JP2004239639A

JP2004239639A - Ｄｎａ鎖切断の効率的検出法

Info

Publication number: JP2004239639A
Application number: JP2003026303A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Sato; 勝也佐藤; Seiichi Wada; 成一和田; Kazunari Narumi; 一成鳴海; Masahiro Kikuchi; 正博菊地; Tomoo Funayama; 知夫舟山; Yasuhiko Kobayashi; 泰彦小林
Original assignee: Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-26
Also published as: US7361462B2; US20040224320A1

Abstract

【解決課題】本発明は、細胞死や突然変異を誘起するＤＮＡ鎖切断の生体内の分布および生成頻度を直接的に測定することを課題とする。
【解決手段】本発明は、デイノコッカス・ラジオデュランス由来のＰｐｒＡタンパク質をＤＮＡ鎖切断部分に結合させ、そしてＤＮＡ鎖切断部分に結合したＰｐｒＡタンパク質を検出することにより、サンプル中のＤＮＡ鎖切断を検出できる方法、およびデイノコッカス・ラジオデュランス由来のＰｐｒＡタンパク質、およびＤＮＡ鎖切断部分に結合したＰｐｒＡタンパク質の検出手段を含む、サンプル中のＤＮＡ鎖切断検出するためのキット、を提供することにより、上述した課題を解決できることを示した。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＮＡ鎖切断を認識し結合するデイノコッカス・ラジオデュランス（Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓｒａｄｉｏｄｕｒａｎｓ）由来のＰｐｒＡタンパク質を使用するＤＮＡ鎖切断の検出法に関するものである。本発明はまた、ＤＮＡ鎖切断を認識し結合するデイノコッカス・ラジオデュランス由来のＰｐｒＡタンパク質を含むＤＮＡ鎖切断の検出用キットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遺伝情報の担い手であるＤＮＡを安定に保持し後代に伝えていくことは、生物にとって種を存続させるために必須である。しかしながら、生物は、放射線、紫外線、薬剤あるいは食物や環境中の変異原などの外的要因、また代謝の過程で生じる活性酸素あるいはＤＮＡ複製における誤りなどの内的要因などの、ＤＮＡに損傷が引き起こされる環境に常に曝されている。この様なＤＮＡの損傷は、ＤＮＡの複製や転写を阻害し、その結果、細胞死や老化や癌化の原因ともなる突然変異を引き起こす。
【０００３】
ＤＮＡ損傷の中でも特に致死効果が高いＤＮＡ鎖切断の生成頻度、細胞内での分布、およびその修復のされ易さの違いを調べることはリスク評価の見地から重要であると考えられている。しかしながら、生死にかかわるＤＮＡ鎖切断を直接測定することができる鋭敏な方法が今まで存在しなかったことが、当該技術分野における技術進展を遅らせている原因の一つとなっていた。そのため、ＤＮＡ損傷やＤＮＡ修復をｉｎｓｉｔｕで可視化する技術を開発し、ＤＮＡ鎖切断の分布や修復過程を直接的に測定することは、高等生物におけるＤＮＡ損傷および修復に関する研究関連分野の技術進展に重要であると考えられてきた。
【０００４】
現在までに哺乳動物細胞において、ＤＮＡ結合タンパク質およびこれに特異的な抗体を用いたＤＮＡ鎖切断を検出した例として、Ｂリンパ球においてＮｂｓ１タンパク質、Ｒａｄ５１タンパク質、Ｂｒｃａ１タンパク質、あるいはγ−Ｈ２ＡＸタンパク質およびこれらに特異的な抗体を用いた検出例（Ｐｅｔｅｒｓｅｎｅｔａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，４１４：６６０−６６５，２００１）、ヒト繊維芽細胞においてＭｒｅ１１タンパク質あるいはγ−Ｈ２ＡＸタンパク質およびこれらに特異的な抗体を用いた検出例（Ｌｉｍｏｌｉｅｔａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，９９：２３３−２３８，２００２）が知られている。
【０００５】
しかしながら、これらのＤＮＡ鎖切断の検出においては、内在性のＤＮＡ結合タンパク質を使用しているため、これらのＤＮＡ結合タンパク質を持たない検体においては検出できない点、ＤＮＡ結合タンパク質がＤＮＡ鎖切断に結合するまでに一定の時間が必要であるため、ＤＮＡの初期損傷を検出することが困難である点、などの欠点が存在していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、細胞死や突然変異を誘起するＤＮＡ鎖切断の生体内の分布および生成頻度を直接的に測定することを課題とする。より具体的には、デイノコッカス・ラジオデュランス由来のＤＮＡ鎖切断認識結合活性を有するＰｐｒＡタンパク質を用いるＤＮＡ鎖切断の検出法を提供し、またＰｐｒＡタンパク質を含むＤＮＡ鎖切断の検出用キットを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる従来技術の問題点を鑑みて、ＤＮＡ鎖切断への結合性が強く、結合特異性の高い抗体を用いたＤＮＡ鎖切断の検出法を開発すべく鋭意検討した結果、デイノコッカス・ラジオデュランス（Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓｒａｄｉｏｄｕｒａｎｓ）由来のＰｐｒＡタンパク質をＤＮＡ鎖切断部分に結合させ、そしてＤＮＡ鎖切断部分に結合したＰｐｒＡタンパク質を検出することにより、サンプル中のＤＮＡ鎖切断を特異的に、かつ高感度に検出できることを見いだし、本発明を完成した。
【０００８】
したがって、本発明は、デイノコッカス・ラジオデュランス由来のＰｐｒＡタンパク質またはその断片をＤＮＡ鎖切断部分に結合させ、そしてＤＮＡ鎖切断部分に結合したＰｐｒＡタンパク質またはその断片を検出することにより、サンプル中のＤＮＡ鎖切断を検出できる方法を提供することにより、上述した課題を解決できることを示した。
【０００９】
本発明はまた、デイノコッカス・ラジオデュランス由来のＰｐｒＡタンパク質またはその断片、およびＰｐｒＡタンパク質またはその断片の検出手段を含む、サンプル中のＤＮＡ鎖切断検出するためのキットを提供することにより、上述した課題を解決できることを示した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
一態様において、本発明は、デイノコッカス・ラジオデュランス（Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓｒａｄｉｏｄｕｒａｎｓ）由来のＰｐｒＡタンパク質またはその断片をＤＮＡ鎖切断部分に結合させ、そしてＤＮＡ鎖切断部分に結合したＰｐｒＡタンパク質またはその断片を検出することにより、サンプル中のＤＮＡ鎖切断を検出できる方法を提供する。
【００１１】
本発明者らは先に、放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ラジオデュランスからＤＮＡ修復促進活性を有する新規なタンパク質ＰｐｒＡを見いだし、このタンパク質がニックを有する開環状二本鎖および直鎖上二本鎖ＤＮＡを特異的に認識し、これと結合することを見出した（特願２００１−２４６２６０号）。
【００１２】
本発明においては、はじめに、このようなＰｐｒＡタンパク質が有する特徴を使用して、細胞内でのＤＮＡ鎖切断部分を認識する。すなわち、デイノコッカス・ラジオデュランス由来のＰｐｒＡタンパク質またはＤＮＡ鎖切断部分に結合する活性を有するその断片を、サンプルとなる細胞の核内の核酸もしくはその他の細胞内オルガネラ（例えばミトコンドリアなど）内の核酸上に存在するＤＮＡ鎖切断部分に対して結合させる。
【００１３】
培養細胞中でのＤＮＡ鎖切断を調べる場合には、カバーガラス上で培養した細胞を固定化溶液中で固定した後、ＰｐｒＡタンパク質またはその断片を含む溶液中でインキュベートすることにより、ＰｐｒＡタンパク質またはその断片の結合を培養細胞内ＤＮＡ鎖切断部分に対してｉｎｓｉｔｕで結合することができる。組織細胞中でのＤＮＡ鎖切断を調べる場合には、パラフィン包埋薄切組織切片を脱パラフィン化し、そして水和化した後にＰｐｒＡタンパク質またはその断片を含む溶液中でインキュベートすることにより、ＰｐｒＡタンパク質またはその断片の結合を組織細胞内ＤＮＡ鎖切断部分に対してｉｎｓｉｔｕで結合することができる。
【００１４】
本発明において、「ＤＮＡ鎖切断」とは、ＤＮＡを構成する糖−リン酸結合（主鎖）の少なくとも一部が破壊・切断されたＤＮＡ損傷のことをいう。ＤＮＡ鎖切断には、２重らせんを形づくる２本の主鎖のうち、１本のみが切断される場合（１本鎖切断）と、２本とも切断される場合（２本鎖切断）が含まれる。このようなＤＮＡ鎖切断は、電離放射線、紫外線、薬剤あるいは食物や環境中の変異原などの外的要因、また代謝の過程で生じる活性酸素あるいはＤＮＡ複製における誤りなどの内的要因によって引き起こされる。
【００１５】
本発明において、ＤＮＡ鎖切断認識結合活性を有するタンパク質（ＰｐｒＡ）とは、無傷のＤＮＡには結合せず、ＤＮＡ１本鎖切断およびＤＮＡ２本鎖切断に特異的に結合するタンパク質である。また、ＰｐｒＡタンパク質の断片という場合、ＰｐｒＡタンパク質の断片であって無傷のＤＮＡには結合せず、ＤＮＡ１本鎖切断およびＤＮＡ２本鎖切断に特異的に結合するものをいう。このような特徴を有するＰｐｒＡタンパク質は、例えばＳＥＱＩＤＮＯ：１に示されるアミノ酸配列を有するものであることが望ましく、ＰｐｒＡタンパク質の断片はＤＮＡ鎖切断部分を特異的に認識し結合する活性を有するＳＥＱＩＤＮＯ：１のアミノ酸配列の一部のことをいう。
【００１６】
このようなＤＮＡ鎖切断部分を特異的に認識し結合する活性を有するＰｐｒＡタンパク質またはその断片は、当該技術分野において既知の方法、例えば、一般的にはＳｉｍｏｎ（ＰｒｏｔｅｉｎＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ：ＡＰｒａｃｔｉｃａｌＡｐｐｒｏａｃｈ，ＴｈｅＰｒａｃｔｉｃａｌＡｐｐｒｏａｃｈＳｅｒｉｅｓ，２４４，２ｎｄｅｄｉｔｉｏｎ（２００１））、Ｓｉｍｏｎ（ＰｒｏｔｅｉｎＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：ＡＰｒａｃｔｉｃａｌＡｐｐｒｏａｃｈ，ＴｈｅＰｒａｃｔｉｃａｌＡｐｐｒｏａｃｈＳｅｒｉｅｓ，２４５，２ｎｄｅｄｉｔｉｏｎ（２００１））、Ｈａｒｄｉｎ（Ｃｌｏｎｉｎｇ，ＧｅｎｅＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄＰｒｏｔｅｉｎＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ：ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＰｒｏｃｅｄｕｒｅｓａｎｄＰｒｏｃｅｓｓＲａｔｉｏｎａｌｅ（２００１））などに詳細に記載されている方法などを使用することにより、具体的には特願２００１−２４６２６０号の明細書に記載した方法により、製造するすることができる。
【００１７】
簡単に述べれば、１組のプライマー（例えば、ＳＥＱＩＤＮＯ：３およびＳＥＱＩＤＮＯ：４）を使用してＰＣＲ法により増幅したＰｐｒＡタンパク質をコードするヌクレオチド配列（ＳＥＱＩＤＮＯ：２）を、ｐＵＣ１９（ＴａｋａｒａＳｈｕｚｏ社製）、ｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔＩＩＫＳ（＋）（Ｓｔｒａｔａｇｅｎｅ社製）、ｐＥＴ３ａ（Ｎｏｖａｇｅｎ社製）等の市販のベクターＤＮＡに組み込むことによって組換えベクターを作製し、その組換えベクターをＳａｍｂｒｏｏｋおよびＲｕｓｓｅｌ（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｌｏｎｉｎｇ：ＡＬａｂｏｒａｔｏｒｙＭａｎｕａｌ，３ｒｄｅｄｉｔｉｏｎ（２００１））、Ｈａｒｄｉｎ（Ｃｌｏｎｉｎｇ，ＧｅｎｅＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄＰｒｏｔｅｉｎＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ：ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＰｒｏｃｅｄｕｒｅｓａｎｄＰｒｏｃｅｓｓＲａｔｉｏｎａｌｅ（２００１））、Ｂｒｏｗｎ（ＥｓｓｅｎｔｉａｌＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙ：ＡＰｒａｃｔｉｃａｌＡｐｐｒｏａｃｈ，Ｖｏｌ．１，２ｎｄｅｄｉｔｉｏｎ（２００１））などに詳細に記載されている形質転換法により大腸菌、枯草菌、酵母、ほ乳動物細胞等の宿主細胞に導入することにより形質転換体を作製し、そしてこの形質転換体を、ＰｐｒＡタンパク質の生産に適しかつ宿主細胞の生育に適した培養条件で培養することにより、ＰｐｒＡタンパク質（ＳＥＱＩＤＮＯ：１）を作製することができる。このように作製したＰｐｒＡタンパク質は、集めた細胞を超音波処理等で破砕し、遠心分離することにより回収し、さらに、遠心上清を、市販のイオン交換樹脂、ゲル濾過担体、アフィニティー樹脂等を用いて精製することにより調製することができる。
【００１８】
本発明においてはさらに、ＤＮＡ鎖切断部分を特異的に認識し結合する活性を有するＰｐｒＡタンパク質の断片を使用することができるが、このような断片は、目的とするタンパク質の断片をコードするヌクレオチド配列を用いて上述したような遺伝子工学的な方法により作成するか、または上述したようにして得られたＰｐｒＡタンパク質を、公知の方法、例えば、該タンパク質をトリプシン、ペプシン等で消化して、得ることができる。
【００１９】
本発明においては、次いで、ＤＮＡ鎖切断部分に結合させたＰｐｒＡタンパク質またはその断片を検出する。検出は、ＰｐｒＡタンパク質またはその断片に対して特異的に結合することができる分子、例えば抗体またはこれと同様の結合活性を有するそのフラグメント、あるいはペプチドなどを使用することができる。本発明においては、抗体またはこれと同様の結合活性を有するフラグメントを使用することが好ましい。本発明において特異的に結合する、という場合、ＰｐｒＡタンパク質またはその断片に特異的に結合するが、他のタンパク質には結合せず交叉反応を起こさないことをいう。
【００２０】
ＰｐｒＡタンパク質またはその断片に対して特異的に結合することができる分子は、その分子を可視化するための手段、例えば蛍光色素、放射性同位元素（例えば^３５Ｓまたは^３Ｈ）、酵素（例えば、ホースラディッシュペルオキシダーゼ）、あるいは蛍光色素を結合させた適当な親和性リガンド（例えば、アビジン−ビオチン）など、を結合することにより、またはこれらの分子に対して特異的に結合する抗体であってさらにその抗体を可視化するための上述のような手段を結合させた抗体をさらに使用させることにより、検出することができる。本発明においては、その感度、操作の容易性および安全性などの観点から、蛍光色素、蛍光色素を結合させた親和性リガンドを使用することが好ましい。これらの分子を蛍光標識をする際に使用する蛍光色素としては、Ｃｙ２、ＦＩＴＣ、Ａｌｅｘａ−３５０、あるいはＲｈｏｄａｍｉｎｅＢなどを使用することができ、市販のキットを使用することで、容易にこれらの分子を上述の色素で蛍光標識することができる。これらの蛍光色素により標識した分子を用いることにより、蛍光顕微鏡下でＤＮＡ鎖切断部分を特異的にかつ高感度に可視化し、ＤＮＡ鎖切断部分の頻度を測定し、細胞などの試料中に微量に含まれるＤＮＡ鎖切断部分の検出が、可能になる。
【００２１】
ＰｐｒＡタンパク質またはその断片に対して特異的に結合することができる分子を用いてＤＮＡ鎖切断部分に結合したＰｐｒＡタンパク質またはその断片を検出するためには、まずサンプル（例えば、培養細胞または薄切組織切片）上で結合していないＰｐｒＡタンパク質またはその断片をよく洗浄してサンプルから除去し、ついで抗体を含むバッファー溶液中でサンプルをインキュベーションして、サンプル上のＰｐｒＡタンパク質またはその断片に対して抗体を結合させる。
【００２２】
ＰｐｒＡタンパク質またはその断片に対して特異的に結合することができる分子として抗体を使用する場合、抗体は、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体のいずれのタイプのものであってもよく、またこれらの抗体と同様の結合活性を有する抗体フラグメント（Ｆａｂ、Ｆ（ａｂ’）_２、Ｆａｂ’等）であってもよい。ポリクローナル抗体は、ウサギ、ヒツジ、ヤギ、モルモット、あるいはマウス等の適当な免疫動物に対して、ＤＮＡ鎖切断部分認識結合活性を有するタンパク質（ＰｐｒＡ）あるいはその断片を免疫し、回収された血清から得ることができる。モノクローナル抗体は、ＤＮＡ鎖切断部分認識結合活性を有するタンパク質（ＰｐｒＡ）あるいはその断片により免疫した動物の抗体産生細胞を回収し、これをミエローマ細胞等の適当な融合パートナーと細胞融合させてハイブリドーマ細胞を得、必要な活性を持った抗体を産生するクローンを生育に適した培地中で培養・クローニングし、そのクローニングされたハイブリドーマ細胞を適した条件下で培養することにより、その培養上清から取得することができる。さらに、このようにして得られたハイブリドーマ細胞を哺乳動物の腹腔内で増殖させることにより抗体を産生することもできる。免疫動物としては、例えば、マウス、ヌードマウス、ラット、またはニワトリなどが好ましい。抗体の精製は、遠心分離、透析、硫酸アンモニウム等による塩析、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過、アフィニティクロマトグラフィーなどの一般的な単離、精製法を用いて行うことができる。
【００２３】
可視化するための手段は、当該技術分野において周知の方法により、可視化する。蛍光色素の場合には、その蛍光色素に固有の励起波長を有するレーザー光をサンプルに照射し、蛍光色素から放射される固有の波長を有する放射光を蛍光顕微鏡、ＣＣＤなどを単独でまたは組み合わせて使用することにより調べることができる。放射性同位元素の場合には、シンチレーションカウンター、Ｘ線フィルム上での感光、イメージングプレート上への露光などの手段を用いて調べることができる。酵素の場合には、発色キットを使用してＸ線フィルム上での感光などをを使用して測定することができる。
【００２４】
本発明の別の一態様において、デイノコッカス・ラジオデュランス由来のＰｐｒＡタンパク質またはその断片、およびＰｐｒＡタンパク質またはその断片の検出手段を含む、サンプル中のＤＮＡ鎖切断部分を検出するためのキットを提供する。ＰｐｒＡタンパク質またはその断片の検出手段としては、上述したような、蛍光標識したＰｐｒＡタンパク質またはその断片に特異的に結合することができる抗体またはこれと同様の結合活性を有するフラグメント、などが含まれる。
【００２５】
本発明のキットにはさらに、サンプル中のＤＮＡ鎖切断部分に対するＰｐｒＡタンパク質またはその断片の結合のための工程および検出手段を用いてサンプル中のＤＮＡ鎖切断部分に結合したＰｐｒＡタンパク質またはその断片を検出する工程などを記載した使用説明書を含んでいてもよい。また、本発明のキットには、本発明において使用するバッファーなどその他の試薬をさらに含んでいてもよい。
【００２６】
【実施例】
本明細書の以下に、実施例を記載するが、以下の実施例は、本発明をさらに具体的に説明するためのみに提供され、そして本発明の範囲をこれらの実施例により限定することを意図するものではない。
【００２７】
実施例１ＤＮＡ鎖切断認識結合活性を有するタンパク質（ＰｐｒＡ）を認識するポリクローナル抗体の作製
（１）ＰｐｒＡタンパク質の調製
タンパク質ＰｐｒＡの調製は、特願２００１−２４６２６０号に記載の通りに行った。具体的な調製方法は、以下の通りである。
【００２８】
ＰｐｒＡタンパク質をコードする遺伝子ｐｐｒＡの全長を含むプラスミドに対して、プライマー１：５’−ｇｇｇｃａｔａａｔａａａｇｇｃｃａｔａｔｇｇｃａａｇｇｇｃｔａａａｇｃ−３’（ＳＥＱＩＤＮＯ：３）およびプライマー２：５’−ｔｔｔｔｇｇａｔｃｃｔｃａｇｃｔｃｔｃｇｃｇｃａｇｇｃｃｇｔｇｃ−３’（ＳＥＱＩＤＮＯ：４）を使用したＰＣＲを行い、８５５ｂｐのオープンリーディングフレーム（ＳＥＱＩＤＮＯ：２）を有するｐｐｒＡ遺伝子を増幅し、これを大腸菌発現ベクターｐＥＴ３ａ（Ｎｏｖａｇｅｎ社製）に組込み、発現ベクター、ｐＥＴ３ｐｐｒＡｗｔを作製した。
【００２９】
ついで、作製したｐＥＴ３ｐｐｒＡｗｔプラスミドを用いて大腸菌ＢＬ２１（ＤＥ３）ｐＬｙｓＳ（Ｎｏｖａｇｅｎ社製）を形質転換し、個々の形質転換体をアンピシリンおよびクロラムフェニコールを含むＬＢ培地（ＢＤＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅ社製）で培養し、波長６００ｎｍでの吸光度が０．６に達した時点で、終濃度０．４ｍＭのＩＰＴＧ（イソプロピル−β−Ｄ−チオガラクトピラノシド、ＴａｋａｒａＳｈｕｚｏ社製）を添加して、タンパク質の誘導を行った。
【００３０】
さらに３時間培養を続けたのち、遠心分離により形質転換体の細胞ペレットを得た。細胞ペレットを溶菌緩衝液（２０ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ、ｐＨ８．０、２ｍＭＥＤＴＡ、１ｍＭＰＭＳＦ）に懸濁して、超音波破砕を行った。ついで、８，０００ｒｐｍにおいて３０分間遠心分離することにより上澄を採取し、タンパク質粗精製物を得た。
【００３１】
上記粗精製で得られたタンパク質を、ポリアミン処理、硫酸アンモニウムによる塩析、ＤＥＡＥセファロースＣＬ−６Ｂカラムクロマトグラフィー（ＡｍｅｒｓｈａｍＰｈａｒｍａｃｉａＢｉｏｔｅｃｈ社製）、セファクリルＳ−３００ゲル濾過（ＡｍｅｒｓｈａｍＰｈａｒｍａｃｉａＢｉｏｔｅｃｈ社製）、およびモノＱカラムクロマトグラフィー（ＡｍｅｒｓｈａｍＰｈａｒｍａｃｉａＢｉｏｔｅｃｈ社製）を用いて精製して、精製野生型ＰｐｒＡタンパク質を調製した。
【００３２】
（２）蛍光標識ポリクローナル抗体の調製
上記（１）に示した方法で製造した精製タンパク質を抗原としてフロイントの油性アジュバントとのエマルジョン１００μｌをウサギ１羽に皮下免疫した。半月に一回、同量の抗原とフロイントの油性アジュバントとのエマルジョンを追加免疫した（計６回）。さらに１ヶ月後に全採血した。血液の遠心分離により血清を得、熱処理により非動化した後、０．０５％のＮａＮ_３を加えて−８０℃にて凍結保存した。
【００３３】
得られた血清を、硫酸アンモニウムによる塩析、ｒＰｒｏｔｅｉｎＡセファロースカラムクロマトグラフィー（ＡｍｅｒｓｈａｍＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ社製）、およびモノＳカラムクロマトグラフィー（ＡｍｅｒｓｈａｍＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ社製）を用いて精製した。その結果として、ウサギ由来の抗血清から、高純度のポリクローナルＩｇＧ抗体が精製された（図１）。ここで、レーン１は、血清；レーン２は、硫酸アンモニウム処理；レーン３は、ｒＰｒｏｔｅｉｎＡカラムクロマトグラフィー；レーン４は、モノＳカラムクロマトグラフィーをそれぞれ示す。
【００３４】
デイノコッカス・ラジオデュランス細胞内および哺乳動物細胞内（ＣＨＯ−Ｋ１）細胞内に存在するＰｐｒＡを検出できるかどうかを調べることで、ポリクローナルＩｇＧ抗体の特異性を検討した。デイノコッカス・ラジオデュランスの野生株、ｐｐｒＡ遺伝子破壊株およびＣＨＯ−Ｋ１細胞をガラスビーズを用いて破砕し、遠心操作により、タンパク質抽出液を調製した。これをＳＤＳ−ＰＡＧＥに供し、メンブレンフィルター（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ社製）にタンパク質を転写後、上述したように調製した精製抗体を用いてウエスタンブロット解析を行った。その結果、デイノコッカス・ラジオデュランスの野生株ではＰｐｒＡタンパク質が検出されたが、ｐｐｒＡ遺伝子破壊株およびＣＨＯ−Ｋ１細胞ではＰｐｒＡタンパク質を検出できなかった（図２）。ここで、レーン１は、デイノコッカス・ラジオデュランス野生株；レーン２は、デイノコッカス・ラジオデュランスｐｐｒＡ遺伝子破壊株；そしてレーン３は、ＣＨＯ−Ｋ１細胞を示す。このことから、調製したポリクローナルＩｇＧ抗体の、ＰｐｒＡタンパク質に対する特異性が立証された。
【００３５】
このようにして調製したポリクローナルＩｇＧ抗体中の遊離アミノ酸残基に対して、ＡｍｅｒｓｈａｍＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ社製のＣｙ２ＡｂＬａｂｅｌｌｉｎｇＫｉｔを用いて、Ｃｙ２をエステル結合させ、蛍光標識したポリクローナルＩｇＧ抗体を得た。
【００３６】
実施例２ＤＮＡ鎖切断認識結合活性を有するタンパク質およびこれに特異的に結合する抗体を用いた哺乳動物細胞核内のＤＮＡ鎖切断検出法
ここでは、実施例１にて作製したＤＮＡ結合活性を有するタンパク質、および蛍光標識したポリクローナル抗−ＰｐｒＡＩｇＧ抗体を用いて、γ線照射により誘起されるチャイニーズハムスター卵巣由来の繊維芽細胞（ＣＨＯ−Ｋ１）核内のＤＮＡ鎖切断の検出例について示す。
【００３７】
（１）細胞の調製
ＣＨＯ−Ｋ１細胞は、１０％ＦＣＳを含むＨａｍ’ｓＦ１２培地中、３７℃にてＣＯ_２インキュベーター（５％ＣＯ_２）で培養した細胞を用いた。培養ディシュ内の培地をアスピレーターで吸引し、培養ディシュに接着している細胞を、２価イオンを含まないリン酸緩衝化塩類溶液（ＰＢＳ（−））にて２回洗浄した。洗浄後、ＰＢＳ（−）に０．０５％トリプシンおよび０．０２％ＥＤＴＡとなるように調製した溶液を添加し、軽くディシュを撹拌し、細胞と細胞、あるいは細胞と器壁との間の接着を剥がした。その後、トリプシンの活性を失活させるために、さらに１０％ＦＣＳを含むＨａｍ’ｓＦ１２培地を加え、単一細胞からなる１×１０^６細胞／ｍｌの細胞を含む浮遊液を調製した。
【００３８】
直径３５ｍｍシャーレ内に設置した乾熱滅菌カバーガラス（２４×２４ｍｍ）上に、調製した細胞浮遊液を添加し、３７℃にてＣＯ_２インキュベーター（５％ＣＯ_２）で２時間培養し、カバーガラスに細胞を接着させた。さらにシャーレ内全体に１０％ＦＣＳを含むＨａｍ’ｓＦ１２培地を加え、３７℃にてＣＯ_２インキュベーター（５％ＣＯ_２）で１８時間培養し、カバーガラスに均一に接着した細胞を得た。
【００３９】
（２）γ線照射
カバーガラスに接着したＣＨＯ−Ｋ１細胞のＤＮＡを切断するため、培地中にて、^６０Ｃｏを線源として０、０．５、１、５、３０、５０、７５、および１００Ｇｙのγ線を照射した。照射する線量は、線源と試料の距離を変えることで制御した。
【００４０】
（３）細胞の固定
照射後直ちに培地をアスピレーターで吸引して除去し、固定溶液（４％パラホルムアルデヒドおよび５０ｍＭＥＤＴＡを含む１０ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ７．６））を添加し、４℃にて３０分間インキュベートした。
【００４１】
（４）細胞膜の脆弱化
固定した細胞をバッファー１（１０ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ７．６）、１０ｍＭＭｇＣｌ_２、１ｍＭＤＴＴ）にて軽く撹拌しながら、室温で５分間、２回洗浄した。洗浄後、１μｇ／ｍｌＰｒｏｔｅｎａｓｅＫおよび１％ＳＤＳを添加したバッファー１を添加し、室温にて３０秒間反応させた。反応後、バッファー１にて軽く撹拌しながら、室温で５分間、３回洗浄した。次いで、１％ＮｏｎｉｄｅｔＰ４０（Ｒｏｃｈｅ社製）を添加したバッファー１を添加し、３７℃にて９０分間インキュベートすることにより、細胞膜を脆弱化させた。さらに、バッファー１にて軽く撹拌しながら、室温で５分間、３回洗浄した。
【００４２】
（５）ＤＮＡ鎖切断認識結合活性を有するタンパク質による処理
タンパク質の非特異的吸着が起こらぬように、１％ＢＳＡを添加したバッファー１を添加し、３７℃にて６０分間ブロッキングを行った。その後、細胞に実施例１−（１）と同様にして調製したＤＮＡ鎖切断認識結合活性を有するタンパク質（ＰｐｒＡ）を２５０ｎｇ／ｍｌとなるようにバッファー２（１０ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ７．６）、１０ｍＭＭｇＣｌ_２、１ｍＭＤＴＴ、０．１％ＢＳＡ）に希釈した溶液を添加し、３７℃にて６０分間インキュベートした。次いで、未反応のＰｐｒＡタンパク質を除去するために、０．５％ＴｒｉｔｏｎＸ−１００を添加したバッファー２にて軽く撹拌しながら、室温で５分間、２回洗浄した。
【００４３】
（６）蛍光標識したＩｇＧ抗体による処理
細胞に実施例１−（２）と同様にして調製したＣｙ２標識抗ＰｐｒＡＩｇＧ抗体を２μｇ／ｍｌとなるようにバッファー２中で希釈した溶液を添加し、遮光しながら３７℃にて６０分間インキュベートした。次いで、未反応の抗体を除去するために、０．５％ＴｒｉｔｏｎＸ−１００を含むバッファー２にて軽く撹拌しながら、室温で５分間、２回洗浄した。
【００４４】
（７）蛍光顕微鏡による観察と蛍光強度の測定
細胞に０．１μｇ／ｍｌＤＡＰＩ溶液を添加して核染色を行った後、スライドグラスに褪色防止溶液（０．５％ｐ−フェニレンジアミンを含むグリセロール）を滴下し、気泡が入らないように細胞が接着したカバーガラスを乗せ、水分が飛ばないように封入剤でカバーガラスの周囲を塗った。ＤＡＰＩ（励起波長３６０ｎｍ）あるいはＣｙ２（励起波長４８９ｎｍ）に合わせてフィルターを設定し、蛍光顕微鏡を用いて観察を行った。得られた蛍光シグナルはＣＣＤカメラにて、撮影した。その結果、ＤＡＰＩによる核染色の像とＣｙ２像が一致し、核内のＤＮＡ鎖切断を効果的に検出することができた（図３）。
【００４５】
図３に示した写真を基に、Ｃｙ２の蛍光強度をＫｉｎｅｔｉｃＩｍａｇｉｎｇ社製の解析ソフトＫｏｍｅｔ４．０を用いて測定した。その結果、ＣＨＯ−Ｋ１細胞内のＤＮＡ鎖切断量のγ線量依存性が確認できた（図４）。
【００４６】
実施例３ＤＮＡ鎖切断認識結合活性を有するタンパク質およびこれに特異的に結合する抗体を用いた哺乳動物細胞ミトコンドリア内のＤＮＡ鎖切断検出法
ここでは、実施例１にて作製したＤＮＡ結合活性を有するタンパク質、および蛍光標識したＩｇＧ抗体を用いて、γ線照射に誘起されるＣＨＯ−Ｋ１内ミトンドリアＤＮＡのＤＮＡ鎖切断の検出例について示す。
【００４７】
実施例２−（１）と同様にして調製したカバーガラスに接着させたＣＨＯ−Ｋ１細胞に、ミトコンドリアを特異的に染色することができる蛍光色素ＭｉｔｏＲｅｄ（励起波長５６０ｎｍ；Ｄｏｊｉｎｋａｇａｋｕ社製）を終濃度１００ｎＭとなるように添加し、３７℃にてＣＯ_２インキュベーター（５％ＣＯ_２）で６０分間培養した。培養後、実施例２−（２）と同様にして、^６０Ｃｏを線源として０、５、１０、および２０Ｇｙのγ線を照射した。次いで、照射後直ちに実施例２−（３）と同様にして、細胞を固定した。固定した細胞を実施例２−（４）に示すバッファー１にて軽く撹拌しながら、室温で５分間、２回洗浄した。次いで、１％ＮｏｎｉｄｅｔＰ４０（Ｒｏｃｈｅ社製）を含むバッファー１を添加し、３７℃にて９０分間インキュベートして細胞膜を脆弱化した。さらに、バッファー１にて軽く撹拌しながら、室温で５分間、３回洗浄した。
【００４８】
実施例２−（５）と同様にして、ブロッキングした後、細胞に実施例１−（１）にて調製したＤＮＡ鎖切断部分認識・結合活性を有するＰｐｒＡタンパク質を１μｇ／ｍｌとなるようにバッファー２に希釈した溶液を添加し、３７℃にて６０分間インキュベートした。次いで、０．５％ＴｒｉｔｏｎＸ−１００を添加したバッファー２にて軽く撹拌しながら、室温で５分間、２回洗浄した。洗浄後、実施例１−（２）にて調製したＣｙ２標識ポリクローナル抗−ＰｐｒＡＩｇＧ抗体を３μｇ／ｍｌとなるようにバッファー２中で希釈した溶液を添加し、遮光しながら３７℃にて６０分間インキュベートした。次いで、未反応の抗体を除去するために、０．５％ＴｒｉｔｏｎＸ−１００を添加したバッファー２にて軽く撹拌しながら、室温で５分間、２回洗浄した。
【００４９】
さらに、実施例２−（７）と同様にしてＤＡＰＩによる染色後、スライドガラスにマウントし蛍光顕微鏡による観察を行った。蛍光顕微鏡観察は、ＤＡＰＩ、Ｃｙ２、あるいはＭｉｔｏＲｅｄに合わせてフィルターを設定し、蛍光顕微鏡による観察を行った。得られた蛍光シグナルはＣＣＤカメラにて撮影した。その結果、ＭｉｔｏＲｅｄによるミトコンドリアの染色像とＣｙ２像が一致し、ミトコンドリア内のＤＮＡ鎖切断を効果的に検出することができたことが示された（図５）。さらに、γ線量の増加に伴いＣｙ２の蛍光強度の増加が観察され、このことからミトコンドリア内のＤＮＡ鎖切断量のγ線量依存性も確認できたことが示された（図６）。
【００５０】
【発明の効果】
本発明により、細胞死や突然変異の初期損傷であるＤＮＡ鎖切断をデイノコッカス・ラジオデュランスＰｐｒＡタンパク質またはその断片およびＰｐｒＡタンパク質に特異的に結合する抗体またはその部分を用いて検出する方法が提供される。この検出法は、培養細胞や動物組織の個々の細胞が受けたＤＮＡ初期傷害の検出に有用である。
【００５１】
本発明は、生体から分離された培養細胞株を用いた初期ＤＮＡ損傷を簡便に試験することができるため、ＤＮＡ鎖切断を引き起こす物質を検出するための遺伝毒性試験を始めとする医学分野において特に有用なものである。遺伝毒性試験とは、直接あるいは間接的に遺伝的な障害を引き起こす物質を検出するために考案された試験のことをいい、遺伝毒性試験を用いると種々の機構により引き起こされる変化をｉｎｖｉｔｒｏおよびｉｎｖｉｖｏで検出することができ、例えば遺伝毒性試験で陽性となった物質はヒトに対する発癌物質の可能性があることを示すなど、試験結果は発癌性試験の解釈にも重要な役割を果たすことができる。
【００５２】
本発明はまた、ブレオマイシンなどのＤＮＡ鎖切断を引き起こす抗腫瘍性抗生物質の腫瘍細胞に対する効果を評価することにも利用できる。また、ブレオマイシンと同様にＤＮＡ鎖切断を引き起こす作用を有する新規抗腫瘍物質を探索するためにも利用できる。
【００５３】
さらに、本発明は、放射線照射によりＤＮＡに与えられたダメージを認識し、放射線損傷マーカーを容易に検出することができる方法として有用である。
本発明はまた、放射線量に対するＤＮＡ切断の依存性を性格に検出することができることから、ＤＮＡ鎖切断を引き起こすγ線やＸ線といった電離放射線に対して、そのリスク評価のための生物線量計としてＤＮＡ鎖切断の程度を測定する際にも利用可能である。
【００５４】
【配列表】

【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ＩｇＧ抗体の各精製過程におけるＳＤＳ−ＰＡＧＥのクマシー染色像を示す。各レーンは、以下のサンプルに対応する。
レーン１：血清
レーン２：硫酸アンモニウム処理
レーン３：ｒＰｒｏｔｅｉｎＡカラムクロマトグラフィー
レーン４：モノＳカラムクロマトグラフィー
【図２】図２は、デイノコッカス・ラジオデュランス細胞および哺乳動物細胞（ＣＨＯ−Ｋ１）内におけるＰｐｒＡタンパク質のウエスタンブロット法による分析結果を示す写真を示す。各レーンは、以下のサンプルに対応する。
レーン１：デイノコッカス・ラジオデュランス野生株
レーン２：デイノコッカス・ラジオデュランスｐｐｒＡ遺伝子破壊株
レーン３：ＣＨＯ−Ｋ１細胞
【図３】図３は、γ線照射によるＣＨＯ−Ｋ１細胞内ＤＮＡ鎖切断について、ＤＡＰＩの蛍光により核を検出した像（Ａ）、Ｃｙ２の蛍光によりＤＮＡ鎖切断を検出した像（Ｂ）、およびＤＡＰＩとＣｙ２の蛍光を重ね合わせた像（Ｃ）を示す。
【図４】図４は、γ線照射によるＣＨＯ−Ｋ１細胞内ＤＮＡ鎖切断について、γ線量に対するＣｙ２の蛍光強度を測定した結果のグラフを示す。
【図５】図５は、γ線照射によるＣＨＯ−Ｋ１細胞ミトコンドリア内ＤＮＡ鎖切断について、ＤＡＰＩの蛍光により核を検出した像（Ａ）、Ｃｙ２の蛍光によりＤＮＡ鎖切断を検出した像（Ｂ）、ＭｉｔｏＲｅｄの蛍光をによりミトコンドリアを検出した像（Ｃ）、およびＤＡＰＩとＣｙ２とＭｉｔｏＲｅｄの蛍光を重ね合わせた像（Ｄ）を示す。
【図６】図６は、γ線照射によるＣＨＯ−Ｋ１細胞ミトコンドリア内ＤＮＡ鎖切断について、非照射の細胞におけるＣｙ２の蛍光によりＤＮＡ鎖切断を検出した像（Ａ）、５Ｇｙ照射された細胞におけるＣｙ２の蛍光によりＤＮＡ鎖切断を検出した像（Ｂ）、１０Ｇｙ照射された細胞におけるＣｙ２の蛍光によりＤＮＡ鎖切断を検出した像（Ｃ）、および２０Ｇｙ照射された細胞におけるＣｙ２の蛍光によりＤＮＡ鎖切断を検出した像（Ｄ）を示す。

Claims

デイノコッカス・ラジオデュランス（Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓｒａｄｉｏｄｕｒａｎｓ）由来のＰｐｒＡタンパク質またはその断片をＤＮＡ鎖切断部分に結合させ、そしてＤＮＡ鎖切断部分に結合したＰｐｒＡタンパク質またはその断片を検出することを含む、ＤＮＡ鎖切断の検出法。
デイノコッカス・ラジオデュランスＰｐｒＡタンパク質またはその断片が、ＳＥＱＩＤＮＯ：１に記載のアミノ酸配列を有するタンパク質またはその断片である、請求項１に記載のＤＮＡ鎖切断の検出法。
ＤＮＡ鎖切断部分に結合したＰｐｒＡタンパク質またはその断片の検出を、ＰｐｒＡタンパク質またはその断片に特異的に結合する抗体またはこれと同様の結合活性を有する抗体フラグメントを使用して行う、請求項１または２に記載のＤＮＡ鎖切断の検出法。
抗体がポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体である、請求項３に記載のＤＮＡ鎖切断の検出法。
デイノコッカス・ラジオデュランス（Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓｒａｄｉｏｄｕｒａｎｓ）由来のＰｐｒＡタンパク質またはその断片、およびＰｐｒＡタンパク質またはその断片の検出手段、を含む、ＤＮＡ鎖切断の検出用キット。
デイノコッカス・ラジオデュランスＰｐｒＡタンパク質またはその断片が、ＳＥＱＩＤＮＯ：１に記載のアミノ酸配列を有するタンパク質またはその断片である、請求項５に記載のＤＮＡ鎖切断の検出用キット。
ＤＮＡ鎖切断部分に結合したＰｐｒＡタンパク質またはその断片の検出手段が、ＰｐｒＡタンパク質またはその断片に特異的に結合する抗体またはこれと同様の結合活性を有する抗体フラグメントを含む、請求項５または６に記載のＤＮＡ鎖切断の検出用キット。
抗体がポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体である、請求項７に記載のＤＮＡ鎖切断の検出用キット。