JP2001242116A - Protein chip and method for detecting protein - Google Patents

Protein chip and method for detecting protein

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JP2001242116A
JP2001242116A JP2000057602A JP2000057602A JP2001242116A JP 2001242116 A JP2001242116 A JP 2001242116A JP 2000057602 A JP2000057602 A JP 2000057602A JP 2000057602 A JP2000057602 A JP 2000057602A JP 2001242116 A JP2001242116 A JP 2001242116A
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JP2000057602A
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Japanese (ja)
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Yoshihiko Makino
快彦 牧野
Masashi Ogawa
雅司 小川
Makoto Takagi
誠 高木
Shigeori Takenaka
繁織 竹中
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protein chip and a method for detecting protein, for the purpose of performing the analysis of the interaction of protein with other protein as a part of research of protein through an electrochemical technique. SOLUTION: The protein chip is characterized, in that protein is fixed on the surface of a substrate and adapted in order, to detect protein forming a specific bond with respect to the protein on the surface of the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、タンパク質解析技
術における、タンパク質の発現、機能解析、他の生化学
分子との相互作用、タンパク質の同定や修飾等の研究に
特に有効な、基板表面にタンパク質が固定されてなるタ
ンパクチップに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a protein analysis technique, which is particularly useful for studies on protein expression, functional analysis, interaction with other biochemical molecules, identification and modification of proteins, etc. To a protein chip in which is fixed.

【0002】[0002]

【従来の技術】生物の示す種々の反応は、それに関与す
る生体内分子、特にタンパク質の相互作用によって引き
起こされ、制御されている。従って、生体反応を分子レ
ベルで理解するためには、生体内分子の相互作用の解明
が不可欠となる。そのためには、タンパク質の発現、翻
訳後修飾(リン酸化、脱リン酸化等)、タンパク質と他
の物質との相互作用等を解明することが求められてい
る。
2. Description of the Related Art Various reactions exhibited by living organisms are caused and controlled by the interaction of in vivo molecules, particularly proteins. Therefore, in order to understand biological reactions at the molecular level, it is essential to elucidate the interactions between molecules in the living body. For that purpose, it is required to clarify protein expression, post-translational modification (phosphorylation, dephosphorylation, etc.), interaction between the protein and other substances, and the like.

【0003】プロテオーム(ゲノムによって発現された
タンパク質の完全なセット)解析のため、タンパク質の
性質に関する大規模な研究が行われている。タンパク質
の発現量、翻訳後修飾や相互作用を解析し、健康状態や
発病状態においてタンパク質発現レベルで発生している
現象を明らかにすることが中心課題である。一方、20
03年までにヒトの全遺伝子の塩基配列を解明するヒト
ゲノム計画も、格段に向上した処理能力を有する塩基配
列解析システムの出現により、急ピッチで進行してい
る。しかし、ゲノムの機能は、塩基配列のみで決定され
るわけではない。即ち、ゲノムの遺伝子上にコードされ
ているすべてのタンパク質が同時に発現しているわけで
はなく、臓器、組織、薬物、時期、加齢や疾患の種類に
より遺伝子発現の有無・量が異なる。また、生体内タン
パク質には、翻訳後修飾や高次立体構造のような不均一
性がある。
[0003] Extensive research into the properties of proteins has been performed for proteome (complete set of proteins expressed by the genome) analysis. The main task is to analyze protein expression levels, post-translational modifications and interactions, and to clarify the phenomena occurring at the protein expression level in health and disease states. On the other hand, 20
The Human Genome Project, which will elucidate the nucleotide sequences of all human genes by 2003, has been progressing at a rapid pace with the advent of a nucleotide sequence analysis system with significantly improved processing capacity. However, the function of the genome is not determined only by the base sequence. That is, not all proteins encoded on the genome gene are simultaneously expressed, and the presence / absence / amount of gene expression varies depending on the organ, tissue, drug, time, aging, and type of disease. In vivo proteins also have inhomogeneities such as post-translational modifications and higher tertiary structures.

【0004】そこで、プロテオーム解析の有力な手段と
して挙げられるのが、タンパク質を高感度で分析する質
量分析の発達である。質量分析法では、電気泳動ゲルか
らスポットを切り出し、還元やトリプシン消化処理を行
った後、分解されたタンパク質の分子量測定を行い、デ
ータベース検索を行うことによってタンパク質を同定す
る。上記の質量分析法の改良法として、MALDI−T
OF MS(マトリクス支援イオン化−飛行時間型質量
分析計:Koster,H. et al., Nature Biotechnol., 14,
1123-1128(1996)およびGriffin,T.J. et al., Nature B
iotechnol., 15, 1368-1372(1997))が知られている。M
ALDIとは、サンプルのイオン化を促進する試薬とし
てマトリクスを使用し、サンプルが備えられたマトリク
ス上にレーザー光を照射し、励起状態となったマトリク
スからのエネルギーによってサンプルを蒸発させ、気相
反応によってサンプルをイオン化する方法である。TO
Fは、サンプルプレート上でイオン化されたサンプルが
高真空のフライトチューブ内で自由飛行後、サンプルプ
レートの反対側に設置されたディテクタに低分子量の分
子から到達する性質を利用して、その到達時間を測定す
ることによって分子量を決定するものである。
Therefore, one of the promising means of proteome analysis is the development of mass spectrometry for analyzing proteins with high sensitivity. In mass spectrometry, spots are cut out from an electrophoresis gel, subjected to reduction or trypsin digestion treatment, and then the molecular weight of the degraded protein is measured, and the protein is identified by searching a database. As an improved method of the above mass spectrometry, MALDI-T
OF MS (matrix assisted ionization-time of flight mass spectrometer: Koster, H. et al., Nature Biotechnol., 14,
1123-1128 (1996) and Griffin, TJ et al., Nature B
iotechnol., 15, 1368-1372 (1997)). M
ALDI uses a matrix as a reagent to promote ionization of a sample, irradiates a laser beam onto the matrix provided with the sample, evaporates the sample with energy from the matrix in an excited state, and performs a gas phase reaction. This is a method of ionizing a sample. TO
F is the time required for the ionized sample to reach the detector installed on the opposite side of the sample plate from low molecular weight molecules after free flight in a high vacuum flight tube. Is measured to determine the molecular weight.

【0005】TOF型質量分析計とプロテインチップと
を組み合わせたSEIDI(Surface Enhanced Laser D
esorption/Ionization)プロテインチップシステムは、
プロテオーム解析の強力なツールである。SELDIプ
ロテインチップは、基板表面に化学修飾(陽イオン、陰
イオン、疎水性、親水性、金属イオン等)あるいは生化
学修飾(抗体、レセプター等)が施されたチップであ
り、現在、24スポットのチップまでが開発されてい
る。このシステムでは、チップ上でタンパク質、DN
A、種々の低分子物質との固相反応を行い、解析物の分
子量をTOF型質量分析計にて測定する。その結果、細
胞によるタンパク質の発現の相違や特定のタンパク質と
他の物質との相互作用の解析、試料中の極微量物質の定
量、翻訳後修飾や酵素活性の測定などを行うことができ
る。この方法では、サンプルの標識の必要がなく、サン
プルを1アットモル乃至1フェムトモルのレベルまで検
出することができる。
[0005] SEIDI (Surface Enhanced Laser D) combining a TOF mass spectrometer with a protein chip.
esorption / Ionization) Protein chip system
A powerful tool for proteome analysis. The SELDI protein chip is a chip in which the substrate surface is chemically modified (cations, anions, hydrophobicity, hydrophilicity, metal ions, etc.) or biochemically modified (antibodies, receptors, etc.). Even chips are being developed. In this system, protein, DN
A, A solid phase reaction with various low molecular substances is performed, and the molecular weight of the analyte is measured by a TOF mass spectrometer. As a result, it is possible to analyze differences in protein expression between cells, the interaction between a specific protein and another substance, quantify trace substances in a sample, measure post-translational modification, and measure enzyme activity. This method eliminates the need for labeling the sample and allows detection of the sample down to the level of 1 attomole to 1 femtomolar.

【0006】プロテインチップとして、表面がカルボキ
シデキストランで被覆された金膜表面にタンパク質が固
定されたセンサーチップも知られている。センサーチッ
プを用いるタンパク質−タンパク質相互作用の検出方法
(主に、モノクローナル抗体のスクリーニンング)で
は、サンプルをカセット式のマイクロ流路系を介してチ
ップ表面に添加し、タンパク質とサンプルとの二分子間
の結合や解離に伴うチップ表面での質量変化を表面プラ
ズモン共鳴(SPR)シグナルとして検出する。この方
法においてもサンプルを標識する必要はない。
[0006] As a protein chip, a sensor chip in which a protein is immobilized on the surface of a gold film whose surface is coated with carboxydextran is also known. In a method for detecting a protein-protein interaction using a sensor chip (mainly, screening of a monoclonal antibody), a sample is added to the chip surface via a cassette-type microchannel system, and a bilayer of the protein and the sample is added. The change in mass on the chip surface due to the binding and dissociation between them is detected as a surface plasmon resonance (SPR) signal. In this method, it is not necessary to label the sample.

【0007】SELDIプロテインチップやセンサーチ
ップは、一般的に、タンパク質と他の物質との相互作用
が強い場合(例えば、リガンド−レセプター、抗原−抗
体など)に有効であり、弱い相互作用の検出には有効な
方法とは言い難い。また、SELDIプロテインチップ
およびセンサーチップの現在の技術では、多数のサンプ
ルを同時に短時間で解析するのは困難である。
[0007] SELDI protein chips and sensor chips are generally effective when the interaction between a protein and another substance is strong (eg, ligand-receptor, antigen-antibody, etc.), and is used for detecting weak interaction. Is not an effective method. Also, with the current technology of SELDI protein chips and sensor chips, it is difficult to analyze many samples simultaneously in a short time.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、タンパク質
の研究の一環であるタンパク質と他のタンパク質との相
互作用の解析を電気化学的手法を利用して行うことを目
的とした、タンパクチップ、およびタンパク質の検出方
法を提供することを、その課題とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a protein chip, which aims to analyze the interaction between a protein and another protein as a part of protein research by utilizing an electrochemical technique. And a method for detecting a protein.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、基板表面にタ
ンパク質が固定されていることを特徴とする、該表面の
タンパク質と特異的な結合を形成するタンパク質を検出
するためのタンパクチップにある。
Means for Solving the Problems The present invention resides in a protein chip for detecting a protein which forms a specific bond with a protein on the surface, wherein the protein is immobilized on the substrate surface. .

【0010】本発明のタンパクチップの好ましい態様は
以下の通りである。 (1)基板が、外部に出力する端子を備えた電極であ
る。 (2)電極が複数個であって、複数の電極表面のそれぞ
れに、互いに異なるアミノ酸配列部位を有するタンパク
質が固定されている。 (3)電極が、電気絶縁性の基板表面に規則的な間隔で
蒸着されている金であって、そして、タンパク質がチオ
ール結合を介してその一端で金表面に結合している。
[0010] Preferred embodiments of the protein chip of the present invention are as follows. (1) The substrate is an electrode provided with a terminal for outputting to the outside. (2) There are a plurality of electrodes, and proteins having different amino acid sequence sites are immobilized on each of the plurality of electrode surfaces. (3) The electrodes are gold deposited on the electrically insulating substrate surface at regular intervals, and the protein is bound to the gold surface at one end via a thiol bond.

【0011】本発明は、また、上記記載の本発明のタン
パクチップの表面に、液相にて、電気化学活性物質で標
識した試料タンパク質を接触させ、該チップに固定され
ているタンパク質と試料タンパク質との複合体を基板上
で形成させる工程;そして、該複合体が固定されている
基板を介した電気化学的な測定により、該複合体固定チ
ップ上の標識量を検出する工程を含むことを特徴とす
る、タンパクチップに固定されているタンパク質と特異
的な結合を形成する試料タンパク質の検出方法にもあ
る。
According to the present invention, a sample protein labeled with an electrochemically active substance is brought into contact with the surface of the above-described protein chip of the present invention in a liquid phase, and the protein fixed on the chip and the sample protein are contacted. Forming a complex with the complex on the substrate; and detecting the amount of label on the complex-fixed chip by electrochemical measurement through the substrate to which the complex is fixed. There is also a method for detecting a sample protein that forms a specific bond with a protein immobilized on a protein chip, which is a feature.

【0012】本発明は、さらに、液相にて、前記記載の
本発明のタンパクチップの表面に、電気化学活性物質で
標識した試料タンパク質を、該チップ上のタンパク質と
試料タンパク質との間に形成される結合状態に影響を与
える液相の因子を変化させながら接触させ、該チップに
固定されているタンパク質と試料タンパク質との複合体
を基板上で形成させる工程;そして、該複合体が固定さ
れている基板を介した電気化学的な測定により、該因子
の変化における該複合体固定チップ上の標識量の変化を
検出する工程を含むことを特徴とする、タンパクチップ
に固定されているタンパク質と特異的な結合を形成する
試料タンパク質の検出方法にもある。
According to the present invention, further, a sample protein labeled with an electrochemically active substance is formed between the protein on the chip and the sample protein on the surface of the protein chip of the present invention in the liquid phase. Contacting while changing the liquid phase factor affecting the binding state to form a complex of the protein immobilized on the chip and the sample protein on the substrate; and immobilizing the complex. Comprising a step of detecting a change in the amount of label on the complex-fixed chip due to a change in the factor by electrochemical measurement through the substrate, wherein the protein is fixed to the protein chip. There is also a method for detecting a sample protein that forms a specific bond.

【0013】タンパクチップに固定されているタンパク
質と特異的な結合を形成する試料タンパク質の検出方法
の好ましい態様は、タンパクチップ上のタンパク質と試
料タンパク質との間に形成される結合状態に影響を与え
る液相の因子として、液相の温度あるいは液相のイオン
強度を利用する。
A preferred embodiment of the method for detecting a sample protein that forms a specific bond with a protein immobilized on a protein chip affects the binding state formed between the protein on the protein chip and the sample protein. The temperature of the liquid phase or the ionic strength of the liquid phase is used as a factor of the liquid phase.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明のタンパクチップ(1)
は、基板表面にタンパク質が固定されてなる分析素子で
あって、該表面のタンパク質と相互作用するタンパク質
を検出するための分析素子である。図1に、本発明の最
も好ましいタンパクチップ(1)、および本発明の代表
的なタンパク質の検出方法(特に、タンパクチップに固
定されているタンパク質とタンパク質との複合体の形
成)を模式的に示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Protein chip (1) of the present invention
Is an analytical element in which a protein is immobilized on the surface of a substrate, and is an analytical element for detecting a protein that interacts with the protein on the surface. FIG. 1 schematically shows the most preferable protein chip (1) of the present invention and a typical protein detection method of the present invention (particularly, formation of a complex between a protein immobilized on a protein chip and a protein). Show.

【0015】本発明の最も好ましいタンパクチップ
(1)は、外部に出力する端子(4)を備えた電極
(3)の表面にタンパク質(5)が固定されてなる分析
素子である。好ましい。電極の数は、一つであっても複
数個であってもよい。電極の数が複数個である場合に
は、それぞれの電極表面に固定されるタンパク質は、同
一(但し、完全同一)のタンパク質であってもよいが、
そのアミノ酸配列部位が互いに異なるタンパク質である
ことが好ましい。
The most preferred protein chip (1) of the present invention is an analytical element having a protein (5) fixed on the surface of an electrode (3) having a terminal (4) for outputting to the outside. preferable. The number of electrodes may be one or more. When the number of electrodes is two or more, the protein immobilized on each electrode surface may be the same (but completely the same) protein,
It is preferable that the amino acid sequence sites are different from each other.

【0016】ここで、「複合体」とは、タンパクチップ
に固定されているタンパク質とタンパク質との相互作用
によって形成されるものを意味し、「相互作用」とは、
ファンデルワールス力、クーロン力、イオン結合、静電
気的引力等の、タンパク質−タンパク質間において認め
られる特異的な結合の総称をいう。「固定」とは、タン
パク質が基板表面に化学結合されている状態のみなら
ず、静電結合等によって仮固定されている状態をも含
む。「タンパク質」には、アミノ酸残基数では、2乃至
10残基の範囲オリゴペプチドおよび11乃至50残基
の範囲のポリペプチドも含み、複合タンパク質では、糖
タンパク質やリン酸化タンパク質を含み、形態では、繊
維状および球状を含む。
Here, the term “complex” means a substance formed by the interaction between a protein immobilized on a protein chip and the protein, and the term “interaction” means
It refers to a general term for specific binding observed between proteins such as van der Waals force, Coulomb force, ionic bond, and electrostatic attraction. The term “immobilized” includes not only a state in which the protein is chemically bonded to the substrate surface but also a state in which the protein is temporarily immobilized by electrostatic bonding or the like. "Protein" also includes oligopeptides in the range of 2 to 10 residues and polypeptides in the range of 11 to 50 residues in terms of the number of amino acid residues, complex proteins include glycoproteins and phosphorylated proteins, , Including fibrous and spherical.

【0017】本発明のタンパク質の検出方法の基本原理
は、図1に示すように、本発明の代表的なタンパクチッ
プ(1)に、液相にて、電気化学活性物質(7)で標識
されたタンパク質(8)を接触させて、電極(3)上に
固定されているタンパク質(5)と標識タンパク質
(8)との複合体(10)を形成させ、この複合体(1
0)に認められる相互作用を電気的な信号に変換するこ
とである。図1には、タンパク質(5)と標識タンパク
質(8)との間に相互作用が認められ、一つの電極上で
電気化学活性を有する複合体が形成されている様子を示
す。
As shown in FIG. 1, the basic principle of the protein detection method of the present invention is as follows: a typical protein chip (1) of the present invention is labeled with an electrochemically active substance (7) in a liquid phase. The contacted protein (8) forms a complex (10) of the protein (5) immobilized on the electrode (3) and the labeled protein (8), and the complex (1)
0) is to convert the interaction observed in 0) into an electric signal. FIG. 1 shows a state in which an interaction is recognized between the protein (5) and the labeled protein (8), and a complex having electrochemical activity is formed on one electrode.

【0018】以下、本発明のタンパクチップについて詳
述する。
Hereinafter, the protein chip of the present invention will be described in detail.

【0019】本発明のタンパクチップは、一つの基板表
面に、または複数の領域に区画された基板表面のそれぞ
れにタンパク質が固定されてなるものである。領域が複
数個の場合には、その数は、8乃至500個の範囲にあ
ることが好ましく、25乃至400個の範囲にあること
が特に好ましい。基板として電極を用いる場合には、そ
の電極は、複数の領域に区画された、電気絶縁性を持た
ない基板表面のそれぞれに互いに接しないように、かつ
規則的に配置されていることが好ましい。電極の材料と
しては、グラファイト、グラシーカーボン、パイリティ
ックグラファイト、カーボンペースト、カーボンファイ
バー等の炭素電極、白金、白金黒、金、パラジウム、ロ
ジウム等の貴金属電極、酸化チタン、酸化スズ、酸化マ
ンガン、酸化鉛等の酸化物電極、Si、Ge、ZnO、
CdS、TiO2、GaAs等の半導体電極、チタンな
どの電子伝導体を挙げることができるが、金もしくはグ
ラシーカーボンを用いることがが特に好ましい。これら
の電子伝導体は、導電性高分子によって被覆されていて
も、また、単分子膜によって被覆されていてもよい。こ
れによって安定なタンパクチップを作製することができ
る。
The protein chip of the present invention has a protein immobilized on one substrate surface or on a substrate surface divided into a plurality of regions. When there are a plurality of regions, the number is preferably in the range of 8 to 500, and particularly preferably in the range of 25 to 400. When an electrode is used as the substrate, it is preferable that the electrodes are regularly arranged so as not to be in contact with each of the surfaces of the substrate having no electric insulation, which are divided into a plurality of regions. Examples of the material of the electrode include carbon electrodes such as graphite, glassy carbon, pyrolytic graphite, carbon paste, and carbon fiber; noble metal electrodes such as platinum, platinum black, gold, palladium, and rhodium; titanium oxide, tin oxide, and manganese oxide. Oxide electrodes such as lead oxide, Si, Ge, ZnO,
Examples thereof include semiconductor electrodes such as CdS, TiO 2 , and GaAs, and electron conductors such as titanium. It is particularly preferable to use gold or glassy carbon. These electron conductors may be covered with a conductive polymer, or may be covered with a monomolecular film. As a result, a stable protein chip can be produced.

【0020】電気絶縁性の基板上に複数の電極が配置さ
れたものとしては、導電性を持たない基板の表面を上記
の電子伝導体で処理したものを用いることが好ましく、
金で蒸着処理したものを用いることが特に好ましい。基
板は、電子伝導体で表面処理をする前に、基板上に電荷
を有する親水性の高分子物質からなる層や架橋剤からな
る層を設けてもよい。このような層を設けることによっ
て基板の凹凸を軽減することができる。また、基板によ
っては、その基板中に電荷を有する親水性の高分子物質
を含ませることも可能であり、このような処理を施した
基板も好ましく用いることができる。電気絶縁性の基板
上に複数の電極が配置されたものとしては、文献(Sosn
owski,R.G. et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 94, 111
9-1123(1997))に記載の、核酸が未固定のシリコンチッ
プも好ましく用いることができる。また、プリント配線
基板のように、電極が基板上に印刷されてなるものであ
ってもよい。
As the electrode having a plurality of electrodes disposed on an electrically insulating substrate, it is preferable to use a substrate obtained by treating the surface of a non-conductive substrate with the above-described electronic conductor.
It is particularly preferable to use one that has been subjected to a vapor deposition treatment with gold. Before the surface treatment with the electron conductor, the substrate may be provided with a layer made of a charged hydrophilic polymer substance or a layer made of a crosslinking agent on the substrate. By providing such a layer, unevenness of the substrate can be reduced. Further, depending on the substrate, a hydrophilic polymer substance having an electric charge can be contained in the substrate, and a substrate subjected to such treatment can be preferably used. A document in which a plurality of electrodes are arranged on an electrically insulating substrate is described in the literature (Sosn
owski, RG et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 111.
9-1123 (1997)), a silicon chip on which nucleic acids are not immobilized can also be preferably used. Further, like a printed wiring board, an electrode may be printed on the board.

【0021】電極以外の基板としては、電気絶縁性の疎
水性担体、あるいは電気絶縁性の低親水性の担体である
ことが好ましい。また、その表面が凹凸を有する平面性
の低いものであっても好ましく用いることができる。基
板の材質としては、ガラス、セメント、陶磁器等のセラ
ミックスもしくはニューセラミックス、ポリエチレンテ
レフタレート、酢酸セルロース、ビスフェノールAのポ
リカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレ
ート等のポリマー、シリコン、活性炭、多孔質ガラス、
多孔質セラミックス、多孔質シリコン、多孔質活性炭、
織編物、不織布、濾紙、短繊維、メンブレンフィルター
等の多孔質物質などを挙げることができる。多孔質物質
の細孔の大きさは、2乃至1000nmの範囲にあるこ
とが好ましく、2乃至500nmの範囲にあることが特
に好ましい。基板の材質は、上記記載の各種ポリマー、
ガラスもしくはシリコンであることが特に好ましい。こ
れは、表面処理の容易さや電気化学的方法による解析の
容易さによるものである。基板の厚さは、特に限定され
ないが、板状である場合には、100乃至10000μ
mの範囲にあることが好ましい。
The substrate other than the electrodes is preferably an electrically insulating hydrophobic carrier or an electrically insulating low hydrophilic carrier. In addition, even if the surface has unevenness and low flatness, it can be preferably used. Materials for the substrate include glass, cement, ceramics such as ceramics or new ceramics, polyethylene terephthalate, cellulose acetate, polycarbonate such as bisphenol A, polystyrene, polymers such as polymethyl methacrylate, silicon, activated carbon, porous glass,
Porous ceramics, porous silicon, porous activated carbon,
Examples thereof include porous materials such as woven and knitted fabrics, nonwoven fabrics, filter paper, short fibers, and membrane filters. The size of the pores of the porous material is preferably in the range of 2 to 1000 nm, particularly preferably in the range of 2 to 500 nm. The material of the substrate is various polymers described above,
Particularly preferred is glass or silicon. This is due to the ease of surface treatment and the ease of analysis by electrochemical methods. The thickness of the substrate is not particularly limited.
m is preferably in the range.

【0022】タンパク質は、その何れの位置で固定され
ていてもよく、また二箇所以上で固定されていてもよい
が、C末端あるいはN末端で固定されていることが特に
好ましい。タンパク質の固定方法としては、公知の方法
(共有結合、イオン結合、物理的吸着等)を用いること
ができる。基板表面が金で蒸着処理されている場合に
は、例えば、システイン残基を導入したタンパク質を調
製し、そのシステイン残基のメルカプト基と金との配位
結合を介して、タンパク質を金表面に固定することがで
きる。システイン残基のタンパク質中の配列位置は、高
次構造形成に邪魔にならない位置であれば、必ずしもタ
ンパク質の末端でなくともよいが、タンパク質がC末端
あるいはN末端で固定されていることが特に好ましいこ
とから、タンパク質のC末端あるいはN末端であること
が特に好ましい。基板表面がグラシーカーボンで塗布処
理されている場合には、そのグラシーカーボン層を過マ
ンガン酸カリウムで酸化することによって、基板表面に
(あるいは、グラシーカーボン層のさらに表面)にカル
ボン酸基が導入されるため、タンパク質は、アミド結合
により基板上に固定される。
The protein may be immobilized at any position, or may be immobilized at two or more positions, but is particularly preferably immobilized at the C-terminal or N-terminal. Known methods (covalent bond, ionic bond, physical adsorption, etc.) can be used as the method for immobilizing the protein. When the substrate surface has been vapor-deposited with gold, for example, a protein into which a cysteine residue is introduced is prepared, and the protein is transferred to the gold surface through a coordination bond between the mercapto group of the cysteine residue and gold. Can be fixed. The sequence position of the cysteine residue in the protein is not necessarily the terminal of the protein as long as it does not hinder the formation of a higher-order structure, but it is particularly preferable that the protein is fixed at the C-terminal or the N-terminal. For this reason, it is particularly preferable that the protein is at the C-terminal or N-terminal. If the substrate surface is coated with glassy carbon, the glassy carbon layer is oxidized with potassium permanganate to form a carboxylic acid group on the substrate surface (or on the surface of the glassy carbon layer). Is introduced, the protein is immobilized on the substrate by an amide bond.

【0023】タンパク質としては、細胞などの任意の生
物材料から入手したタンパク質を適当な切断によって調
製したタンパク質断片、人工的に合成したポリペプチド
やオリゴペプチドを用いることができる。また、任意の
生物材料から取り出したDNA断片を試験管内で他の生
物のDNA分子に連結して組み換えDNA分子を作製
し、その組み換えDNA分子を宿主細胞に移入後、その
宿主細胞を培養すること(いわゆる組み換えDNA技
術)によって産生されるタンパク質を用いることも好ま
しい。組み換えDNA技術は、特定の種類のタンパク質
を発現あるいは増殖できる点で有効である。任意の生物
のDNA断片は、生物材料から取り出す方法によってだ
けでなく、人工合成する方法、PCR法により合成する
方法、または生物材料からmRNAを取り出し、これを
鋳型として逆転写酵素を用いてcDNA(相補的DN
A)を合成する方法によって調製したものを用いてもよ
い。システイン残基が導入されたタンパク質は、システ
イン残基を有するDNA断片を組み換えDNA技術に供
して産生されるタンパク質を使用することが好ましい。
As the protein, a protein fragment obtained by appropriately cleaving a protein obtained from an arbitrary biological material such as a cell, a polypeptide or an oligopeptide artificially synthesized can be used. In addition, a DNA fragment taken from any biological material is ligated to a DNA molecule of another organism in a test tube to prepare a recombinant DNA molecule, and the recombinant DNA molecule is transferred to a host cell, and then the host cell is cultured. It is also preferred to use proteins produced by (so-called recombinant DNA technology). Recombinant DNA technology is effective in that it can express or propagate a specific type of protein. DNA fragments of any organism can be obtained not only by a method of removing from biological material, but also by a method of artificial synthesis, a method of synthesizing by PCR, or a method of extracting mRNA from biological material and using this as a template to obtain cDNA (reverse transcriptase). Complementary DN
Those prepared by a method for synthesizing A) may be used. As the protein into which a cysteine residue has been introduced, it is preferable to use a protein produced by subjecting a DNA fragment having a cysteine residue to recombinant DNA technology.

【0024】例えば、酵母のタンパク質合成における翻
訳段階の特定の時期での粗回収物に含まれるタンパク質
との相互作用を検出する場合には、酵母より取り出した
オープン・リーディング・フレイム(ORF:終止コド
ンのない比較的長いDNA配列))を発現ベクターに組
み込んで発現させたタンパク質を用いることが好まし
い。
For example, when detecting an interaction with a protein contained in a crude product at a specific stage of a translation step in protein synthesis of yeast, an open reading frame (ORF: stop codon) taken out of yeast is detected. It is preferable to use a protein which is expressed by incorporating a relatively long DNA sequence without a) into an expression vector.

【0025】タンパク質の固定は、タンパク質を含む水
性液を基板上に点着して行うことが好ましい。固定が化
学結合以外の様式で行われる場合には、タンパク質を基
板表面に安定に固定するため、基板表面をポリ−L−リ
シン、ポリエチレンイミン、ポリアルキルアミン等で処
理した後に、処理後の基板表面に親水性ポリマーを含む
タンパク質の水性液を点着することが好ましい。また、
親水性ポリマーを含むタンパク質の水性液を点着後、さ
らに、加熱処理や紫外線処理を行うことも好ましい。加
熱処理や紫外線処理は、タンパク質とポリリシンやポリ
エチレンイミンで処理した基板表面との間に架橋を形成
し、その結果、タンパク質がさらに安定に固定されるか
らである。親水性ポリマーとしては、カチオン性、アニ
オン性もしくは両性イオン性のポリマーを用いることが
できるが、電気化学的な検出を妨げないもの、および試
料タンパク質との複合体の形成を阻害しないものである
ことが好ましい。
The immobilization of the protein is preferably carried out by spotting an aqueous solution containing the protein on the substrate. When the immobilization is performed by a method other than chemical bonding, the surface of the substrate is treated with poly-L-lysine, polyethyleneimine, polyalkylamine, etc. in order to stably immobilize the protein on the substrate surface, and then the substrate after the treatment is treated. It is preferable to apply an aqueous solution of a protein containing a hydrophilic polymer on the surface. Also,
It is also preferable that after the aqueous solution of the protein containing the hydrophilic polymer is spotted, a heat treatment or an ultraviolet treatment is further performed. This is because heat treatment or ultraviolet treatment forms a crosslink between the protein and the substrate surface treated with polylysine or polyethyleneimine, and as a result, the protein is more stably immobilized. As the hydrophilic polymer, a cationic, anionic or zwitterionic polymer can be used, but one that does not interfere with electrochemical detection and one that does not inhibit the formation of a complex with the sample protein Is preferred.

【0026】タンパク質の水性液を点着後は、所定の温
度(好ましくは、室温)でそのまま数時間放置するとタ
ンパク質が基板表面に固定される。点着後、必要に応じ
てインキュベーションを行ってもよい。点着の条件は、
使用する基板の種類や大きさ、点着するタンパク質の種
類の数などによって異なる。点着は、マニュアル操作に
よっても行うことができるが、DNAマイクロアレイ法
で有用されているDNAスポッター装置を用いて行うこ
とも好ましい。即ち、DNAスポッター装置を用いて、
複数の領域に区画された基板上に、それぞれの領域に対
応するようにタンパク質の水性液をスポットすることも
好ましい。点着後は、未固定のタンパク質を洗浄して除
去しておくことが好ましい。
After the aqueous solution of the protein is spotted, the protein is fixed on the surface of the substrate when left at a predetermined temperature (preferably room temperature) for several hours. After spotting, incubation may be performed if necessary. The conditions for spotting are
It depends on the type and size of the substrate to be used, the number of types of spotted proteins, and the like. The spotting can be performed by a manual operation, but it is also preferable to perform the spotting using a DNA spotter apparatus useful in the DNA microarray method. That is, using a DNA spotter device,
It is also preferable to spot an aqueous solution of the protein on the substrate divided into a plurality of regions so as to correspond to each region. After spotting, it is preferable to wash and remove unfixed proteins.

【0027】タンパク質の基板表面への固定の確認は、
例えば、点着するタンパク質を後述する電気化学活性物
質で予め標識しておき、点着後、基板と電気化学活性物
質との間を流れる電流量を測定することによって実施す
ることができる。
Confirmation of the fixation of the protein to the substrate surface
For example, it can be carried out by labeling a protein to be spotted in advance with an electrochemically active substance to be described later, and measuring the amount of current flowing between the substrate and the electrochemically active substance after spotting.

【0028】以下、本発明のタンパク質の検出方法につ
いて説明する。
Hereinafter, the method for detecting a protein of the present invention will be described.

【0029】検出対象の試料タンパク質としては、タン
パク質、ペプチド、および、糖、脂質、リン酸等によっ
て修飾されてなる複合ペプチドや複合タンパク質を挙げ
ることができる。実験系や臨床系から得られる未精製の
生化学サンプルの抽出液、組織、白血球、体液(血液、
血清、尿、精液、唾液等)、糞便などに含まれるタンパ
ク質を精製せずに使用することができる。
Examples of sample proteins to be detected include proteins, peptides, and composite peptides and proteins modified with sugar, lipid, phosphate, and the like. Extracts, tissues, leukocytes, body fluids (blood,
Serum, urine, semen, saliva, etc.), feces, and other proteins can be used without purification.

【0030】本発明のタンパク質の検出方法では、タン
パクチップ上に固定されているタンパク質と試料タンパ
ク質との複合体を電気化学的手法で測定するため、試料
タンパク質を電気化学活性物質で標識する。標識には、
ピーク電流値が印加する電位に依存するような互いに異
なる二種類以上の電気化学活性物質を用いてもよい。電
気化学活性物質としては、下記に記載の有機金属化合物
と、金属原子を含まないが導電性を有する物質とを挙げ
ることができる。
In the protein detection method of the present invention, the sample protein is labeled with an electrochemically active substance in order to measure the complex of the protein immobilized on the protein chip and the sample protein by an electrochemical technique. Signs include:
Two or more different types of electrochemically active substances different in peak current value depending on the applied potential may be used. Examples of the electrochemically active substance include the following organometallic compounds and substances having no metal atom but having conductivity.

【0031】有機金属化合物としては、配位子から中心
金属原子の電子供与に加えて、中心金属原子の軌道から
配位子の原子の空軌道へ電子がπ結合を通じて供与され
るタイプのπ錯体を用いることが好ましい。また、有機
金属化合物としては、繰り返し単位同士が配位結合によ
って結合している配位高分子も好ましく用いることがで
きる。π錯体は、金属原子に対する配位が、単座配位、
二座配位、多座配位もしくは架橋配位の何れの配位によ
るものであってもよい。π錯体の具体例としては、下記
式に示すメタロセン錯体をあげることができる。Mは、
金属原子を表す。
As the organometallic compound, a π complex of a type in which an electron is donated from the orbit of the central metal atom to the free orbit of the atom of the ligand through a π bond in addition to the electron donation of the central metal atom from the ligand. It is preferable to use Further, as the organometallic compound, a coordination polymer in which repeating units are bonded to each other through a coordination bond can also be preferably used. The π complex has a monodentate coordination with respect to a metal atom,
Any of bidentate, multidentate or cross-linking coordination may be used. Specific examples of the π complex include a metallocene complex represented by the following formula. M is
Represents a metal atom.

【0032】[0032]

【化1】 Embedded image

【0033】メタロセン錯体の金属原子は、Fe、N
i、Co、Mo、Zn、Cr、Tl、Ta、Ti、C
u、Mn、W、V、RuもしくはOsであることが好ま
しく、Fe、Co、Ni、Ru、Os、VもしくはCr
であることがさらに好ましく、Fe(このとき、メタロ
セン錯体は、フェロセンである)であることが特に好ま
しい。
The metal atom of the metallocene complex is Fe, N
i, Co, Mo, Zn, Cr, Tl, Ta, Ti, C
u, Mn, W, V, Ru or Os, preferably Fe, Co, Ni, Ru, Os, V or Cr
And more preferably Fe (where the metallocene complex is ferrocene).

【0034】π錯体としては、下記式で表されるシクロ
ブタジエン錯体、シクロペンタジエニル錯体、フェナン
トロリン錯体、ビピリジル錯体もしくはトリフェニルホ
スフィン錯体も好ましく用いることができる。フェナン
トロリン錯体としては、トリス(フェナントロリン)亜
鉛錯体、トリス(フェナントロリン)ルテニウム錯体、
トリス(フェナントロリン)コバルト錯体、ジ(フェナ
ントロリン)亜鉛錯体、ジ(フェナントロリン)ルテニ
ウム錯体およびジ(フェナントロリン)コバルト錯体お
よびフェナントロリンプラチナ錯体を挙げることができ
る。ビピリジル錯体としては、ビピリジルプラチナ錯
体、トリス(ビピリジル)亜鉛錯体、トリス(ビピリジ
ル)ルテニウム錯体、トリス(ビピリジル)コバルト錯
体、ジ(ビピリジル)亜鉛錯体、ジ(ビピリジル)ルテ
ニウム錯体およびジ(ビピリジル)コバルト錯体を挙げ
ることができる。
As the π complex, a cyclobutadiene complex, a cyclopentadienyl complex, a phenanthroline complex, a bipyridyl complex or a triphenylphosphine complex represented by the following formula can also be preferably used. Examples of the phenanthroline complex include a tris (phenanthroline) zinc complex, a tris (phenanthroline) ruthenium complex,
Mention may be made of tris (phenanthroline) cobalt, di (phenanthroline) zinc, di (phenanthroline) ruthenium and di (phenanthroline) cobalt and phenanthroline platinum complexes. Examples of the bipyridyl complex include a bipyridyl platinum complex, a tris (bipyridyl) zinc complex, a tris (bipyridyl) ruthenium complex, a tris (bipyridyl) cobalt complex, a di (bipyridyl) zinc complex, a di (bipyridyl) ruthenium complex, and a di (bipyridyl) cobalt complex Can be mentioned.

【0035】[0035]

【化2】 Embedded image

【0036】[0036]

【化3】 Embedded image

【0037】ビピリジン錯体としては、[Pd(bp
y)22+、[CoCl2(bpy)2+、[Fe(bp
y)3]n、もしくは[Cr(bpy)3]nであること
が好ましい。但し、bpyは、2,2’−ビピリジンを
表し、nは、−1乃至3の整数を表わす。トリフェニル
ホスフィン錯体としては、CoCH3(PPh33、C
oH(N2)(PPh33、RuH2(PPh34もしく
はRhH(PPh34であることが好ましい。Phは、
フェニル基を示す。
As the bipyridine complex, [Pd (bp
y) 2 ] 2+ , [CoCl 2 (bpy) 2 ] + , [Fe (bp
y) 3] n or [Cr (bpy) 3] n . Here, bpy represents 2,2′-bipyridine, and n represents an integer of −1 to 3. Examples of triphenylphosphine complexes include CoCH 3 (PPh 3 ) 3 , C
It is preferably oH (N 2 ) (PPh 3 ) 3 , RuH 2 (PPh 3 ) 4 or RhH (PPh 3 ) 4 . Ph is
Indicates a phenyl group.

【0038】導電性化合物として、クロロクルオロヘ
ム、クロロフィリド、クロロフィル、ヘム、ビタミンB
12等のポルフィリン系錯体も好ましく用いることができ
る。
As conductive compounds, chlorochloroheme, chlorophyllide, chlorophyll, heme, vitamin B
A porphyrin complex such as 12 can also be preferably used.

【0039】金属原子を含まない導電性化合物として
は、下記式で表されるビオロゲン、2,2’−ビピリジ
ン、1,10−フェナントロリン、カテコールアミン等
を挙げることができる。但し、RA、RBは、互いに独立
に、炭素原子数が1乃至6のアルキル基、炭素原子数が
1乃至6のアルコキシ基、炭素原子数が6乃至12のア
リール基、並びにN、OおよびSからなる群より選ばれ
るヘテロ原子を1乃至4個含む炭素原子数が2乃至12
の複素環基からなる群より選ばれる基であることが好ま
しい。上記のアルキル基、アルコキシ基、アリール基お
よび複素環基は、何れも炭素原子数が1乃至6のアルキ
ル基、炭素原子数が1乃至6のアルコキシ基および炭素
原子数が6乃至10のアリール基からなる群より選ばれ
る基で置換されていてもよい。RA、RBは、何れも、炭
素原子数が1乃至6のアルキル基もしくは炭素原子数が
6乃至12のアリール基であることがさらに好ましく、
フェニル基であることが特に好ましい。
Examples of the conductive compound containing no metal atom include viologen, 2,2'-bipyridine, 1,10-phenanthroline, and catecholamine represented by the following formula. Provided that R A and R B independently represent an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, N, O And 2 to 12 carbon atoms containing 1 to 4 heteroatoms selected from the group consisting of
Is preferably a group selected from the group consisting of: The above alkyl group, alkoxy group, aryl group and heterocyclic group are all alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, alkoxy groups having 1 to 6 carbon atoms and aryl groups having 6 to 10 carbon atoms. May be substituted with a group selected from the group consisting of R A and R B are more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms,
Particularly preferred is a phenyl group.

【0040】[0040]

【化4】 Embedded image

【0041】[0041]

【化5】 Embedded image

【0042】電気化学活性物質で標識された試料タンパ
ク質(以下、「タンパク質プローブ」という。)は、公
知の方法によって簡便に得ることができる。図2には、
代表的なタンパク質プローブの調製方法を示す。タンパ
ク質プローブ(A)は、フェロセンの活性エステル体
(C)と試料タンパク質(D)とを反応させることによ
って得られる。試料タンパク質(D)のアミノ基は、N
末端アミノ基であっても、(D)を構成するリシン残基
のδ−アミノ基であってもよい。
A sample protein labeled with an electrochemically active substance (hereinafter referred to as “protein probe”) can be easily obtained by a known method. In FIG.
A method for preparing a typical protein probe will be described. The protein probe (A) is obtained by reacting the active ester form of ferrocene (C) with the sample protein (D). The amino group of the sample protein (D) is N
It may be a terminal amino group or a δ-amino group of a lysine residue constituting (D).

【0043】本発明の検出方法は、以下の工程よりな
る。本発明のタンパクチップ表面に、液相にて、タンパ
ク質プローブを接触させ、該チップに固定されているタ
ンパク質とタンパク質プローブとの電気化学活性な複合
体を形成させる工程;および、その複合体が固定されて
いる基板を介した電気化学的な測定によって、その複合
体が固定されたチップ上の標識量を検出する工程であ
る。本発明のタンパク質の検出方法では、「電気化学的
な測定」とは、本発明のタンパクチップを、タンパク質
プローブを含む電解質溶液に浸漬し、次いで、カウンタ
ー電極を用いて、該電解質溶液中にて、該複合体が固定
された電極との一対の電解系を形成させた後、その複合
体が固定された電極とカウンター電極との間に電位を印
加し、複合体固定電極と電気化学活性物質との間を流れ
る電流量を検出する方法をいう。タンパクチップをタン
パク質プローブを含む電解質溶液に浸漬する方法として
は、タンパクチップにタンパク質プローブを含む電解質
溶液を点着するような、タンパクチップの部分的な浸漬
方法も含まれる。タンパク質プローブを接触後は、グリ
セロール、塩、尿素等を除去するため、洗浄することが
好ましい。
The detection method of the present invention comprises the following steps. A step of bringing a protein probe into contact with the surface of the protein chip of the present invention in a liquid phase to form an electrochemically active complex between the protein and the protein probe immobilized on the chip; and immobilizing the complex This is a step of detecting the amount of label on the chip on which the complex is immobilized by electrochemical measurement via the substrate that has been performed. In the protein detection method of the present invention, “electrochemical measurement” means that the protein chip of the present invention is immersed in an electrolyte solution containing a protein probe, and then, using a counter electrode, in the electrolyte solution. After forming a pair of electrolytic systems with the electrode to which the composite is fixed, a potential is applied between the electrode to which the composite is fixed and the counter electrode, and the composite fixed electrode and the electrochemically active material are applied. To detect the amount of current flowing between the two. The method of immersing a protein chip in an electrolyte solution containing a protein probe also includes a partial immersion method of the protein chip, such as spotting an electrolyte solution containing a protein probe on the protein chip. After contact with the protein probe, washing is preferably performed to remove glycerol, salt, urea and the like.

【0044】電流量の測定は、複合体固定電極と電気化
学活性物質との間を流れる電流量が測定できる方法であ
れば如何なる方法であってもよい。サイクリックボルタ
モグラフィー(CV)、デファレンシャルパルスボルタ
モグラフィー(DPV)、リニアスィープボルタモグラ
フィー、ポテンショスタット等を用いることが好まし
い。カウンター電極と複合体固定電極とを電解質溶液に
浸漬し、一対の電解系を形成させ、デファレンシャルパ
ルスボルタモグラフィーを測定することが特に好まし
い。
The method for measuring the amount of current may be any method as long as the method can measure the amount of current flowing between the composite fixed electrode and the electrochemically active substance. It is preferable to use cyclic voltammography (CV), differential pulse voltammography (DPV), linear sweep voltammography, potentiostat, or the like. It is particularly preferable to immerse the counter electrode and the composite fixed electrode in an electrolyte solution to form a pair of electrolytic systems, and measure differential pulse voltammography.

【0045】電気化学的な測定方法ではないが、走査型
電気化学顕微鏡(SECM)を用いて電流量を測定して
もよい。走査型電気化学顕微鏡は、一般的には、探針/
サンプル固定台、バイポテンショスタット、高解像度デ
ータ処理および三次元マイクロポジショナーから構成さ
れ、装備された探針を用いて微小な基板のx−y平面を
スキャンし、基板表面の近傍の化学的な変化(酸化還元
反応)を三次元のSECM画像図として与えるシステム
の総称である。探針としては、絶縁性のガラス、ポリマ
ーに埋包された貴金属あるいはカーボンファイバー微小
電極が用いられる。
Although not an electrochemical measurement method, the amount of current may be measured using a scanning electrochemical microscope (SECM). Scanning electrochemical microscopes generally use a probe /
Consists of a sample holder, bipotentiostat, high-resolution data processing, and three-dimensional micropositioner. Scans the xy plane of a small substrate using the equipped probe, and chemically changes near the substrate surface. (Redox reaction) is a general term for a system that gives a three-dimensional SECM image diagram. As the probe, an insulating glass, a noble metal or a carbon fiber microelectrode embedded in a polymer is used.

【0046】走査型電気化学顕微鏡による方法では、タ
ンパクチップをタンパク質プローブを含む電解質溶液に
浸漬し、次いで、該電解質溶液中にて、探針を基板上の
区画された領域のそれぞれに案内することによって、電
流量を測定することができる。走査型電気化学顕微鏡に
よる検出方法については、その詳細が特願平11−12
1563号の明細書に記載されている。
In the method using a scanning electrochemical microscope, a protein chip is immersed in an electrolyte solution containing a protein probe, and then a probe is guided to each of the partitioned regions on the substrate in the electrolyte solution. Thus, the amount of current can be measured. Details of the detection method using a scanning electrochemical microscope are described in Japanese Patent Application No. 11-12 / 1999.
No. 1563.

【0047】本発明のタンパク質の検出方法では、タン
パクチップ上のタンパク質とタンパク質プローブとの相
互作用、およびその相互作用の変化を、タンパクチップ
固定タンパク質とタンパク質プローブとの間に形成され
る特異的な結合状態に影響を与える液相の因子を連続的
に変化させながら検出することもできる。結合状態に影
響を与える因子としては、イオン強度、温度、有機溶媒
等を挙げることができる。上記因子を変化させながら検
出する方法は、上述した、一定の温度や一定のイオン強
度下での検出と異なり、相互作用が弱い系で特に威力を
発揮すると考えられる。
In the method for detecting a protein of the present invention, the interaction between the protein on the protein chip and the protein probe and the change in the interaction are determined by the specific protein formed between the protein chip-immobilized protein and the protein probe. Detection can also be performed while continuously changing the liquid phase factors that affect the binding state. Factors affecting the binding state include ionic strength, temperature, organic solvents and the like. The method of detecting while changing the above factors is considered to be particularly effective in a system with a weak interaction, unlike the above-described detection at a constant temperature and a constant ionic strength.

【0048】本発明のタンパクチップは、種々の利用が
可能であるが、タンパクチップ上のタンパク質と特異的
な結合を形成するタンパク質を検出するものであれば何
れの利用も可能である。以下、具体例を示す。
The protein chip of the present invention can be used in various ways, but any method can be used as long as it detects a protein that forms a specific bond with a protein on the protein chip. Hereinafter, specific examples will be described.

【0049】具体例1:本発明のタンパクチップは、
癌、炎症等の病気の原因となる遺伝子の同定、あるいは
発生や細胞周期の各時期に機能する遺伝子の同定に利用
することができる。例えば、全塩基配列が解明されてい
る出芽酵母のORFを発現ベクターに組み込んで産生さ
せたタンパク質を固定したタンパクチップを作製し、該
タンパク質に対する、対数増殖期、定常期等の特定の時
期の酵母細胞から抽出されるタンパク質の相互作用を検
出することによって、該時期の酵母タンパク質の発現量
を解析することができる。また、酵母細胞として遺伝子
破壊株や過剰発現株を用い、それらの株における発現量
を解析することもできる。さらに、分離精製した発現タ
ンパク質を試料とすれば、発現タンパク質の種類を特定
することも可能である。
Specific Example 1: The protein chip of the present invention comprises:
It can be used to identify genes that cause diseases such as cancer and inflammation, or genes that function at each stage of development and cell cycle. For example, a protein chip immobilized with a protein produced by incorporating the ORF of budding yeast whose entire nucleotide sequence has been elucidated into an expression vector is produced, and yeast at a specific time such as a logarithmic growth phase or a stationary phase for the protein is prepared. By detecting the interaction of the protein extracted from the cells, the expression level of the yeast protein at that time can be analyzed. Alternatively, gene-disrupted strains or overexpressed strains can be used as yeast cells, and the expression level in those strains can be analyzed. Furthermore, if the separated and purified expressed protein is used as a sample, the type of the expressed protein can be specified.

【0050】具体例2:本発明のタンパクチップは、バ
イオセンサとしても利用することができる。例えば、ピ
ルビン酸デヒドロゲナーゼコンプレックス(PDC)に
対する抗体を固定したタンパクチップに、PDCのサブ
ユニットを含む細胞溶解液を接触させた後、条件を変え
て洗浄することによって、サブユニットの相互作用の強
さを検出することができる。
Specific Example 2: The protein chip of the present invention can also be used as a biosensor. For example, after contacting a cell lysate containing a PDC subunit with a protein chip on which an antibody against pyruvate dehydrogenase complex (PDC) is immobilized, washing is performed under different conditions, whereby the strength of the interaction between the subunits is increased. Can be detected.

【0051】具体例3:本発明のタンパクチップは、タ
ンパク質の精製にも利用することができる。洗浄の条件
を順次変えていくことによって、数種類のタンパク質を
精製することも可能である。
Specific Example 3: The protein chip of the present invention can also be used for protein purification. By sequentially changing the washing conditions, it is possible to purify several types of proteins.

【0052】具体例4:本発明のタンパクチップは、試
料中の微量タンパク質の定量が可能である。例えば、ホ
スホチロシンペプチドを固定したタンパクチップに対し
て、濃度が異なるホスホチロシンを接触させて検量線を
作製することが可能である。
Specific Example 4: The protein chip of the present invention can quantify a trace amount of protein in a sample. For example, a calibration curve can be prepared by contacting phosphotyrosine having different concentrations with a protein chip on which a phosphotyrosine peptide is immobilized.

【0053】本発明のタンパクチップは、一般的に強い
相互作用を持つことが知られている抗原−抗体反応やリ
ガンド−レセプターの結合の検出にも有用である。前者
の例としては、モノクローナル抗体のスクリーニングを
挙げることができる。後者の例としては、ヒト成長ホル
モンレセプターを固定したタンパクチップに、天然型の
ヒト成長ホルモンおよびレセプターとの結合部位の一つ
のアミノ酸をアラニンに置換した変異型ホルモンをそれ
ぞれ接触させることによって得られる相互作用の強さの
相違から、医薬品リード化合物としての新規なヒト成長
ホルモンを開発することも可能である。
The protein chip of the present invention is also useful for detecting antigen-antibody reactions and ligand-receptor binding, which are generally known to have strong interactions. Examples of the former include screening for monoclonal antibodies. An example of the latter is the interaction between a native human growth hormone receptor and a mutant hormone in which one amino acid at the binding site of the receptor is substituted with alanine, and then contacted with a protein chip on which the human growth hormone receptor is immobilized. Due to the difference in potency, it is also possible to develop a novel human growth hormone as a pharmaceutical lead compound.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明のタンパクチップおよびタンパク
質の検出方法によって、特定の発現段階におけるタンパ
ク質の発現量の測定、細胞による発現タンパク質の種類
の決定、タンパクチップ上に固定されているタンパク質
と相互作用を有する生体機能性物質の検出、タンパク質
の精製などを電気化学的な標識量を測定することにより
行うことができる。電気化学活性物質の代わりに、蛍光
物質で標識されたタンパク質を用いる蛍光法も考えられ
るが、蛍光法では、タンパク質自身が有している蛍光の
ため精度の高い結果は期待できない。この点、本発明の
検出方法では、高い感度・精度を有し、多数の試料を同
時に短時間で簡便に処理することができる。
According to the protein chip and the method for detecting a protein of the present invention, the expression level of the protein at a specific expression stage is determined, the type of the expressed protein is determined by the cells, and the interaction with the protein fixed on the protein chip is achieved. The detection of a biofunctional substance having the above, the purification of a protein, and the like can be performed by measuring the amount of electrochemical labeling. Although a fluorescence method using a protein labeled with a fluorescent substance instead of the electrochemically active substance is also conceivable, a high-precision result cannot be expected in the fluorescence method due to the fluorescence of the protein itself. In this regard, the detection method of the present invention has high sensitivity and accuracy, and can easily process many samples simultaneously in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の代表的なタンパクチップ、および本発
明の代表的なタンパク質の検出方法を示す模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a typical protein chip of the present invention and a method for detecting a typical protein of the present invention.

【図2】電気化学活性物質で標識された試料タンパク質
を調製する代表的な方法を示す図である。
FIG. 2 shows a representative method for preparing a sample protein labeled with an electrochemically active substance.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 タンパクチップ 2 基板 3 電極 4 端子 5 タンパク質 6 試料タンパク質 7 電気化学活性物質 8 電気化学活性物質で標識された試料タンパク質 9 電気化学活性物質で標識された試料タンパク質を接
触後のタンパクチップ 10 電極上で形成された複合体
REFERENCE SIGNS LIST 1 protein chip 2 substrate 3 electrode 4 terminal 5 protein 6 sample protein 7 electrochemically active substance 8 sample protein labeled with electrochemically active substance 9 protein chip after contacting sample protein labeled with electrochemically active substance 10 on electrode Complex formed by

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹中 繁織 福岡県古賀市舞の里4−23−21 Fターム(参考) 4H045 AA40 BA60 CA40 DA01 EA50 FA80  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Shigeori Takenaka 4-23-21 Mai-no-sato, Koga-shi, Fukuoka F-term (reference) 4H045 AA40 BA60 CA40 DA01 EA50 FA80

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板表面にタンパク質が固定されている
ことを特徴とする、該表面のタンパク質と特異的な結合
を形成するタンパク質を検出するためのタンパクチッ
プ。
1. A protein chip for detecting a protein that forms a specific bond with a protein on the surface, wherein the protein is immobilized on the surface of the substrate.
【請求項2】 基板が、外部に出力する端子を備えた電
極であることを特徴とする請求項1に記載のタンパクチ
ップ。
2. The protein chip according to claim 1, wherein the substrate is an electrode provided with a terminal for outputting to the outside.
【請求項3】 電極が複数個であって、複数の電極表面
のそれぞれに、互いに異なるアミノ酸配列部位を有する
タンパク質が固定されていることを特徴とする請求項2
に記載のタンパクチップ。
3. The method according to claim 2, wherein a plurality of electrodes are provided, and proteins having different amino acid sequence sites are immobilized on each of the plurality of electrode surfaces.
The protein chip according to 1.
【請求項4】 電極が、電気絶縁性の基板表面に規則的
な間隔で蒸着されている金であって、そして、タンパク
質がチオール結合を介してその一端で金表面に結合して
いることを特徴とする請求項2もしくは3に記載のタン
パクチップ。
4. The method of claim 1, wherein the electrodes are gold deposited at regular intervals on an electrically insulating substrate surface, and that the protein is bound to the gold surface at one end via a thiol bond. The protein chip according to claim 2 or 3, wherein the protein chip is a protein chip.
【請求項5】 請求項2乃至4の内の何れかの項に記載
のタンパクチップの表面に、液相にて、電気化学活性物
質で標識した試料タンパク質を接触させ、該チップに固
定されているタンパク質と試料タンパク質との複合体を
基板上で形成させる工程;そして、該複合体が固定され
ている基板を介した電気化学的な測定により、該複合体
固定チップ上の標識量を検出する工程を含むことを特徴
とする、タンパクチップに固定されているタンパク質と
特異的な結合を形成する試料タンパク質の検出方法。
5. A sample protein labeled with an electrochemically active substance is brought into contact with the surface of the protein chip according to any one of claims 2 to 4 in a liquid phase, and is immobilized on the chip. Forming a complex of the present protein and the sample protein on the substrate; and detecting the amount of label on the complex-fixed chip by electrochemical measurement through the substrate to which the complex is fixed. A method for detecting a sample protein that forms a specific bond with a protein immobilized on a protein chip, comprising the steps of:
【請求項6】 液相にて、請求項2乃至4の内の何れか
の項に記載のタンパクチップの表面に、電気化学活性物
質で標識した試料タンパク質を、該チップ上のタンパク
質と試料タンパク質との間に形成される結合状態に影響
を与える液相の因子を変化させながら接触させ、該チッ
プに固定されているタンパク質と試料タンパク質との複
合体を基板上で形成させる工程;そして、該複合体が固
定されている基板を介した電気化学的な測定により、該
因子の変化における該複合体固定チップ上の標識量の変
化を検出する工程を含むことを特徴とする、タンパクチ
ップに固定されているタンパク質と特異的な結合を形成
する試料タンパク質の検出方法。
6. A protein chip labeled with an electrochemically active substance on the surface of the protein chip according to any one of claims 2 to 4 in a liquid phase, wherein the protein on the chip and the sample protein are used. Contacting while changing the factors of the liquid phase that affect the binding state formed between the sample and the substrate to form a complex of the protein fixed on the chip and the sample protein on the substrate; and Immobilizing on the protein chip, comprising a step of detecting a change in the amount of label on the complex-immobilized chip due to a change in the factor by electrochemical measurement through a substrate on which the complex is immobilized. A method for detecting a sample protein that forms a specific bond with the protein being used.
【請求項7】 タンパクチップ上のタンパク質と試料タ
ンパク質との間に形成される結合状態に影響を与える液
相の因子として、液相の温度あるいは液相のイオン強度
を利用することを特徴とする請求項6に記載の試料タン
パク質の検出方法。
7. The method according to claim 1, wherein the temperature of the liquid phase or the ionic strength of the liquid phase is used as a factor of the liquid phase which affects the binding state formed between the protein on the protein chip and the sample protein. A method for detecting a sample protein according to claim 6.
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