JP2001029783A - 親和性固定化金属樹脂 - Google Patents
親和性固定化金属樹脂Info
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Abstract
ラフィーに好適な新規キレート形成剤の提供。 【解決手段】 アフィニティー・クロマトグラフィーに
5化学基金属キレート形成剤(PDC)樹脂が使用され
る。この樹脂は、5つの配位点を占有することによって
Cu2+,Ni2+,Zn2+及びCo2+などの多価
金属イオンと八面体形状の錯体を形成することができ
る。従って、この樹脂からは、極めて安定な錯体が得ら
れ、1つの配位点が隣接のシステイン/ヒスチジン、特
に、タンパク質やペプチドなどのような生体分子を含む
ヒスチジンとの相互作用及び選択結合のために残され
る。Cu−PDCは、タンパク質溶液の体積を減少させ
る濃縮用樹脂として利用できる。また、水溶性カルボジ
イミドを使用して、すべてのタンパク質を共有固定化す
る万能支持体としても利用できる。
Description
ート形成樹脂とその製法に係わる。
親和性固定化金属樹脂(Nature,258,589
(1975))を使用し、隣接ヒスチジン残基を含むタ
ンパク質の精製に利用される金属キレート・アフィニテ
ィー・クロマトグラフィー(Metal Chelat
e Affinity Chromatograph
y,MCAC)(固定化金属イオン・アフィニティー・
クロマトグラフィー(Immobilized Met
al ion Affinity Chromatog
raphy,IMAC)とも呼称される)は、今や天然
及び組換え6xヒスチジン標識(または無標識)タンパ
ク質及びペプチドを精製するための強力かつフレキシブ
ルな手段となっている。
ガンドは、イミノジ酢酸(Iminodiacetic
Acid,IDA)であった。電子常磁性共鳴及び吸
収スペクトルによる分析の結果、IDAは金属イオンに
配位される3個の化学基を有するリガンドであり、錯体
IDA−M2+(1:1)(ただしM2+=2価金属イ
オン)の形状は、正四面体または四面体であることが判
明している(R.Dallocchio et a
l.;J.Coord.Chem.,25,265(1
992))。このことは、固定化IDAがイオンCu
2+及びZn2+とは安定的錯体を形成できるが、安定
的な形状として八面体であることを必要とする他の重金
属イオンとは安定的錯体を形成できない理由を示唆して
いる。
ヒスチジンのように、種々の多価金属イオンと八面体錯
体を形成できる唯一のα−アミノ酸であることも公知で
ある(B.Rao et al.;J.Inorg.N
ucl.Chem.;33,809(1971);M.
M.Harding et al.;Acta Cry
st.,16,643(1963)): −それぞれのヒスチジンは、M2+に対して3つの配位
結合を与える。即ち、イミダゾール環の3−N基と、ア
ミノ酸のNH2 及びCOOH基である;イミダゾール
環の1−NH基は、錯体形成に関与しない(C.C.M
c.Donald et al.;JACS,85,3
736(1963))。 −錯体形成は、立体選択性である(J.H.Ritsm
a et al.;Recueil,88,411(1
969))。 −ヒスタミン及びイミダゾールの錯体化学は、すでに論
述されている(W.R.Walker et al.;
J.Coord.Chem.,3,77(1973);
Aust.J.Chem.,23,1973(197
0))。
H.Whitlow;Inorg.Chem.,12,
2286(1973))及び赤外線スペクトル分析
(Y.Tomita et al.;JACS,36,
1069(1963)及びJ.Phys.Chem.,
69,404(1965))の結果、ニトリロトリ酢酸
三ナトリウム(Na3NTA)が種々の多価金属イオン
M2+に対して4個の錯体形成化学基を有するリガンド
であり、対応の錯体NTA−M2+が八面体形状を有す
ることが判明している。 −NTAは、pH5.5〜10.0の、HN+(CH2
−COO−)3 とN(CH2 −COO− )3 の混
合物であればよい。 −カルボン酸塩と非荷電N基だけが配位結合に関与す
る。カルボキシル及び荷電N基は結合に関与しない。
l.(J.Chromatogr.,411,177
(1987))及び米国特許第4,877,830号
(1989)が提案しているアガロースに固定したNT
A誘導体は、タンパク質を含むヒスチジンの精製方法と
して興味深い方法と云える。そのリガンドはH2N−
(CH 2)n−CH(COOH)−N(CH2−COO
H)2(ただし、n=2,4)であり、得られる樹脂
は:樹脂−NH−(CH2 )n−CH(COOH)−
N(CH2COOH)2(ただし、n=2,4)であ
る。
知化合物よりもすぐれた特性を有し、金属キレート・ア
フィニティー・クロマトグラフィーに好適な新規のキレ
ート形成剤を提供することにある。
わる。
の新規の樹脂を容易に、迅速に、かつ低コストで製造す
る方法、及び以下の説明において8化学基キレート形成
剤(Pentadentate chelator,P
DC)樹脂と呼称する前記樹脂に係わり、前記樹脂はM
2+イオンに対して5つの配位結合を与えることができ
る。前記配位結合は、得られる八面体形状の錯体の安定
性を高める効果を有し、1つの配位点が、隣接のシステ
イン/ヒスチジン、特に、タンパク質またはペプチドか
ら成るグループから選択されることが好ましい生体分子
を含むヒスチジンとの相互作用及び選択結合のために残
される。
Zn2+,Co2+など種々の多価金属イオンとキレー
ト形成することにより、以下の説明においてCu−PD
C,Ni−PDC,Zn−PDC及びCo−PDCと呼
称するそれぞれ対応の金属キレート樹脂を提供すること
ができる。これら4種類の樹脂は、天然及び組換えタン
パク質またはペプチドを含むヒスチジンの精製に使用さ
れる。
この樹脂の細孔へはタンパク質が進入できない(定義に
よれば、タンパク質の分子量は5000ダルトン以
上)。前記樹脂としては、(スウェーデン、ウプサラ
市、Pharmacia社製のSephadex(商品
名)G−25から得られる)PDC−Sephadex
G−25が好ましい。
キレートとの結合は、錯体である金属−PDCと、ヒス
チジン残基の接近度とによって左右され、前記接近度
は、問題のタンパク質の形状に左右される。従って、生
体分子を含むヒスチジンとCu 2+,Ni2+,Zn
2+及びCo2+との結合度を予示する普遍法則は存在
しない。
ペプチドから成るグループから選択される天然及び組換
え生体分子の精製に最も好適な金属キレートを決定する
4つの別々のカラムCu−PDC,Ni−PDC,Zn
−PDC及びCo−PDCから成るPDCキットにも係
わる。
ルボジイミドを使用してタンパク質を共有固定する際の
万能支持体として利用され、タンパク質溶液の体積を減
少させるための濃縮用樹脂としても利用される。
及び緩衝液を得ることを目的とする金属イオンに配位す
る5個の化学基を有するキレート形成剤(PDC)樹
脂、特に、PDC−Sephadex G−25に係わ
る。具体的には、この発明のPDC−Sephadex
G−25は、重金属イオンを含まない金属タンパク質
または重金属イオンを含まないタンパク質を固定化金属
イオン・アフィニティー・クロマトグラフィーによっ
て、調製するのに有用である。
論述しているように(JACS,36,p.1069
(1963)及びJ.Phys.Chem.690,4
04(1965))、生理的pHにおいて、NTA(ニ
トリロトリ酢酸,nitrilotriacetat
e)及び場合によっては固定化NTA誘導体は、金属イ
オンM2 +に対する3化学基及び4化学基リガンドの混
合物である。従って、八面体形状錯体NTA−M2+の
濃度は、生理的pHの全NTAの濃度よりもはるかに低
い。
C)樹脂、特に、下記式で表わされるキレート形成剤樹
脂は、この問題を解決する上で理想的である:樹脂−N
(CH 2 −COOH)−(CH2 )4 −CH(CO
OH)−N(CH2 −COOH)2 。生理的pHにお
いて、前記樹脂は、金属イオンM2+に対する4化学基
及び5化学基リガンドの混合物である。従って、八面体
形状錯体PDC−M2+の濃度も、タンパク質を含むヒ
スチジンに対する作用も理想的である。
に、ビス−リジン−Cu2+と式:樹脂−O−CH2
−エチレンエポキシドで表わされる活性化樹脂または有
機化合物を含む−NH2 と反応可能なその他の活性化
マトリックスとを反応させることによって合成される
式:樹脂−ω−N−リジンの製法にも係わる。上記製法
に使用されるキャリヤー・マトリックスは、親和樹脂の
製造に使用される官能化または活性化樹脂であることが
好ましく、特に、Sepharose(商品名)CL−
4B,CL−6B,Fast Flow,及びSeph
adex G−25樹脂(スウェーデン、ウプサラ市、
Pharmacia社)、セルロース及び/またはコッ
トンから成るグループから選択された樹脂が好ましい。
脂−ω−N−リジンと過剰量のハロゲン酢酸、好ましく
はブロモ酢酸との反応プロセスにも係わり、この反応プ
ロセスによって、この発明の5化学基樹脂の形成を可能
にする:即ち、塩基性媒質中における樹脂−ω−N−リ
ジン+Br−CH2−COOH→樹脂−N(CH2−C
OOH)−(CH2)4−CH(COOH)−N(CH
2−COOH)2。
明する。
蒸留水330mlから成る溶液にモノクロル水化リジン
75gを溶解させた。この溶液に、CuSO4 51.
6gを蒸留水150mlに溶解させた溶液を加えた(完
全に溶解するまで30℃に加熱した)。以後のステップ
には、精製せずに対応の錯体を使用した。(ただし、混
和不能な相が形成されるまでエタノールを添加すること
によって精製できる。)
harose CL−4B 300mlを、蒸留水45
0ml及びエピクロロヒドリン75mlで希釈したNa
OHの2M溶液195mlで2時間にわたって40℃で
活性化した。中性pHとなるまで、対応の活性化樹脂を
蒸留水で洗浄した。この活性化樹脂に対して、NaOH
の2M溶液及び実験例1で得た溶液150mlを加え
た。この混合物を、3時間にわたって40℃で、さらに
1晩50℃でゆっくり撹拌した。
するまで蒸留水で充分洗浄し、次いで、水性希釈酸溶液
で充分洗浄し、最後に、樹脂が完全に脱色されるまで余
剰の蒸留水で洗浄した。この樹脂は、そのまま以後のス
テップに使用できる程度に純粋であった。
モ酢酸75gの溶液405mlとNaOHの2M溶液2
70mlを実験例2で得た樹脂300mlに加えた。こ
の混合物を4℃で3時間にわたって、次いで室温で1晩
撹拌した。次いで樹脂を、廃水のpHが7.0に達する
まで蒸留水で充分洗浄し、NaN30.02%(w/
v)の存在においてNaClの0.5M溶液中に貯蔵し
た。
またはMSO4 (M=CuまたはZnまたはNiまた
はCo)10gを溶解させた溶液に、実験例3で得た樹
脂300mlを加えた。この混合物を5分間ゆっくりと
撹拌した。金属キレート樹脂を濾過し、蒸留水500m
lで3回、pH4.0の0.1M NaH2PO450
0mlで3回、pH8.0の0.1M NaH2PO4
500mlで3回、最後に、pH7.5の0.1M N
aH2PO4500mlで1回洗浄した。NaN30.
05%(w/v)の存在において、pH7.5のNaH
2PO4の0.1M溶液中に樹脂を貯蔵した。このよう
にして得られた樹脂をそれぞれCu−PDC,Ni−P
DC,Zn−PDC及びCo−PDCと命名した。
脂、即ち、Cu−PDC,Ni−PDC,Zn−PDC
及びCo−PDCをそれぞれ4本の小さいポリエチレン
・カラムに1mlずつ充填した。これら4本のカラムか
ら成るセットをPDCキットと命名した。下記実験例
6,7,8,9,10において、このPDCキットを利
用し、以下に述べるようにして問題のタンパク質を精製
した。 −リン酸緩衝液に食塩を加えたPBS(Phospha
te Buffered Saline)、即ち、Na
H2PO450mMとNaCl 300mMの混合液
(pH7.5)にNaN30.1%(w/v)を添加し
た緩衝液Aで各カラムを平衡させた。 −緩衝液A中に問題のタンパク質を含む粗清澄ライゼー
トを、実験例に指摘した量だけ各カラムに送入した。 −各カラムを緩衝液A 2mlで3回、緩衝液B(緩衝
液A+pH7.5の尿素の4M溶液)2mlで3回、緩
衝液C(緩衝液A+pH7.5の尿素の8M溶液)で3
回、緩衝液D 2ml(pH6.0に調整された緩衝液
A)で1回、最後に緩衝液A 2mlで1回洗浄した。 −緩衝液E(緩衝液A+pH7.5のイミダゾール10
0mM溶液)2mlで3回、緩衝液F(緩衝液A+pH
7.5のイミダゾールの200mM溶液)2mlで3
回、各カラムを溶離した。 −各精製ステップから得た画分を、最適のシステム、例
えば、280nmにおける光学密度(O.D.)、ドデ
シル硫酸ナトリウム・ポリアクリルアミド・ゲル電気泳
動(Sodium Dodecylsulfate−P
olyacreylamide Gel Electr
ophoresis,SDS−PAGE)などを利用し
て分析した。
照)によるタンパク質の精製) −大腸菌に発現させたヘリコピロリ菌から得た6xヒス
チジン標識HSP60(熱ショック・タンパク質)の粗
清澄ライゼート(HSP60の濃度:約5mg/ml) −PDCキットの各カラムに送入したサンプル量:50
0μl(図1参照)。
照)によるタンパク質の精製) −大腸菌に発現させたヘリコピロリ菌から得た6xヒス
チジン標識ウレアーゼの粗清澄ライゼート(ウレアーゼ
の濃度:約1mg/ml) −PDCキットの各カラムに送入したサンプル量:2m
l
天然ウレアーゼを精製するにはNi−PDCを使用すれ
ばよく、ウレアーゼのα−鎖(MW60,000ダルト
ン)及びβ−鎖(MW30,000ダルトン)を得るに
はZn−PDCを使用すればよいことが立証された。
照)によるタンパク質の精製) −大腸菌から得た6xヒスチジン標識ペニシリン結合タ
ンパク質5(MW=70,000ダルトン)の粗清澄ラ
イゼート(ペニシリン結合タンパク質5の濃度:約0.
1mg/ml) −PDCキットの各カラムに送入したサンプル量:2m
l
この精製にはNi−PDCが最適であることが立証され
た。
照)によるタンパク質の精製) −プソイドモナス・アエルギノーサIFO(大阪発酵研
究所)3455から得たMW50,000ダルトンの中
温アルカリ性プロテアーゼ(Znタンパク質)を含む粗
抽出物(再溶解硫酸アンモニウム沈殿物)(アルカリ性
プロテアーゼの濃度:約1mg/ml) −PDCキットの各カラムに送入したサンプル量:1m
l(図2参照)。
照)によるタンパク質の精製)大腸菌から得た突然変異
トリオース・リン酸イソメラーゼの粗清澄ライゼート1
0mlをカラムに充填した。このサンプルは8個のヒス
チジン残基を含むものであった(8個のうち、アクセス
可能な残基は5個)。
突然変異トリオース・リン酸イソメラーゼをワンステッ
プで精製することができた。SDS−PAGE分析の結
果、ウェット・ゲル1ml当りのタンパク質回収量は1
5mgであることが判明した。
50mlに溶解させたヒトのチロキシン結合グロブリン
(Thyroxine Binding Globul
in,TBG)10mgの溶液を1ml Cu−PDC
カラムに送入した。フロースルーの280nmにおける
光学密度は、TBGの全量がカラムによって保持された
ことを示唆した。緩衝液E(実験例5参照)2mlによ
って溶離させたTBGの回収率は、約95%(9.5m
g)であった。放射線免疫吸着検定(radioimm
unoassay,RIA)の結果、その活性に変化の
ないことが判明した。
5参照)に20mgのウシ血清アルブミン(Bovin
e Serum Alubmin,BSA)を溶解させ
た溶液を、同じ緩衝液であらかじめ平衡させた1mlの
Cu−PDCと15分間にわたって混合した。得られた
懸濁液を濾過し、pHを8.0に調整した5mlの緩衝
液Aで、次いで、pHを4.0に調整した5mlの緩衝
液Aで、さらに、pHを5.5に調整した5mlの緩衝
液Aで洗浄した。
光学密度から、BSAのほぼ全量がCu−PDCによっ
て保持されたことが確認された。
−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド・ハ
イドロクロライドを溶解させた溶液を、4mlのpH
5.5緩衝液Aに先に得た1mlの錯体BSA−Cu−
PDC樹脂を混入した懸濁液に加えた。この混合液を4
℃で1晩ゆっくりと撹拌した。
た。pH7.4のEDTA(エチレンジアミノテトラ酢
酸)0.1M溶液でCu2+イオンを樹脂から分離させ
た。次いで樹脂を、pH4.0に調整した25mlの緩
衝液Aで、次いで、pH8.0に調整した25mlの緩
衝液Aでそれぞれ洗浄し、pH7.5の緩衝液A中に貯
蔵した。
Cの回収量は、定量的であった。
gのNi2SO4,5mgのZnCl2,5mgのCo
Cl2及び1mgのCaCl2を含む緩衝液A(実験例
5参照)にウシ血清アルブミン(BSA)1gを加えた
もの100mlを、10mlのPDC−Sephade
x G−25を含む断面の大きいカラムに送入した。こ
うして得られたBSA溶液は、多価金属イオンを全く含
まなかった。
Claims (11)
- 【請求項1】 式: 樹脂−N(CH2−COOH)−(CH2)4−CH
(COOH)−N(CH 2 −COOH)2 で表わされる5化学基金属キレート形成剤樹脂(Pen
tadentate Chelator resin,
PDC樹脂)。 - 【請求項2】 分子量が5000ダルトンより大きいタ
ンパク質の透過を許さない細孔を持つ樹脂を含むことを
特徴とする請求の範囲第1項に記載のPDC樹脂。 - 【請求項3】 M2+がCu2+,Zn2+,Ni2+
及びCo2+から成るグループから選択された多価金属
イオンであることを特徴とする請求の範囲第1項または
第2項に記載の5化学基金属キレート形成剤(M2+P
DC)樹脂。 - 【請求項4】 4つの別々の5化学基金属キレート形成
剤(M2+PDC)樹脂から成る5化学基金属キレート
形成剤キット(PDCキット)であって、M2+がそれ
ぞれ多価金属イオンCu2+,Zn2+,Ni2+及び
Co2+であることを特徴とする5化学基金属キレート
形成剤キット(PDCキット)。 - 【請求項5】 請求の範囲第1項または第2項に記載の
5化学基金属キレート形成剤(PDC)樹脂の製法であ
って、樹脂のキャリヤーマトリックスを式:ビス−リジ
ン−Cu2+で表わされる金属キレート形成剤と反応さ
せることによって、以後のステップにおいて塩基性媒質
中で余剰のハロゲン酢酸と反応する式:樹脂−ω−N−
リジンで表わされる化合物を得るステップと、得られた
5化学基金属キレート形成剤(PDC)樹脂を回収する
ステップとから成ることを特徴とする前記製法。 - 【請求項6】 ハロゲン酢酸がブロモ酢酸であることを
特徴とする請求の範囲第5項に記載の製法。 - 【請求項7】 式:樹脂−ω−N−リジンで表わされる
中間生成物。 - 【請求項8】 好ましくはヒスチジン残基を含む天然及
び/または組換えタンパク質またはペプチドの精製を目
的とする請求の範囲第3項に記載の5化学基金属キレー
ト形成剤(M2+PDC)樹脂および請求の範囲第4項
に記載のPDCキットいずれかの利用。 - 【請求項9】 緩衝液から重金属を含まない水を精製す
ることを目的とする請求の範囲第2項に記載の5化学基
金属キレート形成剤(PDC)樹脂の利用。 - 【請求項10】 固定化金属イオン・アフィニティー・
クロマトグラフィー処理により“金属タンパク質”また
は重金属イオンを含まないタンパク質を調製することを
目的とする請求の範囲第2項に記載の5化学基金属キレ
ート形成剤樹脂の利用。 - 【請求項11】 M2+が多価金属イオンCu2+であ
る場合の請求の範囲第3項に記載の5化学基金属キレー
ト形成剤(M2+PDC)樹脂の利用であって、水溶性
カルボジイミドを使用してタンパク質を共有固定化し、
タンパク質溶液を減容することを目的とする前記利用。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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