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JP2004275194A - Genotype-phenotype mapping molecules and their use - Google Patents

Genotype-phenotype mapping molecules and their use Download PDF

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JP2004275194A JP2004198470A JP2004198470A JP2004275194A JP 2004275194 A JP2004275194 A JP 2004275194A JP 2004198470 A JP2004198470 A JP 2004198470A JP 2004198470 A JP2004198470 A JP 2004198470A JP 2004275194 A JP2004275194 A JP 2004275194A
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Naoto Nemoto
直人 根本
Etsuko Miyamoto
悦子 宮本
Yuzuru Fushimi
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Abstract

【課題】 遺伝子型と表現型とが対応付けられた分子の利用方法を提供する。
【解決手段】 (a)遺伝子を含むDNAを作製し、(b)作製したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にスペーサーを介してアミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする対応付け分子の構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子を淘汰する淘汰工程と、淘汰工程により選択された対応付け分子の遺伝子部分を増幅する工程とを含むことを特徴とする所望のタンパク質をコードするDNAの取得方法。
【選択図】 図12
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of using a molecule in which a genotype is associated with a phenotype.
SOLUTION: (a) A DNA containing a gene is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) an amino acid or similar to an amino acid via a spacer at the 3 'end of the obtained RNA. Nucleoside or a substance having a chemical structure skeleton similar to nucleoside, which can be covalently bonded to the substance having the chemical structure skeleton, and (d) performing protein synthesis in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA. A constructing step of an associating molecule characterized by linking a nucleic acid portion containing a gene and a translation product of the gene, a selecting step of selecting out the associating molecule obtained in the constructing step, and a selecting step. Amplifying the gene portion of the assigning molecule, the method comprising obtaining a DNA encoding a desired protein.
[Selection diagram] FIG.

Description

本発明は、遺伝子型と表現型の対応付け分子に関し、更に詳しくは遺伝子型を反映する塩基配列を有する核酸部と表現型の発現に関与するタンパク質を含むタンパク質部とを含む遺伝子型と表現型の対応付け分子に関する。本発明の対応付け分子は、進化分子工学、すなわち、酵素、抗体、リボザイムなどの機能性生体高分子の改変において、さらには生物から見出せない機能をもった生体高分子の創製において用いうる極めて有用な物質である。   The present invention relates to a genotype-phenotype associating molecule, and more particularly, a genotype and phenotype comprising a nucleic acid portion having a nucleotide sequence reflecting the genotype and a protein portion containing a protein involved in the expression of the phenotype. Related molecules. The assigning molecule of the present invention is extremely useful in evolutionary molecular engineering, that is, in the modification of functional biopolymers such as enzymes, antibodies, and ribozymes, and in the creation of biopolymers having functions not found in living organisms. Substance.

生化学や分子生物学や生物物理学の進歩によって、生物は分子間の相互作用によって作動し、増殖する分子機械であることがわかってきた。地球上の生物の最も基本的な特性は、遺伝情報がDNAのヌクレオチド配列に保存されていること、その情報がmRNAを介して機能をもつタンパク質に翻訳されることである。現在、遺伝子工学の発達により、配列の与えられたヌクレオチドやペプチドのような生体高分子は容易につくることができるようになった。今日、脚光を浴びているタンパク質工学やRNA工学もその遺伝子工学のおかげである。タンパク質工学やRNA工学の目標は、特定の機能を果たすタンパク質やRNAの立体構造はどうあるべきかの問題を解決し、人間が任意の機能をもったタンパク質やRNAを自由にデザインすることにある。しかし、現在のタンパク質工学やRNA工学は、その構造の多様さと複雑さのために、その立体構造に関する理論的なアプローチが困難であり、活性部位の残基のいくつかを変えて、構造と機能の変化をみる段階にとどまっている。それ故、人間の英知によりタンパク質やRNAをデザインする段階に至っていない。   Advances in biochemistry, molecular biology, and biophysics have revealed that organisms are molecular machines that operate and proliferate through the interaction between molecules. The most fundamental property of living things on earth is that genetic information is stored in the nucleotide sequence of DNA, and that information is translated into functional proteins via mRNA. At present, with the development of genetic engineering, biopolymers such as nucleotides and peptides having a given sequence can be easily produced. Today, protein engineering and RNA engineering, which are in the limelight, also benefit from genetic engineering. The goal of protein engineering and RNA engineering is to solve the problem of what the three-dimensional structure of proteins and RNAs that perform specific functions should be, and to allow humans to freely design proteins and RNAs with arbitrary functions. . However, current protein and RNA engineering makes it difficult to theoretically approach the three-dimensional structure due to the diversity and complexity of its structure. Is still at the stage of seeing changes. Therefore, it has not reached the stage of designing proteins and RNA with human wisdom.

生体高分子の機能を高次生命現象の素過程とむすびつけて理解するには、タンパク質分子の構造・機能相関を解明する必要がある。ここに述べる我々の考えは、「人知を尽くす」ばかりでなく「自然の知恵」を借りるものである。従来のタンパク質工学の困難を克服し、人間の望むままに機能性生体高分子を設計・作出して行くには、この両者を駆使し得る能力を身に付けねばならないと考えたからである。新しい機能、活性を持つタンパク質を設計するのにこの古典的な方法を転用すれば、部位特異的変異によるタンパク質設計の難しさを回避できる場合がある。「自然の知恵を借りる」と言っても良い。   In order to understand the functions of biological macromolecules in conjunction with the elementary processes of higher life phenomena, it is necessary to clarify the structure-function relationships of protein molecules. Our ideas described here borrow not only from "doing the wisdom" but also from "the wisdom of nature". In order to overcome the difficulties of conventional protein engineering and design and produce functional biopolymers as desired by humans, we thought that we had to acquire the ability to make full use of both. By diverting this classical method to design proteins with new functions and activities, it may be possible to avoid the difficulty of protein design due to site-specific mutation. You may say "borrow the wisdom of nature."

この方法の欠点は、新しい機能、活性を持つ変異体をスクリーニングするのが難しいことであるが、最近脚光を浴びているRNA触媒は、この困難さをクリアしている。非常に沢山のランダム配列(1013種類位)のRNAを合成し、その中から特定の性質をもつRNAを選び出す試みがされている(非特許文献1)。 The drawback of this method is that it is difficult to screen for mutants with new functions and activities, but RNA catalysis, which has recently been in the limelight, has overcome this difficulty. Attempts have been made to synthesize RNAs of a very large number of random sequences (about 10 13 types) and to select RNAs having specific properties from among them (Non-Patent Document 1).

これは進化分子工学の一つの例であるが、この例が象徴的に示すように、タンパク質の進化分子工学の第一目標は、従来のタンパク質工学ではまったく考えられないほど広大な配列空間の探索をし、その中から最適配列を選び出すことである。この時、「人知を尽くして」スクリーニングの系を工夫すれば、最適配列の周辺に多数の準最適配列を発見でき、「配列−機能」を研究するための実験系が構築できるのもメリットである。   This is an example of evolutionary molecular engineering, but as this example symbolically shows, the primary goal of protein evolutionary molecular engineering is to search for a vast sequence space that can never be considered by conventional protein engineering. And select the optimal sequence from them. At this time, if we devised a screening system "exhaustively", we could find many sub-optimal sequences around the optimal sequence, and we could construct an experimental system to study "sequence-function". is there.

生体の優れた機能は、進化の過程で獲得されたものであるから、進化を再現できれば、実験室内において、酵素、抗体、リボザイムなどの機能性生体高分子を改変したり、さらには生物から見出せない機能をもった生体高分子を創製することが出来るはずである。タンパク質の改変・創製研究が、工業用触媒としての酵素利用、バイオチップ、バイオセンサー、糖鎖工学などバイオテクノロジーの様々な面において最重要課題であることは言うまでもない。   Because the superior functions of living organisms are acquired in the process of evolution, if the evolution can be reproduced, it is possible to modify functional biopolymers such as enzymes, antibodies, ribozymes, etc. in the laboratory, and even find them from living organisms. It should be possible to create biopolymers with no functions. Needless to say, research on protein modification and creation is the most important issue in various aspects of biotechnology such as utilization of enzymes as industrial catalysts, biochips, biosensors, and sugar chain engineering.

我々が有用なタンパク質を選び出す時、今なお「スクリーニング」を重宝していることに象徴されるように、構造理論的な分子設計が未完成な現在、進化的手法はより効率的な方法として実学的な価値がある。より効率的に進化を起こさせる、いわば「タイムマシン」を実験室内につくりだすことができれば、既存の酵素、抗体(ワクチン、モノクローナル抗体)などのタンパク質を改変するばかりでなく、環境汚染物質の分解酵素や浄化剤など、従来生物界に存在しなかった酵素や新しいタンパク質を創製する道も拓かれる。従って、タンパク質の進化実験系が立ち上がれば、産業プロセスの省力化・省エネ化、エネルギー生産、環境保全などの多くの分野に積極的に利用可能であると予想できる。本発明の対応付け分子は、タンパク質の改変などの進化分子工学において極めて有用な物質である。   At present, when structural screening is not yet complete, as evolutionary methods are used as more efficient methods, as symbolized by the fact that "screening" is still useful when selecting useful proteins. Worthwhile. If a "time machine" can be created in the laboratory to make evolution more efficient, it will not only modify existing enzymes and proteins such as antibodies (vaccines, monoclonal antibodies), but also decompose enzymes that decompose environmental pollutants It will also open up new ways to create enzymes and new proteins that did not exist in the biological world, such as enzymes and purifying agents. Therefore, if a protein evolution experiment system is established, it can be expected that it can be actively used in many fields such as labor saving and energy saving of industrial processes, energy production, and environmental conservation. The assigning molecule of the present invention is an extremely useful substance in evolutionary molecular engineering such as protein modification.

進化分子工学とは、実験室内高速分子進化によって、すなわち実験室において生体高分子の配列空間の適応歩行の仕組みをしらべ、それを最適化することによって機能性高分子の分子設計を行おうとする学問領域であり、1990年に具体的成果が出始めた全く新しい分子バイオテクノロジーである(非特許文献2; 非特許文献3)。   Evolutionary molecular engineering refers to the study of molecular design of functional macromolecules by high-speed molecular evolution in a laboratory, that is, to examine the mechanism of adaptive walking in the sequence space of biopolymers in the laboratory and optimize it. This is an area, and is a completely new molecular biotechnology that has begun to produce concrete results in 1990 (Non-Patent Document 2; Non-Patent Document 3).

生命は分子進化と自然選択の所産である。分子の進化は普遍的な生命現象であるが、その機構は何も過去の進化の歴史を跡づける研究によってのみ解明されるわけではない。むしろ、実験室の中に単純な進化する分子・生命系を構築し、その挙動を研究するというアプローチの方が、分子進化に関する基本的な知見を与え、検証可能な理論の構築と、その分子工学的応用を可能にする。   Life is the product of molecular evolution and natural selection. Molecular evolution is a universal life phenomenon, but its mechanism is not elucidated only by studies that trace the history of past evolution. Rather, the approach of constructing a simple evolving molecular / biological system in a laboratory and studying its behavior gives basic knowledge on molecular evolution, constructs a verifiable theory, Enable engineering applications.

高分子系が次の5つの条件を満たせば、進化することがわかっている。すなわち、(1)平衡から遠く離れた開放系、(2)自己増殖系、(3)突然変異系、(4)遺伝子型と表現型の対応付け戦略をもつ系、(5)配列空間上に適切な適応度地形をもつ系、である。(1)と(2)は自然淘汰が起こる条件で、(5)は生体高分子の物性ですでに決まっている。自然淘汰による進化は、(4)の遺伝子型と表現型の対応付けを前提としている。   It is known that a polymer system will evolve if the following five conditions are satisfied. In other words, (1) an open system far from equilibrium, (2) a self-propagating system, (3) a mutant system, (4) a system that has a genotype-phenotype mapping strategy, and (5) a sequence space A system with appropriate fitness terrain. (1) and (2) are conditions under which natural selection occurs, and (5) is already determined by the physical properties of biopolymers. Evolution by natural selection presupposes the association between genotype and phenotype in (4).

自然界でも進化分子工学でも次の3種の戦略が採用されている。すなわち、(a)遺伝子と表現型を同一分子上にのせるリボザイム型、(b)遺伝子型と表現型の複合体を形成するウイルス型、(c)遺伝子型と表現型を一つの袋に入れる細胞型、である(第1図)。   The following three strategies have been adopted in both nature and evolutionary molecular engineering. That is, (a) a ribozyme type that puts a gene and a phenotype on the same molecule, (b) a virus type that forms a complex of a genotype and a phenotype, and (c) a genotype and a phenotype are put in one bag. Cell type (FIG. 1).

(a)の遺伝子型と表現型を同一分子にのせるリボザイム型は、単純な系のため、これまでRNA触媒(リボザイム)で成功をおさめている(非特許文献4)。   The ribozyme type (a), in which the genotype and phenotype are put on the same molecule, is a simple system and has been successfully used with an RNA catalyst (ribozyme) (Non-patent Document 4).

(c)の細胞型の問題点として、(1)平均化効果、(2)偏奇効果、(3)ランダム複製効果が考えられる。平均化効果は細胞のゲノムのコピー数が多い場合、遺伝子型と表現型の対応付けが統計的に平均化され、あいまいになるため生ずる。細胞内ではコピー数(n)の中の一つに過ぎないために性能向上は平均化され、淘汰係数(s)/nで細胞集団内生存競争を始める。それ故、コピー数(n)はできるだけ小さい方が細胞型には有利である。しかし、偏奇効果があるために、セグメント数が多い場合、偏奇効果を防ぐためにはnは非常に大きくなくてはならない。したがって、細胞集団内生存競争におけるみかけの淘汰係数は、ウイルス型に比べて極めて小さいことが予想される。淘汰に要する時間は淘汰係数の逆数に比例するから、進化速度はウイルス型に比べて極めて遅くなる。さらに、(3)のランダム複製効果は細胞型にとって致命的である。この効果は、セグメント化された必須遺伝子がランダムに複製されるため、細胞分裂前に必須遺伝子のすべてを複製することは極めて困難なことによる。このことは、有利突然変異がある必須遺伝子に生じても、それが複製されて娘細胞に伝わる確率は極めて小さいことを意味する。   Problems of the cell type (c) include (1) averaging effect, (2) bizarre effect, and (3) random replication effect. The averaging effect occurs when the number of copies of the genome of the cell is large, because the association between the genotype and the phenotype is statistically averaged and becomes ambiguous. In cells, performance improvement is averaged because it is only one of the copy numbers (n), and competition for survival in the cell population starts at a selection coefficient (s) / n. Therefore, it is advantageous for the cell type that the copy number (n) is as small as possible. However, when the number of segments is large due to the bizarre effect, n must be very large to prevent the bizarre effect. Therefore, the apparent selection coefficient in the survival competition in the cell population is expected to be extremely small as compared with the virus type. Since the time required for selection is proportional to the reciprocal of the selection coefficient, the evolution rate is much slower than that of the virus type. Furthermore, the random replication effect of (3) is lethal for cell types. This effect is due to the fact that it is extremely difficult to replicate all of the essential genes before cell division, because the segmented essential genes are replicated randomly. This means that, even if a beneficial mutation occurs in an essential gene, the probability that it will be replicated and transmitted to daughter cells is extremely small.

効率よく進化するためには(b)のウイルス型のように遺伝子型と表現型を一体化させる必要がある。   In order to evolve efficiently, it is necessary to integrate the genotype and the phenotype as in the virus type of (b).

すでに(b)の遺伝子型と表現型の複合体を形成するウイルス型の進化分子工学として、ファージ・ディスプレイ(非特許文献5; 非特許文献6)、ポリソーム・ディスプレイ(非特許文献7)、コード化タグ付ライブラリー(非特許文献8)、セルスタット(非特許文献9)をはじめ、様々な手法が提案され、開発されつつある。   Phage display (Non-patent document 5; Non-patent document 6), polysome display (Non-patent document 7), and code have already been used as evolutionary molecular engineering of a virus type that forms a genotype-phenotype complex of (b). Various methods have been proposed and are being developed, including a library with a generalized tag (Non-Patent Document 8) and a cell stat (Non-Patent Document 9).

しかし、探査可能な配列空間の大きさが進化分子工学において重要であるにもかかわらず、現在のところこれらのウイルス型においては、リボザイム型並みの配列空間のグローバルな探査法は確立していない。   However, despite the importance of the sequence space that can be explored is important in evolutionary molecular engineering, a global exploration method for the sequence space similar to the ribozyme type has not yet been established for these virus types.

その理由として、ファージ・ディスプレイなどの現在のウイルスを利用した場合、現在の細胞に寄生しているために、どうしても宿主である細胞によって次のような制限を受ける。すなわち、(1)細胞に規制されるため、限られた配列空間しか探査できない、(2)膜透過性、(3)宿主によるバイアス、(4)宿主の個体数によるライブラリーの制限、などである。   The reason for this is that when a current virus such as phage display is used, it is inevitably subject to the following limitations depending on the host cell because it is parasitic on the current cell. In other words, (1) it is restricted by cells, so that only limited sequence space can be probed, (2) membrane permeability, (3) bias by host, (4) library limitation by host population, etc. is there.

ポリソーム・ディスプレイ法(特許文献1)は、リボソームを介して核酸とタンパク質を非共有結合で結び付けているため、ペプチド位の鎖長の短いものには向いているが、タンパク質のように鎖長が長くなると、その取り扱いが問題になる。特に、巨大なリボソームをくわえたままなので、選択操作(たとえば、吸着・溶出など)の際に条件の制約を強く受ける。コード化タグ付ライブラリー(特許文献2)は、ビーズを介して化学合成したペプチドと核酸のタグを対応させているが、現在の技術では100残基程度のタンパク質の化学合成は収率が非常に悪いため、鎖長の短いペプチドには使えるが、鎖長の長いタンパク質には使用できない。   The polysome display method (Patent Document 1) is non-covalently linked to a nucleic acid and a protein via a ribosome, and thus is suitable for a peptide having a short chain length, but has a chain length like a protein. If it gets longer, its handling becomes a problem. In particular, since a huge ribosome is kept added, conditions for selection (for example, adsorption and elution) are strongly restricted by conditions. The library with a coded tag (Patent Document 2) associates a nucleic acid tag with a peptide chemically synthesized via beads, but with current technology, chemical synthesis of a protein of about 100 residues has a very high yield. Can be used for peptides with short chains, but not for proteins with long chains.

これらの問題点を乗り越える一つの方法として無細胞翻訳系の利用が考えられる。無細胞系の中で遺伝子型と表現型を単純に結合したウイルス型戦略分子の長所を挙げてみると、(1)リボザイム型にせまる莫大な変異体集団を合成できる、(2)宿主に依存しない多種多様のタンパク質の創製、(3)膜透過性の問題がない、(4)21番目のコードが利用でき非天然のアミノ酸を導入できる、などである。
Ellington, A. D. & Szostak, J. W., 1990, Nature, 346, p.818-822 伏見譲, 1991年, 科学, 第61巻, p.333-340 伏見譲, 「講座進化(第6巻)」, 東大出版会, 1992年 柳川弘志, 「RNAのニューエイジ」, 羊土社, 1993年, p.57-77 Smith, G. P., 1985, Science, 228, p.1315-1317 Scott, J. K. & Smith, G. P., 1990, Science, 249, p.386-390 Mattheakis, L. C. et al., 1994, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, p.9022-9026 Brenner, S. & Lerner, R. A., 1992, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89, p.5381-5383 Husimi, Y. et al., 1982, Rev. Sci. Instrum. 53, p.517-522 国際公開第95/11922号パンフレット 国際公開第96/22391号パンフレット
One way to overcome these problems is to use a cell-free translation system. The advantages of a viral-type strategic molecule that simply combines genotype and phenotype in a cell-free system are as follows: (1) it can synthesize an enormous population of mutants that can be ribozyme-type, and (2) it depends on the host. (3) there is no problem of membrane permeability, (4) the 21st code can be used and unnatural amino acids can be introduced, and so on.
Ellington, AD & Szostak, JW, 1990, Nature, 346, p.818-822 Joe Fushimi, 1991, Science, Vol.61, p.333-340 Joe Fushimi, "Lecture Evolution (Vol.6)", The University of Tokyo Press, 1992 Hiroshi Yanagawa, "New Age of RNA", Yodosha, 1993, p.57-77 Smith, GP, 1985, Science, 228, p.1315-1317 Scott, JK & Smith, GP, 1990, Science, 249, p.386-390 Mattheakis, LC et al., 1994, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, p. 9022-9026 Brenner, S. & Lerner, RA, 1992, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89, p. 5381-5383. Husimi, Y. et al., 1982, Rev. Sci. Instrum. 53, p.517-522 WO 95/11922 pamphlet WO 96/22391 pamphlet

本発明の目的は、上記ウイルス型戦略分子の長所を有する、ファージよりも効率よく、環境条件設定上の制約の少ないウイルス型作業レプリコン、つまり、in vitroウイルスと呼ぶべき核酸とタンパク質との間が化学結合で結びついた分子、すなわち、遺伝子型と表現型が対応づけられた分子の提供にある。更に詳述すれば、本発明は、機能性タンパク質やペプチドの創出に利用し得る、遺伝子型(核酸)と表現型(タンパク質)の対応付けを無細胞タンパク質合成系を用いて行い、リボソームの上で遺伝子の3'末端部とタンパク質のC末端部を共有結合で連結させ、情報と機能に1:1の対応関係をもつ分子の提供を目的としてなされたものである。また、形成された遺伝子型と表現型の対応付け分子(以下、「in vitroウイルス」ともいう)を試験管内淘汰法により選択し、選択されたin vitroウイルスの遺伝子部分を逆転写PCRにより増幅し、さらに変異を導入しながら増幅する操作を繰り返すことにより、莫大な配列空間を探査し、目的とする機能性タンパク質やペプチドを得ることを目的とする。   An object of the present invention is to provide a virus-type working replicon that has the advantages of the above-mentioned virus-type strategic molecule, is more efficient than phage, and has less restrictions on the setting of environmental conditions, that is, between nucleic acids and proteins, which should be called in vitro viruses. It is an object of the present invention to provide a molecule linked by a chemical bond, that is, a molecule in which a genotype is associated with a phenotype. More specifically, the present invention uses a cell-free protein synthesis system to associate a genotype (nucleic acid) with a phenotype (protein), which can be used for creation of a functional protein or peptide, and to perform a The purpose of the present invention is to provide a molecule having a 1: 1 correspondence between information and function by connecting the 3 'end of the gene and the C end of the protein by a covalent bond. In addition, the formed genotype-phenotype mapping molecule (hereinafter, also referred to as “in vitro virus”) is selected by an in vitro selection method, and the gene portion of the selected in vitro virus is amplified by reverse transcription PCR. It is another object of the present invention to search an enormous sequence space and obtain a target functional protein or peptide by repeating an operation of amplifying while introducing a mutation.

本発明者等は上記目的を達成すべく鋭意研究の結果、無細胞タンパク質合成系のリボソーム上で核酸とタンパク質が化学的に結合した二種類の遺伝子型と表現型の対応付け分子が構築し得ることを見出した。さらに、その対応付け分子(in vitroウイルス)を試験管内淘汰法により淘汰し、選択されたin vitroウイルスの遺伝子部分を逆転写PCRにより増幅し、さらに変異を導入しながら増幅するタンパク質の進化実験系が構築し得ることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいて成し遂げられたものである。   The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, two types of genotype and phenotype associating molecules in which nucleic acids and proteins are chemically bonded on the ribosome of a cell-free protein synthesis system can be constructed. I found that. Further, the assigning molecule (in vitro virus) is selected by an in vitro selection method, the gene portion of the selected in vitro virus is amplified by reverse transcription PCR, and further, a protein evolution experiment system for amplifying while introducing mutations. Found that it could be built. The present invention has been accomplished based on these findings.

すなわち本発明は、遺伝子型を反映する塩基配列を有する核酸部と、表現型の発現に関与するタンパク質を含むタンパク質部を含み、前記核酸部と前記タンパク質部が直接化学結合している、遺伝子型と表現型の対応付け分子を提供する。   That is, the present invention includes a nucleic acid portion having a nucleotide sequence reflecting a genotype, and a protein portion containing a protein involved in phenotypic expression, wherein the nucleic acid portion and the protein portion are directly chemically bonded. And phenotype mapping molecules.

本発明の好ましい態様によれば、核酸部の3'末端とタンパク質部のC末端とが共有結合してなる上記の対応付け分子、及び、タンパク質部のC末端と共有結合する核酸部の3'末端がピューロマイシンである上記の対応付け分子が提供される。   According to a preferred embodiment of the present invention, the assigning molecule described above, wherein the 3 ′ end of the nucleic acid portion and the C terminal of the protein portion are covalently bonded, and the 3 ′ of the nucleic acid portion covalently bonded to the C terminal of the protein portion. An assigning molecule as described above, wherein the terminus is puromycin, is provided.

また、本発明の好ましい態様によれば、核酸部が、タンパク質をコードする遺伝子を含み、タンパク質部が該核酸部の遺伝子の翻訳産物である上記の対応付け分子が提供される。核酸部は、好ましくは、RNAからなる遺伝子と、前記遺伝子にスペーサーを介して連結したサプレッサーtRNAとを含む。サプレッサーtRNAは、好ましくは、前記遺伝子の終始コドンに対応するアンチコドンを含む。あるいは、核酸部は、RNAからなる遺伝子と、DNAとRNAまたはDNAとポリエチレングリコールからなるスペーサー部分とを含む。また、核酸部は、DNAからなる遺伝子とDNAとRNAからなるスペーサー部分とを含んでもよい。   Further, according to a preferred aspect of the present invention, there is provided the above-mentioned assigning molecule, wherein the nucleic acid part contains a gene encoding a protein, and the protein part is a translation product of the gene of the nucleic acid part. The nucleic acid portion preferably contains a gene consisting of RNA and a suppressor tRNA linked to the gene via a spacer. The suppressor tRNA preferably contains an anti-codon corresponding to the stop codon of the gene. Alternatively, the nucleic acid part includes a gene composed of RNA and a spacer part composed of DNA and RNA or DNA and polyethylene glycol. Further, the nucleic acid part may include a gene composed of DNA and a spacer part composed of DNA and RNA.

さらに本発明の別の態様により、(a)遺伝子を含むDNAの3'末端側にサプレッサーtRNAに対応する配列のDNAをスペーサーを介して連結し、(b)得られたDNA連結体を転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端に、アミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成
系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物を連結することを特徴とする遺伝子型と表現型の対応付け分子の構築方法、及び(a)終止コドンをもたない遺伝子をふくむDNAを作成し、(b)作成したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にDNAとRNAのキメラのスペーサーを連結し、(d)さらに得られた連結体の3'末端側に、アミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(e)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物を連結することを特徴とする遺伝子型と表現型の対応付け分子の構築方法が提供される。
Further, according to another embodiment of the present invention, (a) a DNA having a sequence corresponding to the suppressor tRNA is ligated to the 3 ′ end of DNA containing the gene via a spacer, and (b) the obtained DNA ligated product is transcribed. (C) connecting a substance having a nucleoside or a nucleoside-like chemical structural skeleton capable of covalently bonding to an amino acid or a substance having a chemical structural skeleton similar to an amino acid to the 3 ′ end of the obtained RNA; (D) associating a genotype with a phenotype, wherein protein synthesis is performed in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA, and a nucleic acid part containing the gene is linked to a translation product of the gene. The method of constructing the molecule, (a) preparing DNA containing a gene without a stop codon, (b) transcribing the prepared DNA into RNA, and (c) placing DNA on the 3 ′ end side of the obtained RNA. And RNA chimera spacer (D) further linking a substance having a nucleoside or a nucleoside-like chemical structural skeleton, which can be covalently bonded to an amino acid or a substance having a chemical structural skeleton similar to an amino acid, to the 3′-terminal side of the obtained conjugate; (E) associating a genotype with a phenotype, wherein protein synthesis is performed in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA, and a nucleic acid part containing the gene is linked to a translation product of the gene. Methods for constructing molecules are provided.

また、この発明の好ましい態様によれば、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質がピューロマイシンである上記構築方法が提供される。   Further, according to a preferred aspect of the present invention, there is provided the above-mentioned construction method, wherein the nucleoside or the substance having a chemical structure skeleton similar to the nucleoside is puromycin.

また、この発明の別の様態により、(a)終止コドンをもたない遺伝子をふくむDNAを作成し、(b)作成したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にDNAとポリエチレングリコールのキメラのスペーサーを連結し、(d)さらに得られた連結体の3'末端側に、アミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(e)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物を連結することを特徴とする遺伝子型と表現型の対応付け分子の構築方法が提供される。   According to another embodiment of the present invention, (a) DNA containing a gene without a stop codon is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) 3 ′ of the obtained RNA. A nucleoside capable of linking a chimeric spacer of DNA and polyethylene glycol to the terminal side and (d) further covalently bonding to the 3 ′ terminal side of the obtained conjugate a amino acid or a substance having a chemical structure skeleton similar to an amino acid; Alternatively, a substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside is linked, and (e) protein synthesis is performed in a cell-free protein synthesis system using the obtained link as mRNA, and a nucleic acid portion containing a gene is linked to a translation product of the gene. And a method for constructing a genotype-phenotype associating molecule, characterized in that

また、この発明の別の態様により、(a)終止コドンをもたない遺伝子を含むDNAを作成し、(b)作成したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側に二本鎖のDNAのスペーサーを連結し、(d)さらに得られた連結体の3'末端側に、アミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(e)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする、遺伝子型と表現型の対応付け分子の構築方法が提供される。   According to another embodiment of the present invention, (a) a DNA containing a gene without a stop codon is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) 3 ′ of the obtained RNA. A double-stranded DNA spacer is linked to the terminal side, and (d) a nucleoside or a nucleoside which can be covalently bonded to an amino acid or a substance having a chemical structure skeleton similar to the amino acid on the 3 ′ end side of the obtained conjugate. A substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside is ligated, and (e) the obtained conjugate is used as mRNA to perform protein synthesis in a cell-free protein synthesis system, and a nucleic acid portion containing a gene is ligated to a translation product of the gene. And a method for constructing a genotype-phenotype associating molecule.

さらにまた、この発明の別の態様により(a)終止コドンをもたない遺伝子とスペーサーの塩基配列とを含むDNAを作成し、(b)作成したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側に、アミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られたRNAの連結体の遺伝子部分の3'末端側の部分に短鎖のPNAまたはDNAを加えて二本鎖を形成させ、(e)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする、遺伝子型と表現型の対応付け分子の構築方法が提供される。   Furthermore, according to another embodiment of the present invention, (a) a DNA containing a gene having no stop codon and a base sequence of a spacer is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and A substance having a nucleoside or a nucleoside-like chemical structural skeleton, which can be covalently bonded to an amino acid or a substance having a chemical structural skeleton similar to an amino acid, was linked to the 3′-terminal side of the obtained RNA to obtain (d). Short-chain PNA or DNA is added to the 3'-terminal portion of the gene portion of the RNA conjugate to form a double strand, and (e) the resulting conjugate is used as mRNA for protein synthesis in a cell-free protein synthesis system. And linking a nucleic acid portion containing the gene with a translation product of the gene, thereby providing a method for constructing a genotype-phenotype associating molecule.

またさらに、本発明の別の様態により、上記の構築方法により、遺伝子を含むDNAから、対応付け分子を構築する構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子を淘汰する淘汰工程と、淘汰工程により選択された対応付け分子の遺伝子部分に変異を導入する変異導入工程と、変異導入工程で得られた遺伝子部分を増幅する増幅工程とを含むことを特徴とするタンパク質の進化実験方法が提供される。   According to still another aspect of the present invention, a construction step of constructing an associating molecule from DNA containing a gene by the above-described construction method, a culling step of culling out the associating molecule obtained in the construction step, A method for experimentally evolving a protein, comprising: a mutation introduction step of introducing a mutation into the gene portion of the assigning molecule selected in the step; and an amplification step of amplifying the gene portion obtained in the mutation introduction step. Is done.

進化実験方法においては、好ましくは、増幅工程で得られたDNAを構築工程に供することにより、構築工程、淘汰工程、変異導入工程及び増幅工程が繰り返し行われる。また、遺伝子を含むDNAの3'末端側にサプレッサーtRNAに対応する配列のDNAをスペーサーを介して連結する第一連結手段、第一連結手段で得られたDNA連結体をRNAに転写する転写手段、
転写手段で得られたRNAの3'末端に、アミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結する第二連結手段、及び、第二連結手段で得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物を連結する第三連結手段を含む対応付け分子の構築手段、または、遺伝子を含むDNAをRNAに転写する転写手段、転写手段で得られたRNAの3'末端側にDNAとRNAのキメラもしくはDNAとポリエチレングリコールのキメラもしくはDNAとDNAからなる二本鎖もしくはRNAと短鎖のペプチド核酸(PNA)もしくはDNAからなる二本鎖のスペーサーを連結する第一連結手段、第一連結手段で得られたRNA-スペーサー連結体の3'末端に、アミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結する第二連結手段、及び、第二連結手段で得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物を連結する第三連結手段を含む対応付け分子の構築手段と、構築された対応付け分子を淘汰する手段と、選択された対応付け分子の遺伝子部分に変異を導入する手段と、変異導入された遺伝子部分を増幅する手段とを備えることを特徴とする、上記の進化実験方法を行う装置も提供される。
In the evolution experiment method, preferably, the construction step, the selection step, the mutation introduction step, and the amplification step are repeatedly performed by subjecting the DNA obtained in the amplification step to the construction step. Further, a first ligation means for ligating the DNA of the sequence corresponding to the suppressor tRNA to the 3 'end of the DNA containing the gene via a spacer, a transcription means for transcribing the DNA ligated product obtained by the first ligation means to RNA ,
Second linking means for linking a substance having a nucleoside or a chemical structure skeleton similar to a nucleoside, which can be covalently bonded to an amino acid or a substance having a chemical structure skeleton similar to an amino acid, to the 3 ′ end of the RNA obtained by the transcription means And an associating molecule comprising a ligated product obtained by the second ligating means as mRNA, protein synthesis in a cell-free protein synthesis system, and a third ligating means for linking a nucleic acid portion containing the gene and a translation product of the gene. Constructing means, or a transcription means for transcribing DNA containing a gene to RNA, a chimera of DNA and RNA or a chimera of DNA and polyethylene glycol or a chimera of DNA and DNA at the 3 'end of RNA obtained by the transcription means. First connecting means for connecting a double-stranded spacer consisting of a single-stranded or RNA and a short-chain peptide nucleic acid (PNA) or DNA, and an RNA-space obtained by the first connecting means A second linking means for linking a substance having a nucleoside or a chemical structure skeleton similar to a nucleoside, which can be covalently bonded to an amino acid or a substance having a chemical structure skeleton similar to an amino acid, Performing protein synthesis in a cell-free protein synthesis system using the ligated product obtained by the two ligating device as mRNA, a nucleic acid portion containing a gene, and an associating molecule constructing device including a third ligating device for linking a translation product of the gene, A means for selecting the constructed mapping molecule, a means for introducing a mutation into the gene portion of the selected mapping molecule, and a means for amplifying the mutated gene portion, An apparatus for performing the evolution experiment method of is also provided.

さらに、本発明の別の態様により、上記の構築方法により対応付け分子を構築する構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子と他のタンパク質または核酸との相互作用を調べる検定工程とを含むことを特徴とするタンパク質−タンパク質またはタンパク質−核酸相互作用の検定方法が提供される。   Further, according to another aspect of the present invention, a construction step of constructing an assigning molecule by the above construction method, and an assay step of examining the interaction between the assigning molecule obtained in the construction step and another protein or nucleic acid, A method for assaying protein-protein or protein-nucleic acid interaction is provided.

さらに具体的には、以下のものが提供される。
(1) (a)遺伝子を含むDNAを作製し、(b)作製したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にスペーサーを介してアミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする対応付け分子の構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子を淘汰する淘汰工程とを含むことを特徴とする所望のタンパク質の選択方法。
(2) (a)遺伝子を含むDNAを作製し、(b)作製したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にスペーサーを介してアミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする対応付け分子の構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子を淘汰する淘汰工程と、淘汰工程により選択された対応付け分子の遺伝子部分を増幅する増幅工程とを含み、増幅工程で得られたDNAを構築工程に供することにより、構築工程、淘汰工程及び増幅工程を繰り返し行うことを特徴とする所望のタンパク質の選択方法。
(3) (a)遺伝子を含むDNAを作製し、(b)作製したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にスペーサーを介してアミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする対応付け分子の構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子を淘汰する淘汰工程と、淘汰工程により選択された対応付け分子の遺伝子部分を増幅する増幅工程とを含むことを特徴とする所望のタンパク質をコードするDNAの取得方法。
(4) 増幅工程で得られたDNAを構築工程に供することにより、構築工程、淘汰工程及び増幅工程を繰り返し行うことを特徴とする3記載のDNAの取得方法。
(5) (a)遺伝子を含むDNAを作製し、(b)作製したDNAを転写してRNAにし、(c)
得られたRNAの3'末端側にスペーサーを介してアミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする対応付け分子の構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子を淘汰する淘汰工程とを含むことを特徴とする所望のタンパク質をコードするRNAの選択方法。
(6) (a)遺伝子を含むDNAを作製し、(b)作製したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にスペーサーを介してアミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする対応付け分子の構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子を淘汰する淘汰工程と、淘汰工程により選択された対応付け分子の遺伝子部分を増幅する増幅工程とを含み、増幅工程で得られたDNAを構築工程に供することにより、構築工程、淘汰工程及び増幅工程を繰り返し行うことを特徴とする所望のタンパク質をコードするRNAの選択方法。
(7) 遺伝子を含むDNAが、さらに発現制御領域を含む1〜6のいずれかに記載の方法。
(8) スペーサーが高分子物質からなる1〜7のいずれかに記載の方法。
(9) スペーサーの長さが、100〜1000Åの範囲である1〜8のいずれかに記載の方法。
(10) スペーサーが核酸を含む1〜9のいずれかに記載の方法。
(11) 核酸が、RNAもしくはDNAの一本鎖、RNAもしくはDNAとDNAとの二本鎖、RNAと短鎖のPNAもしくはDNAとの二本鎖、RNAとDNAとからなる一本鎖、または、RNAとDNAとからなる一本鎖と短鎖のDNAとの二本鎖である10に記載の方法。
(12) スペーサーがポリエチレングリコールを含む1〜11のいずれかに記載の方法。
(13) ポリエチレングリコールの分子量が3000〜30000である12に記載の方法。
(14) スペーサーが、ポリエチレングリコールとDNAとからなる9または13記載の方法。
(15) ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質が、ピューロマイシンまたはその誘導体である1〜14のいずれかに記載の方法。
(16) 遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物との連結が、共有結合によってなる1〜15のいずれかに記載の方法。
(17) 共有結合がアミド結合である16に記載の方法。
(18) 淘汰工程において選択される対応付け分子が、物質との相互作用を指標として選択されるものである1〜17のいずれかに記載の方法。
(19) 淘汰工程が、固相に結合した物質と構築工程で得られた対応付け分子との相互作用による複合体を分離する工程を含む18に記載の方法。
(20) 遺伝子が、抗体またはその一部の遺伝子である1〜19のいずれかに記載の方法。
(21) 遺伝子が、酵素またはその一部の遺伝子である1〜19のいずれかに記載の方法。
(22) 遺伝子を含むDNAが、異なる遺伝子を有する複数のDNAからなるライブラリーである1〜21のいずれかに記載の方法。
(23) 遺伝子を含むDNAが、ランダム塩基配列からなる1〜22のいずれかに記載の方法。
More specifically, the following is provided.
(1) (a) DNA containing a gene is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) an amino acid or amino acid similar to the amino acid via a spacer at the 3 ′ end of the obtained RNA. A substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside or a nucleoside which can be covalently bonded to a substance having a chemical structural skeleton, and (d) performing protein synthesis in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA, A step of constructing an associating molecule characterized by linking a nucleic acid portion containing the gene and a translation product of the gene, and a step of selecting out the associating molecule obtained in the constructing step. A method for selecting a desired protein.
(2) (a) DNA containing a gene is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) an amino acid or amino acid similar to the amino acid via a spacer at the 3 ′ end of the obtained RNA. A substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside or a nucleoside which can be covalently bonded to a substance having a chemical structural skeleton, and (d) performing protein synthesis in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA, A step of constructing an assigning molecule characterized by linking a nucleic acid portion containing the gene and a translation product of the gene, a step of selecting the assigning molecule obtained in the constructing step, and a step of selecting An amplification step of amplifying the gene portion of the assigning molecule, and by subjecting the DNA obtained in the amplification step to a construction step, the construction step, the selection step, and the amplification step are repeatedly performed. Selection method of the desired protein.
(3) (a) DNA containing a gene is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) an amino acid or amino acid-like amino acid is obtained via a spacer at the 3 ′ end of the obtained RNA. A substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside or a nucleoside which can be covalently bonded to a substance having a chemical structural skeleton, and (d) performing protein synthesis in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA, A step of constructing an assigning molecule characterized by linking a nucleic acid portion containing the gene and a translation product of the gene, a step of selecting the assigning molecule obtained in the constructing step, and a step of selecting An amplification step of amplifying a gene portion of the assigning molecule. A method for obtaining a DNA encoding a desired protein.
(4) The method for obtaining DNA according to (3), wherein the DNA obtained in the amplification step is subjected to a construction step, whereby the construction step, the selection step, and the amplification step are repeated.
(5) (a) preparing DNA containing a gene, (b) transcribing the prepared DNA into RNA, (c)
A substance having a nucleoside or a nucleoside-like chemical structural skeleton, which can be covalently bonded to an amino acid or a substance having a chemical structural skeleton similar to an amino acid via a spacer at the 3 ′ end side of the obtained RNA, is linked (d A) constructing an associating molecule, comprising performing protein synthesis in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA and linking a nucleic acid portion containing the gene and a translation product of the gene; A method for selecting RNA encoding a desired protein, comprising:
(6) (a) DNA containing a gene is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) an amino acid or amino acid similar to the amino acid via a spacer at the 3 ′ end of the obtained RNA. A substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside or a nucleoside which can be covalently bonded to a substance having a chemical structural skeleton, and (d) performing protein synthesis in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA, A step of constructing an assigning molecule characterized by linking a nucleic acid portion containing the gene and a translation product of the gene, a step of selecting the assigning molecule obtained in the constructing step, and a step of selecting An amplification step of amplifying the gene portion of the assigning molecule, and by subjecting the DNA obtained in the amplification step to a construction step, the construction step, the selection step, and the amplification step are repeatedly performed. RNA selection method of encoding the desired protein.
(7) The method according to any one of (1) to (6), wherein the DNA containing the gene further contains an expression control region.
(8) The method according to any one of 1 to 7, wherein the spacer comprises a polymer substance.
(9) The method according to any one of (1) to (8), wherein the length of the spacer is in the range of 100 to 1000 °.
(10) The method according to any one of (1) to (9), wherein the spacer contains a nucleic acid.
(11) the nucleic acid is a single strand of RNA or DNA, a double strand of RNA or DNA and DNA, a double strand of RNA and short PNA or DNA, a single strand of RNA and DNA, or 11. The method according to 10, which is a double strand of a single strand consisting of RNA and DNA and a short strand DNA.
(12) The method according to any one of (1) to (11), wherein the spacer contains polyethylene glycol.
(13) The method according to 12, wherein the polyethylene glycol has a molecular weight of 3,000 to 30,000.
(14) The method according to 9 or 13, wherein the spacer comprises polyethylene glycol and DNA.
(15) The method according to any one of 1 to 14, wherein the nucleoside or the substance having a chemical structural skeleton similar to the nucleoside is puromycin or a derivative thereof.
(16) The method according to any one of (1) to (15), wherein the link between the nucleic acid portion containing the gene and the translation product of the gene is formed by a covalent bond.
(17) The method according to 16, wherein the covalent bond is an amide bond.
(18) The method according to any one of (1) to (17), wherein the assigning molecule selected in the selection step is selected using an interaction with a substance as an index.
(19) The method according to 18, wherein the selection step includes a step of separating a complex by an interaction between the substance bound to the solid phase and the assigning molecule obtained in the construction step.
(20) The method according to any one of 1 to 19, wherein the gene is an antibody or a partial gene thereof.
(21) The method according to any one of 1 to 19, wherein the gene is an enzyme or a partial gene thereof.
(22) The method according to any one of (1) to (21), wherein the DNA containing the gene is a library comprising a plurality of DNAs having different genes.
(23) The method according to any one of 1 to 22, wherein the DNA containing the gene comprises a random base sequence.

(24) 遺伝子を有するRNAの3'末端に、高分子物質からなるスペーサーが結合した
分子。
(25) 24に記載の分子の3'末端側に、アミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質が結合した分子。
(26) RNAが、さらに発現制御領域を含む24または25に記載の分子。
(27) スペーサーの長さが、100〜1000Åの範囲である24〜26のいずれかに記載の分子。
(28) スペーサーが、核酸を含む24〜27のいずれかに記載の分子。
(29) 核酸が、RNAもしくはDNAの一本鎖、RNAもしくはDNAとDNAとの二本鎖、RNAと短鎖のPNAもしくはDNAとの二本鎖、RNAとDNAとからなる一本鎖、または、RNAとDNAとからなる一本鎖と短鎖のDNAとの二本鎖である28に記載の分子。
(30) スペーサーが、ポリエチレングリコールを含む24〜29のいずれかに記載の分子。
(31) スペーサーが、ポリエチレングリコールとDNAとからなる30に記載の分子。
(32) ポリエチレングリコールの分子量が、3000〜30000である30または31に記載の方法。
(33) ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質が、ピューロマイシンまたはその誘導体である25〜32のいずれかに記載の分子。
(34) 遺伝子が、抗体またはその一部の遺伝子である24〜33のいずれかに記載の分子。
(35) 遺伝子が、酵素またはその一部の遺伝子である24〜33のいずれかに記載の分子。
(36) 遺伝子が、ランダム塩基配列からなる24〜33のいずれかに記載の分子。
(37) 24〜35のいずれかに記載の分子であって、異なる遺伝子を有する複数の分子からなるライブラリー。
(24) A molecule in which a spacer made of a high molecular substance is bonded to the 3 ′ end of RNA having a gene.
(25) A molecule having a nucleoside or a substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside, which can be covalently bonded to an amino acid or a substance having a chemical structural skeleton similar to an amino acid, to the 3 ′ terminal side of the molecule according to 24.
(26) The molecule according to 24 or 25, wherein the RNA further comprises an expression control region.
(27) The molecule according to any one of (24) to (26), wherein the length of the spacer is in the range of 100 to 1000 °.
(28) The molecule according to any of 24-27, wherein the spacer comprises a nucleic acid.
(29) the nucleic acid is a single strand of RNA or DNA, a double strand of RNA or DNA and DNA, a double strand of RNA and short PNA or DNA, a single strand of RNA and DNA, or 29. The molecule according to 28, which is a double-stranded single-stranded DNA comprising RNA and DNA and a short-stranded DNA.
(30) The molecule according to any one of 24-29, wherein the spacer comprises polyethylene glycol.
(31) The molecule according to 30, wherein the spacer comprises polyethylene glycol and DNA.
(32) The method according to 30 or 31, wherein the molecular weight of the polyethylene glycol is 3,000 to 30,000.
(33) The molecule according to any of 25 to 32, wherein the nucleoside or the substance having a chemical structure skeleton similar to the nucleoside is puromycin or a derivative thereof.
(34) The molecule according to any of 24-33, wherein the gene is an antibody or a part of the gene.
(35) The molecule according to any of 24-33, wherein the gene is an enzyme or a partial gene thereof.
(36) The molecule according to any of 24-33, wherein the gene comprises a random base sequence.
(37) The library according to any one of (24) to (35), comprising a plurality of molecules having different genes.

(38) 遺伝子型を反映する塩基配列を有する核酸部と、前記遺伝子型を反映する塩基配列がコードするタンパク質を含むタンパク質部とが直接共有結合している分子であって、核酸部がDNAを含む分子。
(39) 核酸部が、さらに発現制御領域を含む38に記載の分子。
(40) 核酸部に含まれるDNAが、DNAとRNAとの二本鎖である38または39に記載の分子。
(41) 核酸部に含まれるDNAが、DNAの一本鎖である38または39に記載の分子。
(42) 核酸部に含まれるDNAが、DNAの二本鎖である38または39に記載の分子。
(43) 核酸部に含まれるDNAが、RNAの逆転写反応によって生成されたものである38〜42のいずれかに記載の分子。
(44) 核酸部が、遺伝子型を反映する塩基配列の3'末端側に、スペーサーを介して、アミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質が結合した分子である38〜43のいずれかに記載の分子。
(45) ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質が、ピューロマイシンまたはその誘導体である44に記載の分子。
(46) スペーサーが、高分子物質からなる44または45に記載の分子。
(47) スペーサーが、100〜1000Åの長さを有する44〜46のいずれかに記載の分子。
(48) スペーサーが核酸を含む44〜47のいずれかに記載の分子。
(49) 核酸が、RNAもしくはDNAの一本鎖、RNAもしくはDNAとDNAとの二本鎖、RNAと短鎖のPNAもしくはDNAとの二本鎖、RNAとDNAとからなる一本鎖、または、RNAとDNAとからなる一本鎖と短鎖のDNAとの二本鎖である48に記載の分子。
(50) スペーサーが、ポリエチレングリコールを含む44〜49のいずれかに記載の分子。
(51) スペーサーが、ポリエチレングリコールとDNAとからなる50に記載の分子。
(52) ポリエチレングリコールが、3000〜30000の分子量を有する50または51に記載の方法。
(53) 遺伝子が、抗体またはその一部の遺伝子である38〜52のいずれかに記載の分子。
(54) 遺伝子が、酵素またはその一部の遺伝子である38〜52のいずれかに記載の分子。
(55) 遺伝子が、ランダム塩基配列からなる38〜52のいずれかに記載の分子。
(56) 38〜54のいずれかに記載の分子であって、異なる遺伝子を有する複数の分子からなるライブラリー。
(38) A molecule in which a nucleic acid portion having a nucleotide sequence reflecting a genotype is directly covalently bonded to a protein portion containing a protein encoded by the nucleotide sequence reflecting the genotype, wherein the nucleic acid portion is a DNA. Including molecules.
(39) The molecule according to 38, wherein the nucleic acid portion further contains an expression control region.
(40) The molecule according to (38) or (39), wherein the DNA contained in the nucleic acid portion is a double strand of DNA and RNA.
(41) The molecule according to 38 or 39, wherein the DNA contained in the nucleic acid portion is a single strand of DNA.
(42) The molecule according to 38 or 39, wherein the DNA contained in the nucleic acid portion is a double-stranded DNA.
(43) The molecule according to any of (38) to (42), wherein the DNA contained in the nucleic acid portion is generated by reverse transcription of RNA.
(44) A nucleic acid moiety similar to a nucleoside or a nucleoside capable of covalently bonding to a substance having a chemical structural skeleton similar to an amino acid or an amino acid via a spacer on the 3′-terminal side of the nucleotide sequence reflecting the genotype, 44. The molecule according to any of 38 to 43, which is a molecule to which a substance having a chemical structural skeleton is bonded.
(45) The molecule according to 44, wherein the nucleoside or the substance having a chemical structural skeleton similar to the nucleoside is puromycin or a derivative thereof.
(46) The molecule according to (44) or (45), wherein the spacer comprises a polymer substance.
(47) The molecule according to any one of (44) to (46), wherein the spacer has a length of 100 to 1000 °.
(48) The molecule according to any one of 44 to 47, wherein the spacer comprises a nucleic acid.
(49) the nucleic acid is a single strand of RNA or DNA, a double strand of RNA or DNA and DNA, a double strand of RNA and short PNA or DNA, a single strand of RNA and DNA, or 49. The molecule according to 48, wherein the molecule is a double strand of a single strand consisting of RNA and DNA and a short strand of DNA.
(50) The molecule according to any of 44 to 49, wherein the spacer comprises polyethylene glycol.
(51) The molecule according to 50, wherein the spacer comprises polyethylene glycol and DNA.
(52) The method according to 50 or 51, wherein the polyethylene glycol has a molecular weight of 3,000 to 30,000.
(53) The molecule according to any one of 38 to 52, wherein the gene is an antibody or a partial gene thereof.
(54) The molecule according to any one of 38 to 52, wherein the gene is an enzyme or a partial gene thereof.
(55) The molecule according to any one of 38 to 52, wherein the gene comprises a random base sequence.
(56) The library according to any one of (38) to (54), comprising a plurality of molecules having different genes.

本発明により、遺伝子型(核酸部)と表現型(タンパク質部)の対応付け分子及びその構築方法が提供される。また、本発明により構築した対応付け分子(in vitroウイルス)を試験管内淘汰法により淘汰し、選択された極く少量のin vitroウイルスの遺伝子部分を逆転写PCRにより増幅し、さらに変異を導入しながら増幅することを特徴とするin vitroウイルスを用いたタンパク質の進化実験方法等が提供される。本発明の遺伝子型と表現型の対応付け分子やそれを用いたタンパク質の進化実験方法等は、進化分子工学、すなわち、酵素、抗体、リボザイムなどの機能性生体高分子を改変したり、さらには生物から見出せない機能をもった生体高分子の創製等において用いうる極めて有用な物質や実験系である。   According to the present invention, an associating molecule between a genotype (nucleic acid part) and a phenotype (protein part) and a method for constructing the same are provided. In addition, the assigning molecule (in vitro virus) constructed according to the present invention is selected by an in vitro selection method, a very small amount of the selected in vitro virus gene portion is amplified by reverse transcription PCR, and a mutation is further introduced. The present invention also provides a method for experimentally evolving a protein using an in vitro virus, which is characterized in that the amplification is performed while the protein is amplified. The genotype and phenotype mapping molecule of the present invention and the method of experimenting the evolution of a protein using the same are based on evolutionary molecular engineering, that is, modifying functional biopolymers such as enzymes, antibodies, and ribozymes. It is an extremely useful substance or experimental system that can be used in the creation of biopolymers with functions not found in living organisms.

本明細書において、いくつかの術語を用いるが、ここで用いるときそれらの術語は次の意味を有する。「核酸部」とは、RNA、DNA、PNA(Peptide nucleic acid,ペプチド核酸;核酸塩基がアミノ酸類似体を介してつながった重合体)などのようなヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質の連結体を意味し、「タンパク質部」とは、天然アミノ酸、非天然アミノ酸などのようなアミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質の連結体を意味する。「サプレッサーtRNA(sup tRNA)」とは、mRNA上の終止コドンをあるアミノ酸に対応するコドンとして読むなどのように、構造変化することにより変異を抑圧することができるtRNAをいう。「遺伝子型を反映する塩基配列を有する」とは、遺伝子型に関係する遺伝子またはその部分を含むことを意味する。「表現型の発現に関与するタンパク質を含む」とは、それ自体の発現が表現型の形質となったり、酵素等としての働きにより表現型の形質の発現に関わったりするタンパク質を含むことを意味する。   In this specification, a number of terms are used, and as used herein, those terms have the following meanings. "Nucleic acid part" refers to a substance having a nucleoside or a chemical structure skeleton similar to a nucleoside such as RNA, DNA, PNA (Peptide nucleic acid, peptide nucleic acid; a polymer in which nucleobases are linked via an amino acid analog), and the like. And the “protein part” means a conjugate of a substance having an amino acid such as a natural amino acid or an unnatural amino acid or a chemical structural skeleton similar to an amino acid. The term “suppressor tRNA” refers to a tRNA that can suppress mutation by changing its structure, such as reading a stop codon on mRNA as a codon corresponding to a certain amino acid. “Having a nucleotide sequence that reflects the genotype” means that a gene or a portion thereof related to the genotype is included. "Includes proteins involved in phenotypic expression" means that proteins that express themselves become phenotypic traits or that are involved in the expression of phenotypic traits by acting as enzymes, etc. I do.

核酸部の3'側に位置するスペーサーは、好ましくはその長さが100Å以上、さらに好ましくは100〜1000Å程度の高分子物質であれば如何なる物であっても良い。具体的には、天然または合成のDNAやRNAの一本鎖、DNAとDNAの二本鎖、RNAと短鎖(例えば15〜25ヌクレオチド程度)のPNAまたはDNAからなる二本鎖、多糖類等の高分子物質や、ポリエチレングリコール、好ましくは分子量3,000〜30,000程度のポリエチレングリコール等の有機合成高分子物質等を挙げることができる。   The spacer located on the 3 'side of the nucleic acid portion may be any spacer as long as it is preferably a polymer substance having a length of 100 mm or more, more preferably about 100 to 1000 mm. Specifically, a single strand of natural or synthetic DNA or RNA, a double strand of DNA and DNA, a double strand of RNA and a short strand (for example, about 15 to 25 nucleotides) of PNA or DNA, a polysaccharide, etc. And organic synthetic high molecular substances such as polyethylene glycol, preferably polyethylene glycol having a molecular weight of about 3,000 to 30,000.

本発明の対応付け分子の核酸部とタンパク質部は、共有結合などの化学結合で連結される。特に、核酸部3'末端のヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質あるいはその連続体と、タンパク質部C末端のアミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質が化学的に結合、例えば共有結合したものが好ましい。   The nucleic acid portion and the protein portion of the assigning molecule of the present invention are linked by a chemical bond such as a covalent bond. In particular, a substance having a chemical structure skeleton similar to a nucleoside or a nucleoside at the 3 ′ end of a nucleic acid part or a continuum thereof, and a substance having a chemical structure skeleton similar to an amino acid or an amino acid at the C terminal of the protein part are chemically bonded, for example. Those covalently bonded are preferred.

核酸部とタンパク質部の結合には、例えば、核酸部の3'末端に化学結合としてアミド結合を有するピューロマイシン(Puromycin)、3'-N-アミノアシルピューロマイシンアミノヌクレオシド(3'-N-Aminoacylpuromycin aminonucleoside, PANS-アミノ酸)、例えばアミノ酸部がグリシンのPANS-Gly、バリンのPANS-Val、アラニンのPANS-Ala、その他、全アミノ酸に対応するPANS-全アミノ酸が利用できる。また、化学結合として3'-アミノアデノシンのアミノ基とアミノ酸のカルボキシル基が脱水縮合した結果形成されたアミド結合でつながった3'-N-アミノアシルアデノシンアミノヌクレオシド(3'-Aminoacyladenosine aminonucleoside, AANS-アミノ酸)、例えばアミノ酸部がグリシンのAANS-Gly、バリンのAANS-Val、アラニンのAANS-Ala、その他、全アミノ酸に対応するAANS-全アミノ酸が利用できる。また、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドとアミノ酸のエステル結合したものなども利用できる。その他、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質と、アミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質を化学的に結合可能な結合様式のものなら全て利用することができる。   For binding of the nucleic acid part and the protein part, for example, puromycin (Puromycin) having an amide bond as a chemical bond at the 3 ′ end of the nucleic acid part, 3′-N-aminoacylpuromycin aminonucleoside (3′-N-Aminoacylpuromycin aminonucleoside) , PANS-amino acids), for example, PANS-Gly of glycine, PANS-Val of valine, PANS-Ala of alanine, and PANS-all amino acids corresponding to all amino acids. In addition, 3'-N-aminoacyladenosine aminonucleoside (3'-Aminoacyladenosine aminonucleoside, AANS-amino acid For example, AANS-Gly of glycine, AANS-Val of valine, AANS-Ala of alanine, and other AANS-all amino acids corresponding to all amino acids can be used. Further, nucleosides or those in which a nucleoside and an amino acid are ester-bonded can also be used. In addition, any of nucleosides or substances having a chemical structural skeleton similar to nucleosides and amino acids or substances having a chemical structural skeleton similar to amino acids can be used as long as they can be chemically bonded.

本発明の遺伝子型と表現型の対応付け分子は、例えば、以下に示す(1)核酸部とタンパク質部の結合が部位指定的な方法、または(2)核酸部とタンパク質部の結合が部位非指定的な方法によって構築することができる。   The genotype-phenotype assigning molecules of the present invention include, for example, the following methods (1) in which the binding between the nucleic acid portion and the protein portion is site-specific, or (2) when the binding between the nucleic acid portion and the protein portion is non-site. Can be constructed in a specific way.

先ず、(1)核酸部とタンパク質部の結合が部位指定的な方法について述べる。   First, (1) a method in which the binding between the nucleic acid part and the protein part is site-specific will be described.

この方法においては、(a)遺伝子を含むDNAの3'末端側にsup tRNAに対応する配列のDNAをスペーサーを介して連結し、(b)得られたDNA連結体を転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端に、アミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質、例えばピューロマイシンを連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして、無細胞タンパク質合成系、例えば大腸菌の無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行うことにより、(e)遺伝子RNA(遺伝子型)とその翻訳産物のタンパク質(表現型)とが、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質、例えばピューロマイシンを介して化学的に結合した遺伝子型と表現型の対応付け分子を構築することができる。   In this method, (a) a DNA having a sequence corresponding to the sup tRNA is ligated to the 3 ′ end of the DNA containing the gene via a spacer, and (b) the obtained DNA conjugate is transcribed into RNA, (C) A substance having a nucleoside or a nucleoside-like chemical structural skeleton, such as puromycin, which can be covalently bonded to an amino acid or a substance having a chemical structural skeleton similar to an amino acid, is linked to the 3 ′ end of the obtained RNA. (D) using the obtained conjugate as mRNA to perform protein synthesis in a cell-free protein synthesis system, for example, a cell-free protein synthesis system of Escherichia coli, thereby obtaining (e) a gene RNA (genotype) and its translation product protein. (Phenotype) refers to the phenotype of a genotype chemically linked via a nucleoside or a substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside, for example, puromycin. It is possible to construct a response with molecules.

すなわち、本発明の方法によれば、タンパク質の合成において、リボソームのAサイトに終止コドンが来たときにsup tRNAが対応して入り、ペプチジルトランスフェラーゼの作用により、sup tRNAの3'末端のヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質、例えばピューロマイシンがタンパク質と結合する(第2図)。だから、この方法は核酸部とタンパク質の結合が遺伝コードに依存した部位指定的である。   That is, according to the method of the present invention, in the protein synthesis, when a stop codon comes to the A site of the ribosome, the sup tRNA enters correspondingly, and by the action of peptidyl transferase, the nucleoside at the 3 ′ end of the sup tRNA or Substances having a chemical structure skeleton similar to nucleosides, such as puromycin, bind to proteins (FIG. 2). Therefore, this method is site-specific in that the binding between the nucleic acid part and the protein depends on the genetic code.

ピューロマイシン(第3図)は細菌(Nathans,D. (1964) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 51, 585-592; Takeda, Y. et al. (1960) J. Biochem. 48, 169-177)及び動物細胞(Ferguson, J. J. (1962) Biochim. Biophys. Acta 57, 616-617; Nemeth, A. M. & de la Haba, G. L. (1962) J. Biol. Chem. 237, 1190-1193)のタンパク質合成を阻害することが知られている。ピューロマイシンの構造はアミノアシルtRNAの構造と類似していて、リボソームのPサイトに結合しているペプチジルtRNAと反応し、ペプチジルピューロマイシンとしてリボソームから遊離するためタンパク質合成が中断される(Harris, R. J. (1971) Biochim. Biophys. Acta 240, 244-262)。   Puromycin (FIG. 3) is a bacterium (Nathans, D. (1964) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 51, 585-592; Takeda, Y. et al. (1960) J. Biochem. 48, 169). -177) and proteins of animal cells (Ferguson, JJ (1962) Biochim. Biophys. Acta 57, 616-617; Nemeth, AM & de la Haba, GL (1962) J. Biol. Chem. 237, 1190-1193) It is known to inhibit synthesis. The structure of puromycin is similar to the structure of aminoacyl-tRNA, which reacts with the peptidyl-tRNA bound to the P-site of the ribosome and is released from the ribosome as peptidyl-puromycin, interrupting protein synthesis (Harris, RJ ( 1971) Biochim. Biophys. Acta 240, 244-262).

ネイティブ(native)なsup tRNAを精製してmRNAに連結する方法は、sup tRNAの精製やアミノ酸とtRNAの3’末端のエステル結合の加水分解のし易さなどの問題があり実用的ではない。これまで、tRNA identityの研究で未修飾のtRNAがインタクト(intact)なtRNAと同様にアミノアシル化されることや、アミノアシル化された未修飾のtRNAがリボソームに取
り込まれ翻訳されることがわかっている(Shimizu, M. et al. (1992) J. Mol. Evol. 35, 436-443)。また、sup tRNAを作成するために、tRNAのアイデンティティーが利用されている。
The method of purifying a native sup tRNA and linking it to mRNA is not practical because of problems such as purification of the sup tRNA and easiness of hydrolysis of an ester bond between the amino acid and the 3 ′ end of the tRNA. So far, studies on tRNA identity have shown that unmodified tRNA is aminoacylated in the same way as intact tRNA, and that aminoacylated unmodified tRNA is incorporated into ribosomes and translated. (Shimizu, M. et al. (1992) J. Mol. Evol. 35, 436-443). Also, the identity of the tRNA has been used to create the sup tRNA.

アラニン、ヒスチジン、ロイシンのアミノアシル合成酵素は、これらのアンチコドンを認識していないことがわかっている(Tamura, K. et al. (1991) J. Mol. Recog. 4, 129-132)。したがって、アラニンのtRNAのアンチコドンを終止コドン(例えば、アンバー)に変えると、終止コドンに対応してアラニンのtRNA(sup tRNA)が取り込まれることが期待できる。   It is known that aminoacyl synthases of alanine, histidine and leucine do not recognize these anticodons (Tamura, K. et al. (1991) J. Mol. Recog. 4, 129-132). Therefore, when the anticodon of the alanine tRNA is changed to a stop codon (for example, amber), it can be expected that the alanine tRNA (sup tRNA) will be incorporated corresponding to the stop codon.

ここで問題になるのが、通常のtRNAと異なり、RNAse Pなどによって5'側が整形されていないtRNAでもリボソームのAサイトに入るかどうかである。これは本モデルの可否を決定する上で、調べなければならない最も重要な課題である。Brome Mosaic Virus(BMV)やTurnip Yellow Mosaic Virus(TYMV)は、その3'末端がtRNA様構造をしており、アミノアシルシンテターゼによりアミノアシル化され、無細胞翻訳系で1%の効率でアミノ酸が取り込まれることがわかっている(Chen,J. M. & Hall, T. C. (1973) Biochemistry 12,
4570-4574)。BMVのRNAがリボソームに1%でも取り込まれるならば、3'末端にインタクト(intact)なtRNAをもったRNAならば、もう少し効率良く入る可能性がある。仮に、インタクトなtRNAの10%以下の効率で取り込まれるとしても、濃度効果で十分にリリースファクター(Release factor)との競争に勝てる可能性がある。
The problem here is whether, unlike normal tRNA, tRNA whose 5 ′ side is not shaped by RNAse P or the like enters the ribosome A site. This is the most important issue that needs to be investigated when deciding whether this model is acceptable. Brome Mosaic Virus (BMV) and Turnip Yellow Mosaic Virus (TYMV) have a 3'-terminal tRNA-like structure, are aminoacylated by aminoacyl synthetase, and incorporate amino acids at a 1% efficiency in a cell-free translation system. (Chen, JM & Hall, TC (1973) Biochemistry 12,
4570-4574). If even 1% of the BMV RNA is incorporated into the ribosome, RNA with an intact tRNA at the 3 'end may enter the RNA a little more efficiently. Even if the intact tRNA is taken in with an efficiency of 10% or less, the concentration effect may be sufficient to compete with the release factor.

そこで、mRNA-sup tRNA(mRNAの3'側にスペーサーを介してsup tRNAを連結したもの)の3'末端にタンパク質を結合させる実験の前に、mRNAと切り離したsup tRNAでもリボソームのAサイトに入り、タンパク質と結合するかどうかを調べてみた。実際に、sup tRNAの3'末端にピューロマイシンを結合させたsup tRNAを調製し、これを無細胞タンパク質合成系に投入し、sup tRNA部分がリボゾームのAサイトの終始コドンに対応して入り、タンパク質と結合するかどうか調べた。mRNAはタウ・タンパク質の4リピート領域(127残基)を用いた(Goedert, M. (1989) EMBO J. 8, 392-399)。その結果、無細胞タンパク合成系で翻訳させところ、3'末端にピューロマイシンをもつsup tRNAはリボゾームのAサイトの終始コドンに対応して入り、タンパク質と結合することが確認できた(第2図)。   Therefore, before the experiment of binding the protein to the 3 'end of mRNA-sup tRNA (the one in which the sup tRNA was linked to the 3' side of the mRNA via a spacer), even the sup tRNA separated from the mRNA was placed on the A site of the ribosome. I went into it to see if it could bind to proteins. Actually, a sup tRNA in which puromycin is bound to the 3 ′ end of the sup tRNA is prepared, and the sup tRNA is introduced into a cell-free protein synthesis system.The sup tRNA portion enters the stop codon of the A site of the ribosome, It was examined whether it binds to proteins. The mRNA used a four repeat region (127 residues) of tau protein (Goedert, M. (1989) EMBO J. 8, 392-399). As a result, it was confirmed that the sup tRNA having puromycin at the 3 'end was inserted corresponding to the termination codon of the A site of the ribosome and was bound to the protein by translation in a cell-free protein synthesis system (FIG. 2). ).

次に、mRNAとsup tRNAとの間のスペーサの長さを変えたRNA-sup tRNA連結体を構築して、リボソームのAサイトにsup tRNA部分が最も効率良く取り込まれるスペーサーの最適の長さを、in vitroセレクション法によって選択する試みをした。その結果、あるスペーサー長をもつRNA-sup tRNA連結体がその翻訳産物のタンパク質と効率よく化学的に結合することがわかった。   Next, construct an RNA-sup tRNA conjugate in which the length of the spacer between the mRNA and the sup tRNA is changed, and adjust the optimal length of the spacer in which the sup tRNA portion is most efficiently incorporated into the A site of the ribosome. We tried to select by in vitro selection method. As a result, it was found that the RNA-sup tRNA conjugate having a certain spacer length efficiently and chemically binds to the protein of the translation product.

本発明の遺伝子型と表現型の対応付け分子を構築するためには、まず核酸部の3'末端につける、アミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質、例えば、2'-デオキシシチジリルピューロマイシン(dCpPur)やリボシチジルピューロマイシン(rCpPur)(第3図)を合成する必要がある。   In order to construct the genotype-phenotype mapping molecule of the present invention, first, a nucleoside or nucleoside that can be covalently bonded to an amino acid or a substance having a chemical structural skeleton similar to an amino acid attached to the 3 ′ end of a nucleic acid portion is used. It is necessary to synthesize a substance having a chemical structural skeleton similar to that of, for example, 2′-deoxycytidylyl puromycin (dCpPur) or ribocytidyl puromycin (rCpPur) (FIG. 3).

dCpPurを合成する方法の一例は次の通りである。まずピューロマイシンの5'水酸基をオキシ塩化リンとリン酸トリメチルを用いて化学的にリン酸化することにより、ピューロマイシン-5'モノリン酸をつくることができる。次に、ピューロマイシン-5'モノリン酸にトリフルオロ酢酸とトリフルオロ酢酸無水物を反応させることにより、ピューロマイシン-5'モノリン酸のアミノ酸部のアミノ基とリボース部の2'水酸基を保護できる。これに、デオキシシチジンのピリミジン環内のアミノ基とリボース部の5'水酸基を保護したBz-DMTデオキシシチジンを縮合剤、ジシクロヘキシルカルボジイミド存在下で反応さた後、酢酸と
アンモニアで脱保護することにより、2'-デオキシシチジリルピューロマイシン(dCpPur)が得られる。dCpPurの5'水酸基をポリヌクレオチドキナーゼでリン酸化することにより、pdCpPurを得ることができる。
An example of a method for synthesizing dCpPur is as follows. First, puromycin-5'monophosphate can be produced by chemically phosphorylating the 5 'hydroxyl group of puromycin with phosphorus oxychloride and trimethyl phosphate. Next, the amino group of the amino acid portion of the puromycin-5'monophosphate and the 2'hydroxyl group of the ribose portion can be protected by reacting puromycin-5'monophosphate with trifluoroacetic acid and trifluoroacetic anhydride. To this, after reacting Bz-DMT deoxycytidine, which protected the amino group in the pyrimidine ring of deoxycytidine and the 5 ′ hydroxyl group of the ribose moiety, in the presence of a condensing agent, dicyclohexylcarbodiimide, deprotection was performed with acetic acid and ammonia. , 2'-deoxycytidylyl puromycin (dCpPur). By phosphorylating the 5 ′ hydroxyl group of dCpPur with polynucleotide kinase, pdCpPur can be obtained.

リボシチジルピューロマイシンはピューロマイシンと保護基のついたrC-ベータアミダイトをテトラゾール存在下で縮合させ、さらに酸化、脱保護することによりつくることができる。   Ribocytidyl puromycin can be prepared by condensing puromycin with a protected rC-beta amidite in the presence of tetrazole, followed by oxidation and deprotection.

次に、核酸部とタンパク質部を部位指定的につなげるための核酸部を構成する連結体の構築について述べる。   Next, the construction of a conjugate constituting the nucleic acid portion for connecting the nucleic acid portion and the protein portion in a site-specific manner will be described.

部位指定的な方法に用いる核酸部を構成する連結体としては、例えば、5'-T7プロモーター領域−シャイン・ダルガーノ配列(SD)領域−mRNA領域−スペーサー領域−sup tRNA領域−ピューロマイシン領域-3'の順につながった連結体を挙げることができる。   Examples of the conjugate constituting the nucleic acid portion used in the site-specific method include a 5'-T7 promoter region-Shine-Dalgarno sequence (SD) region-mRNA region-spacer region-sup tRNA region-puromycin region-3. 'Can be mentioned.

この核酸部の連結体の構築においては、先ず、htau24と呼ばれるヒトタウタンパク質(Goedert,M. (1989) EMBO J. 8, 392-399)の微小管結合領域である4リピート領域をT7プロモーターの下流に挿入したプラスミド(pAR3040)を構築し、それを制限酵素BglIIとBamHIで切断し、直線DNAとする。このDNAを鋳型にして、T7領域を含む上流側(forward)とSD領域と開始コドン付近の領域を含む下流側(backward)のプライマーを用いて、Taq DNAポリメラーゼでPCRを行い、増幅する。   In constructing the linked nucleic acid portion, first, a four repeat region, which is a microtubule binding region of a human tau protein called htau24 (Goedert, M. (1989) EMBO J. 8, 392-399), is inserted into the T7 promoter. A plasmid (pAR3040) inserted downstream is constructed, and cut with restriction enzymes BglII and BamHI to obtain a linear DNA. Using this DNA as a template, PCR is performed with Taq DNA polymerase using primers on the upstream side (forward) including the T7 region and on the downstream side (backward) including the SD region and the region near the start codon, to amplify.

このとき、backwardのプライマーにはタンパク質合成した後タンパク質部の放射性のメチオニンの検出感度を高めるため、メチオニンを3個増す。すなわち、4リピート領域の4番目のロイシン及び5番目と8番目のリジンをそれぞれメチオニンに置換する。結局、翻訳された4リピートタンパク質は合計4個のメチオニンを含む。次に、forwardのプライマーとして上記のbackwardのプライマーと相補鎖を用い、backwardのプライマーは4リピートのC末端に終止コドンとしてアンバーコドンがくるように設計したプライマーを用い、先の直線化した4リピート領域を含むDNAを鋳型として、PCRで増幅する。   At this time, in the backward primer, three methionines are added in order to increase the detection sensitivity of radioactive methionine in the protein part after protein synthesis. That is, the 4th leucine and the 5th and 8th lysines in the 4 repeat region are respectively substituted with methionine. Ultimately, the translated four repeat protein contains a total of four methionines. Next, using the above-mentioned backward primer and the complementary strand as the forward primer, and using the primer designed so that the amber codon comes as a stop codon at the C-terminus of the 4 repeats, the backward primer was used. Amplification is performed by PCR using the DNA containing the region as a template.

PCRで増幅した二つのDNA断片、すなわちT7プロモーターとSD領域を含むDNA断片と4リピート領域を含むDNA断片をまぜ合わせ、最初プライマーなしで伸長させ、次にT7プロモーターの配列を含むプライマーをforwardに、4リピート領域のC末端の終止コドンを含むプライマーをbackwardに用い、再度PCRで増幅する。   The two DNA fragments amplified by PCR, that is, the DNA fragment containing the T7 promoter and the SD region and the DNA fragment containing the four repeat regions are mixed together, first extended without a primer, and then the primer containing the sequence of the T7 promoter is forwarded. Using a primer containing a stop codon at the C-terminus of the 4-repeat region as the backward, amplify again by PCR.

このDNA連結体(T7プロモーター−SD−4リピート)に、両端に付着末端をもつ17残基からなる二本鎖DNA断片をDNAリガーゼでタンデムに連結させ、スペーサーの長さの異なる連結体をつくる。   A double-stranded DNA fragment consisting of 17 residues having cohesive ends at both ends is tandemly ligated to this DNA ligated product (T7 promoter-SD-4 repeat) with DNA ligase to form ligated products having different spacer lengths. .

連結後、ポリアクリルアミド電気泳動(PAGE)により長さを基準にして三つ画分(a、b、c)に分画する。スペーサーは(17)nで、a画分はn=15-18、b画分はn=6-14、c画分はn=0-5である。sup tRNAは、天然のアラニンtRNAの数カ所の配列とアンチコドンの配列をアンバー(UAG)に改変したものを化学合成により調製する。このsup tRNAにスペーサーの長さの異なるa、b、c画分の連結体をT4 DNAリガーゼで連結させる。連結部位には過剰量の一本鎖の裏打ちDNAを用い、一度温度を上昇させ融解させた後、アニールさせ、相補鎖をつくらせた後、連結させる。連結後、連結体の5'末端と3'末端のプライマーを用い、PCRで増幅させる。このDNA連結体をT7 RNAポリメラーゼを用いて転写し、RNAの連結体をつくる。   After ligation, the mixture is fractionated into three fractions (a, b, c) based on the length by polyacrylamide electrophoresis (PAGE). The spacer is (17) n, the fraction a is n = 15-18, the fraction b is n = 6-14, and the fraction c is n = 0-5. The sup tRNA is prepared by chemically synthesizing a sequence of a natural alanine tRNA at several positions and an anticodon sequence modified to amber (UAG). Conjugates of a, b, and c fractions having different spacer lengths are ligated to this sup tRNA using T4 DNA ligase. An excess amount of single-stranded backing DNA is used at the joining site, and the temperature is once raised and melted, then annealed to form a complementary strand, and then joined. After ligation, amplification is performed by PCR using primers at the 5 'end and 3' end of the conjugate. This DNA conjugate is transcribed using T7 RNA polymerase to form an RNA conjugate.

このRNA連結体の3'末端に先に化学合成したpdCpPurをT4 RNAリガーゼで連結させること
により、無細胞のタンパク質合成系の遺伝子として使うことのできるRNA連結体、5'-T7プロモーター領域−SD領域−4リピート領域−スペーサー領域−sup tRNA領域−ピューロマイシン-3'を得ることができる。
By linking the previously chemically synthesized pdCpPur to the 3 'end of this RNA conjugate with T4 RNA ligase, an RNA conjugate that can be used as a cell-free protein synthesis system gene, 5'-T7 promoter region-SD Region-4 repeat region-spacer region-sup tRNA region-puromycin-3 'can be obtained.

無細胞タンパク質合成系、例えば大腸菌やウサギ網状赤血球(rabbit reticulocyte)等の無細胞タンパク質合成抽出液に上記のRNA連結体をmRNAとして加えタンパク質合成を行う。核酸部(RNA)とタンパク質部が最も効率よく連結されるための最適スペーサー長を求めるためには次のような実験を行う。   The above-described RNA conjugate is added as mRNA to a cell-free protein synthesis system, for example, a cell-free protein synthesis extract such as Escherichia coli or rabbit reticulocyte, to perform protein synthesis. The following experiment is performed to determine the optimal spacer length for the most efficient connection between the nucleic acid part (RNA) and the protein part.

すなわち、三種の異なるスペーサー長、a、b、c画分をもつ上記RNA連結体を遺伝子としての無細胞タンパク質合成系を用いタンパク質合成を行う。このとき、リジンにそのε-アミノ基を介してビオチンが連結した修飾リジンをチャージしたtRNAを加えると、翻訳された4リピートのタンパク質のいくつかのリジン残基の位置にビオチニルリジンが取り込まれる。タンパク質合成後、表面にストレプトアヴィジンが連結した磁性体ビーズを加え、ビオチンを取り込んだタンパク質を釣り上げる。   That is, protein synthesis is performed using a cell-free protein synthesis system using the above-described RNA conjugate having three different spacer lengths, a, b, and c fractions as genes. At this time, when a tRNA charged with modified lysine in which lysine is linked to biotin via its ε-amino group is added, biotinyl lysine is incorporated into some translated lysine residues of the 4-repeat protein. After protein synthesis, magnetic beads with streptavidin linked to the surface are added, and the biotin-loaded protein is caught.

核酸部(RNA)がピューロマイシンを介してタンパク質部が連結していれば、タンパク質のC末端に核酸部(RNA)がついているはずである。磁性体ビーズでRNA-タンパク質連結体が本当に釣り上がったかどうかを確かめるために、4リピートのN末端領域に対応する配列をforwardプライマーに、sup tRNAの3'末端部をbackwardプライマーに用いて、逆転写を行い、ポリアクリルアミド電気泳動で調べると、c画分のスペーサー長のみ逆転写されたDNAのバンドが確認される。このことは、c画分のスペーサー長をもつRNA連結体が最も効率よくタンパク質部と連結することを意味する。   If the protein part is linked to the nucleic acid part (RNA) via puromycin, the nucleic acid part (RNA) should be attached to the C-terminal of the protein. Reverse transcription was performed using the sequence corresponding to the N-terminal region of 4 repeats as the forward primer and the 3 'end of the sup tRNA as the backward primer to confirm whether the RNA-protein conjugate was really caught by the magnetic beads. After performing polyacrylamide gel electrophoresis, DNA bands reverse-transcribed only for the spacer length of the c fraction are confirmed. This means that the RNA conjugate having the spacer length of the c fraction is most efficiently linked to the protein part.

次に、(2)核酸部とタンパク質部の結合が部位非指定的な方法について述べる。   Next, (2) a method in which the binding between the nucleic acid part and the protein part is non-site-specific will be described.

この方法においては、(a)終止コドンをもたない遺伝子を含むDNAを作成し、(b)作成したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にDNAとRNAのキメラのスペーサーを連結し、(d)さらにその3'末端側に、アミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質、例えばピューロマイシンを連結し、(e)得られた連結体をmRNAとして、上記無細胞タンパク質合成系、例えば大腸菌の無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行うことにより、(f)遺伝子RNAとその翻訳産物のタンパク質とがピューロマイシンを介して化学的に結合した遺伝子型と表現型の対応付け分子を構築することができる。   In this method, (a) DNA containing a gene without a stop codon is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) DNA is added to the 3 ′ end of the obtained RNA. A substance having a nucleoside or a nucleoside-like chemical structural skeleton capable of covalently bonding to an amino acid or a substance having a chemical structural skeleton similar to an amino acid at the 3'-terminal thereof by linking a chimeric RNA spacer. For example, puromycin is ligated, and (e) the resulting conjugate is used as mRNA to perform protein synthesis in the above cell-free protein synthesis system, for example, a cell-free protein synthesis system of Escherichia coli. A genotype-phenotype associating molecule can be constructed in which the protein of the translation product is chemically linked via puromycin.

すなわち、本発明の方法によれば、核酸部3'末端のヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質、例えばピューロマイシンがリボソームのAサイトに、リボソーム上のmRNAの終止コドンに対応して入るのでなく、スペーサーの長さに応じてランダムに入り、ペプチジルトランスフェラーゼの作用により、RNA-DNAキメラ核酸部の3'末端のピューロマイシンがタンパク質と化学的に結合する(第4図)。だから、この方法は核酸部とタンパク質の結合が遺伝コードに非依存の部位非指定的である。   That is, according to the method of the present invention, a substance having a chemical structure skeleton similar to a nucleoside or a nucleoside at the 3 ′ end of the nucleic acid portion, for example, puromycin is located at the A site of the ribosome, corresponding to the termination codon of mRNA on the ribosome. Instead, the puromycin at the 3 'end of the RNA-DNA chimeric nucleic acid is chemically bound to the protein by the action of the peptidyl transferase (Fig. 4). Therefore, this method is site-specific, in which the binding between the nucleic acid portion and the protein is independent of the genetic code.

この方法においては、核酸部の連結体に部位非指定的なものを用い、上記(1)の部位指定的な方法と同様の方法で、遺伝子型と表現型の対応付け分子を構築できる。   In this method, a genotype and phenotype associating molecule can be constructed in the same manner as in the site-specific method described in (1) above, using a site-specific one for the linked body of nucleic acid portions.

部位非指定的な方法に用いる核酸部の連結体としては、例えば、5'-T7プロモーター領域−シャイン・ダルガーノ配列(SD)領域−mRNA領域−スペーサー領域−ピューロマイシン領域-3'の順につながった連結体を挙げることができる。   As a conjugate of the nucleic acid portion used in the site-unspecified method, for example, 5'-T7 promoter region-Shine-Dalgarno sequence (SD) region-mRNA region-spacer region-puromycin region-3 'were connected in this order. A linked body can be mentioned.

この核酸部の連結体の構築においては、先ず、T7プロモーター領域から4リピート翻訳領域の終りまでの連結体の構築は、前記(1)部位指定的な方法の核酸部の連結体の構築のところで述べた方法に準ずるが、違うところは前記で構築した連結体を鋳型にしてPCRで増幅する際に、backwardのプライマーに4リピートのC末端の二つの終止コドン、オーカー(CTG)とアンバー(TAA)をそれぞれCAG(グルタミン)とAAA(リジン)に変え、終始コドンをなくするように設計したプライマーを用いることである。   In the construction of the conjugate of the nucleic acid part, first, the construction of the conjugate from the T7 promoter region to the end of the four-repeat translation region is carried out in the above (1) Construction of the conjugate of the nucleic acid part by the site-specific method. According to the method described above, the difference is that, when amplifying by PCR using the ligation construct constructed as described above as a template, two C-terminal stop codons of four repeats, ocher (CTG) and amber (TAA) were added to the backward primer. ) To CAG (glutamine) and AAA (lysine), respectively, and using primers designed to eliminate the stop codon.

このDNAの連結体を鋳型にしてT7 RNAポリメラーゼを用いて転写し、対応するRNAの連結体をつくる。この一本鎖のRNA連結体に化学合成した一本鎖のDNAリンカー(鎖長20、40、60、80ヌクレオチド)をそれぞれ別々にT4 RNAリガーゼを用いて連結させる。次に、この連結体にペプチドアクセプターと名付けた25残基からなる一本鎖のDNA-RNAキメラオリゴヌクレオチド(DNAは21残基、RNAは4残基)を裏打ちの一本鎖DNA存在下で、T4 DNAリガーゼを用いて連結させる。   Using the DNA conjugate as a template, transcription is performed using T7 RNA polymerase to form a corresponding RNA conjugate. Single-stranded DNA linkers (20, 40, 60, and 80 nucleotides in length) chemically synthesized are separately ligated to the single-stranded RNA conjugate using T4 RNA ligase. Next, a 25-residue single-stranded DNA-RNA chimeric oligonucleotide (21 residues for DNA and 4 residues for RNA) named peptide acceptor was added to this conjugate in the presence of single-stranded DNA. And ligate using T4 DNA ligase.

ペプチドアクセプターの配列は、アラニルtRNAの3'末端配列を有しており、リボゾームのAサイトへのピューロマイシン誘導体の取り込みを促進させるものであるので、スペーサー領域とピューロマイシン領域との間にペプチドアクセプターを用いることが好ましい。   The peptide acceptor sequence has the 3'-terminal sequence of alanyl-tRNA and promotes the incorporation of the puromycin derivative into the A site of the ribosome. Therefore, the peptide acceptor is located between the spacer region and the puromycin region. It is preferable to use an acceptor.

この連結体の3'末端に先に化学合成したpdCpPurをT4 RNAリガーゼで連結させることにより、無細胞のタンパク質合成系の遺伝子として使うことのできるRNA-DNAキメラ連結体、5'-T7プロモーター領域(RNA)−SD領域(RNA)−4リピート領域(RNA)−スペーサー領域(DNA)−ペプチドアクセプター領域−ピューロマイシン-3'を得ることができる。   By linking the previously chemically synthesized pdCpPur to the 3 'end of this conjugate with T4 RNA ligase, an RNA-DNA chimera conjugate that can be used as a cell-free protein synthesis gene, a 5'-T7 promoter region (RNA) -SD region (RNA) -4 repeat region (RNA) -spacer region (DNA) -peptide acceptor region-puromycin-3 'can be obtained.

上記のRNA-DNAキメラ連結体を遺伝子として、前記無細胞タンパク質合成系を用いてタンパク質合成を行えば、核酸部(RNA-DNAキメラ連結体;遺伝子型)とタンパク質部(表現型)がピューロマイシンを介して化学結合でつながった連結体を得ることができる。   When protein synthesis is performed using the above-described cell-free protein synthesis system using the above RNA-DNA chimera conjugate as a gene, the nucleic acid part (RNA-DNA chimera conjugate; genotype) and the protein part (phenotype) become puromycin. A conjugate linked by a chemical bond can be obtained.

また、上記方法において、DNAとRNAのキメラのスペーサーの代わりに、DNAとポリエチレングリコールのキメラのスペーサーを用いることができる。   In the above method, a chimeric spacer of DNA and polyethylene glycol can be used instead of a chimeric spacer of DNA and RNA.

さらに、また、上記方法において、DNAとRNAのキメラのスペーサーの代わりに、DNAとDNAの二本鎖、RNAと短鎖(例えば15〜25ヌクレオチド程度)のPNAまたはDNAからなる二本鎖のスペーサーを用いることができる。DNAとDNAの二本鎖からなるスペーサーは、全長にわたって二本鎖である必要はなく、大部分が二本鎖(通常、両末端の数残基が一本鎖で他の部分が二本鎖)であればよい。RNAと短鎖のPNAまたはDNAからなる二本鎖スペーサーは、(a)終止コドンをもたない遺伝子とスペーサーの塩基配列とを含むDNAを作成し、(b)作成したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側に、アミノ酸あるいはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られたRNAの連結体の遺伝子部分の3'末端側の部分に短鎖のPNAまたはDNAを加えて二本鎖を形成させることによっても作成することができる。   Furthermore, in the above method, a double-stranded spacer consisting of DNA-DNA double strand, RNA and short-chain (for example, about 15 to 25 nucleotides) PNA or DNA in place of the chimeric spacer of DNA and RNA. Can be used. The spacer consisting of DNA and DNA double-stranded does not need to be double-stranded over its entire length, and is mostly double-stranded (usually, several residues at both ends are single-stranded, and the other part is double-stranded. ). A double-stranded spacer consisting of RNA and short PNA or DNA is prepared by (a) preparing a DNA containing a gene without a stop codon and the base sequence of the spacer, and (b) transcribing the prepared DNA to RNA. (C) connecting a substance having a nucleoside or a nucleoside-like chemical structural skeleton, which can be covalently bonded to an amino acid or a substance having a chemical structural skeleton similar to an amino acid, to the 3′-terminal side of the obtained RNA; (D) It can also be prepared by adding a short-chain PNA or DNA to the 3′-terminal side of the gene portion of the resulting RNA conjugate to form a double strand.

なお、本明細書における、核酸の単離・調製、核酸の連結、核酸の合成、PCR、プラスミドの構築、無細胞系での翻訳等の遺伝子操作技術は、特に明記しない限り、Samrook et
al. (1989) Molecular Cloning, 2nd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Pressに記載の方法またはそれに準じた方法により行うことができる。
Unless otherwise specified, genetic engineering techniques such as nucleic acid isolation / preparation, nucleic acid ligation, nucleic acid synthesis, PCR, plasmid construction, and translation in a cell-free system are not described in Samrook et al.
al. (1989) Molecular Cloning, 2nd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press or a method analogous thereto.

本発明の対応付け分子は、上記に例を挙げた方法の他、各構成要素を順次、公知の化学的結合方法によって連結することによって得ることもできる。   The assigning molecule of the present invention can also be obtained by sequentially linking each constituent element by a known chemical bonding method, in addition to the methods described above.

本発明のタンパク質の進化実験方法は、第12図に示すように、(1)in vitroウイルスゲノムの構築、(2)in vitroウイルスの完成、(3)淘汰プロセス、(4)変異導入、(5)増幅、の工程を含む方法であり、これらの工程により、あるいはこれらの工程を必要に応じて繰り返し行うことにより機能性タンパク質の改変及び創製が可能となる。この内、(1)及び(2)の工程については上記に詳述した構築方法に従って行うことができる。すなわち、(1)の工程は、ヌクレオシドあるいはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質の連結した連結体の構築に相当し、(2)の工程は、当該連結体からの対応付け分子の構築に相当する。従って、ここでは(3)、(4)及び(5)の工程について述べる。   As shown in FIG. 12, the protein evolution experiment method of the present invention comprises (1) construction of an in vitro virus genome, (2) completion of an in vitro virus, (3) selection process, (4) mutagenesis, 5) A method comprising the steps of: amplifying, and the functional protein can be modified and created by these steps or by repeating these steps as necessary. Among them, the steps (1) and (2) can be performed according to the construction method described in detail above. That is, the step (1) corresponds to the construction of a linked body of a nucleoside or a substance having a chemical structure skeleton similar to a nucleoside, and the step (2) corresponds to the construction of an associating molecule from the linked body. Equivalent to. Therefore, the steps (3), (4) and (5) will be described here.

(3)淘汰プロセスとは、in vitroウイルスを構成するタンパク質部の機能(生物活性)を評価し、目的とする生物活性に基づいてin vitroウイルスを選択する工程を意味する。このような工程は公知であり、例えば、Scott, J. K. & Smith, G. P. (1990) Science, 249, 386-390; Devlin, P. E. et al. (1990) Science, 249, 404-406; Mattheakis, L. C. et al. (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 9022-9026等に記載されている。   (3) The selection process refers to the step of evaluating the function (biological activity) of the protein part constituting the in vitro virus and selecting the in vitro virus based on the desired biological activity. Such steps are known and are described, for example, in Scott, JK & Smith, GP (1990) Science, 249, 386-390; Devlin, PE et al. (1990) Science, 249, 404-406; Mattheakis, LC et Natl. Acad. Sci. USA, 91, 9022-9026 and the like.

次に(4)変異導入及び(5)増幅の工程において、選択されたin vitroウイルスの核酸部に変異を導入してPCR等で増幅する。ここで、in vitroウイルスの核酸部がRNAの場合は、逆転写酵素によりcDNAを合成した後に変異の導入を行えば良く、核酸部の増幅は変異導入しながら行っても良い。変異導入は、すでに確立しているError-prone PCR(Leung, D.
W., et al., (1989) J. Methods Cell Mol. Biol., 1, 11-15)やSexual PCR(Stemmer,
W. P. C. (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 10747-10751)を用いて容易に行うことができる。
Next, in the steps of (4) mutagenesis and (5) amplification, a mutation is introduced into the nucleic acid portion of the selected in vitro virus, and amplification is performed by PCR or the like. Here, when the nucleic acid portion of the in vitro virus is RNA, the mutation may be introduced after synthesizing cDNA with reverse transcriptase, and the amplification of the nucleic acid portion may be performed while introducing the mutation. Mutagenesis was performed using the established Error-prone PCR (Leung, D.
W., et al., (1989) J. Methods Cell Mol. Biol., 1, 11-15) and Sexual PCR (Stemmer,
Natl. Acad. Sci. USA 91, 10747-10751).

変異が導入され増幅されたin vitroウイルスの核酸部を用いて(1)in vitroウイルスゲノムを構築し、それを用いて(2)in vitroウイルスを完成させて(3)淘汰プロセスにかけ目的とする生物活性によって選択し、(4)変異導入及び増幅を行うことができる。これらの工程を必要に応じて繰り返すことにより、機能性タンパク質の改変及び創製が可能となる。   Using the nucleic acid portion of the in vitro virus with the mutation introduced and amplified, (1) constructing the in vitro virus genome, using it, (2) completing the in vitro virus, and (3) targeting the selection process (4) Mutagenesis and amplification can be performed by selecting according to the biological activity. By repeating these steps as necessary, it becomes possible to modify and create a functional protein.

上記進化実験方法を行う本発明の装置における各手段自体はそれぞれ公知のものであり、これらの手段における、試薬の添加、攪拌、温度制御、生物活性評価等の操作は、それ自体既知の方法により行えば良い。これらの操作を組み合わせ、全自動または半自動の本発明の装置を構築することができる。   The respective means in the apparatus of the present invention for performing the above-described evolution experiment method are each known, and operations such as addition of reagents, stirring, temperature control, and evaluation of biological activity in these means are performed by methods known per se. Just do it. By combining these operations, a fully automatic or semi-automatic apparatus of the present invention can be constructed.

本発明のタンパク質−タンパク質またはタンパク質−核酸の相互作用の検定方法における、対応付け分子を構築する構築工程は、一般には、(1)遺伝子ライブラリーやcDNAライブラリーからmRNAを合成し、in vitroゲノムを構築する工程、及び、(2)無細胞タンパク質合成系を利用して、mRNAとそれに対応するタンパク質とをリボソーム上で連結したin vitroウイルスを構築する工程を含む。   In the protein-protein or protein-nucleic acid interaction assay method of the present invention, the construction step of constructing an assigning molecule generally comprises (1) synthesizing mRNA from a gene library or a cDNA library, And (2) using an cell-free protein synthesis system to construct an in vitro virus in which mRNA and its corresponding protein are linked on ribosomes.

(1)の工程は、配列既知のDNAでORFに対応する配列を含むcDNAや配列未知のDNAで適当な制限酵素で断片化した断片を含むcDNAからRNAポリメラーゼを用いてmRNAを合成し、in vitroウイルスゲノムを構築することに相当する。   In the step (1), mRNA is synthesized using RNA polymerase from a cDNA containing a sequence having a known sequence and a cDNA containing a sequence fragmented with an appropriate restriction enzyme from a cDNA containing a sequence corresponding to the ORF, and This corresponds to constructing a viral genome in vitro.

上記(1)のin vitroウイルスゲノムの構築と、(2)のin vitroウイルスの構築の工程は、上記に詳述した構築方法に従って行うことができる。   The steps of (1) construction of the in vitro virus genome and (2) construction of the in vitro virus can be performed according to the construction method described in detail above.

また、対応付け分子と他のタンパク質や核酸(DNAまたはRNA)との相互作用を調べる検
定工程は、一般には、(3)(2)の工程で構築されたin vitroウイルスの中から特定の機能をもつタンパク質のみを選択する工程、及び、(4)選択したin vitroウイルスを逆転写、増幅し、配列を決定する工程を含む。
In addition, the assay step for examining the interaction between the assigning molecule and another protein or nucleic acid (DNA or RNA) generally involves a specific function among the in vitro viruses constructed in steps (3) and (2). And (4) reverse transcription, amplifying and selecting the sequence of the selected in vitro virus.

(3)の工程では、標的のタンパク質や核酸(DNAまたはRNA)や他の物質、例えば糖質や脂質などをマイクロプレートやビーズに予め共有結合や非共有結合を介して結合させておき、これに(2)の工程で構築したin vitroウイルスを加え、ある温度条件で、一定時間反応させた後、洗浄し、標的に結合しないin vitroウイルスを除去する。その後、標的に結合したin vitroウイルスを遊離させる。本工程はすでに確立しているELISA(Enzyme Linked Immunosorbent Assay) (Crowther, J. R. (1995) Methods in Molecular Biology, Vol. 42, Humana Press Inc.)に準じて行うことができる。   In the step (3), the target protein, nucleic acid (DNA or RNA) and other substances such as carbohydrates and lipids are previously bound to microplates and beads via covalent or non-covalent bonds. Then, the in vitro virus constructed in step (2) is added, and the mixture is reacted at a certain temperature for a certain period of time, and then washed to remove in vitro virus that does not bind to the target. Thereafter, the in vitro virus bound to the target is released. This step can be carried out according to an established ELISA (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) (Crowther, JR (1995) Methods in Molecular Biology, Vol. 42, Humana Press Inc.).

(4)の工程では、(3)の工程で遊離したin vitroウイルスを逆転写PCRにより逆転写、増幅させ、増幅したDNAを直接あるいはクローニングした後、その配列を決定する。   In the step (4), the in vitro virus released in the step (3) is reversely transcribed and amplified by reverse transcription PCR, and the sequence of the amplified DNA is determined directly or after cloning.

本発明の検定方法により、(1)配列既知あるいは未知の遺伝子DNAからmRNAを合成し、in
vitroウイルスゲノムを構築し、(2)それを用いてin vitroウイルスを構築し、(3)in vitroウイルスの中から標的のタンパク質あるいは核酸あるいは他の物質、たとえば糖質や脂質などと結合するもののみを選択し、(4)選択した in vitroウイルスを逆転写、増幅、クローニング、配列決定することにより、機能未知の遺伝子に対応する遺伝子産物(タンパク質)の機能を同定することが可能になる。
According to the assay method of the present invention, (1) mRNA is synthesized from gene DNA having a known or unknown sequence,
constructing an in vitro virus genome, (2) using it to construct an in vitro virus, and (3) binding to target proteins or nucleic acids or other substances, such as carbohydrates and lipids, from in vitro viruses By selecting only (4) reverse transcription, amplification, cloning, and sequencing of the selected in vitro virus, it becomes possible to identify the function of a gene product (protein) corresponding to a gene whose function is unknown.

上記の相互作用の検定方法を行うために、公知の適切な手段を組み合わせて装置を構築してもよい。本装置における各手段自体はそれぞれ公知のものであり、これらの手段における、試薬の添加、攪拌、温度制御、生物活性評価等の操作は、それ自体既知の方法により行えば良い。これらの操作を組み合わせ、全自動または半自動の、相互作用の検定方法を行うための装置を構築することができる。   In order to perform the above-described interaction assay method, an apparatus may be constructed by combining known appropriate means. The respective means in the present apparatus are known, and operations such as addition of reagents, stirring, temperature control, and evaluation of biological activity in these means may be performed by methods known per se. By combining these operations, an apparatus for performing a fully or semi-automated interaction assay method can be constructed.

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、下記の実施例は本発明についての具体的認識を得る一助とみなすべきものであり、本発明の範囲は下記の実施例により何ら限定されるものでない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the following examples should be regarded as helping to obtain a specific understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples. It is not done.

In vitroウイルスの調製(1)
<1>核酸部の3'末端部の調製
(a)リン酸化ピューロマイシン(pPur)の合成
材料:ピューロマイシン(3'-[α-Amino-p-methoxyhydrocinnamamido]-3'-deoxy-N,N'-dimethyl-adenosine)はシグマから購入した。オキシ塩化リン(Phosphorous oxychloride)、 リン酸トリメチル(Trimethyl phosphate)は和光純薬から購入した。
Preparation of in vitro virus (1)
<1> Preparation of 3 'end of nucleic acid part (a) Synthesis of phosphorylated puromycin (pPur) Material: puromycin (3'-[α-Amino-p-methoxyhydrocinnamamido] -3'-deoxy-N, N '-dimethyl-adenosine) was purchased from Sigma. Phosphorous oxychloride and Trimethyl phosphate were purchased from Wako Pure Chemical.

方法:1.5 mmolのオキシ塩化リンと11.4 mmolのリン酸トリメチルを混合した溶液を氷冷し,0.3 mmolのピューロマイシン(Puromycin)を加えてよく混合し、0℃で7時間反応させた(Yoshikawa, M. et al. (1969) Bull. Chem. Soc. Jap. 42, 3505-3508)。次に、氷令した40 mlのアセトンと20 mlのエーテルそして0.4 gの過塩素酸ソーダ(NaClO4)の混合液に反応液を加えてよく撹拌した。720 mlの水を加えて4℃で一昼夜撹拌し、塩素基を加水分解する。加水分解して沈澱した生成物を遠心で分離し、アセトンとエーテルで洗浄する。白い粉末を真空下で乾燥し、リン酸化ピューロマイシンをピューロマイシンに対して70-90%の収率で得た。 Method: A solution obtained by mixing 1.5 mmol of phosphorus oxychloride and 11.4 mmol of trimethyl phosphate was cooled on ice, 0.3 mmol of puromycin was added, mixed well, and reacted at 0 ° C. for 7 hours (Yoshikawa, M. et al. (1969) Bull. Chem. Soc. Jap. 42, 3505-3508). Next, the reaction solution was added to a mixture of iced 40 ml of acetone, 20 ml of ether, and 0.4 g of sodium perchlorate (NaClO 4 ), and the mixture was stirred well. Add 720 ml of water and stir all day and night at 4 ° C to hydrolyze chlorine groups. The hydrolyzed and precipitated product is separated by centrifugation and washed with acetone and ether. The white powder was dried under vacuum to obtain phosphorylated puromycin in 70-90% yield based on puromycin.

(b)リン酸化ピューロマイシンのアセチル化保護
材料:トリフルオロ酢酸(TFA)はナカライテスクから購入した。トリフルオロ酢酸無水物 (TFAA) は和光純薬から購入した。
(B) Acetylation protection of phosphorylated puromycin Material: trifluoroacetic acid (TFA) was purchased from Nacalai Tesque. Trifluoroacetic anhydride (TFAA) was purchased from Wako Pure Chemical Industries.

方法:0.2 mmolの乾燥したリン酸化ピューロマイシンと5 mlのTFAを混合し、-10℃で2 mlのTFAAを加えて撹拌した。室温で混合しながら1時間反応させた(Weygand, F. & Gieger, R. (1956) Chem. Ber. 89, 647-652)。50 mlの水を加えて反応を止め、水(10 ml)を加えては減圧下で蒸発乾固する操作を5回繰り返すことによりTFAを除去した。最後に50 mlの水を加えて凍結乾燥し、ピューロマイシンのアミノ酸部のアミノ基とリボース部の2'水酸基をアセチル基で保護したリン酸化ピューロマイシンをリン酸化ピューロマイシンに対して50-60%の収率で得た。   Method: 0.2 mmol of dried phosphorylated puromycin and 5 ml of TFA were mixed, and 2 ml of TFAA was added at −10 ° C. and stirred. The reaction was carried out for 1 hour while mixing at room temperature (Weygand, F. & Gieger, R. (1956) Chem. Ber. 89, 647-652). The reaction was stopped by adding 50 ml of water, and the procedure of adding water (10 ml) and evaporating to dryness under reduced pressure was repeated 5 times to remove TFA. Finally, add 50 ml of water and freeze-dry, and puromycin in which the amino group of the amino acid part of the puromycin and the 2 'hydroxyl group of the ribose part are protected with an acetyl group is 50-60% of the phosphorylated puromycin. In a yield of

(c)dCpPur(2'-Deoxycytidyl(3'→5')puromycin)の合成
材料:BZ-DMTデオキシシチジン(N4-Benzoyl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-deoxycytidine)はシグマから、DCC(Dicyclohexyl carbodiimide)は渡辺化学から購入した。ピリジンはナカライテスクから購入した。
(C) Synthesis of dCpPur (2'-Deoxycytidyl (3 '→ 5') puromycin) Material: BZ-DMT deoxycytidine (N4-Benzoyl-5'-O- (4,4'-dimethoxytrityl) -2'-deoxycytidine ) Was purchased from Sigma, and DCC (Dicyclohexyl carbodiimide) was purchased from Watanabe Chemical. Pyridine was purchased from Nacalai Tesque.

方法:40 μmolのアセチル基で保護したリン酸化ピューロマイシンと600 μmolのBz-DMTデオキシシチジンをピリジン(2 ml)を加えては蒸発乾固をする操作を3回繰り返すことにより無水化し、最終的に2 mlのピリジンを加え、これに400μmolのDCCを撹拌しながら加え、室温で3日〜2週間反応させた(Ralph, R. K. et al. (1965) J. Am. Chem. Soc. 87, 5661-5670及びHarris, R. J. et al. (1972) Can. J. Biochem. 50, 918-926)。反応後、5 mlの80 %酢酸で2時間反応させ、DMT基を脱保護した。次に、6 mlの濃アンモニア水−エタノール(体積比2:1)で20℃で2日間反応させてアセチル基を脱保護した。減圧下で蒸発させることにより濃アンモニア水を除去した後40 mlの水で溶解した。この溶液をQAE-Sephadex A-25(ファーマシア)を充填したカラムに通して吸着させ、0.5M トリエチルアミン炭酸塩(TEAB、pH7.5)で所望の生成物を含むフラクションを溶出させた後、凍結乾燥し、最終的にHPLCで分離し、脱保護したdCpPurをピューロマイシンに対して1-5%の収率で得た。   Method: 40 μmol of phosphorylated puromycin protected with an acetyl group and 600 μmol of Bz-DMT deoxycytidine were dehydrated by adding pyridine (2 ml) and evaporating to dryness three times. Was added thereto with stirring, and 400 μmol of DCC was added thereto with stirring, and reacted at room temperature for 3 days to 2 weeks (Ralph, RK et al. (1965) J. Am. Chem. Soc. 87, 5661) -5670 and Harris, RJ et al. (1972) Can. J. Biochem. 50, 918-926). After the reaction, the mixture was reacted with 5 ml of 80% acetic acid for 2 hours to deprotect the DMT group. Next, the mixture was reacted with 6 ml of concentrated aqueous ammonia-ethanol (2: 1 by volume) at 20 ° C. for 2 days to deprotect the acetyl group. The concentrated aqueous ammonia was removed by evaporating under reduced pressure, and then dissolved in 40 ml of water. This solution is adsorbed through a column packed with QAE-Sephadex A-25 (Pharmacia), fractions containing the desired product are eluted with 0.5 M triethylamine carbonate (TEAB, pH 7.5), and then frozen. Dried, finally separated by HPLC and deprotected dCpPur was obtained in 1-5% yield based on puromycin.

<2>核酸部(in vitroウイルスのゲノム)の調製
In vitroウイルスゲノムとして2種類作成した。すなわち、(1)核酸部とタンパク質部を部位指定的につなげるためのものと、(2)核酸部とタンパク質部を部位非指定的につなげるためのものである。
<2> Preparation of nucleic acid part (in vitro virus genome)
Two types were prepared as in vitro virus genomes. That is, (1) for connecting a nucleic acid part and a protein part in a site-specific manner, and (2) for connecting a nucleic acid part and a protein part in a non-site-specific manner.

材料:大腸菌の無細胞タンパク質合成系(E. coli S30 Extract System for Linear Templates)はプロメガから購入。T7 RNAポリメラーゼ、T4 DNAリガーゼ、 T4 DNAキナーゼ、ヒト胎盤由来リボヌクレアーゼ阻害剤、EcoRI、BamHI、デオキシリボヌクレオチドは宝酒造から購入した。制限酵素BstNI、BglIIはニューイングランドラブから購入した。 [35S]メチオニン、[γ-32P]ATPはアマシャム、Taq DNAポリメラーゼはクラボウとグライナーのものを使用。他のすべての生化学試薬はシグマ及び和光純薬のものを使用した。ヒトタウタンパク質の微小管結合領域(4リピート)を組み込んだプラスミド(pAR3040)は、λZAPIIにクローン化されたヒト脳のcDNAライブラリーからヒトタウタンパク質の全長遺伝子をPCR法で釣り上げて、プラスミドに組み込んだものから4リピート領域のみをPCRで増幅してプラスミドに組み込んだものである。PCR(Polymerase chain reaction)装置は、PTC-100型(MJリサーチ)とASTEC PC800型(アステック)を使用した。 Materials: E. coli S30 Extract System for Linear Templates is purchased from Promega. T7 RNA polymerase, T4 DNA ligase, T4 DNA kinase, human placenta-derived ribonuclease inhibitor, EcoRI, BamHI, and deoxyribonucleotide were purchased from Takara Shuzo. Restriction enzymes BstNI and BglII were purchased from New England Labs. [ 35 S] methionine and [γ- 32 P] ATP were from Amersham, and Taq DNA polymerase was from Kurabo Industries and Greiner. All other biochemical reagents were from Sigma and Wako Pure Chemical. The plasmid (pAR3040) incorporating the microtubule-binding region (4 repeats) of the human tau protein is obtained by using the PCR method to probe the full-length gene of the human tau protein from the human brain cDNA library cloned into λZAPII and incorporating the plasmid into the plasmid. Only the four repeat regions were amplified by PCR and incorporated into a plasmid. As a PCR (Polymerase chain reaction) apparatus, PTC-100 type (MJ Research) and ASTEC PC800 type (Astec) were used.

(1)部位指定的に結合させるためのゲノムの作成
A. 変異4リピート部分のDNA作成
1)ヒトタウタンパク質(Goedert, M. (1989) EMBO J. 8, 392-399)の微小管領域(4
リピート)を組み込んだプラスミド(pAR3040)構築し、それを制限酵素BglIIとBamHIによって切断し直鎖状にした。
(1) Creation of a genome for site-specific binding A. Creation of DNA for 4 repeats
1) The microtubule region of human tau protein (Goedert, M. (1989) EMBO J. 8, 392-399)
A plasmid (pAR3040) incorporating the repeat) was constructed, and cut into a linear form by restriction enzymes BglII and BamHI.

2) このゲノムからT7プロモーター領域及びシャインダルガノ配列を含んだ4リピート部分をPCRによって増幅した。この際、プライマーとして、5'側は、Left+(配列番号1)と3'側はRight-(配列番号2)を使った。また、Right-の配列はオーカー終始コドンの前のロイシンをアンバー終始コドンに変異させるようになっている。PCR条件は、変性92℃/30秒、アニーリング65℃/30秒、伸長反応73℃/1分で30回繰り返した。   2) Four repeats containing the T7 promoter region and Shine-Dalgarno sequence were amplified from this genome by PCR. At this time, Left + (SEQ ID NO: 1) was used on the 5 ′ side and Right− (SEQ ID NO: 2) was used on the 3 ′ side. The Right- sequence also mutates leucine before the ocher stop codon to an amber stop codon. PCR conditions were repeated 30 times with denaturation at 92 ° C / 30 seconds, annealing at 65 ° C / 30 seconds, and extension reaction at 73 ° C / minute.

3)次に、この増幅したゲノムを精製後、メチオニンの取り込みを多くし、放射性同位元素での検出を高めるために、PCRを利用して変異を加えた。すなわち、変異を加えたい領域を含むプライマーLeft-(配列番号3)、Right+(配列番号4)を合成し、上記2)のDNAを鋳型として、まず、プライマーLeft+、Left-でPCRによって増幅し、増幅されたDNAを「Left」とした。また、プライマーRight+、Right-でPCRによって増幅し、増幅されたDNAを「Right」とした。 5%アクリルアミド変性ゲル電気泳動により「Left」、「Right」をゲルから切り出し抽出した。切り出したLeftとRightは、まず、プライマーなしで前出の条件でPCRによって増幅した。さらに、この反応液から1μl採取し鋳型とし、プライマーLeft+、Right-で同じ条件でPCRによって増幅した。これにより、メチオニンの数を1個から4個に増やした変異4リピート部分のDNAが作成された。   3) Next, after purifying this amplified genome, mutation was added using PCR to increase the incorporation of methionine and enhance the detection of radioisotopes. That is, primers Left- (SEQ ID NO: 3) and Right + (SEQ ID NO: 4) containing the region to be mutated are synthesized, and the DNA of 2) above is used as a template, and first, primers Left + and Left- are amplified by PCR, The amplified DNA was designated as "Left". In addition, amplification was performed by PCR with primers Right + and Right-, and the amplified DNA was designated as “Right”. "Left" and "Right" were cut out from the gel and extracted by 5% acrylamide denaturing gel electrophoresis. The excised Left and Right were first amplified by PCR under the conditions described above without primers. Further, 1 μl was collected from this reaction solution as a template, and amplified by PCR under the same conditions with the primers Left + and Right−. As a result, DNA of the mutant 4 repeat portion in which the number of methionine was increased from 1 to 4 was created.

B.様々な長さのスペーサをもつアラニン・サプレッサーtRNA(Ala・sup tRNA)の4リピート部分への連結
1)上記Aの4リピート部分の3'末端側にあるBamH1部位をBamH1を使って切断処理した。その後、BamH1部位の3'側断片の除去のためにQIAquick PCR Purification Kit(QIAGEN製)を使って、5'側の4リピート部分のみを抽出、精製した。
B. Ligation of alanine suppressor tRNA (Ala · sup tRNA) with spacers of various lengths to four repeats
1) The BamH1 site at the 3 'end of the 4-repeat portion of A above was digested with BamH1. Then, to remove the 3 'fragment of the BamH1 site, only the 4 repeats on the 5' side were extracted and purified using a QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by QIAGEN).

2)上記1)の精製物と5'側にT4キナーゼでリン酸化したSpacer-A(配列番号5)をSpacer-B(配列番号6)によって裏打ちしT4 DNAリガーゼで結合させた。   2) Spacer-A (SEQ ID NO: 5) phosphorylated with T4 kinase on the 5 ′ side of the purified product of 1) above was backed by Spacer-B (SEQ ID NO: 6), and ligated with T4 DNA ligase.

3)T4キナーゼでリン酸化したSpacer-C(配列番号7)とこれと相補な領域をもつSpacer-BをT4 DNAリガーゼを使って連結した。15℃、2時間反応させた。その後、エタノール沈澱で精製した。   3) Spacer-C (SEQ ID NO: 7) phosphorylated by T4 kinase and Spacer-B having a region complementary thereto were ligated using T4 DNA ligase. The reaction was performed at 15 ° C. for 2 hours. Thereafter, purification was performed by ethanol precipitation.

4)上記2)及び3)の産物及びSpacer-D(配列番号8)と5'側をリン酸化したsup tRNA(配列番号9)をT4 DNAリガーゼバッファ(Buffer)に溶かし、85℃、2分で変性させた後、氷上で冷やす。さらにT4 DNAリガーゼを加えて15℃、2時間反応させ、フェノール抽出後、エタノール沈澱した。   4) Dissolve the products of 2) and 3) above and Spacer-D (SEQ ID NO: 8) and the 5′-phosphorylated sup tRNA (SEQ ID NO: 9) in T4 DNA ligase buffer (Buffer), and heat them at 85 ° C. for 2 minutes. After cooling with ice, cool on ice. Further, T4 DNA ligase was added and reacted at 15 ° C. for 2 hours. After phenol extraction, ethanol precipitation was performed.

5)上記4)で得た産物を鋳型として、プライマーLeft+,プライマー3'Pur-(配列番号10)を使い、変性92℃/30秒、アニーリング65℃/30秒、伸長反応73℃/1分で30回の条件でPCRによって増幅し,その産物をアクリルアミド変性ゲル電気泳動して、泳動距離の異なる3つの領域A,B,Cを切り出し、DNAを抽出した。   5) Using the product obtained in 4) above as a template, using primer Left + and primer 3'Pur- (SEQ ID NO: 10), denaturation 92 ° C / 30 seconds, annealing 65 ° C / 30 seconds, extension reaction 73 ° C / 1 minute. The product was amplified by PCR under conditions of 30 times, and the product was subjected to acrylamide denaturing gel electrophoresis to cut out three regions A, B, and C having different migration distances, and DNA was extracted.

6)上記5)の長さの異なるA,B,Cを鋳型として再度、同じ条件でPCRによって増幅し、電気泳動によりその長さを同定すると同時に、転写用の鋳型DNAとした。これにより、c画分はSpacer-Cが0〜5、b画分は6〜14、a画分は15〜18挿入されたものであることがわかった。   6) Using A, B, and C having different lengths of 5) as templates as templates, the DNA was again amplified by PCR under the same conditions, and its length was identified by electrophoresis, and at the same time, it was used as a template DNA for transcription. Thus, it was found that the fraction c had 0 to 5 Spacer-C, the b fraction had 6 to 14, and the a fraction had 15 to 18 inserted.

C.RNAゲノムの作成及びdCpPurの連結
上記Bで得られたA,B,C領域はT7ポリメラーゼを用い37℃、2時間反応させることでRNAに
転写した。さらに、上記<1>核酸部の3'末端の調製で得られたdCpPurをATP存在下T4ポリヌクレオチドキナーゼを用い15℃、24時間反応させリン酸化したのち、上記転写RNAゲノムとT4 RNAリガーゼを用い4℃、50時間反応させた。この操作により、3'末端にピューロマイシンを付けたsup tRNAをもつRNAゲノムが構築できた。
C. Preparation of RNA genome and ligation of dCpPur The A, B, and C regions obtained in B above were transcribed into RNA by reacting at 37 ° C. for 2 hours using T7 polymerase. Further, the dCpPur obtained in the preparation of the 3 ′ end of the <1> nucleic acid portion was reacted with T4 polynucleotide kinase in the presence of ATP at 15 ° C. for 24 hours to phosphorylate, and then the transcribed RNA genome and T4 RNA ligase were reacted. The reaction was performed at 4 ° C. for 50 hours. By this operation, an RNA genome having sup tRNA with puromycin at the 3 ′ end was constructed.

(2)部位非指定的に結合させるためのゲノムの作成
A. 変異4リピート部分のDNA及びRNAの作成
変異4リピート部分のDNAは、基本的に上記(1)のAと同一の方法で作成した。ただし、2つの終止コドンすなわちアンバーをグルタミン、オーカーをリジンに替えて終始コドンをなくし、また、3'末端をプリンリッチ(rich)にするために、新しいプライマーNew/Right-(配列番号10)を合成し、Left+とともに変性92℃/30秒、アニーリング65℃/30秒、伸長反応73℃/1分で30回の条件でPCRによって増幅した。このDNAを鋳型として、T7ポリメラーゼを使い37℃、2時間反応させることによりRNAゲノムを得た。
(2) Preparation of genome for site-specific binding A. Preparation of DNA and RNA of mutant 4 repeat portion DNA of mutant 4 repeat portion is basically prepared by the same method as A in (1) above. did. However, a new primer New / Right- (SEQ ID NO: 10) was used in order to eliminate the termination codon by replacing the two stop codons, ie, amber with glutamine and ocher with lysine, and to make the 3 ′ end purine-rich. It was synthesized and amplified by PCR under the conditions of denaturation at 92 ° C / 30 seconds, annealing at 65 ° C / 30 seconds, and extension reaction at 73 ° C / minute for 30 times with Left +. Using this DNA as a template, a reaction was performed at 37 ° C. for 2 hours using T7 polymerase to obtain an RNA genome.

B.Spacer1〜4の連結
上記Aで得たRNAに、21塩基からなるDNA、Spacer1(配列番号11)、40塩基からなるDNA、Spacer2(配列番号12)、60塩基からなるDNA、Spacer3(配列番号13)、80塩基からなるDNA、Spacer4(配列番号14)をT4ポリヌクレオチドキナーゼで36℃、1時間反応させた後、T4 RNAリガーゼで10℃、48時間反応させた。
B. Ligation of Spacer 1 to 4 DNA consisting of 21 bases, Spacer 1 (SEQ ID NO: 11), DNA consisting of 40 bases, Spacer 2 (SEQ ID NO: 12), DNA consisting of 60 bases, Spacer 3 (SEQ ID NO: 13) ), Spacer4 (SEQ ID NO: 14) consisting of 80 bases was reacted with T4 polynucleotide kinase at 36 ° C for 1 hour, and then reacted with T4 RNA ligase at 10 ° C for 48 hours.

C. ペプチドアクセプター(P-Acceptor)の連結
3'末端にdCpPurを結合させ、リボゾームへの取り込みの効率を上げる目的でDNA 21塩基とRNA 4塩基、計25塩基よりなるキメラ核酸、ペプチドアクセプター(P-Acceptor)(配列番号15)を合成した。P-Acceptorの5'末端をリン酸化するためにT4ポリヌクレオチドキナーゼで36℃、1時間反応させた後、これに相補な配列をもつBack3'(配列番号16)によって裏打ちさせ、上記Bで作成した各スペーサーの3'末端にT4 DNAリガーゼを用いて16℃、2時間反応を行い連結させた。また、このP-Acceptorを直接、上記Aで得たRNAの3'末端にT4 RNAリガーゼを用いて10℃、48時間反応させて連結させたものを作成し、これを、Non-Spacerゲノムと称する。
C. Linkage of peptide acceptor (P-Acceptor)
Synthesizes a chimeric nucleic acid consisting of 21 bases of DNA and 4 bases of RNA, a total of 25 bases, and a peptide acceptor (P-Acceptor) (SEQ ID NO: 15) for the purpose of binding dCpPur to the 3 'end and increasing the efficiency of incorporation into ribosomes. did. After phosphorylating the 5 'end of P-Acceptor with T4 polynucleotide kinase at 36 ° C for 1 hour, it was backed by Back3' (SEQ ID NO: 16) having a complementary sequence, and prepared in B above. The 3 'end of each of the spacers was ligated by performing a reaction at 16 ° C. for 2 hours using T4 DNA ligase. In addition, this P-Acceptor was directly ligated to the 3 ′ end of the RNA obtained in the above A by reacting it at 10 ° C. for 48 hours using T4 RNA ligase, and this was linked to the Non-Spacer genome. Name.

D.dCpPurの連結
上記Cで作成した各ゲノムの3'末端に、上記<1>核酸部の3’末端の調製で得られたdCpPurをT4ポリヌクレチドキナーゼを用い15℃、24時間反応させ、リン酸化したのちT4 RNAリガーゼを用い4℃、50時間反応させた。これにより、3'末端にピューロマイシンを付けたキメラRNAゲノムが構築できた。
D. Ligation of dCpPur dCpPur obtained in the above <1> Preparation of 3 ′ end of nucleic acid portion was reacted at the 3 ′ end of each genome prepared in C above at 15 ° C. for 24 hours using T4 polynucleotide kinase, and phosphorylated. After oxidation, the reaction was carried out at 4 ° C. for 50 hours using T4 RNA ligase. As a result, a chimeric RNA genome with puromycin at the 3 ′ end was constructed.

<3>核酸部の最適化
A.部位指定的方法
上記<2>の(1)で作成したa、b、c画分の長さに分類されたそれぞれのRNAゲノムをビオチン化リジンtRNA(Promega)と一緒に大腸菌無細胞翻訳系50μl[E. coli S30 Extract Systems for Linear Templates(Promega)]で翻訳した後、それぞれのチューブにストレプトアビジン付き磁性体粒子ダイナビーズ(ダイナル)を5 mg加え、室温で1時間インキュベートする。次に、ダイナビーズを磁石によって集め、上清を吸い取る。残ったダイナビーズを1000μlのB&W Bufferで2回洗った。さらに、500μlのRT-PCR Bufferで2回洗った後、500μlのRT-PCR Bufferで再度、サスペンド(suspend)する。それを50μl採取し500μlのエッペンチューブに移し、磁石でダイナビーズを固定し、上清を吸い取った。残ったダイナビーズにRT-PCR Buffer及び逆転写酵素とTaq ポリメラーゼ[Access RT-PCR System(Promega)]を加え48℃、1時間で逆転写、PCRは94℃/30秒、65℃/40秒、68℃/1分40秒、40回、プライマーはRight+(配列番号4)と3'Pur-(配列番号10)で行った。a、b、c画分それぞれを電気泳動で調べたものが第5図である。
<3> Optimization of nucleic acid part Site-specific method The E. coli cell-free translation system of E. coli together with biotinylated lysine-tRNA (Promega) was used for each of the RNA genomes classified into the lengths of the a, b, and c fractions prepared in (1) of <2> above. After translation with [E. coli S30 Extract Systems for Linear Templates (Promega)], add 5 mg of magnetic particle dynabeads (Dinal) with streptavidin to each tube, and incubate at room temperature for 1 hour. Next, the dynabeads are collected by a magnet and the supernatant is aspirated. The remaining dynabeads were washed twice with 1000 μl of B & W Buffer. Further, after washing twice with 500 μl of RT-PCR Buffer, the cells are suspended again with 500 μl of RT-PCR Buffer. 50 μl thereof was collected and transferred to a 500 μl Eppendorf tube, dynabeads were fixed with a magnet, and the supernatant was sucked. Add RT-PCR Buffer, reverse transcriptase and Taq polymerase [Access RT-PCR System (Promega)] to the remaining Dynabeads, reverse transcription at 48 ° C for 1 hour, PCR at 94 ° C / 30 seconds, PCR at 65 ° C / 40 seconds The primers were Right + (SEQ ID NO: 4) and 3'Pur- (SEQ ID NO: 10) at 68 ° C. for 1 minute and 40 seconds, 40 times. FIG. 5 shows the fractions a, b, and c examined by electrophoresis.

ここで、c画分のグループ(第5図のレーン3)からバンドが検出された。このバンドは電気泳動によりゲルから分離し、さらに、T7プロモータ及びシャインダルガノ領域をもつ「Left」とPCRによって連結し、これをさらにプライマー Left+(配列番号3)と3'Pur-(配列番号10)でPCRによって増幅した。このゲノムを「Stranger」と名付けた。   Here, a band was detected from the group of the fraction c (lane 3 in FIG. 5). This band was separated from the gel by electrophoresis and further ligated by PCR to "Left" having a T7 promoter and Shine-Dalgarno region, which was further ligated with primers Left + (SEQ ID NO: 3) and 3'Pur- (SEQ ID NO: 10 ) Was amplified by PCR. This genome was named "Stranger".

次に、このStrangerは実際に翻訳されたタンパク質がmRNA部分(RNAゲノム部分)と結合しているかどうかを調べるために、転写後、3'側にpdCpPurをT4 RNAリガーゼで連結した後RNAの5'側をHK フォスファターゼ(Epicentre)で30℃、1時間脱リン酸化し、[γ-32P]ATP存在下T4ポリヌクレオチドキナーゼでラベル化した。これを大腸菌無細胞翻訳系にmRNAとして加え、37℃、1時間40分反応させた。これを、18%SDS-PAGEで泳動した結果が第6図である。これから、約80%以上の割合で核酸部(遺伝子型)とタンパク質部(表現型)が結合し、in vitroウイルス、即ち遺伝子型と表現型の対応付け分子が形成されていることがわかる。 Next, to determine whether the translated protein actually binds to the mRNA (RNA genomic part), this Stranger ligates pdCpPur to the 3 'side with T4 RNA ligase after transcription, and The 'side was dephosphorylated with HK phosphatase (Epicentre) at 30 ° C for 1 hour, and labeled with T4 polynucleotide kinase in the presence of [γ- 32 P] ATP. This was added to the E. coli cell-free translation system as mRNA, and reacted at 37 ° C. for 1 hour and 40 minutes. FIG. 6 shows the result of electrophoresis of this by 18% SDS-PAGE. This indicates that the nucleic acid part (genotype) and the protein part (phenotype) bind at a ratio of about 80% or more, and an in vitro virus, that is, a genotype-phenotype associating molecule is formed.

B.部位非指定的方法
すでに、部位指定的方法で短いスペーサのものが選ばれてきたため、スペーサなしの「Non-spacer」RNAゲノムの3'末端に、T4ポリヌクレオチドキナーゼを用い[γ-32P]ATP存在下、5'側をリン酸化したdCpPurをT4 RNAリガーゼを用い4℃、50時間反応させ連結させた。次にこれを通常の4リピートをコードしているmRNAとともに大腸菌無細胞翻訳系に加え、37℃、1時間30分反応させた。この反応10μlをリボヌクレアーゼT2で分解したものと、等量の反応液を18%SDS-PAGEで泳動し、イメージアナライザーBAS2000(富士フィルム)で解析した(第7図)。
B. Site non-designated manner already for those short spacer site-directed methods have been chosen, the 3 'end of the "Non-location spacer" RNA genome without spacers, using T4 polynucleotide kinase [γ- 32 P] In the presence of ATP, 5C phosphorylated dCpPur was reacted with T4 RNA ligase at 4 ° C. for 50 hours to ligate. Next, this was added to an Escherichia coli cell-free translation system together with the usual mRNA encoding 4 repeats, and reacted at 37 ° C. for 1 hour and 30 minutes. 10 μl of this reaction was digested with ribonuclease T2, and an equivalent amount of the reaction solution was electrophoresed on 18% SDS-PAGE and analyzed with an image analyzer BAS2000 (Fuji Film) (FIG. 7).

その結果、リボヌクレアーゼT2でRNAを分解した方は、タンパク質部分のみとなるため、対照の[35S]メチオニンでラベルした4リピートのタンパク質部分と同じ移動距離のところにバンドが出現した。一方、何の処理も行わない方は、4リピートのタンパク質部分より上に、つまり、分子量が明らかに大きいことがわかった。また、これは、tRNAよりも移動していることからラベルされたmRNA(約400塩基)そのものではない。したがって、RNAと蛋白が結合したものと同定した。すなわち、この結果は核酸部とタンパク質部が部位非指定的に連結したことを示している。 As a result, the RNA was degraded by ribonuclease T2 only in the protein portion, and thus a band appeared at the same moving distance as the four repeat protein portion labeled with [ 35 S] methionine as a control. On the other hand, when no treatment was performed, it was found that the molecular weight was clearly higher than the protein portion of the four repeats. Also, this is not the mRNA itself (about 400 bases) that is more mobile than the tRNA. Therefore, it was identified that RNA and protein were bound. That is, this result indicates that the nucleic acid portion and the protein portion were linked in a site-nonspecific manner.

In vitroウイルスの調製(2)
<1>核酸部の3'末端部の調製
(a)rCpPur (ribocytidyl(3'→ 5')puromycinの合成
材料:ピューロマイシン(puromycin)はシグマから、rC-ベータアミダイト(N4-benzoyl-5'-O-(4,4'-dimethoxytrityl)-2'-O-tert-butyldimethylsilyl)-cytidine-3'-O-[O-(2-cyanoethyl)-N,N'-diisopropyl-phosphoramidite])は日本パーセプティブから、テトラゾールは日本ミリポアから、フッ化テトラブチルアンモニウムはアルドリッチから、QAE-セファデックスはファーマシアから、クロマト用シリカゲルはメルクからそれぞれ購入した。
Preparation of in vitro virus (2)
<1> Preparation of 3 ′ end of nucleic acid part (a) Synthesis of rCpPur (ribocytidyl (3 ′ → 5 ′) puromycin) Material: puromycin is obtained from Sigma, and rC-beta amidite (N4-benzoyl-5 ′) -O- (4,4'-dimethoxytrityl) -2'-O-tert-butyldimethylsilyl) -cytidine-3'-O- [O- (2-cyanoethyl) -N, N'-diisopropyl-phosphoramidite) Tetrazole was purchased from Nippon Millipore, Tetrabutylammonium Fluoride from Aldrich, QAE-Sephadex from Pharmacia, and silica gel for chromatography from Merck from Perceptive.

方法:ピューロマイシン(50 mg、92μmol)を2 mlの乾燥ピリジンに溶かし、減圧下で蒸発させ、脱水させた。この操作を3回繰り返した。これに15 mlの4%テトラゾール/アセトニトリル溶液とを加え、室温で撹拌させた。反応はシリカゲルの薄層クロマトグラフィー(TLC、展開溶媒:クロロフォルム:メタノール=9:1)でモニターした。通常、反応は1日で終了する。反応後、溶媒を減圧下で追い出し、これに0.1Mのヨウ素をテトラヒドロフラン/ピリジン/水=80:40:2に溶かした溶液3 ml加え、室温で撹拌させながら生成したホスファイト-トリエステルを酸化させた。1時間半後、溶媒を減圧下で追い出し、残部を
クロロフォルムで抽出した。抽出液は無水硫酸マグネシウム存在下で乾燥させた後、減圧下で溶媒を追い出した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにかけ、クロロフォルム/メタノール=90:10で溶出させた。保護基のついたリボシチジルピューロマイシン(CpPur)はシリカゲルTLC(展開溶媒:クロロフォルム:メタノール=9:1)でRf 0.32のところに溶出される。次に保護基の脱保護を行った。保護基のついたリボシチジルピューロマイシンを最初80%酢酸水溶液0.5 mlで室温で1時間処理し、酢酸を減圧下で追い出した後、濃アンモニア水/エタノール=2:1の混合溶液0.5 mlを加えた。室温で15時間放置した後、溶媒を減圧下で追い出し、残部に1 Mのフッ化テトラブチルアンモニウムのテトラヒドロフラン溶液0.5 mlを加え、β-シアノエチル基を除去した。30分後溶媒を減圧下で追い出し、残部をQAE-セファデックスのカラムクロマトグラフィーにかけ、0-0.5 Mのトリエチルアミン炭酸塩の直線グラージエントで溶出させた。溶出液を集め、凍結乾燥させた。リボシチジルピューロマイシンが10 mg得られた。合成品がリボシチジルピューロマイシンであることは、ヌクレアーゼP1消化でシチジンとピューロマイシン-5'-リン酸が等量得られることと、MALDI/TOFマススペクトロメトリーで[M+H]+の分子イオンがm/z 777に現われることから同定された。
Method: Puromycin (50 mg, 92 μmol) was dissolved in 2 ml of dry pyridine, evaporated under reduced pressure and dried. This operation was repeated three times. To this was added 15 ml of a 4% tetrazole / acetonitrile solution and allowed to stir at room temperature. The reaction was monitored by silica gel thin-layer chromatography (TLC, developing solvent: chloroform: methanol = 9: 1). Usually, the reaction is completed in one day. After the reaction, the solvent was expelled under reduced pressure, 3 ml of a solution of 0.1 M iodine dissolved in tetrahydrofuran / pyridine / water = 80: 40: 2 was added, and the resulting phosphite-triester was oxidized while stirring at room temperature. I let it. After one and a half hours, the solvent was driven off under reduced pressure, and the remainder was extracted with chloroform. After the extract was dried in the presence of anhydrous magnesium sulfate, the solvent was driven off under reduced pressure. This was subjected to silica gel column chromatography, and eluted with chloroform / methanol = 90: 10. Ribocytidyl puromycin (CpPur) with a protecting group is eluted at Rf 0.32 by TLC on silica gel (developing solvent: chloroform: methanol = 9: 1). Next, the protecting group was deprotected. The protected ribocytidyl puromycin was first treated with 0.5 ml of an 80% aqueous acetic acid solution at room temperature for 1 hour, acetic acid was removed under reduced pressure, and then 0.5 ml of a mixed solution of concentrated aqueous ammonia / ethanol = 2: 1 was added. added. After leaving at room temperature for 15 hours, the solvent was driven off under reduced pressure, and 0.5 ml of a 1 M solution of tetrabutylammonium fluoride in tetrahydrofuran was added to remove the β-cyanoethyl group. After 30 minutes, the solvent was driven off under reduced pressure, and the residue was subjected to QAE-Sephadex column chromatography, eluting with a linear gradient of 0-0.5 M triethylamine carbonate. The eluate was collected and lyophilized. 10 mg of ribocytidyl puromycin was obtained. The fact that the synthetic product is ribocytidyl puromycin means that cytidine and puromycin-5'-phosphate can be obtained in equal amounts by nuclease P1 digestion, and that [M + H] + molecules are obtained by MALDI / TOF mass spectrometry. The ion was identified by its appearance at m / z 777.

<2>核酸部(in vitroウイルスのゲノムの調製)
材料:ウサギ網状赤血球抽出液(Nuclease treated Rabbit reticulocyte lysate)の無細胞タンパク質合成系はプロメガから購入。 T7 RNAポリメラーゼ、T4 DNAリガーゼ、T4 RNAリガーゼ 、T4 ポリヌクレオチドキナーゼ、ヒト胎盤由来リボヌクレアーゼ阻害剤、EcoRI、BamHI、デオキシリボヌクレオチドは宝酒造から購入した。制限酵素BstNI、BglIIはニューイングランドラブから購入した。[35S]メチオニン、[32P]-γATPはアマシャム、TaqDNAポリメラーゼはクラボウとグライナーのものを使用した。他のすべての生化学試薬はシグマ及び和光純薬のものを使用した。ヒトタウタンパク質のN末端半分領域(アミノ酸残基番号1-165)を組み込んだプラスミド(pAR3040)は、λZAPIIにクローン化されたヒト脳のcDNAライブラリーからヒトタウタンパク質の全長遺伝子をPCR法で釣り上げて、プラスミドに組み込んだものからN末端半分領域のみをPCRで増幅してプラスミドに組み込んだものである。PCR(Polymerase chain reaction)装置はASTECPC800型(アステック)を使用した。
<2> Nucleic acid part (preparation of in vitro virus genome)
Material: Rabbit reticulocyte lysate cell-free protein synthesis system was purchased from Promega. T7 RNA polymerase, T4 DNA ligase, T4 RNA ligase, T4 polynucleotide kinase, human placenta-derived ribonuclease inhibitor, EcoRI, BamHI, and deoxyribonucleotide were purchased from Takara Shuzo. Restriction enzymes BstNI and BglII were purchased from New England Labs. [ 35 S] methionine and [ 32 P] -γATP were from Amersham, and Taq DNA polymerase was from Kurabo Industries and Greiner. All other biochemical reagents were from Sigma and Wako Pure Chemical. A plasmid (pAR3040) incorporating the N-terminal half region of human tau protein (amino acid residues 1-165) was used to probe the full-length gene for human tau protein from the human brain cDNA library cloned into λZAPII by PCR. Then, only the N-terminal half region from the plasmid integrated was amplified by PCR and integrated into the plasmid. As a PCR (Polymerase chain reaction) apparatus, ASTECPC800 type (Astec) was used.

(1)ゲノムの作製
A.N末端半分領域のDNAの作製
3'末端にスペーサー、ペプチドアクセプター、rCpPurの連結したストップコドンをもつものともたないヒトタウタンパク質N末端半分領域(アミノ酸残基1-165)をコードするmRNAは以下の通り構築された(第8図)。
(1) Preparation of genome Preparation of N-terminal half-region DNA
An mRNA encoding the N-terminal half-region of human tau protein (amino acid residues 1-165) with or without a spacer, peptide acceptor, rCpPur-linked stop codon at the 3 'end was constructed as follows (No. 8).

1)ヒトタウタンパク質(Goedert, M. (1989) EMBO J. 8, 392-399)のN末端半分領域を組み込んだプラスミド(pAR3040)を制限酵素BglIIによって切断し直鎖状にする。   1) A plasmid (pAR3040) incorporating the N-terminal half region of human tau protein (Goedert, M. (1989) EMBO J. 8, 392-399) is cut into a linear form with the restriction enzyme BglII.

2)このゲノムからN末端半分領域部分(アミノ酸残基番号1-165)をPCRによって増幅する。この際、プライマーとして、5’側はLeft1(配列番号18)、3’側はストップコドンを含むRight1(配列番号19)とストップコドンを含まないRight2(配列番号20)を使った。PCR条件は、変性92℃/30秒、アニーリング65℃/30秒、伸長反応73℃/1分で30回繰り返した。   2) Amplify the N-terminal half region (amino acid residues 1-165) from this genome by PCR. At this time, Left1 (SEQ ID NO: 18) was used on the 5 'side and Right1 (SEQ ID NO: 19) containing a stop codon and Right2 (SEQ ID NO: 20) containing no stop codon were used on the 5' side. PCR conditions were repeated 30 times with denaturation at 92 ° C / 30 seconds, annealing at 65 ° C / 30 seconds, and extension reaction at 73 ° C / minute.

3)T7 RNAポリメラーゼのプロモーター領域、コザック(Kozak)配列、ヒトタウタンパク質のアミノ酸残基番号1-25までに相当するDNA配列の順につなげたDNA(配列番号21)は化学合成により調製した。   3) DNA (SEQ ID NO: 21) in which a promoter region of T7 RNA polymerase, a Kozak sequence, and a DNA sequence corresponding to amino acid residues 1 to 25 of human tau protein were connected in this order was prepared by chemical synthesis.

4)上記2)と3)の操作で得られた二つの精製DNAは次の二段階のPCRにより連結された
。すなわち、上記2種のDNAの混合物は最初はプライマー非存在下で増幅され、次いでLeft2(配列番号22)とRight1(配列番号19)あるいはRight2(配列番号20)のプライマー存在下で増幅された。以上の操作により、ヒトタウタンパク質のN末端半分領域のORFの上流にT7 RNAポリメラーゼのプロモーターとコザック配列をもつDNAが作成された。このDNAを鋳型として、T7 RNAポリメラーゼを用い37℃、2時間反応させることによりRNAを得た。
4) The two purified DNAs obtained by the above operations 2) and 3) were ligated by the following two-step PCR. That is, the mixture of the two DNAs was first amplified in the absence of a primer, and then amplified in the presence of the Left2 (SEQ ID NO: 22) and Right1 (SEQ ID NO: 19) or Right2 (SEQ ID NO: 20) primers. By the above operation, a DNA having a T7 RNA polymerase promoter and a Kozak sequence upstream of the ORF in the N-terminal half region of the human tau protein was prepared. Using this DNA as a template, reaction was carried out at 37 ° C. for 2 hours using T7 RNA polymerase to obtain RNA.

B.Spacerとペプチドアクセプターの連結
Spacer5(配列番号23)とDNA 21塩基とRNA 4塩基、計25塩基よりなるキメラ核酸,ペプチドアクセプター(P-Acceptor)(配列番号15)を化学的に合成した。ペプチドアクセプターの5'末端をリン酸化するためT4ポリヌクレオチドキナーゼを用いて、36℃、1時間反応させた後、これに相補な配列をもつスプリントDNA(配列番号24)によって裏打ちし、Spacer5の3'末端にT4 DNAリガーゼを用いて、16℃、2時間反応を行い連結させた。
B. Linking Spacer and peptide acceptor
A chimeric nucleic acid consisting of Spacer5 (SEQ ID NO: 23), 21 bases of DNA and 4 bases of RNA, a total of 25 bases, and a peptide acceptor (P-Acceptor) (SEQ ID NO: 15) were chemically synthesized. After a reaction at 36 ° C. for 1 hour using T4 polynucleotide kinase to phosphorylate the 5 ′ end of the peptide acceptor, it was backed by splint DNA (SEQ ID NO: 24) having a sequence complementary thereto, and The reaction was ligated at 16 ° C. for 2 hours using T4 DNA ligase at the 3 ′ end.

C.RNAとSpacer-ペプチドアクセプターの連結
上記Bで得たSpacer5-ペプチドアクセプターの連結体の5'末端をリン酸化するため、T4ポリヌクレオチドキナーゼを用いて、36℃、1時間反応させた後、上記Aで得たRNAとT4 RNAリガーゼを用いて、4℃、48時間反応させることにより、連結させた。
C. Ligation of RNA and Spacer-peptide acceptor To phosphorylate the 5 'end of the Spacer5-peptide acceptor conjugate obtained in B above, use T4 polynucleotide kinase and react at 36 ° C for 1 hour. Ligation was performed by reacting the RNA obtained in A above with T4 RNA ligase at 4 ° C. for 48 hours.

D.rCpPurの連結
上記Cで作成したゲノムの3'末端に<1>核酸部の3'末端の調製で得られたrCpPurをT4 ポリヌクレオチドキナーゼを用い15℃、24時間反応させリン酸化した後、T4 RNAリガーゼを用い37℃、30分反応させた。これにより、3'末端にピューロマイシンの付いたキメラRNAゲノムが構築できた。
D. lCpPur ligation rCpPur obtained by preparation of <1> 3 ′ end of nucleic acid portion at the 3 ′ end of the genome created in C above was reacted with T4 polynucleotide kinase at 15 ° C. for 24 hours to phosphorylate, The reaction was performed at 37 ° C. for 30 minutes using RNA ligase. As a result, a chimeric RNA genome having puromycin at the 3 ′ end was constructed.

E.ヒトタウタンパク質のN末端半分のC末端へのrCpPurの結合
タンパク質のC末端とそれをコードするRNAを有効に連結させるためには、ピューロマイシンとストップコドンの間の距離やストップコドンの有無が重要な因子になると考えられる。そこでこの分子間結合に対するこれらの因子の影響を調べるために、次のような3つのゲノムを作製した。すなわち、ヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)をコードするmRNAの3'末端に、(1)ストップコドンをもつがDNAスペーサーはもたないもの、(2)ストップコドンとDNAスペーサーの両者をもたないもの、(3)ストップコドンはもたないがDNAスペーサーをもつもの、である。これら3つのゲノムから、32Pで標識したrCpPur存在下でウサギ網状赤血球抽出液を用いた無細胞翻訳系でタンパク質合成を行わせた(第9図)。3'末端にDNAスペーサーがついていない場合、ストップコドンの有無に拘わらずタンパク質のC末端にrCpPurが同程度の効率で連結することがわかった。すなわち、rCpPurが連結したタンパク質のバンド(第9図の左から1番目と2番目のレーン)はSDS-PAGE(SDS-ポリアクリルアミド電気泳動)で[35S]メチオニンで標識したタンパク質のモノマー(第9図の一番右のレーン)と同じ位置に現われる。一方、ストップコドンがなくてもDNAスペーサーがついていると、rCpPurはタンパク質のC末端に前2者の3倍程度の効率で連結することがわかった(第9図の左から3番目のレーン)。この結果は、リボソームの翻訳休止がDNAの配列上で起こり、その結果rCpPurとタンパク質が効率よく連結するものと考えられる。さらに、この結果はストップコドンがなく、DNAスペーサーと3'末端にrCpPurをもつゲノムが無細胞翻訳系でmRNAとして使われた場合、mRNAの3'末端のピューロマイシンが対応する翻訳されたタンパク質のC末端に効率よく結合できることを示唆している。
E. FIG. RCpPur binding to the N-terminal half-terminal C-terminus of human tau protein To effectively link the C-terminus of the protein to the RNA encoding it, the distance between puromycin and the stop codon and the presence or absence of a stop codon are important It is considered to be a factor. Therefore, the following three genomes were prepared in order to examine the effects of these factors on the intermolecular binding. That is, the mRNA encoding the N-terminal half (1-165) of the human tau protein has (1) a stop codon but no DNA spacer at the 3 'end, and (2) both a stop codon and a DNA spacer. And (3) those without a stop codon but with a DNA spacer. From these three genomes, protein synthesis was carried out in the presence of 32 P-labeled rCpPur in a cell-free translation system using rabbit reticulocyte extracts (FIG. 9). When no DNA spacer was attached to the 3 'end, it was found that rCpPur ligated to the C-terminus of the protein with the same efficiency regardless of the presence or absence of a stop codon. That is, the bands of the protein to which rCpPur was linked (the first and second lanes from the left in FIG. 9) were the monomers of the protein (the first lane) labeled with [ 35 S] methionine by SDS-PAGE (SDS-polyacrylamide electrophoresis). (The rightmost lane in FIG. 9). On the other hand, it was found that rCpPur ligated to the C-terminus of the protein with about three times the efficiency of the former two if the DNA spacer was attached without the stop codon (third lane from the left in FIG. 9). . This result indicates that the translational pause of the ribosome occurs on the DNA sequence, and as a result, rCpPur and the protein are efficiently linked. In addition, this result indicates that when a genome without a stop codon and with a DNA spacer and rCpPur at the 3 'end was used as mRNA in a cell-free translation system, puromycin at the 3' end of the mRNA would produce the corresponding translated protein. This suggests that it can be efficiently bound to the C-terminus.

<3>無細胞翻訳系でのIn vitroウイルスの構築
前記<2>核酸部(in vitroウイルスのゲノムの調製)の項で構築したヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)をコードするmRNA-DNAスペーサー(105 mer)−ペプチドアクセプター−rCpPurからなるゲノムをウサギ網状赤血球抽出液を用い翻訳させた。まずヒト
タウタンパク質のN末端半分(1-165)をコードするRNAをmRNAとして用い、[35S]メチオニンのタンパク質への取り込みで調べてみると、N末端半分(1-165)のモノマー(〜28KDa)とダイマー(〜55KDa)の位置にバンドが現われた。この場合、モノマーが主で、ダイマーはごくわずかである(第10図の(A)の左端のレーン)。この結果はヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)をコードするRNAはmRNAとして機能していることを示している。ヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)をコードするmRNA-DNAスペーサー(105 mer)−ペプチドアクセプター−rCpPurからなるゲノムを同様な[35S]メチオニンを含む無細胞翻訳系で翻訳させ、時間を追って(5分、10分、20分、40分)調べてみると、モノマーとダイマーの位置の他に、新しい幅広いバンドがゲノムの位置(第10図の(A)の右端のレーン)の少し上の位置に現われた。このバンドの強度は反応時間の経過(第10図の(A)の左から2番目〜5番目のレーン)やゲノム量の増加(第10図の(B)のレーン3と4)と共に増加した。この結果はゲノムがピューロマイシンを介してタンパク質のC末端に共有結合で連結したことを示している。また、このことは遺伝子型(genotype)が共有結合で表現型(phenotype)に結びつけられたことを意味している。すなわち、遺伝子型と表現型の対応付け分子が出来たのである。本発明者等は、この対応付け分子をin vitroウイルス(in vitro virus)と名付けた。In vitroウイルスの形成に対するDNAスペーサーの長さの影響について調べたところ、80 mer程度の長さでは効率よく形成せず、少なくとも100 mer以上の長さが必要であることがわかった。
<3> Construction of in vitro virus in cell-free translation system mRNA encoding N-terminal half (1-165) of human tau protein constructed in section <2> Nucleic acid part (preparation of genome of in vitro virus) The genome consisting of -DNA spacer (105 mer) -peptide acceptor-rCpPur was translated using rabbit reticulocyte extract. First, using RNA encoding the N-terminal half (1-165) of human tau protein as mRNA, and examining the incorporation of [ 35 S] methionine into the protein, the N-terminal half (1-165) monomer (~ Bands appeared at 28 kDa) and the dimer (~ 55 kDa). In this case, the monomer is predominant, and the dimer is negligible (the leftmost lane in FIG. 10A). This result indicates that RNA encoding the N-terminal half (1-165) of human tau protein functions as mRNA. A genome consisting of mRNA-DNA spacer (105mer) -peptide acceptor-rCpPur encoding the N-terminal half (1-165) of human tau protein is translated by a cell-free translation system containing the same [ 35 S] methionine, Examining the time sequence (5, 10, 20, and 40 minutes), we found that in addition to the monomer and dimer positions, a new broad band was located in the genome (the rightmost lane in Fig. 10 (A)). Appeared a little above the position. The intensity of this band increased with the passage of reaction time (second to fifth lanes from the left in FIG. 10 (A)) and increase in the amount of genome (lanes 3 and 4 in FIG. 10 (B)). . This result indicates that the genome was covalently linked to the C-terminus of the protein via puromycin. This also means that the genotype was covalently linked to the phenotype. In other words, a genotype-phenotype mapping molecule was created. The present inventors have named this assigning molecule an in vitro virus. When the effect of the length of the DNA spacer on the formation of the virus in vitro was examined, it was found that the formation was not efficient with a length of about 80 mer, and a length of at least 100 mer was required.

さらにin vitroウイルスの生成の確認は、32Pで標識したrCpPurを用いてなされた。すなわち、ヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)をコードするmRNA−DNAスペーサー(105 mer)−ペプチドアクセプター−[32P]rCpPurからなるゲノムをウサギ網状赤血球抽出液を用い翻訳させた。ゲノムとタンパク質の結合はナタ豆(mung bean)のヌクレアーゼで消化することによって確認された。すなわち、翻訳産物(第11図のレーン3)をナタ豆のヌクレアーゼで消化すると、ヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)のモノマーとダイマー(第11図のレーン1)に相当する位置にバンドが現われた(第11図のレーン4)。このことは、タンパク質のC末端に32Pで標識されたrCpPurが付いていることを意味している。この結果からもゲノムがピューロマイシンを介してタンパク質のC末端に共有結合で連結したことがわかる。結合の効率は約10%と推測された。40〜100 pmol/mlの濃度のin vitroウイルスゲノムは調製できるので、生成したin vitroウイルスは2.4〜6 x 1012の変異体を含む集団からなり、この数はファージ・ディスプレイ法(Scott, J. K. & Smith, G. P. (1990) Science 249, 386-390)の1万倍に相当する。In vitroウイルスを用いた遺伝子型と表現型の対応付けは、透過性の問題が回避できたり、種々の非天然のアミノ酸の導入が可能などの長所をもっており、非常に沢山の変異体の合成や種々の機能性タンパク質の生成を可能にする。 Further confirmation of in vitro virus production was made using rCpPur labeled with 32 P. That is, a genome comprising mRNA-DNA spacer (105 mer) -peptide acceptor- [ 32 P] rCpPur encoding the N-terminal half (1-165) of human tau protein was translated using a rabbit reticulocyte extract. Genome-protein binding was confirmed by digestion with mung bean nuclease. That is, when the translation product (lane 3 in FIG. 11) was digested with peanut nuclease, the translation product was located at a position corresponding to the monomer and dimer of the N-terminal half (1-165) of human tau protein (lane 1 in FIG. 11). A band appeared (lane 4 in FIG. 11). This means that the C-terminus of the protein has rCpPur labeled with 32 P. This result also indicates that the genome was covalently linked to the C-terminal of the protein via puromycin. The efficiency of conjugation was estimated to be about 10%. Since in vitro virus genomes at concentrations of 40 to 100 pmol / ml can be prepared, the in vitro virus produced consists of a population containing 2.4 to 6 × 10 12 mutants, the number of which is determined by the phage display method (Scott, JK). & Smith, GP (1990) Science 249, 386-390). Mapping genotypes and phenotypes using in vitro viruses has advantages such as avoidance of permeability problems and the introduction of various unnatural amino acids. Enables production of various functional proteins.

In vitroウイルスを用いたタンパク質の進化実験方法
In vitroウイルスを用いてのタンパク質の進化実験方法は、第12図に示すように、(1)in vitroウイルスゲノムの構築、(2)in vitroウイルスの完成、(3)淘汰プロセス、(4)変異導入、(5)増幅、の工程からなり、機能性タンパク質の改変及び創製を可能とする。特に、この工程を繰り返し行うことにより効率的な機能性タンパク質の改変及び創製が可能となる。この内、(1)及び(2)の工程については上記実施例1及び2で具体的に述べた。ここでは(3)、(4)及び(5)の工程について述べる。
Experimental method for protein evolution using in vitro virus
As shown in FIG. 12, protein evolution experiment methods using in vitro virus include (1) construction of in vitro virus genome, (2) completion of in vitro virus, (3) selection process, (4) It consists of the steps of mutagenesis and (5) amplification, and enables modification and creation of functional proteins. In particular, by repeatedly performing this step, it is possible to efficiently modify and create a functional protein. Among them, the steps (1) and (2) have been specifically described in Examples 1 and 2 above. Here, the steps (3), (4) and (5) will be described.

まず、抗体に特異的なペプチドが淘汰されるかどうかについて検討した。具体的には抗体はマウスIgGを用い、抗体に特異的に結合するペプチド配列は既知のプロテインAのZZ領域(Nilsson, B., et al., (1987) Protein Eng., 1, 107-113)を用いた。また、コントロールとしてはヒトタウタンパク質のN末端領域(1-105)(Goedert, M. (1989) EMBO J. 8, 392-399)を用いた。上記実施例1及び2で述べたin vitroウイルスの構築方法に
従い、プロテインAのZZ領域とヒトタウタンパク質のN末端領域(1-105)をコードするin vitroウイルスゲノムを作製した。プロテインAのZZ領域を含むin vitroウイルスゲノムとヒトタウタンパク質のN末端領域(1-105)を含むin vitroウイルスゲノムの比率を1:1、1:10、1:100、1:1000のように変え、ウサギ網状赤血球抽出液を用いた無細胞翻訳系で30℃、10分間翻訳させた。その後、翻訳産物を希釈し、遠心分離を行って不溶性画分を除去し、その上清をマウスIgGを吸着させたマイクロプレート(牛血清アルブミンでブロッキング処理済)に加え、4℃で2時間静置した。その後、マイクロプレートから翻訳産物を除き、洗浄用緩衝液(50 mM Tris酢酸、pH 7.5/150 mM 食塩/10 mM EDTA/0.1% Tween 20)で計6回洗浄し、溶出用緩衝液(1M酢酸、pH 2.8)で2回溶出した。溶出液をエタノール沈殿させ、20μlの滅菌水で溶解して、逆転写PCRのテンプレートとした。逆転写PCRは逆転写酵素(Avian Mieloblastosis Virus Reverse Transcriptase、プロメガ製)とDNAポリメラーゼ(Tfl DNA Polymerase、プロメガ製)とプライマーとしてRT+(配列番号25)及びRT-(配列番号26)とを用い、48℃で40分反応させた後、94℃で5分間処理で逆転写酵素を失活させ、次いで、94 ℃で30秒、66℃で40秒、72℃で40秒のサイクルを30回繰り返した。得られたPCR産物は、8M尿素を含む4%ポリアクリルアミドゲルを用い、55℃で電気泳動し、銀染色して確認した。その結果、プロテインAのZZ領域を含むin vitroウイルスゲノムはコントロールゲノムであるヒトタウタンパク質のN末端領域(1-105)を含むin vitro ウイルスゲノムの100分の1量でも増幅できることがわかった。この結果は、プロテインAのZZ領域を含むin vitroウイルスゲノムが翻訳されたプロテインAのZZ領域を介してマウスIgGに特異的に結合したことを示している。それ故、in vitroウイルスが淘汰できることが明らかになった。変異導入及び増幅はすでに確立しているError-prone PCR(Leung, D. W., et al., (1989) J. Methods Cell Mol. Biol., 1,
11-15 )やSexual PCR(Stemmer, W. P. C. (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 10747-10751)を用いれば可能である。したがって、第12図に示したin vitroウイルスを用いたタンパク質の進化実験方法は実行可能であることが証明された。
First, it was examined whether or not peptides specific to the antibody were eliminated. Specifically, mouse IgG is used as an antibody, and the peptide sequence that specifically binds to the antibody is a known ZZ region of protein A (Nilsson, B., et al., (1987) Protein Eng., 1, 107-113). ) Was used. The N-terminal region (1-105) of human tau protein (Goedert, M. (1989) EMBO J. 8, 392-399) was used as a control. According to the in vitro virus construction method described in Examples 1 and 2, an in vitro virus genome encoding the ZZ region of protein A and the N-terminal region (1-105) of human tau protein was prepared. The ratio of the in vitro virus genome containing the ZZ region of protein A to the in vitro virus genome containing the N-terminal region (1-105) of human tau protein is 1: 1, 1:10, 1: 100, 1: 1000, etc. And translated in a cell-free translation system using a rabbit reticulocyte extract at 30 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the translation product was diluted, centrifuged to remove the insoluble fraction, and the supernatant was added to a mouse IgG-adsorbed microplate (blocked with bovine serum albumin) and allowed to stand at 4 ° C. for 2 hours. Was placed. Thereafter, the translation product was removed from the microplate, and the plate was washed with a washing buffer (50 mM Tris acetic acid, pH 7.5 / 150 mM salt / 10 mM EDTA / 0.1% Tween 20) six times in total. , PH 2.8). The eluate was precipitated with ethanol and dissolved in 20 μl of sterile water to use as a template for reverse transcription PCR. Reverse transcription PCR uses reverse transcriptase (Avian Mieloblastosis Virus Reverse Transcriptase, manufactured by Promega), DNA polymerase (Tfl DNA Polymerase, manufactured by Promega), and RT + (SEQ ID NO: 25) and RT- (SEQ ID NO: 26) as primers. After reacting at 40 ° C. for 40 minutes, reverse transcriptase was inactivated by treatment at 94 ° C. for 5 minutes, and then a cycle of 94 ° C. for 30 seconds, 66 ° C. for 40 seconds, and 72 ° C. for 40 seconds was repeated 30 times. . The obtained PCR product was subjected to electrophoresis at 55 ° C. using a 4% polyacrylamide gel containing 8 M urea, and confirmed by silver staining. As a result, it was found that the in vitro virus genome containing the ZZ region of protein A can be amplified even by a hundredth of the in vitro virus genome containing the N-terminal region (1-105) of human tau protein as a control genome. This result indicates that the in vitro virus genome containing the ZA region of protein A specifically bound to mouse IgG via the translated ZZ region of protein A. Therefore, it was revealed that in vitro virus can be selected. Mutagenesis and amplification are already established in Error-prone PCR (Leung, DW, et al., (1989) J. Methods Cell Mol. Biol., 1,
11-15) and Sexual PCR (Stemmer, WPC (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 10747-10751). Therefore, it was proved that the protein evolution experiment method using the in vitro virus shown in FIG. 12 was feasible.

遺伝子型(核酸部)と表現型(タンパク質部)の対応付け戦略を示す図である。It is a figure which shows the correspondence strategy of a genotype (nucleic acid part) and a phenotype (protein part). 核酸部とタンパク質部が部位指定的である、本発明の遺伝子型と表現型の対応付け分子の構築方法を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the construction method of the genotype and phenotype associating molecule of this invention of which nucleic acid part and protein part are site-specific. 遺伝子型と表現型の対応付け分子(in vitroウイルス)構築のポイントとなる核酸部3'末端の化学修飾部を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a chemically modified portion at the 3 ′ end of a nucleic acid portion, which is a point of construction of a genotype-phenotype associating molecule (in vitro virus). 核酸部とタンパク質部が部位非指定的である、本発明の遺伝子型と表現型の対応付け分子の構築方法を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a method for constructing a genotype-phenotype associating molecule of the present invention, in which a nucleic acid part and a protein part are site-specific. 部位指定的方法におけるスペーサーの最適化を示す電気泳動写真である。作成したa,b,c画分の長さのスペーサーをもつそれぞれのRNAゲノムをビオチン化リジンtRNAと一緒に大腸菌無細胞翻訳系で翻訳した後、ストレプトアビジン付き磁性体粒子に特異的に吸着させ、逆転写し、PCRにより増幅されたDNAの、4%ポリアクリルアミド電気泳動(8M尿素存在下)の結果である(染色は銀染色)。レーン1はa画分のスペーサーの長さ(255-306残基)のもの、レーン2はb画分のスペーサーの長さ(102-238残基)のもの、レーン3はc画分のスペーサーの長さ(0-85残基)のものである。It is an electrophoresis photograph which shows optimization of a spacer in a site-specific method. After translating the prepared RNA genomes with spacers with the lengths of the a, b, and c fractions together with biotinylated lysine-tRNA in an Escherichia coli cell-free translation system, they are specifically adsorbed to magnetic particles with streptavidin. This is the result of 4% polyacrylamide electrophoresis (in the presence of 8 M urea) of reverse transcribed and DNA amplified by PCR (staining is silver stained). Lane 1 is the spacer length of the fraction a (residues 255-306), lane 2 is the spacer length of the b fraction (residues 102-238), and lane 3 is the spacer length of the c fraction. (0-85 residues). 部位指定的方法による核酸部とタンパク質部との連結を示す電気泳動写真である。レーン1はタウタンパク質の4リピート領域をコードするmRNAを大腸菌無細胞翻訳系で[35S]メチオニンを用いてラベルした翻訳産物、レーン2は該mRNAの3'末端にピューロマイシンをもつsup tRNAを連結し、このmRNAの5'末端を[32P]でラベルし、大腸菌無細胞翻訳系で翻訳した産物の、18%ポリアクリルアミド電気泳動(8M尿素、SDS存在下)の結果である。It is an electrophoresis photograph which shows connection of a nucleic acid part and a protein part by a site-specific method. Lane 1 is a translation product obtained by labeling mRNA encoding the 4 repeat region of tau protein with [ 35 S] methionine in an Escherichia coli cell-free translation system, and lane 2 is a sup tRNA having puromycin at the 3 ′ end of the mRNA. This is the result of 18% polyacrylamide electrophoresis (8 M urea, in the presence of SDS) of a product obtained by ligation, labeling the 5 ′ end of this mRNA with [ 32 P], and translating with an E. coli cell-free translation system. 部位非指定的方法による核酸部とタンパク質部との連結を示す電気泳動写真である。レーン1はタウタンパク質の4リピート領域をコードするmRNAを大腸菌無細胞翻訳系で[35S]メチオニンを用いてラベルした翻訳産物、レーン2は該mRNAの3'末端にDNAスペーサーを介し、5'末端を[32P]でラベルしたピューロマイシンを連結したmRNAを大腸菌無細胞翻訳系で翻訳した産物、レーン3はレーン2の翻訳産物をリボヌクレアーゼT2で消化したものの、18%ポリアクリルアミド電気泳動(SDS存在下)の結果である。It is an electrophoresis photograph which shows connection of a nucleic acid part and a protein part by a site non-specific method. Lane 1 is a translation product obtained by labeling mRNA encoding the four repeat region of tau protein with [ 35 S] methionine in an E. coli cell-free translation system, and lane 2 is a 5′-terminal fragment of the mRNA via a DNA spacer at the 3 ′ end. Lane 3 is a product obtained by translating an mRNA linked to puromycin labeled with [ 32 P] with a cell-free translation system of Escherichia coli. Lane 3 is a product obtained by digesting the translation product of lane 2 with ribonuclease T2. Presence). 本発明の遺伝子型と表現型の対応付け分子(in vitroウイルス)の構築方法の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a method for constructing a genotype-phenotype associating molecule (in vitro virus) of the present invention. ヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)のC末端へのrCpPurの結合を示す電気泳動写真である。3つのゲノムすなわちヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)をコードするmRNAの3'末端に、ストップコドンをもつがDNAスペーサーはもたないもの(左端のレーン)、ストップコドンとDNAスペーサーの両者をもたないもの(左から2番目のレーン)、ストップコドンはもたないがDNAスペーサーをもつもの(左から3番目のレーン)をそれぞれ構築し、32Pで標識したrCpPur存在下でウサギ網状赤血球抽出液を用いた無細胞翻訳系で30℃で20分間翻訳を行わせた。翻訳産物は11.25% SDS-PAGEで分析した。右端のレーンはヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)をコードするmRNAを[35S]メチオニン存在下で上と同じ条件下で翻訳させたものである。It is an electrophoresis photograph which shows binding of rCpPur to the C-terminal of the N-terminal half (1-165) of human tau protein. At the 3 'end of the mRNA encoding the N-terminal half (1-165) of the three genomes, human tau protein, one having a stop codon but no DNA spacer (the leftmost lane), the stop codon and the DNA spacer those without them (second lane from the left), a stop codon but has no built those having DNA spacers (third lane from the left), respectively, rabbit rCpPur presence labeled with 32 P Translation was performed at 30 ° C. for 20 minutes in a cell-free translation system using a reticulocyte extract. Translation products were analyzed on a 11.25% SDS-PAGE. The rightmost lane is a translation of mRNA encoding the N-terminal half (1-165) of human tau protein in the presence of [ 35 S] methionine under the same conditions as above. 無細胞翻訳系でのin vitroウイルスの生成を示す電気泳動写真である。(A)はin vitroウイルスの生成の時間経過を示している。ヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)をコードするmRNA-DNAスペーサー(105 mer)−ペプチドアクセプター−rCpPurからなるゲノムを[35S]メチオニンを含むウサギ網状赤血球抽出液を用いた無細胞翻訳系で翻訳させ、その翻訳産物を30℃で時間を追って(5分、10分、20分、40分)調べた。翻訳産物は11.25% SDS-PAGEで分析した。左端のレーンはヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)をコードするRNAをmRNAとして用い、上と同じ条件下で[35S]メチオニンのタンパク質への取り込みを調べたものである。右端のレーンは32Pで標識されたin vitroウイルスゲノムである。(B)はin vitroウイルスの生成に対するin vitroウイルスゲノムの濃度の影響を示している。レーン1はゲノムの3'末端を[32P]rCpPurでラベルしたもの、レーン2はゲノム(1.2μg)の3'末端にrCpPurがついたもの、レーン3はゲノム(0.33μg)の3'末端にrCpPurがついたもの、レーン4はゲノム(0.64μg)の3'末端にrCpPurがついたものである。レーン2〜4は、ゲノムを[35S]メチオニンを含むウサギ網状赤血球抽出液を用いた無細胞翻訳系で、30℃で20分間翻訳させた。翻訳産物は、11.25% SDS-PAGEで分析した。4 is an electrophoretic photograph showing the generation of an in vitro virus in a cell-free translation system. (A) shows the time course of in vitro virus production. N-terminal half of human tau protein (1-165) mRNA-DNA spacer (105 mer) encoding - free cells using rabbit reticulocyte extract containing a genome consisting of a peptide acceptor -rCpPur the [35 S] methionine The translation was performed by a translation system, and the translation product was examined at 30 ° C. over time (5 minutes, 10 minutes, 20 minutes, and 40 minutes). Translation products were analyzed on a 11.25% SDS-PAGE. The leftmost lane shows the incorporation of [ 35 S] methionine into the protein under the same conditions as above, using RNA encoding the N-terminal half (1-165) of human tau protein as mRNA. The rightmost lane is the in vitro virus genome labeled with 32 P. (B) shows the effect of in vitro virus genome concentration on in vitro virus production. Lane 1 is the 3 ′ end of the genome labeled with [ 32 P] rCpPur, lane 2 is the genome (1.2 μg) with rCpPur attached to the 3 ′ end, and lane 3 is the 3 ′ end of the genome (0.33 μg) The lane 4 has rCpPur attached to the 3 ′ end of the genome (0.64 μg). In lanes 2 to 4, the genome was translated at 30 ° C. for 20 minutes using a cell-free translation system using rabbit reticulocyte extract containing [ 35 S] methionine. Translation products were analyzed on a 11.25% SDS-PAGE. 無細胞翻訳系でのin vitroウイルスの生成を示す電気泳動写真である。ヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)をコードするmRNA-DNAスペーサー(105 mer)−ペプチドアクセプター−[32P]rCpPurからなるin vitroウイルスゲノムを、ウサギ網状赤血球抽出液を用い、30℃で20分間翻訳させた。翻訳産物は11.25% SDS-PAGEで分析した。ゲノムとタンパク質の結合はナタ豆(mung bean)のヌクレアーゼで消化することによって確認された。翻訳産物(レーン3)をナタ豆のヌクレアーゼで消化すると、ヒトタウタンパク質のN末端半分(1-165)のモノマーとダイマー(レーン1)に相当する位置にバンドが現われた(レーン4)。レーン2は32Pで標識されたin vitroウイルスゲノムである。4 is an electrophoretic photograph showing the generation of an in vitro virus in a cell-free translation system. An in vitro virus genome consisting of mRNA-DNA spacer (105 mer) -peptide acceptor- [ 32 P] rCpPur encoding the N-terminal half (1-165) of human tau protein was purified using rabbit reticulocyte extract by 30 Translated at 20 ° C. for 20 minutes. Translation products were analyzed on a 11.25% SDS-PAGE. Genome-protein binding was confirmed by digestion with mung bean nuclease. When the translation product (lane 3) was digested with peanut nuclease, a band appeared at a position corresponding to the monomer and dimer (lane 1) of the N-terminal half (1-165) of human tau protein (lane 4). Lane 2 is the in vitro viral genome labeled with 32 P. in vitroウイルスを用いたタンパク質の進化実験方法の工程を示す図である。It is a figure which shows the process of the protein evolution experiment method using an in vitro virus.

Claims (56)

(a)遺伝子を含むDNAを作製し、(b)作製したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にスペーサーを介してアミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする対応付け分子の構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子を淘汰する淘汰工程とを含むことを特徴とする所望のタンパク質の選択方法。 (A) DNA containing a gene is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) an amino acid or a chemical structural skeleton similar to an amino acid via a spacer at the 3 ′ end of the obtained RNA. A substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside or a nucleoside which can be covalently bonded to a substance having the following structure: (d) performing protein synthesis in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA, and A desired protein, comprising: a step of constructing an assigning molecule, which comprises linking a nucleic acid part and a translation product of the gene; and a step of selecting out the assigning molecule obtained in the constructing step. How to choose. (a)遺伝子を含むDNAを作製し、(b)作製したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にスペーサーを介してアミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする対応付け分子の構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子を淘汰する淘汰工程と、淘汰工程により選択された対応付け分子の遺伝子部分を増幅する増幅工程とを含み、増幅工程で得られたDNAを構築工程に供することにより、構築工程、淘汰工程及び増幅工程を繰り返し行うことを特徴とする所望のタンパク質の選択方法。 (A) DNA containing a gene is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) an amino acid or a chemical structural skeleton similar to an amino acid via a spacer at the 3 ′ end of the obtained RNA. A substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside or a nucleoside which can be covalently bonded to a substance having the following structure: (d) performing protein synthesis in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA, and A step of constructing an assigning molecule characterized by linking a nucleic acid part and a translation product of the gene, a selecting step of selecting the assigning molecule obtained in the constructing step, and an assigning molecule selected by the selecting step An amplification step of amplifying the gene portion of the above, and subjecting the DNA obtained in the amplification step to a construction step, whereby the construction step, the selection step, and the amplification step are repeatedly performed. How to select proteins. (a)遺伝子を含むDNAを作製し、(b)作製したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にスペーサーを介してアミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする対応付け分子の構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子を淘汰する淘汰工程と、淘汰工程により選択された対応付け分子の遺伝子部分を増幅する増幅工程とを含むことを特徴とする所望のタンパク質をコードするDNAの取得方法。 (A) DNA containing a gene is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) an amino acid or a chemical structural skeleton similar to an amino acid via a spacer at the 3 ′ end of the obtained RNA. A substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside or a nucleoside which can be covalently bonded to a substance having the following structure: (d) performing protein synthesis in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA, and A step of constructing an assigning molecule characterized by linking a nucleic acid part and a translation product of the gene, a selecting step of selecting the assigning molecule obtained in the constructing step, and an assigning molecule selected by the selecting step A method for obtaining DNA encoding a desired protein, comprising: 増幅工程で得られたDNAを構築工程に供することにより、構築工程、淘汰工程及び増幅工程を繰り返し行うことを特徴とする請求項3記載のDNAの取得方法。 4. The method for obtaining DNA according to claim 3, wherein the DNA obtained in the amplification step is subjected to a construction step, whereby the construction step, the selection step, and the amplification step are repeated. (a)遺伝子を含むDNAを作製し、(b)作製したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にスペーサーを介してアミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする対応付け分子の構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子を淘汰する淘汰工程とを含むことを特徴とする所望のタンパク質をコードするRNAの選択方法。 (A) DNA containing a gene is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) an amino acid or a chemical structural skeleton similar to an amino acid via a spacer at the 3 ′ end of the obtained RNA. A substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside or a nucleoside which can be covalently bonded to a substance having the following structure: (d) performing protein synthesis in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA, and A desired protein, comprising: a step of constructing an assigning molecule, which comprises linking a nucleic acid part and a translation product of the gene; and a step of selecting out the assigning molecule obtained in the constructing step. Method for selecting RNA that encodes (a)遺伝子を含むDNAを作製し、(b)作製したDNAを転写してRNAにし、(c)得られたRNAの3'末端側にスペーサーを介してアミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質を連結し、(d)得られた連結体をmRNAとして無細胞タンパク質合成系でタンパク質合成を行い、遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物とを連結することを特徴とする対応付け分子の構築工程と、構築工程で得られた対応付け分子を淘汰する淘汰工程と、淘汰工程により選択された対応付け分子の遺伝子部分を増幅する増幅工程とを含み、増幅工程で得られたDNAを構築工程に供することにより、構築工程、淘汰工程及び増幅工程を繰り返し行うことを特徴とする所望のタンパク質をコードするRNAの選択方法。 (A) DNA containing a gene is prepared, (b) the prepared DNA is transcribed into RNA, and (c) an amino acid or a chemical structural skeleton similar to an amino acid via a spacer at the 3 ′ end of the obtained RNA. A substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside or a nucleoside which can be covalently bonded to a substance having the following structure: (d) performing protein synthesis in a cell-free protein synthesis system using the obtained conjugate as mRNA, and A step of constructing an assigning molecule characterized by linking a nucleic acid part and a translation product of the gene, a selecting step of selecting the assigning molecule obtained in the constructing step, and an assigning molecule selected by the selecting step An amplification step of amplifying the gene portion of the above, and subjecting the DNA obtained in the amplification step to a construction step, whereby the construction step, the selection step, and the amplification step are repeatedly performed. A method for selecting RNA encoding a protein. 遺伝子を含むDNAが、さらに発現制御領域を含む請求項1〜6のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the DNA containing the gene further contains an expression control region. スペーサーが高分子物質からなる請求項1〜7のいずれかに記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the spacer comprises a polymer. スペーサーの長さが、100〜1000Åの範囲である請求項1〜8のいずれかに記載の方法。 The method according to any of the preceding claims, wherein the length of the spacer is in the range of 100-1000 °. スペーサーが核酸を含む請求項1〜9のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the spacer comprises a nucleic acid. 核酸が、RNAもしくはDNAの一本鎖、RNAもしくはDNAとDNAとの二本鎖、RNAと短鎖のPNAもしくはDNAとの二本鎖、RNAとDNAとからなる一本鎖、または、RNAとDNAとからなる一本鎖と短鎖のDNAとの二本鎖である請求項10に記載の方法。 The nucleic acid is a single strand of RNA or DNA, a double strand of RNA or DNA and DNA, a double strand of RNA and short PNA or DNA, a single strand of RNA and DNA, or The method according to claim 10, which is a double strand of a single strand consisting of DNA and a short strand of DNA. スペーサーがポリエチレングリコールを含む請求項1〜11のいずれかに記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the spacer comprises polyethylene glycol. ポリエチレングリコールの分子量が3000〜30000である請求項12に記載の方法。 The method according to claim 12, wherein the molecular weight of the polyethylene glycol is 3,000 to 30,000. スペーサーが、ポリエチレングリコールとDNAとからなる請求項9または13記載の方法。 14. The method according to claim 9, wherein the spacer comprises polyethylene glycol and DNA. ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質が、ピューロマイシンまたはその誘導体である請求項1〜14のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 14, wherein the nucleoside or the substance having a chemical structure skeleton similar to the nucleoside is puromycin or a derivative thereof. 遺伝子を含む核酸部と前記遺伝子の翻訳産物との連結が、共有結合によってなる請求項1〜15のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 15, wherein the linkage between the nucleic acid portion containing the gene and the translation product of the gene is formed by a covalent bond. 共有結合がアミド結合である請求項16に記載の方法。 17. The method according to claim 16, wherein the covalent bond is an amide bond. 淘汰工程において選択される対応付け分子が、物質との相互作用を指標として選択されるものである請求項1〜17のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 17, wherein the assigning molecule selected in the selection step is selected using an interaction with a substance as an index. 淘汰工程が、固相に結合した物質と構築工程で得られた対応付け分子との相互作用による複合体を分離する工程を含む請求項18に記載の方法。 19. The method according to claim 18, wherein the selection step includes a step of separating a complex due to an interaction between the substance bound to the solid phase and the assigning molecule obtained in the construction step. 遺伝子が、抗体またはその一部の遺伝子である請求項1〜19のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 19, wherein the gene is an antibody or a partial gene thereof. 遺伝子が、酵素またはその一部の遺伝子である請求項1〜19のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 19, wherein the gene is an enzyme or a partial gene thereof. 遺伝子を含むDNAが、異なる遺伝子を有する複数のDNAからなるライブラリーである請求項1〜21のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 21, wherein the DNA containing the gene is a library comprising a plurality of DNAs having different genes. 遺伝子を含むDNAが、ランダム塩基配列からなる請求項1〜22のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 22, wherein the DNA containing the gene comprises a random base sequence. 遺伝子を有するRNAの3'末端に、高分子物質からなるスペーサーが結合した分子。 A molecule in which a spacer made of a high molecular substance is bonded to the 3 'end of RNA having a gene. 請求項24に記載の分子の3'末端側に、アミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質が結合した分子。 25. A molecule having a nucleoside or a substance having a chemical structural skeleton similar to a nucleoside, which can be covalently bonded to an amino acid or a substance having a chemical structural skeleton similar to an amino acid, to the 3'-terminal side of the molecule according to claim 24. RNAが、さらに発現制御領域を含む請求項24または25に記載の分子。 The molecule according to claim 24 or 25, wherein the RNA further comprises an expression control region. スペーサーの長さが、100〜1000Åの範囲である請求項24〜26のいずれかに記載の分子。 27. The molecule according to any of claims 24 to 26, wherein the length of the spacer is in the range of 100-1000 °. スペーサーが、核酸を含む請求項24〜27のいずれかに記載の分子。 28. The molecule according to any of claims 24 to 27, wherein the spacer comprises a nucleic acid. 核酸が、RNAもしくはDNAの一本鎖、RNAもしくはDNAとDNAとの二本鎖、RNAと短鎖のPNAもしくはDNAとの二本鎖、RNAとDNAとからなる一本鎖、または、RNAとDNAとからなる一本鎖と短鎖のDNAとの二本鎖である請求項28に記載の分子。 The nucleic acid is a single strand of RNA or DNA, a double strand of RNA or DNA and DNA, a double strand of RNA and short PNA or DNA, a single strand of RNA and DNA, or 29. The molecule according to claim 28, which is a double strand of a single strand consisting of DNA and a short strand of DNA. スペーサーが、ポリエチレングリコールを含む請求項24〜29のいずれかに記載の分子。 30. The molecule according to any one of claims 24-29, wherein the spacer comprises polyethylene glycol. スペーサーが、ポリエチレングリコールとDNAとからなる請求項30に記載の分子。 31. The molecule according to claim 30, wherein the spacer comprises polyethylene glycol and DNA. ポリエチレングリコールの分子量が、3000〜30000である請求項30または31に記載の方法。 32. The method according to claim 30, wherein the polyethylene glycol has a molecular weight of 3,000 to 30,000. ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質が、ピューロマイシンまたはその誘導体である請求項25〜32のいずれかに記載の分子。 33. The molecule according to any one of claims 25 to 32, wherein the nucleoside or the substance having a chemical structure skeleton similar to the nucleoside is puromycin or a derivative thereof. 遺伝子が、抗体またはその一部の遺伝子である請求項24〜33のいず
れかに記載の分子。
The molecule according to any one of claims 24 to 33, wherein the gene is an antibody or a partial gene thereof.
遺伝子が、酵素またはその一部の遺伝子である請求項24〜33のいずれかに記載の分子。 The molecule according to any one of claims 24 to 33, wherein the gene is an enzyme or a partial gene thereof. 遺伝子が、ランダム塩基配列からなる請求項24〜33のいずれかに記載の分子。 The molecule according to any one of claims 24 to 33, wherein the gene comprises a random base sequence. 請求項24〜35のいずれかに記載の分子であって、異なる遺伝子を有する複数の分子からなるライブラリー。 The library according to any one of claims 24 to 35, comprising a plurality of molecules having different genes. 遺伝子型を反映する塩基配列を有する核酸部と、前記遺伝子型を反映する塩基配列がコードするタンパク質を含むタンパク質部とが直接共有結合している分子であって、核酸部がDNAを含む分子。 A molecule in which a nucleic acid portion having a nucleotide sequence reflecting a genotype is directly covalently bonded to a protein portion containing a protein encoded by the nucleotide sequence reflecting the genotype, wherein the nucleic acid portion includes DNA. 核酸部が、さらに発現制御領域を含む請求項38に記載の分子。 39. The molecule according to claim 38, wherein the nucleic acid portion further comprises an expression control region. 核酸部に含まれるDNAが、DNAとRNAとの二本鎖である請求項38または39に記載の分子。 40. The molecule according to claim 38 or 39, wherein the DNA contained in the nucleic acid portion is a double strand of DNA and RNA. 核酸部に含まれるDNAが、DNAの一本鎖である請求項38または39に記載の分子。 The molecule according to claim 38 or 39, wherein the DNA contained in the nucleic acid portion is a single-stranded DNA. 核酸部に含まれるDNAが、DNAの二本鎖である請求項38または39に記載の分子。 The molecule according to claim 38 or 39, wherein the DNA contained in the nucleic acid portion is a double-stranded DNA. 核酸部に含まれるDNAが、RNAの逆転写反応によって生成されたものである請求項38〜42のいずれかに記載の分子。 43. The molecule according to any one of claims 38 to 42, wherein the DNA contained in the nucleic acid portion is generated by a reverse transcription reaction of RNA. 核酸部が、遺伝子型を反映する塩基配列の3'末端側に、スペーサーを介して、アミノ酸またはアミノ酸に類似した化学構造骨格を有する物質と共有結合し得る、ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質が結合した分子である請求項38〜43のいずれかに記載の分子。 Nucleoside or nucleoside-like chemical structural skeleton, in which the nucleic acid part can be covalently bonded to a substance having a chemical structural skeleton similar to an amino acid or an amino acid via a spacer on the 3′-terminal side of the base sequence reflecting the genotype 44. The molecule according to any one of claims 38 to 43, wherein the molecule has a substance having the following formula: ヌクレオシドまたはヌクレオシドに類似した化学構造骨格を有する物質が、ピューロマイシンまたはその誘導体である請求項44に記載の分子。 The molecule according to claim 44, wherein the nucleoside or the substance having a chemical structure skeleton similar to the nucleoside is puromycin or a derivative thereof. スペーサーが、高分子物質からなる請求項44または45に記載の分子。 46. The molecule according to claim 44 or 45, wherein the spacer comprises a polymer. スペーサーが、100〜1000Åの長さを有する請求項44〜46のいずれかに記載の分子。 47. The molecule according to any of claims 44 to 46, wherein the spacer has a length of 100-1000 °. スペーサーが核酸を含む請求項44〜47のいずれかに記載の分子。 48. The molecule according to any of claims 44 to 47, wherein the spacer comprises a nucleic acid. 核酸が、RNAもしくはDNAの一本鎖、RNAもしくはDNAとDNAとの二本鎖、RNAと短鎖のPNAもしくはDNAとの二本鎖、RNAとDNAとからなる一本鎖、または、RNAとDNAとからなる一本鎖と短鎖のDNAとの二本鎖である請求項48に記載の分子。 The nucleic acid is a single strand of RNA or DNA, a double strand of RNA or DNA and DNA, a double strand of RNA and short PNA or DNA, a single strand of RNA and DNA, or 49. The molecule according to claim 48, which is a double strand of a single strand consisting of DNA and a short strand of DNA. スペーサーが、ポリエチレングリコールを含む請求項44〜49のいずれかに記載の分子。 50. The molecule according to any of claims 44 to 49, wherein the spacer comprises polyethylene glycol. スペーサーが、ポリエチレングリコールとDNAとからなる請求項50に記載の分子。 The molecule according to claim 50, wherein the spacer comprises polyethylene glycol and DNA. ポリエチレングリコールが、3000〜30000の分子量を有する請求項50または51に記載の方法。 52. The method according to claim 50 or 51, wherein the polyethylene glycol has a molecular weight of 3,000 to 30,000. 遺伝子が、抗体またはその一部の遺伝子である請求項38〜52のいずれかに記載の分子。 53. The molecule according to any one of claims 38 to 52, wherein the gene is an antibody or a partial gene thereof. 遺伝子が、酵素またはその一部の遺伝子である請求項38〜52のいずれかに記載の分子。 53. The molecule according to any one of claims 38 to 52, wherein the gene is an enzyme or a partial gene thereof. 遺伝子が、ランダム塩基配列からなる請求項38〜52のいずれかに記載の分子。 53. The molecule according to any one of claims 38 to 52, wherein the gene comprises a random base sequence. 請求項38〜54のいずれかに記載の分子であって、異なる遺伝子を有する複数の分子からなるライブラリー。 The library according to any one of claims 38 to 54, comprising a plurality of molecules having different genes.
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