to the cell culture medium to a final concentration of 5 μM, and the cells were incubated at 4°C for 30 minutes. The cells were then washed with buffer, further incubated at 37°C for 30 minutes, and then observed under a microscope.
図8(a)は蛍光顕微鏡写真である。波長488nmの励起光を照射し、波長500~540nmの蛍光を観察した。スケールバーは20μmである。図8(b)は、図8(a)と同一視野において、mCherryの蛍光を観察した蛍光顕微鏡写真である。図8(c)は、図8(a)と図8(b)を合成した画像である。 Figure 8(a) is a fluorescence microscope photograph. Excitation light with a wavelength of 488 nm was irradiated, and fluorescence with wavelengths of 500 to 540 nm was observed. The scale bar is 20 μm. Figure 8(b) is a fluorescence microscope photograph of mCherry fluorescence observed in the same field of view as Figure 8(a). Figure 8(c) is a composite image of Figures 8(a) and 8(b).
その結果、BODIPY FL C5-Ceramideの蛍光はmCherryの蛍光と一致しないことが明らかとなった。この結果は、BODIPY FL C5-Ceramideではゴルジ体のみを特異的に染色することは困難であることを更に支持するものである。 The results revealed that the fluorescence of BODIPY FL C5-Ceramide did not match that of mCherry. This result further supports the finding that it is difficult to specifically stain the Golgi apparatus using BODIPY FL C5-Ceramide.
[実験例5]
(mgDc(3Me)TMPによる局在化の検討)
mgc(3Me)TMPのシステイン残基をD体に置換した局在化剤(以下、「mgDc(3Me)TMP」という場合がある。)を合成し、タグタンパク質の局在化能を検討した。
[Experimental Example 5]
(Examination of localization using mg D c(3Me)TMP)
A localization agent in which the cysteine residue of mgc(3Me)TMP was substituted with the D-isomer (hereinafter, sometimes referred to as " mgDc (3Me)TMP") was synthesized, and its ability to localize tagged proteins was examined.
《mgDc(3Me)TMPの合成》
まず、下記スキーム(7)にしたがって、mgDc(3Me)TMPを合成した。
Synthesis of mg D c(3Me)TMP
First, mg D c(3Me)TMP was synthesized according to the following scheme (7).
下記スキーム(7)にしたがってmgDc(3Me)TMPを合成した。具体的には、実験例1のスキーム(3)におけるFmoc-Cys(Mmt)-OHの代わりにFmoc-D-Cys(Mmt)-OHを使用した点以外は、スキーム(3)と同様の反応を行った。続いて、生成物を逆相HPLCにより精製し、mgDc(3Me)TMPを白色の固体として得た。 mg- D- c(3Me)TMP was synthesized according to the following scheme (7). Specifically, the same reaction as in scheme (3) of Experimental Example 1 was carried out, except that Fmoc-D-Cys(Mmt)-OH was used instead of Fmoc-Cys(Mmt)-OH. The product was then purified by reverse-phase HPLC to obtain mg- D- c(3Me)TMP as a white solid.
1H NMR(400MHz、CD3OD):δ7.22(1H、s)、6.56(2H、s)、5.61-5.39(1H、m)、4.41(1H、m)、4.03(2H、s)、3.99(4H、s)、3.92(2H、t)、3.80(6H、s)、3.66(16H、m)、3.60(6H、m)、3.46(6H、m)、3.18(2H、t)、3.10-2.90(9H、m)、2.76-2.60(2H、m)、2.44(2H、m)、2.25(2H、m)、1.78(2H、m)、1.72(2H、m)、1.71(2H、m)、1.57(2H、m)、1.36(2H、m)、1.29(22H、m)、0.89(3H、t). 1H NMR (400MHz, CD3 OD): δ7.22 (1H, s), 6.56 (2H, s), 5.61-5.39 (1H, m), 4.41 (1H, m), 4.03 (2H, s), 3.9 9 (4H, s), 3.92 (2H, t), 3.80 (6H, s), 3.66 (16H, m), 3.60 (6H, m), 3.46 (6H, m), 3.18 ( 2H, t), 3.10-2.90 (9H, m), 2.76-2.60 (2H, m), 2.44 (2H, m), 2.25 (2H, m), 1.78 (2H, m) ), 1.72 (2H, m), 1.71 (2H, m), 1.57 (2H, m), 1.36 (2H, m), 1.29 (22H, m), 0.89 (3H, t).
《mgDc(3Me)TMPによる局在化の検討》
DG発現細胞の培地に、終濃度10μMとなるようにmgDc(3Me)TMPを添加し、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。
<<Study on localization using mgDc (3Me)TMP>>
mg Dc (3Me)TMP was added to the medium of DG-expressing cells to a final concentration of 10 μM, and EGFP fluorescence was observed using a confocal laser microscope.
図9(a)~(d)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。スケールバーは20μmである。図9(a)は、mgDc(3Me)TMPの添加前のDG発現細胞の写真である。また、図9(b)は、mgDc(3Me)TMPの添加から5分後に撮影したDG発現細胞の写真である。また、図9(c)は、mgDc(3Me)TMPの添加から30分後に撮影したDG発現細胞の写真である。また、図9(d)は、mgDc(3Me)TMPの添加から60分後に撮影したDG発現細胞の写真である。 Figures 9(a) to (d) are confocal laser microscope photographs. The scale bar is 20 μm. Figure 9(a) is a photograph of DG-expressing cells before the addition of mg D c(3Me)TMP. Figure 9(b) is a photograph of DG-expressing cells taken 5 minutes after the addition of mg D c (3Me)TMP. Figure 9(c) is a photograph of DG-expressing cells taken 30 minutes after the addition of mg D c(3Me)TMP. Figure 9(d) is a photograph of DG-expressing cells taken 60 minutes after the addition of mg D c(3Me)TMP.
その結果、mgDc(3Me)TMPの添加から5分後に、EGFPがゴルジ体に局在したことが明らかとなった。また、mgDc(3Me)TMPの添加から60分後においても、EGFPのゴルジ体への局在化が維持されていることが明らかとなった。 The results showed that EGFP localized to the Golgi apparatus 5 minutes after the addition of mg D c(3Me)TMP, and that this localization was maintained even 60 minutes after the addition of mg D c(3Me)TMP.
[実験例6]
(mgc(3Me)TMPのミリストイル基部分の構造の検討)
mgc(3Me)TMPのミリストイル基部分の炭素数の数を改変し、タグタンパク質の局在化能を検討した。まず、下記式(27)で表される化合物におけるR2で表される基が下記式(28)に示すオクチル基である化合物(以下、「cap-gc(3Me)TMP」という場合がある。)、及び、下記式(27)で表される化合物におけるR2で表される基が下記式(29)に示すノニル基である化合物(以下、「pel-gc(3Me)TMP」という場合がある。)を合成した。
[Experimental Example 6]
(Study on the structure of the myristoyl group moiety of mgc(3Me)TMP)
The number of carbon atoms in the myristoyl group moiety of mgc(3Me)TMP was modified to examine the localization ability of tagged proteins. First, a compound represented by the following formula (27) in which the group represented by R 2 is the octyl group shown in the following formula (28) (hereinafter, this may be referred to as "cap-gc(3Me)TMP"), and a compound represented by the following formula (27) in which the group represented by R 2 is the nonyl group shown in the following formula (29) (hereinafter, this may be referred to as "pel-gc(3Me)TMP") were synthesized.
《cap-gc(3Me)TMPの合成》
まず、下記スキーム(8)にしたがってcap-gc(3Me)TMPを合成した。具体的には、実験例1のスキーム(3)におけるミリスチン酸の代わりにカプリン酸を使用した点以外は、スキーム(3)と同様の反応を行った。続いて、生成物を逆相HPLCにより精製し、cap-gc(3Me)TMPを白色の固体として得た。
Synthesis of cap-gc(3Me)TMP
First, cap-gc(3Me)TMP was synthesized according to the following scheme (8). Specifically, the same reaction as in scheme (3) of Experimental Example 1 was carried out, except that capric acid was used instead of myristic acid. Subsequently, the product was purified by reverse-phase HPLC to obtain cap-gc(3Me)TMP as a white solid.
1H NMR(400MHz、CD3OD):δ7.22(1H、s)、6.56(2H、s)、5.61-5.39(1H、m)、4.41(1H、m)、4.03(2H、s)、4.00(4H、s)、3.92(2H、t)、3.80(6H、s)、3.66(16H、m)、3.60(6H、m)、3.46(6H、m)、3.18(2H、t)、3.19-2.90(9H、m)、2.76-2.60(2H、m)、2.44(2H、m)、2.25(2H、m)、1.80(2H、m)、1.72(2H、m)、1.60(2H、m)、1.53(2H、m)、1.38(2H、m)、1.29(16H、m)、0.89(3H、t). 1H NMR (400MHz, CD3 OD): δ7.22 (1H, s), 6.56 (2H, s), 5.61-5.39 (1H, m), 4.41 (1H, m), 4.03 (2H, s), 4.0 0 (4H, s), 3.92 (2H, t), 3.80 (6H, s), 3.66 (16H, m), 3.60 (6H, m), 3.46 (6H, m), 3.18 ( 2H, t), 3.19-2.90 (9H, m), 2.76-2.60 (2H, m), 2.44 (2H, m), 2.25 (2H, m), 1.80 (2H, m) ), 1.72 (2H, m), 1.60 (2H, m), 1.53 (2H, m), 1.38 (2H, m), 1.29 (16H, m), 0.89 (3H, t).
《pel-gc(3Me)TMPの合成》
続いて、下記スキーム(9)にしたがってpel-gc(3Me)TMPを合成した。具体的には、実験例1のスキーム(3)におけるミリスチン酸の代わりにペラルゴン酸を使用した点以外は、スキーム(3)と同様の反応を行った。続いて、生成物を逆相HPLCにより精製し、pel-gc(3Me)TMPを白色の固体として得た。
Synthesis of pel-gc(3Me)TMP
Next, pel-gc(3Me)TMP was synthesized according to the following scheme (9). Specifically, the same reaction as in scheme (3) of Experimental Example 1 was carried out, except that pelargonic acid was used instead of myristic acid. The product was then purified by reverse-phase HPLC to obtain pel-gc(3Me)TMP as a white solid.
1H NMR(400MHz、CD3OD):δ7.22(1H、s)、6.56(2H、s)、5.61-5.39(1H、m)、4.41(1H、m)、4.03(2H、s)、4.00(4H、s)、3.92(2H、t)、3.80(6H、s)、3.66(16H、m)、3.60(6H、m)、3.46(6H、m)、3.18(2H、t)、3.22-2.90(9H、m)、2.76-2.60(2H、m)、2.44(2H、m)、2.25(2H、m)、1.80(2H、m)、1.72(2H、m)、1.59(2H、m)、1.53(2H、m)、1.40(2H、m)、1.29(14H、m)、0.89(3H、t). 1H NMR (400MHz, CD3 OD): δ7.22 (1H, s), 6.56 (2H, s), 5.61-5.39 (1H, m), 4.41 (1H, m), 4.03 (2H, s), 4.0 0 (4H, s), 3.92 (2H, t), 3.80 (6H, s), 3.66 (16H, m), 3.60 (6H, m), 3.46 (6H, m), 3.18 ( 2H, t), 3.22-2.90 (9H, m), 2.76-2.60 (2H, m), 2.44 (2H, m), 2.25 (2H, m), 1.80 (2H, m ), 1.72 (2H, m), 1.59 (2H, m), 1.53 (2H, m), 1.40 (2H, m), 1.29 (14H, m), 0.89 (3H, t).
《cap-gc(3Me)TMP及びpel-gc(3Me)TMPによる局在化の検討》
DG発現細胞の培地に、終濃度30μMとなるようにcap-gc(3Me)TMPを添加し、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。また、DG発現細胞の培地に、終濃度60μMとなるようにpel-gc(3Me)TMPを添加し、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。
<<Study on localization using cap-gc(3Me)TMP and pel-gc(3Me)TMP>>
Cap-gc(3Me)TMP was added to the culture medium of DG-expressing cells to a final concentration of 30 μM, and EGFP fluorescence was observed using a confocal laser microscope. Also, pel-gc(3Me)TMP was added to the culture medium of DG-expressing cells to a final concentration of 60 μM, and EGFP fluorescence was observed using a confocal laser microscope.
図10(a)~(h)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。スケールバーは20μmである。図10(a)~(d)は、cap-gc(3Me)TMPを添加した結果であり、図10(e)~(h)は、pel-gc(3Me)TMPを添加した結果である。図10(a)~(d)は、それぞれ、cap-gc(3Me)TMPの添加前、cap-gc(3Me)TMPの添加から5分後、30分後、60分後に撮影したDG発現細胞の写真である。また、図10(e)~(h)は、それぞれ、pel-gc(3Me)TMPの添加前、pel-gc(3Me)TMPの添加から5分後、30分後、60分後に撮影したDG発現細胞の写真である。 Figures 10(a)-(h) are confocal laser microscope photographs. The scale bar is 20 μm. Figures 10(a)-(d) show the results after adding cap-gc(3Me)TMP, and Figures 10(e)-(h) show the results after adding pel-gc(3Me)TMP. Figures 10(a)-(d) are photographs of DG-expressing cells taken before the addition of cap-gc(3Me)TMP and 5, 30, and 60 minutes after the addition of cap-gc(3Me)TMP, respectively. Figures 10(e)-(h) are photographs of DG-expressing cells taken before the addition of pel-gc(3Me)TMP and 5, 30, and 60 minutes after the addition of pel-gc(3Me)TMP, respectively.
その結果、cap-gc(3Me)TMPを添加した場合には、EGFPのゴルジ体への局在が観察された。これに対し、pel-gc(3Me)TMPを添加した場合には、EGFPのゴルジ体への局在が顕著に低下したことが明らかとなった。この結果から、上記式(25)で表される化合物をゴルジ体に局在させるためには、R2で表される基の炭素数が9以上であることが必要であると考えられた。 As a result, when cap-gc(3Me)TMP was added, localization of EGFP to the Golgi apparatus was observed. In contrast, when pel-gc(3Me)TMP was added, it was revealed that localization of EGFP to the Golgi apparatus was significantly reduced. From these results, it was considered that in order to localize the compound represented by formula (25) above to the Golgi apparatus, the group represented by R2 must have 9 or more carbon atoms.
[実験例7]
(mgc(3Me)SLF*による局在化の検討)
HeLa細胞に、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現させた。対象タンパク質としてはEGFPを使用し、タグタンパク質としてFKBP(F36V)を使用した。融合タンパク質のN末端側にFKBP(F36V)を、C末端側にEGFPを配置した。以下、この融合タンパク質を「FKBP(F36V)-EGFP」という場合がある。FKBP(F36V)-EGFPのアミノ酸配列を配列番号3に示す。
[Experimental Example 7]
(Examination of localization using mgc(3Me)SLF * )
A fusion protein of a target protein and a tag protein was expressed in HeLa cells. EGFP was used as the target protein, and FKBP (F36V) was used as the tag protein. FKBP (F36V) was positioned at the N-terminus of the fusion protein, and EGFP was positioned at the C-terminus. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "FKBP (F36V)-EGFP." The amino acid sequence of FKBP (F36V)-EGFP is shown in SEQ ID NO: 3.
《mgc(3Me)SLF*の合成》
下記スキーム(10)にしたがってmgc(3Me)SLF*を合成した。具体的には、化合物X1の代わりに化合物X2(SLF*-COOH)で表される化合物を使用した点以外は実験例1におけるスキーム(3)と同様の反応を行った。続いて、生成物を逆相HPLCにより精製し、mgc(3Me)SLF*を白色の固体として得た。
Synthesis of mgc(3Me)SLF *
mgc(3Me)SLF * was synthesized according to the following scheme (10). Specifically, the same reaction as in scheme (3) in Experimental Example 1 was carried out, except that a compound represented by compound X2 (SLF * -COOH) was used instead of compound X1. The product was then purified by reverse-phase HPLC to obtain mgc(3Me)SLF * as a white solid.
1H NMR(400MHz、CD3OD):δ7.19 (1H、m)、6.88‐6.84 (2H、m)、6.81 (1H、m)、6.73 (1H、m)、6.68 (1H、m)、6.59(2H、s)、6.54(1H、m)、5.58 (1H、m)、5.50(1H、m)、5.39(1H、m)、4.52(2H、m)、4.42(1H、m)、4.03(2H、s)、3.99(4H、s)、3.88(m、2H)、3.82 (6H、m)、3.78(3H、s)、3.69(6H、s)、3.66(14H、m)、3.59(6H、m)、3.45(6H、m)、3.26(2H、m)、3.10-2.89(9H、m)、2.73(2H、m)、2.70(1H、m)、2.43(2H、m)、2.25(2H、m)、2.03(2H、m)、1.73(2H、m)、1.61(4H、m)、1.59(6H、m)、1.37(2H、m)、1.28(22H、m)、0.89(6H、t). 1H NMR (400MHz, CD3OD ): δ7.19 (1H, m), 6.88-6.84 (2H, m), 6.81 (1H, m), 6.73 (1H, m), 6.68 (1H, m), 6.59 (2H, s), 6.54 (1H, m), 5.58 (1H, m), 5.50 (1H, m), 5.39 (1H, m), 4.52 (2H, m), 4.42 (1H, m), 4.03 (2H, s), 3.99 (4H, s), 3.88 (m, 2H), 3.82 (6H, m), 3.78 (3H, s), 3.69 (6H, s), 3.66 (14H, m), 3.59 (6H, m), 3.45 (6H, m), 3.26 (2H, m), 3.10-2.89 (9H, m), 2.73 (2H, m), 2.70 ( 1H, m), 2.43 (2H, m), 2.25 (2H, m), 2.03 (2H, m), 1.73 (2H, m), 1.61 (4H, m), 1.59 (6H, m), 1.37 (2H, m), 1.28 (22H, m), 0.89 (6H, t).
《mgc(3Me)SLF*による局在化の検討》
FKBP(F36V)-EGFPを発現させたHeLa細胞(以下、「FKBP(F36V)-EGFP発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmgc(3Me)SLF*を添加した。続いて、EGFPの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。
<<Study on localization using mgc(3Me)SLF * >>
Mgc(3Me)SLF * was added to the culture medium of HeLa cells expressing FKBP(F36V)-EGFP (hereinafter sometimes referred to as "FKBP(F36V)-EGFP-expressing cells") to a final concentration of 10 μM. Subsequently, EGFP fluorescence was observed using a confocal laser microscope.
図11(a)~(d)は、共焦点レーザー顕微鏡写真である。スケールバーは20μmである。図11(a)は、mgc(3Me)SLF*の添加前のFKBP(F36V)-EGFP発現細胞の写真である。また、図11(b)は、mgc(3Me)SLF*の添加から5分後に撮影したFKBP(F36V)-EGFP発現細胞の写真である。また、図11(c)は、mgc(3Me)SLF*の添加から30分後に撮影したFKBP(F36V)-EGFP発現細胞の写真である。また、図11(d)は、mgc(3Me)SLF*の添加から60分後に撮影したFKBP(F36V)-EGFP発現細胞の写真である。 Figures 11(a) to (d) are confocal laser scanning microscope photographs. The scale bar is 20 μm. Figure 11(a) is a photograph of FKBP(F36V)-EGFP-expressing cells before the addition of mgc(3Me)SLF * . Figure 11(b) is a photograph of FKBP(F36V)-EGFP-expressing cells taken 5 minutes after the addition of mgc(3Me)SLF * . Figure 11(c) is a photograph of FKBP(F36V)-EGFP-expressing cells taken 30 minutes after the addition of mgc(3Me)SLF * . Figure 11(d) is a photograph of FKBP(F36V)-EGFP-expressing cells taken 60 minutes after the addition of mgc(3Me)SLF * .
その結果、mgc(3Me)SLF*の添加から5分後に、EGFPがゴルジ体に局在したことが明らかとなった。また、mgc(3Me)SLF*の添加から60分後においても、EGFPのゴルジ体への局在化が維持されていることが明らかとなった。 The results showed that EGFP was localized to the Golgi apparatus 5 minutes after the addition of mgc(3Me)SLF * , and that the Golgi localization of EGFP was maintained even 60 minutes after the addition of mgc(3Me)SLF * .
以上の結果から、タグタンパク質及びリガンドとして機能する基の組み合わせが、eDHFR及びTMPの組み合わせ以外の組み合わせであっても、タグタンパク質を局在化させることができることが明らかとなった。 These results demonstrate that tagged proteins can be localized even when the combination of tagged protein and group functioning as a ligand is other than the combination of eDHFR and TMP.
[実験例8]
(mgc(3Me)TMPを用いた細胞内シグナルの制御1)
mgc(3Me)TMPを用いて細胞内シグナルを制御した。まず、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクターを用意した。対象タンパク質としては赤色蛍光タンパク質(RFP)及びRasGEFを使用した。タグタンパク質としてeDHFRを使用した。融合タンパク質のN末端側から順に、RFP、eDHFR、RasGEFを配置した。以下、この融合タンパク質を「RD-RasGEF」という場合がある。RD-RasGEFのアミノ酸配列を配列番号4に示す。
[Experimental Example 8]
(Control of intracellular signaling using mgc(3Me)TMP 1)
Intracellular signaling was controlled using mgc(3Me)TMP. First, an expression vector for a fusion protein of a target protein and a tag protein was prepared. Red fluorescent protein (RFP) and RasGEF were used as the target proteins. eDHFR was used as the tag protein. RFP, eDHFR, and RasGEF were arranged in this order from the N-terminus of the fusion protein. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "RD-RasGEF." The amino acid sequence of RD-RasGEF is shown in SEQ ID NO: 4.
また、比較のために、N末端側から順に、RFP及びeDHFRを配置した融合タンパク質の発現ベクターも用意した。以下、この融合タンパク質を「RD」という場合がある。RDのアミノ酸配列を配列番号5に示す。 For comparison, an expression vector for a fusion protein in which RFP and eDHFR were arranged in that order from the N-terminus was also prepared. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "RD." The amino acid sequence of RD is shown in SEQ ID NO: 5.
また、青色蛍光タンパク質(BFP)とRas binding domain(RBD)の融合タンパク質(以下、「BFP-RBD」という場合がある。)の発現ベクターを用意した。BFP-RBDのアミノ酸配列を配列番号6に示す。 An expression vector for a fusion protein of blue fluorescent protein (BFP) and Ras binding domain (RBD) (hereinafter sometimes referred to as "BFP-RBD") was also prepared. The amino acid sequence of BFP-RBD is shown in SEQ ID NO: 6.
また、EGFPとNRasの融合タンパク質(以下、「EGFP-NRas」という場合がある。)の発現ベクターを用意した。EGFP-NRasのアミノ酸配列を配列番号7に示す。 An expression vector for the EGFP and NRas fusion protein (hereinafter sometimes referred to as "EGFP-NRas") was also prepared. The amino acid sequence of EGFP-NRas is shown in SEQ ID NO: 7.
続いて、RD-RasGEF、EGFP-NRas及びBFP-RBDを発現させたHeLa細胞を作製した。また、比較のために、RD、EGFP-NRas及びBFP-RBDを発現させたHeLa細胞を作製した。 Next, HeLa cells expressing RD-RasGEF, EGFP-NRas, and BFP-RBD were generated. For comparison, HeLa cells expressing RD, EGFP-NRas, and BFP-RBD were also generated.
続いて、各細胞の培地に終濃度2.5μMとなるようにmgc(3Me)TMPを添加した。続いて、RFPの蛍光、BFPの蛍光及びEGFPの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 Next, mgc(3Me)TMP was added to the culture medium of each cell to a final concentration of 2.5 μM. The RFP, BFP, and EGFP fluorescence were then observed using a confocal laser microscope.
図12は、本実験例を説明する模式図である。図12に示すように、NRasは細胞膜及びゴルジ体に局在している。BFP-RBDは核及び細胞質に局在している。培地にmgc(3Me)TMPを添加してRasGEFをゴルジ体に局在させると、ゴルジ体に局在するEGFP-NRasを活性化する。その結果、活性化したNRasにBFP-RBDが結合し、ゴルジ体に移行する。 Figure 12 is a schematic diagram illustrating this experimental example. As shown in Figure 12, NRas is localized to the cell membrane and Golgi apparatus. BFP-RBD is localized to the nucleus and cytoplasm. Adding mgc(3Me)TMP to the culture medium localizes RasGEF to the Golgi apparatus, activating EGFP-NRas localized to the Golgi apparatus. As a result, BFP-RBD binds to the activated NRas and translocates to the Golgi apparatus.
RFPの蛍光を観察することにより、RD-RasGEFの局在を検出することができる。また、BFPの蛍光を観察することにより、BFP-RBDの局在を検出することができる。また、EGFPの蛍光を観察することにより、EGFP-NRasの局在を検出することができる。 By observing RFP fluorescence, the localization of RD-RasGEF can be detected. Furthermore, by observing BFP fluorescence, the localization of BFP-RBD can be detected. Furthermore, by observing EGFP fluorescence, the localization of EGFP-NRas can be detected.
図13(a)は、RD-RasGEF、EGFP-NRas及びBFP-RBDを発現させたHeLa細胞の蛍光顕微鏡写真である。また、図13(b)は、RD、EGFP-NRas及びBFP-RBDを発現させたHeLa細胞の蛍光顕微鏡写真である。図13(a)及び(b)中、「-」はmgc(3Me)TMPを添加する前の写真であることを示し、「+mgcTMP_3Me」はmgc(3Me)TMPを添加して30分後の写真であることを示す。図13(a)及び(b)中、スケールバーは20μmを示す。 Figure 13(a) is a fluorescence micrograph of HeLa cells expressing RD-RasGEF, EGFP-NRas, and BFP-RBD. Figure 13(b) is a fluorescence micrograph of HeLa cells expressing RD, EGFP-NRas, and BFP-RBD. In Figures 13(a) and (b), "-" indicates that the photograph was taken before the addition of mgc(3Me)TMP, and "+mgcTMP_3Me" indicates that the photograph was taken 30 minutes after the addition of mgc(3Me)TMP. In Figures 13(a) and (b), the scale bars indicate 20 μm.
図14(a)は、RD-RasGEF、EGFP-NRas及びBFP-RBDを発現させたHeLa細胞におけるRD-RasGEFのゴルジ体への局在、及び、BFP-RBDのゴルジ体又は核への局在の割合を経時的に測定した結果を示すグラフである(n=5)。図14(a)中、グラフの値は平均値±標準偏差を示す。左側の縦軸は、ゴルジ体又は核への局在の割合を示し、値が高いほどゴルジ体に局在した割合が高いことを示す。右側の縦軸はゴルジ体への局在の割合を示し、値が高いほどゴルジ体に特異的に局在したことを示す。また、横軸は時間(分)を示す。 Figure 14(a) is a graph showing the results of measuring the localization of RD-RasGEF to the Golgi apparatus and the percentage of BFP-RBD localized to the Golgi apparatus or nucleus over time in HeLa cells expressing RD-RasGEF, EGFP-NRas, and BFP-RBD (n=5). In Figure 14(a), the values on the graph represent the mean ± standard deviation. The vertical axis on the left represents the percentage of localization to the Golgi apparatus or nucleus, with higher values indicating a higher percentage of localization to the Golgi apparatus. The vertical axis on the right represents the percentage of localization to the Golgi apparatus, with higher values indicating specific localization to the Golgi apparatus. The horizontal axis represents time (minutes).
図14(b)は、RD、EGFP-NRas及びBFP-RBDを発現させたHeLa細胞におけるRDのゴルジ体への局在、及び、BFP-RBDのゴルジ体又は核への局在の割合を経時的に測定した結果を示すグラフである(n=5)。図14(b)中、グラフの値は平均値±標準偏差を示す。左側の縦軸は、ゴルジ体又は核への局在の割合を示し、値が高いほどゴルジ体に局在した割合が高いことを示す。右側の縦軸はゴルジ体への局在の割合を示し、値が高いほどゴルジ体に特異的に局在したことを示す。また、横軸は時間(分)を示す。 Figure 14(b) is a graph showing the results of measuring the localization of RD to the Golgi apparatus and the percentage of BFP-RBD localized to the Golgi apparatus or nucleus over time in HeLa cells expressing RD, EGFP-NRas, and BFP-RBD (n=5). In Figure 14(b), the values on the graph represent the mean ± standard deviation. The vertical axis on the left represents the percentage of localization to the Golgi apparatus or nucleus, with higher values indicating a higher percentage of localization to the Golgi apparatus. The vertical axis on the right represents the percentage of localization to the Golgi apparatus, with higher values indicating specific localization to the Golgi apparatus. The horizontal axis represents time (minutes).
その結果、RD-RasGEF、EGFP-NRas及びBFP-RBDを発現させたHeLa細胞では、mgc(3Me)TMPの添加後にRD-RasGEFがゴルジ体に局在し、BFP-RBDがゴルジ体に局在したことが明らかとなった。 The results showed that in HeLa cells expressing RD-RasGEF, EGFP-NRas, and BFP-RBD, RD-RasGEF localized to the Golgi apparatus and BFP-RBD localized to the Golgi apparatus after the addition of mgc(3Me)TMP.
一方、RD、EGFP-NRas及びBFP-RBDを発現させたHeLa細胞では、mgc(3Me)TMPの添加後にRDがゴルジ体に局在したものの、BFP-RBDのゴルジ体への局在は認められなかった。 On the other hand, in HeLa cells expressing RD, EGFP-NRas, and BFP-RBD, RD localized to the Golgi apparatus after the addition of mgc(3Me)TMP, but BFP-RBD did not localize to the Golgi apparatus.
この結果は、mgc(3Me)TMPを用いて細胞内シグナルを制御することができることを示す。 These results demonstrate that mgc(3Me)TMP can be used to control intracellular signaling.
[実験例9]
(mgc(3Me)TMPを用いた細胞内シグナルの制御2)
mgc(3Me)TMPを用いて細胞内シグナルを制御した。まず、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクターを用意した。対象タンパク質としてはEGFP及びSac1を使用した。タグタンパク質としてeDHFRを使用した。融合タンパク質のN末端側から順に、EGFP、eDHFR、Sac1を配置した。以下、この融合タンパク質を「GD-Sac1」という場合がある。GD-Sac1のアミノ酸配列を配列番号8に示す。
[Experimental Example 9]
(Control of intracellular signaling using mgc(3Me)TMP 2)
Intracellular signaling was controlled using mgc(3Me)TMP. First, an expression vector for a fusion protein of a target protein and a tag protein was prepared. EGFP and Sac1 were used as the target proteins. eDHFR was used as the tag protein. EGFP, eDHFR, and Sac1 were arranged in this order from the N-terminus of the fusion protein. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "GD-Sac1." The amino acid sequence of GD-Sac1 is shown in SEQ ID NO:8.
また、比較のために、N末端側から順に、EGFP、eDHFR、ホスファターゼ活性を欠失したSac1(以下、「Sac1-dead」という場合がある。)を配置した融合タンパク質を用意した。以下、この融合タンパク質を「GD-Sac1-dead」という場合がある。GD-Sac1-deadのアミノ酸配列を配列番号9に示す。 For comparison, a fusion protein was also prepared containing, from the N-terminus, EGFP, eDHFR, and Sac1 lacking phosphatase activity (hereinafter sometimes referred to as "Sac1-dead"). Hereinafter, this fusion protein will be referred to as "GD-Sac1-dead." The amino acid sequence of GD-Sac1-dead is shown in SEQ ID NO: 9.
また、赤色蛍光タンパク質(RFP)とSidMの融合タンパク質(以下、「RFP-P4M-SidM」という場合がある。)の発現ベクターを用意した。RFP-P4M-SidMのアミノ酸配列を配列番号10に示す。 An expression vector for a fusion protein of red fluorescent protein (RFP) and SidM (hereinafter sometimes referred to as "RFP-P4M-SidM") was also prepared. The amino acid sequence of RFP-P4M-SidM is shown in SEQ ID NO: 10.
続いて、アフリカミドリザル腎由来の細胞であるCOS-7細胞にGD-Sac1及びRFP-P4M-SidMを発現させた。また、比較のために、GD-Sac1-dead及びRFP-P4M-SidMを発現させたCOS-7細胞を作製した。 Next, GD-Sac1 and RFP-P4M-SidM were expressed in COS-7 cells, which are derived from African green monkey kidneys. For comparison, COS-7 cells expressing GD-Sac1-dead and RFP-P4M-SidM were also generated.
続いて、各細胞の培地に終濃度10μMとなるようにmgc(3Me)TMPを添加した。続いて、EGFPの蛍光及びRFPの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 Next, mgc(3Me)TMP was added to the culture medium of each cell to a final concentration of 10 μM. EGFP fluorescence and RFP fluorescence were then observed using a confocal laser microscope.
図15は、本実験例を説明する模式図である。図15に示すように、SidMは、ホスファチジルイノシトール-4-一リン酸(PI4P)に結合し、ゴルジ体に局在している。培地にmgc(3Me)TMPを添加してSac1をゴルジ体に局在させると、Sac1がPI4Pを脱リン酸化し、その結果、SidMがゴルジ体から細胞質に移行する。 Figure 15 is a schematic diagram illustrating this experimental example. As shown in Figure 15, SidM binds to phosphatidylinositol-4-monophosphate (PI4P) and is localized to the Golgi apparatus. When mgc(3Me)TMP is added to the culture medium to localize Sac1 to the Golgi apparatus, Sac1 dephosphorylates PI4P, resulting in the translocation of SidM from the Golgi apparatus to the cytoplasm.
EGFPの蛍光を観察することにより、GD-Sac1の局在を検出することができる。また、RFPの蛍光を観察することにより、RFP-P4M-SidMの局在を検出することができる。 By observing EGFP fluorescence, the localization of GD-Sac1 can be detected. Furthermore, by observing RFP fluorescence, the localization of RFP-P4M-SidM can be detected.
図16(a)は、GD-Sac1及びRFP-P4M-SidMを発現させたCOS-7細胞の蛍光顕微鏡写真である。また、図16(b)は、GD-Sac1-dead及びRFP-P4M-SidMを発現させたCOS-7細胞の蛍光顕微鏡写真である。図16(a)及び(b)中、「-」はmgc(3Me)TMPを添加する前の写真であることを示し、「+mgcTMP_3Me」はmgc(3Me)TMPを添加して30分後の写真であることを示す。 Figure 16(a) is a fluorescence micrograph of COS-7 cells expressing GD-Sac1 and RFP-P4M-SidM. Figure 16(b) is a fluorescence micrograph of COS-7 cells expressing GD-Sac1-dead and RFP-P4M-SidM. In Figures 16(a) and (b), "-" indicates that the photograph was taken before the addition of mgc(3Me)TMP, and "+mgcTMP_3Me" indicates that the photograph was taken 30 minutes after the addition of mgc(3Me)TMP.
図17(a)は、GD-Sac1及びRFP-P4M-SidMを発現させたCOS-7細胞におけるGD-Sac1のゴルジ体又は細胞質への局在の割合を経時的に測定した結果を示すグラフである(n=3)。図17(b)は、GD-Sac1及びRFP-P4M-SidMを発現させたCOS-7細胞におけるRFP-P4M-SidMのゴルジ体又は細胞質への局在の割合を経時的に測定した結果を示すグラフである(n=3)。図17(a)及び(b)中、グラフの値は平均値±標準偏差を示す。また、縦軸は、ゴルジ体への局在の割合の程度を示し、値が高いほどゴルジ体に特異的に局在していることを示す。また、横軸は時間(分)を示す。 Figure 17(a) is a graph showing the results of measuring the percentage of GD-Sac1 localized to the Golgi apparatus or cytoplasm over time in COS-7 cells expressing GD-Sac1 and RFP-P4M-SidM (n=3). Figure 17(b) is a graph showing the results of measuring the percentage of RFP-P4M-SidM localized to the Golgi apparatus or cytoplasm over time in COS-7 cells expressing GD-Sac1 and RFP-P4M-SidM (n=3). In Figures 17(a) and (b), the values on the graphs represent the mean ± standard deviation. The vertical axis indicates the degree of localization to the Golgi apparatus, with higher values indicating more specific localization to the Golgi apparatus. The horizontal axis indicates time (minutes).
図17(c)は、GD-Sac1-dead及びRFP-P4M-SidMを発現させたCOS-7細胞におけるGD-Sac1のゴルジ体又は細胞質への局在の割合を経時的に測定した結果を示すグラフである(n=3)。図17(d)は、GD-Sac1-dead及びRFP-P4M-SidMを発現させたCOS-7細胞におけるRFP-P4M-SidMのゴルジ体又は細胞質への局在の割合を経時的に測定した結果を示すグラフである(n=3)。図17(c)及び(d)中、グラフの値は平均値±標準偏差を示す。また、縦軸は、ゴルジ体への局在の割合の程度を示し、値が高いほどゴルジ体に特異的に局在していることを示す。また、横軸は時間(分)を示す。 Figure 17(c) is a graph showing the results of measuring the percentage of GD-Sac1 localized to the Golgi apparatus or cytoplasm over time in COS-7 cells expressing GD-Sac1-dead and RFP-P4M-SidM (n=3). Figure 17(d) is a graph showing the results of measuring the percentage of RFP-P4M-SidM localized to the Golgi apparatus or cytoplasm over time in COS-7 cells expressing GD-Sac1-dead and RFP-P4M-SidM (n=3). In Figures 17(c) and (d), the values shown on the graphs represent the mean ± standard deviation. The vertical axis indicates the degree of localization to the Golgi apparatus, with higher values indicating more specific localization to the Golgi apparatus. The horizontal axis indicates time (minutes).
その結果、GD-Sac1及びRFP-P4M-SidMを発現させたCOS-7細胞では、mgc(3Me)TMPの添加後にGD-Sac1がゴルジ体に局在し、RFP-P4M-SidMが細胞質に移行したことが明らかとなった。 The results showed that in COS-7 cells expressing GD-Sac1 and RFP-P4M-SidM, GD-Sac1 localized to the Golgi apparatus after the addition of mgc(3Me)TMP, and RFP-P4M-SidM translocated to the cytoplasm.
一方、GD-Sac1-dead及びRFP-P4M-SidMを発現させたCOS-7細胞では、mgc(3Me)TMPの添加後にGD-Sac1-deadがゴルジ体に局在したものの、RFP-P4M-SidMの細胞質への移行は認められなかった。 In contrast, in COS-7 cells expressing GD-Sac1-dead and RFP-P4M-SidM, GD-Sac1-dead localized to the Golgi apparatus after the addition of mgc(3Me)TMP, but RFP-P4M-SidM did not translocate to the cytoplasm.
この結果は、mgc(3Me)TMPを用いて細胞内シグナルを制御することができることを更に支持するものである。 These results further support the idea that mgc(3Me)TMP can be used to control intracellular signaling.
[実験例10]
(mDcNVOCTMPの合成)
ケージド局在化剤を合成した。具体的には、mDcTMPのトリメトプリム基に光分解性保護基が更に結合した化合物である、mDcNVOCTMPを合成した。光分解性保護基として、上記式(12)で表されるNVOC基を使用した。NVOC基は、例えば波長405nmの光を照射することにより脱保護することができる。mDcNVOCTMPの合成は、下記スキーム(11)にしたがって行った。
[Experimental Example 10]
(Synthesis of mDcNVOC TMP )
A caged localization agent was synthesized. Specifically, mDcNVOCTMP was synthesized, which is a compound in which a photolabile protecting group is further bonded to the trimethoprim group of mDcTMP . The NVOC group represented by the above formula (12) was used as the photolabile protecting group. The NVOC group can be deprotected by irradiation with light having a wavelength of 405 nm, for example. mDcNVOCTMP was synthesized according to the following scheme (11).
1H NMR(400MHz、d-DMSO):δ0.89(t、3H)、1.43-1.25(m、22H)、1.86-1.49(m、10H)、2.28-2.23(m、4H)、2.78-2.72(m、1H)、2.88-2.83(m、1H)、3.18(t、2H)、3.70-3.34(m、24H)、3.76(s、6H)、4.04-3.84(m、12H)、4.47-4.40(m、2H)、5.60(s、2H)、6.54(s、2H)、7.20(s、1H)、7.70(s、1H)、7.77(s、1H). 1 H NMR (400MHz, d-DMSO): δ0.89 (t, 3H), 1.43-1.25 (m, 22H), 1.86-1.49 (m, 10H), 2.28-2.23 (m, 4H), 2.78-2.72 (m, 1H), 2.88-2.83 (m, 1H), 3.18 (t, 2H), 3.70-3.34 (m, 24H), 3.76 (s, 6H), 4.04-3.84 (m, 12H), 4.47-4.40 (m , 2H), 5.60 (s, 2H), 6.54 (s, 2H), 7.20 (s, 1H), 7.70 (s, 1H), 7.77 (s, 1H).
[実験例11]
(光照射による局在化誘導1)
HeLa細胞に、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を発現させた。対象タンパク質としては蛍光タンパク質であるmScarlet Iを使用し、タグタンパク質としてeDHFRを使用した。また、eDHFRのN末端にK6タグ(リジン残基が6個連結したペプチドタグ)を配置した。
[Experimental Example 11]
(Localization induction by light irradiation 1)
A fusion protein of a target protein and a tag protein was expressed in HeLa cells. The target protein was the fluorescent protein mScarlet I, and the tag protein was eDHFR. A K6 tag (a peptide tag consisting of six linked lysine residues) was placed at the N-terminus of eDHFR.
図18(a)は発現させた融合タンパク質の構造を示す模式図である。以下、この融合タンパク質を「K6-DS」という場合がある。K6-DSのアミノ酸配列を配列番号11に示す。 Figure 18(a) is a schematic diagram showing the structure of the expressed fusion protein. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "K6-DS." The amino acid sequence of K6-DS is shown in SEQ ID NO: 11.
続いて、K6-DSを発現させたHeLa細胞(以下、「K6-DS発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmDcNVOCTMPを添加した。続いて、mDcNVOCTMPの添加から5分後に細胞を洗浄した。また、比較のために、mDcNVOCTMPを添加しなかったK6-DS発現細胞も用意した。続いて、波長405nmの光を2.6秒間照射し、mScarlet Iの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 Next, mDcNVOC TMP was added to the medium of HeLa cells expressing K6-DS (hereinafter sometimes referred to as "K6-DS-expressing cells") to a final concentration of 10 μM. Five minutes after the addition of mDcNVOC TMP, the cells were washed. For comparison, K6 -DS-expressing cells to which mDcNVOC TMP had not been added were also prepared. The cells were then irradiated with light at a wavelength of 405 nm for 2.6 seconds , and the fluorescence of mScarlet I was observed using a confocal laser microscope.
図18(b)~(d)は、mDcNVOCTMPを添加したK6-DS発現細胞の共焦点レーザー顕微鏡写真である。図18(b)は、光照射前のK6-DS発現細胞の写真である。また、図18(c)は、実験開始から10秒後のK6-DS発現細胞の写真である。また、図18(d)は、実験開始から60秒後のK6-DS発現細胞の写真である。また、図18(e)は、実験結果を数値化したグラフである。図18(e)中、横軸は時間(秒)を示し、縦軸は細胞質の蛍光強度比を示し、「+mDcNVOCTMP」はmDcNVOCTMPを添加したK6-DS発現細胞の結果であることを示し、「-mDcNVOCTMP」はmDcNVOCTMPを添加しなかったK6-DS発現細胞の結果であることを示す。 Figures 18(b) to (d) are confocal laser microscope photographs of K6-DS-expressing cells with the addition of mDcNVOC TMP. Figure 18(b) is a photograph of K6-DS-expressing cells before light irradiation. Figure 18(c) is a photograph of K6-DS-expressing cells 10 seconds after the start of the experiment. Figure 18(d) is a photograph of K6-DS-expressing cells 60 seconds after the start of the experiment. Figure 18(e) is a graph quantifying the experimental results. In Figure 18(e), the horizontal axis represents time (seconds) and the vertical axis represents the cytoplasmic fluorescence intensity ratio. "+ mDcNVOC TMP" indicates the results for K6 -DS-expressing cells with the addition of mDcNVOC TMP, and " -mDcNVOC TMP" indicates the results for K6-DS-expressing cells without the addition of mDcNVOC TMP.
その結果、mDcNVOCTMPを添加したK6-DS発現細胞では、光照射の直後にmScarlet Iが細胞膜に局在したことが明らかとなった。 As a result, it was revealed that in K6-DS expressing cells to which mDcNVOC TMP had been added, mScarlet I was localized in the cell membrane immediately after light irradiation.
以上の結果から、光分解性保護基を有する化合物を使用することにより、タグタンパク質の局在化誘導を光照射で制御することが可能であることが明らかとなった。 These results demonstrate that by using a compound with a photolabile protecting group, it is possible to control the localization of tagged proteins by light irradiation.
[実験例12]
(光照射による局在化誘導2)
図19は、mDcNVOCTMPの吸収スペクトルを測定した結果を示すグラフである。図19に示すように、mDcNVOCTMPは、波長405nmの光を吸収するが、波長445nmの光をほとんど吸収しないことが明らかとなった。
[Experimental Example 12]
(Localization induction by light irradiation 2)
19 is a graph showing the results of measuring the absorption spectrum of mDcNVOC TMP. As shown in Fig. 19, it was revealed that mDcNVOC TMP absorbs light with a wavelength of 405 nm, but hardly absorbs light with a wavelength of 445 nm.
続いて、K6-DS発現細胞に、mDcNVOCTMP、波長405nmの光照射、波長445nmの光照射、フリーのトリメトプリム(以下、「TMP」という場合がある。)を様々な組み合わせで作用させ、mScarlet Iの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。続いて、共焦点レーザー顕微鏡写真に基づいて、タグタンパク質の局在移行効率を測定した。mDcNVOCTMPは終濃度10μMで添加し、波長405nmの光は2.6秒間照射し、波長445nmの光は2.6秒間照射し、TMPは終濃度100μMで添加した。 Next, K6-DS-expressing cells were exposed to various combinations of mDcNVOC TMP, 405 nm light irradiation, 445 nm light irradiation, and free trimethoprim (hereinafter sometimes referred to as "TMP"), and the fluorescence of mScarlet I was observed using a confocal laser microscope. Subsequently, the localization efficiency of the tagged protein was measured based on the confocal laser microscope images. mDcNVOC TMP was added to a final concentration of 10 μM, and cells were irradiated with 405 nm light for 2.6 seconds and with 445 nm light for 2.6 seconds. TMP was added to a final concentration of 100 μM.
図20は、タグタンパク質の局在移行効率を測定した結果を示すグラフである。図20中、「-」は、mDcNVOCTMP、TMPを添加しなかったこと、又は、波長405nmの光照射、波長445nmの光照射を行わなかったことを示し、「+」は、mDcNVOCTMP、TMPを添加したこと、又は、波長405nmの光照射、波長445nmの光照射を行ったことを示す。 20 is a graph showing the results of measuring the localization efficiency of tagged proteins. In FIG. 20, "-" indicates that mDcNVOC TMP or TMP was not added, or that irradiation with light at a wavelength of 405 nm or 445 nm was not performed, and "+" indicates that mDcNVOC TMP or TMP was added, or that irradiation with light at a wavelength of 405 nm or 445 nm was performed.
また、グラフの縦軸は下記式(F1)により算出した局在移行効率を示す。
局在移行効率=1-(実験開始5分後における細胞質の蛍光強度/実験開始時(0分)における細胞質の蛍光強度) …(F1)
The vertical axis of the graph represents the localization efficiency calculated by the following formula (F1).
Localization efficiency = 1 - (fluorescence intensity in the cytoplasm 5 minutes after the start of the experiment / fluorescence intensity in the cytoplasm at the start of the experiment (0 minutes)) ... (F1)
その結果、mDcNVOCTMPを添加し、波長405nmの光照射を行った場合にmScarlet Iが細胞膜に局在したことが明らかとなった。また、TMPの存在下ではmScarlet Iの細胞膜への局在が抑制されたことが明らかとなった。 The results showed that mScarlet I was localized on the cell membrane when mDcNVOC TMP was added and irradiated with light at a wavelength of 405 nm, and that the localization of mScarlet I on the cell membrane was suppressed in the presence of TMP.
[実験例13]
(光照射による局在化誘導3)
1細胞レベルでの光照射による局在化誘導を検討した。まず、K6-DS発現細胞の培地にmDcNVOCTMPを終濃度10μMで添加し、共焦点レーザー顕微鏡で観察した。図21(a)は、実験開始時の共焦点レーザー顕微鏡写真である。続いて、共焦点レーザー顕微鏡の機能を使って、図21(a)中、「Cell1」と示す細胞のみに対し、波長405nmの光を2.6秒間照射した。図21(a)は、実験開始から60秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。その結果、「Cell1」と示す細胞において、mScarlet Iが細胞膜に局在したことが明らかとなった。
[Experimental Example 13]
(Localization induction by light irradiation 3)
We investigated the induction of localization by light irradiation at the single-cell level. First, mDcNVOC TMP was added to the culture medium of K6- DS -expressing cells at a final concentration of 10 μM, and the cells were observed using a confocal laser microscope. Figure 21(a) shows a confocal laser microscope image at the start of the experiment. Next, using the confocal laser microscope function, only the cell labeled "Cell 1 " in Figure 21(a) was irradiated with light at a wavelength of 405 nm for 2.6 seconds. Figure 21(a) shows a confocal laser microscope image 60 seconds after the start of the experiment. As a result, it was revealed that mScarlet I was localized to the cell membrane in the cell labeled "Cell 1. "
図21(c)は、実験開始から600秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。続いて、共焦点レーザー顕微鏡の機能を使って、図21(c)中、「Cell2」と示す細胞のみに対し、波長405nmの光を2.6秒間照射した。図21(d)は、実験開始から660秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。その結果、「Cell2」と示す細胞において、mScarlet Iが細胞膜に局在したことが明らかとなった。 Figure 21(c) is a confocal laser microscope image taken 600 seconds after the start of the experiment. Next, using the confocal laser microscope function, only the cell marked "Cell 2 " in Figure 21(c) was irradiated with light of 405 nm wavelength for 2.6 seconds. Figure 21(d) is a confocal laser microscope image taken 660 seconds after the start of the experiment. As a result, it was revealed that mScarlet I was localized to the cell membrane in the cell marked "Cell 2. "
図21(e)は、実験開始から1200秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。続いて、共焦点レーザー顕微鏡の機能を使って、図21(e)中、「Cell3」と示す細胞のみに対し、波長405nmの光を2.6秒間照射した。図21(f)は、実験開始から1260秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。その結果、「Cell3」と示す細胞において、mScarlet Iが細胞膜に局在したことが明らかとなった。また、図21(f)には「Cell4」と示す細胞の位置も示す。 Figure 21(e) is a confocal laser microscope image taken 1200 seconds after the start of the experiment. Next, using the confocal laser microscope function, only the cell labeled "Cell 3 " in Figure 21(e) was irradiated with 405 nm light for 2.6 seconds. Figure 21(f) is a confocal laser microscope image taken 1260 seconds after the start of the experiment. As a result, it was revealed that mScarlet I was localized to the cell membrane in the cell labeled "Cell 3. " Figure 21(f) also shows the position of the cell labeled "Cell 4. "
図21(g)は、実験開始から1800秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。続いて、細胞の培地にフリーのTMPを終濃度100μMで添加した。図21(h)は、実験開始から2400秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。その結果、「Cell1」、「Cell2」、「Cell3」と示す細胞において、mScarlet Iの細胞膜への局在が解消したことが明らかとなった。 Figure 21(g) shows a confocal laser scanning microscope image taken 1800 seconds after the start of the experiment. Subsequently, free TMP was added to the cell culture medium at a final concentration of 100 μM. Figure 21(h) shows a confocal laser scanning microscope image taken 2400 seconds after the start of the experiment. As a result, it was revealed that the localization of mScarlet I to the cell membrane was eliminated in the cells indicated as "Cell 1 ,""Cell 2 ," and "Cell 3. "
図21(i)は、図21(a)~(h)において、「Cell1」、「Cell2」、「Cell3」、「Cell4」と示す細胞における、細胞質の蛍光強度比の変化を数値化したグラフである。横軸は実験開始からの時間(秒)を示す。 Figure 21(i) is a graph showing the numerical values of the changes in the cytoplasmic fluorescence intensity ratio for the cells indicated as "Cell 1 ,""Cell 2 ,""Cell 3 ," and "Cell 4 " in Figures 21(a) to 21(h). The horizontal axis indicates the time (seconds) from the start of the experiment.
[実験例14]
(光照射による局在化誘導4)
光照射による細胞運動シグナルの制御を検討した。まず、対象タンパク質とタグタンパク質との融合タンパク質を用意した。対象タンパク質としてはmScarlet I及びTiam1を使用した。タグタンパク質としてeDHFRを使用した。融合タンパク質のN末端側から順に、eDHFR、mScarlet I、Tiam1を配置した。また、eDHFRのN末端側に更にK6タグを配置した。以下、この融合タンパク質を「K6-DS-Tiam1」という場合がある。K6-DS-Tiam1のアミノ酸配列を配列番号12に示す。
[Experimental Example 14]
(Localization induction by light irradiation 4)
We investigated the control of cell motility signals by light irradiation. First, a fusion protein of a target protein and a tag protein was prepared. mScarlet I and Tiam1 were used as the target proteins. eDHFR was used as the tag protein. eDHFR, mScarlet I, and Tiam1 were arranged in this order from the N-terminus of the fusion protein. In addition, a K6 tag was further arranged on the N-terminus of eDHFR. Hereinafter, this fusion protein may be referred to as "K6-DS-Tiam1." The amino acid sequence of K6-DS-Tiam1 is shown in SEQ ID NO: 12.
また、LifeactとmNeonGreenの融合タンパク質(以下、「Lifeact-mNeonGreen」という場合がある。)を用意した。Lifeact-mNeonGreenのアミノ酸配列を配列番号13に示す。LifeactはFアクチンに特異的に結合するペプチドである。 We also prepared a fusion protein of Lifeact and mNeonGreen (hereinafter sometimes referred to as "Lifeact-mNeonGreen"). The amino acid sequence of Lifeact-mNeonGreen is shown in SEQ ID NO: 13. Lifeact is a peptide that specifically binds to F-actin.
続いて、K6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreenをマウス胎児由来の線維芽細胞であるNIH3T3細胞に発現させた。続いて、K6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreenを発現させたNIH3T3細胞(以下、「K6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreen発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmDcNVOCTMPを添加した。続いて、mDcNVOCTMPの添加から5分後に細胞を洗浄した。 Next, K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen were expressed in NIH3T3 cells, which are mouse embryonic fibroblasts. Subsequently, mDcNVOC TMP was added to the medium of the NIH3T3 cells expressing K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen (hereinafter, sometimes referred to as "K6-DS-Tiam1 and Lifeact- mNeonGreen -expressing cells") to a final concentration of 10 μM. Subsequently, 5 minutes after the addition of mDcNVOC TMP , the cells were washed.
続いて、mScarlet Iの蛍光及びmNeonGreenの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。図22(a)及び(c)は、実験開始時の共焦点レーザー顕微鏡写真である。続いて、共焦点レーザー顕微鏡の機能を使って、図22(a)中、四角で囲んだ領域、すなわち細胞全体に波長405nmの光を2.6秒間照射した。 Then, the fluorescence of mScarlet I and mNeonGreen was observed using a confocal laser microscope. Figures 22(a) and (c) are confocal laser microscope images taken at the start of the experiment. Next, using the confocal laser microscope's functions, the area enclosed by the square in Figure 22(a), i.e., the entire cell, was irradiated with light with a wavelength of 405 nm for 2.6 seconds.
図22(b)及び(d)は、実験開始から300秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。また、図22(e)は、実験開始時と実験開始から300秒後のK6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreen発現細胞を比較し、面積が増加又は減少した領域を表示した画像である。図22(e)中、「増加」は実験開始時と比較して面積が増加した領域であることを示し、「減少」は実験開始時と比較して面積が減少した領域であることを示す。 Figures 22(b) and (d) are confocal laser microscope photographs taken 300 seconds after the start of the experiment. Figure 22(e) is an image showing areas of increased or decreased area, comparing K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen expressing cells at the start of the experiment with those at 300 seconds after the start of the experiment. In Figure 22(e), "increased" indicates areas that have increased in area compared to the start of the experiment, and "decreased" indicates areas that have decreased in area compared to the start of the experiment.
その結果、波長405nmの光照射により、K6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreen発現細胞の面積が変化したことが明らかとなった。この結果から、光分解性保護基を有する化合物を使用することにより、光照射による細胞運動シグナルの制御が可能であることが明らかとなった。 The results showed that irradiation with 405 nm light changed the area of K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen-expressing cells. These results demonstrate that the use of compounds with photolabile protecting groups makes it possible to control cell motility signals through light irradiation.
[実験例15]
(光照射による局在化誘導5)
K6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreen発現細胞の培地に終濃度10μMとなるようにmDcNVOCTMPを添加した。
[Experimental Example 15]
(Localization induction by light irradiation 5)
mDcNVOC TMP was added to the culture medium of K6-DS-Tiam1 and Lifeact -mNeonGreen expressing cells to a final concentration of 10 μM.
続いて、mScarlet Iの蛍光及びmNeonGreenの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。図23(a)及び(c)は、実験開始時の共焦点レーザー顕微鏡写真である。続いて、共焦点レーザー顕微鏡の機能を使って、図23(a)中、丸で囲んだ領域、すなわち細胞の一部に局所的に波長405nmの光を2.6秒間照射した。 Then, the fluorescence of mScarlet I and mNeonGreen was observed using a confocal laser microscope. Figures 23(a) and (c) are confocal laser microscope images taken at the start of the experiment. Next, using the confocal laser microscope's functions, the circled area in Figure 23(a), i.e., a portion of the cell, was locally irradiated with light at a wavelength of 405 nm for 2.6 seconds.
図23(b)及び(d)は、実験開始から300秒後の共焦点レーザー顕微鏡写真である。また、図23(e)は、実験開始時と実験開始から300秒後のK6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreen発現細胞を比較し、面積が増加又は減少した領域を表示した画像である。図23(e)中、「増加」は実験開始時と比較して面積が増加した領域であることを示し、「減少」は実験開始時と比較して面積が減少した領域であることを示す。 Figures 23(b) and (d) are confocal laser microscope photographs taken 300 seconds after the start of the experiment. Figure 23(e) is an image showing areas of increased or decreased area, comparing K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen expressing cells at the start of the experiment with those at 300 seconds after the start of the experiment. In Figure 23(e), "increased" indicates areas that have increased in area compared to the start of the experiment, and "decreased" indicates areas that have decreased in area compared to the start of the experiment.
その結果、波長405nmの光照射により、K6-DS-Tiam1及びLifeact-mNeonGreen発現細胞の面積が変化したことが明らかとなった。この結果から、光分解性保護基を有する化合物を使用することにより、光照射による細胞運動シグナルの制御が可能であることが更に支持された。 The results showed that irradiation with 405 nm light changed the area of K6-DS-Tiam1 and Lifeact-mNeonGreen-expressing cells. These results further support the idea that light irradiation can be used to control cell motility signals by using compounds with photolabile protecting groups.
[実験例16]
(光照射による局在化誘導6)
K6-DS-Tiam1を発現させたNIH3T3細胞(以下、「K6-DS-Tiam1発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmDcNVOCTMPを添加した。また、比較のためにK6-DSを発現させたNIH3T3細胞(以下、「K6-DS発現細胞」という場合がある。)の培地にも終濃度10μMとなるようにmDcNVOCTMPを添加した。
[Experimental Example 16]
(Localization induction by light irradiation 6)
mDcNVOC TMP was added to the medium of NIH3T3 cells expressing K6-DS-Tiam1 (hereinafter sometimes referred to as "K6-DS-Tiam1-expressing cells") to a final concentration of 10 μM. For comparison, mDcNVOC TMP was also added to the medium of NIH3T3 cells expressing K6- DS (hereinafter sometimes referred to as " K6 -DS-expressing cells") to a final concentration of 10 μM.
続いて、mScarlet Iの蛍光をそれぞれ共焦点レーザー顕微鏡で観察した。続いて、共焦点レーザー顕微鏡の機能を使って、細胞全体、又は、細胞の一部に局所的に波長405nmの光を2.6秒間照射した。続いて、細胞の形態の変化を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。 Then, the mScarlet I fluorescence was observed using a confocal laser microscope. Next, using the confocal laser microscope's functions, the entire cell or a portion of the cell was locally irradiated with 405 nm light for 2.6 seconds. The changes in cell morphology were then observed using the confocal laser microscope.
図24(a)~(d)は、実験開始時と実験開始から300秒後のK6-DS-Tiam1発現細胞又はK6-DS発現細胞を比較し、面積が増加又は減少した領域を表示した画像である。図24(a)~(d)中、「増加」は実験開始時と比較して面積が増加した領域であることを示し、「減少」は実験開始時と比較して面積が減少した領域であることを示す。 Figures 24(a) to (d) are images showing areas that have increased or decreased in area, comparing K6-DS-Tiam1-expressing cells or K6-DS-expressing cells at the start of the experiment with those at 300 seconds after the start of the experiment. In Figures 24(a) to (d), "increased" indicates areas that have increased in area compared to the start of the experiment, and "decreased" indicates areas that have decreased in area compared to the start of the experiment.
図24(a)は細胞全体に波長405nmの光照射を行った代表的な結果であり、図24(b)~(d)は、細胞の一部に局所的に波長405nmの光照射を行った代表的な結果である。図24(a)~(d)中、「+mDcNVOCTMP」はmDcNVOCTMPを添加したことを示し、「-mDcNVOCTMP」はmDcNVOCTMPを添加しなかったことを示し、「+K6-DS-Tiam1」はK6-DS-Tiam1発現細胞の結果であることを示し、「+K6-DS」はK6-DS発現細胞の結果であることを示す。図24(c)及び(d)は陰性対照の結果である。また、図24(b)~(d)中、丸で囲んだ領域は波長405nmの光を照射した領域を示す。 Figure 24(a) shows typical results obtained by irradiating the entire cell with 405 nm light, while Figures 24(b) to (d) show typical results obtained by irradiating a portion of the cell with 405 nm light. In Figures 24(a) to (d), "+m D c NVOC TMP" indicates the addition of m D c NVOC TMP, "-m D c NVOC TMP" indicates the absence of m D c NVOC TMP, "+K6-DS-Tiam1" indicates the results for K6-DS-Tiam1-expressing cells, and "+K6-DS" indicates the results for K6-DS-expressing cells. Figures 24(c) and (d) show the results for the negative control. Furthermore, the circled areas in Figures 24(b) to (d) indicate the areas irradiated with 405 nm light.
また、図25(a)は、細胞の突出領域(面積が増加した領域)の面積増加量を示すグラフであり、図25(b)は細胞の縮退領域(面積が減少した領域)の面積減少量を示すグラフである。また、図25(a)及び(b)中、「全体」は細胞全体に波長405nmの光照射を行った結果であることを示し、「局所」は細胞の一部に局所的に波長405nmの光照射を行った結果であることを示し、「+」はmDcNVOCTMPを添加したこと、K6-DS-Tiam1発現細胞の結果であること又はK6-DS発現細胞の結果であることを示し、「-」はmDcNVOCTMPを添加しなかったこと、K6-DS-Tiam1発現細胞を用いなかったこと又はK6-DS発現細胞を用いなかったことを示す。 25(a) is a graph showing the increase in the area of the protruding region of the cell (region with increased area), and FIG. 25(b) is a graph showing the decrease in the area of the retracted region of the cell (region with decreased area). In FIGS. 25(a) and 25(b), "whole" indicates the result of irradiating the whole cell with light at a wavelength of 405 nm, "local" indicates the result of irradiating a part of the cell locally with light at a wavelength of 405 nm, "+" indicates the result of adding mDcNVOCTMP , the result of K6-DS-Tiam1-expressing cells, or the result of K6-DS-expressing cells, and "-" indicates the result of not adding mDcNVOCTMP , the result of not using K6-DS-Tiam1-expressing cells, or the result of not using K6-DS-expressing cells.
その結果、波長405nmの光照射により、K6-DS-Tiam1発現細胞の面積が変化したことが明らかとなった。この結果から、光分解性保護基を有する化合物を使用することにより、光照射による細胞運動シグナルの制御が可能であることが更に支持された。 The results showed that irradiation with 405 nm light changed the area of K6-DS-Tiam1-expressing cells. These results further support the idea that the use of compounds with photolabile protecting groups makes it possible to control cell motility signals through light irradiation.
[実験例17]
(mDcDEACMTMPの合成)
光分解性保護基を脱保護させる波長が、mDcNVOCTMPとは異なるケージド局在化剤を合成した。具体的には、下記スキーム(12)にしたがってmDcTMPのトリメトプリム基に光分解性保護基が更に結合した化合物である、mDcDEACMTMPを合成した。光分解性保護基として、上記式(15)で表されるDEACM基を使用した。DEACM基は、例えば波長445nmの光を照射することにより脱保護することができる。
[Experimental Example 17]
( Synthesis of mDcDEACM TMP)
A caged localization agent was synthesized that has a different wavelength for deprotecting the photolabile protecting group from that of mDcNVOCTMP . Specifically, mDcDEACMTMP , a compound in which a photolabile protecting group is further bonded to the trimethoprim group of mDcTMP , was synthesized according to the following scheme (12). The DEACM group represented by the above formula (15) was used as the photolabile protecting group. The DEACM group can be deprotected by irradiation with light at a wavelength of 445 nm, for example.
1H NMR(400MHz、d-DMSO):δ0.85(t、3H)、1.12(t、6H)、1.18-1.41(m、22H)、1.45-1.75(m、10H)、2.03-2.22(m、5H)、2.58-2.80(m、2H)、2.99(q、2H)、3.50-3.62(m、15H)、3.69(s、6H)、3.75(t、2H)、3.80(s、2H)、3.85-3.95(m、6H)、4.22-4.36(m、2H)、5.37(s、2H)、6.15(s、1H)、6.51(s、2H)、6.56(d、1H)、6.69(dd、1H)、7.09(s、1H)、7.46(d、 1H)、7.49(s、1H)、7.55(d、1H)、7.69(q、2H)、7.74(t、1H)、7.99(t、2H)、8.03(t、1H)、10.15(brs、 1H). 1 H NMR (400MHz, d-DMSO): δ0.85 (t, 3H), 1.12 (t, 6H), 1.18-1.41 (m, 22H), 1.45-1.75 (m, 10H), 2.03-2.22 (m, 5H), 2.58-2.80 (m, 2H), 2.99 (q, 2H), 3.50-3.62 (m, 15H), 3 .. 69 (s, 6H), 3.75 (t, 2H), 3.80 (s, 2H), 3.85-3.95 (m, 6H), 4.22-4.36 (m, 2H), 5.37 ( s, 2H), 6.15 (s, 1H), 6.51 (s, 2H), 6.56 (d, 1H), 6.69 (dd, 1H), 7.09 (s, 1H), 7.46 (d, 1H), 7.49 (s, 1H), 7.55 (d, 1H), 7.69 (q, 2H), 7.74 (t, 1H), 7.99 (t, 2H), 8.03 (t, 1H), 10.15 (brs, 1H).
図26は、mDcNVOCTMP及びmDcDEACMTMPの吸収スペクトルを測定した結果を示すグラフである。図26に示すように、mDcNVOCTMPは波長445nmの光を吸収しないが、mDcDEACMTMPは波長445nmの光を吸収することができることが明らかとなった。 26 is a graph showing the results of measuring the absorption spectra of mDcNVOC TMP and mDcDEACM TMP . As shown in Fig. 26, it was revealed that mDcNVOC TMP does not absorb light with a wavelength of 445 nm, but mDcDEACM TMP can absorb light with a wavelength of 445 nm.
[実験例18]
(光照射による局在化誘導7)
K6-DSを発現させたHeLa細胞(以下、「K6-DS発現細胞」という場合がある。)の培地に終濃度10μMとなるようにmDcDEACMTMPを添加した。続いて、mDcDEACMTMPの添加から5分後に細胞を洗浄した。続いて、波長445nmの光を2.6秒間照射し、mScarlet Iの蛍光を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。
[Experimental Example 18]
(Light-induced localization 7)
mDcDEACM TMP was added to the culture medium of HeLa cells expressing K6-DS (hereinafter sometimes referred to as " K6-DS-expressing cells") to a final concentration of 10 μM. Five minutes after the addition of mDcDEACM TMP , the cells were washed. The cells were then irradiated with light at a wavelength of 445 nm for 2.6 seconds, and the fluorescence of mScarlet I was observed using a confocal laser microscope.
図27(a)及び(b)は、mDcDEACMTMPを添加したK6-DS発現細胞の共焦点レーザー顕微鏡写真である。図27(a)は、光照射前のK6-DS発現細胞の写真である。また、図27(b)は、光照射後のK6-DS発現細胞の写真である。 27(a) and (b) are confocal laser microscope photographs of K6-DS expressing cells to which mDcDEACM TMP was added. Fig. 27(a) is a photograph of K6-DS expressing cells before light irradiation. Fig. 27(b) is a photograph of K6-DS expressing cells after light irradiation.
その結果、mDcDEACMTMPを添加したK6-DS発現細胞では、波長445nmの光を照射することにより、タグタンパク質の局在化を誘導することができることが明らかとなった。 As a result, it was revealed that in K6-DS expressing cells to which mDcDEACM TMP had been added, localization of the tagged protein could be induced by irradiation with light having a wavelength of 445 nm.
また、図27(c)は、mDcNVOCTMPを添加したK6-DS発現細胞に波長405nm又は445nmの光を照射した後、タグタンパク質の局在移行効率を測定した結果を示すグラフである。 FIG. 27(c ) is a graph showing the results of measuring the localization efficiency of tagged proteins after irradiating K6-DS expressing cells containing mDcNVOC TMP with light at a wavelength of 405 nm or 445 nm.
また、図27(d)は、mDcDEACMTMPを添加したK6-DS発現細胞に波長405nm又は445nmの光を照射した後、タグタンパク質の局在移行効率を測定した結果を示すグラフである。 FIG. 27(d) is a graph showing the results of measuring the localization efficiency of tagged proteins after irradiating K6-DS expressing cells containing mDcDEACM TMP with light at a wavelength of 405 nm or 445 nm.
図27(c)、(d)中、グラフの横軸はレーザー出力の強度(%)を示し、グラフの縦軸は下記式(F1)により算出した局在移行効率を示す。
局在移行効率=1-(実験開始5分後における細胞質の蛍光強度/実験開始時(0分)における細胞質の蛍光強度) …(F1)
In Figures 27(c) and (d), the horizontal axis of the graph represents the intensity (%) of the laser output, and the vertical axis of the graph represents the localization transfer efficiency calculated by the following formula (F1).
Localization efficiency = 1 - (fluorescence intensity in the cytoplasm 5 minutes after the start of the experiment / fluorescence intensity in the cytoplasm at the start of the experiment (0 minutes)) ... (F1)
その結果、mDcNVOCTMPを添加したK6-DS発現細胞では、405nmの光照射によりタグタンパク質が細胞膜に局在するが、445nmの光照射では、タグタンパク質の局在がほとんど変化しないことが明らかとなった。一方、mDcDEACMTMPを添加したK6-DS発現細胞では、405nmの光照射でも、445nmの光照射でも、タグタンパク質が細胞膜に局在することが明らかとなった。 As a result, it was revealed that in K6-DS expressing cells supplemented with mDcNVOC TMP, the tagged protein localized to the cell membrane upon irradiation with 405 nm light, but that the localization of the tagged protein remained almost unchanged upon irradiation with 445 nm light.On the other hand, it was revealed that in K6-DS expressing cells supplemented with mDcDEACM TMP, the tagged protein localized to the cell membrane upon irradiation with both 405 nm and 445 nm light.
以上の結果から、吸収波長の異なる光分解性保護基を有する化合物を使用し、照射する光の波長を制御することにより、タグタンパク質の局在化誘導を制御することが可能であることが明らかとなった。 These results demonstrate that it is possible to control the induction of localization of tagged proteins by using compounds with photolabile protecting groups that have different absorption wavelengths and controlling the wavelength of the irradiated light.
本発明によれば、ゴルジ体に特異的に局在する化合物を提供することができる。 The present invention provides compounds that specifically localize in the Golgi apparatus.
Claims (25)
前記細胞の内部に、請求項6に記載の局在化剤であって、前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基である局在化剤を導入し、その結果、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タグタンパク質とが結合し、前記タグタンパク質が前記対象タンパク質と共にゴルジ体に局在する工程(a)を含み、
前記細胞は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞である、方法。 1. A method for controlling the localization of a protein of interest in a cell in vitro, comprising :
a step (a) of introducing into the cell the localization agent according to claim 6, wherein R1 is a group that functions as a ligand for the tagged protein, so that the group that functions as a ligand of the localization agent binds to the tagged protein, and the tagged protein is localized to the Golgi apparatus together with the target protein;
The method, wherein the cell is a cell that expresses a fusion protein of the target protein and the tag protein.
前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、ゴルジ体に局在した前記タグタンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記対象タンパク質がゴルジ体から移動する、請求項7に記載の方法。 The method further comprises, after the step (a), a step (b) of introducing a ligand for the tagged protein into the cell,
The method of claim 7, wherein in step (b), the group functioning as a ligand competes with the ligand, and the ligand displaces the group functioning as a ligand in at least a portion of the tagged protein localized in the Golgi apparatus, resulting in the target protein being translocated from the Golgi apparatus.
前記細胞の内部に、請求項6に記載の局在化剤であって、前記R1が前記タグタンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合した基である局在化剤を導入する工程(a1)と、
前記工程(a1)の後に前記細胞に光を照射し、その結果、前記局在化剤から前記光分解性保護基が脱離し、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タグタンパク質とが結合し、前記タグタンパク質が前記対象タンパク質と共にゴルジ体に局在する工程(a2)と、を含み、
前記細胞は、前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質を発現した細胞である、方法。 1. A method for controlling the localization of a protein of interest in a cell in vitro, comprising :
a step (a1) of introducing into the cell the localization agent according to claim 6, wherein R1 is a group in which a photolabile protecting group is further bound to a group that functions as a ligand for the tagged protein;
and step (a2) of irradiating the cell with light after step (a1), thereby causing the photolabile protecting group to be cleaved from the localization agent, causing the group of the localization agent that functions as a ligand to bind to the tagged protein, and causing the tagged protein to localize in the Golgi apparatus together with the target protein,
The method, wherein the cell is a cell that expresses a fusion protein of the target protein and the tag protein.
前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、ゴルジ体に局在した前記タグタンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記対象タンパク質がゴルジ体から移動する、請求項9に記載の方法。 The method further comprises, after the step (a2), a step (b) of introducing a ligand for the tagged protein into the cell,
10. The method of claim 9, wherein in step (b), the group functioning as a ligand competes with the ligand, and the ligand displaces the group functioning as a ligand in at least a portion of the tagged protein localized in the Golgi apparatus, resulting in the target protein being translocated from the Golgi apparatus.
前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質の発現ベクター、又は、
前記対象タンパク質と前記タグタンパク質との融合タンパク質作製用ベクターを更に含む、請求項12に記載のキット。 a cell expressing a fusion protein of the target protein and the tag protein;
an expression vector for a fusion protein of the target protein and the tag protein, or
The kit according to claim 12 , further comprising a vector for producing a fusion protein between the target protein and the tag protein.
前記細胞の内部に、請求項18に記載の局在化剤であって、前記R1が前記タンパク質のリガンドとして機能する基である局在化剤を導入し、その結果、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タンパク質とが結合し、前記タンパク質がゴルジ体に局在する工程(a)を含む、方法。 1. A method for controlling protein localization in a cell in vitro, comprising:
A method comprising the step (a) of introducing into the cell the localization agent described in claim 18, wherein R1 is a group that functions as a ligand for the protein, so that the group that functions as a ligand of the localization agent binds to the protein and the protein is localized to the Golgi apparatus.
前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、ゴルジ体に局在した前記タンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記タンパク質がゴルジ体から移動する、請求項19に記載の方法。 The method further comprises, after the step (a), a step (b) of introducing a ligand for the protein into the cell,
20. The method of claim 19, wherein in step (b), the group that functions as a ligand competes with the ligand, and the ligand displaces the group that functions as a ligand in at least a portion of the protein localized in the Golgi apparatus, resulting in the protein being translocated from the Golgi apparatus.
前記細胞の内部に、請求項18に記載の局在化剤であって、前記R1が前記タンパク質のリガンドとして機能する基に光分解性保護基が更に結合した基である局在化剤を導入する工程(a1)と、
前記工程(a1)の後に前記細胞に光を照射し、その結果、前記局在化剤から前記光分解性保護基が脱離し、前記局在化剤の前記リガンドとして機能する基と前記タンパク質とが結合し、前記タンパク質がゴルジ体に局在する工程(a2)と、を含む、方法。 1. A method for controlling protein localization in a cell in vitro, comprising:
(a1) introducing into the cell the localization agent according to claim 18, wherein R1 is a group in which a photolabile protecting group is further bonded to a group that functions as a ligand for the protein;
and step (a2) of irradiating the cell with light after step (a1), thereby causing the photolabile protecting group to be cleaved from the localization agent, causing the group of the localization agent that functions as a ligand to bind to the protein, and localizing the protein to the Golgi apparatus.
前記工程(b)において、前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが競合し、ゴルジ体に局在した前記タンパク質の少なくとも一部において前記リガンドとして機能する基と前記リガンドが置換し、その結果、前記タンパク質がゴルジ体から移動する、請求項21に記載の方法。 The method further comprises, after the step (a2), a step (b) of introducing a ligand for the protein into the cell,
22. The method of claim 21, wherein in step (b), the group that functions as a ligand competes with the ligand, displacing the group that functions as a ligand in at least a portion of the protein localized in the Golgi apparatus, resulting in the protein being translocated from the Golgi apparatus.
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