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JP7453745B2 - Method for screening peptides that inhibit the activity of toxic proteins and methods for producing toxic proteins - Google Patents

Method for screening peptides that inhibit the activity of toxic proteins and methods for producing toxic proteins Download PDF

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JP7453745B2 JP2019063464A JP2019063464A JP7453745B2 JP 7453745 B2 JP7453745 B2 JP 7453745B2 JP 2019063464 A JP2019063464 A JP 2019063464A JP 2019063464 A JP2019063464 A JP 2019063464A JP 7453745 B2 JP7453745 B2 JP 7453745B2
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Description

本発明は、毒性タンパク質の活性を阻害するペプチドのスクリーニング方法及び毒性タンパク質の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for screening for peptides that inhibit the activity of toxic proteins and a method for producing toxic proteins.

従来より、目的タンパク質をコードする遺伝子を細菌、酵母、昆虫細胞、哺乳類細胞等の宿主細胞に導入し、目的タンパク質を発現させるタンパク質発現系が知られており、タンパク質の構造解析や機能解析に利用されている。しかしながら、かかる発現系を用いて毒性タンパク質を発現させると、宿主細胞に対する毒性のため、形質転換体が十分量あるいは全く得られず、タンパク質合成を行うことが困難である場合があった。 Conventionally, protein expression systems have been known in which a gene encoding a target protein is introduced into host cells such as bacteria, yeast, insect cells, mammalian cells, etc. to express the target protein, and these systems are used for structural and functional analysis of proteins. has been done. However, when such an expression system is used to express a toxic protein, there are cases in which transformants cannot be obtained in sufficient quantities or at all due to toxicity to host cells, making it difficult to perform protein synthesis.

タンパク質発現系を利用した毒性タンパク質の発現方法としては、これまでにいくつかの手法が提案されている。まず、毒性タンパク質の発現誘導前の基底発現を抑制し、その毒性を低減させる手法が知られており、具体的には、培地へのアラビノース添加の有無により、大腸菌内でのベクターのコピー数を制御し、大腸菌内にて毒性タンパク質の発現誘導前の基底発現を抑制する方法(非特許文献1)、タンパク質発現に使用されるT7 RNAポリメラーゼに対する阻害作用を持つT7リゾチームを微量発現する大腸菌株を使用して、毒性タンパク質の発現誘導前の基底発現を抑制する方法(非特許文献2)等が報告されている。また、毒性に対して抵抗性を有する大腸菌株を利用する方法(非特許文献3)が報告されている。しかしながら、これらの方法は、強い毒性を有するタンパク質には適用できない。また、無細胞合成系を用いる方法(特許文献1)も報告されているが、研究試薬を用いる合成ゆえに収量あたりの費用がかさみ、大量生産には向かない。さらに、宿主細胞の生物種を変更することで、元の宿主細胞で発生した毒性を回避できる可能性もあるが、適切な宿主細胞の選抜に時間を要し、また煩雑である。よって、工業生産という観点から、大腸菌等の大量培養が可能な宿主細胞を用いて簡便に大量生産を行う技術の開発が望まれている。 Several methods have been proposed so far for expressing toxic proteins using protein expression systems. First, there is a known method to suppress the basal expression of a toxic protein before inducing its expression, thereby reducing its toxicity. A method for controlling and suppressing the basal expression of toxic proteins in E. coli before induction of expression (Non-patent Document 1); A method for suppressing the basal expression of a toxic protein before inducing its expression (Non-Patent Document 2) has been reported. Furthermore, a method using an E. coli strain that is resistant to toxicity has been reported (Non-Patent Document 3). However, these methods cannot be applied to proteins with strong toxicity. Additionally, a method using a cell-free synthesis system (Patent Document 1) has been reported, but because the synthesis uses research reagents, the cost per yield is high and it is not suitable for mass production. Furthermore, by changing the biological species of the host cell, it may be possible to avoid the toxicity that occurred in the original host cell, but selecting an appropriate host cell is time-consuming and complicated. Therefore, from the viewpoint of industrial production, there is a need for the development of a technique for easily carrying out mass production using host cells such as E. coli that can be cultured in large quantities.

一方、タンパク質の阻害剤開発においては、標的タンパク質に阻害能を示す化合物を、莫大な数の化合物ライブラリーよりスクリーニングする方法が知られている。しかしながら、標的タンパク質の単離、精製を必要とし、ライブラリーの構築や維持のための多額の資金や、スクリーニングのための多くのマンパワーをも要する。また、標的タンパク質に結合するペプチドを探索するファージディスプレイ法等(非特許文献4)も知られているが、標的タンパク質に結合する分子は取得できるものの、阻害能を有することまでは保証されず、別途阻害能を評価する必要がある。よって、タンパク質の阻害剤を簡便に効率よく探索できる方法が望まれている。 On the other hand, in the development of protein inhibitors, a method is known in which a vast number of compound libraries are screened for compounds that exhibit inhibitory ability against target proteins. However, it requires isolation and purification of the target protein, a large amount of money for library construction and maintenance, and a lot of manpower for screening. Additionally, phage display methods and the like (Non-Patent Document 4) are known to search for peptides that bind to target proteins, but although molecules that bind to target proteins can be obtained, it is not guaranteed that they will have inhibitory ability. It is necessary to separately evaluate the inhibitory ability. Therefore, a method that can simply and efficiently search for protein inhibitors is desired.

ピエリシン-1(Pierisin-1)は、モンシロチョウのさなぎより見出された、全長約98kDaのタンパク質である。触媒ドメインであるN末端ドメイン、自己阻害ペプチド、及び細胞膜上の糖脂質との結合を担うC末端ドメインからなり、NADを補酵素として、DNAのグアノシンをADPリボシル化し、細胞をアポトーシスへと導く酵素である(非特許文献5、6)。特筆すべきは、その細胞傷害活性の高さである。モンシロチョウのさなぎより精製したピエリシン-1は、各種培養細胞に対し、細胞種により幅はあるものの、強いものではIC50値がfMオーダーという非常に強力な細胞傷害活性を示す(非特許文献5)。そのため、ピエリシン-1は、抗がん剤のシードとして非常に魅力的な素材である。 Pierisin-1 is a protein with a total length of about 98 kDa that was discovered in the pupa of the cabbage butterfly. Consists of an N-terminal domain that is a catalytic domain, an autoinhibitory peptide, and a C-terminal domain that is responsible for binding to glycolipids on the cell membrane. Using NAD + as a coenzyme, it ADP-ribosylates guanosine in DNA and leads cells to apoptosis. It is an enzyme (Non-patent Documents 5, 6). What is noteworthy is its high cytotoxic activity. Piericin-1 purified from cabbage butterfly pupa exhibits extremely strong cytotoxic activity against various cultured cells, with IC 50 values on the fM order, although the activity varies depending on the cell type (Non-Patent Document 5) . Therefore, pierisin-1 is a very attractive material as a seed for anticancer drugs.

国際公開第2016/068294号International Publication No. 2016/068294

Mesa-Pereira B. et al. Sci Rep. 2017, 7(1): 3069Mesa-Pereira B. et al. Sci Rep. 2017, 7(1): 3069 Studier F.W. J. Mol. Biol. 1991, 219(1): 37-44Studier F.W. J. Mol. Biol. 1991, 219(1): 37-44 Dumon-Seignovert L. et al. Protein Expr Purif. 2004, 37(1): 203-206Dumon-Seignovert L. et al. Protein Expr Purif. 2004, 37(1): 203-206 伊藤 祐二他, 生物物理 2008, 48(5): 294-298Yuji Ito et al., Biophysics 2008, 48(5): 294-298 Kono T et al. Cancer Lett. 1999; 137(1): 75-81Kono T et al. Cancer Lett. 1999; 137(1): 75-81 Watanabe M et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999; 96(19): 10608-10613Watanabe M et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999; 96(19): 10608-10613

毒性タンパク質を宿主細胞にて発現させるには、毒性タンパク質の活性を阻害した状態で発現させる必要があると考えられた。よって、本発明の課題は、毒性タンパク質の活性を阻害する物質をスクリーニングするとともに、該物質を利用して毒性タンパク質を製造する方法を提供することにある。 In order to express toxic proteins in host cells, it was thought that it was necessary to express them in a state where the activity of the toxic proteins was inhibited. Therefore, an object of the present invention is to screen for substances that inhibit the activity of toxic proteins, and to provide a method for producing toxic proteins using the substances.

そこで本発明者らは、上記課題に鑑み、毒性タンパク質であるピエリシン-1と、ピエリシン-1の活性を阻害し得る物質としてペプチドに注目し、阻害ペプチドを探索するとともに、該阻害ペプチドを利用して宿主細胞にてピエリシン-1を発現させるべく、鋭意検討を行った。その結果、ピエリシン-1、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドをコードする遺伝子が組み込まれたベクターを含むベクターライブラリーで宿主細胞を形質転換し、形質転換された宿主細胞を培養したところ、コロニーが得られること、該コロニーにてピエリシン-1が発現していること、該コロニーを形成する細胞に導入されたベクター中のペプチドがピエリシン-1の毒性を阻害するペプチドとして機能することを見出し、本発明を完成した。 Therefore, in view of the above-mentioned problems, the present inventors focused on the toxic protein Piericin-1 and peptides as substances that can inhibit the activity of Piericin-1, searched for inhibitory peptides, and utilized the inhibitory peptides. We conducted extensive studies to express piericin-1 in host cells. As a result, when host cells were transformed with a vector library containing vectors containing piericin-1, a protease recognition sequence, and a gene encoding an arbitrary peptide, and the transformed host cells were cultured, colonies were found. We have discovered that piericin-1 is obtained, that piericin-1 is expressed in the colony, and that the peptide in the vector introduced into the cells forming the colony functions as a peptide that inhibits the toxicity of piericin-1. Completed the invention.

すなわち、本発明は、以下の〔1〕~〔11〕を提供するものである。
〔1〕毒性タンパク質及び任意のペプチドをコードする遺伝子、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドをコードする遺伝子が組み込まれたベクターを含むベクターライブラリーで宿主細胞を形質転換する工程と、
形質転換された前記宿主細胞を培養してコロニーを得る工程と、
を含むことを特徴とする、毒性タンパク質の活性を阻害するペプチドのスクリーニング方法。
〔2〕前記宿主細胞が大腸菌である〔1〕のスクリーニング方法。
〔3〕前記ペプチドの長さが3~50アミノ酸である〔1〕又は〔2〕のスクリーニング方法。
〔4〕前記ペプチドが少なくとも2つのシステインを含むものである〔1〕~〔3〕のスクリーニング方法。
〔5〕毒性タンパク質及び任意のペプチドをコードする遺伝子、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドをコードする遺伝子が組み込まれたベクターを含むベクターライブラリーで宿主細胞を形質転換する工程と、
形質転換された前記宿主細胞を培養してコロニーを得る工程と、
毒性タンパク質を単離する工程と、
を含むことを特徴とする、毒性タンパク質の製造方法。
〔6〕前記宿主細胞が大腸菌である〔5〕の製造方法。
〔7〕前記ペプチドの長さが3~50アミノ酸である〔5〕又は〔6〕の製造方法。
〔8〕前記ペプチドが少なくとも2つのシステインを含むものである〔5〕~〔7〕の製造方法。
〔9〕〔5〕~〔8〕の製造方法により製造されたピエリシン-1。
〔10〕配列番号1のアミノ酸配列からなるペプチド、配列番号2のアミノ酸配列からなるペプチド、及び配列番号3のアミノ酸配列からなるペプチドよりなる群から選択される1以上を有効成分として含有するピエリシン-1の毒性阻害剤。
〔11〕毒性タンパク質及び任意のペプチドをコードする遺伝子、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドをコードする遺伝子が組み込まれたベクターを含むベクターライブラリー。
That is, the present invention provides the following [1] to [11].
[1] Transforming a host cell with a vector library containing a gene encoding a toxic protein and any peptide, or a vector library containing a vector into which a gene encoding a toxic protein, a protease recognition sequence, and any peptide is integrated;
culturing the transformed host cells to obtain colonies;
A method of screening for a peptide that inhibits the activity of a toxic protein, the method comprising:
[2] The screening method of [1], wherein the host cell is E. coli.
[3] The screening method of [1] or [2], wherein the peptide has a length of 3 to 50 amino acids.
[4] The screening method of [1] to [3], wherein the peptide contains at least two cysteines.
[5] Transforming a host cell with a vector library containing a gene encoding a toxic protein and any peptide, or a vector library containing a vector into which a gene encoding a toxic protein, a protease recognition sequence, and any peptide is integrated;
culturing the transformed host cells to obtain colonies;
isolating the toxic protein;
A method for producing a toxic protein, comprising:
[6] The method for producing [5], wherein the host cell is E. coli.
[7] The method for producing [5] or [6], wherein the peptide has a length of 3 to 50 amino acids.
[8] The production method of [5] to [7], wherein the peptide contains at least two cysteines.
[9] Pierisin-1 produced by the production method of [5] to [8].
[10] Piericin containing as an active ingredient one or more selected from the group consisting of a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, and a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3. 1 toxicity inhibitor.
[11] A vector library containing a gene encoding a toxic protein and any peptide, or a vector into which a gene encoding a toxic protein, a protease recognition sequence, and any peptide has been integrated.

本発明の方法によれば、毒性のため従来の宿主細胞を用いるタンパク質発現系での発現が困難であった毒性タンパク質について、その活性を阻害するペプチドを宿主細胞内で簡便に効率よくスクリーニングできるとともに、該毒性タンパク質を発現させ、大量生産することができる。本発明の方法は、毒性タンパク質の発現が困難なために、阻害剤スクリーニングを行うことができず、創薬研究が実施困難な毒性タンパク質に対して、タンパク質の発現と阻害剤の取得を同時に行うことができる系として非常に有用である。 According to the method of the present invention, it is possible to easily and efficiently screen in host cells for peptides that inhibit the activity of toxic proteins that are difficult to express in conventional protein expression systems using host cells due to their toxicity. , the toxic protein can be expressed and produced in large quantities. The method of the present invention simultaneously expresses proteins and obtains inhibitors for toxic proteins for which it is difficult to perform inhibitor screening and drug discovery research is difficult due to the difficulty of expressing toxic proteins. It is very useful as a system that can do this.

取得したコロニーを用いたwestern blottingによるタンパク質発現を示す図である。コントロールは、無細胞合成系にて合成したピエリシン-1のN末端ドメイン(1-233残基)である。FIG. 3 is a diagram showing protein expression by western blotting using the obtained colonies. The control was the N-terminal domain (residues 1-233) of piericin-1 synthesized using a cell-free synthesis system. フォワードプライマーを用いたシーケンス解析結果の図である。実線で囲んだ部分がピエリシン-1の配列、破線で囲んだ部分がプロテアーゼ認識配列、二重線で囲んだ部分がペプチド配列である。It is a figure of the sequence analysis result using a forward primer. The part surrounded by a solid line is the piericin-1 sequence, the part surrounded by a broken line is the protease recognition sequence, and the part surrounded by a double line is the peptide sequence. リバースプライマーを用いたシーケンス解析結果の図である。実線で囲んだ部分がピエリシン-1の配列、破線で囲んだ部分がプロテアーゼ認識配列、二重線で囲んだ部分がペプチド配列である。It is a figure of the sequence analysis result using a reverse primer. The part surrounded by a solid line is the piericin-1 sequence, the part surrounded by a broken line is the protease recognition sequence, and the part surrounded by a double line is the peptide sequence. 取得したコロニーを用いたwestern blottingによるタンパク質発現を示す図である。コントロールは、無細胞合成系にて合成したピエリシン-1のN末端ドメイン(1-233残基)である。FIG. 3 is a diagram showing protein expression by western blotting using the obtained colonies. The control was the N-terminal domain (residues 1-233) of piericin-1 synthesized using a cell-free synthesis system. リバースプライマーを用いたシーケンス解析結果の図である。実線で囲んだ部分がピエリシン-1の配列、破線で囲んだ部分がプロテアーゼ認識配列、二重線で囲んだ部分がペプチド配列である。It is a figure of the sequence analysis result using a reverse primer. The part surrounded by a solid line is the piericin-1 sequence, the part surrounded by a broken line is the protease recognition sequence, and the part surrounded by a double line is the peptide sequence. リバースプライマーを用いたシーケンス解析結果の図である。実線で囲んだ部分がピエリシン-1の配列、破線で囲んだ部分がプロテアーゼ認識配列、二重線で囲んだ部分がペプチド配列である。It is a figure of the sequence analysis result using a reverse primer. The part surrounded by a solid line is the piericin-1 sequence, the part surrounded by a broken line is the protease recognition sequence, and the part surrounded by a double line is the peptide sequence.

本明細書において、アミノ酸配列及び塩基配列の同一性(相同性)は、遺伝情報処理ソフトウェアGENETYX(ゼネティックス社製)を用いたLipman-Pearson法(Lipman, D. J. and Pearson,W. R. 1985. Rapid and sensitive protein similarity searches. Science227:1435-1441)によるホモロジー解析(Search homology)プログラムを用いることができる。パラメーターとしては、Unit Size to compare=2、Pick up Location=5とし、結果を%表示させて行う。 In this specification, the identity (homology) of amino acid sequences and base sequences is determined by the Lipman-Pearson method (Lipman, D. J. and Pearson, W. R. 1985. Rapid and sensitive protein) using genetic information processing software GENETYX (manufactured by Genetics). A homology analysis (Search homology) program can be used. The parameters are Unit Size to compare=2, Pick up Location=5, and the results are displayed as a percentage.

また、遺伝子とは、2本鎖DNAのみならず、それを構成するセンス鎖及びアンチセンス鎖といった各1本鎖DNAを包含する趣旨であり、またその長さに何ら制限されるものではない。また、ポリヌクレオチドとしては、RNA、DNAを例示でき、DNAは、cDNA、ゲノムDNA、合成DNAを包含する。 Furthermore, the term "gene" is intended to include not only double-stranded DNA but also single-stranded DNA such as the sense strand and antisense strand that constitute it, and is not limited in any way to its length. Examples of polynucleotides include RNA and DNA, and DNA includes cDNA, genomic DNA, and synthetic DNA.

本発明の方法は、毒性タンパク質の活性を阻害するペプチドのスクリーニング方法であるという側面と、毒性タンパク質の製造方法であるという側面を有し、毒性タンパク質及び任意のペプチドをコードする遺伝子、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドをコードする遺伝子が組み込まれたベクターを含むベクターライブラリーで宿主細胞を形質転換する工程(第一の工程)と、形質転換された前記宿主細胞を培養してコロニーを得る工程(第二の工程)とを含む。毒性タンパク質の製造方法においては、さらに、毒性タンパク質を単離する工程(第三の工程)を含む。 The method of the present invention has aspects of being a screening method for peptides that inhibit the activity of toxic proteins and aspects of being a method for producing toxic proteins, and includes genes encoding toxic proteins and arbitrary peptides, or toxic proteins. , a step of transforming a host cell with a vector library containing a vector into which a gene encoding a protease recognition sequence and an arbitrary peptide has been integrated (first step), and culturing the transformed host cell. and a step of obtaining colonies (second step). The method for producing a toxic protein further includes a step of isolating the toxic protein (third step).

本発明の方法では、毒性タンパク質及び任意のペプチドを宿主細胞に導入して同時に発現させる。該任意のペプチドが毒性タンパク質の活性を阻害する機能を有している場合には、宿主細胞中で活性が阻害された状態の毒性タンパク質が発現されるため、形質転換体のコロニーが得られる。一方、該任意のペプチドがかかる機能を有していない場合には、宿主細胞中で毒性タンパク質が活性を保持したまま発現される結果、宿主細胞が死滅し、コロニーは得られない。すなわち、本発明の方法では、宿主細胞の生死判定に基づき、毒性タンパク質に対し阻害活性を示すペプチドを取得できるとともに、宿主細胞中で毒性タンパク質を発現させることができる。ここで、「任意のペプチドが毒性タンパク質の活性を阻害する」とは、該任意のペプチドが該毒性タンパク質と相互作用し、該毒性タンパク質の活性を低下又は消失させることをいう。 In the method of the invention, a toxic protein and any peptide are introduced into a host cell and expressed simultaneously. When the arbitrary peptide has the function of inhibiting the activity of the toxic protein, the toxic protein with its activity inhibited is expressed in the host cell, and a colony of transformants can be obtained. On the other hand, if the arbitrary peptide does not have such a function, the toxic protein is expressed in the host cell while retaining its activity, resulting in the host cell dying and no colony being obtained. That is, in the method of the present invention, it is possible to obtain a peptide that exhibits inhibitory activity against a toxic protein based on the determination of whether the host cell is alive or dead, and it is also possible to express the toxic protein in the host cell. Here, "an arbitrary peptide inhibits the activity of a toxic protein" means that the arbitrary peptide interacts with the toxic protein and reduces or eliminates the activity of the toxic protein.

本発明の方法の第一の工程は、毒性タンパク質及び任意のペプチド、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドという2又は3のコンポーネントからなる融合タンパク質をコードする遺伝子を含むコンストラクトを作製し、該コンストラクトをタンパク質発現用のベクターに組み込み、得られた任意のペプチドの配列が異なる複数のベクターを含むベクターライブラリーを用いて宿主細胞を形質転換する工程である。 The first step of the method of the invention is to create a construct containing a gene encoding a toxic protein and an optional peptide, or a fusion protein consisting of two or three components: a toxic protein, a protease recognition sequence, and an optional peptide. , the construct is inserted into a vector for protein expression, and a host cell is transformed using the obtained vector library containing a plurality of vectors having different sequences of arbitrary peptides.

本発明において、毒性タンパク質とは、該毒性タンパク質を宿主細胞で発現させた場合に、何らかの形で、宿主細胞に病理的な変化をもたらし、直接的な細胞の殺傷害にとどまらず、DNAの切断や塩基の二量体の形成、染色体の切断、細胞分裂装置の損傷、各種酵素活性の低下等といった、細胞の構造や機能上の損傷をもたらすタンパク質をいう。毒性タンパク質としては、特に限定されないが、例えば、プロテアーゼやヌクレアーゼ等の宿主細胞の生命活動の維持に必須の成分の分解酵素、コリシン等のバクテリオシン、ジフテリア毒素等のタンパク質性毒素等が挙げられる。また、毒性を保持する限り、毒性タンパク質の触媒ドメイン等の部分タンパク質も包含される。本発明の方法では、毒性タンパク質の活性を阻害するペプチドをスクリーニングする観点から、毒性タンパク質の活性を阻害する自己阻害ペプチドを有する毒性タンパク質が好ましく、この場合、自己阻害ペプチドよりも強力に活性を阻害するペプチドをスクリーニングすることも可能である。
後記実施例では、毒性タンパク質として、モンシロチョウのさなぎより単離されたピエリシン-1、具体的には配列番号4のアミノ酸配列の1~233位で示されるアミノ酸配列からなるピエリシン-1のN末端触媒ドメイン、を用いているが、毒性タンパク質はこれに限定されるものではない。ピエリシン-1は、DNAのグアノシンをADPリボシル化し、細胞をアポトーシスへと導く酵素である。ピエリシン-1は、細胞傷害活性が高いことが知られており、例えば、従来の遺伝子組換え技術により大腸菌を形質転換して合成させようとしても、大腸菌が死滅するため形質転換体を取得できず、タンパク質合成を行うことができなかった。本発明の方法によると、ピエリシン-1の活性を阻害するペプチドをスクリーニングでき、かつピエリシン-1の製造が可能となる。
In the present invention, a toxic protein refers to a toxic protein that, when expressed in a host cell, causes some form of pathological change in the host cell, not only directly killing the cell but also causing DNA cleavage. Proteins that cause structural and functional damage to cells, such as the formation of base dimers, chromosome breakage, damage to the cell division apparatus, and reduction in various enzyme activities. Examples of toxic proteins include, but are not particularly limited to, degrading enzymes such as proteases and nucleases that are essential components for maintaining the life activities of host cells, bacteriocins such as colicin, and proteinaceous toxins such as diphtheria toxin. Also included are partial proteins such as the catalytic domain of toxic proteins, as long as they retain toxicity. In the method of the present invention, from the viewpoint of screening for peptides that inhibit the activity of toxic proteins, a toxic protein having an autoinhibitory peptide that inhibits the activity of the toxic protein is preferable, and in this case, a toxic protein that inhibits the activity more strongly than the autoinhibitory peptide. It is also possible to screen for peptides that
In the Examples described later, the toxic protein is Piericin-1 isolated from the pupa of the cabbage butterfly, specifically the N-terminal catalyst of Piericin-1 consisting of the amino acid sequence shown at positions 1 to 233 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4. domain, but the toxic protein is not limited to this. Piericin-1 is an enzyme that ADP-ribosylates guanosine in DNA and leads cells to apoptosis. Piericin-1 is known to have high cytotoxic activity, and even if attempts were made to synthesize it by transforming E. coli using conventional genetic recombination techniques, it would be impossible to obtain transformants because the E. coli would die. , protein synthesis could not be performed. According to the method of the present invention, it is possible to screen for peptides that inhibit the activity of Piericin-1, and it is also possible to produce Piericin-1.

本発明において、プロテアーゼ認識配列とは、配列特異的にタンパク質を切断するプロテアーゼの認識配列をいう。プロテアーゼとしては、タンパク質の構造が安定である温度範囲(例えば4~37℃)及びpH範囲(例えばpH5.5~9.0)で活性を示すプロテアーゼが好ましい。かかるプロテアーゼとして市販の酵素を使用してもよく、例えば、7アミノ酸からなる配列ENLYFQG(配列番号6)又はENLYFQS(配列番号7)を認識し、QとG又はSの間を切断するTEVプロテアーゼ(Applied Biological Materials Inc.製)、8アミノ酸からなる配列LEVLFQGP(配列番号8)を認識し、QとGの間を切断するHRV 3Cプロテアーゼ(タカラバイオ株式会社製)等が例示される。 In the present invention, a protease recognition sequence refers to a protease recognition sequence that cleaves proteins in a sequence-specific manner. The protease is preferably a protease that exhibits activity in a temperature range (eg, 4 to 37°C) and a pH range (eg, pH 5.5 to 9.0) in which the protein structure is stable. Commercially available enzymes may be used as such proteases; for example, TEV protease ( Applied Biological Materials Inc.), HRV 3C protease (Takara Bio Inc.) which recognizes the sequence LEVLFQGP (SEQ ID NO: 8) consisting of 8 amino acids and cleaves between Q and G, and the like.

本発明において、任意のペプチドとは、任意のアミノ酸配列からなる、毒性タンパク質の活性を阻害するペプチドの候補となるペプチドである。ペプチドの長さは、特に限定されないが、通常3~50アミノ酸であり、5~40アミノ酸が好ましく、8~30アミノ酸がより好ましく、10~20アミノ酸が特に好ましい。ペプチドを構成するアミノ酸配列は、特に限定されず、ペプチドの配列長が15アミノ酸であると仮定すると、理論上、2015種類の任意のアミノ酸配列が可能である。このようなペプチドのうち、還元環境の違いをいかしてペプチドのフォールディングを変化させる観点から、システイン(Cys)を2つ以上含むペプチドが好ましく、CysとCysの間隔が3アミノ酸以上8アミノ酸以下あいているペプチドがより好ましく、1、7、13及び17番目のアミノ酸がCysであるペプチドがさらに好ましい。 In the present invention, an arbitrary peptide is a peptide that has an arbitrary amino acid sequence and is a candidate for a peptide that inhibits the activity of a toxic protein. The length of the peptide is not particularly limited, but is usually 3 to 50 amino acids, preferably 5 to 40 amino acids, more preferably 8 to 30 amino acids, and particularly preferably 10 to 20 amino acids. The amino acid sequence constituting the peptide is not particularly limited, and assuming that the length of the peptide is 15 amino acids, theoretically any 2015 amino acid sequences are possible. Among such peptides, peptides containing two or more cysteines (Cys) are preferable from the viewpoint of changing the folding of the peptide by taking advantage of the difference in the reducing environment, and the interval between Cys is 3 to 8 amino acids. More preferred are peptides in which the 1st, 7th, 13th and 17th amino acids are Cys.

毒性タンパク質及び任意のペプチド、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドという2又は3のコンポーネントからなる融合タンパク質をコードする遺伝子を含むコンストラクトは、通常の遺伝子工学的手法により作製すればよく、例えば、毒性タンパク質をコードする塩基配列及び任意のペプチドをコードする塩基配列、又は毒性タンパク質をコードする塩基配列、プロテアーゼ認識配列をコードする塩基配列、及び任意のペプチドをコードする塩基配列の情報をもとにフォワードプライマー及びリバースプライマーを設計し、毒性タンパク質を産生する生物のDNAを鋳型として常法のPCR法にて容易に得ることができる。
ここで、毒性タンパク質をコードする塩基配列及び任意のペプチドをコードする塩基配列、又は毒性タンパク質をコードする塩基配列、プロテアーゼ認識配列をコードする塩基配列、及び任意のペプチドをコードする塩基配列は、発現可能に連結されていることを必要とする。「発現可能に連結されている」とは、これらの塩基配列を含むコンストラクトが、適切なプロモーターを含むベクターに挿入され、該ベクターが適切な宿主細胞に導入された場合に、毒性タンパク質及び任意のペプチドを含む融合タンパク質、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドを含む融合タンパク質が生産されることをいう。また、「連結」とは、上記の2又は3の塩基配列が直接結合している場合も、他の塩基配列を介して結合している場合も含む概念である。各塩基配列の連結順は、プロテアーゼ認識配列をコードする塩基配列を含む場合に、該配列が毒性タンパク質をコードする塩基配列及び任意のペプチドをコードする塩基配列に挟まれるように配置されている限り、特に制限されない。コンストラクト作製時には、連結順に応じて、フォワードプライマー及びリバースプライマーを適宜設計すればよい。
以下に、該コンストラクトのより具体的な作製方法の一例について説明するが、該コンストラクトの作製方法は、なんらこれに限定されるものではない。
A construct containing a gene encoding a toxic protein and any peptide, or a fusion protein consisting of two or three components: a toxic protein, a protease recognition sequence, and any peptide, may be produced by conventional genetic engineering techniques. For example, information on a base sequence encoding a toxic protein and a base sequence encoding any peptide, or a base sequence encoding a toxic protein, a base sequence encoding a protease recognition sequence, and a base sequence encoding any peptide. Forward primers and reverse primers can be easily obtained by designing a forward primer and a reverse primer and using the DNA of an organism that produces the toxic protein as a template by a conventional PCR method.
Here, a base sequence encoding a toxic protein and a base sequence encoding any peptide, or a base sequence encoding a toxic protein, a base sequence encoding a protease recognition sequence, and a base sequence encoding any peptide are expressed as Requires that it be possible to connect. "Expressibly linked" means that when a construct containing these base sequences is inserted into a vector containing an appropriate promoter and the vector is introduced into an appropriate host cell, toxic proteins and any Refers to the production of a fusion protein that includes a peptide, or a fusion protein that includes a toxic protein, a protease recognition sequence, and any peptide. Moreover, "linking" is a concept that includes both the case where the two or three base sequences described above are directly bonded, and the case where they are bonded via another base sequence. The order in which each base sequence is linked is as long as it includes a base sequence that encodes a protease recognition sequence, so long as the sequence is sandwiched between a base sequence that encodes a toxic protein and a base sequence that encodes any peptide. , not particularly limited. When constructing a construct, forward primers and reverse primers may be appropriately designed depending on the order of ligation.
An example of a more specific method for producing the construct will be described below, but the method for producing the construct is not limited thereto.

毒性タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列は、該毒性タンパク質を産生する生物のDNAのシーケンス情報、既知のデータベースの塩基配列情報等を参考に得ればよい。毒性タンパク質をコードする遺伝子としては、上記で得られる塩基配列からなる遺伝子の他、該塩基配列において1若しくは数個の塩基が欠失、挿入、置換若しくは付加された塩基配列からなり、且つ毒性を有するタンパク質をコードする遺伝子、該塩基配列と85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上の同一性を有する塩基配列からなり、且つ毒性を有するタンパク質をコードする遺伝子も包含される。ここで、1若しくは数個とは、好ましくは1~20個、より好ましくは1~10個をいう。 The base sequence of a gene encoding a toxic protein may be obtained by referring to DNA sequence information of an organism that produces the toxic protein, base sequence information from a known database, or the like. Genes encoding toxic proteins include, in addition to genes consisting of the base sequences obtained above, genes consisting of base sequences in which one or several bases have been deleted, inserted, substituted, or added, and which are toxic. Genes that encode proteins that have a base sequence that has an identity of 85% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more with the base sequence, and that encode toxic proteins are also included. . Here, one or several pieces preferably means 1 to 20 pieces, more preferably 1 to 10 pieces.

プロテアーゼ認識配列をコードする塩基配列は、使用するプロテアーゼの認識配列を構成するアミノ酸配列を塩基配列に変換して得ればよい。アミノ酸配列を塩基配列に変換する際には、形質転換に用いる宿主細胞におけるコドンの使用頻度を考慮して変換するのが好ましい。 The base sequence encoding the protease recognition sequence may be obtained by converting the amino acid sequence constituting the recognition sequence of the protease used into a base sequence. When converting an amino acid sequence into a base sequence, it is preferable to take into consideration the frequency of codon usage in the host cell used for transformation.

任意のペプチドをコードする塩基配列は、ペプチド長に対応する数の塩基からなる任意の塩基配列であり、塩基の種類は限定されない。任意のペプチド中にCysを含む場合は、相当する位置の塩基配列がCysをコードするコドンの配列となるようにすればよい。 The base sequence encoding any peptide is any base sequence consisting of the number of bases corresponding to the length of the peptide, and the types of bases are not limited. When any peptide contains Cys, the base sequence at the corresponding position may be a codon sequence encoding Cys.

フォワードプライマーは、毒性タンパク質をコードする遺伝子の5’末端の開始コドンを含む塩基配列からなるオリゴヌクレオチドを好適に用いることができる。一方、リバースプライマーは、任意のペプチドをコードする塩基配列と相補的な配列及び毒性タンパク質をコードする遺伝子の3’末端の終止コドンを除く塩基配列と相補的な配列、又は任意のペプチドをコードする塩基配列と相補的な配列、プロテアーゼ認識配列をコードする塩基配列と相補的な配列、及び毒性タンパク質をコードする遺伝子の3’末端の終止コドンを除く塩基配列と相補的な配列からなるオリゴヌクレオチドを好適に用いることができる。リバースプライマーにおける任意のペプチドをコードする塩基配列と相補的な塩基配列としては、該塩基配列よりPCRにて増幅されるDNA断片が可能な塩基配列の混合物となるよう、該塩基配列を構成する各塩基がアデニン(A)、チミン(T)、グアニン(G)及びシトシン(C)の混合物であるNであることが好ましい。あるいは、任意のペプチドをコードする塩基配列と相補的な塩基配列として、終止コドンの発生確率を下げるため、コドンNNKの相補鎖であるMNNという塩基配列を繰り返してもよい。また、コンストラクトのベクターへの組み込みを容易にするために、プライマーの5’末端側に制限酵素切断のための配列を付加することもできる。これらのプライマーとしては、化学合成したものを用いればよい。プライマーの長さは、特に限定されないが、鋳型とアニールする長さが、10~50個の連続した塩基であることが好ましく、15~35個の連続した塩基であることがより好ましい。 As the forward primer, an oligonucleotide consisting of a base sequence containing the start codon at the 5' end of the gene encoding the toxic protein can be suitably used. On the other hand, the reverse primer is a sequence complementary to a base sequence encoding any peptide, a sequence complementary to a base sequence excluding the stop codon at the 3' end of a gene encoding a toxic protein, or a sequence complementary to a base sequence encoding an arbitrary peptide. An oligonucleotide consisting of a sequence complementary to a base sequence, a sequence complementary to a base sequence encoding a protease recognition sequence, and a sequence complementary to a base sequence excluding the stop codon at the 3' end of a gene encoding a toxic protein. It can be suitably used. As a base sequence complementary to a base sequence encoding an arbitrary peptide in the reverse primer, each of the base sequences constituting the base sequence is selected so that the DNA fragment amplified by PCR from the base sequence is a mixture of possible base sequences. Preferably, the base is N, which is a mixture of adenine (A), thymine (T), guanine (G) and cytosine (C). Alternatively, as a base sequence complementary to a base sequence encoding an arbitrary peptide, a base sequence MNN, which is a complementary chain of codon NNK, may be repeated in order to reduce the probability of occurrence of a stop codon. Furthermore, in order to facilitate the incorporation of the construct into a vector, a sequence for restriction enzyme cleavage can be added to the 5' end of the primer. These primers may be chemically synthesized. The length of the primer is not particularly limited, but the length that anneals to the template is preferably 10 to 50 consecutive bases, more preferably 15 to 35 consecutive bases.

毒性タンパク質及び任意のペプチド、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドという2又は3のコンポーネントからなる融合タンパク質をコードする遺伝子を含むコンストラクトは、上述のフォワードプライマーとリバースプライマーを1セットにし、毒性タンパク質を産生する生物のDNA等を鋳型としてPCR反応を行うことで、得ることができる。かくしてPCRにより得られるコンストラクトは、任意のペプチドの配列が異なる様々なコンストラクトの混合物である。なお、PCRの条件は、プライマー長、増幅断片長、用いるポリメラーゼの種類等を考慮して、適宜決定すればよい。 A construct containing a gene encoding a toxic protein and any peptide, or a fusion protein consisting of 2 or 3 components: a toxic protein, a protease recognition sequence, and any peptide, includes the above-mentioned forward primer and reverse primer as a set, It can be obtained by performing a PCR reaction using DNA of an organism that produces toxic proteins as a template. The construct obtained by PCR is thus a mixture of various constructs that differ in the sequence of any given peptide. Note that the PCR conditions may be determined as appropriate, taking into account the length of the primer, the length of the amplified fragment, the type of polymerase used, etc.

本発明において、ベクターとしては、宿主細胞中で複製可能なものであれば特に限定されず、例えば、プラスミドベクター、ウイルスベクター等が挙げられるが、操作性の観点から、プラスミドベクターが好ましい。ベクターの構築に用いられるベクターDNAは、広く普及した入手の容易なものが好適に用いられ、例えば、pUC19(タカラバイオ株式会社製)、pTV118N(タカラバイオ株式会社製)、pGEX(GEヘルスケア・ジャパン株式会社製)、pET160(Invitrogen製)、pDEST(Invitrogen製)、pET-coco-2(Merck Millipore製)等が挙げられる。 In the present invention, the vector is not particularly limited as long as it is replicable in a host cell, and examples thereof include a plasmid vector and a virus vector, but from the viewpoint of operability, a plasmid vector is preferred. The vector DNA used to construct the vector is preferably one that is widely used and easily available, and examples thereof include pUC19 (manufactured by Takara Bio Inc.), pTV118N (manufactured by Takara Bio Inc.), pGEX (manufactured by GE Healthcare Japan, Ltd.), pET160 (manufactured by Invitrogen), pDEST (manufactured by Invitrogen), and pET-coco-2 (manufactured by Merck Millipore).

上記ベクターは、DNAの複製開始領域又は複製起点を含むDNA領域を含み得る。あるいは、上記ベクターにおいては、本発明の毒性タンパク質及び任意のペプチドをコードする遺伝子、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドをコードする遺伝子の上流に、プロモーター領域、ターミネーター領域、又はシグナル領域等の制御配列が作動可能に連結されていてもよい。ここで、遺伝子と制御配列が「作動可能に連結されている」とは、遺伝子と制御領域とが、該遺伝子が該制御領域による制御の下に発現し得るように配置されていることをいう。
上記プロモーター領域、ターミネーター領域、シグナル領域等の制御配列の種類は、特に限定されず、導入する宿主に応じて、通常使用される制御配列を適宜選択して用いることができる。
あるいは、上記ベクターにおいては、本発明の毒性タンパク質及び任意のペプチドをコードする遺伝子、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドをコードする遺伝子に、毒性タンパク質の単離を容易にするためのタグ配列が作動可能に連結されていてもよい。かかるタグ配列としては、特に限定されないが、例えば、Hisタグ、GSTタグ、GFPタグ、HAタグ等が挙げられる。
あるいは、上記ベクターには、該ベクターが適切に導入された宿主を選択するためのマーカー遺伝子(例えば、アンピシリン、ネオマイシン、カナマイシン、クロラムフェニコール等の薬剤の耐性遺伝子)がさらに組み込まれていてもよい。あるいは、宿主に栄養要求性株を使用する場合、要求される栄養の合成酵素をコードする遺伝子をマーカー遺伝子としてベクターに組み込んでもよい。またあるいは、生育のために特定の代謝を必須とする選択培地を用いる場合、該代謝の関連遺伝子をマーカー遺伝子としてベクターに組み込んでもよい。
The vector may include a DNA region that includes a DNA replication initiation region or origin of replication. Alternatively, in the above vector, a promoter region, terminator region, or signal region is placed upstream of the gene encoding the toxic protein and any peptide of the present invention, or the gene encoding the toxic protein, protease recognition sequence, and any peptide. may be operably linked. Here, the expression "operably linked" between a gene and a control sequence means that the gene and the control region are arranged in such a way that the gene can be expressed under the control of the control region. .
The types of control sequences such as the promoter region, terminator region, signal region, etc. are not particularly limited, and commonly used control sequences can be appropriately selected and used depending on the host to be introduced.
Alternatively, in the above vector, a gene encoding the toxic protein and any peptide of the present invention, or a gene encoding the toxic protein, protease recognition sequence, and any peptide may be added to facilitate isolation of the toxic protein. The tag sequences may be operably linked. Such tag sequences include, but are not particularly limited to, His tags, GST tags, GFP tags, HA tags, and the like.
Alternatively, the vector may further incorporate a marker gene (for example, a drug resistance gene for ampicillin, neomycin, kanamycin, chloramphenicol, etc.) for selecting a host into which the vector has been appropriately introduced. good. Alternatively, when an auxotrophic strain is used as the host, a gene encoding a required nutrient synthesizing enzyme may be incorporated into the vector as a marker gene. Alternatively, when using a selective medium that requires a specific metabolism for growth, a gene related to the metabolism may be incorporated into the vector as a marker gene.

かかるベクターへの毒性タンパク質及び任意のペプチドをコードする遺伝子、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドをコードする遺伝子を含むコンストラクトの導入は、通常のDNA組換え技術により行うことができる。例えば、ベクター及びコンストラクトを適当な制限酵素で切断し、ライゲーションすればよい。かくして得られるコンストラクトを含むベクターは、毒性タンパク質及び任意のペプチドをコードする遺伝子、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及び任意のペプチドをコードする遺伝子を発現でき、かつ任意のペプチドの配列がそれぞれ異なるベクターの混合物、すなわちベクターライブラリー(ランダムベクターライブラリー)である。 Introduction of a gene encoding a toxic protein and any peptide, or a construct containing a gene encoding a toxic protein, protease recognition sequence, and any peptide into such a vector can be performed by conventional DNA recombination techniques. For example, vectors and constructs may be cut with appropriate restriction enzymes and ligated. Vectors containing the construct thus obtained can express genes encoding toxic proteins and arbitrary peptides, or genes encoding toxic proteins, protease recognition sequences, and arbitrary peptides, and vectors in which the sequences of arbitrary peptides are different from each other. It is a mixture of vector libraries (random vector libraries).

本発明において、宿主細胞とは、外来遺伝子を発現できる細胞であればよい。宿主細胞としては、大腸菌、枯草菌等の細菌、酵母、昆虫細胞、哺乳類細胞等が挙げられ、これらのうち、低コストで、増殖が速く、発現のコントロールが容易である観点から大腸菌が好ましい。また、宿主細胞としては、形質転換後の生死判定を容易にする観点から、毒性タンパク質をコードする遺伝子を宿主細胞に導入した場合に、該宿主細胞の生命活動が一部又は完全に阻害される細胞が好ましい。 In the present invention, the host cell may be any cell capable of expressing a foreign gene. Examples of host cells include bacteria such as Escherichia coli and Bacillus subtilis, yeast, insect cells, mammalian cells, etc. Among these, Escherichia coli is preferred from the viewpoint of low cost, rapid proliferation, and easy control of expression. In addition, from the viewpoint of making it easier to determine whether the host cell is alive or dead after transformation, when a gene encoding a toxic protein is introduced into the host cell, the life activity of the host cell is partially or completely inhibited. Cells are preferred.

ベクターライブラリーを用いて宿主細胞を形質転換するには、プロトプラスト法、コンピテントセル法、エレクトロポレーション法、ヒートショック法等の当該分野で通常使用される方法を用いることができる。 To transform host cells using a vector library, methods commonly used in the art, such as the protoplast method, competent cell method, electroporation method, and heat shock method, can be used.

本発明の方法の第二の工程は、上記で形質転換した宿主細胞を適切な培地で培養し、導入が適切に行われた形質転換体をマーカー遺伝子の発現等を指標に選択し、生育してきたコロニーを得る工程である。形質転換にはベクターライブラリーを用いるが、1つの宿主細胞に導入されるのは、1種類のベクター、すなわち毒性タンパク質及びある特定の1種の任意のペプチド、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列及びある特定の1種の任意のペプチドを発現するベクターのみである。この任意のペプチドが毒性タンパク質の活性を阻害する機能を有している場合には、合成された毒性タンパク質は不活化され、宿主細胞に対する毒性を示さないため、形質転換体のコロニーが形成される。一方、この任意のペプチドがかかる機能を有していない場合には、合成された毒性タンパク質は活性を示し、その毒性により宿主細胞が死滅し、コロニーは形成されない。すなわち、本工程は、宿主細胞の生死判定に基づき、毒性タンパク質に対し阻害活性を示すペプチドを発現している形質転換体をスクリーニングする工程である。阻害ペプチドの配列は、例えば、生育してきたコロニーを形成する細胞より、常法に従って、DNAを抽出し、該DNAを鋳型として適宜設定したプライマーを用いてDNA断片を増幅し、該DNA断片の塩基配列を読み取り、該塩基配列をアミノ酸配列に変換することで得ることができる。また、本工程は、毒性タンパク質の活性を阻害する機能を有するペプチドを利用して、宿主細胞中で毒性タンパク質を発現させる工程でもある。 In the second step of the method of the present invention, the host cells transformed above are cultured in an appropriate medium, and transformants that have been properly introduced are selected using marker gene expression, etc. as an indicator, and grown. This is the process of obtaining colonies. Although a vector library is used for transformation, only one type of vector is introduced into a single host cell, i.e., a toxic protein and one particular type of arbitrary peptide, or a toxic protein, a protease recognition sequence, and a certain type of vector. It is only a vector that expresses one specific type of arbitrary peptide. If this arbitrary peptide has the function of inhibiting the activity of the toxic protein, the synthesized toxic protein will be inactivated and will not exhibit toxicity to the host cells, resulting in the formation of colonies of transformants. . On the other hand, if this arbitrary peptide does not have such a function, the synthesized toxic protein exhibits activity, and its toxicity kills host cells and no colonies are formed. That is, this step is a step of screening for transformants expressing peptides that exhibit inhibitory activity against toxic proteins, based on determination of whether the host cells are alive or dead. The sequence of the inhibitory peptide can be determined, for example, by extracting DNA from cells that have grown and forming a colony according to a conventional method, using the DNA as a template, and amplifying a DNA fragment using appropriately set primers. It can be obtained by reading the sequence and converting the base sequence into an amino acid sequence. This step is also a step of expressing a toxic protein in host cells using a peptide that has the function of inhibiting the activity of the toxic protein.

本発明の毒性タンパク質の製造方法は、さらに、第三の工程として、毒性タンパク質を単離する工程を含む。本工程は、得られたコロニーを培養し、培養物から発現した毒性タンパク質を単離する工程である。コロニーの培養に使用する培地や培養条件は、宿主細胞の種類にあわせて、当業者が適宜選択することができる。また、本発明の毒性タンパク質の製造方法は、さらに、単離した毒性タンパク質を精製する工程を含んでいてもよい。毒性タンパク質の単離及び/又は精製には、当該分野で一般的な方法、例えば、遠心分離、硫酸アンモニウム沈殿、ゲルクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー等を単独で又は適宜組み合わせて用いればよい。
単離された毒性タンパク質は、ペプチドにより活性が阻害されている状態である。毒性タンパク質にプロテアーゼ認識配列が連結されている場合には、該認識配列を切断するプロテアーゼによりペプチドを切り離すことで、毒性タンパク質の活性体を得ることができる。ペプチドの切断の有無は、SDS-PAGE等で容易に確認することができる。あるいは、ペプチドに少なくとも2つのCysを含んでいる場合には、還元環境の違いに基づき、培養物から毒性タンパク質を単離することで該毒性タンパク質の活性体を得ることができる。これは、細胞内は還元的な環境であるため、Cysを含むペプチドは直鎖構造をとり、該構造により毒性タンパク質の活性を阻害するが、単離後に環境を非還元的にすることで、Cysを含むペプチド内でジスルフィド結合が形成されてペプチドのフォールディングが変化し、ペプチドが毒性タンパク質から解離して阻害能を消失することを利用するものである。
The method for producing a toxic protein of the present invention further includes, as a third step, a step of isolating the toxic protein. This step is a step of culturing the obtained colony and isolating the expressed toxic protein from the culture. The medium and culture conditions used for colony culture can be appropriately selected by those skilled in the art depending on the type of host cell. Furthermore, the method for producing a toxic protein of the present invention may further include the step of purifying the isolated toxic protein. For isolation and/or purification of toxic proteins, methods common in the art, such as centrifugation, ammonium sulfate precipitation, gel chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, etc., may be used alone or in appropriate combinations. good.
The isolated toxic protein is in a state where its activity is inhibited by the peptide. When a protease recognition sequence is linked to a toxic protein, an active form of the toxic protein can be obtained by cleaving the peptide with a protease that cleaves the recognition sequence. The presence or absence of cleavage of the peptide can be easily confirmed by SDS-PAGE or the like. Alternatively, when the peptide contains at least two Cys, the activated form of the toxic protein can be obtained by isolating the toxic protein from the culture based on the difference in reducing environment. This is because the intracellular environment is reducing, so Cys-containing peptides have a linear structure that inhibits the activity of toxic proteins, but by making the environment non-reducing after isolation, This method utilizes the fact that a disulfide bond is formed within a Cys-containing peptide, changing the folding of the peptide, and the peptide dissociates from the toxic protein and loses its inhibitory ability.

後記実施例に示す通り、本発明の方法によれば、毒性タンパク質であるピエリシン-1、具体的にはピエリシン-1のN末端触媒ドメイン(配列番号4のアミノ酸配列の1~233位で示されるアミノ酸配列からなるポリペプチド)、の活性を阻害するペプチドをスクリーニングできるとともに、宿主細胞にてピエリシン-1を発現させることができる。かかる阻害ペプチドは、CLLMIRCLQFSVCGGSCで表されるアミノ酸配列(配列番号1)、GKNLNRSAPRで表されるアミノ酸配列(配列番号2)、又はGHAEEYDDAAARDSVで表されるアミノ酸配列(配列番号3)からなり、ピエリシン-1の毒性阻害剤の有効成分として有用である。本発明において、ピエリシン-1の毒性阻害剤は、配列番号1で表されるアミノ酸配列からなるペプチド、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるペプチド、及び配列番号3で表されるアミノ酸配列からなるペプチドよりなる群より選択される1種以上が含まれていればよいが、これ以外に、医薬用無毒性担体、安定化剤、湿潤剤、乳化剤、結合剤、等張化剤、賦形剤等の慣用の添加剤を適宜添加することもできる。ピエリシン-1の毒性阻害剤によりピエリシン-1の毒性を阻害するには、該阻害剤をピエリシン-1に接触せしめればよい。該阻害剤の使用量は、ピエリシン-1の使用量に応じて適宜決定すればよいが、例えば、ピエリシン-1の1質量部に対し、阻害ペプチドとして1質量部以上100質量部以下が好ましく、5質量部以上50質量部以下がより好ましい。 As shown in the Examples below, according to the method of the present invention, the toxic protein Piericin-1, specifically the N-terminal catalytic domain of Piericin-1 (shown at positions 1 to 233 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4) It is possible to screen for peptides that inhibit the activity of a polypeptide consisting of an amino acid sequence), and also to express piericin-1 in host cells. Such an inhibitory peptide consists of the amino acid sequence represented by CLLMIRCLQFSVCGGSC (SEQ ID NO: 1), the amino acid sequence represented by GKNLNRSAPR (SEQ ID NO: 2), or the amino acid sequence represented by GHAEEYDDAAAARDSV (SEQ ID NO: 3), and pielysin-1 It is useful as an active ingredient in toxicity inhibitors. In the present invention, the toxicity inhibitor of piericin-1 is a peptide consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, a peptide consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, and a peptide consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3. In addition to these, pharmaceutical non-toxic carriers, stabilizers, wetting agents, emulsifiers, binders, isotonic agents, excipients, etc. may be included. It is also possible to appropriately add commonly used additives such as additives. In order to inhibit the toxicity of Piericin-1 using a Piericin-1 toxicity inhibitor, the inhibitor may be brought into contact with Piericin-1. The amount of the inhibitor to be used may be appropriately determined depending on the amount of Piericin-1 used, but for example, it is preferably 1 part by mass or more and 100 parts by mass or less as the inhibitory peptide per 1 part by mass of Piericin-1. More preferably 5 parts by mass or more and 50 parts by mass or less.

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1
方法
(1)ピエリシン-1を含むDNA断片の作製
ユーロフィンジェノミクス株式会社より購入した、配列番号5の塩基配列からなるピエリシン-1の人工遺伝子をコードしたプラスミドを使用し、下記表1に記載の2種類のプライマーセットを用いてそれぞれPCRを行った。配列番号5の塩基配列は、ピエリシン-1遺伝子について配列最適化を行った配列である。フォワードプライマーは、ピエリシン-1遺伝子の5’末端領域のアンチセンス鎖と相補的な塩基配列を含み、リバースプライマーは、任意のペプチドをコードする塩基配列と相補的な配列、TEVプロテアーゼの認識配列(配列番号6)をコードする塩基配列と相補的な配列、及びピエリシン-1遺伝子の触媒領域の3’末端領域のセンス鎖と相補的な配列を含む。なお、C5×2系リバースプライマーにより付加される任意のペプチド配列は、1、7、13及び17番目のアミノ酸がCysである17アミノ酸からなる配列であり、C6×2系リバースプライマーにより付加される任意のペプチド配列は、1、8、15及び19番目のアミノ酸がCysである19アミノ酸からなる配列である。任意のペプチド配列中の上記特定の位置におけるCys以外のアミノ酸については、終止コドンの発生確率を下げるべくコドンNNKを使用したため、これらリバースプライマーには、NNKの相補鎖であるMNNという塩基配列を含む。該プライマーセットを用いてPCRを行うことにより、ピエリシン-1のN末端触媒ドメインをコードする塩基配列の下流に、TEVプロテアーゼの認識配列をコードする塩基配列と任意のペプチドをコードする塩基配列が発現可能に連結されたDNA断片を増幅した。PCRはKOD plus neo(東洋紡株式会社製)を用いて行い、表2の反応溶液組成及び表3の反応条件にて実施した。PCR後、反応溶液を1.5%アガロースゲル(Agarose LO3「TAKARA」、タカラバイオ株式会社製)を用いてアガロースゲル電気泳動を行った。電気泳動後、SYBR Green I Nucleic Acid Gel strain(ロンザジャパン株式会社製)を用いて染色を行い、目的のバンドをゲルから切り出した。切り出したゲルから、QIAquick Gel extraction kit(QIAGEN製)を用いてDNA抽出を行った。
Example 1
Method (1) Preparation of DNA fragment containing Piericin-1 Using a plasmid that encoded the artificial gene of Piericin-1 having the base sequence of SEQ ID NO: 5, which was purchased from Eurofin Genomics Co., Ltd., the DNA fragment shown in Table 1 below was prepared. PCR was performed using two types of primer sets. The base sequence of SEQ ID NO: 5 is a sequence optimized for the piericin-1 gene. The forward primer contains a nucleotide sequence complementary to the antisense strand of the 5' terminal region of the piericin-1 gene, and the reverse primer contains a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence encoding any peptide, a TEV protease recognition sequence ( It contains a sequence complementary to the nucleotide sequence encoding SEQ ID NO: 6) and a sequence complementary to the sense strand of the 3'-terminal region of the catalytic region of the piericin-1 gene. The arbitrary peptide sequence added by the C5x2 reverse primer is a sequence consisting of 17 amino acids in which the 1st, 7th, 13th, and 17th amino acids are Cys, and is added by the C6x2 reverse primer. The arbitrary peptide sequence is a sequence consisting of 19 amino acids in which the 1st, 8th, 15th, and 19th amino acids are Cys. For amino acids other than Cys at the above specific position in any peptide sequence, the codon NNK was used to reduce the probability of occurrence of a stop codon, so these reverse primers contain the base sequence MNN, which is the complementary strand of NNK. . By performing PCR using this primer set, a base sequence encoding a TEV protease recognition sequence and a base sequence encoding an arbitrary peptide are expressed downstream of the base sequence encoding the N-terminal catalytic domain of piericin-1. The operably linked DNA fragments were amplified. PCR was performed using KOD plus neo (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) under the reaction solution composition shown in Table 2 and the reaction conditions shown in Table 3. After PCR, the reaction solution was subjected to agarose gel electrophoresis using a 1.5% agarose gel (Agarose LO3 "TAKARA", manufactured by Takara Bio Inc.). After electrophoresis, staining was performed using SYBR Green I Nucleic Acid Gel strain (manufactured by Lonza Japan Co., Ltd.), and the target band was cut out from the gel. DNA was extracted from the cut out gel using a QIAquick Gel extraction kit (manufactured by QIAGEN).

Figure 0007453745000001
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Figure 0007453745000002
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Figure 0007453745000003
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(2)ベクター及びDNA断片の制限酵素処理
pETcoco-2ベクター(Merck Millipore製)を用いて発現用ベクターの構築を行った。pETcoco-2ベクターは、形質転換後の大腸菌内におけるコピー数を制御できるタンパク質発現用ベクターである。通常培地にて培養している間はコピー数が大腸菌内で1コピー程度に保たれているが、アラビノースを添加することにより40コピー程度に増加させることができる。
pETcoco-2ベクターと、(1)にて作製したピエリシン-1のC5×2系、C6×2系のDNA断片を、NheI-HF及びHind III HF(ともにニュー・イングランド・バイオラボ・ジャパン株式会社製)を用いて制限酵素処理した。制限酵素処理後、pETcoco-2ベクターは0.8%アガロースゲルを用いて電気泳動を行った後、目的バンドのゲルからの切り出しを行い、QIAquick Gel extraction kitを用いてDNA抽出を行った。抽出したpETcoco-2ベクターは、E.coli alkaline phosphatase(東洋紡株式会社製)を用いて脱リン酸化処理を行い、処理後Nucleospin gDNA Clean-up(タカラバイオ株式会社製)を用いて精製を行った。DNA断片は、制限酵素処理後にNucleospin gDNA Clean-upを用いて精製を行った。
(2) Restriction enzyme treatment of vector and DNA fragment An expression vector was constructed using pETcoco-2 vector (manufactured by Merck Millipore). The pETcoco-2 vector is a protein expression vector that can control the copy number in E. coli after transformation. The copy number is maintained at about 1 copy in E. coli during cultivation in a normal medium, but it can be increased to about 40 copies by adding arabinose.
The pETcoco-2 vector and the C5×2 and C6×2 DNA fragments of pierisin-1 prepared in (1) were combined with NheI-HF and Hind III HF (both manufactured by New England Biolab Japan Co., Ltd.). ) was used for restriction enzyme treatment. After restriction enzyme treatment, the pETcoco-2 vector was subjected to electrophoresis using 0.8% agarose gel, and then the target band was excised from the gel, and DNA was extracted using QIAquick Gel extraction kit. The extracted pETcoco-2 vector was derived from E. Dephosphorylation treatment was performed using E. coli alkaline phosphotase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), and after the treatment, purification was performed using Nucleospin gDNA Clean-up (manufactured by Takara Bio Inc.). After restriction enzyme treatment, the DNA fragment was purified using Nucleospin gDNA Clean-up.

(3)ベクターとDNA断片のライゲーション反応
ライゲーション反応には2種類のライゲーション試薬を用いて反応を行った。
(i)ligation high ver2(東洋紡株式会社製)を用いたライゲーション
(2)にて作製したC5×2系、C6×2系のDNA断片2μLと、(2)にて作製したベクター8μL及びligation high ver 2 10μLを混ぜ、16℃、2時間反応させた。
(ii)ligation convenient kit(ニッポンジーン社)を用いたライゲーション
(2)にて作製したC5×2系、C6×2系のDNA断片2μLと、(2)にて作製したベクター8μL及びligation convenient kit 10μLを混ぜ、16℃、10分反応させた。
(3) Ligation reaction between vector and DNA fragment Two types of ligation reagents were used for the ligation reaction.
(i) Ligation using ligation high ver2 (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) 2 μL of C5×2 and C6×2 DNA fragments prepared in (2), 8 μL of vector prepared in (2), and ligation high 10 μL of ver. 2 was mixed and reacted at 16° C. for 2 hours.
(ii) Ligation using ligation conventional kit (Nippon Gene) 2 μL of C5×2 and C6×2 DNA fragments prepared in (2), 8 μL of vector prepared in (2), and 10 μL of ligation conventional kit were mixed and reacted at 16°C for 10 minutes.

(4)大腸菌の形質転換、及び取得したコロニーの培養
タンパク質発現用ホストとして、大腸菌株Tuner(DE3)pLysS(Merck Millipore製)を使用した。Tuner(DE3)pLysSのコンピテントセル200μLに対し、(3)にて作製したライゲーション反応後の溶液1μLを添加し、42℃、45秒によるヒートショック法にて形質転換を行った。形質転換後37℃にてSOC培地による回復培養を行い、2300g、10分にて遠心処理を行い菌体を回収した後、50μg/mL カルベニシリンを含むLB寒天培地にて37℃で一晩培養を行った。培養後に形成されたコロニーを50μg/mL カルベニシリンを含むLB液体培地に植菌し、37℃で一晩培養した。翌日、培養液の一部を用いて16%グリセロールを含む、取得コロニー(菌株)のグリセロールストックを作製し、液体窒素で凍結させた後、-80℃で保存した。
(4) Transformation of E. coli and cultivation of the obtained colony E. coli strain Tuner (DE3) pLysS (manufactured by Merck Millipore) was used as a host for protein expression. 1 μL of the ligation reaction solution prepared in (3) was added to 200 μL of Tuner (DE3) pLysS competent cells, and transformation was performed by a heat shock method at 42° C. for 45 seconds. After transformation, perform recovery culture using SOC medium at 37°C, centrifuge at 2300g for 10 minutes to collect bacterial cells, and culture overnight at 37°C on LB agar medium containing 50 μg/mL carbenicillin. went. Colonies formed after culturing were inoculated into LB liquid medium containing 50 μg/mL carbenicillin, and cultured overnight at 37°C. The next day, a glycerol stock of the obtained colony (strain) containing 16% glycerol was prepared using a portion of the culture solution, frozen in liquid nitrogen, and then stored at -80°C.

(5)タンパク質の発現誘導
(4)にて作製した菌液を用いてタンパク質の発現を行った。0.2%グルコース及び50μg/mL カルベニシリンを含むLB液体培地に(4)で培養した培養液を用いて植菌を行い、濁度OD600が約1.0になるまで37℃にて振とう培養を行った。OD600が約1.0に達した後、培養液を回収、2300g、10分にて遠心処理を行った。遠心処理後、上清を捨て、10mLの50μg/mL カルベニシリンを含むLB液体培地にペレットを懸濁した後、IPTGを終濃度0.1mM、L-arabinoseを終濃度0.01%になるよう添加し、20℃にて一晩振とう培養を行った。
(5) Induction of protein expression Protein expression was performed using the bacterial solution prepared in (4). Inoculate the LB liquid medium containing 0.2% glucose and 50 μg/mL carbenicillin using the culture solution cultured in (4), and culture with shaking at 37°C until the turbidity OD600 becomes approximately 1.0. I did it. After the OD600 reached approximately 1.0, the culture solution was collected and centrifuged at 2300 g for 10 minutes. After centrifugation, discard the supernatant and suspend the pellet in 10 mL of LB liquid medium containing 50 μg/mL carbenicillin, then add IPTG to a final concentration of 0.1 mM and L-arabinose to a final concentration of 0.01%. Then, shaking culture was performed overnight at 20°C.

(6)菌体破砕及び発現解析用サンプルの調製
(5)にて作製した培養液を、2300g、10分にて遠心処理した。上清を捨て、菌体を破砕用buffer(50mM Tris-HCl pH7.5、250mM NaCl、5% glycerol)4mLに懸濁した。懸濁後、超音波を用いた菌体の破砕を行い、破砕液を用いてSDS-PAGE用のサンプル調製を行った。サンプル調製には、Bolt LDS Sample Buffer(4×)及びBolt Sample Reducing Agent(10×)(共にThermo Fisher Scientific K.K.製)を用いた。
(6) Preparation of sample for cell disruption and expression analysis The culture solution prepared in (5) was centrifuged at 2300 g for 10 minutes. The supernatant was discarded, and the cells were suspended in 4 mL of a disruption buffer (50 mM Tris-HCl pH 7.5, 250 mM NaCl, 5% glycerol). After suspension, the bacterial cells were disrupted using ultrasound, and the disruption solution was used to prepare samples for SDS-PAGE. For sample preparation, Bolt LDS Sample Buffer (4x) and Bolt Sample Reducing Agent (10x) (both manufactured by Thermo Fisher Scientific KK) were used.

(7)Western blottingによる解析
(6)にて調製したサンプルについて、western blottingにてピエリシン-1合成の有無を確認した。SDS-PAGE用のゲルとしてBolt 4-12% Bis-Tris Plusを、泳動用bufferとしてNuPAGE MES SDS Running Buffer(20×)を20倍希釈して使用した(ともにThermo Fisher Scientific K.K.製)。一次抗体として抗ピエリシン-1ウサギ抗体を使用し、二次抗体としてAnti-Rabbit IgG,HRP-Linked Whole Ab Donkey(GEヘルスケア・ジャパン株式会社製)を使用、発色にAmarsham ECL Prime(GEヘルスケア・ジャパン株式会社製)を使用した。解析に際して、コントロールとして無細胞合成系にて合成した1-233残基からなるピエリシン-1を使用した。
(7) Analysis by Western blotting Regarding the sample prepared in (6), the presence or absence of Piericin-1 synthesis was confirmed by Western blotting. Bolt 4-12% Bis-Tris Plus was used as the gel for SDS-PAGE, and NuPAGE MES SDS Running Buffer (20x) was diluted 20 times as the buffer for electrophoresis (both manufactured by Thermo Fisher Scientific K.K. ) . Anti-Piericin-1 rabbit antibody was used as the primary antibody, Anti-Rabbit IgG, HRP-Linked Whole Ab Donkey (manufactured by GE Healthcare Japan Co., Ltd.) was used as the secondary antibody, and Amarsham ECL Prime (GE Healthcare Japan Co., Ltd.) was used for color development.・Manufactured by Japan Co., Ltd.) was used. In the analysis, Piericin-1 composed of residues 1-233 synthesized in a cell-free synthesis system was used as a control.

(8)ピエリシン-1の発現が確認された菌株にて発現しているペプチドの配列解析
(7)にてピエリシン-1の発現が確認できた菌株にて、ピエリシン-1のC末端に付加されているペプチド配列を特定するためにシーケンス解析を行った。
(4)にて作製した培養液のうち、グリセロールストック及びタンパク質の発現誘導に使用した分を除く残りの培養液を2300g、10分遠心処理した。上清を捨て、ペレットよりQiaprep spin miniprep kit(QIAGEN製)を用いてプラスミド抽出を行った。得られたプラスミド溶液と表4のシーケンス解析用プライマーを用いてPCRを行った。PCRの反応溶液組成及び反応条件は表2及び表3の条件で実施した(プラスミド溶液の濃度のみ0.26μg/μLとして実施)。反応後、エタノール沈殿を行い、ペレットを乾燥後50μLのTE bufferに溶解し、DNA溶液を作製した。作製したDNA溶液を用いて、BigDye terminator ver3.1 Cycle Sequencing kit(Thermo Fisher scienific K.K.製)及び3500xL genetic analyzer(Thermo Fisher scienific K.K.製)を用いたシーケンシングを行った。解析には、表4に示したフォワードプライマー及びリバースプライマーを用いた。
(8) Sequence analysis of the peptide expressed in the strain in which the expression of piericin-1 was confirmed in (7). Sequence analysis was performed to identify the peptide sequence.
Of the culture solution prepared in (4), the remaining culture solution, excluding the glycerol stock and the portion used for inducing protein expression, was centrifuged at 2300 g for 10 minutes. The supernatant was discarded, and plasmid extraction was performed from the pellet using Qiaprep spin miniprep kit (manufactured by QIAGEN). PCR was performed using the obtained plasmid solution and the primers for sequence analysis shown in Table 4. The PCR reaction solution composition and reaction conditions were carried out under the conditions shown in Tables 2 and 3 (only the concentration of the plasmid solution was set to 0.26 μg/μL). After the reaction, ethanol precipitation was performed, and the pellet was dried and then dissolved in 50 μL of TE buffer to prepare a DNA solution. Using the prepared DNA solution, BigDye terminator ver3.1 Cycle Sequencing kit (manufactured by Thermo Fisher scientific K.K.) and 3500xL genetic analyzer (Thermo Sequencing was performed using Fisher scientific KK). For the analysis, the forward primer and reverse primer shown in Table 4 were used.

Figure 0007453745000004
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結果
(1)形質転換結果
方法(4)の形質転換実験の結果、C5×2系を用いてligation convenient kitを使用した系にて、実験を2回実施し、計3個のコロニーを取得した。また、C6×2系を用いてligation high ver2を使用した系にて、実験を1回実施し、1個のコロニーを取得した。このうち、C5×2系にて取得したコロニーを培養し、方法(5)での実験に使用した。
大腸菌に毒性を示さないタンパク質をコードする遺伝子を本実施例と同様に大腸菌に導入した場合、通常は無数のコロニーを取得することができる。しかしながら、本実施例で取得できたコロニー数は非常に少なかった。ピエリシン-1の細胞傷害活性が非常に高く、かかる活性を阻害するペプチドの配列は限定されていると予想されるところ、任意のペプチドの大半は、ピエリシン-1に対して阻害活性を示さない、または中程度の阻害活性を持つペプチドであり、これらはピエリシン-1の活性を完全に抑えきれないため大腸菌は死滅したが、ピエリシン-1に対して強固に阻害活性を示すペプチドもごく少量存在しており、かかるペプチドにより大腸菌が生存することができ、非常に少量であったもののコロニーを形成できたと考えられる。
このように、本実施例ではピエリシン-1の活性ゆえに取得できたペプチドが非常に少なかったが、このことは一方で本発明の方法の高い選択圧と感度を示していると考えられる。
Results (1) Transformation Results As a result of the transformation experiment of method (4), the experiment was performed twice in a system using the ligation convenient kit with the C5x2 system, and a total of three colonies were obtained. In addition, the experiment was performed once in a system using the ligation high ver2 with the C6x2 system, and one colony was obtained. Of these, the colony obtained with the C5x2 system was cultured and used in the experiment in method (5).
When a gene encoding a protein that is not toxic to E. coli is introduced into E. coli as in this example, countless colonies can usually be obtained. However, the number of colonies obtained in this example was very small. Pierisin-1 has a very high cytotoxic activity, and it is expected that the sequences of peptides that inhibit this activity are limited. Most of the arbitrary peptides are peptides that do not exhibit inhibitory activity against Pierisin-1 or have moderate inhibitory activity, and since these peptides cannot completely suppress the activity of Pierisin-1, E. coli died. However, there were also very small amounts of peptides that exhibited strong inhibitory activity against Pierisin-1, and it is believed that these peptides allowed E. coli to survive and form colonies, although the number was very small.
Thus, in this example, very few peptides were obtained due to the activity of Pierisin-1, but this is also considered to indicate the high selection pressure and sensitivity of the method of the present invention.

(2)Western blottingによる発現解析結果
図1にwestern blottingの結果を示した。C5×2系にて取得したコロニーについて、コントロールと同様の強度のバンドを確認することができた。このことから、C5×2系にて取得したコロニー(菌株)はピエリシン-1を発現していることが分かった。なお、取得菌株由来のバンドは、コントロールのバンドより高分子側にシフトしていたが、これは、コントロールのアミノ酸残基数が233であるのに対し、取得菌株では、ピエリシン-1のC末端にプロテアーゼ認識配列とペプチド配列を含む30残基が、N末端にpETcoco-2ベクター由来のHisタグ配列の10残基が付加されているため、アミノ酸残基数が273であることに起因するものと考えられる。
(2) Results of expression analysis by Western blotting Figure 1 shows the results of Western blotting. Regarding the colonies obtained using the C5x2 system, a band with the same intensity as the control could be confirmed. From this, it was found that the colonies (strains) obtained using the C5x2 system expressed piericin-1. The band derived from the obtained strain was shifted toward the polymer side compared to the control band, which is because the number of amino acid residues in the control is 233, whereas in the obtained strain, the number of amino acid residues is 233. This is due to the fact that the number of amino acid residues is 273 because 30 residues including the protease recognition sequence and peptide sequence are added to the N-terminus, and 10 residues of the His tag sequence derived from the pETcoco-2 vector are added to the N-terminus. it is conceivable that.

(3)シーケンス解析結果
方法(8)にて実施したシーケンス解析の結果を図2及び3に示した。図2はフォワードプライマーを用いたシーケンス結果を、図3はリバースプライマーを用いたシーケンス結果を示す。図中、実線で囲んだ部分がピエリシン-1の配列、破線で囲んだ部分がプロテアーゼ認識配列、二重線で囲んだ部分がペプチド配列である。シーケンス解析の結果、ピエリシン-1の発現が確認できたコンストラクトは、ピエリシン-1配列、プロテアーゼ認識配列、ペプチド配列を有し、該ペプチドの配列はCLLMIRCLQFSVCGGSC(配列番号1)であることが明らかとなった。従来の方法では大腸菌で発現できなかったピエリシン-1を発現できたことから、該ペプチドがピエリシン-1の毒性を阻害するペプチドであると考えられた。
(3) Sequence analysis results The results of the sequence analysis performed using method (8) are shown in FIGS. 2 and 3. FIG. 2 shows the sequencing results using the forward primer, and FIG. 3 shows the sequencing results using the reverse primer. In the figure, the part surrounded by a solid line is the sequence of piericin-1, the part surrounded by a broken line is the protease recognition sequence, and the part surrounded by a double line is the peptide sequence. As a result of sequence analysis, the construct in which expression of Piericin-1 was confirmed had a Piericin-1 sequence, a protease recognition sequence, and a peptide sequence, and the sequence of the peptide was found to be CLLMIRCLQFSVCGGSC (SEQ ID NO: 1). Ta. Since piericin-1, which could not be expressed in E. coli using conventional methods, could be expressed, this peptide was considered to be a peptide that inhibits the toxicity of piericin-1.

実施例2
方法
ピエリシン-1を含むDNA断片の作製にあたり、下記表5に記載のプライマーセットを用いた以外は、実施例1の方法(1)~(7)と同様にして、ピエリシン-1の発現解析を行った。なお、15aaリバースプライマーにより付加される任意のペプチド配列は、15アミノ酸からなるペプチド配列である。また、実施例1の方法(8)と同様にしてペプチドの配列解析を行った。ただし、リバース側からの解析のみ行った。
Example 2
Method Expression analysis of piericin-1 was carried out in the same manner as methods (1) to (7) of Example 1, except that the primer set listed in Table 5 below was used to prepare a DNA fragment containing piericin-1. went. Note that the arbitrary peptide sequence added by the 15aa reverse primer is a peptide sequence consisting of 15 amino acids. In addition, peptide sequence analysis was performed in the same manner as method (8) of Example 1. However, only analysis from the reverse side was performed.

Figure 0007453745000005
Figure 0007453745000005

結果
(1)形質転換結果
方法(4)の形質転換実験の結果、ligation convenient kitを使用した系にて、実験を1回実施し、3個のコロニーを取得した。また、ligation high ver2を使用した系にて、実験を1回実施し、2個のコロニーを取得した。このうちの4個のコロニーを培養し、方法(5)での実験に使用した。
Results (1) Transformation Results As a result of the transformation experiment of method (4), the experiment was conducted once in a system using a ligation conventional kit, and three colonies were obtained. In addition, an experiment was conducted once using a system using ligation high ver. 2, and two colonies were obtained. Four of these colonies were cultured and used for the experiment in method (5).

(2)Western blottingによる発現解析結果
図4にwestern blottingの結果を示した。取得した4個のコロニー(菌株)について、ピエリシン-1の発現を確認することができた。このうち、発現が強い菌株2及び4を、方法(8)の配列解析に供した。なお、菌株4由来のバンドは、コントロールのバンドより高分子側にシフトしていたが、これは、コントロールのアミノ酸残基数が233であるのに対し、菌株4では、ピエリシン-1のC末端にプロテアーゼ認識配列とペプチド配列を含む28残基が、N末端にpETcoco-2ベクター由来のHisタグ配列の10残基が付加されているため、アミノ酸残基数が271であることに起因するものと考えられる。一方、菌株2由来のバンドは、コントロールのバンドと菌株4由来のバンドの中間あたりに認められた。よって、ペプチド配列中に終止コドンが生じ、ペプチド配列が想定より短くなったことが予想される。
(2) Results of expression analysis by Western blotting Figure 4 shows the results of Western blotting. It was possible to confirm the expression of piericin-1 in the four colonies (strains) obtained. Among these, strains 2 and 4 with strong expression were subjected to sequence analysis using method (8). In addition, the band derived from strain 4 was shifted toward the polymer side compared to the band of the control, but this is because the number of amino acid residues in the control is 233, whereas in strain 4, the number of amino acid residues is 233, whereas in strain 4, the C-terminus of piericin-1 This is due to the fact that the number of amino acid residues is 271 because 28 residues including the protease recognition sequence and peptide sequence are added to the N-terminus, and 10 residues of the His tag sequence derived from the pETcoco-2 vector are added to the N-terminus. it is conceivable that. On the other hand, the band derived from strain 2 was observed between the control band and the band derived from strain 4. Therefore, it is expected that a stop codon occurred in the peptide sequence, making the peptide sequence shorter than expected.

(3)シーケンス解析結果
菌株2についてのシーケンス解析の結果を図5に、菌株4についてのシーケンス解析の結果を図6に示した。図中、実線で囲んだ部分がピエリシン-1の配列、破線で囲んだ部分がプロテアーゼ認識配列、二重線で囲んだ部分がペプチド配列である。シーケンス解析の結果、ピエリシン-1の発現が確認できた菌株2及び4は、ともにピエリシン-1配列、プロテアーゼ認識配列、及びペプチド配列を含むコンストラクトを有していることが明らかとなった。菌株2において提示されていたペプチドは、配列中の終止コドンの出現のため、設計よりも5残基少ない10残基のペプチドであり、その配列はGKNLNRSAPR(配列番号2)であった。一方、菌株4では、設計通りの15残基のペプチド配列が付加されており、その配列はGHAEEYDDAAARDSV(配列番号3)であった。従来の方法では大腸菌で発現できなかったピエリシン-1を発現できたことから、該ペプチドがピエリシン-1の毒性を阻害するペプチドであると考えられた。
(3) Sequence analysis results The results of sequence analysis for strain 2 are shown in FIG. 5, and the results of sequence analysis for strain 4 are shown in FIG. In the figure, the part surrounded by a solid line is the piericin-1 sequence, the part surrounded by a broken line is the protease recognition sequence, and the part surrounded by a double line is the peptide sequence. As a result of sequence analysis, it was revealed that strains 2 and 4, in which piericin-1 expression was confirmed, both had constructs containing a piericin-1 sequence, a protease recognition sequence, and a peptide sequence. The peptide presented in strain 2 was a 10-residue peptide, 5 less than the designed one, due to the appearance of a stop codon in the sequence, and its sequence was GKNLNRSAPR (SEQ ID NO: 2). On the other hand, in strain 4, a peptide sequence of 15 residues as designed was added, and the sequence was GHAEEYDDAAAARDSV (SEQ ID NO: 3). Since piericin-1, which could not be expressed in E. coli using conventional methods, could be expressed, this peptide was considered to be a peptide that inhibits the toxicity of piericin-1.

Claims (5)

毒性タンパク質及びペプチドを含む融合タンパク質をコードする遺伝子が組み込まれた複数のベクター、又は毒性タンパク質、プロテアーゼ認識配列、及びペプチドを含む融合タンパク質をコードする遺伝子が組み込まれた複数のベクターを含むベクターライブラリーで宿主細胞を形質転換する工程と、
形質転換された前記宿主細胞を培養してコロニーを得る工程と、
得られた前記コロニーを培養し、培養物から毒性タンパク質を単離する工程と、
を含むことを特徴とする、毒性タンパク質の製造方法であって、
前記毒性タンパク質が前記宿主細胞に対し毒性を有するタンパク質であり、前記複数のベクターが、前記ペプチドをコードする塩基配列が異なる複数のベクターである、但し、前記ペプチドは少なくとも2つのシステインを含むものである、製造方法。
A plurality of vectors into which genes encoding fusion proteins containing a toxic protein and a peptide have been integrated, or a plurality of vectors into which genes encoding a fusion protein including a toxic protein, a protease recognition sequence, and a peptide have been integrated. transforming a host cell with a vector library comprising;
culturing the transformed host cells to obtain colonies;
culturing the obtained colony and isolating toxic proteins from the culture;
A method for producing a toxic protein, the method comprising:
The toxic protein is a protein that is toxic to the host cell, and the plurality of vectors are vectors having different base sequences encoding the peptide, provided that the peptide contains at least two cysteines. Production method.
前記宿主細胞が大腸菌である請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the host cell is E. coli. 前記ペプチドの長さが3~50アミノ酸である請求項1又は2に記載の製造方法。 The production method according to claim 1 or 2, wherein the peptide has a length of 3 to 50 amino acids. ピエリシン-1及び配列番号1のアミノ酸配列からなるペプチド、配列番号2のアミノ酸配列からなるペプチド、若しくは配列番号3のアミノ酸配列からなるペプチドを含む融合タンパク質をコードする遺伝子、又はピエリシン-1、プロテアーゼ認識配列、及び配列番号1のアミノ酸配列からなるペプチド、配列番号2のアミノ酸配列からなるペプチド、若しくは配列番号3のアミノ酸配列からなるペプチドを含む融合タンパク質をコードする遺伝子が組み込まれたベクターで宿主細胞を形質転換する工程と、
形質転換された前記宿主細胞を培養してコロニーを得る工程と、
得られた前記コロニーを培養し、培養物からからピエリシン-1を単離する工程と、
を含むことを特徴とする、ピエリシン-1の製造方法。
A gene encoding a fusion protein comprising Piericin-1 and a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, or a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, or Piericin-1, protease recognition host cells with a vector into which a gene encoding a fusion protein containing the sequence and the peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, the peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, or the peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 is introduced. a step of transforming;
culturing the transformed host cells to obtain colonies;
culturing the obtained colony and isolating piericin-1 from the culture;
A method for producing piericin-1, comprising:
配列番号1のアミノ酸配列からなるペプチド、配列番号2のアミノ酸配列からなるペプチド、及び配列番号3のアミノ酸配列からなるペプチドよりなる群から選択される1以上を有効成分として含有するピエリシン-1の毒性阻害剤。 Toxicity of Piericin-1 containing as an active ingredient one or more selected from the group consisting of a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, and a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3. inhibitor.
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