JP2016002071A - Method for analyzing biological sample - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体試料の解析方法に関する。 The present invention relates to a biological sample analysis method.
細胞内のシグナル伝達や遺伝子発現といった生体内の活動の解析に、ルシフェラーゼの存在下で生じるルシフェリンの化学発光が利用されている。この化学発光を利用した解析は、励起光による細胞のダメージが生じない、自家発光の問題が生じない、および定量性に優れているといった利点を有する。 Chemiluminescence of luciferin generated in the presence of luciferase is used to analyze in vivo activities such as intracellular signal transduction and gene expression. This analysis using chemiluminescence has advantages such as no cell damage caused by excitation light, no self-luminescence problem, and excellent quantitativeness.
一般に、上記の化学発光を利用した解析では、最初に、ルシフェラーゼ遺伝子を導入した細胞またはルシフェラーゼと解析の対象とするタンパク質との融合タンパク質を導入した細胞を準備し、この細胞を溶解して細胞溶解液を作製し、その後、この細胞溶解液にルシフェリンおよびアデノシン三リン酸(ATP)等を添加し、光電子増倍管を用いたルミノメーターで発光量を測定する。すなわち、発光の測定は、細胞を溶解した後に行われる。このため、ある時点での発光量は、測定に使用した全細胞の平均値として得られる。 In general, in the above-described analysis using chemiluminescence, first, a cell into which a luciferase gene has been introduced or a cell into which a fusion protein of a luciferase and a protein to be analyzed has been prepared is prepared, and this cell is lysed to lyse the cell Then, luciferin, adenosine triphosphate (ATP) and the like are added to the cell lysate, and the amount of luminescence is measured with a luminometer using a photomultiplier tube. That is, the measurement of luminescence is performed after cell lysis. For this reason, the amount of luminescence at a certain point in time is obtained as an average value of all cells used for the measurement.
オキシルシフェリンをルシフェリンへと変換する酵素が見つかっている(非特許文献1)。オキシルシフェリンとは、ルシフェリンが化学発光する反応、すなわちルシフェリンの酸化の進行に伴って生じる物質である。この酵素は、ルシフェリン再生酵素(LRE)と名付けられている。このLREを、ルシフェラーゼが触媒する化学発光反応を生じる溶液中に添加すると、発光量が増大することがわかっている(非特許文献1のFIG.8)。 An enzyme that converts oxyluciferin to luciferin has been found (Non-patent Document 1). Oxyluciferin is a substance that is generated as luciferin undergoes chemiluminescence, that is, as the oxidation of luciferin proceeds. This enzyme is named luciferin regenerating enzyme (LRE). It has been found that when this LRE is added to a solution that generates a chemiluminescent reaction catalyzed by luciferase, the amount of luminescence increases (FIG. 8 of Non-Patent Document 1).
LREの発光量を増大させるという利点を利用して、LREを利用した生体内物質の測定方法が検討されている。特許文献1には、LREを利用したATP量の測定方法が開示されている。この方法では、ルシフェラーゼが誘起するルシフェリンの発光を計測する手段として、ルミノメーター、シンチレーションカウンター、光度計およびフォトエマルジョンフィルムが示されている(段落0023)。また、特許文献2には、LREを利用した細胞内ATPおよび/または遺伝子発現の測定方法が開示されている。この方法では、ルシフェリンの発光を計測する手段として、ルミノメーターが使用されている(段落0094および0095)。したがって、いずれの場合も、発光量は、測定に使用した全細胞についてのある時点における平均値として得られる。 Utilizing the advantage of increasing the amount of luminescence of LRE, a method for measuring in vivo substances using LRE has been studied. Patent Document 1 discloses a method for measuring an ATP amount using LRE. In this method, a luminometer, a scintillation counter, a photometer and a photoemulsion film are shown as means for measuring luciferin-induced luminescence induced by luciferase (paragraph 0023). Patent Document 2 discloses a method for measuring intracellular ATP and / or gene expression using LRE. In this method, a luminometer is used as means for measuring luciferin luminescence (paragraphs 0094 and 0095). Therefore, in any case, the amount of luminescence is obtained as an average value at a certain point in time for all cells used in the measurement.
本発明が解決しようとする課題は、長時間にわたる生体試料の状態変化を、化学発光を利用して解析可能とする方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a method capable of analyzing a state change of a biological sample over a long period of time by using chemiluminescence.
実施形態に係る解析方法は、ルシフェラーゼとルシフェリンとルシフェリン再生酵素とを含んだ部分を備えた生体試料を経時的に撮像して、複数の発光画像を取得することと、前記複数の発光画像の各々の前記部分に対応した領域の明るさと、前記部分の状態又は前記生体試料の状態とを関連付けることとを含む。 The analysis method according to the embodiment includes imaging a biological sample including a portion including luciferase, luciferin, and luciferin regenerating enzyme over time to obtain a plurality of luminescence images, and each of the plurality of luminescence images. Associating the brightness of the region corresponding to the portion of the portion with the state of the portion or the state of the biological sample.
実施形態に係るルシフェリン再生酵素タンパク質は、配列番号1に記載のアミノ酸配列を有する。 The luciferin regenerating enzyme protein according to the embodiment has the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
実施形態に係る核酸は、配列番号2に記載の塩基配列を有するルシフェリン再生酵素遺伝子を含む。 The nucleic acid according to the embodiment includes a luciferin regenerating enzyme gene having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
本発明によれば、個々の生体試料の状態変化を、長時間にわたって解析することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to analyze a change in the state of an individual biological sample over a long period of time.
本発明の第1実施形態は、解析方法である。 The first embodiment of the present invention is an analysis method.
実施形態に係る解析方法は、ルシフェラーゼとルシフェリンとルシフェリン再生酵素とを含んだ部分を備えた生体試料を経時的に撮像して、複数の発光画像を取得することと、これら発光画像の各々の上記部分に対応した領域の明るさと、上記部分の状態又は生体試料の状態とを関連付けることとを含む。なお、「発光画像」は、ルシフェリンの化学発光によって生じる明るさの分布を含んだ画像である。 The analysis method according to the embodiment includes imaging a biological sample including a portion including luciferase, luciferin, and luciferin regenerating enzyme over time to obtain a plurality of luminescent images, and each of the luminescent images described above. Associating the brightness of the region corresponding to the part with the state of the part or the state of the biological sample. The “luminescence image” is an image including a distribution of brightness generated by chemiluminescence of luciferin.
この解析方法では、例えば、ルシフェラーゼおよびルシフェリン再生酵素を含む生体試料を作製する第1工程と、生体試料の発光画像を経時的に撮像する第2工程と、撮像によって得られた複数の発光画像に基づいて、生体試料の発光量の経時変化を調べる第3工程とを順次行う。 In this analysis method, for example, a first step of producing a biological sample containing luciferase and luciferin-regenerating enzyme, a second step of taking a luminescent image of the biological sample over time, and a plurality of luminescent images obtained by imaging Based on this, the third step of examining the change with time of the light emission amount of the biological sample is sequentially performed.
第1工程では、ルシフェラーゼおよびルシフェリン再生酵素を含む生体試料を作製する。生体試料とは、例えば、細胞、胚、組織または個体である。細胞とは、例えば、培養細胞、単細胞生物の細胞である。胚には、多細胞生物の発生初期の段階にある種々の細胞または細胞集団が含まれる。組織は、組織切片であってもよい。個体は、単細胞生物の個体および多細胞生物の個体を含む。生体試料が細胞である場合、ルシフェラーゼおよびルシフェリン再生酵素が当該細胞中に含まれる。生体試料が胚、組織または個体である場合、ルシフェラーゼおよびルシフェリン再生酵素は、これらの生体試料を構成する細胞中に含まれる。生体試料は、2種以上のルシフェラーゼを含んでよい。例えば、生体試料は、識別可能な発光反応を触媒する2種以上のルシフェラーゼを含んでよい。すなわち、このような2種以上のルシフェラーゼは、それぞれ異なる発光色の発光反応を触媒し、それぞれ活性状態を測定することが可能である。 In the first step, a biological sample containing luciferase and luciferin regenerating enzyme is prepared. The biological sample is, for example, a cell, an embryo, a tissue, or an individual. The cell is, for example, a cultured cell or a cell of a unicellular organism. Embryos include various cells or cell populations that are in the early stages of development of multicellular organisms. The tissue may be a tissue section. Individuals include individuals of unicellular organisms and individuals of multicellular organisms. When the biological sample is a cell, luciferase and luciferin regenerating enzyme are contained in the cell. When the biological sample is an embryo, tissue or individual, luciferase and luciferin regenerating enzyme are contained in the cells constituting these biological samples. The biological sample may contain two or more luciferases. For example, the biological sample may contain two or more luciferases that catalyze a distinguishable luminescent reaction. That is, two or more kinds of such luciferases can catalyze luminescent reactions with different luminescent colors, and can measure their active states.
ルシフェラーゼとは、一般に、発光が生じる化学反応を触媒する酵素を指す。当該酵素の基質となる物質はルシフェリンと呼ばれる。ATPの存在下、ルシフェラーゼの触媒作用により、ルシフェリンが化学変化を起こす際に発光する。ルシフェラーゼは、種々の生物に由来するものを使用することができる。例えば、甲虫目に属するホタル科由来のもの、イリオモテボタル科由来のもの、コメツキ科由来のものを使用することができる。 Luciferase generally refers to an enzyme that catalyzes a chemical reaction in which luminescence occurs. A substance that is a substrate for the enzyme is called luciferin. Luminescence occurs when luciferin undergoes a chemical change by the catalytic action of luciferase in the presence of ATP. Luciferase derived from various organisms can be used. For example, those derived from the firefly family belonging to the order of Coleoptera, those derived from the Iriomote family, and those derived from the rice family can be used.
ルシフェリン再生酵素(LRE)とは、反応物としてのオキシルシフェリンからルシフェリンが生成される反応を触媒する酵素である。LREは、種々の生物に由来するものを使用することができる。例えば、ゲンジボタル由来のLREまたはヘイケボタル由来のLREを使用することができる。さらに、本発明者等によって新規に発見された配列番号1に示されるアミノ酸配列を有するLREを使用してもよい。すなわち、使用可能なLREは、既知のものに限られない。 Luciferin regenerating enzyme (LRE) is an enzyme that catalyzes a reaction in which luciferin is generated from oxyluciferin as a reactant. LRE derived from various organisms can be used. For example, LRE derived from Genji fireflies or LRE derived from Heike fireflies can be used. Furthermore, LRE having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 newly discovered by the present inventors may be used. That is, usable LREs are not limited to known ones.
ルシフェラーゼおよびルシフェリン再生酵素は、任意の方法によって、生体試料中に導入することができる。例えば、一般的な遺伝子工学的手法を用いて、生体試料中に遺伝子を導入し、その遺伝子からルシフェラーゼおよびルシフェリン再生酵素を発現させることができる。あるいは、例えばマイクロインジェクション法によって、これらのタンパク質を生体試料中に直接導入してもよい。ルシフェラーゼおよびルシフェリン再生酵素は、ルシフェラーゼの触媒作用によって酸化したルシフェリン、すなわちオキシルシフェリンが、ルシフェリン再生酵素によって速やかにルシフェリンへと戻るように、互いの近くに位置させることが好ましい。 Luciferase and luciferin regenerating enzyme can be introduced into a biological sample by any method. For example, a gene can be introduced into a biological sample by using a general genetic engineering technique, and luciferase and luciferin regenerating enzyme can be expressed from the gene. Alternatively, these proteins may be directly introduced into a biological sample by, for example, a microinjection method. The luciferase and the luciferin regenerating enzyme are preferably positioned close to each other so that the luciferin oxidized by luciferase catalysis, ie, oxyluciferin, is quickly returned to luciferin by the luciferin regenerating enzyme.
第2工程では、生体試料の発光画像を経時的に撮像する。撮像に用いる装置としては、発光画像を取得できるものを使用する。特に、顕微鏡を使用することができる。撮像の際には、生体試料を、発光反応が生じ得る環境下に置く。例えば、使用する生体試料に適した培養培地中に適切な量のルシフェリンを添加する。撮像は、任意のタイミングで経時的に行うことができる。例えば、生体試料に対して特定の刺激を与えた後、一定の時間間隔で複数回の撮像を行うことができる。顕微鏡を用いて撮像する場合、視野に単一の細胞のみを入れてもよく、または複数の細胞を入れてもよい。生体試料中の細胞の全体的な状態を確認できるという点で、複数の細胞を含む画像を取得することが好ましい。 In the second step, a luminescent image of the biological sample is taken over time. As an apparatus used for imaging, an apparatus capable of acquiring a luminescent image is used. In particular, a microscope can be used. At the time of imaging, the biological sample is placed in an environment where a luminescence reaction can occur. For example, an appropriate amount of luciferin is added to a culture medium suitable for the biological sample to be used. Imaging can be performed over time at an arbitrary timing. For example, after giving a specific stimulus to a biological sample, imaging can be performed a plurality of times at regular time intervals. When imaging using a microscope, only a single cell or a plurality of cells may be placed in the field of view. It is preferable to acquire an image including a plurality of cells in that the overall state of the cells in the biological sample can be confirmed.
第3工程では、撮像によって得られた複数の発光画像に基づいて、生体試料の発光量の経時変化を調べる。具体的には、発光量の数値化を行う。例えば、各発光画像について、発光画像の特定の領域における明るさに対応したデータ(以下、輝度データという)を抽出する。発光量は、例えば、輝度データに対応した値であるか、または、特定の区間における輝度データの積算値に対応した値である。発光画像のうち生体試料に対応した領域について得られる発光量または輝度データは、生体試料中のルシフェラーゼの量を反映していると考えられる。なお、通常、この領域は、撮像素子の複数の画素に対応した広さを有している。したがって、通常、先の領域からは複数の輝度データを抽出し、それらの和を求める。このデータの抽出に用いる手段としては、例えば画像解析用のコンピュータプログラムを使用することができる。当該プログラムを用いて、例えば、いずれかの発光画像の特定の領域を指定し、その発光画像及び他の発光画像から、先の領域における輝度データを抽出する。輝度データを抽出する領域は、画像の中から任意に選択することができる。研究の目的に応じて、例えば、1つ以上の細胞に対応した領域を選択することができる。例えば、1枚目のまたは2枚目以降の発光画像において、特定の形態をとっているかまたは細胞周期において特定の状態にある細胞に対応した領域を選択することができる。単一の細胞に対応した領域を選択して、その領域の輝度データを抽出してもよく、あるいは、複数の細胞にそれぞれ対応した複数の領域を選択し、それら領域の輝度データを合算してもよい。 In the third step, a change with time in the light emission amount of the biological sample is examined based on a plurality of light emission images obtained by imaging. Specifically, the light emission amount is digitized. For example, for each luminescent image, data corresponding to the brightness in a specific region of the luminescent image (hereinafter referred to as luminance data) is extracted. The light emission amount is, for example, a value corresponding to luminance data or a value corresponding to an integrated value of luminance data in a specific section. It is considered that the luminescence amount or luminance data obtained for the region corresponding to the biological sample in the luminescent image reflects the amount of luciferase in the biological sample. Normally, this area has a size corresponding to a plurality of pixels of the image sensor. Therefore, usually, a plurality of luminance data are extracted from the previous area and their sum is obtained. As a means for extracting this data, for example, a computer program for image analysis can be used. Using this program, for example, a specific area of one of the luminescent images is specified, and luminance data in the previous area is extracted from the luminescent image and other luminescent images. The area from which the luminance data is extracted can be arbitrarily selected from the image. Depending on the purpose of the study, for example, a region corresponding to one or more cells can be selected. For example, it is possible to select a region corresponding to a cell that takes a specific form or is in a specific state in the cell cycle in the first or second luminescent image. You can select the area corresponding to a single cell and extract the luminance data of that area, or you can select multiple areas corresponding to multiple cells and add the luminance data of those areas together. Also good.
生体試料は、生体試料中におけるルシフェラーゼの発光量を調節するための因子をさらに含んでいてもよい。 The biological sample may further contain a factor for adjusting the amount of luciferase luminescence in the biological sample.
このような因子は、ルシフェラーゼの量を調節する因子であってよい。例えば、この因子によって、撮像の間、常にルシフェラーゼの量が一定となるように調節されていてもよく、あるいは、任意のパターンにそって増減するように調節されていてもよい。例えば、生体試料中にルシフェラーゼ遺伝子を導入して、この遺伝子からルシフェラーゼを発現させる場合、この遺伝子の上流に任意のプロモーターを配置することができる。このようなプロモーターとして、例えば、常に発現を促すプロモーター、外部刺激に応じて発現を促すプロモーター、または細胞内の状態に応じて発現を促すプロモーターを使用することができる。例えば、時計遺伝子のプロモーターを使用することができ、例えばmPer2のプロモーターを使用することができる。このようなプロモーターは、研究の目的に応じて選択することができる。 Such a factor may be a factor that regulates the amount of luciferase. For example, this factor may be adjusted so that the amount of luciferase is always constant during imaging, or may be adjusted to increase or decrease along an arbitrary pattern. For example, when a luciferase gene is introduced into a biological sample and luciferase is expressed from this gene, an arbitrary promoter can be placed upstream of this gene. As such a promoter, for example, a promoter that always promotes expression, a promoter that promotes expression in response to an external stimulus, or a promoter that promotes expression in accordance with an intracellular state can be used. For example, a promoter of a clock gene can be used, and for example, a promoter of mPer2 can be used. Such a promoter can be selected according to the purpose of research.
あるいは、このような因子は、ルシフェラーゼの活性を調節する因子であってよい。このような因子とは、例えば、ルシフェラーゼが触媒する発光反応に必須な補因子である。このような補因子の例は、ATPやMgイオンである。 Alternatively, such a factor may be a factor that regulates the activity of luciferase. Such a factor is, for example, a cofactor essential for a luminescence reaction catalyzed by luciferase. Examples of such cofactors are ATP and Mg ions.
ルシフェラーゼは、生体試料中において、その他のタンパク質(「第1のタンパク質」と称する)との間で融合されていてもよい。すなわち、生体試料中において、ルシフェラーゼが第1のタンパク質の標識として用いられてもよい。この場合、ルシフェラーゼの量は、生体試料中における第1のタンパク質の発現量を反映する。第1のタンパク質は、細胞の状態を表すマーカーであることが好ましい。すなわち、第1のタンパク質は、細胞において内因的に発現するタンパク質であって、細胞の状態に応じてその発現量が変化するタンパク質であることが好ましい。例えば、第1のタンパク質は、選択的タンパク質分解反応に関連するマーカー、タンパク質相互作用を示すタンパク質の全体またはその一部から成るマーカー、リガンド検出タンパク質の全体またはその一部から成るマーカー、胚発生のマーカー、神経分化マーカーまたはES細胞分化マーカーであることが好ましい。特に、第1のタンパク質は、選択的タンパク質分解反応に関連するマーカーであることが好ましい。このようなマーカーの発現の状態をルシフェラーゼの発光量として観察することで、細胞の状態を推定することが可能となる。ルシフェラーゼで標識された第1のタンパク質の生体試料への導入は、上述した方法と同様に行うことができる。 The luciferase may be fused with another protein (referred to as “first protein”) in the biological sample. That is, luciferase may be used as a label for the first protein in the biological sample. In this case, the amount of luciferase reflects the expression level of the first protein in the biological sample. The first protein is preferably a marker that indicates the state of a cell. That is, the first protein is preferably a protein that is endogenously expressed in the cell, and the expression level of which varies depending on the state of the cell. For example, the first protein may be a marker associated with a selective proteolytic reaction, a marker consisting of all or part of a protein exhibiting protein interaction, a marker consisting of all or part of a ligand detection protein, an embryo development It is preferably a marker, a neuronal differentiation marker, or an ES cell differentiation marker. In particular, the first protein is preferably a marker associated with a selective proteolytic reaction. By observing the expression state of such a marker as the amount of luciferase emitted, the state of the cell can be estimated. Introduction of the first protein labeled with luciferase into the biological sample can be carried out in the same manner as described above.
生体試料は、標識された、第1のタンパク質とは異なる第2のタンパク質をさらに含んでいてもよい。標識としては、蛍光分子または発光分子を使用することができる。例えば、GFP、YFP等の蛍光タンパク質を使用することができる。この場合、第2工程にて取得される画像において、第2のタンパク質の発現の有無およびその局在を確認することができる。第2のタンパク質としては、例えば、生体試料内の機能を研究しようとするタンパク質が選択される。生体試料中に、第1のタンパク質と第2のタンパク質とを同時に導入した場合、ルシフェラーゼの発光量に基づいて細胞の状態を推定しつつ、その状態における第2のタンパク質の挙動を観察することが可能となる。あるいは、第2のタンパク質として、第1のタンパク質とは異なるマーカーが選択される。この場合、細胞の状態を推定するために、第1のタンパク質および第2のタンパク質という2つの基準を使用することができる。 The biological sample may further contain a labeled second protein that is different from the first protein. As the label, a fluorescent molecule or a luminescent molecule can be used. For example, fluorescent proteins such as GFP and YFP can be used. In this case, the presence or absence of the second protein and its localization can be confirmed in the image acquired in the second step. As the second protein, for example, a protein for which a function in a biological sample is to be studied is selected. When the first protein and the second protein are simultaneously introduced into the biological sample, the state of the cell is estimated based on the amount of luciferase luminescence, and the behavior of the second protein in that state can be observed. It becomes possible. Alternatively, a marker different from the first protein is selected as the second protein. In this case, two criteria, the first protein and the second protein, can be used to estimate the state of the cell.
さらに、生体試料は、第1のタンパク質および第2のタンパク質とは異なる、1以上のタンパク質を含んでもよい。それらのタンパク質は標識されていてもよい。 Furthermore, the biological sample may contain one or more proteins different from the first protein and the second protein. Those proteins may be labeled.
ルシフェリンは、第1工程において生体試料に導入してもよい。また、ルシフェリン再生酵素は、第2工程において生体試料に導入してもよい。 Luciferin may be introduced into the biological sample in the first step. Further, the luciferin regenerating enzyme may be introduced into the biological sample in the second step.
従来の技術として、ルシフェラーゼおよびルシフェリン再生酵素を同時に細胞内に発現させてルミノメーター等により細胞全体の発光量を測定する方法が存在する。この方法では、主に、短期的に発光量を増強する目的で、ルシフェリン再生酵素を利用している。また、この方法では、細胞全体の発光量を測定するため、細胞の状態と発光の状態との関連性を細胞毎に調べることはできない。 As a conventional technique, there is a method in which a luciferase and a luciferin regenerating enzyme are simultaneously expressed in a cell and the amount of luminescence of the whole cell is measured with a luminometer or the like. In this method, luciferin regenerating enzyme is mainly used for the purpose of enhancing the amount of luminescence in the short term. Further, in this method, since the amount of luminescence of the entire cell is measured, the relationship between the cell state and the luminescence state cannot be examined for each cell.
一方、本発明に係る解析方法では、生体試料またはその一部の状態を、発光画像の各々の上記生体試料またはその一部に対応した領域の明るさと関連付ける。例えば、ルシフェラーゼの発光量の変動と、時計遺伝子によって制御される概日リズムとが関連付けられる。同様に、ルシフェラーゼの発光量の変動と、例えば、細胞周期、胚発生、神経分化またはES細胞の分化の状態とが関連付けられる。このような関連付けと、発光画像から得られる細胞の形態や細胞内の別のタンパク質の挙動といった情報を結び付けることで、有用な情報を得ることができる。例えば、概日リズムのある段階において、細胞が如何なる形態をとるのか、または細胞内で特定のタンパク質が如何なる挙動をとるのかといったことを研究することができる。実施形態に係る方法によれば、この様な研究を、高感度に、長時間にわたり、詳細に行うことができる。特に、発光像を撮像するために必要な露出時間を短縮でき、従来よりも長時間観察でき、従来よりも時間分解能が高い経時的観察が可能となる。 On the other hand, in the analysis method according to the present invention, the state of the biological sample or a part thereof is associated with the brightness of the region corresponding to each biological sample or part thereof in the luminescent image. For example, a change in the amount of luciferase luminescence is associated with a circadian rhythm controlled by a clock gene. Similarly, fluctuations in the amount of luciferase luminescence are associated with, for example, the state of the cell cycle, embryogenesis, neuronal differentiation or ES cell differentiation. By associating such association with information such as the morphology of the cell obtained from the luminescence image and the behavior of another protein in the cell, useful information can be obtained. For example, it is possible to study what form a cell takes at a certain stage of the circadian rhythm, or what behavior a particular protein takes within the cell. According to the method according to the embodiment, such research can be performed in detail with high sensitivity over a long period of time. In particular, it is possible to shorten the exposure time required to capture a luminescent image, to observe for a longer time than before, and to perform temporal observation with higher time resolution than before.
本発明の第2実施形態は、ルシフェリン再生酵素タンパク質である。 The second embodiment of the present invention is a luciferin regenerating enzyme protein.
実施形態に係るルシフェリン再生酵素タンパク質は、例えば、節足動物門昆虫綱甲虫目ホタル科に属す生物に由来する。すなわち、実施形態に係るルシフェリン再生酵素タンパク質は、節足動物門昆虫綱甲虫目ホタル科に属す生物から取得されたルシフェリン再生酵素タンパク質またはその変異体である。 The luciferin regenerating enzyme protein according to the embodiment is derived from, for example, an organism belonging to the arthropoda elegans Coleoptera firefly family. That is, the luciferin-regenerating enzyme protein according to the embodiment is a luciferin-regenerating enzyme protein obtained from an organism belonging to the arthropoda genus Coleoptera firefly family or a variant thereof.
実施形態に係るルシフェリン再生酵素タンパク質の具体例は、配列番号1に記載のアミノ酸配列を有する。このルシフェリン再生酵素タンパク質は、日本産のクロマドボタル(Pyrocoelia fumosa)から新規に取得されたものである。このタンパク質に関して、既知のタンパク質データーベース検索において69%以上相同なタンパク質は登録されていない。 A specific example of the luciferin regenerating enzyme protein according to the embodiment has the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1. This luciferin-regenerating enzyme protein was newly obtained from Japanese-made Chromadobotaru (Pyrocoelia fumosa). Regarding this protein, no protein homologous of 69% or more has been registered in a known protein database search.
このアミノ酸配列は、以下の通りである。
MGPVVEKIEALGNFMVGEGPHWDHQTQALYFVDILGKTIHKYIPSLEKHTSLKVDQAPSFIIPVTGSSDRFVISLEGDIGILTWNGIDSAPTSIKIVGTVDSEPGNENNRINDGKADPLGNLWAGTMAIDADLPVGPVRGTLYSLTPDKQFKSHAKNIAISNGLAWSKDLKKMYYIDSAKRGIDQYDFDASTLSISNCQPLFTFEKHQIPGYPDGQTIDADGNLWVAVFQGNRVIKISTNKPEMLLDTIEIPDHQVTSVAFGGPNLDVLYVTSAGKPLHCSPGSSIYGHLYKVTGLGVNGLPGDTVNI(配列番号1)。
This amino acid sequence is as follows.
MGPVVEKIEALGNFMVGEGPHWDHQTQALYFVDILGKTIHKYIPSLEKHTSLKVDQAPSFIIPVTGSSDRFVISLEGDIGILTWNGIDSAPTSIKIVGTVDSEPGNENNRINDGKADPLGNLWAGTMAIDADLPVGPVRGTLYSLTPDKQFKSHAKNIAISNGLAWSKDLKKMYYIDSAKRGIDQYDFDASTLSISNCQPLFTFEKHQIPGYPDGQTIDADGNLWVAVFQGNRVIKISTNKPEMLLDTIEIPDHQVTSVAFGGPNLDVLYVTSAGKPLHCSPGSSIYGHLYKVTGLGVNGLPGDTVNI (SEQ ID NO: 1).
実施形態に係るルシフェリン再生酵素タンパク質の別の例は、配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するタンパク質の変異体である。この変異体は、例えば、そのアミノ酸配列が野生型のアミノ酸配列との間で65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上または99%以上の相同性を有し、且つルシフェリン再生酵素としての活性を有する。 Another example of the luciferin regenerating enzyme protein according to the embodiment is a variant of a protein having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1. This mutant has, for example, 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, 95% or more, 96% of the amino acid sequence between the wild-type amino acid sequence As described above, it has a homology of 97% or more, 98% or more, or 99% or more, and has activity as a luciferin regenerating enzyme.
実施形態に係るルシフェリン再生酵素タンパク質は、実施形態に係る解析方法に使用することができる。 The luciferin regenerating enzyme protein according to the embodiment can be used in the analysis method according to the embodiment.
本発明の第3実施形態は、ルシフェリン再生酵素遺伝子を含む核酸である。 The third embodiment of the present invention is a nucleic acid containing a luciferin regenerating enzyme gene.
実施形態に係るルシフェリン再生酵素遺伝子は、例えば、節足動物門昆虫綱甲虫目ホタル科に属す生物に由来する。すなわち、節足動物門昆虫綱甲虫目ホタル科に属す生物から取得されたルシフェリン再生酵素遺伝子またはその変異体である。 The luciferin regenerating enzyme gene according to the embodiment is derived from, for example, an organism belonging to the arthropoda elegans Coleoptera firefly family. That is, it is a luciferin-regenerating enzyme gene obtained from an organism belonging to the arthropoda genus Coleoptera firefly family or a mutant thereof.
実施形態に係る核酸の具体例は、配列番号2に記載の塩基配列を有するルシフェリン再生酵素遺伝子を含む。このルシフェリン再生酵素遺伝子は、日本産のクロマドボタル(Pyrocoelia fumosa)から新規に取得されたものであり、配列番号1のアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする。 Specific examples of the nucleic acid according to the embodiment include a luciferin regenerating enzyme gene having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2. This luciferin regenerating enzyme gene was newly obtained from Japanese-made Chromadobotaru (Pyrocoelia fumosa) and encodes a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
この塩基配列は、以下の通りである。
ATGGGACCTGTTGTAGAAAAAATCGAAGCGTTGGGCAATTTTATGGTTGGGGAGGGTCCTCACTGGGACCACCAAACACAAGCTTTATATTTTGTAGATATTTTAGGGAAAACAATTCATAAATACATACCTTCTCTCGAAAAACATACCTCCTTAAAAGTGGACCAAGCGCCTTCATTTATTATTCCTGTTACTGGTTCGTCTGATCGTTTTGTAATCAGTCTCGAAGGAGATATTGGTATCCTTACATGGAATGGTATCGATTCTGCACCAACCAGCATAAAAATAGTTGGTACTGTTGACAGTGAACCTGGAAATGAGAATAACAGAATCAATGATGGTAAAGCAGACCCTCTTGGTAATTTATGGGCAGGTACCATGGCCATTGATGCCGATCTTCCAGTAGGACCAGTAAGAGGCACTTTATATAGTTTAACGCCCGATAAACAATTCAAAAGTCATGCAAAAAATATAGCTATATCGAATGGTCTCGCTTGGAGTAAGGACTTGAAGAAAATGTACTATATTGATTCCGCCAAAAGGGGAATCGATCAGTATGATTTTGATGCTTCTACTTTGTCTATCAGTAATTGTCAGCCGTTATTTACTTTTGAAAAGCACCAAATCCCTGGGTATCCAGATGGTCAAACAATTGATGCGGACGGTAACTTATGGGTAGCTGTTTTCCAAGGAAATAGAGTGATTAAAATCAGTACTAACAAACCTGAAATGTTACTTGATACTATAGAAATACCAGACCATCAGGTGACCTCAGTTGCGTTTGGTGGTCCCAATTTGGATGTTCTCTATGTAACAAGTGCTGGTAAACCGCTTCATTGCAGTCCCGGTAGTTCGATCTACGGGCATCTTTATAAAGTGACTGGTCTAGGTGTCAATGGTTTGCCAGGAGATACAGTGAACATTTGA(配列番号2)。
This base sequence is as follows.
(SEQ ID NO: 2).
実施形態に係る核酸の別の例は、配列番号2に記載の塩基配列を有する核酸の変異体である。例えば、この変異体の塩基配列は、野生型のアミノ酸との間で65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上または99%以上の相同性を有し、且つこの変異体がコードするタンパク質はルシフェリン再生酵素としての活性を有する。 Another example of the nucleic acid according to the embodiment is a variant of the nucleic acid having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2. For example, the base sequence of this mutant is 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, 95% or more, 96% or more with a wild-type amino acid, A protein having a homology of 97% or more, 98% or more, or 99% or more, and the protein encoded by this mutant has activity as a luciferin regenerating enzyme.
実施形態に係る核酸は、実施形態に係る解析方法に使用することができる。 The nucleic acid according to the embodiment can be used in the analysis method according to the embodiment.
[例1:日本産ホタル科クロマドボタルに由来するLREタンパク質遺伝子のクローニング]
日本産ホタル科クロマドボタルに由来するLREタンパク質遺伝子のクローニングを行った。簡潔には、本生物中から抽出したtotal RNAを基にcDNAらイブラリーを作製し、これを鋳型としてPCRの手法を用いて遺伝子をクローニングした。
[Example 1: Cloning of LRE protein gene derived from Japanese firefly family Chromadobotaru]
The LRE protein gene derived from the Japanese firefly family Chromadobotaru was cloned. Briefly, cDNA and other libraries were prepared based on total RNA extracted from this organism, and the gene was cloned using PCR as a template.
1.cDNAライブラリーの作成
2007年8月に東京都御岳山周辺で採集したクロマドボタルの幼虫1個体から0.009gの発光器を切り取った。採取した発光器および1mLのトータルRNA抽出試薬TRIzol Reagent(インビトロジェン社)を、Lysing Matrix Dチューブ(MP−Biomedicals社)に入れた。このチューブは、組織および細胞のホモジナイズ用のビーズを含む。このチューブを組織細胞破砕装置FastPrep 24(MP−Biomedicals社)に装着し、振動速度6.5m/sおよび振動時間45秒の条件で、ホタルの発光器を試薬中にて破砕した。完了後、チューブを破砕装置から取り出し、30分間氷上に置いた。その後、もう一度同じ条件で破砕を実施した。
1. Preparation of cDNA library A 0.009 g light emitter was cut out from a single larvae of Chromadobotaru collected around Mt. Mitake in Tokyo in August 2007. The collected light emitter and 1 mL of total RNA extraction reagent TRIzol Reagent (Invitrogen) were placed in a Lysing Matrix D tube (MP-Biomedicals). This tube contains beads for tissue and cell homogenization. This tube was attached to a tissue cell crushing device FastPrep 24 (MP-Biomedicals), and a firefly luminescence device was crushed in a reagent under conditions of a vibration speed of 6.5 m / s and a vibration time of 45 seconds. After completion, the tube was removed from the crusher and placed on ice for 30 minutes. Thereafter, crushing was performed again under the same conditions.
次に、トータルRNA抽出試薬TRIzol Reagentの説明書に従って、破砕した溶液からトータルRNAの分離精製を行った。得られたmRNA溶液100μlを、エタノール沈殿法によって沈殿濃縮した。次に、完全長cDNA合成試薬GeneRacer(インビトロジェン社)をマニュアルに従って使用して、沈殿濃縮したトータルRNAから完全長cDNAを合成した。得られたcDNA溶液20μlをホタル完全長cDNAライブラリーとして以下の遺伝子実験に用いた。 Next, according to the instructions of the total RNA extraction reagent TRIzol Reagent, the total RNA was separated and purified from the disrupted solution. 100 μl of the obtained mRNA solution was concentrated by precipitation by ethanol precipitation. Next, a full-length cDNA was synthesized from the precipitated and concentrated total RNA using a full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer (Invitrogen) according to the manual. 20 μl of the obtained cDNA solution was used as a firefly full-length cDNA library for the following gene experiments.
2.ホタルLRE遺伝子の5’末端側の同定
2−1.Rapid Amplification of cDNA End(RACE)法に用いるプライマーの作製
LRE遺伝子のクローニングを、Polymerase chain reaction(PCR)法によって行った。PCR法に使用するプライマーを、既知の近縁生物由来のLRE遺伝子のアミノ酸配列に基づいて、以下の通り作製した。
2. 2. Identification of 5 ′ end side of firefly LRE gene 2-1. Preparation of Primer for Rapid Amplification of cDNA End (RACE) Method Cloning of the LRE gene was performed by the Polymerase chain reaction (PCR) method. Primers used in the PCR method were prepared as follows based on the amino acid sequences of LRE genes derived from known closely related organisms.
種々のホタルLREにおいてよく保存されているアミノ酸領域を確認するために、既に公開されている3種類のホタルLREのアミノ酸配列を、配列情報解析ソフトウェアDNASIS Pro(日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社)を用いて比較した。比較に用いた近縁生物のアミノ酸配列は、Photinus pyralis(登録番号:AB062786)、Luciola cruciata(登録番号:AB072448)およびLuciola lateralis(登録番号:AB072447)である。 In order to confirm amino acid regions that are well conserved in various firefly LREs, the amino acid sequences of three types of already-disclosed firefly LREs are compared using sequence information analysis software DNASIS Pro (Hitachi Software Engineering Co., Ltd.) did. The amino acid sequences of closely related organisms used for comparison are Photinus pyralis (registration number: AB062786), Lucio cruciata (registration number: AB072448) and Luciola lateralis (registration number: AB072447).
比較の結果、LREのC末端付近にあるV−T−G−L−G−V−K−G(配列番号3)およびN−D−G−K−A−D(配列番号4)のアミノ酸配列がよく保存されていることがわかった。これら2つのアミノ酸配列をコードするコドンから塩基配列を予測し、5’末端RACE PCRに用いる16種類(配列番号5から20)および4種類(配列番号21から24)のLRE特異的混合プライマーを設計した。これらのプライマーの合成はライフテクノロジーズジャパン株式会社に委託して行った。 As a result of comparison, the amino acids of VTGLGLGVKG (SEQ ID NO: 3) and NDGGGAD (SEQ ID NO: 4) in the vicinity of the C-terminus of LRE The sequence was found to be well conserved. Base sequences are predicted from codons encoding these two amino acid sequences, and 16 types (SEQ ID NOs: 5 to 20) and 4 types (SEQ ID NOs: 21 to 24) of LRE-specific mixed primers used for 5 ′ terminal RACE PCR are designed. did. The synthesis of these primers was outsourced to Life Technologies Japan.
これらのプライマーの名称および配列は以下の通りである(プライマー配列中のYおよびNは混合塩基を示す):
LRE−R1−AA(5’-CCYTTNACNCCNARNCCTGTTAC-3’:配列番号5)、
LRE−R1−TA(5’-CCYTTNACNCCNARNCCTGTAAC-3’:配列番号6)、
LRE−R1−GA(5’-CCYTTNACNCCNARNCCTGTCAC-3’:配列番号7)、
LRE−R1−CA(5’-CCYTTNACNCCNARNCCTGTGAC-3’:配列番号8)、
LRE−R1−AT(5’-CCYTTNACNCCNARNCCAGTTAC-3’:配列番号9)、
LRE−R1−TT(5’-CCYTTNACNCCNARNCCAGTAAC-3’:配列番号10)、
LRE−R1−GT(5’-CCYTTNACNCCNARNCCAGTCAC-3’:配列番号11)、
LRE−R1−CT(5’-CCYTTNACNCCNARNCCAGTGAC-3’:配列番号12)、
LRE−R1−AC(5’-CCYTTNACNCCNARNCCGGTTAC-3’:配列番号13)、
LRE−R1−TC(5’-CCYTTNACNCCNARNCCGGTAAC-3’:配列番号14)、
LRE−R1−GC(5’-CCYTTNACNCCNARNCCGGTCAC-3’:配列番号15)、
LRE−R1−CC(5’-CCYTTNACNCCNARNCCGGTGAC-3’:配列番号16)、
LRE−R1−AG(5’-CCYTTNACNCCNARNCCCGTTAC-3’:配列番号17)、
LRE−R1−TG(5’-CCYTTNACNCCNARNCCCGTAAC-3’:配列番号18)、
LRE−R1−GG(5’-CCYTTNACNCCNARNCCCGTCAC-3’:配列番号19)、
LRE−R1−CG(5’-CCYTTNACNCCNARNCCCGTGAC-3’:配列番号20)、
LRE−R2−AA(5’-TCnGCYTTnCCATCATT-3’:配列番号21)、
LRE−R2−GA(5’-TCnGCYTTnCCGTCATT-3’:配列番号22)、
LRE−R2−AG(5’-TCnGCYTTnCCATCGTT-3’:配列番号23)、および
LRE−R2−GG(5’-TCnGCYTTnCCGTCGTT-3’:配列番号24)。
The names and sequences of these primers are as follows (Y and N in the primer sequence indicate mixed bases):
LRE-R1-AA (5′-CCYTTNACNCCNARNCCTGTTAC-3 ′: SEQ ID NO: 5),
LRE-R1-TA (5′-CCYTTNACNCCNARNCCTGTAAC-3 ′: SEQ ID NO: 6),
LRE-R1-GA (5′-CCYTTNACNCCNARNCCTGTCAC-3 ′: SEQ ID NO: 7),
LRE-R1-CA (5′-CCYTTNACNCCNARNCCTGTGAC-3 ′: SEQ ID NO: 8),
LRE-R1-AT (5′-CCYTTNACNCCNARNCCAGTTAC-3 ′: SEQ ID NO: 9),
LRE-R1-TT (5′-CCYTTNACNCCNARNCCAGTAAC-3 ′: SEQ ID NO: 10),
LRE-R1-GT (5′-CCYTTNACNCCNARNCCAGTCAC-3 ′: SEQ ID NO: 11),
LRE-R1-CT (5′-CCYTTNACNCCNARNCCAGTGAC-3 ′: SEQ ID NO: 12),
LRE-R1-AC (5′-CCYTTNACNCCNARNCCGGTTAC-3 ′: SEQ ID NO: 13),
LRE-R1-TC (5′-CCYTTNACNCCNARNCCGGTAAC-3 ′: SEQ ID NO: 14),
LRE-R1-GC (5′-CCYTTNACNCCNARNCCGGTCAC-3 ′: SEQ ID NO: 15),
LRE-R1-CC (5′-CCYTTNACNCCNARNCCGGTGAC-3 ′: SEQ ID NO: 16),
LRE-R1-AG (5′-CCYTTNACNCCNARNCCCGTTAC-3 ′: SEQ ID NO: 17),
LRE-R1-TG (5′-CCYTTNACNCCNARNCCCGTAAC-3 ′: SEQ ID NO: 18),
LRE-R1-GG (5′-CCYTTNACNCCNARNCCCGTCAC-3 ′: SEQ ID NO: 19),
LRE-R1-CG (5′-CCYTTNACNCCNARNCCCGTGAC-3 ′: SEQ ID NO: 20),
LRE-R2-AA (5′-TCnGCYTTnCCATCATT-3 ′: SEQ ID NO: 21),
LRE-R2-GA (5′-TCnGCYTTnCCGTCATT-3 ′: SEQ ID NO: 22),
LRE-R2-AG (5′-TCnGCYTTnCCATCGTT-3 ′: SEQ ID NO: 23) and LRE-R2-GG (5′-TCnGCYTTnCCGTCGTT-3 ′: SEQ ID NO: 24).
2−2.5’−RACE PCRによる、ホタルLRE遺伝子の5’末端側のクローニング
上述の通り作製したホタル完全長cDNAライブラリーを鋳型として用い、上述の通り作製したV−T−G−L−G−V−K−G(配列番号3)に基づいて作製した16種のプライマーおよびN−D−G−K−A−D(配列番号4)に基づいて作製した4種類の特異的混合プライマーと、5’末端特異的プライマーであるGeneRacer5’Primer(5’−CGA CTG GAG CAC GAG GAC ACT GA−3’:配列番号25)およびGeneRacer5’Nested Primer(5’−GGA CAC TGA CAT GGA CTG AAG GAG TA−3’:配列番号26)とを用いて5’−RACE PCRおよびnested PCRを行った。GeneRacer5’ PrimerおよびGeneRacer5’ Nested Primerは、完全長cDNA合成試薬GeneRacerキット(インビトロジェン社)に含まれているものを使用した。5’−RACE PCRによって効率的にLRE遺伝子を増幅させるため、一度PCRによって増幅した遺伝子を鋳型にし、内側のプライマー対でさらに特異的に遺伝子増幅させるnested PCRを行った。PCRにはポリメラーゼExTaq(タカラバイオ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。
2-2.5′-RACE PCR cloning of the 5 ′ end of the firefly LRE gene Using the firefly full-length cDNA library prepared as described above as a template, V-T-G-L- 16 types of primers prepared based on GVKG (SEQ ID NO: 3) and 4 types of specific mixed primers prepared based on NDGGAD (SEQ ID NO: 4) GeneRacer 5 'Primer (5'-CGA CTG GAG CAC GAG GAC ACT GA-3': SEQ ID NO: 25) and GeneRacer 5 'Nested Primer (5'-GGA CAC TGA CAT GGA CTG AAG GAG TA-3 ′: SEQ ID NO: 26) and 5′-RACE PCR and nested PCR I went. The GeneRacer 5 ′ Primer and the GeneRacer 5 ′ Nested Primer included in the full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer kit (Invitrogen) were used. In order to efficiently amplify the LRE gene by 5′-RACE PCR, a nested PCR was performed in which the gene amplified once by PCR was used as a template and the gene was amplified more specifically by the inner primer pair. PCR was performed using polymerase ExTaq (Takara Bio Inc.) according to the manual.
V−T−G−L−G−V−K−G(配列番号3)に基づいて作製した16種のプライマーとGeneRacer5’Primerとを用いて、一度目の5’−RACE PCRをマニュアルに沿って実施した結果、明瞭な遺伝子の増幅を確認することができなかった。このPCR産物を鋳型として2度目のNested PCRを実施した。 Using the 16 primers prepared based on VTGLGLGVKG (SEQ ID NO: 3) and GeneRacer 5 'Primer, the first 5'-RACE PCR was performed according to the manual. As a result, clear gene amplification could not be confirmed. A second nested PCR was carried out using this PCR product as a template.
Nested PCRは、N−D−G−K−A−D(配列番号4)に基づいて作製した4種類のプライマーとGeneRacer5’Nested Primerとを用いて実施した。その結果、LRE−R1−GA(配列番号7)またはLRE−R1−CT(配列番号12)とGeneRacer5’Primerとの組み合わせで実施したPCRの産物を鋳型とし、LRE−R2−AA(配列番号21)とGeneRacer5’ Nested Primerとの組み合わせをプライマーとして実施したnested PCRによって、約0.5kbp付近に効率よく遺伝子が増幅した。 Nested PCR was performed using four types of primers prepared based on NDGGAD (SEQ ID NO: 4) and GeneRacer 5'Nested Primer. As a result, the product of PCR performed in combination with LRE-R1-GA (SEQ ID NO: 7) or LRE-R1-CT (SEQ ID NO: 12) and GeneRacer 5 ′ Primer was used as a template, and LRE-R2-AA (SEQ ID NO: 21). ) And GeneRacer 5 ′ Nested Primer was used, and the gene was efficiently amplified in the vicinity of about 0.5 kbp by nested PCR.
2−3.5’−RACEで増幅した遺伝子の塩基配列の決定
5’−RACEで増幅した遺伝子の塩基配列を読み取るため、ゲル抽出によるPCR産物の精製、サブクローニングおよびダイレクトシークエンスを実施した。詳細を以下に示す。
Determination of the base sequence of the gene amplified by 2-3.5′-RACE In order to read the base sequence of the gene amplified by 5′-RACE, the PCR product was purified by gel extraction, subcloning and direct sequencing. Details are shown below.
ゲル抽出の手法を用いて約0.5kbp付近の遺伝子を回収した。ゲル抽出はWizard SV Gel and PCR Clean−Up System(プロメガ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。TAクローニングの手法を用いて、ゲルから抽出したPCR産物のサブクローニングを実施した。TAクローニングはpGEM−T Easy Vector System(プロメガ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。その後、このベクターDNAを大腸菌(DH5α株)に形質転換し、青・白スクリーニングの手法を用いてインサートポジティブコロニーを選択した。選択されたコロニーをダイレクトコロニーPCRに供し、遺伝子が導入されていることを確認した。ダイレクトコロニーPCRには、M13−F(−29) Primer(5’−CAC GAC GTT GTA AAA CGA C−3’:配列番号27)とM13 Reverse(5’−GGA TAA CAA TTT CAC AGG−3’:配列番号28)とから成るプライマー対を用いた。 A gene of about 0.5 kbp was recovered using a gel extraction technique. Gel extraction was performed according to the manual using Wizard SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega Corporation). Subcloning of the PCR product extracted from the gel was performed using the TA cloning technique. TA cloning was performed using pGEM-T Easy Vector System (Promega Corporation) according to the manual. Thereafter, this vector DNA was transformed into E. coli (DH5α strain), and an insert positive colony was selected using a blue / white screening technique. The selected colony was subjected to direct colony PCR to confirm that the gene was introduced. For direct colony PCR, M13-F (−29) Primer (5′-CAC GAC GTT GTA AAA CGA C-3 ′: SEQ ID NO: 27) and M13 Reverse (5′-GGA TAA CAA TTT CAC AGG-3 ′: A primer pair consisting of SEQ ID NO: 28) was used.
増幅が確認できたPCR反応溶液について、ダイレクトシークエンシング法を用いてその遺伝子の塩基配列の決定を行った。PCR産物精製キットExoSAP−IT(GEヘルスケアバイオサイエンス)を用いて、PCR反応溶液に含まれる余剰なdNTPおよびプライマーを除去し、PCRダイレクトシークエンシングのための鋳型を調製した。BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit(アプライドバイオシステムズ)を用いて、この鋳型を含むシークエンシング反応溶液を調製し、サーマルサイクラーを用いてシークエンシング反応を行った。PCR産物の精製およびシークエンシングはそれぞれマニュアルに従って実施した。シークエンシング反応後、反応産物の精製を次の通りに行った。反応溶液に2.5倍量の100%エタノールを加え、遠心機を用いて核酸を沈殿させた。次に、上精を取り除いた後、70%エタノールを加えて沈殿を洗浄し、遠心機を用いて核酸を沈殿させた。最後に、上精を取り除いた後、沈殿を乾燥させた。精製した沈殿にHi−Di Formamide(アプライドバイオシステムズ)を15μl加え、溶解させた。この溶液を94℃2分間の熱変性させ、更に氷上で急冷して、塩基配列を決定するためのサンプルとした。このサンプルをApplied Biosystems 3130xl ジェネティックアナライザ(アプライドバイオシステムズ)を用いて塩基配列を読み取った。塩基配列の解析方法はマニュアルに従って実施した。 For the PCR reaction solution in which amplification was confirmed, the base sequence of the gene was determined using the direct sequencing method. Excess dNTPs and primers contained in the PCR reaction solution were removed using a PCR product purification kit ExoSAP-IT (GE Healthcare Bioscience) to prepare a template for PCR direct sequencing. Using BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems), a sequencing reaction solution containing this template was prepared, and a sequencing reaction was performed using a thermal cycler. PCR product purification and sequencing were performed according to the respective manuals. After the sequencing reaction, the reaction product was purified as follows. 2.5 times volume of 100% ethanol was added to the reaction solution, and nucleic acid was precipitated using a centrifuge. Next, after removing the supernatant, 70% ethanol was added to wash the precipitate, and the nucleic acid was precipitated using a centrifuge. Finally, after removing the upper fine, the precipitate was dried. To the purified precipitate, 15 μl of Hi-Di Formatide (Applied Biosystems) was added and dissolved. This solution was heat-denatured at 94 ° C. for 2 minutes and further rapidly cooled on ice to prepare a sample for determining the base sequence. The base sequence of this sample was read using an Applied Biosystems 3130xl genetic analyzer (Applied Biosystems). The base sequence analysis method was performed according to the manual.
シークエンシングによって得られた遺伝子配列は次の通りである:
ATTCTTATAATAATTAATTTAATAAGCAGTCGTGCACCGGATCCTGACAAAGTAAAAGGCAGTTATTTAAAGTGTAGTTTCGAATAGAGAAATACCATCATCAGTGGATCGTTGAAGGSTACAACAAATTGTAAAACCTACATGAAGAGGCAAAGGTGGTAATATGGGCCCTGAGGGTGATATGGCCCCCGTCGGAAACACGAATACAAATAACGTGGTTTGACACCAAGGCTATTCATAACGCGTCGTTGACTTGTAGTTTCGCATCGCGTTCATTCCGAGTTCAAAGCTGACAGAGATAGTGACCAGTATAAGTCATTAGTTTTTTTCCGCTCCGAAAAAGGTTTGTTAGGCAGTCAATCTAATTCAGACCAATATGGGACCTGTTGTAGAAAAAATCGAAGCGTTGGGCAATTTWATGGTTGGGGAGGGTCCTCACTGGGACCACCAAACACAAGCTTTATATTTTGTAGATATTTTAGGGAAAACAATTCATAAATACATACCTTCTCTCGAAAAACATACCTCCTTAAAAGTGGACCAAGCGCCCTCACTTATTATTCCTGTTACTGGTTCGTCTGATCGTTTTGTAATCAGTCTCGAAGGAGATATTGGTATCCTTACATGGAATGGTATCGATTCTGCACCAACCAGCATAAAAATAGTTGGTACTGTTGACAGTGAACCTGGAAATGAGAATAACAGAATCAATGATGGAAAAGCAGA(配列番号29)。
The gene sequence obtained by sequencing is as follows:
(SEQ ID NO: 29).
この配列をNational Center for Biotechnology Information (以下NCBIと略す)が提供するblastxサーチを利用して相同性検索を実施し、既知LREの塩基配列と相同性を示すことを確認した。以上の実験および解析で得られた塩基配列を新規LRE遺伝子の5’末端側であると決定した。 This sequence was subjected to homology search using a blastx search provided by National Center for Biotechnology Information (hereinafter abbreviated as NCBI), and confirmed to show homology with the nucleotide sequence of known LRE. The base sequence obtained by the above experiment and analysis was determined to be on the 5 'end side of the novel LRE gene.
3.LRE遺伝子の3’Race PCRおよび完全長cDNAの取得
3−1.3’Race PCRに用いるプライマーの設計
5’Race PCRの実験で得られたLRE遺伝子の5’末端側非翻訳領域の配列を基にして、3’RACEに用いる2つのプライマーを作製した(5’−AGGCAGTCAATCTAATTCAGAC−3’:配列番号30、および5’−AGGCAGTCAATCTAATTCAGACCAATATGGG−3’:配列番号31)。プライマーの合成はライフテクノロジーズジャパン株式会社に委託した。
3. 3 'Race PCR of LRE gene and acquisition of full-length cDNA 3-1.3' Design of primers used for 'Race PCR' Based on the sequence of the untranslated region on the 5 'end side of LRE gene obtained in 5' Race PCR experiments Thus, two primers used for 3′RACE were prepared (5′-AGGCAGTCAATTCATATCAGAC-3 ′: SEQ ID NO: 30 and 5′-AGGCAGCACATCTAATTCAGACCAAATAGGGG-3 ′: SEQ ID NO: 31). Primer synthesis was outsourced to Life Technologies Japan.
3−2.ホタルLRE遺伝子の完全長cDNA取得のための3’Race PCR
上述の通り作製したホタル完全長cDNAライブラリーを鋳型として用い、目的とするホタルLREの5’末端側非翻訳領域の塩基配列から作製した2つのプライマーと、GeneRacer3’ Primer(配列番号32)およびGeneRacer3’ Nested Primer(配列番号33)とを用いて3’−RACE PCRおよび3’−Nested PCRを行った。GeneRacer3’ PrimerおよびGeneRacer3’ Nested Primerは、完全長cDNA合成試薬GeneRacerキット(インビトロジェン社)に含まれているものを使用した。PCRにはポリメラーゼExTaq(タカラバイオ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。
3-2. 3 'Race PCR for obtaining full-length cDNA of firefly LRE gene
Using the firefly full-length cDNA library prepared as described above as a template, two primers prepared from the base sequence of the 5′-terminal untranslated region of the target firefly LRE, GeneRacer 3 ′ Primer (SEQ ID NO: 32) and GeneRacer 3 3'-RACE PCR and 3'-Nested PCR were performed using 'Nested Primer (SEQ ID NO: 33). GeneRacer 3 ′ Primer and GeneRacer 3 ′ Nested Primer used were those included in the full-length cDNA synthesis reagent GeneRacer kit (Invitrogen). PCR was performed using polymerase ExTaq (Takara Bio Inc.) according to the manual.
5’末端側非翻訳領域の塩基配列から作製したプライマー(配列番号30)とGeneRacer3’ Primer(配列番号32)とから成るプライマー対を用いてLRE遺伝子の増幅を行った。このPCR産物を鋳型として5’末端側非翻訳領域の塩基配列から作製したプライマー(配列番号31)とGeneRacer3’ Nested Primer(配列番号33)とを用いて3’−Nested PCRを行った。その結果、約1.2kbp付近に効率よく遺伝子が増幅していることを確認した。 The LRE gene was amplified using a primer pair consisting of a primer (SEQ ID NO: 30) prepared from the base sequence of the 5 'terminal side untranslated region and GeneRacer 3' Primer (SEQ ID NO: 32). Using this PCR product as a template, 3'-Nested PCR was performed using a primer (SEQ ID NO: 31) prepared from the base sequence of the 5'-terminal untranslated region and GeneRacer 3 'Nested Primer (SEQ ID NO: 33). As a result, it was confirmed that the gene was efficiently amplified in the vicinity of about 1.2 kbp.
3−3.3’−Raceで増幅した遺伝子の塩基配列の決定
3’−RACEで増幅した遺伝子の塩基配列を読み取るため、ゲル抽出によるPCR産物の精製、サブクローニングおよびダイレクトシークエンスを実施した。詳細を以下に示す。
Determination of the base sequence of the gene amplified with 3-3.3′-Race In order to read the base sequence of the gene amplified with 3′-RACE, purification of the PCR product by gel extraction, subcloning and direct sequencing were performed. Details are shown below.
約1.2kbp付近に効率よく遺伝子が増幅したバンドをゲル抽出の手法を用いて遺伝子片を回収した。ゲル抽出はWizard SV Gel and PCR Clean−Up System(プロメガ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。TAクローニングの手法を用いて、ゲルから抽出したPCR産物のサブクローニングを実施した。TAクローニングはpGEM−T Easy Vector System(プロメガ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。その後、このベクターDNAを大腸菌(DH5α株)に形質転換し、青・白スクリーニングの手法を用いてインサートポジティブコロニーを選択した。選択されたコロニーをダイレクトコロニーPCRに供し、遺伝子が導入されていることを確認した。ダイレクトコロニーPCRには、M13−F(−29) PrimerとM13 Reverseとから成るプライマー対を用いた。 A gene fragment was recovered by using a gel extraction technique for a band in which the gene was efficiently amplified in the vicinity of about 1.2 kbp. Gel extraction was performed according to the manual using Wizard SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega Corporation). Subcloning of the PCR product extracted from the gel was performed using the TA cloning technique. TA cloning was performed using pGEM-T Easy Vector System (Promega Corporation) according to the manual. Thereafter, this vector DNA was transformed into E. coli (DH5α strain), and an insert positive colony was selected using a blue / white screening technique. The selected colony was subjected to direct colony PCR to confirm that the gene was introduced. For direct colony PCR, a primer pair consisting of M13-F (-29) Primer and M13 Reverse was used.
増幅が確認できたPCR反応溶液について、ダイレクトシークエンシング法を用いてその遺伝子の塩基配列の決定を行った。PCR産物精製キットExoSAP−IT(GEヘルスケアバイオサイエンス)を用いて、PCR反応溶液に含まれる余剰なdNTPおよびプライマーを除去し、PCRダイレクトシークエンシングのための鋳型を調製した。BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit(アプライドバイオシステムズ)を用いて、この鋳型を含むシークエンシング反応溶液を調製し、サーマルサイクラーを用いてシークエンシング反応を行った。シークエンスに用いたプライマーはベクタープライマーまたは遺伝子特異的なプライマーを用いた。PCR産物の精製およびシークエンシングはそれぞれマニュアルに従って実施した。 For the PCR reaction solution in which amplification was confirmed, the base sequence of the gene was determined using the direct sequencing method. Excess dNTPs and primers contained in the PCR reaction solution were removed using a PCR product purification kit ExoSAP-IT (GE Healthcare Bioscience) to prepare a template for PCR direct sequencing. Using BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems), a sequencing reaction solution containing this template was prepared, and a sequencing reaction was performed using a thermal cycler. Primers used for sequencing were vector primers or gene-specific primers. PCR product purification and sequencing were performed according to the respective manuals.
シークエンシングによって完全長LRE遺伝子を獲得した。この塩基配列は、次の通りであった:
AGGCAGTCAATCTAATTCAGACCAATATGGGACCTGTTGTAGAAAAAATCGAAGCGTTGGGCAATTTTATGGTTGGGGAGGGTCCTCACTGGGACCACCAAACACAAGCTTTATATTTTGTAGATATTTTAGGGAAAACAATTCATAAATACATACCTTCTCTCGAAAAACGTACCTCCTTAAAAGTGGACCAAGCGCCTTCATTTATTATTCCTGTTACTGGTTCGTCTGATCGTTTTGTAATCAGTCTCGAAGGAGATATTGGTATCCTTACATGGAATGGTATCGATTCTGCACCAACCAGCATAAAAATAGTTGGTACTGTTGACAGTGAACCTGGAAATGAGAATAACAGAATCAATGATGGTAAAGCAGACCCTCTTGGTAATTTATGGGCAGGTACCATGGCCATTGATGCCGATCTTCCAGTAGGACCAGTAAGAGGCACTTTATATAGTTTAACGCCCGATAAACAATTCAAAAGTCATGCAAAAAATATAGCTATATCGAATGGTCTCGCTTGGAGTAAGGACTTGAAGAAAATGTACTATATTGATTCCGCCAAAAGGGGAATCGATCAGTATGATTTTGATGCTTCTACTTTGTCTATCAGTAATTGTCAGCCGTTATTTACTTTTGAAAAGCACCAAATCCCTGGGTATCCAGATGGTCAAACAATTGATGCGGACGGTAACTTATGGGTAGCTGTTTTCCAAGGAAATAGAGTGATTAAAATCAGTACTAACAAACCTGAAATGTTACTTGATACTATAGAAATACCAGACCATCAGGTGACCTCAGTTGCTTTTGGTGGTCCCAATTTGGATGTTCTCTATGTAACAAGTGCTGGTAAACCGCTTCATTGCAGTCCCGGTAGTTCGATCTACGGGCATCTTTATAAAGTGACTGGTCTAGGTGTCAATGGTTTGCCAGGAGATACAGTGAACATTTGAAATAAAAAGTACGCACTTAAAAATGTATAAGTAATAAACTATAAATTCTAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA(配列番号34)。
The full length LRE gene was obtained by sequencing. The base sequence was as follows:
(SEQ ID NO: 34).
この塩基配列(配列番号34)はアミノ酸に翻訳すると、R49の位置にPCRエラーが存在すると予想されたため、変異導入用プライマー(5’−ACCTTCTCTCGAAAAACaTACCTCCTTAAAAGTGGAC−3’:配列番号36)を用いてR49Hの変異を導入した。変異の導入は文献の記載に基づいて行った(Asako Sawano and Atsushi Miyawaki, Nucleic Acids Research,2000, Vol.28, No.16)。塩基配列(配列番号2)またはアミノ酸(配列番号1)へ翻訳した配列について、NCBIが提供するblastxまたはblastpサーチを利用して相同性検索を実施した。それぞれの検索で既知ホタルLREの塩基配列と相同性を示すことを確認した。以上の実験および解析で得られた塩基配列を新規ホタルLRE遺伝子の完全長cDNA配列であると決定した。 When this base sequence (SEQ ID NO: 34) was translated into an amino acid, it was predicted that a PCR error would be present at the position of R49. Was introduced. Mutation was introduced based on the description in the literature (Asako Sawano and Atsushi Miyawaki, Nucleic Acids Research, 2000, Vol. 28, No. 16). The sequence translated into the base sequence (SEQ ID NO: 2) or amino acid (SEQ ID NO: 1) was subjected to homology search using blastx or blastp search provided by NCBI. It was confirmed that each search showed homology with the base sequence of known firefly LRE. The base sequence obtained by the above experiment and analysis was determined to be the full-length cDNA sequence of the novel firefly LRE gene.
以下、この新規のLREをクロマドボタル由来LREと称する。 Hereinafter, this new LRE is referred to as a chromatobotanic LRE.
[例2:クロマドボタル由来LREの精製]
LRE遺伝子を大腸菌でタンパク質発現させるため、pRSET−Bベクター(インビトロジェン)に導入した。遺伝子発現ベクターの構築は標準的な方法に従って実施した。その後、構築した遺伝子発現ベクターを大腸菌に形質転換し、該タンパク質を発現させた後、ニッケルアフィニティー精製の手法を用いて該タンパク質の精製を実施した。精製した該タンパク質の発光増強効果を測定した。詳細を以下に示す。
[Example 2: Purification of chromatobotan LRE]
The LRE gene was introduced into pRSET-B vector (Invitrogen) for protein expression in E. coli. The gene expression vector was constructed according to standard methods. Thereafter, the constructed gene expression vector was transformed into Escherichia coli to express the protein, and then the protein was purified using a nickel affinity purification method. The luminescence enhancing effect of the purified protein was measured. Details are shown below.
1.新規ホタルLRE遺伝子の遺伝子発現ベクターへの導入
LRE遺伝子を、pRSET−Bベクターの制限酵素サイトBamHI−EcoRI間に導入するため、開始コドンおよびその前に制限酵素BamHI認識配列GGATCCを含むプライマー(5’−GCGggatccCaccATGGGACCTGTTGTAGAAAAAATCG−3’:配列番号37)、並びに終始コドンおよびその後ろに制限酵素EcoRI認識配列GAATTCを含むプライマー(5’−GCGgaattcTCAAATGTTCACTGTATCTCCTGGC−3’:配列番号38)を作製した。このプライマー対を用いて、LRE遺伝子の両端に上述の制限酵素認識部位を含んだ断片の増幅を行った。PCRにはポリメラーゼExTaq(タカラバイオ株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施した。制限酵素サイトを含むPCR産物とpRSET−Bベクターを制限酵素処理し、ライゲーションキット(タカラバイオ株式会社)を用いてpRSET−Bベクターの制限酵素サイトBamHI−EcoRI間に導入した。得られたライゲーションサンプルを大腸菌JM109(DE3)株に形質転換し、コロニーを形成させた。ここからLRE遺伝子を発現する大腸菌JM109を抽出した。
1. Introduction of a novel firefly LRE gene into a gene expression vector In order to introduce the LRE gene between the restriction enzyme sites BamHI and EcoRI of the pRSET-B vector, a primer (5 ′ containing a restriction enzyme BamHI recognition sequence GGATCC in front of the initiation codon -GCGgatccCaccATGGGACCTGTTGTAGAAAAAATCG-3 ': SEQ ID NO: 37) and a primer (5'-CGGgaattcTCAAATGTTCACTGTATCCTCTGGC-3': SEQ ID NO: 38) containing a stop codon and a restriction enzyme EcoRI recognition sequence GAATTC behind it. Using this primer pair, a fragment containing the above-mentioned restriction enzyme recognition sites at both ends of the LRE gene was amplified. PCR was performed using polymerase ExTaq (Takara Bio Inc.) according to the manual. The PCR product containing the restriction enzyme site and the pRSET-B vector were treated with a restriction enzyme and introduced into the restriction enzyme site BamHI-EcoRI of the pRSET-B vector using a ligation kit (Takara Bio Inc.). The obtained ligation sample was transformed into E. coli JM109 (DE3) strain to form colonies. From this, E. coli JM109 expressing the LRE gene was extracted.
2.LREタンパク質の精製
LRE遺伝子を発現する大腸菌JM109のコロニーをピックアップし、2mlスケールのLB培地を用いて37℃で24時間プレ培養した。プレ培養した培養液を30mLのLB培地に移し変え26℃で24時間培養を行った。培養の後、遠心分離で菌体を回収し、プロテアーゼインヒビターコンプリート(Roche)を含むLysis Buffer(50mM Tris−HCl (pH8.0), 500mM NaCl)に再度懸濁して超音波破砕した。プロテアーゼインヒビターコンプリート(Roche)は30mLのLysis Bufferに対して1錠加えた。菌体破砕液を遠心分離(10000g、10分、4℃)し、沈査を除去して上清を回収した。Niレジン(Roche)1mLを用いてアフィニティー精製を実施した。上清の全量がカラムを通過するまでの間の操作は全て4℃の条件で行った。400mMイミダゾールを含むLysis Bufferを加え、LREを溶出した。溶出されたサンプルをゲルろ過カラムPD−10(GEヘルスケア)でろ過し、脱塩した。脱塩後のサンプルを限界ろ過(10k)して濃縮した。
2. Purification of LRE protein A colony of E. coli JM109 expressing the LRE gene was picked up and pre-cultured at 37 ° C for 24 hours using 2 ml scale LB medium. The pre-cultured culture solution was transferred to 30 mL of LB medium and cultured at 26 ° C. for 24 hours. After culturing, the cells were collected by centrifugation, suspended again in Lysis Buffer (50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 500 mM NaCl) containing protease inhibitor complete (Roche) and sonicated. One tablet of protease inhibitor complete (Roche) was added to 30 mL of Lysis Buffer. The cell disruption solution was centrifuged (10000 g, 10 minutes, 4 ° C.), the sediment was removed, and the supernatant was recovered. Affinity purification was performed using 1 mL of Ni resin (Roche). All operations until the entire amount of the supernatant passed through the column were performed at 4 ° C. Lysis buffer containing 400 mM imidazole was added to elute LRE. The eluted sample was filtered through a gel filtration column PD-10 (GE Healthcare) and desalted. The sample after desalting was concentrated by ultrafiltration (10 k).
3.発光増強効果の測定
測定のための装置としてLumiFlSpectroCapture(ATTO)を用いて、測定間隔2分間で12時間の実験条件で発光量の経時変化を測定した。測定は3.3μgのLREと精製したCBRルシフェラーゼ(プロメガ社)とを含むA液、および基質を含むB液を測定の直前に混ぜ合わせた。A液は8mM D−システイン、4mM ATP、4mM MgSO4を含む50μLのBuffer A(50mM Tris−HCl (pH8.0), 20mM NaCl)である。B液は2mM D−ルシフェリンを含む50μLのBuffer A(50mM Tris−HCl (pH8.0), 20mM NaCl)である。コントロールとしてLREを含まないC液およびルシフェラーゼを含まないD液を作製し、それぞれ基質を含むB液を測定の直前に混ぜ合わせて発光量を測定した。測定結果を図1および図2に示す。
3. Measurement of Luminescence Enhancement Effect Using a LumiFl SpectroCapture (ATTO) as an apparatus for measurement, a change in luminescence amount with time was measured under an experimental condition of 12 hours at a measurement interval of 2 minutes. For the measurement, A solution containing 3.3 μg of LRE and purified CBR luciferase (Promega) and B solution containing the substrate were mixed immediately before the measurement. Solution A is 50 μL of Buffer A (50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 20 mM NaCl) containing 8 mM D-cysteine, 4 mM ATP, 4 mM MgSO 4 . Solution B is 50 μL of Buffer A (50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 20 mM NaCl) containing 2 mM D-luciferin. As a control, solution C containing no LRE and solution D containing no luciferase were prepared, and each solution B containing a substrate was mixed immediately before the measurement to measure the amount of luminescence. The measurement results are shown in FIGS.
A液+B液(CBR+Kuromado−LRE)、C液+B液(CBR)、およびD液+B液(Kuromado−LRE)のそれぞれの発光量の経時変化を図1に示し、12時間の発光積算量を図2に示す。図1より、LREを添加した発光反応はLREを添加していない発光反応よりも安定した発光反応を示すことがわかる。図2より、該LREを加えることによって、12時間の積算値において既知ルシフェラーゼの発光活性を少なくとも1.3倍以上の増強させることがわかる。また、LREだけでは発光を呈しない。 FIG. 1 shows changes over time in the luminescence amounts of Liquid A + B Liquid (CBR + Kuromado-LRE), Liquid C + B Liquid (CBR), and Liquid D + B Liquid (Kuromado-LRE). It is shown in 2. From FIG. 1, it can be seen that the luminescence reaction to which LRE was added showed a more stable luminescence reaction than the luminescence reaction to which LRE was not added. FIG. 2 shows that the addition of the LRE enhances the luminescence activity of the known luciferase by at least 1.3 times or more in the integrated value for 12 hours. Further, the LRE alone does not emit light.
[例3:新規LREの細胞内での発光増強効果]
ホタルLRE遺伝子を哺乳類細胞でタンパク質発現させるため、その遺伝子をpcDNA3.1(+)ベクター(インビトロジェン)に導入する。遺伝子発現ベクターの構築は標準的な方法に従って実施する。その後、構築した遺伝子発現ベクターを哺乳類細胞へ遺伝子導入し、該タンパク質を発現させた後、細胞中での発光を増強する効果を測定する。詳細を下記に示す。
[Example 3: Intracellular luminescence enhancement effect of novel LRE]
In order to express the firefly LRE gene in a mammalian cell, the gene is introduced into a pcDNA3.1 (+) vector (Invitrogen). Construction of the gene expression vector is carried out according to standard methods. Thereafter, the constructed gene expression vector is introduced into a mammalian cell to express the protein, and then the effect of enhancing luminescence in the cell is measured. Details are shown below.
1.新規ホタルLRE遺伝子の遺伝子発現ベクターへの導入
LRE遺伝子を、pcDNA3.1(+)ベクターの制限酵素サイトBamHI−EcoRI間に導入するため、開始コドンおよびその前に制限酵素BamHI認識配列GGATCCとKozak配列を含むプライマー(配列番号37)、並びに終始コドンおよびその後ろに制限酵素EcoRI認識配列GAATTCを含むプライマー(配列番号38)を作製する。このプライマー対を用いて、ルシフェラーゼ遺伝子の両端に上述の制限酵素認識部位を含んだ断片の増幅を行う。PCRにはポリメラーゼKOD−Plus−(東洋紡績株式会社)を用いて、マニュアルに従って実施する。
1. Introduction of a novel firefly LRE gene into a gene expression vector In order to introduce the LRE gene between the restriction enzyme sites BamHI and EcoRI of the pcDNA3.1 (+) vector, the restriction enzyme BamHI recognition sequence GGATCC and the Kozak sequence are preceded by the start codon. And a primer (SEQ ID NO: 38) containing a stop codon followed by the restriction enzyme EcoRI recognition sequence GAATTC. Using this primer pair, a fragment containing the above-mentioned restriction enzyme recognition sites at both ends of the luciferase gene is amplified. For PCR, polymerase KOD-Plus- (Toyobo Co., Ltd.) is used according to the manual.
最終濃度が等倍の10×PCR Buffer、最終濃度が各0.2mMのdNTP Mixture(各2.5mM)、最終濃度が1.0mMのMgSO4、最終濃度が0.02U/μlのTOYOBO KOD−Plus−(1U/μl)、最終濃度がそれぞれ0.3μMのプライマー対を含む20μlのPCR反応溶液を作製し、そこへ鋳型としてBamHIおよびEcoRIの認識配列を持たないLRE遺伝子(配列番号2)の溶液を0.4μl加える。PCR反応は、最初に94℃2分間の熱変性を行った後、94℃30秒、55℃30秒および68℃2分を30サイクル繰り返し、最後に68℃5分間の伸長反応を行う。PCR反応後、1μlのPCR反応溶液を、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイド染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察する。遺伝子増幅が認められる場合、このPCR反応溶液を通常のエタノール沈殿法により沈殿濃縮し、制限酵素処理用10×H Bufferを4μl、制限酵素BamHI(東洋紡績株式会社)および制限酵素EcoRI(東洋紡績株式会社)を各2μlならびに滅菌脱イオン水32μlを加えて溶解し、37℃で2時間保温して制限酵素処理する。その後、この反応溶液をエタノール沈殿法により沈殿濃縮した後、滅菌脱イオン水に溶解する。この溶液を、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイド染色を行う。紫外線照射下において確認されるDNAバンドを含むゲルを、ナイフを用いて切り出す。この切り出したゲルからWizard(R) SV Gel and PCR Clean−Up System(プロメガ)を用いてDNAを抽出する。これらの操作はマニュアルに従って実施する。その後、Ligation Pack(ニッポンジーン)をマニュアルに従って用いて、あらかじめ同様の方法で制限酵素BamHIと制限酵素EcoRIで処理したpcDNA3.1(+)ベクターに抽出したDNAを導入する。このベクターDNAをDH5α株に形質転換し、コロニーを形成させる。 10 × PCR Buffer with final concentration of 1 ×, final concentration of 0.2 mM dNTP Mixture (2.5 mM each), final concentration of 1.0 mM MgSO 4 , final concentration of 0.02 U / μl TOYOBO KOD− Plus- (1 U / μl), a 20 μl PCR reaction solution containing a primer pair each having a final concentration of 0.3 μM was prepared, and the LRE gene (SEQ ID NO: 2) having no BamHI and EcoRI recognition sequences was used as a template. Add 0.4 μl of solution. In the PCR reaction, after heat denaturation at 94 ° C. for 2 minutes, 94 cycles of 30 ° C., 55 ° C. for 30 seconds and 68 ° C. for 2 minutes are repeated 30 cycles, and finally, an extension reaction at 68 ° C. for 5 minutes is performed. After the PCR reaction, 1 μl of the PCR reaction solution is electrophoresed using a 1% TAE agarose gel. After ethidium bromide staining, the amplified gene band is observed under ultraviolet irradiation. When gene amplification is observed, this PCR reaction solution is precipitated and concentrated by an ordinary ethanol precipitation method, 4 μl of restriction enzyme treatment 10 × H Buffer, restriction enzyme BamHI (Toyobo Co., Ltd.) and restriction enzyme EcoRI (Toyobo Co., Ltd.) 2) each and 32 μl of sterilized deionized water are dissolved, and the mixture is incubated at 37 ° C. for 2 hours for restriction enzyme treatment. Thereafter, the reaction solution is precipitated and concentrated by an ethanol precipitation method and then dissolved in sterilized deionized water. This solution is electrophoresed on a 1% TAE agarose gel and ethidium bromide staining is performed. A gel containing a DNA band identified under ultraviolet irradiation is cut out using a knife. DNA is extracted from this excised gel using Wizard (R) SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega). These operations are performed according to the manual. Thereafter, using Ligation Pack (Nippon Gene) according to the manual, the extracted DNA is introduced into the pcDNA3.1 (+) vector previously treated with restriction enzyme BamHI and restriction enzyme EcoRI by the same method. This vector DNA is transformed into DH5α strain to form colonies.
得られたコロニーを鋳型としてダイレクトコロニーPCRを実施し、pcDNA3.1(+)ベクターに導入したLRE遺伝子を増幅する。ダイレクトコロニーPCRは、T7 promoter Primer(5’−TAA TAC GAC TCA CTA TAG GG−3’:配列番号39)およびT7 Reverse Primer(5’−TAG AAG GCA CAG TCG AGG C−3’:配列番号40)のプライマー対を用いて行う。最終濃度が等倍の10×Ex Taq Buffer(20mM Mg2+plus)、最終濃度が各0.2mMのdNTP Mixture(各2.5mM)、最終濃度が0.05U/μlのTaKaRa Ex Taq(5U/μl)および最終濃度がそれぞれ0.2μMのプライマーを含む10μlのPCR反応溶液を作製し、そこへ鋳型として少量の大腸菌コロニーを加える。PCR反応は、最初に94℃2分間の熱変性を行った後、94℃30秒、50℃30秒および72℃2分を25サイクル繰り返し、最後に72℃5分間の伸長反応を行う。PCR反応後、1μlのPCR反応溶液を、1%TAEアガロースゲルを用いて電気泳動し、エチジウムブロマイド染色後、紫外線照射下で増幅遺伝子のバンドを観察する。 Direct colony PCR is performed using the obtained colony as a template to amplify the LRE gene introduced into the pcDNA3.1 (+) vector. Direct colony PCR was performed using T7 promoter Primer (5′-TAA TAC GAC TCA CTA TAG GG-3 ′: SEQ ID NO: 39) and T7 Reverse Primer (5′-TAG AAG GCA CAG TCG AGG C-3 ′: SEQ ID NO: 40). The primer pairs are used. Final concentration of 10 × Ex Taq Buffer (20 mM Mg 2+ plus), final concentration of 0.2 mM each dNTP Mixture (2.5 mM each), final concentration 0.05 U / μl TaKaRa Ex Taq (5 U / μl) and 10 μl of PCR reaction solution containing primers each having a final concentration of 0.2 μM are prepared, and a small amount of E. coli colony is added thereto as a template. In the PCR reaction, after heat denaturation at 94 ° C. for 2 minutes, 94 cycles of 30 ° C., 50 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes are repeated 25 cycles, and finally, extension reaction at 72 ° C. for 5 minutes is performed. After the PCR reaction, 1 μl of the PCR reaction solution is electrophoresed using a 1% TAE agarose gel. After ethidium bromide staining, the amplified gene band is observed under ultraviolet irradiation.
増幅が確認できたPCR反応溶液について、ダイレクトシークエンシング法を用いてその遺伝子の塩基配列の決定を行う。PCR産物精製キットExoSAP−ITを用いて、PCR反応溶液に含まれる余剰なdNTPおよびプライマーを除去し、PCRダイレクトシークエンシングのための鋳型を調製する。BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kitを用いて、この鋳型を含むシークエンシング反応溶液を調製し、サーマルサイクラーを用いてシークエンシング反応を行う。シークエンスには、ベクタープライマーまたは遺伝子特異的なプライマーを用いる。PCR産物の精製およびシークエンシングはそれぞれマニュアルに従って実施する。シークエンシング反応後、反応産物の精製を次の通りに行う。反応溶液に2.5倍量の100%エタノールを加え、遠心機を用いて核酸を沈殿させる。次に、上精を取り除いた後、70%エタノールを加えて沈殿を洗浄し、遠心機を用いて核酸を沈殿させる。最後に、上精を取り除いた後、沈殿を乾燥させる。精製した沈殿にHi−Di Formamide(アプライドバイオシステムズ)を15μl加え、溶解させる。この溶液を94℃2分間熱変性させ、更に氷上で急冷して、塩基配列を決定するためのサンプルとする。このサンプルをApplied Biosystems 3130xl ジェネティックアナライザを用いて塩基配列を読み取り、正常に遺伝子発現ベクターpcDNA3.1(+)に導入されていることを確認する。 For the PCR reaction solution in which amplification has been confirmed, the base sequence of the gene is determined using the direct sequencing method. Using PCR product purification kit ExoSAP-IT, excess dNTP and primers contained in the PCR reaction solution are removed, and a template for PCR direct sequencing is prepared. A sequencing reaction solution containing this template is prepared using BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit, and a sequencing reaction is performed using a thermal cycler. For the sequence, a vector primer or a gene-specific primer is used. PCR product purification and sequencing are performed according to the respective manuals. After the sequencing reaction, the reaction product is purified as follows. Add 2.5 volumes of 100% ethanol to the reaction solution and precipitate the nucleic acid using a centrifuge. Next, after removing the supernatant, 70% ethanol is added to wash the precipitate, and the nucleic acid is precipitated using a centrifuge. Finally, after removing the upper fine, the precipitate is dried. Add 15 μl of Hi-Di Formatide (Applied Biosystems) to the purified precipitate and dissolve. This solution is heat denatured at 94 ° C. for 2 minutes and further rapidly cooled on ice to prepare a sample for determining the base sequence. The base sequence of this sample is read using an Applied Biosystems 3130xl genetic analyzer to confirm that it has been normally introduced into the gene expression vector pcDNA3.1 (+).
2.新規ホタルLRE遺伝子の哺乳類細胞への導入および発光増強効果の測定
哺乳類細胞中における該LREの発光増強効果を測定するために、pGL4−controlベクター(Promega社)と該LRE遺伝子とを共発現させて発光活性測定を実施する。具体的には、哺乳類細胞に対し、pGL4−controlベクター(0.5μg)および該LRE遺伝子を含むpcDNA3.1(+)ベクター(2.5μg)を導入する(条件2)。比較として、pGL4−controlベクター(0.5μg)およびpcDNA3.1(+)ベクター(2.5μg)を導入したものを用意する(条件1)。条件2において、pcDNA3.1(+)ベクターを加えたのは、pGL4−controlベクターの細胞への形質転換能率を揃えるためである。
2. Introduction of novel firefly LRE gene into mammalian cells and measurement of luminescence enhancement effect In order to measure the luminescence enhancement effect of LRE in mammalian cells, pGL4-control vector (Promega) and the LRE gene were co-expressed. A luminescent activity measurement is performed. Specifically, a pGL4-control vector (0.5 μg) and a pcDNA3.1 (+) vector (2.5 μg) containing the LRE gene are introduced into mammalian cells (condition 2). For comparison, a plasmid into which a pGL4-control vector (0.5 μg) and a pcDNA3.1 (+) vector (2.5 μg) have been introduced is prepared (Condition 1). The reason why the pcDNA3.1 (+) vector was added under the condition 2 is to make the transformation efficiency of the pGL4-control vector into cells uniform.
条件1および2のそれぞれにおいて、35mmディッシュに播種したHeLa細胞に遺伝子導入試薬Lipofectamin2000(Invitrogen)を用いて遺伝子導入する。方法はマニュアルに従って実施する。24時間後PBSで細胞を洗浄する。発光測定のため各ディッシュに500μM D−ルシフェリン/DMEM HEPES培地(Invitrogen)を2mlずつ添加し、クロノス(ATTO)を用いて、36℃、発光計測時間10秒、発光観測間隔3分で20時間連続計測の条件で発光強度を測定する。この測定による結果の予想を、図3および図4に示す。 In each of the conditions 1 and 2, the gene is introduced into HeLa cells seeded in a 35 mm dish using the gene introduction reagent Lipofectamine 2000 (Invitrogen). The method is carried out according to the manual. After 24 hours, the cells are washed with PBS. 2 ml each of 500 μM D-luciferin / DMEM HEPES medium (Invitrogen) was added to each dish for luminescence measurement, and was continuously used for 20 hours at 36 ° C., luminescence measurement time 10 seconds, luminescence observation interval 3 minutes using chronos (ATTO). The light emission intensity is measured under the measurement conditions. The expected results from this measurement are shown in FIGS.
図3は、発光量を一定時間分積算した値を示す。縦軸は発光量である。図3に示される通り、条件1と比較して条件2において高い発光量が得られ、実施形態に係るLREは、既知ルシフェラーゼの発光活性を増強する効果を有することが予想される。 FIG. 3 shows a value obtained by integrating the light emission amount for a certain time. The vertical axis represents the light emission amount. As shown in FIG. 3, a higher amount of luminescence is obtained in condition 2 than in condition 1, and the LRE according to the embodiment is expected to have an effect of enhancing the luminescence activity of known luciferase.
図4は、時間の経過に対する発光量の変化を示す。縦軸は発光量である。図4に示される通り、LREを発現しない場合は、発光量は非常に低い水準で推移するのに対し、LREを発現する場合は、発光量は非常に高い値を示すことが予想される。 FIG. 4 shows the change in the amount of light emitted over time. The vertical axis represents the light emission amount. As shown in FIG. 4, when LRE is not expressed, the amount of luminescence changes at a very low level, whereas when LRE is expressed, the amount of luminescence is expected to be very high.
以上の結果から、既知ルシフェラーゼと実施形態に係るLREとを組み合わせることによって、生細胞中においても継続的に発光増強効果を奏することが予想される。 From the above results, it is expected that the combination of the known luciferase and the LRE according to the embodiment continuously exerts the luminescence enhancing effect even in living cells.
[例4:細胞内での発光増強効果に関する、クロマドボタル由来LREと既知LREとの比較]
クロマドボタル由来LREと既知LREとの間で、細胞内における発光増強効果を比較する。既知のLREとして、特許第04158956号に開示されるヘイケボタルのLRE(Luciola_cruciata_LRE(AB072448):配列番号42)および特許第03891323号に開示されるゲンジボタルのLRE(Luciola_lateralis_LRE(AB072447):配列番号43)を使用する。
[Example 4: Comparison of chromatobotan LRE and known LRE with respect to luminescence enhancement effect in cells]
The effect of enhancing luminescence in cells is compared between the chromatobotanic LRE and the known LRE. Known LREs include Heikebotaru LRE (Luciola cruciata_LRE (AB072448): SEQ ID NO: 42) disclosed in Japanese Patent No. 04158956 and Genji Botanical LRE (Luciola lateris_LRE (Sequence No. AB0743) disclosed in Japanese Patent No. 03891323): To do.
1.発現ベクターの作製
上記の例3に示す手法と同様に、ヘイケボタルLREおよびゲンジボタルLREをpcDNA3.1(+)ベクター(Invitrogen)へ導入し、2種類の既知LRE哺乳類発現ベクターを作製する。
1. Preparation of Expression Vector In the same manner as in Example 3 above, Heike firefly LRE and Genji firefly LRE are introduced into pcDNA3.1 (+) vector (Invitrogen) to prepare two types of known LRE mammalian expression vectors.
Photinus pyralis由来のルシフェラーゼ(Luc2−pGL4ベクター(プロメガ))(配列番号47)の遺伝子およびLucidina accensa由来のルシフェラーゼ(配列番号44および45)の遺伝子を含む発現ベクターは次の通りに作製する。すなわち、各ルシフェラーゼ遺伝子の開始コドンの直前にKozak配列を付与し、pF9A CMV hRLuc neo Flexi vector(Promega)のマルチクローニングサイトのSgfIおよびPmeIのサイト間に挿入する。 An expression vector containing the gene for Lucinase derived from Photinus pyralis (Luc2-pGL4 vector (Promega)) (SEQ ID NO: 47) and the gene for Lucifera accensa (SEQ ID NO: 44 and 45) is prepared as follows. That is, a Kozak sequence is added immediately before the start codon of each luciferase gene, and inserted between the SgfI and PmeI sites of the multicloning site of pF9A CMV hRLuc neo Flexi vector (Promega).
2.新規LREおよび既知LREの細胞内における発光増強効果の測定
それぞれのLREを、以下のようにルシフェラーゼと組み合わせて細胞中に発現させる:
(条件1)クロマドボタル由来LREと高発光型Lucidina accensa由来ルシフェラーゼとの組み合わせ;
(条件2)ヘイケボタル由来LREとPhotinus pyralis由来ルシフェラーゼ(Luc2−pGL4ベクター(プロメガ))との組み合わせ;および
(条件3)ゲンジボタル由来LREとPhotinus pyralis由来ルシフェラーゼ(Luc2−pGL4ベクター(プロメガ))との組み合わせ。
2. Measurement of luminescence enhancement effect of new LRE and known LRE in cells Each LRE is expressed in cells in combination with luciferase as follows:
(Condition 1) A combination of a chromatobotan LRE and a highly luminescent Lucidina accensa luciferase;
(Condition 2) A combination of Heike firefly-derived LRE and Photinus pyralis-derived luciferase (Luc2-pGL4 vector (Promega)); and (Condition 3) A combination of Genji firefly-derived LRE and Photinus pyralis-derived luciferase (Luc2-pGL4 vector (Promega)) .
それぞれの組み合わせにおいて、ルシフェラーゼを含むベクター(0.5μg)および各LRE遺伝子pcDNA3.1(+)ベクター(2.5μg)をHeLa細胞に遺伝子導入する。具体的には、35mmディッシュに播種したHeLa細胞に遺伝子導入試薬FuGENE HD(Promega)を用いて、マニュアルに従って遺伝子導入する。24時間後、PBSで細胞を洗浄する。発光測定のために、各ディッシュに500μM D−ルシフェリン/DMEM HEPES培地(Invitrogen)を2mlずつ添加し、クロノス(ATTO)を用いて、36℃、発光計測時間10秒、発光観測間隔3分で48時間連続計測の条件で発光量を測定する。この測定による結果の予想を、図5および図6に示す。 In each combination, a vector containing luciferase (0.5 μg) and each LRE gene pcDNA3.1 (+) vector (2.5 μg) are introduced into HeLa cells. Specifically, the gene is introduced into HeLa cells seeded in a 35 mm dish using a gene introduction reagent FuGENE HD (Promega) according to the manual. After 24 hours, the cells are washed with PBS. For luminescence measurement, 2 ml of 500 μM D-luciferin / DMEM HEPES medium (Invitrogen) was added to each dish, and the luminescence measurement time was 36 ° C., luminescence measurement time 10 seconds, luminescence observation interval 48 minutes at 3 minutes. The amount of luminescence is measured under the condition of continuous time measurement. The expected results from this measurement are shown in FIGS.
図5に示されるように、既知のルシフェラーゼをクロマドボタル由来LREと組み合わせた場合(条件1)、既知のLREと組み合わせた場合(条件2および3)よりも、非常に高い発光量となることが予想される。 As shown in FIG. 5, when a known luciferase is combined with a chromatobotan LRE (Condition 1), it is expected that the amount of luminescence is much higher than when combined with a known LRE (Conditions 2 and 3). Is done.
また、図6に示されるように、既知のルシフェラーゼをクロマドボタル由来LREと組み合わせた場合(条件1)、既知のLREと組み合わせた場合(条件2および3)よりも、持続的に高い発光量となることが予想される。 In addition, as shown in FIG. 6, when the known luciferase is combined with the chromatobotan LRE (condition 1), the amount of luminescence is continuously higher than when combined with the known LRE (conditions 2 and 3). It is expected that.
[例5:クロマドボタル由来LREを利用した時計遺伝子の解析]
生物には約24時間周期のリズムを制御する体内時計が存在し、これらを理解するために様々な時計遺伝子のプロモーターアッセイが実施されている。生物発光を用いた時計遺伝子の解析には、安定に発光するだけでなく、時計遺伝子のリズムに合わせたスムーズな発光の減衰も不可欠である。クロマドボタル由来LREを利用した発光測定において、発光量を増大させる効果だけでなく、時計遺伝子解析等に求められる位相および振幅の安定化に対する効果を比較する。
[Example 5: Analysis of clock gene using LRE derived from Chromadota firefly]
Organisms have biological clocks that control rhythms of about 24 hours, and various clock gene promoter assays have been performed to understand them. In the analysis of clock genes using bioluminescence, it is indispensable not only to emit light stably, but also to smoothly attenuate the light emission according to the rhythm of the clock gene. In the luminescence measurement using the chromatobotanic LRE, not only the effect of increasing the luminescence amount but also the effect on the stabilization of phase and amplitude required for clock gene analysis and the like are compared.
1.発現ベクターの作製
時計発振遺伝子mPer2遺伝子と、ルシフェラーゼ遺伝子のC末側にタンパク質分解配列であるhCL1とhPESTが配置されているホタルルシフェラーゼレポーターベクターpGL4.12 Vector(Promega)とを用いて、時計遺伝子のレポーター解析を実施する。すなわち、時計遺伝子mPer2のプロモーター(KpnIおよびXhoIの認識サイトを含む)(配列番号48)にルシフェラーゼを連結したレポーター遺伝子mPer2::pGL4.12 Vectorを作製する。具体的には、例4と同様の手法を用いてベクターの制限酵素サイトであるNheIおよびXhoIの間に、mPer2遺伝子を導入して発光解析用の発現ベクターを作製する。
1. Preparation of expression vector Using clock oscillation gene mPer2 gene and firefly luciferase reporter vector pGL4.12 Vector (Promega) in which proteolytic sequences hCL1 and hPEST are arranged on the C-terminal side of luciferase gene, Perform reporter analysis. That is, a reporter gene mPer2 :: pGL4.12 Vector in which a luciferase is linked to the promoter of the clock gene mPer2 (including recognition sites for KpnI and XhoI) (SEQ ID NO: 48) is prepared. Specifically, an expression vector for luminescence analysis is prepared by introducing the mPer2 gene between NheI and XhoI, which are vector restriction enzyme sites, using the same method as in Example 4.
2.クロマドボタル由来LREを利用した発光プロモーター測定
上記の通り作製したmPer2::pGL4.12 Vectorを、以下の組み合わせで用いる:
(1)mPer2::pGL4.12 Vector(0.5μg)とpcDNA3.1(+)ベクター(2.5μg)との組み合わせ;および
(2)mPer2::pGL4.12 Vector(0.5μg)とクロマドボタル由来LRE遺伝子pcDNA3.1(+)ベクター(2.5μg)との組み合わせ。
(1)においてpcDNA3.1(+)ベクターを使用したのは、mPer2::pGL4.12 Vectorの細胞への形質転換能率を揃えるためである。
2. Luminescent promoter measurement using chromatobotan LRE The mPer2 :: pGL4.12 Vector prepared as described above is used in the following combinations:
(1) Combination of mPer2 :: pGL4.12 Vector (0.5 μg) and pcDNA3.1 (+) vector (2.5 μg); and (2) mPer2 :: pGL4.12 Vector (0.5 μg) and chromatobotan Combination with the derived LRE gene pcDNA3.1 (+) vector (2.5 μg).
The reason why the pcDNA3.1 (+) vector was used in (1) is to make the transformation efficiency of mPer2 :: pGL4.12 Vector into cells uniform.
上記のベクターの組み合わせを用いて、35mmディッシュに播種したNIH3T3細胞に、遺伝子導入試薬Lipofectamin2000(Invitrogen)をマニュアルに従って用いて遺伝子導入する。遺伝子導入後24時間の時点において、100nM Dexametazone刺激によって時計遺伝子の発信を同調させる。発光測定は、培養液DMEM−HEPES High Glucose (Gibco 21063−029)に最終濃度500μMD−Luciferinを加え、クロノス(ATTO)を用いて、36℃、発光計測時間10秒、発光観測間隔3分で123時間連続計測の条件で発光強度を測定する。この測定による結果の予想を、図7aおよび図7bに示す。 Using the combination of the above vectors, the gene is introduced into NIH3T3 cells seeded in a 35 mm dish using the gene introduction reagent Lipofectamine 2000 (Invitrogen) according to the manual. At 24 hours after gene transfer, clock gene transmission is synchronized by 100 nM Dexamezone stimulation. Luminescence measurement was performed by adding a final concentration of 500 μMD-Luciferin to culture medium DMEM-HEPES High Glucose (Gibco 21063-029) and using chronos (ATTO) at 36 ° C., luminescence measurement time of 10 seconds, and luminescence observation interval of 3 minutes. The emission intensity is measured under the condition of continuous time measurement. The expected results from this measurement are shown in FIGS. 7a and 7b.
図7aおよび図7bは、時間の経過に対する発光量の変化を示す。縦軸は発光量である。図7aは、観察開始から123時間後までの発現量の変化を示し、図7bは、図7aの破線によって囲まれた区間である、観察開始後40時間から123時間の発現量の変化を示す。これらの図より、LREを使用したレポーターアッセイ(2)では、Dexametazone刺激後120時間の時点のピーク(振幅)を確認することができるが、LREを使用しないレポーターアッセイ(1)では、刺激後60時間の時点におけるピーク(振幅)までしか確認できない。クロマドボタル由来LREを使用することで、長期間にわたって、時計遺伝子発現の振幅および位相を観察できると予想される。 7a and 7b show the change in the amount of light emitted over time. The vertical axis represents the light emission amount. FIG. 7a shows the change in the expression level from 123 hours after the start of observation, and FIG. 7b shows the change in the expression level from 40 hours to 123 hours after the start of observation, which is a section surrounded by the broken line in FIG. 7a. . From these figures, in the reporter assay (2) using LRE, a peak (amplitude) at 120 hours after the stimulation of Dexamezone can be confirmed, but in the reporter assay (1) not using LRE, 60 hours after stimulation. Only the peak (amplitude) at the time point can be confirmed. It is expected that the amplitude and phase of the clock gene expression can be observed over a long period of time using the LRE derived from chromated fireflies.
以上の結果から、既存の発光レポーターアッセイにおいてLREを使用することで、発光量を増大させる効果だけでなく、時計遺伝子解析等に求められる位相と振幅の安定化に対する効果が示されると予想される。 From the above results, it is expected that the use of LRE in the existing luminescence reporter assay will show not only the effect of increasing the amount of luminescence but also the effect on the stabilization of phase and amplitude required for clock gene analysis and the like. .
[例6:クロマドボタル由来LREを利用した時計遺伝子の発光イメージング解析]
例5において、LREを利用した発光レポーターアッセイにおいて、発光シグナルが増強されるだけでなく、位相および振幅の安定化に対する効果が示される。これまで、プロモーター活性量が低いために発光強度が小さい発光試料を顕微鏡により撮像する場合、個々の細胞観察が困難であったり、鮮明な画像を撮影するために露出時間を長くしたりする必要があった。そこで、クロマドボタル由来LREを利用して時計遺伝子を発光イメージング解析する。
[Example 6: Luminescence imaging analysis of clock gene using LRE derived from chromated fireflies]
In Example 5, a luminescent reporter assay utilizing LRE not only enhances the luminescent signal, but also shows effects on phase and amplitude stabilization. Until now, when imaging a luminescent sample with low luminescence intensity due to low promoter activity, it is difficult to observe individual cells, or it is necessary to lengthen the exposure time to capture a clear image. there were. Thus, the clock gene is analyzed for luminescence imaging using chromatobotanic LRE.
1.発現ベクターの作製
例5と同様に、mPer2::pGL4.12 Vectorを作製する。
1. Preparation of Expression Vector As in Example 5, mPer2 :: pGL4.12 Vector is prepared.
2.クロマドボタル由来LREを利用した発光プロモーター測定
35mmディッシュに播種したNIH3T3細胞にmPer2::pGL4.12 Vector(0.5μg)とクロマドボタル由来LRE遺伝子pcDNA3.1(+)ベクター(2.5μg)とを、遺伝子導入試薬Lipofectamin2000(Invitrogen)をマニュアルに従って用いて遺伝子導入する。遺伝子導入後24時間の時点で100nM Dexametazone刺激によって時計遺伝子の発振を同調させる。
2. Luminescent promoter measurement using chromatobotan LRE-derived NIH3T3 cells seeded in 35 mm dishes with mPer2 :: pGL4.12 Vector (0.5 μg) and chromatobotan-derived LRE gene pcDNA3.1 (+) vector (2.5 μg) The gene is introduced using the introduction reagent Lipofectamine 2000 (Invitrogen) according to the manual. At 24 hours after gene transfer, clock gene oscillation is synchronized by 100 nM Dexamezone stimulation.
発光観察のため、培養液DMEM−HEPES High Glucose (Gibco 21063−029)にD−ルシフェリン(プロメガ社製:最終濃度500μM)を加え、発光イメージングシステム LV200(オリンパス(株)製)を使って観察する。発光観察は、30分間隔で25分間露出を行い、90時間にわたるmPer2遺伝子発現量を観察する。対物レンズは20倍、binningは1×1、CCDカメラはIxon(Andor(株)製)を用いる。 For luminescence observation, D-luciferin (manufactured by Promega: final concentration 500 μM) is added to the culture solution DMEM-HEPES High Glucose (Gibco 21063-029), and observation is performed using the luminescence imaging system LV200 (Olympus Corporation). . In luminescence observation, exposure is performed for 25 minutes at 30-minute intervals, and the expression level of mPer2 gene over 90 hours is observed. The objective lens is 20 times, the binning is 1 × 1, and the CCD camera is Ixon (manufactured by Andor).
タイムラプス観察後、撮像した観察画像を保存し、画像解析システム“MetaMorph(モレキュラーデバイス(株)製)”を用いてその観察画像から数値データを解析すると共に、解析した数値データのグラフ化を行う。 After the time lapse observation, the captured observation image is stored, and the numerical data is analyzed from the observation image using an image analysis system “MetaMorph (manufactured by Molecular Device Co., Ltd.)” and the analyzed numerical data is graphed.
取得した画像の予想図を図8に示す。(A)はLV200による観察30分後の明視野画像を示し、(B)はLV200による観察30分後の発光画像を示し、(C)はLV200による観察30分後の明視野画像と発光画像との重ねあわせを示す。細胞の形態情報と併せて、1細胞毎のmPer2遺伝子プロモーター活性、すなわちmPer2の発現量を計測することができる。 An expected view of the acquired image is shown in FIG. (A) shows a bright field image after 30 minutes of observation with LV200, (B) shows a luminescent image after 30 minutes of observation with LV200, and (C) shows a brightfield image and a luminescent image after 30 minutes of observation with LV200. This shows the overlay. Together with cell morphology information, the mPer2 gene promoter activity for each cell, that is, the expression level of mPer2 can be measured.
図9aおよび図9bは、細胞の発光量を数値化した結果の予想である。図9aに示されるように、発光画像から7つのNIH3T3細胞が選択される。各細胞の発光量の時間に対する変化を図9bに示す。 9a and 9b are predictions of the results of quantifying the amount of luminescence of cells. As shown in FIG. 9a, seven NIH3T3 cells are selected from the luminescence image. The change with time of the luminescence amount of each cell is shown in FIG. 9b.
図9bから、細胞ごとに発光量、すなわち時計遺伝子mPer2の発現量が異なることがわかる。このように、LREを使用した発光イメージング観察を行うことで、時計遺伝子のように発現量の弱いプロモーターを用いる場合であっても、細胞ごとにそれらの挙動を観察することができると予想される。 FIG. 9b shows that the amount of luminescence, that is, the expression level of the clock gene mPer2 is different for each cell. Thus, by performing luminescence imaging observation using LRE, it is expected that their behavior can be observed for each cell even when using a promoter with a low expression level such as a clock gene. .
Claims (10)
前記複数の発光画像の各々の前記部分に対応した領域の明るさと、前記部分の状態又は前記生体試料の状態とを関連付けることと
を含む解析方法。 Imaging a biological sample with a portion containing luciferase, luciferin and luciferin regenerating enzyme over time to obtain a plurality of luminescent images;
An analysis method comprising associating brightness of a region corresponding to each part of each of the plurality of luminescent images with a state of the part or a state of the biological sample.
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