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細菌酵素β-ラクタマーゼの活性部位のアミノ酸に変異を導入することにより、ペニシリンあるいはセファロスポリンなどのβ-ラクタム誘導体は加水分解反応途中で反応が停止し、酵素-基質複合体が安定に形成される。この現象を応用し、β-ラクタマーゼの変異体をタンパク質タグとして利用することで、標的タンパク質に機能性分子を特異的に修飾する新規「タンパク質ラベル化システム」を開発した。ラベルする機能性分子としては、クマリン、フルオレセイン、ローダミンなどの蛍光色素、あるいはビオチンなどの機蛋白質と相互作用するものを選択した。これらのラベル化プローブを用いることで、細胞表面あるいは細胞内に発現させた蛋白質タグを選択的にラベル化することが可能であった。また、タンパク質にラベル化されると消光状態から蛍光状態に変化する「発蛍光型蛋白質ラベル化プローブ」の開発にも成功した。続いて、SNAP-tagなどの市販されているタンパク質ラベル化システムと同時に用いることができるかを検討した。遺伝子工学技術を用いて、二種類のタンパク質にそれぞれSNAP-tagおよび変異型β-ラクタマーゼを融合させ、培養細胞中で発現させた。ここに本研究で開発したラベル化プローブとSNAP-tagプローブを添加しラベル化を行なったところ、異なるタンパク質を異なる蛍光色素で同時にラベル化することに成功した。さらに、ビオチンラベル化プローブをアビジン修飾蛍光量子ドットと組み合わせることで、様々な蛍光波長の量子ドットのラベル化に成功した。
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