JP2003284552A - イオン性高分子同定用高分子チップ及びイオン性高分子の同定方法 - Google Patents
イオン性高分子同定用高分子チップ及びイオン性高分子の同定方法Info
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Abstract
ン性高分子を同定する。 【解決手段】 例えば正に荷電したイオン性高分子を同
定するためには負に荷電した別のイオン性高分子を基盤
やビーズ上に固定化する。そこに正に荷電したイオン性
高分子を吸着させる。周囲のイオン環境を急激に低下さ
せると吸着した複合体は安定化する。しかし吸着してい
ない固定化されたイオン性高分子は構造が不安定にな
る。安定な構造と不安定な構造を区別するマーカーを固
定化されたイオン性高分子につけておくと同定したいイ
オン性高分子がどの固定化されたイオン性高分子に吸着
したかが判定できる。
Description
質に代表されるイオン性高分子を同定するためのバイオ
チップ、及びこれを利用するイオン性高分子の同定方法
に属する。
り、医薬開発や医療検査のツールとすることが期待され
ている。
であり、DNA同士がその配列によって特異的な結合を
おこなうが、核酸はどちらも同じマイナスチャージをも
っているため、イオン性の高い溶媒でハイブリダイゼー
ションを行っていた。これを利用し、従来のバイオチッ
プはプローブのDNAを担体に固定して、サンプルのD
NAを検出していた。
ば、DNA結合たんぱく質を同定する場合は、従来のバ
イオチップでは同定できない。つまり、サンプルとして
のたんぱく質は、バイオチップ上のプローブDNAに対
して相補的なDNA部分によって特異的に吸着する場合
と、本来DNAから見れば吸着すべきではないにもかか
わらず非特異的に吸着する場合がある。特異的な吸着と
非特異的な吸着の両者が見かけ上プローブDNAに吸着
するため、サンプルたんぱく質の同定を行うことを事実
上不可能にしていた。
高分子に特異的に結合するチップの開発と、これを利用
したイオン性高分子を的確に同定する手法の開発が望ま
れていた。
した結果、特定の構造の高分子チップを用いることによ
り、DNA結合たんぱく質を初め、広くイオン性高分子
の同定が容易かつ高精度で行うことが出来ることを見出
し本発明に到達した。
子チップは、担体に第1のイオン性高分子が固定され、
前記第1のイオン性高分子にプローブとして標識を有す
る第2のイオン性高分子が相補的に結合されたものであ
り、サンプルとなる第3のイオン性高分子を特異的に結
合することにより、イオン性高分子を同定するものであ
る。
は、例えば、たんぱく質、ポリアミノ酸、DNA、RN
A、合成高分子から選ばれることが好ましい。
んぱく質同定用DNAチップであり、担体に第1のDN
Aが固定され、前記第1のDNAに標識を有する第2の
DNAが相補的に結合している。
の塩基配列数は、それぞれ4〜13個であることが好ま
しい。この範囲のDNAの塩基配列数の時、前記第1及
び第2のDNAの相補的結合、更にこれらからなるDN
AチップとサンプルとなるDNA結合たんぱく質との化
学及び物理構造に基づく特異的結合が強固となり、サン
プルたんぱく質の同定が容易かつ高精度となる。
ず、バイオチップの担体に用いられる材料及び形状が適
用される。その中で、ガラス、シリカゲル、ポリスチレ
ン、ポリプロピレン、メンブレンから選ばれ、平板状又
はビーズ状のものが好ましく用いられる。
識は、バイオチップの分野で用いられるものが適用され
る。特に、蛍光を発する物質が読み取り段階での光学的
処理のために好ましい。
は、担体に第1のイオン性高分子が固定された高分子チ
ップに、イオン性溶媒中で標識を有する第2のイオン性
高分子を前記第1のイオン性高分子に相補的に結合させ
てプローブとし、乾燥後、サンプルとなる第3のイオン
性高分子を前記プローブに吸着させ、イオン性溶媒で洗
浄して非特異的に結合(本来プローブと結合するべきで
ないにもかかわらず結合しているもの)している第3の
イオン性高分子を除去し、更に非イオン性溶媒で洗浄し
て第3のイオン性高分子が特異的に結合(本来プローブ
と結合するべきもの)している部分以外の標識を有する
第2のイオン性高分子を除いた後、残存する標識量を読
み取ることにより、イオン性高分子を同定する。
子を前記第1のイオン性高分子に相補的に結合させた前
記プローブと、サンプルとなる前記第3のイオン性高分
子が同じチャージをもつ場合は、第4の逆のイオン性を
もつサンプル高分子を添加することで、これらを強固に
固定した後、非イオン性溶媒で洗浄を行う工程を付加す
ることが好ましい。
ば、たんぱく質、ポリアミノ酸、DNA、RNA、合成
高分子から選ばれることが好ましい。
DNAが固定されたDNAチップに、イオン性溶媒中で
標識を有する第2のDNAを前記第1のDNAに相補的
に結合させてプローブとし、乾燥後、サンプルとなるD
NA結合たんぱく質を前記プローブに吸着させ、イオン
性溶媒で洗浄して非特異的に結合しているたんぱく質を
除去し、更に非イオン性溶媒で洗浄してDNA結合たん
ぱく質が特異的に結合している部分以外の標識を有する
第2のDNAを除いた後、残存する標識量を読み取るこ
とにより、サンプルたんぱく質を同定する。
の塩基配列数は、それぞれ4〜13個であることが好ま
しい。この範囲のDNAの塩基配列数の時、前記第1及
び第2のDNAの相補的結合、更にこれらからなるDN
AチップとサンプルとなるDNA結合たんぱく質との化
学及び物理構造に基づく特異的結合が強固となり、サン
プルたんぱく質の同定が容易かつ高精度となる。
ず、バイオチップの担体に用いられる材料及び形状が適
用される。その中で、ガラス、シリカゲル、ポリスチレ
ン、ポリプロピレン、メンブレンから選ばれ、平板状又
はビーズ状のものが好ましく用いられる。
識は、バイオチップの分野で用いられるものが適用され
る。特に、蛍光を発する物質が読み取り段階での光学的
処理のために好ましい。
いが、例えば、純水、アルコール、アセトン、ヘキサン
から選ばれる1種又は2種以上の混合物が挙げられる。
前記イオン性の溶媒は限定されないが、例えば、塩化ナ
トリウム水溶液や塩化カリウム水溶液が挙げられる。
ペプチド)といった生体高分子はチャージを持ってお
り、DNAの場合はリン酸基のマイナスチャージ、たん
ぱく質は、アミノ酸の種類により、プラスチャージやマ
イナスチャージを持っている。DNAの二重鎖は、通常
マイナスイオンのため反発がおこり純水中ではハイブリ
ダイズはおこなえないが、プラスイオンが存在する系に
おいてはたとえばNa+イオンがDNAのリン酸基にキ
レートすることでイオン存在下では水素結合によりハイ
ブリダイズを行うことが可能となる。また、プラスチャ
ージを持っているたんぱく質などは、そのチャージの部
分でマイナスチャージをもっているDNAに結合する。
結合した状態でイオン強度を変化した溶媒でバイオチッ
プを洗浄することで、イオン強度が低い場合は同じチャ
ージを持った高分子は解離し、逆のチャージをもった高
分子は強固に結合する。イオン強度が高い場合は同じチ
ャージをもった高分子でも結合が可能となり、違うチャ
ージをもった高分子の結合は弱くなり、解離する。
よって、様々な高分子の同定を行うことを可能とする。
とは、DNAに親和性をもち,塩基配列に対して特異的
あるいは非特異的に結合するタンパク質を意味する。こ
のようなDNA結合タンパク質には、主に1)DNA構
造に変化を与えて遺伝子発現を調節する2本鎖DNA結
合タンパク質、2)DNAの複製、組換え、修復の過程
に必須な1本鎖DNA結合タンパク質、3)染色体の高
次構造の保持に関与するタンパク質、4)DNA依存性
ATP分解、5)DNA超らせん構造を形成するトポイ
ソメラーゼ、などがある。1)の多くは転写因子であ
り、ラムダファージCroタンパク質とcAMP受容体
タンパク質の構造から見出されたヘリックス‐ターン‐
ヘリックス、システィンとヒスチジンにより亜鉛イオン
をキレートさせたジンクフィンガー、αヘリックスの片
側にロイシンが並んだタンパク質が2分子集まりジッパ
ーのように組み合わさって形成されるロイシンジッパー
などのいくつかの構造モチーフが知られている。2)は
バクテリオファージから高等生物までみられるタンパク
質であり、SSB(single―strandedD
NA―bindingprotein)と呼ばれる。
3)については,真核生物の染色体中のヒストンタンパ
ク質が代表例であり、ヌクレオソーム構造を形成する。
細菌においても、同様のHUタンパク質が結合しヌクレ
オソーム様の構造形成が知られている。4)には、DN
A複製(DnaBタンパク質など)、組換え(Rec
A、RecBCタンパク質)や2本鎖DNAの巻き戻し
を促進するヘリカーゼがある。更に、本発明では、上記
のような本来DNA結合性を有するタンパク質だけでな
く、物理的または化学的処理によってDNA結合性を有
することとなったタンパク質も用いることができる。
結合タンパク質を広く用いることができる。また、1種
類のDNA結合タンパク質を用いる場合だけでなく、2
種類以上のDNA結合タンパク質を併用する場合も本発
明に含まれる。
ンの部分にプラスチャージをもち、マイナスチャージを
もつDNAやRNAに特異的、非特異的に結合すること
を特徴とする。そして、これらDNA結合タンパク質が
結合した二重鎖のDNAはイオン強度が低くなるほど、
結合は強固になる。
同定用高分子チップの一例であるたんぱく質同定用DN
Aチップの模式図を示す。担体1にGCTAの塩基配列
を有する第1のDNA2が固定されている。これをイオ
ン性溶媒中でCGATの塩基配列を有し、蛍光物質で標
識された第2のDNA3を加えると、両者は相補的に結
合して2重鎖を形成する。同様にCCAAの塩基配列を
有する他のDNA5に、GGTTの塩基配列を有し、別
の蛍光物質で標識された第2のDNA6を加えると、両
者は相補的に結合して2重鎖を形成する。このようなD
NAチップに未だ同定されていないたんぱく質4を加え
ると、このたんぱく質4はDNA2とDNA3が相補的
に結合した2重鎖に結合する。しかしながら、このたん
ぱく質4はDNA5とDNA6が相補的に結合した2重
鎖には結合しない。このような現象を蛍光強度を計測す
ることにより、たんぱく質の同定を行う。
ップを用いて、たんぱく質を同定する経路を示すチャー
トである。担体1にDNA2とDNA%が固定されたD
NAチップを準備する(a)。このDNAチップに、イ
オン性溶媒の存在下に蛍光物質で標識が付与されたDN
A3とDNA6を相補的に結合させる(b)。イオン性
溶媒を除去し、未だ同定されないたんぱく質4を添加す
る。たんぱく質4は本来結合すべきDNA2と3の2重
鎖に特異的に結合するとともに、本来結合すべきでない
DNA5と6の2重鎖にも非特異的に結合する(c)。
そこで、イオン性溶媒により洗浄し、非特異的に結合し
ていたたんぱく質を除去する(d)。更に、非イオン性
溶媒で洗浄して、蛍光物質で標識が付与されたDNA6
を除去する(e)。残留する蛍光を読み取り、その結果
よりたんぱく質を同定する(f)。
例では、既に同定が行われているTRF、c−Myb、
及びPurの各たんぱく質をサンプルとして用いた。こ
こで、TRFは、Nishikawa,T.,Naga
doi,A.,Yoshimura,S.,Aimot
o,S.,and Nishimura,Y.“Sol
ution structure of the DN
A−bindingdomain of human
telomeric protein,hTRF1.”
Structure,6,1057−1065(199
8)、c−Mybは、Ogata,K.,Hojo,
H.,Aimoto,S.,Nakai,T.,Nak
amura,H.,Sarai,A.,Ishii,
S.&Nishimura,Y.“Ahelix−tu
rn−helix−related motif wi
th conserved tryptophans
forming a hydrophobic cor
e.”Proc.Natl.Acsd.Sci.US
A,89,6428−6432(1992)、及びPu
rは、Nagadoi,A.,Morikawa,
S.,Nakamura,H.,Enari,M.,K
obayashi,K.,Yamamoto,H.,S
ampei,G.,Mizobuchi,K.,Sch
umacher,M.A.,Brennan,R.G.
& Nishimura,Y.“Structural
comparison of the free a
nd DNA−Bound forms of the
purine repressorDNA−bind
ing domain.” Structure 3,
1217−1224(1995)に紹介されている。
た。TRF用プローブDNAの配列を5'−GTTAG
GGTTAGGG−3'、c−Myb用プローブDNA
の配列を5'−CCTAACTGACACC−3'とし、
それぞれ5'末端をビオチン化して、アビジンコート済
みのスライドガラスにSPBIO(日立ソフトウエアエ
ンジニアリング(株)製:商品名)にて24箇所スポッ
トした。スポットしたプローブDNAの濃度は1mMに
なるよう純水で調製した。スポットしたバイオチップは
図3のようになる。
RF用サンプルDNAが3'−CAATCCCAATC
CC−5' と、c−Myb用サンプルDNAの配列が
3'−GGATTGACTGTGG−5' でそれぞれ5'
末端を蛍光色素のCy5で標識した。
ンプルDNAの濃度を10μMとなるように調整して、
作成済みのバイオチップ上に20μl添加し、30分間
乾燥しないように湿度を保った状態でハイブリダイゼー
ションを行った。
で洗浄、乾燥し、蛍光スキャナーであるCRBIO2
(日立ソフトウエアエンジニアリング(株)製:商品
名)にて読み取りを行った。
なっているスポットがCy5標識したサンプルが存在す
る個所を表している。また、DNAは相補鎖とハイブリ
ダイズすることからTRF用プローブDNAのスポット
してあるところにはTRF用サンプルDNAと、c−M
yb用プローブDNAがスポットしているところにはc
−Myb用プローブDNAがハイブリダイズしている。
これらのことはサンプルDNAを個別にハイブリダイズ
した結果からも確認済みである。(画像は省略)その
後、TRFたんぱく質を110μM、5mMのKPB
(リン酸)、30mMのNaClで調製したTRFたん
ぱく質サンプル液をハイブリ済みのバイオチップ上に添
加し、10分間ハイブリダイズした。
℃の純水で洗浄をおこなった後に、CRBIO2(日立
ソフトウエアエンジニアリング(株)製:商品名)にて
読み取りを行った。読み取りを行った各スポットの画像
は図5に示す。
M、10mMのKPB、1mMのDTT、0.1mMの
NaN3をバイオチップ2上でハイブリダイズ後に1x
SSC,純水での洗浄を行った後にCRBIO2にて読
み取りを行った各スポットの画像を図6に示す。
1mMのKPB、20mMのKCl、0.05mMのN
aN3を倍チップ3上でハイブリ後に1xSSC、純水
での洗浄を行った後にCRBIO2(日立ソフトウエア
エンジニアリング(株)製:商品名)にて読み取りを行
った各スポットの画像を図7に示す。
するDNAが存在する場合は、それぞれのたんぱく質が
ハイブリダイズをしている二重鎖のDNAに強固に結合
することで、純水中でもその二重鎖が解離することなく
検出を行うことができる。
おける蛍光強度を数値化し、図4の画像のスポット位置
における蛍光強度と比較したものを図8に示す。図8に
おいて、縦軸は蛍光強度比較を示す。横軸は各スポット
番号であり、1〜24がc−Myb用プローブによる蛍
光強度比較を示し、25〜48がTRF用プローブによ
る蛍光強度比較を示す。
ットについては1.0の値をとり、減少に応じて、1.
0以下の値をとるようになっている。図8の結果からT
RFプローブのスポットはTRFたんぱく質を添加した
場合において、蛍光強度の減少が抑えられ、c−Myb
プローブのスポットはc−Mybたんぱく質を添加した
場合において、蛍光強度の減少が抑えられているのが確
認できる。これはそれぞれのたんぱく質がハイブリダイ
ズした二重鎖DNAに強固に結合し、イオンの存在しな
い純水中でも二重鎖DNAが解離せずに結合しているこ
とを示す。
高分子の網羅的な同定に効果的である。特に、多数のた
んぱく質を容易かつ正確に同定することが出来る。これ
により、医薬の開発や医療検査のツールとして期待出来
る。
一例であるたんぱく質同定用DNAチップの模式図を示
す。
たんぱく質の同定方法を示すチャート。
グラフ。
たんぱく質、5:第1のDNA,6:第2のDNA。
Claims (17)
- 【請求項1】 担体に第1のイオン性高分子が固定さ
れ、前記第1のイオン性高分子にプローブとして標識を
有する第2のイオン性高分子が相補的に結合されたこと
を特徴とする、サンプルとなる第3のイオン性高分子の
同定用高分子チップ。 - 【請求項2】 前記第1〜3のイオン性高分子が、それ
ぞれたんぱく質、ポリアミノ酸、DNA、RNA、合成
高分子から選ばれることを特徴とする請求項1に記載の
イオン性高分子同定用高分子チップ。 - 【請求項3】 担体に第1のDNAが固定され、前記第
1のDNAに標識を有する第2のDNAが相補的に結合
され、サンプルとなるDNA結合たんぱく質を特異的に
結合するたんぱく質同定用DNAチップ。 - 【請求項4】 前記第1のDNA及び第2のDNAの塩
基配列数がそれぞれ4〜13個であることを特徴とする
請求項3に記載のたんぱく質同定用DNAチップ。 - 【請求項5】 前記担体の材料が、ガラス、シリカゲ
ル、ポリスチレン、ポリプロピレン、メンブレンから選
ばれることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載
のイオン性高分子同定用高分子チップ又はサンプルたん
ぱく質同定用DNAチップ。 - 【請求項6】 前記担体は、平板又はビーズ状であるこ
とを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のイオン
性高分子同定用高分子チップ又はサンプルたんぱく質同
定用DNAチップ。 - 【請求項7】 前記標識は、蛍光を発する物質であるこ
とを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のイオン
性高分子同定用高分子チップ又はサンプルたんぱく質同
定用DNAチップ。 - 【請求項8】 担体に第1のイオン性高分子が固定され
た高分子チップに、イオン性溶媒中で標識を有する第2
のイオン性高分子を前記第1のイオン性高分子に相補的
に結合させてプローブとし、乾燥後、サンプルとなる第
3のイオン性高分子を前記プローブに吸着させ、イオン
性溶媒で洗浄して非特異的に結合している第3のイオン
性高分子を除去し、更に非イオン性溶媒で洗浄して第3
のイオン性高分子が特異的に結合している部分以外の標
識を有する第2のイオン性高分子を除いた後、残存する
標識量を読み取ることを特徴とするイオン性高分子の同
定方法。 - 【請求項9】標識を有する第2のイオン性高分子を前記
第1のイオン性高分子に相補的に結合させた前記プロー
ブと、サンプルとなる前記第3のイオン性高分子が同じ
チャージをもつ場合は、第4の逆のイオン性をもつサン
プル高分子を添加することで、これらを強固に固定した
後、非イオン性溶媒で洗浄を行うことを特徴とする請求
項8に記載のイオン性高分子の同定方法。 - 【請求項10】 前記第1〜3のイオン性高分子が、そ
れぞれたんぱく質、ポリアミノ酸、DNA、RNA、合
成高分子から選ばれることを特徴とする請求項8又は9
に記載のイオン性高分子の同定方法。 - 【請求項11】 担体に第1のDNAが固定されたDN
Aチップに、イオン性溶媒中で標識を有する第2のDN
Aを前記第1のDNAに相補的に結合させてプローブと
し、乾燥後、サンプルとなるDNA結合たんぱく質を前
記プローブに吸着させ、イオン性溶媒で洗浄して非特異
的に結合しているたんぱく質を除去し、更に非イオン性
溶媒で洗浄してDNA結合たんぱく質が特異的に結合し
ている部分以外の標識を有する第2のDNAを除いた
後、残存する標識量を読み取ることを特徴とするサンプ
ルたんぱく質の同定方法。 - 【請求項12】 前記第1のDNA及び第2のDNAの
塩基配列数がそれぞれ4〜13個であることを特徴とす
る請求項11に記載のサンプルたんぱく質の同定方法。 - 【請求項13】 前記担体の材料が、ガラス、シリカゲ
ル、ポリスチレン、ポリプロピレン、メンブレンから選
ばれることを特徴とする請求項8〜12のいずれかに記
載のイオン性高分子の同定方法又はサンプルたんぱく質
の同定方法。 - 【請求項14】 前記担体は、平板又はビーズ状である
ことを特徴とする請求項8〜13のいずれかに記載のイ
オン性高分子の同定方法又はサンプルたんぱく質の同定
方法。 - 【請求項15】 前記標識は、蛍光を発する物質である
ことを特徴とする請求項8〜14のいずれかに記載のイ
オン性高分子の同定方法又はサンプルたんぱく質の同定
方法。 - 【請求項16】 前記非イオン性の溶媒は、純水、アル
コール、アセトン、ヘキサンから選ばれる1種又は2種
以上の混合物であることを特徴とする請求項8〜15の
いずれかに記載のイオン性高分子の同定方法又はサンプ
ルたんぱく質の同定方法。 - 【請求項17】 前記イオン性の溶媒は、塩化ナトリウ
ム水溶液又は塩化カリウム水溶液であることを特徴とす
る請求項8〜16のいずれかに記載のイオン性高分子の
同定方法又はサンプルたんぱく質の同定方法。
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