JP2004283114A - Method for exhaustively analyzing protein kinase activity by using surface plasmon resonance - Google Patents

Method for exhaustively analyzing protein kinase activity by using surface plasmon resonance Download PDF

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Kazunori Inamori
和紀 稲森
Motoki Kyo
基樹 京
Katsuyuki Tanizawa
克行 谷澤
Shunichi Kuroda
俊一 黒田
Kenji Tatematsu
健司 立松
Yoshiki Katayama
佳樹 片山
Yasuhiro Kita
康浩 喜多
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Fujisawa Pharmaceutical Co Ltd
Toyobo Co Ltd
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Toyobo Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To establish a method capable of exhaustively profiling kinetics in various protein kinase by a rapid and simple technique not requiring a specific technique. <P>SOLUTION: An array is obtained by immobilizing at least one kind of corresponding peptide which becomes a substrate for at least one kind of proteinase onto a metal thin film of the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属基板上にプロテインキナーゼを認識するペプチドが1もしくは複数種固定化されてなるアレイを用いたプロテインキナーゼ活性の解析方法に関する。特に表面プラズモン共鳴(以下、SPRと示すこともある。)による分析技術を用いることにより、迅速で効率的であり、しかも簡便なプロテインキナーゼ活性の解析を実現することができるものである。より具体的には、SPRにより解析された物質間の相互作用の様子をモニターした表面プラズモン共鳴イメージング法(以下、SPRイメージング法と示すこともある。)を応用した新規なプロテインキナーゼ活性の解析方法である。
【0002】
【従来の技術】
近年、細胞内シグナル伝達に関する研究は飛躍的に進歩しており、増殖因子やサイトカインにより活性化した細胞表面の受容体からどのように核へシグナルが伝達されるかはもとより、細胞周期、接着、運動、極性、形態形成、分化、生死などを制御する様々なシグナル伝達経路の実態が明らかになってきた。これらのシグナル伝達経路は独立して機能しているのではなく、互いにクロストークしあい、システムとして機能している。そして、癌をはじめ色々な疾病の原因が、これらのシグナル伝達経路の異常として説明されるようになってきた。
【0003】
上述したシグナル伝達経路においては、様々な種類のプロテインキナーゼが複雑に関連しあいながら重要な役割を果たしていることが知られている。これらプロテインキナーゼの活性を網羅的に解析して、その細胞内における動態を一度にプロファイリングすることができれば、細胞生物学、薬学の基礎的研究はもとより、創薬開発、臨床応用などの分野においても大きく寄与しうるものと期待される。しかしながら、これまでには簡便で効率よく種々のプロテインキナーゼにおける動態を同時にプロファイリングできるような技術は、未だ確立されていないのが現状である。
【0004】
既に報告されている関連する技術としては、例えばペプチドアレイを用いてチロシンキナーゼの一種であるc−Srcキナーゼの活性を評価したことが記載されている(例えば、非特許文献1参照)。また、p60チロシンキナーゼやプロテインキナーゼA(以下、PKAとも示す。)などに関して、おのおのの基質ペプチドをガラススライドに固定化したアレイを用いて、蛍光標識された抗体を用いたリン酸化反応の検出系について報告されている例(例えば、非特許文献2及び3参照)や、あるいは放射性物質([γ32P]ATP)を用いたアレイ上でのキナーゼ反応の検出系について報告されている例(例えば、非特許文献4,5及び6参照)がある。しかしながら、いずれの先行技術においても種々のプロテインキナーゼの動態を同時に効率的にプロファイリングための方法としては、十分な技術が開示されているものではない。また上記いずれの方法においても、蛍光性物質や放射性物質を用いる必要があり、解析に手間を要する点や、取り扱いの困難性、特殊な技術や施設の必要性などの点で大きな問題がある。
【0005】
【非特許文献1】
Benjamin T.Housemanら、Nature Biotechnology 第20巻、第270〜274頁(2002年3月発行)
【0006】
【非特許文献2】
Bioorganic & Medical Chemistry Letters 第12巻、第2085〜2088頁(2002年発行)
【0007】
【非特許文献3】
Bioorganic & Medical Chemistry Letters 第12巻、第2079〜2083頁(2002年発行)
【0008】
【非特許文献4】
Current Opinion in Biotechnology 第13巻、第315〜320頁(2002年発行)
【0009】
【非特許文献5】
The Journal of Biological Chemistry 第277巻、第27839〜27849頁(2002年発行)
【0010】
【非特許文献6】
Science 第289巻、第1760〜1763頁(2000年発行)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、迅速でしかも特別な技術を必要としない簡易な手法により、種々のプロテインキナーゼにおける動態を網羅的にプロファイリングできる方法を確立しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記事情に鑑み鋭意検討を重ねた結果、金属を蒸着した基板上にプロテインキナーゼを認識するペプチドが固定化されてなるアレイを用いること、特に該アレイ上における物質間の相互作用をSPRイメージング法により検出することが、様々なプロテインキナーゼ動態の迅速な解析を行う上で極めて有用であることを見出し、本発明に到達した。
【0013】
すなわち、本発明は以下のような構成からなる。
項1. 少なくとも1種のプロテインキナーゼの基質となる対応する少なくとも1種のペプチドが基板の金属薄膜上に固定化されてなるアレイ。
項2. 前記ペプチドがcGMP依存性プロテインキナーゼファミリー、 cAMP依存性プロテインキナーゼ(PKA) ファミリー、ミオシン軽鎖キナーゼファミリー、プロテインキナーゼC(PKC)ファミリー、プロテインキナーゼD(PKD)ファミリー、プロテインキナーゼB(PKB)ファミリー、MAPキナーゼ(MAPK)カスケードに属するプロテインキナーゼファミリー、Srcチロシンキナーゼファミリー、及び受容体型チロシンキナーゼファミリーからなる群から選ばれる少なくとも1種のプロテインキナーゼの基質である項1に記載のアレイ。
項3. 各々が別々のプロテインキナーゼの基質である、少なくとも2種のペプチドが金属薄膜上に固定化されてなる項1に記載のアレイ。
項4. 項1〜3のいずれかに記載のアレイのペプチドにプロテインキナーゼを含み得る供試材料及びヌクレオシド三リン酸を作用させ、リン酸化された前記ペプチドを検出することを特徴とするプロテインキナーゼ活性の解析方法。
項5. リン酸化されたペプチドを表面プラズモン共鳴を利用して検出することを特徴とする項2に記載のプロテインキナーゼ活性の解析方法。
項6. リン酸化されたペプチドを表面プラズモン共鳴イメージング法により検出することを特徴とする項5に記載の方法。
項7. リン酸化されたペプチドを、該ペプチドにおけるリン酸化部位を認識する抗体と反応させて複合体とし、該複合体を検出する項4〜6のいずれかに記載の方法。
項8. 抗体が認識するリン酸化部位がチロシン残基である項7記載の方法。
項9. 抗体が認識するリン酸化部位がセリン残基又はスレオニン残基である項4記載のプロテインキナーゼ活性の解析方法。
項10. 前記ペプチドのN末端及びC末端の一方或いは両方にシステイン残基を有している項4〜9のいずれかに記載の方法。
項11. 表面プラズモン共鳴を利用してプロテインキナーゼ活性解析を行うための項1〜3のいずれかに記載のアレイ。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
【0015】
本発明における基板上のリン酸化ペプチドの検出方法としては、従来からよく知られているような放射性物質、蛍光性物質、化学発光性物質などの標識化合物を利用して行うことが可能である。しかしながら、表面プラズモン共鳴法(SPR)、楕円偏光法(以下、エリプソメトリと示す。)、和周波発生(以下、SFGと示す。)分光測定などの光学的検出方法を適用するのがより好ましい。なかでもSPRは位相差を求める必要がなく、反射光強度を求めるだけで、表面のnmオーダーの膜厚変化を求めることができるため特に好ましい。SPRイメージング法は広い範囲の観察が可能であり、アレイフォーマットでの物質相互作用観察が可能であるためさらに好ましい。
【0016】
本発明の1つの好ましい実施形態において、リン酸化されたペプチドは、該リン酸化ペプチドを認識可能な物質とリン酸化ペプチドとの物質間相互作用を利用して検出される。リン酸化ペプチドを認識可能な物質としては、抗体が好ましく例示される。
【0017】
ペプチドのリン酸化は、プロテインキナーゼを有し得る供試試料とヌクレオシド三リン酸、例えばATPを本発明のアレイ上に適用して行うことができる。例えば、バッファー中にプロテインキナーゼを有し得る供試試料とヌクレオシド三リン酸を加え、10〜40℃程度の温度で、好ましくは30〜40℃の温度で、10分〜6時間程度、好ましくは30〜1時間程度反応させることで、ペプチドをリン酸化することができる。必要に応じて、リン酸化の反応溶液には、cAMP、cGMP、Mg2+,Ca2+などのリン酸化を補助する物質を共存させてもよい。
【0018】
動態のプロファイリングの対象となるプロテインキナーゼとしては、蛋白質のチロシン、セリン、トレオニン、ヒスチジンなどのアミノ酸の側鎖をリン酸化する酵素が挙げられ、例えばcGMP依存性プロテインキナーゼファミリー、 cAMP依存性プロテインキナーゼ(PKA) ファミリー、ミオシン軽鎖キナーゼファミリー、プロテインキナーゼC(PKC)ファミリー、プロテインキナーゼD(PKD)ファミリー、プロテインキナーゼB(PKB)ファミリー、MAPキナーゼ(MAPK)カスケードに属するプロテインキナーゼファミリー、Srcチロシンキナーゼファミリー、及び受容体型チロシンキナーゼファミリーなどが例示できる。
【0019】
本発明において、ペプチドはプロテインキナーゼの動態を網羅的にプロファイリングすることが目的であるので、1種類のペプチドは1種類のプロテインキナーゼによってのみリン酸化され、他のプロテインキナーゼによってはリン酸化されないのが好ましい。例えばPKAの基質としては配列番号1のペプチドが例示され、MAPKの基質としては配列番号2のペプチドが例示される。PKA、MAPKを含むプロテインキナーゼの基質となるペプチド配列は公知であるか、公知の配列に基づき適宜選択することが可能である。本発明のアレイがその動態の把握を必要とする複数のプロテインキナーゼの種類に対応した種類のペプチドを固定化していれば、1枚のアレイで全てのプロテインキナーゼのプロファイリングをすることができ好ましい。もちろん1つのアレイに1種のみのプロテインキナーゼに対応するペプチドを固定化し、必要な数のアレイを使用してプロテインキナーゼのプロファイリングを行ってもよい。
【0020】
エリプソメトリは試料に光を照射し、薄膜の表面で反射した光と、薄膜の裏面で反射してきた光の干渉によって生じる偏向状態の変化から、膜厚、屈折率を測定できる。すなわち、p偏光とs偏光の光に対する反射率の絶対値の比及び位相変化の比を評価する手段である。なかでも波長を変えながらエリプソメトリを測定する分光エリプソメトリは非常に敏感に表面の膜厚変化が検出できるため好ましい。
【0021】
SFGは2次の非線形光学効果の一種であり、周波数の異なる2種類の入射光(周波数ω1 と周波数ω2)が媒質中で混合され、ω1+ω2、あるいはω1−ω2の光が発生する現象である。特にω1として可視光を用い、ω2として波長可変の赤外光を用いると赤外分光に類似した振動分光を行うことができる。この手法は表面選択性が良いため単分子膜レベルの分子の振動分光が可能であり、非常に敏感な表面解析方法として有用である。
【0022】
上述したように、特に好ましい1つの実施形態において、本発明はSPRを用いて種々のプロテインキナーゼ活性を網羅的に解析することが特に好ましい。SPRは金属に照射する偏光光束によってエバネッセント波が生じて表面ににじみだし、表面波である表面プラズモンを励起し、光のエネルギーを消費して反射光強度を低下させる。反射光強度が著しく低下する共鳴角は金属の表面に形成される層の厚みによって変化する。よって、金属の表面に調べられるべき物質あるいは物質の集合体を固定化し、サンプル中の物質あるいは物質の集合体との相互作用を共鳴角の変化、あるいはある角度での反射光強度の変化で検出可能である。したがって、SPRはラベルが不要であり、しかもリアルタイム評価が可能な定量法として有用である。
【0023】
このSPRを応用したSPRイメージング法は、広範囲に偏光光束を照射し、その反射像を解析することで、物質間の相互作用の様子を、画像処理技術等を駆使することによりモニター化する方法であり、複数の物質を固定化したチップをスクリーニングすることや、表面に吸着する物体のモルホロジーを高感度に観察することが可能である。
【0024】
SPRイメージング法においては、反射像を解析するためにチップに広範囲で偏光光束を照射し、かつ光束の照度を十分に確保するための手段が必要である。図1にその一例を示した。偏光光束の照度は明るいほどセンサーの感度が上昇してより好ましい。
【0025】
光源の種類は特に限定されるものではないが、SPR共鳴角の変化が特に敏感になる近赤外光を含む光を用いるのが好ましい。具体的には、メタルハライドランプ、水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、蛍光灯、白熱灯などの広範囲に光を照射することのできる白色光源を用いることができるが、なかでも得られる光の強度が十分に高く、光の電源装置が簡易で安価なハロゲンランプが特に好ましい。
【0026】
通常の白色光源はフィラメント部に光の明暗ムラが生じる欠点がある。光源の光をそのまま照射すると、反射して得られる像に明暗ムラが生じ、スクリーニングやモルホロジー変化を評価するのが困難となる。したがって、チップに均一に光を照射する手段として、光をピンホールに通してから平行光にする方法が好ましい。
【0027】
ピンホールを通す手段は、明るさの均一な光束を得る手段としては好ましいが、そのままピンホールに光を通すと照度が低下する欠点がある。そこで、十分な照度を確保する手段として、ピンホールと光源の間に凸レンズを設置し、集光してピンホールを通す方法を用いることが好ましい。
【0028】
白色光源は放射光であるため、集光する前に凸レンズを用いて平行光にする必要がある。凸レンズの焦点距離近傍に光源を設置することで、平行光を得ることができる。もう一枚凸レンズを設置し、そのレンズの焦点距離近傍にピンホールを設置することで集光した光をピンホールに通すことが可能である。ピンホール内で交差し、通過した光はカメラ用のCCTVレンズで平行光とするが、その際に得られる平行光束の断面面積は10〜1000mmに調節するのが好ましい。この方法によって広範囲にわたるスクリーニングやモルホロジー観察が可能となる。
【0029】
相互作用をモニターする際に、上記偏光光束は物質あるいは物質の集合体が固定化されている金属薄膜の反対面に照射される。上記偏光光束は物質もしくは物質の集合体が固定化されている金属薄膜の反対面に照射され、その反射光束が得られる。金属薄膜からの反射光束は近赤外波長の光干渉フィルターを通し、ある波長付近の光のみを透過させてからCCDカメラで撮影される。
【0030】
光干渉フィルターの中心波長は、SPRの感度が高い600〜1000nmが好ましい。光干渉フィルターの透過率が極大時の半分になる波長の波長幅を半値巾と呼ぶが、半値巾は小さい方が波長の分布がシャープとなり好ましく、具体的には半値巾100nm以下が好ましい。
【0031】
光干渉フィルターを通してCCDカメラで撮影された像はコンピュータに取り込まれ、ある部分の明るさの変化をリアルタイムで評価することや、画像処理により全体像の評価が可能である。こうして複数の物質を固定化したチップをスクリーニングすることや、表面に吸着する物体のモルホロジーを高感度に観察することができる。
【0032】
本発明において用いるSPR用のチップは好ましくは透明な基板上に金属薄膜が形成された金属基板からなり、上記金属薄膜上に直接的もしくは間接的に、化学的もしくは物理的に、物質もしくは物質の集合体が固定化されているスライドが用いられる。基板の素材は特に限定されるものではないが、透明なものを用いるのが好ましい。具体的にはガラス、あるいはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、アクリルなどのプラスチック類が挙げられる。中でもガラスが特に好ましい。
【0033】
基板の厚さは0.1〜20mm程度が好ましく1〜2mm程度がより好ましい。金属薄膜からの反射像を評価する目的を達成するために、SPR共鳴角はできるだけ小さい方が撮影される画像がひしゃげる恐れがなく解析がしやすい。したがって、透明基板あるいは透明基板とそれに接触するプリズムの屈折率nは1.5以上であることが好ましい。
【0034】
金属薄膜を構成する金属としては、金、銀、銅、アルミニウム、白金等が挙げられ、これらを単独であるいは組み合わせて用いてもよいが、なかでも金を用いるのが特に好ましい。金属薄膜の形成方法は特に限定されるものではないが、公知の手法として例えば蒸着法、スパッタ法、イオンコーティング法などが挙げられる。なかでも蒸着による方法が好ましい。また、金属薄膜の厚みは10〜3000Å程度が好ましく、100〜600Å程度がより好ましい。
【0035】
本発明の1つの特に好ましい具体例は、金属を蒸着した基板上にプロテインキナーゼの基質となるペプチドが少なくとも1種、好ましくは複数種のペプチドが固定化されてなるアレイを用い、且つ該アレイに細胞破砕液等のキナーゼを含有する溶液を作用させてそれらの相互作用の様子を特にSPRないしはSPRイメージング法により検出することを特徴とする。本発明においてプロテインキナーゼの基質となるペプチドとは、該プロテインキナーゼによりリン酸化反応を受ける性質を有するペプチドをいうものである。
【0036】
ペプチドの長さは特に限定されないが、一般的には100アミノ酸残基以下のものが用いられる。好ましくは5〜60アミノ酸残基、より好ましくは10〜25アミノ酸残基程度からなるものが用いられる。ペプチドは公知の手法に基づく化学的な合成により得られたペプチドであってもよいし、あるいは遺伝子工学的な手法により生産されたペプチドを用いてもよい。また基板への脱着を容易にするために、上記ペプチドの片末端において、ビオチンや、チオール基を有するシステイン残基を付加させたものや、あるいはオリゴヒスチジン(His−tag)、グルタチオン−S−トランスフェラーゼ(GST)のような一般的によく用いられるタグを付加させたものを用いるのも有用である。
【0037】
上記ペプチドの金属薄膜への固定化の方法は、特に限定されるものではないが、金属薄膜表面に固定化しやすいような官能基を予め導入しておいて基質ペプチドを固定化処理するのがより好ましい。該官能基としては、アミノ基、メルカプト基、カルボキシル基、アルデヒド基などが挙げられる。これらの官能基を金属薄膜表面に導入するには、一般的に用いられているアルカンチオールの誘導体を用いるのが好ましい。
【0038】
その際に、J.M.BrockmanらによりJ.Am.Chem.Soc. 第121巻、第8044〜8051頁(1999年)において報告されているような方法に基づいて、アルカンチオール層を介して固定化し、PEG(ポリエチレングリコール)によりバックグラウンドを修飾する方法を用いてもよい。また、非特異的な影響をより抑えるために、PEGの末端に上述のような官能基が導入された誘導体をアルカンチオールに結合させた後に、ペプチドを固定化することも、スペーサー効果を奏する点で有用である。
【0039】
具体的には、例えば金属薄膜にカルボキシメチルデキストランあるいはカルボキシル基で末端が修飾されたPEGのような水溶性高分子を結合させて表面にカルボキシル基を導入して、EDC(1−エチル−3,4−ジメチルアミノプロピルカルボジイミド)のような水溶性カルボジイミドを用いてNHS(N−ヒドロキシスクシンイミド)のエステルとして、活性化されたカルボキシル基にペプチドもしくは蛋白質のアミノ基を反応させる方法が挙げられる。あるいは表面をマレイミドにより修飾した後、システインのようなチオール基を含むアミノ酸残基を介して固定化してもよい。この場合のシステイン残基はペプチドの一方の末端に付加されてなるのが好ましい。非特異的な影響を低減させるには、後者のチオール基を介した固定化方法がより好ましいが、特に限定されるものではない。
【0040】
上述したHis−tagやGSTのようなタグを付加したペプチドを固定化する方法も非常に簡便で有用である。この場合には、上述のように金属表面にアルカンチオールを介してアミノ基やカルボキシル基を導入した後に、それぞれNTA(ニトリロ三酢酸)、グルタチオンを金属薄膜上に導入させておくのがよい。His−tagの場合は、NTAを導入したアレイを塩化ニッケルにより処理した後で基質を固定化する。
【0041】
本発明においては、アレイ上における基質のリン酸化を感度よくモニターするためには、上記ペプチドにおけるリン酸化部位を認識する抗体を用いて解析するのがより好ましい。該抗体としては、例えばリン酸化されたチロシン残基、あるいはリン酸化されたセリン残基もしくはスレオニン残基を認識する抗体を用いるのが好ましい。該抗体はモノクロナール抗体、ポリクロナール抗体のいずれであってもよいが、検出の特異性や感度の点からはモノクロナール抗体の方がより好ましい。抗体のクラスについてはIgG、IgM等のいずれであってもよい。また、抗体は十分に精製されたものを用いるのが好ましいが、例えばモノクロナー抗体を含んでいるマウスの腹水やハイブリドーマ細胞の培養上清などをそのまま用いることも可能である。上記プロテインキナーゼとしては、種々のチロシンキナーゼあるいはセリン/スレオニンキナーゼが挙げられる。これらプロテインキナーゼの種類については特に限定されるものではなく、基本的にはあらゆる種類のプロテインキナーゼに対して適用することが可能である。
【0042】
【実施例】
以下、実施例を挙げることにより、本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に特に限定されるものではない。
実施例1:ペプチドアレイの作製
まず、金を蒸着させたガラス板(大阪真空工業株式会社製LAK−10;サイズ:18mm×18mm×1mm、コート内容:1層目 クロム20Å、2層目金450Å;屈折率1.72)を、1mM濃度のSUNBRIGHT MESH−50H(日本油脂製)のエタノール溶液20ml中に2時間浸漬させた。このガラス板をエタノール、水の順で洗浄し、乾燥後、上記ガラス板の上にフォトマスクを載せて固定し、紫外線照射(ウシオ電機製Optical Modulex SX−UI500Hを使用;500ワット)を2時間行った。フォトマスクは一辺500μmの正方形の穴が49個有し(7個×7個のパターンからなる。)、穴の中心間のピッチは1mmに設計されている。紫外線照射終了後エタノールによりガラス板を洗浄して、さらに1mMMOAM(8−amino−1−octanethiol,hydrochloride;同仁化学製)のエタノール溶液20ml中に1.5時間浸漬して、アレイ表面にアミノ基を導入した。
【0043】
上記の処理を施されたガラス板上に、10mg/ml濃度のNHS−PEG−MAL(分子量3400;Shearwater製)溶液(pH7.4の10mMリン酸緩衝液(100mM NaClを含む)に溶解した。)200μlを載せて室温で2時間静置させた。このガラス板をエタノール、水の順で洗浄して乾燥後、上記ガラス板上に形成されたフォトパターン上に10nlずつスポットした。スポットに用いたペプチド溶液(pH7.4の10mMリン酸緩衝液(100mM NaClを含む)に溶解した。)は100μg/ml濃度とした。スポッティングに際してはニチリョー製DNA−GRを用いた。基質ペプチドとしては、配列表・配列番号1(PKAの基質となる。)及び配列番号2(MAPKの基質となる。)に示されるアミノ酸配列からなる合成ペプチドを用いた。おのおのの基質の固定化パターンは図2に示した通りで行った。このようにペプチド溶液がスポットされたガラス板をウェットな環境下において室温で終夜静置して反応させた。こうしてキナーゼの基質ペプチドが固定化されたアレイを調製した。
実施例2:SPR解析
実施例1において調製したペプチドアレイを水、エタノールで洗浄して乾燥後、SPR装置(GWC Instruments Inc.製SPRimager)にセッティングして解析を行った。ランニングバッファーとしては、50mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.4;50mM塩化マグネシウム及び1mM ATP(アデノシン三リン酸)を含有する)を用いた。ランニングバッファーの送液は、プランンジャーポンプ(フロム製Model−021)を用いた。温度は30℃に設定して行った。基質のリン酸化反応においては、PKAとして市販のcAMP−Dependent Protein Kinase Catalytic Subunit(プロメガ製)を用いた。上記ランニングバッファーにより400倍希釈したPKA溶液(約200U/ml)を循環させながら30分間行った。その後、リン酸化セリン残基を認識する抗体であるab6639(abcam製)もしくはPSR−45(Sigma製)を作用させた。抗体溶液は上記ランニングバッファーにより1000倍希釈したものを用いた。
【0044】
上記のようにして得られた結果を図3に示した。PKA基質のスポットにおいてのみ特異的なSPRシグナルが確認され、MAPK基質のスポットではシグナルはほとんど確認されなかった。
【0045】
上記の同じアレイを上と同様にしてSPR装置にセッティングして、MAPK(mitogen−activated protein kinase)によるリン酸化反応に関しても同様の検討を行った。MAPKとしてはMAP Kinase,Activated,Rat,Recombinant(Calbiochem製)を用い(400倍希釈)、反応時間を90分間にした以外は上と同様に行った。結果はPKAの場合と逆に、MAPK基質のスポットにおいてのみ特異的なSPRシグナルが確認され、PKA基質のスポットではシグナルはほとんど確認されなかった。
【0046】
図4にSPRイメージングを行った結果を示した。実施例2におけるSPR解析に際して、CCDカメラによる画像の取り込みを5秒ごとに行い、抗体反応後における時点で取り込まれた画像から、反応前の時点での画像を、画像演算処理ソフトウエアScion Image(Scion Corp.製)を用いて引き算処理を行った結果である。PKA(図4−A)、MAPK(図4−B)をそれぞれ作用させた際に、各々の基質の固定化された箇所にのみスポットが確認されている。
実施例3:オートラジオグラフィ用アレイの調製
まず、実施例1で用いたのと同じ金蒸着ガラス板を1mM MOAMのエタノール溶液20ml中に1.5時間浸漬して、アレイ表面にアミノ基を導入した。エタノール、水の順に洗浄、乾燥後に、4mM mPEG−SPA(分子量2000;Shearwater Cop.製)溶液500μlをスライド上に載せて、1.5時間静置した。さらに、エタノール、水の順に洗浄、乾燥を行って、実施例1と同様にガラス板の上にフォトマスクを載せて固定し、紫外線照射を2時間行った。フォトマスクは一辺500μmの正方形の穴が16個(4個×4個のパターンからなる。)有するものを用いた。紫外線照射終了後エタノールによりガラス板を洗浄して、1mM MHA(7−carboxy−1−heptanethiol;同仁化学製)のエタノール溶液20ml中に1.5時間浸漬してカルボキシル基表面を形成させた。
【0047】
上記アレイをエタノール、水の順に洗浄、乾燥し、0.2M EDC(1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩)/0.05M NHS(N−ヒドロキシスクシンイミド)溶液200μlをスライド上に載せて、1時間間静置して表面を活性化した。このアレイをエタノール、水の順に洗浄、乾燥した後、図5に示すようなパターンでPKA基質及びMAPK基質を0.1μlずつスポットした。固定化反応は室温で終夜行うことにより、ペプチドのアミノ基を介して固定化されたアレイを調製した。
実施例4:オートラジオグラフィによるリン酸化の検出
実施例3において調製したアレイ上に、γ32P−ATPを含むPKA溶液200μlをドロップして、30℃で30分間反応した。PKAは実施例2で用いたのと同じものを用い、50mMトリス−塩酸緩衝液(50mM塩化マグネシウムを含む)で400倍希釈して反応に用いた。また、[γ32P]ATP(アマシャムバイオサイエンス製)は約5Ci/mmol共存させた。反応後、水で3回アレイを洗浄して、風乾を行い、オートラジオグラフィを行った。RI分析はBAS−1800II(富士写真フイルム製)を用いた。イメージングプレート(IPシート)への露光は30分間行った。結果を図5に示した。PKA基質を固定化した部位にのみ特異的にスポットが確認されている。
【0048】
【発明の効果】
上述したように、本発明の方法により、特殊な技術を要することもなく、また特にSPRを用いた場合には、蛍光性物質、放射性物質等の標識を用いる必要もなく、非常に簡便で迅速に様々なプロテインキナーゼ動態の解析を行うことが可能となった。本発明を利用することにより、多種類のプロテインキナーゼシグナルを網羅的に解析することができ、機能が未知な遺伝子の導入、あるいは薬物投与に伴う細胞内のプロテインキナーゼ動態を効果的にプロファイリングすることができる。これにより新規な遺伝子からの機能解析、新薬探索へのアプローチといったゲノム創薬への展開が期待される。
【0049】
【配列表】

Figure 2004283114
Figure 2004283114

【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において用いられる表面プラズモン共鳴イメージング装置の一例を示す図である。
【図2】実施例1において、アレイ上に2種類の基質ペプチドを固定化したパターンを示す図である。
【図3】実施例2において、SPR解析を行った結果である。
【図4】実施例2において、SPRイメージングを行った結果である。
【図5】実施例4において、オートラジオグラフィを行った結果である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for analyzing protein kinase activity using an array in which one or more kinds of peptides recognizing protein kinase are immobilized on a metal substrate. Particularly, by using an analysis technique based on surface plasmon resonance (hereinafter sometimes referred to as SPR), rapid, efficient and simple analysis of protein kinase activity can be realized. More specifically, a novel method for analyzing protein kinase activity using surface plasmon resonance imaging (hereinafter sometimes referred to as SPR imaging) that monitors the state of interaction between substances analyzed by SPR. It is.
[0002]
[Prior art]
In recent years, research on intracellular signal transduction has progressed dramatically, not only how signals are transmitted to nuclei from cell surface receptors activated by growth factors and cytokines, but also cell cycle, adhesion, The actual state of various signal transduction pathways controlling movement, polarity, morphogenesis, differentiation, life and death, etc. has been revealed. These signaling pathways do not function independently, but cross-talk with each other and function as a system. The causes of various diseases including cancer have been described as abnormalities in these signal transduction pathways.
[0003]
It is known that various types of protein kinases play an important role in the above-mentioned signal transduction pathways in a complicatedly related manner. If we could comprehensively analyze the activity of these protein kinases and profile their intracellular dynamics at once, we would not only be able to perform basic research in cell biology and pharmacy, but also in fields such as drug development and clinical application. It is expected to make a significant contribution. However, a technique that can simultaneously and easily profile the kinetics of various protein kinases has not yet been established so far.
[0004]
As a related technique already reported, for example, it has been described that the activity of c-Src kinase, which is a kind of tyrosine kinase, was evaluated using a peptide array (for example, see Non-Patent Document 1). In addition, for p60 tyrosine kinase, protein kinase A (hereinafter also referred to as PKA), etc., a phosphorylation detection system using a fluorescently labeled antibody using an array in which each substrate peptide is immobilized on a glass slide. (For example, see Non-Patent Documents 2 and 3) or a radioactive substance ([γ 32 There is an example (for example, see Non-Patent Documents 4, 5, and 6) which describes a detection system for a kinase reaction on an array using [P] ATP). However, none of the prior arts discloses a sufficient technique as a method for simultaneously and efficiently profiling the kinetics of various protein kinases. Further, in any of the above methods, it is necessary to use a fluorescent substance or a radioactive substance, and there are significant problems in that analysis requires time and effort, handling is difficult, and special techniques and facilities are required.
[0005]
[Non-patent document 1]
Benjamin T. Houseman et al., Nature Biotechnology, Volume 20, pages 270-274 (issued March 2002).
[0006]
[Non-patent document 2]
Bioorganic & Medical Chemistry Letters, Vol. 12, pp. 2085-2088 (published in 2002)
[0007]
[Non-Patent Document 3]
Bioorganic & Medical Chemistry Letters, Vol. 12, pp. 2079-2083 (published in 2002)
[0008]
[Non-patent document 4]
Current Opinion in Biotechnology Volume 13, pp. 315-320 (issued in 2002)
[0009]
[Non-Patent Document 5]
The Journal of Biological Chemistry Volume 277, 27839-27849 (published in 2002)
[0010]
[Non-Patent Document 6]
Science Vol. 289, pp. 1760-1763 (2000)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention seeks to establish a method capable of comprehensively profiling the kinetics of various protein kinases by a simple method that is quick and does not require special techniques.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies in view of the above circumstances, and as a result, using an array in which a peptide recognizing protein kinase is immobilized on a metal-deposited substrate, particularly the mutual interaction between substances on the array. The present inventors have found that detecting the action by the SPR imaging method is extremely useful for rapid analysis of various protein kinase kinetics, and arrived at the present invention.
[0013]
That is, the present invention has the following configuration.
Item 1. An array in which at least one corresponding peptide serving as a substrate for at least one protein kinase is immobilized on a metal thin film on a substrate.
Item 2. The peptide is a cGMP-dependent protein kinase family, a cAMP-dependent protein kinase (PKA) family, a myosin light chain kinase family, a protein kinase C (PKC) family, a protein kinase D (PKD) family, a protein kinase B (PKB) family; Item 2. The array according to Item 1, which is a substrate of at least one protein kinase selected from the group consisting of a protein kinase family belonging to a MAP kinase (MAPK) cascade, a Src tyrosine kinase family, and a receptor tyrosine kinase family.
Item 3. Item 2. The array according to Item 1, wherein at least two types of peptides, each of which is a separate protein kinase substrate, are immobilized on a metal thin film.
Item 4. Item 5. Analysis of protein kinase activity, wherein a sample containing protein kinase and a nucleoside triphosphate are allowed to act on the peptide of the array according to any one of Items 1 to 3, and the phosphorylated peptide is detected. Method.
Item 5. Item 3. The method for analyzing protein kinase activity according to Item 2, wherein the phosphorylated peptide is detected by utilizing surface plasmon resonance.
Item 6. Item 6. The method according to Item 5, wherein the phosphorylated peptide is detected by surface plasmon resonance imaging.
Item 7. Item 7. The method according to any one of Items 4 to 6, wherein the phosphorylated peptide is reacted with an antibody that recognizes a phosphorylation site in the peptide to form a complex, and the complex is detected.
Item 8. Item 8. The method according to Item 7, wherein the phosphorylation site recognized by the antibody is a tyrosine residue.
Item 9. Item 5. The method for analyzing protein kinase activity according to Item 4, wherein the phosphorylation site recognized by the antibody is a serine residue or a threonine residue.
Item 10. Item 10. The method according to any one of Items 4 to 9, wherein the peptide has a cysteine residue at one or both of the N-terminus and the C-terminus.
Item 11. Item 4. The array according to any one of Items 1 to 3, for performing protein kinase activity analysis using surface plasmon resonance.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described specifically.
[0015]
The method for detecting a phosphorylated peptide on a substrate in the present invention can be performed using a labeling compound such as a radioactive substance, a fluorescent substance, and a chemiluminescent substance which are well known in the art. However, it is more preferable to apply an optical detection method such as surface plasmon resonance (SPR), ellipsometry (hereinafter, referred to as ellipsometry), and sum frequency generation (hereinafter, referred to as SFG) spectrometry. Above all, SPR is particularly preferable because it is not necessary to obtain a phase difference, and it is possible to obtain a change in film thickness on the order of nm on the surface only by obtaining reflected light intensity. The SPR imaging method is more preferable because it can observe a wide range and can observe substance interaction in an array format.
[0016]
In one preferred embodiment of the present invention, the phosphorylated peptide is detected by utilizing a substance interaction between a substance capable of recognizing the phosphorylated peptide and the phosphorylated peptide. Preferred examples of the substance capable of recognizing a phosphorylated peptide include an antibody.
[0017]
Phosphorylation of the peptide can be performed by applying a test sample that may have protein kinase and a nucleoside triphosphate, for example, ATP, onto the array of the present invention. For example, a test sample which may have protein kinase in a buffer and a nucleoside triphosphate are added, and at a temperature of about 10 to 40 ° C, preferably at a temperature of 30 to 40 ° C, for about 10 minutes to 6 hours, preferably The peptide can be phosphorylated by reacting for about 30 to 1 hour. If necessary, cAMP, cGMP, Mg 2+ , Ca 2+ For example, a substance that assists phosphorylation may be allowed to coexist.
[0018]
Kinase profiling protein kinases include enzymes that phosphorylate the side chains of amino acids such as tyrosine, serine, threonine, and histidine of proteins. For example, cGMP-dependent protein kinase family, cAMP-dependent protein kinase ( PKA) family, myosin light chain kinase family, protein kinase C (PKC) family, protein kinase D (PKD) family, protein kinase B (PKB) family, protein kinase family belonging to MAP kinase (MAPK) cascade, Src tyrosine kinase family And the receptor tyrosine kinase family.
[0019]
In the present invention, the purpose of a peptide is to comprehensively profile the kinetics of protein kinase, so that one kind of peptide is phosphorylated only by one kind of protein kinase, and is not phosphorylated by another kind of protein kinase. preferable. For example, the PKA substrate is exemplified by the peptide of SEQ ID NO: 1, and the MAPK substrate is exemplified by the peptide of SEQ ID NO: 2. Peptide sequences serving as substrates for protein kinases including PKA and MAPK are known or can be appropriately selected based on known sequences. If the array of the present invention has immobilized peptides of a type corresponding to a plurality of types of protein kinases whose dynamics need to be grasped, profiling of all protein kinases can be performed with one array, which is preferable. Of course, a peptide corresponding to only one type of protein kinase may be immobilized on one array, and protein kinase profiling may be performed using a required number of arrays.
[0020]
Ellipsometry irradiates a sample with light, and can measure a film thickness and a refractive index from a change in a deflection state caused by interference between light reflected on the front surface of the thin film and light reflected on the back surface of the thin film. That is, it is a means for evaluating the ratio of the absolute value of the reflectance and the ratio of the phase change to the p-polarized light and the s-polarized light. Above all, spectroscopic ellipsometry, in which ellipsometry is measured while changing the wavelength, is preferable because a change in film thickness on the surface can be detected very sensitively.
[0021]
SFG is a kind of second-order nonlinear optical effect, and is a phenomenon in which two types of incident light (frequency ω1 and frequency ω2) having different frequencies are mixed in a medium to generate light of ω1 + ω2 or ω1-ω2. In particular, when visible light is used as ω1 and variable wavelength infrared light is used as ω2, vibrational spectroscopy similar to infrared spectroscopy can be performed. Since this method has good surface selectivity, vibration spectroscopy of molecules at the monomolecular film level is possible, and is useful as a very sensitive surface analysis method.
[0022]
As described above, in one particularly preferred embodiment, it is particularly preferred that the present invention comprehensively analyze various protein kinase activities using SPR. In the SPR, an evanescent wave is generated by a polarized light beam irradiated on a metal, and oozes on the surface, excites surface plasmons, which are surface waves, and consumes light energy to reduce the intensity of reflected light. The resonance angle at which the intensity of the reflected light is significantly reduced depends on the thickness of the layer formed on the surface of the metal. Therefore, the substance or substance aggregate to be examined is immobilized on the metal surface, and the interaction with the substance or substance aggregate in the sample is detected by the change in the resonance angle or the change in the reflected light intensity at a certain angle. It is possible. Therefore, SPR does not require a label and is useful as a quantitative method capable of real-time evaluation.
[0023]
The SPR imaging method using this SPR is a method of irradiating a polarized light beam over a wide area and analyzing the reflected image to monitor the state of interaction between substances by making full use of image processing technology and the like. In addition, it is possible to screen a chip on which a plurality of substances are immobilized, and to observe the morphology of an object adsorbed on the surface with high sensitivity.
[0024]
In the SPR imaging method, a means for irradiating a chip with a polarized light beam over a wide area in order to analyze a reflected image and ensuring sufficient illuminance of the light beam is required. FIG. 1 shows an example. It is more preferable that the illuminance of the polarized light beam is higher because the sensitivity of the sensor increases.
[0025]
Although the type of the light source is not particularly limited, it is preferable to use light including near-infrared light whose change in the SPR resonance angle is particularly sensitive. Specifically, a white light source that can irradiate light over a wide range, such as a metal halide lamp, a mercury lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, a fluorescent lamp, and an incandescent lamp, can be used. A halogen lamp which is sufficiently high, has a simple light power supply device and is inexpensive is particularly preferable.
[0026]
An ordinary white light source has a drawback in that light and darkness unevenness occurs in a filament portion. When the light from the light source is irradiated as it is, unevenness in brightness and darkness occurs in an image obtained by reflection, making it difficult to evaluate screening and morphological changes. Therefore, as a means for uniformly irradiating the chip with light, a method of passing light through a pinhole and then converting the light into parallel light is preferable.
[0027]
The means for passing through the pinhole is preferable as a means for obtaining a light beam having a uniform brightness, but there is a disadvantage that the illuminance is reduced if the light passes through the pinhole as it is. Therefore, as a means for securing sufficient illuminance, it is preferable to use a method in which a convex lens is provided between the pinhole and the light source, and light is collected and passed through the pinhole.
[0028]
Since the white light source is emitted light, it is necessary to use a convex lens to convert the white light into parallel light before focusing. By installing a light source near the focal length of the convex lens, parallel light can be obtained. By installing another convex lens and installing a pinhole near the focal length of the lens, it is possible to pass the condensed light through the pinhole. The light that crosses and passes through the pinhole is converted into parallel light by a CCTV lens for a camera, and the cross-sectional area of the parallel light flux obtained at that time is 10 to 1000 mm. 2 It is preferred to adjust to. This method enables a wide range of screening and morphology observation.
[0029]
When monitoring the interaction, the polarized light beam is irradiated on the opposite surface of the metal thin film on which the substance or the aggregate of the substance is immobilized. The polarized light beam is applied to the opposite surface of the metal thin film on which the substance or the aggregate of the substance is immobilized, and the reflected light beam is obtained. The light beam reflected from the metal thin film passes through a near-infrared wavelength light interference filter, passes only light near a certain wavelength, and is photographed by a CCD camera.
[0030]
The center wavelength of the optical interference filter is preferably from 600 to 1000 nm, at which the sensitivity of SPR is high. The wavelength width of the wavelength at which the transmittance of the optical interference filter is half of the maximum value is called the half-value width. The smaller the half-value width is, the sharper the wavelength distribution becomes, and more specifically, the more preferable is the half-value width of 100 nm or less.
[0031]
An image captured by a CCD camera through an optical interference filter is captured by a computer, and a change in brightness of a certain portion can be evaluated in real time, and an entire image can be evaluated by image processing. In this way, it is possible to screen a chip on which a plurality of substances are immobilized, and to observe the morphology of an object adsorbed on the surface with high sensitivity.
[0032]
The SPR chip used in the present invention is preferably formed of a metal substrate having a metal thin film formed on a transparent substrate, and directly or indirectly, chemically or physically, forming a substance or substance on the metal thin film. A slide on which the aggregate is fixed is used. The material of the substrate is not particularly limited, but it is preferable to use a transparent material. Specific examples include glass and plastics such as polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, and acrylic. Among them, glass is particularly preferred.
[0033]
The thickness of the substrate is preferably about 0.1 to 20 mm, more preferably about 1 to 2 mm. In order to achieve the purpose of evaluating the reflection image from the metal thin film, the SPR resonance angle should be as small as possible, so that the captured image does not have a risk of shaking and the analysis is easy. Therefore, the refractive index n of the transparent substrate or the transparent substrate and the prism in contact therewith D Is preferably 1.5 or more.
[0034]
Examples of the metal constituting the metal thin film include gold, silver, copper, aluminum, and platinum. These may be used alone or in combination, but among them gold is particularly preferable. The method for forming the metal thin film is not particularly limited, but known methods include, for example, an evaporation method, a sputtering method, and an ion coating method. Above all, a method by vapor deposition is preferable. Further, the thickness of the metal thin film is preferably about 10 to 3000 °, more preferably about 100 to 600 °.
[0035]
One particularly preferred embodiment of the present invention uses an array in which at least one, preferably a plurality of peptides serving as protein kinase substrates are immobilized on a metal-deposited substrate, and It is characterized in that a kinase-containing solution such as a cell lysate is allowed to act thereon, and the state of their interaction is detected by SPR or SPR imaging. In the present invention, a peptide serving as a substrate for a protein kinase refers to a peptide having a property of undergoing a phosphorylation reaction by the protein kinase.
[0036]
The length of the peptide is not particularly limited, but generally a peptide having 100 amino acid residues or less is used. Preferably, those having about 5 to 60 amino acid residues, more preferably about 10 to 25 amino acid residues are used. The peptide may be a peptide obtained by chemical synthesis based on a known technique, or a peptide produced by a genetic engineering technique may be used. In order to facilitate desorption to the substrate, biotin or a cysteine residue having a thiol group is added to one end of the peptide, or oligohistidine (His-tag), glutathione-S-transferase It is also useful to use a tag to which a commonly used tag such as (GST) is added.
[0037]
The method of immobilizing the peptide on the metal thin film is not particularly limited, but it is more preferable to preliminarily introduce a functional group that can be easily immobilized on the surface of the metal thin film and then immobilize the substrate peptide. preferable. Examples of the functional group include an amino group, a mercapto group, a carboxyl group, and an aldehyde group. In order to introduce these functional groups into the surface of the metal thin film, it is preferable to use a generally used alkanethiol derivative.
[0038]
At that time, J.I. M. Brockman et al. Am. Chem. Soc. Vol. 121, pp. 8044-8051 (1999), a method of immobilizing via an alkanethiol layer and modifying the background with PEG (polyethylene glycol) can also be used. Good. Further, in order to further suppress non-specific effects, immobilizing the peptide after binding a derivative having the above-described functional group introduced to the terminal of PEG to alkanethiol also has a spacer effect. Useful in
[0039]
Specifically, for example, a metal thin film is bonded to a water-soluble polymer such as carboxymethyl dextran or PEG whose terminal is modified with a carboxyl group to introduce a carboxyl group to the surface, and EDC (1-ethyl-3, As a ester of NHS (N-hydroxysuccinimide) using a water-soluble carbodiimide such as 4-dimethylaminopropylcarbodiimide), a method of reacting an activated carboxyl group with an amino group of a peptide or protein can be mentioned. Alternatively, after the surface is modified with maleimide, it may be immobilized via an amino acid residue containing a thiol group such as cysteine. In this case, the cysteine residue is preferably added to one end of the peptide. In order to reduce non-specific effects, the latter method of immobilization via a thiol group is more preferable, but is not particularly limited.
[0040]
The method of immobilizing a tagged peptide such as His-tag or GST described above is also very simple and useful. In this case, after introducing an amino group or a carboxyl group into the metal surface via the alkanethiol as described above, it is preferable to introduce NTA (nitrilotriacetic acid) and glutathione onto the metal thin film, respectively. In the case of His-tag, the array in which NTA is introduced is treated with nickel chloride, and then the substrate is immobilized.
[0041]
In the present invention, in order to monitor the phosphorylation of the substrate on the array with high sensitivity, it is more preferable to perform analysis using an antibody that recognizes a phosphorylation site in the peptide. As the antibody, for example, an antibody that recognizes a phosphorylated tyrosine residue or a phosphorylated serine residue or threonine residue is preferably used. The antibody may be either a monoclonal antibody or a polyclonal antibody, but a monoclonal antibody is more preferable in terms of detection specificity and sensitivity. The antibody class may be any of IgG, IgM and the like. It is preferable to use a sufficiently purified antibody. For example, ascites of a mouse or a culture supernatant of a hybridoma cell containing a monoclonal antibody can be used as it is. Examples of the protein kinase include various tyrosine kinases or serine / threonine kinases. The type of these protein kinases is not particularly limited, and can be basically applied to all types of protein kinases.
[0042]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not particularly limited to the examples.
Example 1: Preparation of peptide array
First, a gold-deposited glass plate (LAK-10 manufactured by Osaka Vacuum Industry Co., Ltd .; size: 18 mm × 18 mm × 1 mm, coating content: first layer of chromium 20Å, second layer of gold 450Å; refractive index 1.72) The sample was immersed in a 20 mM ethanol solution of SUNBRIGHT MASH-50H (manufactured by NOF Corporation) at a concentration of 1 mM for 2 hours. This glass plate was washed with ethanol and water in that order, dried, and then fixed with a photomask placed on the glass plate, and irradiated with ultraviolet light (using an Optical Module SX-UI500H manufactured by Ushio Inc .; 500 watts) for 2 hours. went. The photomask has 49 square holes each having a side of 500 μm (formed of 7 × 7 patterns), and the pitch between the centers of the holes is designed to be 1 mm. After the irradiation with ultraviolet rays, the glass plate was washed with ethanol, and further immersed in 20 ml of an ethanol solution of 1 mM MOAM (8-amino-1-octanethiol, hydrochloride; Dojindo Chemical) for 1.5 hours to remove amino groups on the array surface. Introduced.
[0043]
The solution was dissolved in a 10 mg / ml NHS-PEG-MAL (molecular weight: 3400; manufactured by Shearwater) solution (pH 7.4, 10 mM phosphate buffer (containing 100 mM NaCl)) on the glass plate treated as described above. ) 200 μl was placed and allowed to stand at room temperature for 2 hours. The glass plate was washed with ethanol and water in that order, dried, and then spotted on the photo pattern formed on the glass plate in an amount of 10 nl. The peptide solution (dissolved in a 10 mM phosphate buffer (containing 100 mM NaCl) at pH 7.4) used for the spot had a concentration of 100 μg / ml. For spotting, DNA-GR manufactured by Nichiryo was used. As the substrate peptide, a synthetic peptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 (which serves as a substrate for PKA) and SEQ ID NO: 2 (which serves as a substrate for MAPK) was used. The immobilization pattern of each substrate was as shown in FIG. The glass plate on which the peptide solution was spotted was allowed to react at room temperature overnight in a wet environment at room temperature. Thus, an array having the kinase substrate peptide immobilized thereon was prepared.
Example 2: SPR analysis
The peptide array prepared in Example 1 was washed with water and ethanol, dried and then set on an SPR device (SPRIimager manufactured by GWC Instruments Inc.) for analysis. As a running buffer, a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.4, containing 50 mM magnesium chloride and 1 mM ATP (adenosine triphosphate)) was used. A running buffer was supplied using a plunger pump (Model-021 manufactured by From). The temperature was set at 30 ° C. In the phosphorylation reaction of the substrate, a commercially available cAMP-Dependent Protein Kinase Catalytic Subunit (promega) was used as PKA. This was performed for 30 minutes while circulating a PKA solution (about 200 U / ml) diluted 400-fold with the running buffer. Then, ab6639 (manufactured by abcam) or PSR-45 (manufactured by Sigma), which is an antibody that recognizes a phosphorylated serine residue, was allowed to act thereon. The antibody solution used was diluted 1000-fold with the above running buffer.
[0044]
The result obtained as described above is shown in FIG. A specific SPR signal was confirmed only in the spot of the PKA substrate, and almost no signal was confirmed in the spot of the MAPK substrate.
[0045]
The same array as described above was set in an SPR apparatus in the same manner as above, and the same examination was performed for the phosphorylation reaction by MAPK (mitogen-activated protein kinase). As MAPK, MAP Kinase, Activated, Rat, Recombinant (manufactured by Calbiochem) was used (diluted 400-fold), and the same procedure was performed except that the reaction time was 90 minutes. As a result, contrary to the case of PKA, a specific SPR signal was confirmed only in the spot of the MAPK substrate, and almost no signal was confirmed in the spot of the PKA substrate.
[0046]
FIG. 4 shows the result of performing SPR imaging. At the time of SPR analysis in Example 2, an image was captured by a CCD camera every 5 seconds, and from an image captured at a time after the antibody reaction, an image at a time before the reaction was converted to image operation software Scion Image ( Scion Corp.). When PKA (FIG. 4-A) and MAPK (FIG. 4-B) were allowed to act, spots were confirmed only on the immobilized portions of each substrate.
Example 3: Preparation of array for autoradiography
First, the same gold-deposited glass plate as used in Example 1 was immersed in 20 ml of a 1 mM MOAM ethanol solution for 1.5 hours to introduce amino groups on the array surface. After washing and drying in the order of ethanol and water, 500 μl of a 4 mM mPEG-SPA (molecular weight: 2,000; manufactured by Shearwater Cop.) Solution was placed on a slide, and allowed to stand for 1.5 hours. Further, after washing and drying in the order of ethanol and water, a photomask was placed and fixed on a glass plate in the same manner as in Example 1, and ultraviolet irradiation was performed for 2 hours. A photomask having 16 square holes each having a side length of 500 μm (a pattern of 4 × 4 patterns) was used. After the ultraviolet irradiation, the glass plate was washed with ethanol and immersed in a 20 mM ethanol solution of 1 mM MHA (7-carboxy-1-heptanethiol; Dojindo Chemical) for 1.5 hours to form a carboxyl group surface.
[0047]
The array was washed with ethanol and water in that order, dried, and slided with 200 μl of 0.2 M EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride) /0.05 M NHS (N-hydroxysuccinimide) solution. Placed on top and left for 1 hour to activate the surface. After washing and drying the array in the order of ethanol and water, 0.1 μl of the PKA substrate and 0.1 μl of the MAPK substrate were spotted in a pattern as shown in FIG. The immobilization reaction was performed overnight at room temperature to prepare an array immobilized via the amino groups of the peptide.
Example 4: Detection of phosphorylation by autoradiography
On the array prepared in Example 3, γ 32 200 μl of a PKA solution containing P-ATP was dropped and reacted at 30 ° C. for 30 minutes. The same PKA as used in Example 2 was used and diluted 400-fold with a 50 mM Tris-HCl buffer (containing 50 mM magnesium chloride) for use in the reaction. Also, [γ 32 [P] ATP (manufactured by Amersham Bioscience) was allowed to coexist at about 5 Ci / mmol. After the reaction, the array was washed three times with water, air-dried, and subjected to autoradiography. The RI analysis used BAS-1800II (manufactured by Fuji Photo Film). Exposure to the imaging plate (IP sheet) was performed for 30 minutes. The results are shown in FIG. A spot was specifically confirmed only at the site where the PKA substrate was immobilized.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the method of the present invention, no special technique is required, and particularly when SPR is used, there is no need to use a label such as a fluorescent substance or a radioactive substance, which is very simple and rapid. It has become possible to analyze various protein kinase dynamics. By utilizing the present invention, it is possible to comprehensively analyze various types of protein kinase signals, and to effectively profile protein kinase dynamics in cells associated with introduction of a gene whose function is unknown or drug administration. Can be. This is expected to be applied to genomic drug discovery, such as functional analysis from new genes and approaches to drug discovery.
[0049]
[Sequence list]
Figure 2004283114
Figure 2004283114

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a surface plasmon resonance imaging apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a view showing a pattern in which two types of substrate peptides are immobilized on an array in Example 1.
FIG. 3 shows the result of performing SPR analysis in Example 2.
FIG. 4 shows the result of performing SPR imaging in Example 2.
FIG. 5 shows the result of performing autoradiography in Example 4.

Claims (11)

少なくとも1種のプロテインキナーゼの基質となる対応する少なくとも1種のペプチドが基板の金属薄膜上に固定化されてなるアレイ。An array in which at least one corresponding peptide serving as a substrate for at least one protein kinase is immobilized on a metal thin film on a substrate. 前記ペプチドがcGMP依存性プロテインキナーゼファミリー、 cAMP依存性プロテインキナーゼ(PKA) ファミリー、ミオシン軽鎖キナーゼファミリー、プロテインキナーゼC(PKC)ファミリー、プロテインキナーゼD(PKD)ファミリー、プロテインキナーゼB(PKB)ファミリー、MAPキナーゼ(MAPK)カスケードに属するプロテインキナーゼファミリー、Srcチロシンキナーゼファミリー、及び受容体型チロシンキナーゼファミリーからなる群から選ばれる少なくとも1種のプロテインキナーゼの基質である請求項1に記載のアレイ。The peptide is a cGMP-dependent protein kinase family, a cAMP-dependent protein kinase (PKA) family, a myosin light chain kinase family, a protein kinase C (PKC) family, a protein kinase D (PKD) family, a protein kinase B (PKB) family; The array according to claim 1, which is a substrate of at least one protein kinase selected from the group consisting of a protein kinase family belonging to a MAP kinase (MAPK) cascade, a Src tyrosine kinase family, and a receptor tyrosine kinase family. 各々が別々のプロテインキナーゼの基質である、少なくとも2種のペプチドが金属薄膜上に固定化されてなる請求項1に記載のアレイ。The array according to claim 1, wherein at least two peptides, each of which is a separate protein kinase substrate, are immobilized on a metal thin film. 請求項1〜3のいずれかに記載のアレイのペプチドにプロテインキナーゼを含み得る供試材料及びヌクレオシド三リン酸を作用させ、リン酸化された前記ペプチドを検出することを特徴とするプロテインキナーゼ活性の解析方法。A test material capable of containing protein kinase and a nucleoside triphosphate are allowed to act on the peptide of the array according to any one of claims 1 to 3, and the phosphorylated peptide is detected, whereby the protein kinase activity is detected. analysis method. リン酸化されたペプチドを表面プラズモン共鳴を利用して検出することを特徴とする請求項2に記載のプロテインキナーゼ活性の解析方法。The method for analyzing protein kinase activity according to claim 2, wherein the phosphorylated peptide is detected using surface plasmon resonance. リン酸化されたペプチドを表面プラズモン共鳴イメージング法により検出することを特徴とする請求項5に記載の方法。The method according to claim 5, wherein the phosphorylated peptide is detected by surface plasmon resonance imaging. リン酸化されたペプチドを、該ペプチドにおけるリン酸化部位を認識する抗体と反応させて複合体とし、該複合体を検出する請求項4〜6のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 4 to 6, wherein the phosphorylated peptide is reacted with an antibody that recognizes a phosphorylation site in the peptide to form a complex, and the complex is detected. 抗体が認識するリン酸化部位がチロシン残基である請求項7記載の方法。The method according to claim 7, wherein the phosphorylation site recognized by the antibody is a tyrosine residue. 抗体が認識するリン酸化部位がセリン残基又はスレオニン残基である請求項4記載のプロテインキナーゼ活性の解析方法。The method for analyzing protein kinase activity according to claim 4, wherein the phosphorylation site recognized by the antibody is a serine residue or a threonine residue. 前記ペプチドのN末端及びC末端の一方或いは両方にシステイン残基を有している請求項4〜9のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 4 to 9, wherein the peptide has a cysteine residue at one or both of the N-terminus and the C-terminus. 表面プラズモン共鳴を利用してプロテインキナーゼ活性解析を行うための請求項1〜3のいずれかに記載のアレイ。The array according to any one of claims 1 to 3, for performing protein kinase activity analysis using surface plasmon resonance.
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