JPH0279975A - タンパク質固定化法 - Google Patents

タンパク質固定化法

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JPH0279975A
JPH0279975A JP63233002A JP23300288A JPH0279975A JP H0279975 A JPH0279975 A JP H0279975A JP 63233002 A JP63233002 A JP 63233002A JP 23300288 A JP23300288 A JP 23300288A JP H0279975 A JPH0279975 A JP H0279975A
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浩 中山
Hiroshi Tsutsui
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、タンパク質固定化法に関し、高品質のバイ
オセンサの作製等に利用することがテキる。
従来の技術 タンパク質固定化法には、共有結合法、物理的吸着法、
イオン結合法からなる担体結合法、架橋法、及び包括法
が知られおり、担体の方も、高分子ゲル、マイクロカプ
セル、リポソーム、中空繊維、膜等がよく使用されてい
る。また、酵素を代表とするタンパク質は、比較的不安
定であり、それを固定化することによりかなり安定化す
ることができる。最近、水溶液中だけでなく有機溶媒中
でも酵素反応を速やかに行わせるためのタンパク質固定
化も数多く報告されるようになった。
発明が解決しようとする課題 従来のタンパク質固定化法は、担体結合法がよく使用さ
れているが、この方法は、架橋剤(グルタルアルデヒド
、ジアゾ物、BrCN等)を用いて担体とタンパク質を
結合させるため、タンパク質表面に存在しているアミノ
酸残基(リジン、セリン、ヒスチジン等)を修飾するこ
とになる。そのため、最悪の場合には、触媒反応に必須
のアミノ酸残基を修飾し、全酵素を失活させることもあ
る。−船内な場合でさえ、かなりの酵素を失活させる(
40〜80%)という欠点を持っている。
また、酵素と担体を結合する場合、従来の技術では酵素
のどの部分が担体と結合しているかわからず、さらには
、その結合位置の制御もできない欠点を持っている。
課題を解決するための手段 タンパク質のN末端あるいは、C末端に疎水性のポリペ
プチドを導入し、そのタンパク質を固定化面に固定化す
る。
作用 上記の構成によれば、ファンデルワールス力の疎水結合
作用により、疎水部分同志が容易に吸着することを利用
して、タンパク質を固定基板上に失活させることなく、
かつ方向性を持たせて固定化することができる。
実施例 EX 水性のアミノ酸(ロイシン、イソロイシン、バリ
ン、アラニン、フェニールアラニン、トリプトファン)
からなる疎水性ペプチドをコードするDNA (塩基数
30〜300個)の一部を人工的に合成した(第1図〜
第3図の大文字アルファベット)。さらに、DNAポリ
メラーゼIのクレノー断片を用いて二本鎖DNAを作製
した(第1図〜第3図)。
この二本鎖DNAを、固定化するタンパク質(グルコー
スオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、インベ
ルターゼ、β−ガラクトシダーゼ、グルコースデヒドロ
ゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、アルコールオ
キシダーゼ、ラクテートデヒドロゲナーゼ、ラクテート
オキシダーゼ、リパーゼ、コレステロールエステラーゼ
、ホスホリパーゼA1.  A2.  C1D1  ウ
レアーゼ、ピルベートオキシダーゼ、L−アミノ酸オキ
シダーゼ、ガラクトースオキシダーゼ、アミラーゼ、ア
ミンオキシダーゼ、ペニシリナーゼ、クレアチナーゼ、
ルシフェラーゼ、抗体)の構造遺伝子が含まれているベ
クターに導入した。導入部分は、上記のタンパク質をコ
ードしている構造遺伝子とプロモーター(tac+  
I ac+  t rp+  λp、5yn)の間とし
、かつ開始コドンから一10領域にSD配列が存在する
ように導入した。
その後、このベクターをカルシルムーりん酸共沈法によ
り細胞(大腸菌、酵母、は乳類・植物細胞、あるいは、
抗体産生細胞とIIi1gs細胞のハイブリドーマ)に
形質転換し、細胞を培養することにより目的とするタン
パク質を産生じた。培養した細胞をフレンチプレスによ
り破砕し、その粗抽出液を遠心分離した後、その上清を
超遠心分離あるいは、バッファで平衡化したFPLCを
用いて目的とするタンパク質を得た。
この得られたタンパク質をバッファあるいは、両親媒性
分子を含むバッファに溶かし、β−メルカプトエタノー
ルを含むトリスバッファに滴下した後、表面圧0から7
0 X 10−”N/m、  室温で、水平付着法によ
り基板(シリコン、Sio2・5isN4で被覆された
シリコン、ガラス、セラミックス、樹脂、金属、半導体
)に吸着させた。吸着後タンパク質が導入した疎水ペプ
チド部が正しく基板方向に配列しているかどうかをその
疎水ペプチドに対する抗体を用いて確認した。また、活
性においてもアッセイを行った。この吸着したタンパク
質はバイオセンサの感応部と、して使用した。
以下、グルコースオキシダーゼを用いたタンパク質固定
化法について述べる。
オリゴヌクレオチドは、官能基を保護したデオキシヌク
レオチド−β−シアノエチルホスホアミンを用いて調整
した(シンバーら、1983.1984)。この方法で
有機合成したオリゴヌクレオチドの精製は、逆相HPL
Cを用いて行った。
第1図〜第3図に、有機合成されたオリゴヌクレオチド
の塩基配列を示した。すなわち、第1図においては、A
I(実線)・A2(破線)、第2図においては、Bl(
−点鎖線)・B2(二点鎖vA)、第3図においては、
C1(二重線) −02(波線)である。
この有機合成ヌクレオチドAI(実線)、A2(破線)
の5′末端をラベルするために、それぞれ20pmol
オレゴヌクレオチドを(γ−5ap)ATP (180
μCi=13pmol)、ATP(IOpmo l)、
50mM)リスバッファー(1)H=7.5)、10m
MMgCl5,5mMDTT、0.1mMEDTA、T
4ポリヌクレオチドキナーゼ(IOl、  U、 )を
含む反応溶液50〜100μl中、37℃で30分間リ
ン酸後、セファデックスG−50により精製した。この
方法により1107cp/μmolの標品が得られた。
オリゴヌクレオチドAI(実線)、A2(破線)をそれ
ぞれ30pmolを15μmの水に溶かし、それを3分
間沸騰させた後、35℃で1時間以上放置し、その後4
°Cで放冷した。ハイブリッド鎖の一本鎖部分を相補的
な二本鎖にするためにこのハイブリッド鎖に60mMN
aC1,6mMβ−メルカプトエタノール、8 m M
 M g Cl 21  それぞれ0.1mMのdAT
P−dCTP @dGTP−dTTP及び120U/m
lのクレノー断片酵素を含む25μlの10mM)リス
バッファ(pH=7.6)中、室温で30分間放置した
。その後、この水溶液を8%未未変性悪態ポリアクリル
アミドゲル電気泳動にかけた後、完全なハイブリッド鎖
を含む部分を切り出し、このゲル切片を一晩中60℃で
、 500mMNaCI、 5mMEDTAを含む25
mM)リスバッフy(pH=8.0)1ml中に放置し
ておいた。この溶出液をセファデックスG−50にかけ
脱塩した。
この精製DNA(AI−2)塩基配列は、第1図に示し
ている。また、他のオリゴヌクレオチド(B1(−点鎖
線)、B2(二点鎖線)、C1(二ff111り、C2
(波線))のハイブリッドも上記と同様に行った。得ら
れた二本鎖DNA (B 1−2、C1−2)の塩基配
列も第2図、第3図にそれぞれ示している。
5′末端をラベルした断片A1−2 (2pm。
l)を37℃、1時間、3UBclIを含む10μlの
Y−10バツフy(10mM)リス、7mMMgC12
,10mMNaC1,6mMβ−メルカプトエタノール
)中で消化した。さらに、3゜5UEcoRIを含む1
5μlのEcoRIバッフy(100mM)リス、7 
m M M g Cl 2− 50mMNac1.8m
Mβ−メルカプトエタノール)中で37°C12時間消
化した。
一方、ベクターであるpKK31 (100ng)も同
様にBclIとEcoRIで消化した。これに上記の消
化したDNA断片A1−2を加え、バッフyA(20m
M)リス、 10mMMgC12110mMDTT、 
 0. 5mMATP)中、 4℃で15時間放置した
のち、エタノール沈澱により回収した(pKK31−1
)。
次に、DNA断片B 1−2 (2pmo l)を3U
KpnIを含む10μ1Y−10バツフア中で37℃、
1時間消化した。更に、3.5UEc。
RIを含む15μ1EcoRIバツフ1中で37℃、2
時間消化した。
一方、pKK31−1ベクター(100ng)も同様に
KpnIとEcoRIで消化し、これに上記の消化した
DNA断片B 1−2 (21)mo l)を加え、バ
ッファA中、4℃で15時間放置した後、エタノール沈
澱により回収した(pKK31−2)。更に、DNA断
片CI−2Cl−2(2pを3UKp n Iを含む1
0μ1Y−10バー/ 7 F中で37℃、1時間消化
した。また、3UBamHIを含む10μ1Y−100
バツフy(10mMトリス、 7mMMgC1t、  
 100mMNaC1゜6mMβ−メルカプトエタノー
ル)中、37℃で1時間消化した。
一方、pKK31−2ベクター(100ng)も同様に
KpnIとBamHIで消化し、これに、上記の消化し
たDNA断片C1−2を加え、バッファA中、4℃で1
5時間放置した後、エタノール沈澱により回収した(、
pKK31−3)。
一方、グルコースオキシダーゼ遺伝子含有ベクターpH
UR32(100ng)を3UBc l Iを含むY−
10バツフT中、37℃で2時間消化し、更に3UEc
oRIを含むEcoRIバッファ中、37℃で2時間消
化を行った。同様に、上記のpKK31−3ベクターを
BclIとEc。
RIで消化を行い、これに、消化したpHUR32ベク
ターを加えてバッファA中、4℃で15時間放置後、エ
タノール沈澱により回収した(pHUR320)。この
pHUR320ベクター100μl (0,04pmo
l)、0.4MのMgCl2.0.1MのCaCl2お
よび、大腸菌株5BH51(100μl)を混ぜ、0°
Cで20分間、42°Cで2分間、室温で10分間処理
することにより形質転換を行った。
形質転換した大腸菌を1mlのL−Broth中、37
°Cで8時間培養した後、この培養液を、31の100
 u g/m lアンピシリン、0.1mMIPTGを
含むL−Broth中、37℃で12時間培養した。こ
の培養液を遠心分離(8,00Orpm10°C120
分間)し、大腸菌を集菌した後、フレンチプレスで菌を
破砕し、遠心分離(8+  OOOrpm、0℃、30
分間)を行なった。さらに、この上清を超遠心分離(2
0,00Orpm、4℃、60分間)することにより、
沈澱物から組換えグルコースオキシダーゼを含むベシク
ルを得た。このベシクルを0. 1%β−メルカプトエ
タノールを含む25mM)リスバッファ(p H= 7
. 5 )中で超音波処理により破砕した後、0.1%
β−メルカプトエタノールを含む25mMトリスバッフ
ァ(pH=7.5)で平衡化したDEAE−セルロース
イオン交換クロマトグラフィにかけて、同バッファで洗
浄後、O〜1゜0MNaClグラジェントをかけ溶出し
た。
得られた組換えグルコースオキシダーゼ溶液を0.1%
β−メルカプトエタノールを含む25mMトリスバッフ
ァ(pH=7.5)中に滴下し、表面圧1(12N/m
で室温において水平付着法によりシリコンウェハー基板
上に吸着固定化させた。
固定化の方向性を調べるため、疎水領域に対するモノク
ローナル抗体を作製し、固定化した組換えグルコースオ
キシダーゼと反応させた。その結果、抗原抗体反応は起
こらず、確かに疎水領域側がシリコンウェハーに吸着し
ていた。
発明の効果 本発明のタンパク質固定化法によれば、タンパク質のN
末端あるいは、C末端に疎水性ペプチドを導入すること
により、この疎水性部分を利用して膜あるいは、固相面
上に失活することなく、かつ、方向性を持たせて固定化
することできる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は、本発明のタンパク質固定化法の遺伝
子操作に用いた合成二本鎖DNAの塩基配列を示す図で
ある。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名第1図 GTGATCTTCTTCTTCTTCTTCTTca
ctagtaagaagaagaagaagaaCTT
CTTCTTCTTCTTCTTCTTCTTgaag
aagaagaagaagaagaagaaCTTCT
TCTTCTTCTTc t t c t t c t
 tq人Δ−qA五β−Δ−八へ−八へ−q人Δ−qΔ
−八へ、八人q、八へcttcttcttcttggg
taccttggaq人Δ−t2A五9−ΔAIQ入Δ
−qρ−q人τ−q9Δ人q−c−τttctc 工人Δ−qΔ−q 第2図 GGGTACCTTGGGATCCTCCTTCTTC
CCatggaaCCCtaggaggaagaaCT
TCTTCTTCTTCTTCTTCTTCTTgaa
gaagaagaagaagaagaagaaCTTC
TTCTTCTTC t t c t t c t t
 c t tGAAGAAGAAGAAGA  GAA
GAAGAActtcttcttcttcttcttc
ttcttGAAGAAGAAGAAGAAGAAGA
AGAAggaattctc 第3図 GGGTACCTTCTTCTTCTTCTTCTTC
CCatggaagaagaagaagaagaac’
r’rc’r’rc’r’rc’r’rc’r’rc’
r’rc’r’rc’r’rgaagaagaagaa
gaagaagaagaac’r’rc’r’rc’r
TCTTCTTc t t c t t c t tG
AAGAAGAAGAAGAAGAAGAAGAAct
tcttcttcttcttcttcttcttGAA
GAAGAAGAAGAAGAAGAAGAAggga
tcctc CCCTAGGAG

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)タンパク質のN末端あるいは、C末端に疎水性の
    ポリペプチドを導入し、そのタンパク質を固定化面に固
    定化することを特徴とするタンパク質固定化法。
  2. (2)タンパク質が、酵素、ホルモン、免疫抗体または
    その誘導体からなることを特徴とする請求項1に記載の
    タンパク質固定化法。
  3. (3)固定化面が、膜または固相であることを特徴とす
    る請求項1に記載のタンパク質固定化法。
  4. (4)膜の実質的成分が、生体膜、LB膜または酸化膜
    であることを特徴とする請求項3に記載のタンパク質固
    定化法。
  5. (5)固相の実質的成分が、ビーズ、平面基板または電
    極であること特徴とする請求項3に記載のタンパク質固
    定化法。
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