JP2005232132A - Labeling reagent specific to dansyl group-bearing thiol group, method for producing the same and labeling method using the labeling reagent - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダンシル基を有するハロゲン化酢酸誘導体を利用するチオール基特異的標識試薬、その製造方法、および該標識試薬を用いた標識方法に関する。 The present invention relates to a thiol group-specific labeling reagent using a halogenated acetic acid derivative having a dansyl group, a production method thereof, and a labeling method using the labeling reagent.
タンパク質やペプチド(以下、これらを併せて「タンパク質」という)等の生体分子の標識は、医学や農芸化学、生化学、分子生物学等の分野で多用される手法であり、目的とする生体分子の性質の同定や機能の付加等に有用である。 The labeling of biomolecules such as proteins and peptides (hereinafter collectively referred to as “proteins”) is a technique frequently used in the fields of medicine, agricultural chemistry, biochemistry, molecular biology, and the like. It is useful for identification of properties and addition of functions.
システインが有するチオール基、およびシステインにより形成されるジスルフィドは、タンパク質の立体構造の保持やその酵素活性を発揮するために重要である。例えば、リボヌクレアーゼ等の多くのタンパク質は分子内あるいは分子間のジスルフィド結合を切断すると、正しい立体構造が形成できなくなり、その結果として酵素活性を失うことが知られている。またグルコースオキシダーゼやパパイン等の酵素はその活性部位にチオール基を含み、プロテインジスルフィドイソメラーゼ等の酵素はその活性部位のシステイン残基がチオールとジスルフィドとを交換することで活性を発揮する。すなわち、これらの酵素ではその活性を発揮する際にチオールやジスルフィドが関与することが知られている。以上のことから、タンパク質中のチオール基およびジスルフィドの位置を同定することは、そのタンパク質の構造や活性を検討する上で非常に重要な要素となる。 The thiol group possessed by cysteine and the disulfide formed by cysteine are important for maintaining the three-dimensional structure of the protein and exerting its enzyme activity. For example, it is known that many proteins such as ribonuclease cannot form a correct three-dimensional structure when the intramolecular or intermolecular disulfide bond is cleaved, resulting in loss of enzyme activity. Enzymes such as glucose oxidase and papain contain a thiol group in the active site, and enzymes such as protein disulfide isomerase exhibit activity by exchanging thiol and disulfide with cysteine residues in the active site. That is, these enzymes are known to involve thiols and disulfides when exhibiting their activities. From the above, identifying the positions of thiol groups and disulfides in a protein is a very important factor in examining the structure and activity of the protein.
タンパク質のチオール基やジスルフィドの位置は、被験タンパク質を(1)プロテアーゼで切断し、(2)プロテアーゼにより分解された種々のペプチド断片の中からチオール基を有するペプチド断片のみを抽出し、(3)アミノ酸シーケンス等の手段により該抽出ペプチド断片の一次構造を決定することで同定される。この「チオール基を有するペプチド断片の精製」には、チオール基の特異的標識試薬を利用する方法が考えられる。 The protein thiol group or disulfide position is determined by (1) cleaving the test protein with a protease, (2) extracting only peptide fragments having a thiol group from various peptide fragments decomposed by the protease, (3) It is identified by determining the primary structure of the extracted peptide fragment by means such as an amino acid sequence. For this “purification of a peptide fragment having a thiol group”, a method using a thiol group-specific labeling reagent can be considered.
特許文献1には蛍光性を有するチオール基標識試薬(アクリジン誘導体)、該標識試薬を用いたタンパク質の標識方法、および該標識試薬により標識されたタンパク質(被標識タンパク質)をポストカラム高速液体クロマトグラフィーで抽出する方法が開示されている。また、特許文献2および非特許文献1〜5には蛍光性を有するチオール基標識試薬(マレイミド誘導体、N−(2−ブロモアセチルアミノ)エチル−2−(メチルアミノ)ベンズアミド、ジフルオレセインジスルフィド、モノブロモビマン、N−(ヨードアセチルアミノエチル)−ナフチルアミン硫酸、N−(p−(2−ベンゾキサゾイル)フェニル)マレイミド)および該標識試薬を用いたタンパク質の標識方法が、特許文献3ならびに非特許文献6および7には、放射性核種を有するチオール基標識試薬(マレイミドベース化合物、デアミノリシン(N6−N−マレオイル−β−アラニン)−8−アルギニンバソプレシン、3−(2−ピリジルジチオ)プロピオニルアルギニル−[125I]−モノヨードチロシン)および該標識試薬を用いたタンパク質の標識方法が、非特許文献8には紫外線吸収作用を有するチオール基標識試薬(N−(4−アジドフェニルチオ)フタルイミド)および該標識試薬を用いたタンパク質の標識方法が開示されている。
したがって、これらの標識試薬であらかじめ被験タンパク質を標識し、該タンパク質をプロテアーゼにより切断し、プロテアーゼにより分解された複数のペプチド断片を各ペプチド断片が有する物理的または化学的性質の差異を利用して前記液体クロマトグラフィー等の手段により分離して、チオール基を有するペプチド断片を抽出することも考えられる。 Accordingly, the test protein is labeled in advance with these labeling reagents, the protein is cleaved with a protease, and a plurality of peptide fragments decomposed by the protease are utilized to make use of the difference in physical or chemical properties of each peptide fragment. It is also conceivable to extract peptide fragments having a thiol group by separation by means such as liquid chromatography.
しかしながら、試料中に数種から数十種以上のタンパク質が含まれる場合、前記液体クロマトグラフィー等による分離は、(1)試料中に含まれる各タンパク質の性質によっては、複数のタンパク質が同一分画に抽出される可能性があり、被標識タンパク質だけを確実に抽出することができない点、(2)試料中に目的とするタンパク質が極微量しか存在しない場合は十分な収量が得られない点等の問題があることから、実際には液体クロマトグラフィー等の抽出分画をアミノ酸シーケンスの試料に用いることは不可能であった。このことは、特にタンパク質をプロテアーゼにより複数のペプチド断片に切断する操作を含むチオール基の位置の同定において最も問題となる。 However, when several to several tens or more kinds of proteins are contained in the sample, the separation by the liquid chromatography or the like is as follows. (1) Depending on the properties of each protein contained in the sample, a plurality of proteins may be divided into the same fraction. That only the protein to be labeled cannot be reliably extracted, and (2) a sufficient yield cannot be obtained when there is only a very small amount of the target protein in the sample. Therefore, in practice, it was impossible to use an extraction fraction such as liquid chromatography as a sample of an amino acid sequence. This is most problematic in the identification of the position of the thiol group, particularly including the operation of cleaving the protein into a plurality of peptide fragments by protease.
他方、非特許文献9には、トランスグルタミナーゼの存在下で、被験タンパク質と、トランスグルタミナーゼ反応性のグルタミン残基に対する特異的標識試薬(モノダンシルカダベリン)とを結合させ、該標識試薬が有する抗ダンシル基抗体との反応性を利用し、抗体アフィニティークロマトグラフィーにより被標識タンパク質を特異的に抽出する方法が開示されている。さらに、同文献には、該方法により抽出された被標識タンパク質をアミノ酸シーケンス用の試料として利用できること、およびアミノ酸シーケンスにより該被標識タンパク質の一次構造を決定できることが記載されている。 On the other hand, Non-Patent Document 9 discloses that anti-dansyl possessed by a labeling reagent by binding a test protein and a specific labeling reagent (monodansyl cadaverine) for transglutaminase-reactive glutamine residues in the presence of transglutaminase. A method for specifically extracting a labeled protein by antibody affinity chromatography utilizing the reactivity with a base antibody is disclosed. Further, this document describes that the labeled protein extracted by the method can be used as a sample for an amino acid sequence, and that the primary structure of the labeled protein can be determined by the amino acid sequence.
このように、標識試薬自体に抗体との反応性等の性質が存在すれば、その性質を利用して被標識タンパク質を特異的かつ大量に抽出することも可能となる。しかしながら、このような性質を有するチオール基の標識試薬は知られていない。
したがって、タンパク質のチオール基と特異的に結合するとともに、標識試薬自体が有する性質により被標識タンパク質を抽出することが可能な標識試薬の開発が望まれていた。 Accordingly, it has been desired to develop a labeling reagent that can specifically bind to a thiol group of a protein and extract a protein to be labeled due to the properties of the labeling reagent itself.
本発明者は、上記課題の解決のために、チオール基およびアミノ基との反応性を有するモノハロゲン化カルボン酸と、市販の抗ダンシル基抗体との反応性と蛍光性とを有するダンシル基とを利用することとし、これらの性質を兼ね備えるチオール基標識用試薬を開発した。
すなわち本発明の目的は、一般式(I)
で表される化合物を含有するチオール基標識用試薬を提供することである。
さらに本発明の他の目的は、上記式(I)で表される化合物の製造方法を提供することである。
さらにまた、本発明の他の目的は上記式(I)で表される化合物を用いるタンパク質の標識方法を提供することである。
In order to solve the above problems, the present inventor has proposed a monohalogenated carboxylic acid having reactivity with a thiol group and an amino group, and a dansyl group having reactivity and fluorescence with a commercially available anti-dansyl group antibody. And developed a reagent for labeling thiol groups that combines these properties.
That is, the object of the present invention is to formula (I)
It is providing the reagent for label | marking the thiol group containing the compound represented by these.
Still another object of the present invention is to provide a method for producing the compound represented by the above formula (I).
Furthermore, another object of the present invention is to provide a protein labeling method using the compound represented by the above formula (I).
[本発明の式(I)で表される化合物の製造方法]
本発明の式(I)で表される化合物は、以下のスキームに示すように一般式(II)で表される化合物をカルボジイミド(IV)の存在下で、ハロゲン化カルボン酸(III)と反応させることにより一段階の反応で簡便に製造することができる。製造した化合物(I)は、生成物と出発物質との物理的および化学的性質の相違に基づく公知の分離方法によって精製することができる。かかる精製方法として、クロマトグラフィー、分別抽出、分別結晶または分別蒸留等が挙げられる。
The compound represented by the formula (I) of the present invention is reacted with the halogenated carboxylic acid (III) in the presence of carbodiimide (IV) as shown in the following scheme. Can be easily produced in a one-step reaction. The produced compound (I) can be purified by a known separation method based on the difference in physical and chemical properties between the product and the starting material. Such purification methods include chromatography, fractional extraction, fractional crystallization or fractional distillation.
一般式(II)の具体例としては、
1−(アミノエチルスルファミル)−5−(ジメチルアミノ)ナフタレン、
1−(アミノプロピルスルファミル)−5−(ジメチルアミノ)ナフタレン、
1−(アミノブチルスルファミル)−5−(ジメチルアミノ)ナフタレン、
1−(アミノペンチルスルファミル)−5−(ジメチルアミノ)ナフタレン、
1−(アミノヘプチルスルファミル)−5−(ジメチルアミノ)ナフタレン、
1−(アミノオクチルスルファミル)−5−(ジメチルアミノ)ナフタレン、
等が挙げられる。
As a specific example of the general formula (II),
1- (aminoethylsulfamyl) -5- (dimethylamino) naphthalene,
1- (aminopropylsulfamyl) -5- (dimethylamino) naphthalene,
1- (aminobutylsulfamyl) -5- (dimethylamino) naphthalene,
1- (aminopentylsulfamyl) -5- (dimethylamino) naphthalene,
1- (aminoheptylsulfamyl) -5- (dimethylamino) naphthalene,
1- (aminooctylsulfamyl) -5- (dimethylamino) naphthalene,
Etc.
ハロゲン化カルボン酸(III)の例としては、ヨード酢酸、ブロモ酢酸、クロロ酢酸、フルオロ酢酸等のハロ酢酸、3−ブロモプロパン酸、4−ブロモブタン酸、3−クロロプロパン酸等の水溶性のハロゲン化カルボン酸が挙げられる。ハロゲン化カルボン酸(III)は式(II)の化合物1当量に対し1〜3当量の割合で用いられる。 Examples of the halogenated carboxylic acid (III) include water-soluble halogenated compounds such as haloacetic acids such as iodoacetic acid, bromoacetic acid, chloroacetic acid and fluoroacetic acid, 3-bromopropanoic acid, 4-bromobutanoic acid and 3-chloropropanoic acid. Carboxylic acid is mentioned. The halogenated carboxylic acid (III) is used in a ratio of 1 to 3 equivalents per 1 equivalent of the compound of the formula (II).
本発明において使用されるカルボジイミドとしては、例えば、一般式(IV)
R1−N=C=N−R2 (IV)
(式中、R1、R2はそれぞれ独立して、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基またはシクロヘキシル基であり、さらにR2は、
R 1 —N═C═N—R 2 (IV)
(Wherein, R 1, R 2 are each independently a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group or a cyclohexyl group, further R 2 is
反応に使用される溶媒は、反応に影響を与えない限り特に限定されないが、ハロゲン化炭化水素(例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素等)、エーテル系溶媒(例えば、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等)、ケトン類(例えば、アセトン、メチルエチルケトン等)もしくはアセトニトリル等の有機溶媒を単独でまたは組み合わせて使用することができる。 The solvent used in the reaction is not particularly limited as long as it does not affect the reaction, but halogenated hydrocarbons (for example, chloroform, dichloromethane, carbon tetrachloride, etc.), ether solvents (for example, diethyl ether, diisopropyl ether, etc.) , Ketones (for example, acetone, methyl ethyl ketone, etc.) or organic solvents such as acetonitrile can be used alone or in combination.
反応時間は使用する出発物質の種類および量に依存するが、反応の終了は最終的には薄相クロマトグラフィーにより確認することができる。また、反応温度はおおよそ室温程度で実施することが望ましい。
上記のアミド化工程に引き続く分離操作はクロマトグラフィー、分別抽出、分別結晶、分別蒸留またはこれらの組合せにより行うことができる。
Although the reaction time depends on the kind and amount of the starting material used, the completion of the reaction can be finally confirmed by thin phase chromatography. The reaction temperature is preferably about room temperature.
The separation operation following the above-mentioned amidation step can be performed by chromatography, fractional extraction, fractional crystallization, fractional distillation or a combination thereof.
分別抽出する場合、有機層に使用する溶媒としては、水層に使用する水系溶媒と均一に混合しなければ特に限定はなく、炭化水素類(例えばベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン等)、ハロゲン化炭素類(クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素等)を単独でまたは組みあわせて使用することができる。また、水層に使用する溶媒としては、pH2〜3に調整した酸性水系溶媒(例えば、塩酸水溶液、酢酸水溶液、クエン酸水溶液等)およびpH10〜11に調整した塩基性水系溶媒(例えば、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液等)を使用することができる。さらに、pHをそれぞれ2〜3または10〜11に調整したグリシン緩衝液等も使用することができる。
In the case of fractional extraction, the solvent used in the organic layer is not particularly limited unless it is uniformly mixed with the aqueous solvent used in the aqueous layer. Hydrocarbons (for example, benzene, toluene, xylene, hexane, heptane, etc.), Halogenated carbons (chloroform, dichloromethane, carbon tetrachloride, etc.) can be used alone or in combination. Moreover, as a solvent used for the aqueous layer, an acidic aqueous solvent adjusted to
クロマトグラフィーを行う場合、使用するカラム担体としては例えばシリカゲルが挙げられ、使用する移動相としては分離に影響を与えなければ特に限定はなく、炭化水素類(例えばベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン等)、ハロゲン化炭素類(例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素等)、エーテル類(例えば、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等)または酢酸エチル等が単独あるいは組み合わせて用いることができる。 In the case of performing chromatography, the column carrier used includes, for example, silica gel, and the mobile phase used is not particularly limited as long as it does not affect the separation, and hydrocarbons (for example, benzene, toluene, xylene, hexane, heptane). Etc.), halogenated carbons (eg, chloroform, dichloromethane, carbon tetrachloride, etc.), ethers (eg, diethyl ether, diisopropyl ether, etc.), ethyl acetate, etc. can be used alone or in combination.
このように分離、精製した化合物(I)は、エバボレーター等を用いて20℃〜100℃(ただし80℃が望ましい)で乾固し、粉末の状態で、−20℃で遮光保存しておくのが望ましい。 The compound (I) thus separated and purified is dried at 20 ° C. to 100 ° C. (preferably 80 ° C.) using an evaporator or the like, and is stored in the form of a powder at −20 ° C. and protected from light. Is desirable.
次に、本発明の化合物(I)をタンパク質中のチオール基に反応させ、これらを標識する方法について説明する。 Next, a method for reacting the compound (I) of the present invention with a thiol group in a protein and labeling them will be described.
[本発明の化合物(I)によるタンパク質の標識方法]
本発明の化合物(I)を用いたタンパク質の標識は、緩和な条件で実施することができ、例えばチオールを有するタンパク質と、該タンパク質のチオール基1当量に対して、必要に応じ、SDS、トライトンX、チャプス、Tween20等の界面活性剤で可溶化した2〜4当量の化合物(I)とを室温、pH6〜8の緩衝溶液中で、遮光下で反応させればよい。反応時間は30分以上であればよく、一晩以上反応させてもタンパク質中のチオール基以外の基(例えばアミノ基等)と反応することはないが、標準的な反応時間は45分〜2時間である。なお、反応溶液中には化合物(I)とタンパク質との反応を阻害しな
いものであれば、防腐剤、界面活性剤、安定化剤が共存していてもよい。
[Method for labeling protein with compound (I) of the present invention]
The labeling of the protein using the compound (I) of the present invention can be carried out under mild conditions. For example, SDS, Triton can be added to a protein having a thiol and 1 equivalent of the thiol group of the protein as necessary. What is necessary is just to make it react with 2-4 equivalents of compound (I) solubilized with surfactants, such as X, a chaps, and
化合物(I)により標識されるタンパク質は、該タンパク質がチオール基を有していれば特に限定されず、不溶性のタンパク質である場合には、SDS、トライトンX、チャプス、Tween20等の界面活性剤により可溶化して標識することができる。 The protein labeled with the compound (I) is not particularly limited as long as the protein has a thiol group. When the protein is an insoluble protein, the protein can be labeled with a surfactant such as SDS, Triton X, Chaps, or Tween20. It can be solubilized and labeled.
化合物(I)は、タンパク質におけるチオール基との特異的反応性を有し、ジスルフィドとは反応しないが、ジスルフィド結合を形成しているシステイン残基を標識したい場合には、ジチオスレイトール、2−メルカプトエタノール等の還元剤であらかじめ該ジスルフィド結合をチオール基に還元すればこのようなシステイン残基も標識可能である。 Compound (I) has specific reactivity with a thiol group in a protein and does not react with disulfide, but when it is desired to label a cysteine residue forming a disulfide bond, dithiothreitol, 2- Such cysteine residues can be labeled by reducing the disulfide bond to a thiol group in advance with a reducing agent such as mercaptoethanol.
[本発明の化合物(I)により標識されたタンパク質(被標識タンパク質)の検出および抽出方法]
このようにして得られた被標識タンパク質は、化合物(I)中に含まれるダンシル基の抗ダンシル基抗体との反応性を利用して抗体アフィニティークロマトグラフィー等の手段により、被標識タンパク質を特異的に抽出することができる。さらに、ウエスタンブロッティングや免疫測定法等といった高感度の免疫学的手法による検出が可能となる。また、ダンシル基が有する蛍光性を利用して、公知のダンシル基の蛍光測定条件の下、例えば紫外線照射の下蛍光を測定することにより、被標識タンパク質を検出することもできる。
[Method for detecting and extracting protein labeled with compound (I) of the present invention (labeled protein)]
The labeled protein thus obtained can be specifically identified by means such as antibody affinity chromatography utilizing the reactivity of the dansyl group contained in compound (I) with the anti-dansyl group antibody. Can be extracted. Furthermore, detection by a highly sensitive immunological technique such as Western blotting or immunoassay is possible. Further, the protein to be labeled can also be detected by measuring fluorescence under the known dansyl group fluorescence measurement conditions, for example, under ultraviolet irradiation, using the fluorescence of the dansyl group.
本発明の応用としては、例えば、化合物(I)が有するチオール特異的反応性を利用して被験タンパク質中に存在するチオール基が酸化型と還元型のいずれで存在するか確認することができる。例えば、グルタチオン等の酸化型と還元型を有するタンパク質を特定の条件で化合物(I)と反応させた後、質量分析器等により分子量を測定することで、該条件でこのようなタンパク質がいずれの状態で存在するか確認することができる。 As an application of the present invention, for example, the thiol-specific reactivity of compound (I) can be used to confirm whether the thiol group present in the test protein exists in an oxidized form or a reduced form. For example, after reacting a protein having an oxidized form and a reduced form, such as glutathione, with a compound (I) under specific conditions, the molecular weight is measured by a mass spectrometer or the like. It can be confirmed whether it exists in a state.
別の本発明の応用としては、例えば、抗体アフィニティークロマトグラフィーによる被標識タンパク質の抽出が挙げられる。すなわち、前記のように標識された被標識タンパク質を抗ダンシル抗体を付加したアフィニティーカラムに通すことにより、化合物(I)で標識された被標識タンパク質だけを抽出することができる。 Another application of the present invention is, for example, extraction of a protein to be labeled by antibody affinity chromatography. That is, by passing the labeled protein labeled as described above through an affinity column to which an anti-dansyl antibody is added, only the labeled protein labeled with the compound (I) can be extracted.
さらに、別の本発明の応用としては、例えば、抗ダンシル基抗体との反応性を利用したウエスタンブロッティング法や免疫測定法による被標識タンパク質の検出が挙げられる。これらの方法は、前記クロマトグラフ法と比べて高い検出感度を有することから、少ない試料で被標識タンパク質を検出することが可能となる。 Furthermore, another application of the present invention is, for example, detection of a protein to be labeled by Western blotting or immunoassay utilizing reactivity with anti-dansyl group antibodies. Since these methods have a higher detection sensitivity than the chromatographic method, it becomes possible to detect the labeled protein with a small number of samples.
また、本発明の別の応用例としては、例えば、前記のように標識した被標識タンパク質を薄層クロマトグラフィーで分離し、ダンシル基が有する蛍光を検出することにより、被験タンパク質中におけるチオール基の存在を確認することができる。 Further, as another application example of the present invention, for example, the labeled protein labeled as described above is separated by thin layer chromatography, and the fluorescence of the dansyl group is detected to detect the thiol group in the test protein. The existence can be confirmed.
また、別の本発明の応用としては、例えば、いわゆるポストカラム高速液体クロマトグラフィーの利用が考えられる。すなわち、被験タンパク質を本発明の化合物(I)で標識し、前記クロマトグラフ等の分離手法により分離し、蛍光検出器による蛍光測定により、被標識タンパク質を抽出することができる。 As another application of the present invention, for example, use of so-called post column high performance liquid chromatography can be considered. That is, the test protein can be labeled with the compound (I) of the present invention, separated by the separation method such as the chromatograph, and the labeled protein can be extracted by fluorescence measurement using a fluorescence detector.
さらにまた、別の本発明の応用としては、例えば、抗ダンシル抗体アフィニティークロマトグラフィーと、高速液体クロマトグラフィーとを組み合わせた被標識タンパク質の抽出が挙げられる。すなわち、抗体アフィニティークロマトグラフィーの抽出物中に複数種類の被標識タンパク質が含まれる場合、これをさらに高速液体クロマトグラフィーで分離し、被標識タンパク質を単離することが可能となる。 Furthermore, as another application of the present invention, for example, extraction of a labeled protein combining anti-dansyl antibody affinity chromatography and high performance liquid chromatography can be mentioned. That is, when a plurality of types of labeled proteins are contained in the antibody affinity chromatography extract, it is possible to further separate them by high performance liquid chromatography and to isolate the labeled proteins.
本発明の化合物(I)は、ハロゲン化カルボン酸とは異なり、タンパク質中に含まれるチオール基を特異的に認識し、アミノ基やジスルフィド基とは結合しないことから、チオール基を有するタンパク質のみを特異的に標識することができる。すなわち、このような化合物(I)の性質を利用して、チオール基を有するタンパク質を特異的に検出することができ、さらにはタンパク質中のシステイン残基が酸化型で存在するか還元型で存在するかを確認しうる。 Unlike the halogenated carboxylic acid, the compound (I) of the present invention specifically recognizes a thiol group contained in a protein and does not bind to an amino group or a disulfide group. It can be specifically labeled. That is, by utilizing such a property of compound (I), a protein having a thiol group can be specifically detected, and further, a cysteine residue in the protein exists in an oxidized form or a reduced form. You can check if you want to.
また、化合物(I)に含まれるダンシル抗体は、抗ダンシル基抗体との反応性を有することから、従来行い得なかった抗体アフィニティークロマトグラフィー等の手段により被標識タンパク質を抽出することができる。すなわち、被標識タンパク質のみを特異的にかつ大量に調製することが可能となり、アミノ酸シーケンス用の試料の調製が容易となることから、タンパク質中のシステイン残基の位置の同定に資する。さらに、抗体アフィニティークロマトグラフィーと高速液体クロマトグラフィーとを組み合わせることで、被標識タンパク質が複数種類存在する場合であっても、被標識タンパク質の種類ごとに単離することが可能となる。 Moreover, since the dansyl antibody contained in the compound (I) has reactivity with the anti-dansyl group antibody, the labeled protein can be extracted by means such as antibody affinity chromatography which could not be performed conventionally. That is, only the protein to be labeled can be prepared specifically and in large quantities, and the preparation of the sample for amino acid sequence is facilitated, which contributes to the identification of the position of the cysteine residue in the protein. Furthermore, by combining antibody affinity chromatography and high performance liquid chromatography, even when there are a plurality of types of labeled proteins, it is possible to isolate each type of labeled protein.
また、ダンシル基が有する蛍光性を利用した検出手段に加えて、抗ダンシル基抗体との反応性を有することから、これを利用して高感度の免疫学的検出手段であるウエスタンブロッティングまたは免疫測定等の手段を利用することが可能となる。すなわち、被標識タンパク質が極微量しか存在しない場合でも、本法を用いることにより簡便に検出することができる。 In addition to the detection means using the fluorescence possessed by dansyl groups, it has reactivity with anti-dansyl group antibodies, so it can be used for Western blotting or immunoassay as a highly sensitive immunological detection means. It is possible to use such means. That is, even when only a very small amount of the protein to be labeled exists, it can be easily detected by using this method.
以下、実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例等に何ら制約されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited at all by these Examples.
〔実施例1〕 ヨードアセチルダンシルカダベリンの合成
ヨードアセタミド(11.1mg、終濃度20mM)とモノダンシルカダベリン(10.1mg、終濃度10mM)とN,N’−ジシクロヘキシルカルボジアミド(6.2mg、終濃度10mM)をジクロロメタン(3mL)中で、室温で15分撹拌した。
ヘキサン/酢酸エチル(1:1)を用いて薄層クロマトグラフィーを行なうことにより反応が終了したことを確認した後、反応溶液をpH3.0とpH10.0のグリシン緩衝液(3mL)で交互に2回二層分配した。洗浄後、ヨードアセチルダンシルカダベリンを含む有機層を回収し、ロータリーエバポレーターにより乾固し、クロロホルム(3mL)に再溶解した。この溶液をクロロホルム/メタノール/グリシン緩衝液(3mL、pH3.0)(40:20:7)の溶液で2回洗浄し、再びヨードアセチルダンシルカダベリンを含む有機層を回収し、ロータリーエバポレーターにより乾固した。それをヘキサン/酢酸エチル(1:1)の溶液で溶解し、シリカゲルカラム(直径12mm、長さ250mm)によって精製することにより、ヨードアセチルダンシルカダベリンを7.2mg得た(収量48%)。この物質の分析値は、以下のとおりであった。
1H-NMR(CDCl3)ppm:δ1.07-1.42(6H, m), 2.88(2H, dt, J=5.6 Hz), 2.89(6H, s), 3.10(2H, dt, J=6.3 Hz), 3.66(2H, s), 4.6(1H, s), 6.74(1H, s), 7.19(1H, d, J=7.6 Hz), 7.50-7.59(2H, m), 8.22(1H, d, J=8.6 Hz), 8.31(1H, d, J=8.6 Hz), 8.54(1H, d, J=8.6 Hz)
Example 1 Synthesis of iodoacetyl dansyl cadaverine iodoacetamide (11.1 mg,
After confirming the completion of the reaction by thin-layer chromatography using hexane / ethyl acetate (1: 1), the reaction solution was alternately mixed with glycine buffer (3 mL) at pH 3.0 and pH 10.0. Partitioned twice in two layers. After washing, the organic layer containing iodoacetyl dansyl cadaverine was collected, dried by a rotary evaporator, and redissolved in chloroform (3 mL). This solution was washed twice with a solution of chloroform / methanol / glycine buffer (3 mL, pH 3.0) (40: 20: 7), and the organic layer containing iodoacetyl dansyl cadaverine was collected again and dried to dryness using a rotary evaporator. did. It was dissolved in a solution of hexane / ethyl acetate (1: 1) and purified by a silica gel column (diameter 12 mm, length 250 mm) to obtain 7.2 mg of iodoacetyl dansyl cadaverine (yield 48%). The analytical values of this substance were as follows.
1 H-NMR (CDCl 3 ) ppm: δ1.07-1.42 (6H, m), 2.88 (2H, dt, J = 5.6 Hz), 2.89 (6H, s), 3.10 (2H, dt, J = 6.3 Hz) ), 3.66 (2H, s), 4.6 (1H, s), 6.74 (1H, s), 7.19 (1H, d, J = 7.6 Hz), 7.50-7.59 (2H, m), 8.22 (1H, d, J = 8.6 Hz), 8.31 (1H, d, J = 8.6 Hz), 8.54 (1H, d, J = 8.6 Hz)
〔実施例2〕 還元型グルタチオンの標識
チオール基を有するトリペプチドである還元型グルタチオン(30μg、終濃度10μM)を50mMトリスバッファー(pH7.5、1mL)に溶解した後、ヨードアセチルダンシルカダベリン(5μg、終濃度10μM)を溶解し、室温で45分間、遮光して反応させた
。反応終了後、溶液を1%酢酸を含むメタノール/水(1:1)溶液で希釈し、エレクトロスプレーイオン化質量分析器を用いて反応物の分子量を測定した。
その結果、還元型グルタチオンとヨードアセチルダンシルカダベリンとの反応生成物に水素イオンが付加した分子量683.3の化合物と、水素イオンが付加した未反応の還元型グルタチオン(分子量308.2)が少量検出された(図1のA)。これに対し、チオール基を有さない酸化型グルタチオンを用いて同様の実験を行なった結果、ヨードアセチルダンシルカダベリンと酸化型グルタチオンは反応せず、質量分析の結果、本化合物に水素イオンが付加した化合物(分子量504.2)と酸化型グルタチオンに水素イオン(分子量613.3)およびナトリウムイオン(分子量634.9)が付加した化合物がそれぞれ検出された(図1のB)。
この結果から、ヨードアセチルダンシルカダベリンはジスルフィドとは反応せず、チオール基とのみ特異的に反応することが明らかになり、さらにタンパク質中のチオール基が酸化型、還元型のいずれで存在するか確認しうると考えられた。
[Example 2] Labeling of reduced glutathione Reduced glutathione (30 µg, final concentration 10 µM), which is a tripeptide having a thiol group, was dissolved in 50 mM Tris buffer (pH 7.5, 1 mL), and then iodoacetyldansylcadaverine (5 µg). The final concentration was 10 μM) and the reaction was allowed to proceed at room temperature for 45 minutes while protected from light. After completion of the reaction, the solution was diluted with a methanol / water (1: 1) solution containing 1% acetic acid, and the molecular weight of the reaction product was measured using an electrospray ionization mass spectrometer.
As a result, a small amount of a compound having a molecular weight of 683.3 in which hydrogen ions are added to the reaction product of reduced glutathione and iodoacetyldansylcadaverine and an unreacted reduced glutathione (molecular weight of 308.2) to which hydrogen ions have been added are detected. (A in FIG. 1). On the other hand, as a result of conducting the same experiment using oxidized glutathione having no thiol group, iodoacetyl dansyl cadaverine and oxidized glutathione did not react, and as a result of mass spectrometry, hydrogen ions were added to this compound. A compound in which hydrogen ion (molecular weight 613.3) and sodium ion (molecular weight 634.9) were added to the compound (molecular weight 504.2) and oxidized glutathione was detected (B in FIG. 1).
This result reveals that iodoacetyl dansyl cadaverine does not react with disulfide, but reacts specifically with thiol groups, and further confirms whether thiol groups in proteins exist in oxidized or reduced forms. It was considered possible.
〔実施例3〕 薄層クロマトグラフィーによる被標識還元リボヌクレアーゼの検出
ジチオスレイトールにより分子内のシステイン残基をすべてチオール基としたリボヌクレアーゼを20μg調製し、50mMトリスバッファー(1mL、pH7.5)中でヨードアセチルダンシルカダベリン(50.3μg、0.1mM)と室温で45分間、遮光して反応させた。その後、メタノール/酢酸(19:1)を展開溶媒として用いた薄層クロマトグラフィーにより、レーン2にはヨードアセチルダンシルカダベリンのみを、レーン1にはヨードアセチルダンシルカダベリンとリボヌクレアーゼとの反応混合物を展開し、紫外光ランプにより分析した。その結果、レーン2ではヨードアセチルダンシルカダベリンを示すスポットのみが観察されたのに対し、レーン1では未反応のヨードアセチルダンシルカダベリンを示すスポットと展開溶媒によって移動しないリボヌクレアーゼとの反応生成物を示すスポットが観察された(図2)。
この結果から、ヨードアセチルダンシルカダベリンにより結合したタンパク質は蛍光標識され、蛍光を測定することで被標識タンパク質を検出しうることが明らかになった。
[Example 3] Detection of labeled reduced ribonuclease by
From this result, it was revealed that the protein bound by iodoacetyl dansyl cadaverine is fluorescently labeled, and the protein to be labeled can be detected by measuring the fluorescence.
〔実施例4〕 ウエスタンブロッティングによる被標識タンパク質の検出
ジチオスレイトールにより分子内のシステイン残基をすべてチオール基としたリボヌクレアーゼ、リゾチーム、ウシ血清アルブミンを各20μg調製し、1% トライトンX−100を含む50mMトリスバッファー(1mL、pH7.5)中でヨードアセチルダンシルカダベリン(0.5mg、終濃度1mM)、ヨードアセチルダンシルカダベリン(0.5mg、終濃度1mM)と5,5’−ジチオビス(2−ニトロ安息香酸)(0.4mg、終濃度10mM)、ヨードアセチルダンシルカダベリン(0.5mg、終濃度1mM)とヨードアセトアミド(0.2mg、終濃度10mM)と室温で45分間、遮光して反応させた。その後に、各反応溶液を抗ダンシル抗体を用いてウエスタンブロッティングを行なった。その結果、分子内のシステイン残基をすべてチオール基としたリボヌクレアーゼ、リゾチーム、ウシ血清アルブミンとヨードアセチルダンシルカダベリンとは反応し、抗ダンシル抗体を用いたウエスタンブロッティングにより各タンパク質のバンドが検出された(図3、レーン2)。これに対し、ヨードアセチルダンシルカダベリン(0.5mg、終濃度1mM)と5,5’−ジチオビス(2−ニトロ安息香酸)またはヨードアセトアミドを同時に加えた場合には、還元した各タンパク質とヨードアセチルダンシルカダベリンとの反応が阻害された(図3、レーン3、4)。加えて、ジチオスレイトール処理していないリボヌクレアーゼ、リゾチーム、ウシ血清アルブミンをヨードアセチルダンシルカダベリンと反応させても、ウエスタンブロッティングにより各タンパク質のバンドがほとんど検出されなかった(図3、レーン1)。
この結果から、ヨードアセチルダンシルカダベリンはタンパク質中のアミノ基には結合せず、チオール基とのみ特異的に反応すること、被標識タンパク質は抗ダンシル基抗体との反応性を有すること、およびこの性質を利用して免疫学的手法により被標識タンパク質を検出できることが明らかになった。
[Example 4] Detection of labeled protein by Western blotting 20 μg each of ribonuclease, lysozyme, and bovine serum albumin having all cysteine residues in the molecule as thiol groups was prepared with dithiothreitol and contained 1% Triton X-100 Iodoacetyl dansyl cadaverine (0.5 mg,
From this result, iodoacetyl dansyl cadaverine does not bind to the amino group in the protein, it reacts specifically only with the thiol group, the labeled protein has reactivity with the anti-dansyl group antibody, and this property It has become clear that labeled proteins can be detected by immunological techniques.
〔実施例5〕 グリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素由来のシステイン残基を含むペ
プチド断片の同定
以下の方法によりグリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素由来のシステイン残基を含むペプチド断片の同定を行なった。
1mMジチオスレイトールと1%トライトンX−100、4M尿素を含む50mMトリスバッファー(1mL、pH7.5)に、グリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素(1mg、終濃度30μM)を溶解し、室温で2時間、遮光して反応させた。その後に、ヨードアセチルダンシルカダベリン(2.5mg、終濃度5mM)を添加し、さらに1時間反応させた。反応溶液を50mMトリスバッファー(pH7.5)、50mMトリスバッファー(pH8.8)で順次透析した後、リジルエンドペプチダーゼ(16.5μg、終濃度0.6μM)と尿素(0.24mg、終濃度4M)、ドデシル硫酸ナトリウム(1mg、終濃度0.1%)を加え、37℃で20時間、遮光して反応させ、ヨードアセチルダンシルカダベリンで標識されたグリセルアルデヒド3−リン酸脱水素酵素をプロテアーゼ消化した。この溶液中のペプチド断片をC−18疎水性カラムを装填した高速液体クロマトグラフィーにより分離し、205nmの吸光(図4のA)および蛍光(励起波長360nm、蛍光波長510nm)(図4のB)により検出した。その結果、吸光のクロマトグラフでは、多数のピークが検出されたのに対し、蛍光のクロマトグラフでは互いに近接したいくつかのピークが検出された。
[Example 5] Identification of a peptide fragment containing a cysteine residue derived from glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase According to the following method, a peptide fragment containing a cysteine residue derived from glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase was identified. Identification was performed.
Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (1 mg,
さらに、この反応溶液を抗ダンシル抗体を付加した抗体アフィニティーカラムに通し、ヨードアセチルダンシルカダベリンによって標識されたペプチド断片のみを吸着、溶出させた。溶出物を同様にC−18疎水性カラムを装填した高速液体クロマトグラフィーにより分離し、205nmの吸光(図5のA)および蛍光(励起波長360nm、蛍光波長510nm)(図5のB)により検出した。その結果、吸光と蛍光のクロマトグラフがほぼ一致し、4つのピークが得られた。図5のAおよびB中の1〜4のピークを分取し、プロテインシーケンサによりペプチドのアミノ酸配列を分析した結果、それぞれ図6の1〜4で示す下線部の配列と一致した。
この結果から、本法により、被標識ペプチドを特異的に抽出できること、また該ペプチド抽出物を用いてタンパク質分子内におけるシステイン残基の位置の同定を行えることが明らかになった。
Further, this reaction solution was passed through an antibody affinity column to which an anti-dansyl antibody was added, and only the peptide fragment labeled with iodoacetyldansylcadaverine was adsorbed and eluted. The eluate was similarly separated by high performance liquid chromatography loaded with a C-18 hydrophobic column, and detected by absorbance at 205 nm (A in FIG. 5) and fluorescence (excitation wavelength 360 nm, fluorescence wavelength 510 nm) (B in FIG. 5). did. As a result, the absorption and fluorescence chromatographs almost coincided, and four peaks were obtained. The
From this result, it was revealed that the labeled peptide can be extracted specifically by this method, and the position of the cysteine residue in the protein molecule can be identified using the peptide extract.
Claims (4)
R1−N=C=N−R2 (IV)
(式中、R1、R2はそれぞれ独立して、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基またはシクロヘキシル基であり、さらにR2は、
R 1 —N═C═N—R 2 (IV)
(Wherein, R 1, R 2 are each independently a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group or a cyclohexyl group, further R 2 is
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