説明

昆虫GABA受容体遺伝子

【課題】ヒメトビウンカのγ−アミノ酪酸受容体遺伝子を発現する細胞を構築し、これを利用して当該受容体に作用するアゴニスト或いはアンタゴニストをスクリーニングすることにより、ヒメトビウンカ等の害虫に有効な殺虫剤を見出す。
【解決手段】ヒメトビウンカよりγ−アミノ酪酸受容体サブユニットの遺伝子をクローニングし、昆虫細胞内で発現させることによりGABA受容体様のイオンチャンネルが形成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
GABA(ガンマ-アミノ酪酸:γ−aminobutyric acid)受容体クロライドイオンチャンネルは、殺虫剤の標的作用点として知られている。本発明は、日本の主要害虫であるヒメトビウンカ(半翅目昆虫)のGABA受容体クロライドイオンチャンネルを構成するサブユニット蛋白質をコードする遺伝子、その遺伝子を発現させた組換え細胞、および同細胞を用いたヒメトビウンカなど半翅目害虫に有効な殺虫剤のスクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【0002】
GABA(γ-aminobutyric acid)は、興奮を抑制する働きを持つ神経伝達物質である。哺乳類の受容体の構造は、4回膜貫通疎水性領域を含むポリペプチド鎖が5個集合して、その中央に塩素イオン透過孔を形成している。哺乳類ではスプライスバリアントを除いて、17サブユニット(6α、3β、3γ、1δ、3ρ、1ε、1π、1θ)がクローニングされている。哺乳類脳のGABA受容体の主要な構成サブユニットはα1、β2、γ2であり、その化学量論は2α:2β:1γあるいは2α:1β:2γと考えられている。昆虫においては、1991年に初めてショウジョウバエからのサブユニット遺伝子Rdlのクローニングが報告された。このRdlのホモログが他の昆虫からも単離されていることから、このRdlがGABA受容体サブユニットをコードする普遍的な遺伝子と考えられる。しかし、昆虫のGABA受容体がRdlのホモオリゴマーか、未知のサブユニットを含むヘテロオリゴマーかについては、今日でも明らかになっていない。
【0003】
最近になって、鱗翅目害虫のHeliothis virescensからRdl遺伝子が単離され、その遺伝子を単独でアフリカツメガエルの卵母細胞に発現させた際に、GABA受容体のクロライドイオンチャンネルがボルテージクランプ法で検出されることが報告された(Invertebr. Neurosci. 3(4):305-15,1998)。この遺伝子をアフリカツメガエルの卵母細胞やSf9昆虫細胞などに発現させた組換え細胞は、GABA受容体に作用するアゴニストやアンタゴニストなどの殺虫剤となりうる化合物のスクリーニングに有用である。
【0004】
これまでに、Rdl遺伝子は、上記のHeliothis virescensのほか、ショウジョウバエやカでその遺伝子が単離されたのみであり、様々な昆虫に有効な、GABA受容体を作用点とする殺虫剤のスクリーニングを行うためには、昆虫ごとにRdl遺伝子を取得し、スクリーニング系を構築する必要がある。
【0005】
【非特許文献1】Invertebr. Neurosci. 3(4):305-15,1998
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
日本における主要な半翅目害虫としてヒメトビウンカが知られている。ヒメトビウンカの全遺伝子は解読されておらず、ヒメトビウンカに対して有効なGABA受容体を作用点とする殺虫剤のスクリーニング系を構築することは、GABA受容体サブユニット遺伝子(Rdl)が単離されていないことから、これまで実施不可能であった。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、鋭意検討の結果、これまで単離されたことのなかったヒメトビウンカのRdl遺伝子を初めて単離した。この遺伝子を昆虫細胞などの細胞に発現させるためには、細胞を形質転換可能なベクターに組み込み、常法のベクターで細胞を形質転換する方法により形質転換体を構築することができる。
【0008】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1] 配列表の配列番号1および2に記載の塩基配列を有する遺伝子。
[2] 配列表の配列番号3および4に記載のアミノ酸配列を有する蛋白質。
[3] 上記[1]に記載の遺伝子を含有する組換えベクター。
[4] 上記[3]に記載の組換えベクターで細胞を形質転換して得られる組換え細胞。[5] 上記[4]に記載の組換え細胞を用いたヒメトビウンカGABA受容体に作用する合成化合物をスクリーニングする方法。
【発明の効果】
【0009】
単離した遺伝子を、アフリカツメガエルの卵母細胞に遺伝子導入する方法やSf9昆虫細胞を同遺伝子含有の適当なベクターで形質転換させる方法により組換え細胞を構築し、その細胞を用いて殺虫剤のスクリーニングの実施が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明の遺伝子は、配列番号1および2に記載のDNA塩基配列のものであるが数塩基の置換を含む配列も本特許の範疇である。本発明の遺伝子は、実施例に記載のようにヒメトビウンカの受精卵から、容易に調製可能である。
【0011】
本発明の蛋白質は、配列番号3および4に記載のアミノ酸配列を有するものであるが、数アミノ酸の置換、脱落、挿入された配列で、昆虫細胞等に発現させた際にGABA受容体イオンチャンネル機能を有するものも本発明の範疇である。本発明のタンパク質を調製する方法は、配列番号1および2に記載の遺伝子を昆虫細胞で発現可能なベクター(pXinsect、pIZT、pMT、pAC5.1、いずれもINVITROGEN社)あるいはバキュロウイルス(INVITROGEN社)に組み込み、同細胞を培養し、その培養細胞から精製することにより容易に可能である。本発明のベクターは、配列番号1および2に記載の遺伝子を発現可能なベクターあるいはバキュロウイルスであればいずれのものでもよい。これらのベクターは、市販されているものを適宜選択して使用することができる。
【0012】
本発明のスクリーニング方法の具体例としては、調製した蛋白質を用いて合成化合物との親和性を評価するバインディングアッセイや、GABA受容体を発現させた組換え昆虫細胞を用いたパッチクランプ法、蛍光プローブ法、電位センサープローブ法などが挙げられる。これらの方法により活性を有する合成化合物を効率的にスクリーニングすることができる。
【実施例1】
【0013】
以下に実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明を制限するものではない。また、制限酵素は市販のものを用い、その具体的使用方法は市販品のプロトコールに従った。
【0014】
(A)ヒメトビウンカGABA受容体遺伝子の取得
ヒメトビウンカからのtotal RNA画分の調製は以下の手順で行った。まずヒメトビウンカ成虫10頭を氷上にて眠らせた後、ハサミで頭部を切断し、RNAlater RNA Stabilization Reagent(QIAGEN社)中に4℃で1晩浸漬した。その後、ガラス製ホモジナイザーで頭部をすり潰し、RNeasy Midikit(QIAGEN社)を用いてプロトコールに従ってtotal RNA画分を抽出した。抽出したtotal RNA画分は使用直前まで−20℃で保存した。
【0015】
次に、上記total RNA画分を鋳型とし、コンセンサス配列プライマーを用いてRT-PCR(OneStep RT−PCR Kit;QIAGEN社)を行った。5’側PCR用には配列番号:5のプライマーを使用した。3’側PCR用プライマーには配列番号:6および配列番号7のプライマーを使用した。PCR反応液をアガロースゲル電気泳動で解析後、得られた単独バンドをゲルから切り出し、DNA断片を抽出した。抽出したDNA断片はpT7 blue T-Vectorを用いたTAクローニング法によりクローニングし、塩基配列を解析した。
ヒメトビウンカGABA受容体遺伝子の全長を取得するための第一段階として、上の実験で解析したcDNA配列をもとにヒメトビウンカGABA受容体遺伝子特異的なプライマーを作製し、totalRNA画分を鋳型としたRACE PCR(SMART RACEcDNA Amplification Kit;Clontech社)を行った。3’RACE PCRについては、Clontech社SMART RACE cDNA Amplificationキットのプロトコールに従った。まず、キット添付の3’RACE CDSプライマーAを用いて一本鎖cDNAを合成後、ユニバーサルプライマーミックスA(UPM)と配列番号:8に示すヒメトビウンカ特異的プライマー(LSRD−1140F)を用いてPCRを行った。得られたPCR産物を鋳型とし、ネステッドユニバーサルプライマーA(NUP)及び配列番号:9のヒメトビウンカ特異的プライマー(LSRD−1230F)を用いてネステッドPCRを行った。これにより得られたDNA断片について、常法に従いTAクローニングを行い、DNAシーケンシングにより3’側配列を取得した。上記と同様にClontech社SMART RACE cDNA Amplificationキットを使用し、5’RACE PCRを実施した。まずキットに添付されているSMART IIAオリゴヌクレオチドとPowerScript Reverse Transcriptaseを用いて末端にSMART配列が付加した一本鎖cDNAを合成した。この際、プライマーとして配列番号:10に示すヒメトビウンカ特異的プライマー(LSRD−RT1P)を用いた。得られたcDNAを鋳型とし、NUP及び配列番号:11に示すヒメトビウンカ特異的プライマー(LSRD−550R)を用いてPCRを行った。
【0016】
次に、得られたPCR産物を希釈し、NUPと配列番号:12のヒメトビウンカ特異的プライマー(LSRD−440R)を用いてPCRを行い、PCR産物(LSG30)を得た。さらに、得られたPCR産物LSG30を希釈し、NUPと配列番号:13のヒメトビウンカ特異的プライマー(LSRD−350R)を用いてPCRを行い、PCR産物(LSG32)を得た。得られたPCR産物(LSG30とLSG32)について、常法に従ってTAクローニングを行い、DNAシーケンシングにより5’側配列を取得した。
【0017】
(B)ヒメトビウンカGABA受容体遺伝子のプラスミドベクターへのクローニング
トータルRNAを鋳型とし、GeneRacer kit (INVITROGEN社)を用いて一本鎖cDNAを合成した。一本鎖cDNAを鋳型として、配列番号:14のプライマー(LSRD−5’F1)と配列番号:15のプライマー(LSRD−3’R1)を用いて1回目のPCRを行い、次に配列番号:16のプライマー(SalI−LSRD−5’)と配列番号:17のプライマー(LSRD3’−2−BamHI)を用いて2回目のPCRを行った。PCR産物は、上述の通りTAクローニングを行い、遺伝子配列を解析し、ヒメトビウンカGABA受容体遺伝子全長配列LS47−3(配列番号:1)を得た。同様に、一本鎖cDNAを鋳型として、配列番号:14のプライマー(LSRD−5’F1)と配列番号:18のプライマー(LSRD−3’R2)を用いて1回目のPCRを行い、次に配列番号:16のプライマー(SalI−LSRD−5’)と配列番号:19のプライマー(LSRD3’−BamHI)を用いて2回目のPCRを行った。PCR産物は、上述の通りTAクローニングを行い、遺伝子配列を解析し、ヒメトビウンカGABA受容体遺伝子全長配列LS50−2(配列番号:2)を得た。
【0018】
ヒメトビウンカGABA受容体遺伝子の昆虫細胞での発現を目的とした発現プラスミドを構築するために、まず、ヒメトビウンカGABA受容体遺伝子LS47−3(配列番号:1)をGateway pENTR1Aベクター(INVITROGEN社)に組み込んだ。ヒメトビウンカGABA受容体遺伝子LS47−3(配列番号:1)を鋳型として、配列番号:20のプライマー(LSGF−1)と配列番号:21のプライマー(LSG−XhoI−3’)を用いてPCRを行い、N末端側をコードするDNA断片を取得し、塩基配列を確認した。C末端側をコードするDNA断片に関しては、配列番号:22のプライマー(LSG−XhoI−5’)と配列番号:23のプライマー(LSG−W−R−101)を用いてPCR後、PCR産物をさらに配列番号:22のプライマー(LSG−XhoI−5’)と配列番号:24のプライマー(Tag2)でPCRを行うことで、ヒメトビウンカGABA受容体のC末端にV5Tagを付加した遺伝子(以下、ヒメトビウンカGABA受容体+V5Tag遺伝子と記す)をコードするDNA断片を取得し、塩基配列を確認した。N末端側をコードするDNA断片をBamHI−XhoIで切断し、C末端側をコードするDNA断片をXhoI−NotIで切断し、pENTR1AベクターのBamHI−NotI部位に挿入して、 Entry Clone(pENTR1A―ヒメ+V
5Tag)を得た。
【0019】
(C)バキュロウイルス発現系によるヒメトビウンカGABA受容体遺伝子の一過性発現
LR recombinase(INVITROGEN社)を用いてEntry Clone(pENTR1A―ヒメ+V5Tag)とDestination vector、pDEST8(INVITROGEN社)間で部位特異的組換えを行い、pDEST8にヒメトビウンカGABA受容体+V5Tag遺伝子を組み込んだプラスミド(pDEST8―ヒメTag)を作製した。次に、INVITROGEN社のBac−to−Bac Baculovirus Expression Systemを用いて、ヒメトビウンカGABA受容体+V5Tag遺伝子をウイルスDNAに組み込んだバキュロウイルスを作製した。
【0020】
Spodoptera Frugiperda(Sf9)細胞に組み変えバキュロウイルスをmultiplicity of infection (moi)が約1となるように感染させ、ヒメトビウンカGABA+V5Tag受容体遺伝子の発現を抗V5抗体(INVITROGEN社)を用いて確認した。
【0021】
抗V5抗体で免疫沈降後、Western Blottingを行うと、予想される分子量の位置に三本バンドのバンドが見られた。三本バンドが見られるのは、N結合型糖鎖の付加数の違いによると思われる。
【0022】
さらに、抗V5抗体で細胞蛍光染色を行ったところ、組換えバキュロウイルスを感染させたSf9細胞の細胞膜にヒメトビウンカGABA受容体+V5Tagが位置していることが示唆された。
【0023】
(D)電位センサープローブ法によるイオンチャンネル機能確認
上記のように構築したヒメトビウンカGABA受容体発現細胞のイオンチャンネル機能を電位センサープローブ法(INVITROGEN社)により確認した。
【0024】
(E)Sf9細胞によるヒメトビウンカGABA受容体遺伝子の安定発現
LR recombinase(INVITROGEN社)を用いてEntry Clone(pENTR1A―ヒメ+V5Tag)とDestination vector、pXINSECT−DEST38(INVITROGEN社)間で部位特異的組換えを行い、pXINSECT−DEST38にヒメトビウンカGABA受容体+V5Tag遺伝子を組み込んだプラスミド(pXINSECT−DEST38―ヒメTag)を作製した。
【0025】
Sf9細胞を60mmディッシュ2x10播種し、翌日、セルフェクチン(INVITROGEN社)を用いて1μgのヒメトビウンカGABA受容体遺伝子発現プラスミドpXINSECT−DEST38―ヒメTagと20μgのネオマイシン耐性遺伝子を運ぶプラスミド、pBmA:neo(INVITROGEN社)をトランスフェクションした。5時間後に10%FCSを含む新鮮な培地Sf900II−SFM(INVITROGEN社)に置き換え、次の日に、抗生物質G418を最終濃度が1mg/mlになるように添加した。1週間後と2週間後に新鮮なSf900II−SFM−10%FCS−1mg/mlG418培地に交換した後、コロニーが2mm程度の大きさになった段階で、クローニングリングを用いてシングルコロニー由来の細胞を96ウェルマイクロプレートに移した。細胞がコンフルエントに達したら、24ウェルプレート、6ウェルプレートに拡大培養し95クローンを薬剤耐性細胞株として保存した。
【0026】
95クローンの薬剤耐性細胞株の中から、ヒメトビウンカGABA受容体遺伝子を発現している細胞を選択するために、保存した細胞を起こして培養後、抗V5抗体で細胞免疫染色を行い、24株の安定発現株を取得した。
【0027】
(F)Drosophila細胞によるヒメトビウンカGABA受容体遺伝子の一過性発現
LR recombinase(INVITROGEN社)を用いてEntry Clone(pENTR1A―ヒメ+V5Tag)とDestination vector、pMT−DEST48(INVITROGEN社)間で部位特異的組換えを行い、pMT−DEST48にヒメトビウンカGABA受容体+V5Tag遺伝子を組み込んだプラスミド(pMT−DEST48―ヒメTag)を作製した。
【0028】
pMT−DEST48―ヒメTagをD−mel2細胞(INVITROGEN社)にセルフェクチンを用いてトランスフェクションし、3時間後に CuSOを100 μM濃度になるように添加し、40時間後に発現を調べた。
【0029】
抗V5抗体で免疫沈降後、Western Blottingを行うと、予想される分子量の位置にバンドが見られた。
【0030】
さらに、抗V5抗体で細胞蛍光染色を行ったところ、pMT−DEST48―ヒメTagを導入した細胞の細胞膜にヒメトビウンカGABA受容体+V5Tagが位置していることが示唆された。
【0031】
(G)ヒメトビウンカGABA受容体遺伝子を恒常発現するDrosophila細胞由来安定発現株の確立
pAc5.1/V5−HisA(INVITROGEN社)のSalI部位にpCoHygroのハイグロマイシン耐性遺伝子を挿入しpAc5.1−Hygroを作製した。次に、attR1−Lacプロモーター−LacZα−attR2をコードするXbaI−MluI断片をpAc5.1−HygroのXbaI−MluI部位に挿入して、Destination vector、pAc−lac−Hygroを得た。LR recombinaseを用いてEntry Clone(pENTR1A―ヒメ+V5Tag)とDestination vector、pAc−lac−Hygro間で部位特異的組換えを行い、大腸菌DH5αを形質転換し、アンピシリン及びX−Galを含むLBプレート上で37℃、16時間培養後、白いコロニーを選択して、pAc−lac−HygroのLacZα遺伝子がヒメトビウンカGABA受容体+V5Tag遺伝子と入れ替わったプラスミド、pAc−Hygro−ヒメTagを取得した。
【0032】
pAc−Hygro−ヒメTagをD−mel2細胞にセルフェクチンを用いてトランスフェクションし、ハイグロマイシン耐性株をシングルコロニーから確立し、保存した。29株の薬剤耐性細胞株の中から、ヒメトビウンカGABA受容体遺伝子を発現している細胞を選択するために、保存した細胞を起こして培養後、抗V5抗体で細胞免疫染色を行い、11株の安定発現株を取得した。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
配列表の配列番号1および2に記載の塩基配列を有する遺伝子。
【請求項2】
配列表の配列番号3および4に記載のアミノ酸配列を有する蛋白質。
【請求項3】
請求項1に記載の遺伝子を含有する組換えベクター。
【請求項4】
請求項3に記載の組換えベクターで細胞を形質転換して得られる組換え細胞。
【請求項5】
請求項4に記載の組換え細胞を用いたヒメトビウンカGABA受容体に作用する合成化合物をスクリーニングする方法。

【公開番号】特開2006−288302(P2006−288302A)
【公開日】平成18年10月26日(2006.10.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−114969(P2005−114969)
【出願日】平成17年4月12日(2005.4.12)
【出願人】(000005887)三井化学株式会社 (2,318)
【Fターム(参考)】