JP2005504309A - Methods and arrays for detecting biomolecules - Google Patents

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    • G01N33/6803General methods of protein analysis not limited to specific proteins or families of proteins
    • G01N33/6842Proteomic analysis of subsets of protein mixtures with reduced complexity, e.g. membrane proteins, phosphoproteins, organelle proteins

Abstract

1種または2種以上の生体分子を検出するアレイおよび方法であって、この方法は、一般的に、1種または2種以上の試薬を固定化した第1支持体を供給するステップと、1種または2種以上のリガンドを固定化した第2支持体を供給するステップと、第1支持体に固定化された試薬を第2支持体に固定化されたリガンドと接触させることによって、1種または2種以上の試薬が1種または2種以上のリガンドと結合するステップと、第1支持体を第2支持体から分離した後、1種または2種以上の結合された試薬が第2支持体における1種または2種以上のリガンドとの結合を維持するステップとを含む。ある好適な方法においては、タンパク質は、該タンパク質が、別の支持体に固定化されたその他のタンパク質との結合後などの一定条件下で、支持体から解離され得るに足る強度で支持体と結合される。たとえば、本発明に従って形成された抗体アレイは、タンパク質溶解物におけるタンパク質発現を検出するために用いることが可能であり、細胞中のタンパク質の有無および位置を明らかにするために免疫染色において用いることが可能である。An array and method for detecting one or more biomolecules, the method generally comprising providing a first support on which one or more reagents are immobilized; Providing a second support on which the species or two or more ligands are immobilized, and contacting the reagent immobilized on the first support with the ligand immobilized on the second support; Or two or more reagents bind to one or more ligands, and after separating the first support from the second support, the one or more combined reagents are second supported. Maintaining binding with one or more ligands in the body. In one preferred method, the protein is sufficiently strong with the support that the protein can be dissociated from the support under certain conditions, such as after binding to other proteins immobilized on another support. Combined. For example, antibody arrays formed in accordance with the present invention can be used to detect protein expression in protein lysates and can be used in immunostaining to reveal the presence and location of proteins in cells. Is possible.

Description

【0001】
本発明は、一般に、複数のタンパク質を検出する新規な方法およびアレイに関し、さらに特に、複数のタンパク質の発現、活性および機能を検出する方法およびアレイに関する。
【0002】
多数の生物試薬、たとえば数十万のクローン化DNA配列や、多数の抗体および組換えタンパク質や、組換え化学合成によって得られた数百万の化合物の利用可能性は、生物研究、臨床診断および医薬開発においてこれらの試薬を利用する技術の発展を促進させた。位置をアドレス可能な、生物試薬の特別なアレイが設計されてきたが、このアレイにおいて、各試薬が位置によって後に同定されることができるように、各試薬は所定の位置に配置される。たとえば、DNAアレイにおいて、多数のcDNAまたはオリゴを、それぞれ所定の位置で固定化し、該位置によって後に同定することができる。DNAアレイは、遺伝子発現の監視のような用途に関する大規模なハイブリッド形成検定法に用いられる(Schena et al., 1995, Science 270: 467-470; DeRisi et al., 1996, Nature Genetics 14: 457-460)。発現ベクターにおけるDNAクローンのアレイは、哺乳類の細胞中でコード化されたタンパク質を発現させるために用いられる(Ziauddin and Sabatini, 2001, Nature 411, 107-110)。
【0003】
タンパク質アレイにおいて、多くのタンパク質を、それぞれ所定の位置で支持体に固定化し、続いてこの独特な位置によって同定することができる。2つのタイプのタンパク質アレイ、抗体アレイと組換えタンパク質アレイとが特に用いられる。これらは、それぞれ複数の抗体および複数の組換えタンパク質を含有する。なぜなら抗体アレイは、細胞タンパク質と結合することができ、これらはin vivo活性でタンパク質を明らかにするのに特に有用である。したがって、この技術は、単一のアッセイにおいて多数の細胞タンパク質の性質研究を可能にする。特に、抗体アレイは、in vivoタンパク質・タンパク質相互作用、タンパク質翻訳後修飾およびタンパク質発現パターンを研究するのに用いられた(米国特許第6,197,599号)。
【0004】
加えて、細胞、組織、脂質、ポリマー、医薬およびその他の化学物質は、医療診断、医薬発見、分子生物学、免疫学および毒物学における大規模なスクリーニングアッセイ用に調製される(Kononen et al., Nature Medicine, 4:844-7, 1998)。
【0005】
タンパク質は、細胞の重要な構成要素であり、様々な細胞過程における実際の主役であり、大抵の医薬のターゲットである。ヒトゲノム全体は約40,000種のタンパク質をコード化する。任意の細胞はすべてのタンパク質をコード化するDNAを含有し得るけれども、これらの一部のみを通常発現する。細胞系は約10,000種のタンパク質を通常発現し、さらに多くの数が組織中で発現される。細胞のタンパク質発現パターンは、細胞の形状および機能を決定し、異常なタンパク質発現は疾患を引起す。したがって、プロテオミクスの1つの主要タスクは、任意の発現元で発現されたタンパク質を同定することである。
【0006】
タンパク質(同一の一次アミノ酸を有する。)は、主として翻訳後修飾に起因して細胞中で異なる形態で存在し得る。多くの場合、特別な翻訳後修飾されたタンパク質のみが、活性化されるとともに、細胞過程に直接関係していることから、細胞中でのこれらの活性化されたタンパク質の存在の検出は、細胞過程における価値ある情報の提供を可能にする。
【0007】
リン酸化、グリコシル化、およびユビキチン化のような多くの異なるタンパク質翻訳後修飾が存在する。そして、これらはタンパク質活性を調節するのに重要な役割を果たす。セリン、トレオニンまたはチロシン残基におけるリン酸化は、情報伝達の重要なメカニズムである。異常なタンパク質のリン酸化は多くのヒトの疾患に寄与する。タンパク質のリン酸化を検出する方法の中で、放射性同位元素を有する細胞の代謝標識と、リンタンパク質に対する抗体による免疫検出とが最も広く用いられている。しかしながら、これらの方法は、一度に1種または数種のタンパク質の分析に通常応用できるのみである。PY20および4G10のようなリン酸化アミノ酸に特異的な抗体は、複数のリン酸化タンパク質を明らかにすることができるけれども、これらのみでは個別のリン酸化タンパク質を同定することができない。複数のリン酸化タンパク質またはその他の修飾されたタンパク質の有無を同時に検出する新規な方法は、情報伝達研究および臨床診断のために相当望ましい。
【0008】
タンパク質発現の定量化は、生物医学研究や、疾患診断や、治療用マーカーおよびターゲットの同定を含む様々な分野において、ならびに毒素および医薬に対する細胞応答のプロフィルにおいて応用される。基本的な生物医学研究において、特定の細胞中、または特定の条件下で、どのようなタンパク質が発現されるかを知ることが通常望まれる。そして、異なる細胞のタイプ間のタンパク質発現プロフィルを比較することによって、発現および活性が特定の細胞のタイプを特徴付けるこれらのタンパク質を同定することができる。多くの情報伝達経路において特定のタンパク質が特異的に活性化され、これらの活性タンパク質、たとえばリン酸化タンパク質の検出は、特定の情報伝達経路の活性化における重要な情報を提供することができる。
【0009】
多くの疾患は、タンパク質発現を変化させ、多くの場合異常なタンパク質発現はこれらの疾患の原因である。したがって、タンパク質発現プロフィルの決定、および正常生体試料と異常生体試料との発現プロフィルの比較は疾患メカニズムを理解するために有用である。タンパク質の存在の検出は、臨床診断に有用でもある。たとえば、血液試料中の1種のみのウィルスタンパク質の代わりに数種のウィルスタンパク質の有無を検査することは、ウイルス感染に関するより信頼できる診断方法である。タンパク質のプロフィルは、早期癌および現実の殺人者である悪性の転移癌細胞から正常な細胞を識別するのに非常に有益であろう。さらに、タンパク質発現プロフィルは、医薬ターゲット選択、毒物学、および医薬応答の代用マーカーの同定のような、医薬開発の重要領域において有用である。
【0010】
あらゆる個別のタンパク質の発現レベルと、生体試料中の各タンパク質の異なる形態とを信頼かつ再現可能な方法で定量することができる技術を開発することは、分子生物学者の長年の目標であった。しかしながら、このことを達成することは極めて困難であることが判明した。伝統的には、1種または少数のタンパク質は、免疫学的方法、たとえばウエスタンブロッティングおよび酵素結合イムノソルベント検定法(ELISA)によって検出されることができる。2次元ゲル電気泳動は、試料中で発現されたタンパク質を分析するために用いることができる。しかしながら、これは複雑な手続を要求し、2次元ゲルに表示されたタンパク質の同一性を決定することが必要であり、これを達成することはほとんどのタンパク質に関して困難である。近年、タンパク質アレイは、タンパク質発現パターンの研究に用いられる。1つの戦略において(米国特許第6,197,599号;Haab, et al., Genome Biol.2, research0004.1-0004.13, 2001)、抗体アレイをタンパク質試料とインキュベーションし、インキュベーションおよび洗浄後、該アレイにおいてそれぞれの抗体と特異的に結合されたタンパク質を検出する。
【0011】
免疫化学的染色は、抗体の有無および位置の両方を決定する多用途の技術であり(Harlow and Lane, Antibodies, a laboratory manual, Cold Spring Harbor Press, 1988)、この情報は、生物医学研究および臨床医学において莫大な値である。抗体溶液と細胞とをインキュベーションするステップを用いる現在の方法の多くは、一度に1種または数種の抗体によって細胞を染色することを可能にするのみである。これらの方法は、多数の異なるタンパク質の発現と亜細胞局在性との検査を必要とする用途に適していない。したがって、このような目的で、多数の異なる抗体によって細胞を染色可能な新規な方法が必要とされる。
【0012】
本発明の目的は、アレイ支持体において試薬の位置を維持することを可能にするとともに、該試薬は、別の支持体に固定化される相互作用のパートナーに接触して配置されるときに、前記支持体から解離することを可能にする生物試薬のアレイを提供することである。
【0013】
また、本発明の目的は、他のリガンドの中から、一度に1種または2種以上のタンパク質を検出する生物試薬の新規なアレイを形成かつ使用する方法を提供することである。本発明の好適な方法は、前記アレイを形成かつ使用するための様々な支持体材料と固定化方法とに適合される。
【0014】
さらに、本発明の目的は、タンパク質およびこれらの性質を検出するために、特に、細胞内の1種または2種以上のタンパク質の有無および亜細胞位置を検出かつ比較するために、生物試薬のアレイを使用することを可能にする方法およびアレイを提供することである。
【0015】
本発明の方法およびアレイは、タンパク質およびその他の生体分子の検出の分野において、生物アレイの用途を実質的に拡張するように設計される。たとえば、好ましくは固体の第1支持体に固定化された抗体のアレイは、1種または2種以上の抗体がそれぞれの抗原と結合するように第2支持体に固定化されたタンパク質試料と接触し、結合後、これらの抗体は、第2支持体における抗原との関連を維持すると同時に、第1支持体から解離される。
【0016】
1種または2種以上の生体分子を検出する本発明の好適な方法は、一般的に、1種または2種以上の試薬が固定化される第1支持体を供給するステップと、1種または2種以上のリガンドが固定化される第2支持体を供給するステップと、第1支持体に固定化された試薬を第2支持体に固定化されたリガンドと接触させることによって、1種または2種以上の試薬が1種または2種以上のリガンドに結合するステップと、第1支持体を第2支持体から分離するステップと、前記第2支持体における1種または2種以上の試薬を検出するステップとを含む。前記試薬は、好ましくは、前記接触ステップにおいて前記試薬を固定化するとともに、前記分離ステップにおいて前記結合された試薬を前記第1支持体から解離可能にするに足る強度で前記第1支持体に固定化される。前記第1支持体に固定化された試薬は、1種または2種以上の抗体を含み得る。
【0017】
リガンドは、前記第2支持体に固定化される前に、少なくとも部分的に分子量に基づくゲル電気泳動と、少なくとも部分的に等電点に基づくゲル電気泳動と、少なくとも部分的に分子量および等電点の一方または両方に基づく2次元ゲル電気泳動と、1個または2個以上の抗体アレイを用いるなどの免疫学的方法とを含むがこれらに限定されない様々な方法を用いて、相互に分離され得る。前記試薬は、抗体、組換えタンパク質、DNA、RNA、オリゴヌクレオチド、炭水化物および小さい化学物質からなる群から選択され得る。これらの試薬は、前記第1支持体において1つまたは2つ以上の所定位置で固定化され得る。もし、選択された試薬が1種または2種以上の抗体であれば、抗体は、リン酸化タンパク質のような翻訳後修飾されたタンパク質に特異的になり得る。
【0018】
1種または2種以上の試薬は、支持体において1つまたは2つ以上の所定位置でそれぞれ固定化され得る。いずれの任意の支持体においても異なる種類の試薬の数は、好ましくは、2〜50、5〜100,000、200〜10,000、50〜1,000、5〜500、5〜100、および5〜50である。
【0019】
第1および第2支持体は、ニトロセルロース、ナイロン、ポリビニリデンジフルオライド、ガラスまたは合成樹脂と、これらの誘導体とからなる群から選択された材料を含み得る。
【0020】
細胞中の1種または2種以上の生体分子を検出する本発明の別の好適な方法は、一般的に、(a)抗体が固定化される位置によって抗体が同定され得るように、前記第1支持体において所定位置で供給される1種または2種以上の抗体を、第1支持体に固定化するステップと、(b)第2支持体に前記細胞を配置するステップと、(c)前記抗体を前記細胞中の対応するいずれの抗原にも結合可能にするために、前記第1支持体における前記抗体を前記第2支持体における前記細胞と接触させるステップと、(d)前記第1支持体を前記第2支持体から分離した後、1種または2種以上の前記結合された抗体が、対応する抗原との結合を維持するステップと、(e)前記第2支持体における前記細胞中の抗原に結合した前記抗体を検出するステップとを含む。この方法は、前記第2支持体において固定化される細胞を利用することができ、前記細胞は、1個または2個以上の組織切片を含み得る。
【0021】
抗体は、リン酸化タンパク質のような翻訳後修飾されたタンパク質に特異的となり得る。1つまたは2つ以上の所定位置に固定化され得る異なる種類の試薬の数は、5〜100,000、200〜10,000、50〜1,000、5〜500および2〜50を含み得る。支持体は、ニトロセルロース、ナイロン、ポリビニリデンジフルオライド、ガラス、または合成樹脂と、これらの誘導体とからなる群から選択された材料を含み得る。抗体のようなタンパク質は、円形状、細長い形状および多角形状からなる群から選択された1つまたは2つ以上の形状で前記支持体に固定化され得る。
【0022】
第1および第2支持体は、アレイを含み得る。このアレイは、多数の全体的または部分的な毛細管を含むがこれに限定されない様々な材料を用いて形成され得る。
【0023】
抗体は、修飾されたプロテインAと修飾されたプロテインGとからなる群から選択された1種または2種以上の中間物を前記支持体に施し固定化することが可能である。プロテインAまたはプロテインGは、結合親和性を変化させるために修飾される。1種または2種以上の前記抗体は、1種または2種以上の前記修飾されたタンパク質に連結するように構成される少なくとも1つの定常領域と、1種または2種以上の抗原に対する結合に利用可能な少なくとも1つの可変領域とを有し得る。
【0024】
前記検出ステップは好ましくは、1種または2種以上の前記抗体が一方または両方の支持体に存在するか否かを決定するステップと、前記分離ステップ後に前記抗体の1つまたは2つ以上の位置を同定するステップと、前記抗体の1つまたは2つ以上の数量を決定するステップと、抗体の1つまたは2つ以上のタイプを同定するステップとからなる群から選択された1つまたは2つ以上の検出ステップを含む。
【0025】
1種または2種以上の生体分子を検出する本発明の別の好適な方法は、(a)第2支持体に1種または2種以上のリガンドを固定化するステップと、(b)1種または2種以上の前記リガンドと相互作用するように適合される1種または2種以上の試薬を第1支持体に固定化するステップと、(c)1種または2種以上の前記試薬を1種または2種以上の前記リガンドと結合可能にするために前記試薬を前記リガンドに接触させるステップと、(d)1種または2種以上の前記試薬を1種または2種以上の前記リガンドに架橋するステップと、(e)1種または2種以上の前記リガンドと結合される1種または2種以上の前記試薬を前記第1支持体から解離可能にするために、前記第1支持体を前記第2支持体から分離するステップと、(f)前記第2支持体において1種または2種以上の前記試薬を検出するステップとを含む。
【0026】
1種または2種以上の前記リガンドおよび前記試薬は、好ましくはホルムアルデヒドおよびグルタルデヒドであるがこれらに限定されない1種または2種以上のアルデヒドを少なくとも部分的に用いて架橋され得る。
【0027】
生体分子の検出に用いる本発明のアレイの好適な一実施形態は、一般的に、1種または2種以上の試薬を少なくとも一時的に固定化するように適合されるとともに、1種または2種以上のリガンドが固定化される第2支持体と接触して配置されるように適合される第1支持体を含み、1種または2種以上の前記試薬は、1種または2種以上の前記リガンドと結合可能にされ、続いて前記第1支持体から解離し、かつ前記第2支持体において前記リガンドとの結合を維持可能にされる。
【0028】
前記支持体は、ナイロン、ニトロセルロース、ポリビニリデンジフルオライド、ガラスまたは合成樹脂およびこれらの誘導体のうち1種または2種以上の材料を含むがこれらに限定されない様々な材料を含み得る。たとえば、前記支持体は、1つもしくは2つ以上のナイロン膜、または1つもしくは2つ以上の毛細管の全体もしくは一部を含み得る。支持体に固定化される1種または2種以上の前記試薬は、円形状、細長い形状および多角形状からなる群から選択された1つまたは2つ以上の形状で固定化され得る。
【0029】
本発明は、生物試薬の新規なアレイと、該アレイの形成および使用方法とに関する。この方法は、1種または2種以上の試薬を固定化する第1支持体を供給するステップと、1種または2種以上のリガンドを固定化する第2支持体を供給するステップと、前記試薬を前記リガンドに接触させることによって、1種または2種以上の試薬が前記リガンドに結合するステップと、結合後前記支持体を分離することによって、結合された試薬が前記リガンドとの結合を維持するステップと、様々な生物ターゲットを検出および/または比較するステップとを特徴とする。
【0030】
前記方法の1つは、固体支持体に固定化された試薬が別の支持体に固定化される相互作用のパートナーに結合することを可能にする。特に、抗体アレイは、固定化された抗体が、第2支持体に固定化されるそれぞれの抗原に結合した後に前記支持体から解離可能に形成される。各抗体・抗原の結合は、予め決定された位置で生じる。
【0031】
ここで用いる用語「試薬」は、生物関連のあらゆる分子、たとえば抗体、組換えタンパク質、合成ペプチド、DNA、RNA、ヌクレオチドおよび小さい化学物質を指す。
【0032】
ここで用いる用語「リガンド」は、1種または2種以上の試薬と相互作用するあらゆる生体分子を指す。
【0033】
ここで用いる用語「アレイ」は、固体支持体および複数の試薬またはリガンドを含むがこれらに限定されないデバイスを指す。たとえば、抗体は、各抗体を支持体における特定の位置によって同定可能なように所定の各位置で支持体に固定化されることができる。
【0034】
ここで用いる用語「固定化」は、支持体における試薬の拘束を指し、ゆえに該支持体における試薬の動作は制限される。たとえば抗体が支持体に固定化されるときに、抗体は該支持体に付着されるため該支持体から解離されず、該支持体における抗体の動作はまた制限される。しかしながら、いくつかの条件下で、本発明に記載されたように、固定化された試薬は、前記支持体から解離されることができる。この固定化の物理的性質および化学的性質は、固定化された試薬が前記支持体から解離し得るか否かと、解離がどれほど効果的であるかとを決定する。
【0035】
ここで用いる用語「支持体」は、明細書および特許請求の範囲に関して、生物試薬が沈着かつ固定化される構造を意味する。好適な実施形態において、この支持体は、ニトロセルロース、ナイロン、ポリビニリデンジフルオライド(PVDF)もしくはこれらの誘導体から形成される硬いプレート(ガラスまたは合成樹脂)または膜であるがこれらに限定されない。膜はより扱いやすく、試薬を容易に固定化することができる。ガラスまたは合成樹脂のプレートは硬い支持体を供給し、いくつかの用途において必要とされる。
【0036】
好ましくは、固体支持体は、これらに沈着される生物試薬が特定用途に適合した強度で固定され得るように、前処理される。固体支持体処理の1つの方法は、次には非特異的な非共有結合によって生物試薬と相互作用するであろうポリマー層で被覆することである。たとえば、ポリリシンまたはポリエチレンイミンを含むポリマーを、生体分子の固定化に使用されるスライドガラスまたはカバースリップを被覆するために用いることが可能である。
【0037】
たとえばLehnrachなど(Hybridization fingerprinting in genome mapping and sequencing, genome analysis, Vol.1, Davies and Tilgham, Eds, Cold Spring Harbor Press, pp.39-81, 1990)およびBrownなど(米国特許第5,807,522号)によって記載されたようないくつかの技術は、複数の生物試薬を固体支持体に沈着かつ固定化するのに利用可能である。前述の各論文は、全体的に参照して組込まれる。たとえば、水溶液中の数ナノリットルの抗体は、ロボットアレイヤを用いてスライドガラス上にプリントされることができる。したがって、生物試薬のアレイは、平坦な固体支持体に複数の試薬を、一度に1種または数種の試薬を、所定位置に各試薬を沈着することによって形成される。
【0038】
抗体の固定化は、吸着によってなされ得る(Trevan, 1980, Immobilized Enzymes: an introduction and their application in biotechnology. Wiley, Chichester)。関係する吸着力は、非特異的な疎水性またはイオン性の相互作用でよい。主として、用いられる吸着材料は、粘土、木炭、ヒドロキシアパタイト、および最も多くはDEAEセファデックス(DEAE-Sephadex)のようなイオン交換体を含むが、これらに限定されない。
【0039】
エントラップメントは抗体を固定化するための別の方法である(Trevan, 1980, Immobilized Enzymes: an introduction and their application in biotechnology. Wiley, Chichester)。このエントラップされた抗体はポリマーに付着されず、これらの自由な拡散が単に抑制されるのみである。1つの広く用いられるマトリクスは、ポリアクリルアミドゲルである。ある好適な実施形態において、毛細管は、生物試薬のアレイ形成および固定化を容易にする。この用語「毛細管」は、生物試薬を含有および支持可能な、全体または部分的に囲まれた細長いあらゆる構造を意味して用いられる。毛細管は合成樹脂およびガラスのような材料から形成され、これらは好ましくは生物試薬の特性に干渉しない。毛細管の高さは、数マイクロメートルから数メートルまで異なるであろう。生物試薬は、溶液状で毛細管中に通常充填される。充填後、試薬溶液は凝固され、該試薬は固定化される。固定化の強度は、任意の用途によって左右され得る。
【0040】
試薬は、固体支持体に直接または間接に固定化される。たとえば、試薬は支持体において高い密度で直接沈着され、支持体は顕微鏡のスライドと同じ位小さくすることができる。類似技術は、高密度DNAマイクロアレイを形成するために開発された(Shalon et al., Genome Reseatch, 1996 Jul; 6(7): 639-645)。試薬はまた、支持体に間接に固定化され得る。たとえばプロテインAもしくはプロテインGまたはこれらの突然変異体は、中間物として支持体にまずプリントされることができる。抗体はその後プロテインAまたはGとの相互作用によって支持体に固定化される。本発明の1つの利点は、抗体の定常領域がプロテインAまたはGに連結することによって、抗体(抗原結合ドメイン)の可変領域は完全に露出され、かつ抗原との結合のために利用可能となることである。別の利点は、抗体の結合親和性を変化させるようにプロテインAまたはGを修飾可能であることから、プロテインAまたはGの入念に設計された突然変異体が用いられるとき、抗体は所望の強度で支持体に固定化され得ることである。したがって、抗体は、一方で位置情報を失うことなしに支持体に固定化されることができ、他方で支持体から分離するとともに、より高い親和性のその他のリガンドに結合することができる。組換え融合タンパク質は、これらのタンパク質のタグと、支持体に付着されたリガンドとの間の相互作用によって固定化されることができる。たとえば、リガンド(たとえばグルタチオンまたはニッケル)は、まず支持体に共有結合して付着されることができ、その後タグ(たとえばGSTまたは6xHis)を含有する組換え融合タンパク質が、前記リガンドとの相互作用によって同支持体に固定化される。タグおよびリガンドは、これらの親和性を変化させるように修飾されることができ、ゆえに固定化は所望の強度を有することができる。
【0041】
抗体は、通常円形点状で支持体に通常沈着される。しかしながら、抗体はその他の形状で沈着されることもできる。たとえば、抗体は、細長い形状、たとえば、数ミクロン〜数センチメートルの幅と、数ミクロン〜数センチメートルの長さの長方形で固定化されることができる。このような形状で固定化された抗体は、様々な方法に従って分離後に抗原と結合するために用いられることができる。
【0042】
抗原に特異的な抗体は支持体における特定位置に固定化され得る。一般に、抗体は、抗体がタンパク質試料と接触するときに各抗体がそれ自身の抗原に接触するであろう位置で固定化される。したがって、特定の抗体は、抗原の位置によって決定される特定の位置に固定化され得る。たとえば、抗原がまず2次元ゲル電気泳動によって分離されるとともに、支持体に移動かつ固定される。各抗原はその分子量および等電点によって決定された特定の位置に固定化される。したがって、各抗体は、支持体における抗原の位置に従って固定化される。
【0043】
ここで用いられる用語「タンパク質試料」は、様々なタンパク質およびタンパク質混合体を指す。たとえば、これは、細胞系または組織からの溶解物でもよい。または、これは、無傷の細胞、もしくは支持体に固定された細胞であってもよい。タンパク質試料は、たとえば、培養された細胞系、ヒトもしくは動物の組織、または血液であるがこれらに限定されない異なるソースからでもよい。
【0044】
ある好適な実施形態において、タンパク質試料はスライドガラスに配置されかつ固定化され得る培養された細胞または組織切片である。使用前に、これらの細胞は、タンパク質を露出するために、固定され、かつ透過性にされ得る。これらの固定された細胞は特定の細胞の形態を保持し、多くのタンパク質はこれらの当初の細胞位置で留まっている。細胞および組織を固定し、かつ透過性にする方法は複数存在する(Harlow and Lane, Antibodies, a laboratory manual, Cold Spring Harbor Press, 1988.)。広く用いられている固定液は、ホルムアルデヒドまたはグルタルデヒド溶液である。別の広く用いられている固定液は、代替的にメタノールを含有する。
【0045】
リンパ球などの浮遊細胞は、支持体に沈降して、これに固定化される。これらは、パラフィン、コラーゲンまたはゼラチンなどの媒体に埋込まれた後、支持体において切片化され、かつ配置される。多くの既知の方法が、細胞試料を調製するために利用可能である(Jones, T.C, Ward, J.M., Mohr, U. and Hunt, R.D.(editors), 1990, Hemopoietic System. Berlin, Springer-Verlag; Polak, J.M. and Van Noorden, S., 1997, Introduction to Immunocytochemistry. New York, Springer)。
【0046】
別の好適な実施形態において、タンパク質試料は、溶解によって細胞または組織から調製される。典型的な溶解緩衝液は、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、トリトン(Triton)X−100などの界面活性剤を含有する。タンパク質試料の固定化は、共有結合または非共有結合によってもよく、固定化の方法は当該技術分野において知られている。タンパク質試料が支持体に固定化される領域の寸法は、用途、ならびに固定化されたタンパク質試料の体積および量によって異なる。たとえば、膜が支持体として用いられる場合、もし膜の結合能力が1平方センチメートルあたり10mgのタンパク質であれば、その後最大10mgのタンパク質溶解物が1センチメートル平方の寸法の膜に固定化されることができる。
【0047】
タンパク質溶解物は、支持体に均一に配置され、これに固定化され得る。しかしながら、他の用途に関して、タンパク質は、まず分離された後、支持体に固定化され得る。タンパク質の分離に関する多くの方法が当該技術分野において知られている。たとえば、タンパク質は、分子量に従ってドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAGE)によって分離されてもよく、または分子量および等電点の両方に従って2次元電気泳動によって分離されてもよい。電気泳動による分離後、タンパク質は支持体に移動かつ固定化されることができる。
【0048】
別の好適な実施形態において、タンパク質試料は、免疫学的方法、たとえば抗体アレイによる分離によって、分離されることができる。タンパク質試料は、第1に、抗体が該タンパク質試料中に存在する抗原を捕捉して分離可能なように、第1支持体において抗体アレイとインキュベーションされる。結合していないタンパク質を洗い流した後、各位置で捕捉されたタンパク質は抗体から解離されるとともに、第2支持体に移動され、かつこれに固定化される。抗体と第1固体支持体との間の相互作用は、抗体と抗原との間の相互作用よりも相当強くすることができる。したがって、条件は、抗体・抗原相互作用を分裂する一方で第1支持体における抗体の固定化を無傷のままにするように求められる。このような条件下において、抗体を除いた抗原は第2支持体に移動され、かつこれに固定化され得る。第1固体支持体から抗体が解離するのを防ぐために、抗体は支持体に共有結合で固定される。
【0049】
典型的な移動では、抗体および抗原を含有する第1支持体は、第2支持体と接触される。その後、これらは抗原と抗体との間の相互作用を分裂し得る緩衝液中に置かれる。そして、同時に、解離されたタンパク質が第1支持体から第2支持体まで移動するように電流を加える。完成後、2つの支持体が分離される。この移動および固定化は、同時に(タンパク質が同時に移動かつ固定化される。)、または連続して(タンパク質が移動された後固定化される。)行われる。そして、もし固定化が所望よりも弱い場合は、タンパク質はたとえば共有結合によってさらに固定化されてもよい。固体支持体におけるタンパク質の共有結合による固定化に関する方法は、当該技術分野において知られている。
【0050】
一旦調製されると、タンパク質試料は、別の抗体アレイと接触される。好ましくは、特異的な結合を可能にするために各抗体が対応する抗原と接触するように、接触が行われる。このアレイにおける抗体は、支持体から解離される。したがって、抗体アレイ支持体とタンパク質試料支持体との分離後、抗原に結合する抗体は試料支持体上に存在するであろう。抗体を検出することによって、試料中の抗原の有無および存在量が検出される。
【0051】
前記方法の一部は、一方の支持体に固定化された抗体が他方の支持体に固定化された抗原と結合可能となるように適合される。1つの好適な方法において、一方の支持体に固定化された抗体は、接触するように二つの支持体をともに配置することによって、第2支持体に固定化された抗原と相互作用可能にされる。一定時間のインキュベーションの後、2つの支持体は分離される。抗体と抗原との間の相互作用次第で、いくつかの抗体は、第1支持体から解離するとともに、抗原が固定化する第2支持体と結合するであろう。第1支持体における抗体固定化の強度は、好ましくは抗体と抗原との間の相互作用よりも弱く、また、第2支持体における抗原の固定化の強度よりも弱い。電界のような条件は支持体からの抗体の解離を容易にするように適用され得る。
【0052】
抗原および抗体の結合後、抗原・抗体複合体は共有結合架橋を用いて安定化され得る。架橋は、好ましくは、抗体・抗原複合体が架橋される一方で、抗体が支持体に架橋されないようにして行われる。これは抗体に特異的な架橋物質および特別な支持体を選択することによって達成される。数百の既知の架橋物質が存在し、様々な方法がタンパク質を架橋するためにこれらを用いるべく開発された(Wong, Shan S., Chemistry of protein conjugation and cross-linking. Boca Raton: CRC Press, 1993)。たとえば、広く用いられる架橋物質は、たとえばホルムアルデヒドおよびグルタルデヒドであるがこれらに限定されないアルデヒドを含む。
【0053】
抗原に結合された抗体はその後検出される。多くの知られている方法が抗体の検出に用いられることができる。ありふれた方法は、酵素複合二次抗体、たとえばホースラディッシュペルオキシダーゼまたはアルカリホスファターゼ複合抗ウサギヤギ抗体および抗マウスヤギ抗体を用いることである。蛍光標識二次抗体を用いてもよい。使用可能なその他の技術は、immuno−PCR法(Sano et al., 1992, Science 258, 120-122)、ローリングサークルDNA増幅技術(Schweitzer et al., 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 10113-10119)、およびT7RNAポリメラーゼによって増幅された免疫検出(Zhang et al., 2001, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol.98, 5497-5502)を含む。
【0054】
本発明のアレイの好適な一実施形態において、抗体のアレイは細胞を染色するために用いられ、このことは図1に概略的に示す。細胞は、カバースリップに播種され、培養され、固定され、かつ抗原を露出するために透過性にされる。その後、細胞調製物は、抗体が対応する抗原に結合可能となるように抗体アレイとインキュベーションされる。結合後、抗体アレイ支持体と細胞支持体とは分離される。抗体の一部は、抗原との相互作用に起因して細胞支持体に移動されるであろう。結合かつ移動された抗体の量は、細胞中に存在する抗原の量に関係するであろう。
【0055】
細胞支持体にトラップされた抗体の有無および数量を検出することによって、細胞中の抗原の有無および数量を決定することができる。もし抗体が酵素と複合される場合、これらの抗体を酵素反応によって明らかにすることができる。アルカリホスファターゼは広く用いられ、既知の基質は、反応後に不溶性の有色産生物を生じさせるであろう。さらに、もし抗体が蛍光分子で標識付けされる場合、抗体は直接に蛍光顕微鏡検査によって観察されてもよい。多くの場合、蛍光または酵素複合二次抗体を、一次抗体の有無を明らかにするために用いることができる。
【0056】
抗原の有無および数量を明らかにする目的で、染色は、低倍率で容易に観察され得る。しかしながら、亜細胞の局在性など、抗原のその他の特性を明らかにするために、染色は好ましくは高倍率で観察される。
【0057】
2種のタンパク質の同時染色(二重染色)は2種の機能的に関連したタンパク質を研究するための独特のツールである。たとえば、タンパク質相互作用の証拠は、タンパク質が同じ細胞構造においてともに局在化するという証明をしばしば含む。2種以上の抗体は、抗体アレイの同じ位置で固定化されることができ、ゆえに2種以上の抗原が同時に同じ位置で検出され得る。
【0058】
抗体に代わってDNAプローブが細胞中の特異的なDNAまたはRNAの有無を検出するために配列かつ使用され得る。そうするために、DNAまたはRNAプローブは、固体支持体に固定化される。好ましくは、プローブの固定化は、支持体におけるプローブ位置を維持する程度の強度を有する一方で、好ましくはプローブとターゲットとの間の相互作用よりも弱く、ゆえにプローブがターゲットに結合するとき、プローブは支持体から解離され得る。この方法は、1または数個のDNAまたはRNA配列を通常検出するのみであるin situハイブリッド形成法を超える多くの利点を有する。本発明に従って形成されたDNAまたはRNAプローブのアレイが用いられるとき、多数のDNAまたはRNA配列の有無および位置が、形態保存された組織切片または細胞調製物中で、所定の各位置において検出されることができる。支持体に配列されるDNAまたはRNAプローブを調製する方法、および組織または細胞を調製する方法は当該技術分野において知られている(Ian A. Darby(Editor), In Situ Hybridization Protocols (Methods in Molecular Biology, 123), by Humana Press; ISBN:0896036863; 2nd edition, 2000)。
【0059】
別の好適な実施形態において、抗体アレイを、タンパク質溶解物中のタンパク質を検出するために用いる。そうするために、第1支持体に固定化された抗体アレイは、第2支持体に固定化されたタンパク質溶解物とインキュベーションされる。一定時間のインキュベーションの後、抗体は、第2支持体に固定化される溶解物中で対応する抗原と結合するであろう。その後、第1支持体は第2支持体から分離される。特定の条件下で、抗原が結合した抗体は第1支持体から解離され、かつ抗原が固定化される第2支持体に留まるであろう。第2支持体に移動された抗体の量は、抗原のタンパク質溶解物中の存在量に比例するであろう。したがって、第2支持体における抗体の量の検出は、抗原のタンパク質試料中の存在量を明らかにするであろう。
【0060】
多くの用途において、タンパク質を、第1に分離し、かつ/または集中することができ、少量のタンパク質を検出することが必要となり得る。一実施形態において、タンパク質は、1次元SDS/PAGEによって第1に分離され、膜支持体に移動され、各タンパク質は分子量によって決定される位置で支持体に固定される。その後、溶解物膜が抗体アレイと接触し、抗体は特定位置で細長い形状で固定化され、ゆえに各抗体は、抗原の分子量によって決定された特定位置で抗原と接触することができるであろう。
【0061】
タンパク質は、2次元ゲル電気泳動によって分離されるとともに、ポリビニリデンジフルオライド(PVDF)膜のような支持体に移動されてもよい。その後、溶解物膜は抗体アレイと接触し、該抗体アレイは所定位置にそれぞれ固定化され得る複数の抗体を含有し、ゆえに各抗体は対応する抗原と接触するであろう。
【0062】
タンパク質を、免疫学的方法によって分離し、かつ集中してもよい。これを達成するための1つの方法は、抗体アレイを用いることである。たとえば、第1の抗体アレイをタンパク質試料とインキュベーションすることができ、ゆえにタンパク質はアレイに固定化された各抗体によって捕捉かつ分離される。この第1のアレイにおける抗体は、好ましくは共有結合によって強く固定化される。その後、抗原は、抗体から解離されるとともに、第2支持体に移動かつ固定化される。この工程は、いくつかの既知の方法によって行われ得る。第2の抗体アレイは、その後、抗原を検出するために用いられる。第2のアレイにおける抗体は、対応する抗原との結合後に抗体がアレイ支持体から解離され得るようにして固定化される。同じ抗原に対する第1および第2のアレイにおける抗体は、対応する位置で固定化されることができ、これらは一致または相違し得る。
【実施例】
【0063】
以下の実施例は、図面のみに関するものであり、決して本発明を限定するために意図されるものではない。実施例は、本発明に従って抗体アレイの使用を記載するけれども、抗体以外の生物試薬のアレイに関する類似の用法は、当該技術に精通している人々にとって明らかである。このような生物試薬のアレイは、組換えタンパク質、組換え抗体、単鎖抗体、核酸、オリゴ、cDNAプローブ、炭水化物、脂質、および小さい化学物質のアレイを含むがこれらに限定されない。たとえば、固定化されたcDNAプローブのアレイは細胞中で複数のmRNAの発現を明らかにするためにin situハイブリッド形成法で用いられ得る。
【0064】
(実施例1:抗体アレイの形成)
商業的出所からの抗体(約0.5μg/μL)を、ロボットアレイヤを用いて、ナイロン膜(アメルシャムライフサイエンス(Amersham Life Science)社製)に配列した。80nL溶液中の約40ngの抗体を、600μm間隔で空けられた各スポットで0.6mmソリッドピンを用いて沈着した。抗体を、ナイロン膜と抗体との間で非共有結合によって固定化した。抗体アレイは、直ちに用いられるか、または使用前48時間未満4℃で貯蔵されるかのいずれかをされた。
【0065】
(実施例2:免疫化学染色における抗体アレイの使用)
この実施例は、免疫化学染色について開示した方法によって調製された抗体アレイの使用を明らかにするものである。異なる細胞タンパク質に対する200種の抗体によって実施例1において形成された抗体アレイを用いた。
【0066】
MDCK(Madin Darby Canine Kidney)細胞を培養皿に播種し、融合まで2日間培養した。その後これらを10分間、−20℃でメタノール/アセトン(1:1)で固定し、かつ透過性にした。リン酸緩衝液サリン(PBS)で洗浄後、MDCK細胞を約1時間抗体アレイと接触させた。細胞をリン酸緩衝液サリンで再び洗浄し、アルカリホスファターゼ標識二次抗体を30分加えた。洗浄後、染色は、基質としての5−ブロモ−4−クロロ−インドリル−ホスファターゼ(BCIP)およびニトロブルーテトラゾリウム(NBT)との呈色反応によって視覚化された。この酵素反応はPBSで基質を洗い落とすことによって止められ、画像は平床式スキャナでスキャニングすることによって得られた(図2)。多くの位置における細胞を抗体で染色したが、固定化された抗体間の領域での染色の欠如によって判断されるように、抗体の混合はほとんど存在しなかった。染色されたスポットの通常パターンは、抗体がプリントされたパターンと適合する。
【0067】
(実施例3:蛍光免疫化学染色における抗体アレイの使用)
本実施例において、10nL溶液中に約5ngの抗体を、隣接するスポット間の間隔を300μm空けたナイロン膜上の各スポットで0.3mmソリッドピンを用いて沈着した。その後、蛍光標識二次抗体を用いたこと、および染色を蛍光顕微鏡で観察したことを除いては図1に概略的に示し、かつ図2に記載した方法によって、A431細胞を染色するために抗体を用いた(図3)。蛍光顕微鏡による低倍率観察は、各染色スポットが直径約300μmであること、および400の細胞のクラスターから成ることを示した(図3a,図3c,図3e,図3g)。染色された領域と染色されていない領域との間には、明らかな境界線が存在する。高倍率観察は、詳細な染色パターン、たとえばIRF1の核局在化(図3b)、14−3−3β(図3d)およびEts−1(図3f)の細胞質染色、ならびにベータ−カテニン(図3h)の細胞・細胞接触染色を明らかにした。染色は、標準の免疫染色手順によって得られるものと区別できない。
【0068】
(実施例4:毛細管中に形成された抗体アレイ)
本実施例は、細胞を染色するために毛細管によって形成された抗体アレイを用いるものである。各抗体を、低融点アガロース溶液と混合し、高さ1cm、外周2mm、および厚さ約0.2mmの合成樹脂製毛細管に注入した。ゲルが固体になった後、毛細管は、束にされ、高さ約1mmの抗体を産生するための部分を横断された。
【0069】
その後、抗体アレイをガラス支持体に配置するとともに、抗体が抗原と結合可能にするために別のガラス支持体に固定される細胞と接触させた。抗原に結合した抗体を、蛍光標識二次抗体によって検出し、図3にあるような顕微鏡で観察した。
【0070】
(実施例5:蛍光免疫染色用に毛細管中に形成された抗体アレイ)
第1に蛍光標識抗体を高温で低融点アガロース溶液で混合し、次いで毛細管アレイを形成するために、これらの抗体溶液を毛細管に注入した。毛細管中でこれらの溶液が凝固するように温度を下げた。これらの毛細管を、高さ1mm未満の薄いアレイを形成するために切断するとともに、合成樹脂固体支持体に置いて接着した。抗体が抗原と接触可能にするために、アレイを、カバーガラスに配置された固定された細胞と接触させた。その後、細胞と抗体アレイとを2時間37℃でインキュベーションした。その後、温度を下げ、アレイと細胞とを分離した。カバーガラス上の細胞をその後PBSで洗浄し、顕微鏡で観察した。
【0071】
(実施例6:二重染色における抗体アレイの使用)
100のスポットを有する抗体アレイを形成し、各スポットは1種または2種の抗体を含有した。2つの異なる抗体が固定化されたスポットでは、これらの抗体のうち一方がマウスモノクローナル抗体であり、他方がウサギポリクローナル抗体であった。このアレイは、カバーガラスに播種されたA431細胞を染色するために用いられた。染色後、A431細胞を、Cy2標識抗ウサギヤギ二次抗体、およびCy3標識抗マウスヤギ二次抗体とインキュベーションした。抗原の有無および位置を、蛍光顕微鏡によって検査した(図4a,図4b)。2種の抗体が存在する位置に、2種の対応する抗原が観察された。2種の抗体/抗原は異なる標識および異なる細胞局在化によって区別され得る。たとえば、図4においてタンパク質YY1の核局在化とタンパク質p130casの膜局在化とは個別に(図4aの左および中央)、かつ一緒に(図4aの右および図4b)示された。
【0072】
(実施例7:細胞試料間のタンパク質発現を比較するための抗体アレイ染色の使用)
様々なシグナル経路に関係する240種のタンパク質に対するマウスモノクローナル抗体およびウサギポリクローナル抗体の両方を含有する抗体アレイを、前述の実施例に記載されたように産生した。そして、240種のタンパク質の有無を検出し、研究に広く用いられる2つのヒト癌細胞系、A431細胞およびME180細胞の間で比較した。この結果は、2つの細胞試料が相当異なるタンパク質発現パターンを有することを示した。240種のターゲットタンパク質の多くは、A431細胞およびME180細胞において異なって発現された(図5)。たとえば、A431細胞はME180細胞よりも、Cbl、cortactin、Neu、HSP70、JNK1、p53、Raf−1およびStat1を多く発現する一方で、GSK−3α、Skp2p45、Plk3、およびStat5aを少なく発現する。これらのタンパク質の発現はウエスタンブロッティングによっても検査された(図6)。そしてこの結果は、2つの相互に関連している方法で得られ、抗体アレイ染色がタンパク質発現をプロフィルする有効な方法であることを示唆している。
【0073】
(実施例8:抗体アレイによる経路活性化の検出)
活性化したタンパク質(リン酸タンパク質)に特異的な抗体は、抗体アレイを形成するために用いられ、これらのアレイは生体試料中の活性化したタンパク質の有無を検査するために用いられた。活性化したタンパク質の有無は、一定の情報伝達経路が試料中で活性化されることを示唆した。
【0074】
(実施例9:タンパク質溶解物中の特定のタンパク質の検出)
本実施例において、Stat1組換えタンパク質を含有する50μgの細菌溶解物は、1平方センチメートルのニトロセルロース膜に固定化した。その後、溶解物膜を、ナイロン膜においてStat1抗体を含む複数の抗体を含有する抗体アレイと接触させた。
【0075】
1〜2時間のインキュベーションの後、いくつかの抗体は、前記溶解物中で対応する抗原と結合した。溶解物膜と抗体アレイとが物理的に分離したとき、いくつかの抗体を、抗体アレイ支持体から解離するとともに、抗原との相互作用が起因して溶解物支持体に結合した。溶解物スライドに結合された抗体の量は、溶解物に存在する抗原の存在量に左右される。抗体を、HRP複合二次抗体によって検出し、増強化学発光(ECL)反応によって視覚化した。
【0076】
(実施例10:HRP複合一次抗体によるStat1タンパク質の検出)
本実施例は、ホースラディッシュペルオキシダーゼ(HRP)複合Stat1一次抗体が、酵素複合二次抗体が検出に必要とされないように用いられる点を除いては実施例9と類似する。
【0077】
(実施例11:タンパク質A突然変異体を介して固定化された抗体アレイによる染色)
本実施例において、1つの抗体結合ドメインを有する組換えタンパク質A突然変異体を、第1に支持体に固定化し、次いでHRP複合抗体を、抗体アレイを形成するタンパク質A突然変異体との相互作用を介して該支持体に固定化した。このようにして形成された抗体アレイを、別の支持体に固定化されたタンパク質溶解物と接触させた。1時間のインキュベーションの後、抗体アレイを除去するとともに、タンパク質試料支持体に結合した抗体をECL反応を介して検出した。
【0078】
(実施例12:SDS/PAGEによるタンパク質試料の分離)
本実施例において、カーテンゲルを用いるSDS/PAGEによって、A431のタンパク質溶解物を分離するとともに、PVDF膜に移動した。よく研究されたタンパク質に対する12種の抗体を含有する抗体アレイは、ナイロン膜を支持体として用いて形成され、このアッセイに用いられた。抗体を、長方形に固定化するとともに、形成されたアレイがPVDF膜に固定化されたタンパク質溶解物と接触するときに抗体が対応する抗原と結合し得るように、アレイに入念に配置した。抗体と抗原との結合後、ナイロン膜支持体をPVDF膜から除去した。対応する抗原との相互作用を介してPVDF膜に付着した抗体を、HRP複合二次抗体を用いて検出し、ECL反応によって明らかにした。図7に示すように、数種の抗体をA431細胞中で発現したように検出した。そしてこれらは予期される分子量の位置でPVDF膜において検出される。誤った位置で意図的に固定化された抗体は比較的低い信号を与え、この方法がタンパク質発現を有効にプロフィルすることを示唆する。
【0079】
(実施例13:2次元ゲル電気泳動によるタンパク質試料の分離)
本実施例は、タンパク質が2次元ゲル電気泳動によって分離されるとともに、ポリビニリデンジフルオライド(PVDF)膜に移動される点を除いて、実施例12と類似する。その後、溶解物膜を、複数の抗体を含有し、かつ各抗体が抗原と接触するように所定位置で抗体をそれぞれ固定化した抗体アレイと接触させた。
【0080】
(実施例14:抗体アレイによるタンパク質試料の分離)
本実施例において、タンパク質は抗体アレイによって第1に分離され、かつ集中される。共有結合で支持体に抗体を固定することによって抗体アレイを形成し、次いで該アレイを、タンパク質がアレイに固定化された各抗体によって捕捉かつ分離されるようにタンパク質試料とインキュベーションした。その後、抗原を、抗体から解離するとともに、試料支持体に移動かつ固定化した。抗体が共有結合で固定化されたことから、試料支持体に移動したものは全くないか、またはほんの少しであった。その後、同じ抗原の抗体が抗体が第1抗体アレイに存在するのと同じ対応位置に存在するようにして、二次抗体アレイを形成した。第2抗体アレイが、抗原が固定化された試料支持体と接触したときに、各抗体は、対応する抗原と接触し、かつ結合した。結合後、アレイを試料支持体から分離した。いくつかの抗体がこれらの抗原と結合したことから、抗体はアレイ支持体から解離するとともに、試料支持体に結合した。
【0081】
いくつかの図において本発明の特徴を示すけれども、これはあくまで、便宜のためだけであって、何らかの特徴を本発明に従った他のいずれかのまたは他のすべての特徴と組合わせてもよい。他の実施形態および変形は、当業者に想到されるであろうし、特許請求の範囲に記載された請求項の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【0082】
【図1】複数のタンパク質を検出するための本発明の好適な方法を概略的に示す図である。
【図2】複数のタンパク質を検出するための本発明の好適な方法およびアレイを用いた後の結果を示す。この例において、MDCK細胞を、200種の抗体のアレイによって染色した。この染色を、アルカリホスファターゼを媒介した基質としてのBCIP/NBTとの呈色反応によって観察した。
【図3a】蛍光染色を用いる本発明の好適な方法およびアレイを用いた後の結果を示す。200種のウサギポリクローナル抗体を用いた。1つの位置でのタンパク質IRF1の染色を300μmの目盛で示す。
【図3b】30μmの目盛での図3aの画像の部分拡大図である。
【図3c】蛍光染色を用いる本発明の好適な方法およびアレイを用いた後の結果を示す。200種のウサギポリクローナル抗体を用いた。1つの位置での目印の分子14−3−3βの染色を示す。
【図3d】図3cの画像の部分拡大図である。
【図3e】蛍光染色を用いる本発明の好適な方法およびアレイを用いた後の結果を示す。200種のウサギポリクローナル抗体を用いた。1つの位置での細胞接着性タンパク質β−カテニンの染色を示す。
【図3f】図3eの画像の部分拡大図である。
【図3g】蛍光染色を用いる本発明の好適な方法及びアレイを用いた後の結果を示す。200種のウサギポリクローナル抗体を用いた。1つの位置での転写因子Ets−1の染色を示す。
【図3h】図3gの画像の部分拡大図である。
【図4a】A431細胞を、ウサギ抗YY1抗体(左側緑)、マウス抗p130cas抗体(中央赤)、ならびにYY1抗体(右側緑)およびp130cas抗体(右側赤)の両方を隣接する位置で含有するアレイによって染色した本発明の好適な方法およびアレイを用いた後の結果を示す。抗ウサギCy2標識ヤギ二次抗体と、抗マウスCy3標識ヤギ二次抗体とを用いた。
【図4b】図4aで示すYY1(緑)およびp130cas(赤)の二重染色の拡大図である。
【図5】2つの生体試料においてタンパク質発現を検出する本発明の好適な方法およびアレイを用いた後の結果を示す。ME180細胞におけるタンパク質発現は左に示し、A431細胞におけるタンパク質発現は右に示す。240種の抗体を有する抗体アレイをこの実施例に用いる。染色を、アルカリホスファターゼを媒介した基質としてのBCIP/NBTとの呈色反応によって観察した。
【図6】図5に示すタンパク質発現の相違を決定するためにウエスタンブロッティングを用いた結果を示す。ウエスタンブロッティングによって検出されたME180細胞中(左側レーン)およびA431細胞中(右側レーン)の19のタンパク質の発現を示す。試験されたタンパク質は、A,Cbl(120kD)、B,Cbc2(34kD)、C,Cortactin(80kD)、D,Neu(185kD)、E,ERK1(44kD)、F,Ets−1(51kD)、G,GSK−3α(51kD)、H,HSP70(70kD)、I,JNK1(46kD)、J,Lyn(56kD)、K,NFkB p50(50kD)、L,Skp2 p45(45kD)、M,p53(53kD)、N,Plk3(70kD)、O,SH−PTP2(60kD)、P,Raf−1(74kD)、Q,Rb p107(107kD)、R,Stat1(84kD)、およびS,Stat5a(95kD)である。図5の各抗体に対応する位置を上端に示す。等しい培養領域を占めるA431およびME180細胞のタンパク質溶解物を各レーンに入れる。
【図7】SDS/PAGEによって分離されたA431細胞のタンパク質溶解物中のタンパク質発現を検出する本発明の好適な方法およびアレイを用いた後の結果を示す。12種のタンパク質に対する抗体が特定の位置で固定化された。検査されたタンパク質は、1,IKKbeta、2,E2F1、3,ERK2、4,14−3−3、5,Rb p107、6,ERK1control(抗体は抗原の存在しない位置で固定化された。)、7,Ets−1、8,ERK1、9,Stat1、10,14−3−3control、11,JNK1、12,Stat2、13,Lyn、および14,p38である。各抗体に対応する位置を、対応するスポットの右側に示す。
[0001]
The present invention relates generally to novel methods and arrays for detecting a plurality of proteins, and more particularly to methods and arrays for detecting the expression, activity and function of a plurality of proteins.
[0002]
The availability of a large number of biological reagents such as hundreds of thousands of cloned DNA sequences, a large number of antibodies and recombinant proteins, and millions of compounds obtained by recombinant chemical synthesis, The development of technology using these reagents in pharmaceutical development was promoted. Special arrays of biological reagents have been designed that are addressable, in which each reagent is placed in place so that each reagent can later be identified by position. For example, in a DNA array, a large number of cDNAs or oligos can be immobilized at predetermined positions, respectively, and later identified by the positions. DNA arrays are used in large-scale hybridization assays for applications such as gene expression monitoring (Schena et al., 1995, Science 270: 467-470; DeRisi et al., 1996, Nature Genetics 14: 457 -460). An array of DNA clones in an expression vector is used to express the encoded protein in mammalian cells (Ziauddin and Sabatini, 2001, Nature 411, 107-110).
[0003]
In a protein array, many proteins can each be immobilized on a support at a predetermined location and subsequently identified by this unique location. Two types of protein arrays are particularly used: antibody arrays and recombinant protein arrays. Each of these contains multiple antibodies and multiple recombinant proteins. Because antibody arrays can bind to cellular proteins, they are particularly useful for revealing proteins with in vivo activity. This technique thus allows the study of the properties of multiple cellular proteins in a single assay. In particular, antibody arrays have been used to study in vivo protein-protein interactions, protein post-translational modifications and protein expression patterns (US Pat. No. 6,197,599).
[0004]
In addition, cells, tissues, lipids, polymers, drugs and other chemicals are prepared for large-scale screening assays in medical diagnostics, drug discovery, molecular biology, immunology and toxicology (Kononen et al. , Nature Medicine, 4: 844-7, 1998).
[0005]
Proteins are important components of cells, are the main players in various cellular processes, and are the target of most medicines. The entire human genome encodes approximately 40,000 proteins. Although any cell may contain DNA encoding all proteins, only some of these are normally expressed. Cell lines normally express about 10,000 proteins, and many more are expressed in tissues. The protein expression pattern of the cell determines the shape and function of the cell, and abnormal protein expression causes disease. Thus, one major task of proteomics is to identify proteins expressed at any source.
[0006]
Proteins (having the same primary amino acid) can exist in different forms in the cell primarily due to post-translational modifications. In many cases, only special post-translationally modified proteins are activated and directly related to cellular processes, so detection of the presence of these activated proteins in cells is Enables the provision of valuable information in the process.
[0007]
There are many different protein post-translational modifications such as phosphorylation, glycosylation, and ubiquitination. And they play an important role in regulating protein activity. Phosphorylation at serine, threonine or tyrosine residues is an important mechanism of signal transduction. Abnormal protein phosphorylation contributes to many human diseases. Among the methods for detecting protein phosphorylation, metabolic labeling of cells having radioisotopes and immunodetection with antibodies to phosphoproteins are most widely used. However, these methods are usually only applicable to the analysis of one or several proteins at a time. Antibodies specific for phosphorylated amino acids, such as PY20 and 4G10, can reveal multiple phosphorylated proteins, but these alone cannot identify individual phosphorylated proteins. A novel method for simultaneously detecting the presence or absence of multiple phosphorylated proteins or other modified proteins is highly desirable for information transfer research and clinical diagnosis.
[0008]
Quantification of protein expression is applied in various fields, including biomedical research, disease diagnosis, and identification of therapeutic markers and targets, and in the profile of cellular responses to toxins and drugs. In basic biomedical research, it is usually desirable to know what proteins are expressed in specific cells or under specific conditions. Then, by comparing protein expression profiles between different cell types, those proteins whose expression and activity characterize a particular cell type can be identified. Specific proteins are specifically activated in many signaling pathways, and detection of these active proteins, such as phosphorylated proteins, can provide important information in the activation of specific signaling pathways.
[0009]
Many diseases alter protein expression, and abnormal protein expression is often responsible for these diseases. Thus, determination of protein expression profiles and comparison of expression profiles between normal and abnormal biological samples are useful for understanding disease mechanisms. Detection of the presence of a protein is also useful for clinical diagnosis. For example, testing for the presence of several viral proteins instead of only one viral protein in a blood sample is a more reliable diagnostic method for viral infection. The protein profile would be very useful in distinguishing normal cells from malignant metastatic cancer cells that are early cancer and real murderers. In addition, protein expression profiles are useful in key areas of drug development, such as drug target selection, toxicology, and identification of surrogate markers of drug response.
[0010]
It has been a long-standing goal of molecular biologists to develop techniques that can quantify the expression level of every individual protein and the different forms of each protein in a biological sample in a reliable and reproducible manner. However, it has proved extremely difficult to achieve this. Traditionally, one or a few proteins can be detected by immunological methods such as Western blotting and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Two-dimensional gel electrophoresis can be used to analyze proteins expressed in a sample. However, this requires complex procedures and requires determining the identity of the protein displayed on the two-dimensional gel, which is difficult to achieve for most proteins. In recent years, protein arrays have been used to study protein expression patterns. In one strategy (US Pat. No. 6,197,599; Haab, et al., Genome Biol. 2, research0004.1-0004.13, 2001), antibody arrays are incubated with protein samples, and after incubation and washing, the Proteins specifically bound to each antibody in the array are detected.
[0011]
Immunochemical staining is a versatile technique to determine both the presence and location of antibodies (Harlow and Lane, Antibodies, a laboratory manual, Cold Spring Harbor Press, 1988), and this information is used in biomedical research and clinical It is a huge value in medicine. Many of the current methods that use the step of incubating the antibody solution with the cells only allow the cells to be stained with one or several antibodies at a time. These methods are not suitable for applications that require examination of the expression and subcellular localization of many different proteins. Therefore, for such purposes, new methods are needed that can stain cells with a number of different antibodies.
[0012]
The object of the present invention is to allow the position of the reagent to be maintained on the array support and when the reagent is placed in contact with an interaction partner immobilized on another support, It is to provide an array of biological reagents that allows dissociation from the support.
[0013]
It is also an object of the present invention to provide a method for forming and using a novel array of biological reagents that detect one or more proteins at a time from other ligands. Preferred methods of the present invention are adapted to various support materials and immobilization methods for forming and using the array.
[0014]
Furthermore, the object of the present invention is to detect an array of biological reagents in order to detect proteins and their properties, in particular to detect and compare the presence and subcellular location of one or more proteins in a cell. It is to provide a method and an array that make it possible to use.
[0015]
The methods and arrays of the present invention are designed to substantially expand the use of biological arrays in the field of protein and other biomolecule detection. For example, an array of antibodies preferably immobilized on a solid first support is contacted with a protein sample immobilized on a second support such that one or more antibodies bind to their respective antigens. However, after binding, these antibodies are dissociated from the first support while maintaining association with the antigen on the second support.
[0016]
Suitable methods of the invention for detecting one or more biomolecules generally comprise providing a first support on which one or more reagents are immobilized, one or more Providing a second support on which two or more ligands are immobilized, and contacting the reagent immobilized on the first support with the ligand immobilized on the second support, A step of binding two or more reagents to one or two or more ligands, a step of separating the first support from the second support, and one or more reagents in the second support. Detecting. The reagent is preferably immobilized on the first support with a strength sufficient to immobilize the reagent in the contacting step and to allow the bound reagent to be dissociated from the first support in the separation step. It becomes. The reagent immobilized on the first support may contain one type or two or more types of antibodies.
[0017]
Before the ligand is immobilized on the second support, the gel electrophoresis is based at least in part on molecular weight, gel electrophoresis on the basis of at least part of the isoelectric point, at least partly on molecular weight and isoelectricity. Separated from each other using a variety of methods including, but not limited to, two-dimensional gel electrophoresis based on one or both points and immunological methods such as using one or more antibody arrays. obtain. Said reagent may be selected from the group consisting of antibodies, recombinant proteins, DNA, RNA, oligonucleotides, carbohydrates and small chemicals. These reagents may be immobilized at one or more predetermined positions on the first support. If the selected reagent is one or more antibodies, the antibodies can be specific for post-translationally modified proteins such as phosphorylated proteins.
[0018]
One or more reagents may be immobilized at one or more predetermined positions on the support, respectively. The number of different types of reagents on any arbitrary support is preferably 2-50, 5-100,000, 200-10,000, 50-1,000, 5-500, 5-100, and 5-50.
[0019]
The first and second supports may comprise a material selected from the group consisting of nitrocellulose, nylon, polyvinylidene difluoride, glass or synthetic resin, and derivatives thereof.
[0020]
Another preferred method of the present invention for detecting one or more biomolecules in a cell generally comprises: (a) the antibody can be identified by the location at which the antibody is immobilized. Immobilizing one or more antibodies supplied at a predetermined position on one support to the first support; (b) placing the cells on the second support; (c) Contacting the antibody on the first support with the cell on the second support to allow the antibody to bind to any corresponding antigen in the cell; (d) the first After separating the support from the second support, one or more of the bound antibodies maintain binding to the corresponding antigen; and (e) the cells in the second support. Detecting the antibody bound to the antigen therein Tsu and a flop. This method can utilize cells immobilized on the second support, and the cells can comprise one or more tissue sections.
[0021]
The antibody can be specific for a post-translationally modified protein such as a phosphorylated protein. The number of different types of reagents that can be immobilized in one or more predetermined locations can include 5-100,000, 200-10,000, 50-1,000, 5-500, and 2-50. . The support may comprise a material selected from the group consisting of nitrocellulose, nylon, polyvinylidene difluoride, glass, or synthetic resin and derivatives thereof. Proteins such as antibodies can be immobilized on the support in one or more shapes selected from the group consisting of circular, elongated and polygonal shapes.
[0022]
The first and second supports can include an array. The array can be formed using a variety of materials including, but not limited to, a large number of whole or partial capillaries.
[0023]
The antibody can be immobilized by applying one or more intermediates selected from the group consisting of modified protein A and modified protein G to the support. Protein A or protein G is modified to change the binding affinity. One or more of the antibodies are utilized for binding to at least one constant region configured to link to one or more of the modified proteins and one or more antigens It may have at least one variable region possible.
[0024]
The detection step preferably comprises determining whether one or more of the antibodies are present on one or both supports, and one or more positions of the antibodies after the separation step. One or two selected from the group consisting of: identifying one or more quantities of said antibody; and identifying one or more types of antibody The above detection steps are included.
[0025]
Another preferred method of the invention for detecting one or more biomolecules includes (a) immobilizing one or more ligands on a second support, and (b) one species. Or immobilizing to the first support one or more reagents adapted to interact with two or more of the ligands, and (c) one or more of the reagents 1 Contacting said ligand with said ligand to allow binding to a species or two or more of said ligands; (d) cross-linking one or more of said reagents to one or more of said ligands (E) in order to allow the one or more of the reagents bound to one or more of the ligands to be dissociated from the first support, the first support is Separating from the second support; and (f And detecting one or more of the reagents in the second support.
[0026]
One or more of the ligands and the reagents may be cross-linked using at least partially one or more aldehydes, preferably but not limited to formaldehyde and glutaraldehyde.
[0027]
One preferred embodiment of an array of the invention for use in detecting biomolecules is generally adapted to at least temporarily immobilize one or more reagents and one or two. Including a first support adapted to be placed in contact with a second support on which the ligand is immobilized, one or more of the reagents are one or more of the reagents It is allowed to bind to a ligand and subsequently dissociates from the first support and is allowed to maintain binding to the ligand on the second support.
[0028]
The support may include various materials including, but not limited to, one, two or more materials among nylon, nitrocellulose, polyvinylidene difluoride, glass or synthetic resin, and derivatives thereof. For example, the support may include one or more nylon membranes, or all or part of one or more capillaries. One or more of the reagents immobilized on the support may be immobilized in one or more shapes selected from the group consisting of a circular shape, an elongated shape, and a polygonal shape.
[0029]
The present invention relates to a novel array of biological reagents and methods of forming and using the array. The method includes the steps of providing a first support for immobilizing one or more reagents, providing a second support for immobilizing one or more ligands, and the reagents Contacting the ligand with one or more reagents binding to the ligand and, after binding, separating the support, the bound reagent maintains binding to the ligand. And detecting and / or comparing various biological targets.
[0030]
One of the methods allows a reagent immobilized on a solid support to bind to an interaction partner that is immobilized on another support. In particular, the antibody array is formed so as to be dissociable from the support after the immobilized antibodies bind to the respective antigens immobilized on the second support. Each antibody / antigen binding occurs at a predetermined position.
[0031]
The term “reagent” as used herein refers to any biologically relevant molecule such as antibodies, recombinant proteins, synthetic peptides, DNA, RNA, nucleotides and small chemicals.
[0032]
The term “ligand” as used herein refers to any biomolecule that interacts with one or more reagents.
[0033]
The term “array” as used herein refers to a device that includes, but is not limited to, a solid support and a plurality of reagents or ligands. For example, the antibodies can be immobilized to the support at each predetermined location so that each antibody can be identified by a particular location on the support.
[0034]
As used herein, the term “immobilization” refers to the restraint of the reagent on the support, thus limiting the operation of the reagent on the support. For example, when the antibody is immobilized on a support, the antibody is attached to the support and is not dissociated from the support, and the operation of the antibody on the support is also limited. However, under some conditions, as described in the present invention, the immobilized reagent can be dissociated from the support. The physical and chemical properties of this immobilization determine whether the immobilized reagent can dissociate from the support and how effective the dissociation is.
[0035]
As used herein, the term “support” means, for the specification and claims, a structure on which a biological reagent is deposited and immobilized. In a preferred embodiment, the support is a rigid plate (glass or synthetic resin) or membrane formed from, but not limited to, nitrocellulose, nylon, polyvinylidene difluoride (PVDF) or derivatives thereof. The membrane is easier to handle and the reagent can be easily immobilized. Glass or synthetic resin plates provide a rigid support and are required in some applications.
[0036]
Preferably, the solid supports are pretreated so that the biological reagents deposited on them can be fixed with a strength suitable for the particular application. One method of solid support treatment is to coat with a polymer layer that will then interact with the biological reagent by non-specific non-covalent bonding. For example, polymers including polylysine or polyethyleneimine can be used to coat glass slides or coverslips used for biomolecule immobilization.
[0037]
For example, Lehnrach et al. (Hybridization fingerprinting in genome mapping and sequencing, genome analysis, Vol. 1, Davies and Tilgham, Eds, Cold Spring Harbor Press, pp. 39-81, 1990) and Brown et al. (US Pat. No. 5,807,522). Several techniques, such as those described by No.) can be used to deposit and immobilize multiple biological reagents on a solid support. Each of the aforementioned papers is incorporated by reference in its entirety. For example, several nanoliters of antibody in aqueous solution can be printed on a glass slide using a robotic array. Thus, an array of biological reagents is formed by depositing multiple reagents on a flat solid support, one or several reagents at a time, and each reagent in place.
[0038]
Immobilization of antibodies can be done by adsorption (Trevan, 1980, Immobilized Enzymes: an introduction and their application in biotechnology. Wiley, Chichester). The adsorptive power involved can be non-specific hydrophobic or ionic interactions. Primarily, the adsorbent materials used include, but are not limited to, ion exchangers such as clay, charcoal, hydroxyapatite, and most often DEAE-Sephadex.
[0039]
Entrapment is another method for immobilizing antibodies (Trevan, 1980, Immobilized Enzymes: an introduction and their application in biotechnology. Wiley, Chichester). This entrapped antibody is not attached to the polymer, and these free diffusions are merely suppressed. One widely used matrix is a polyacrylamide gel. In certain preferred embodiments, the capillary facilitates arraying and immobilization of biological reagents. The term “capillary” is used to mean any fully or partially enclosed elongated structure that can contain and support a biological reagent. The capillaries are formed from materials such as synthetic resins and glass, which preferably do not interfere with the properties of the biological reagent. The height of the capillary will vary from a few micrometers to a few meters. Biological reagents are usually filled into capillaries in solution. After filling, the reagent solution is coagulated and the reagent is immobilized. The strength of immobilization can depend on any application.
[0040]
The reagent is immobilized directly or indirectly on the solid support. For example, the reagent is deposited directly at a high density on the support, which can be as small as a microscope slide. Similar techniques have been developed to form high density DNA microarrays (Shalon et al., Genome Reseatch, 1996 Jul; 6 (7): 639-645). The reagent can also be indirectly immobilized on the support. For example, protein A or protein G or mutants thereof can be first printed on the support as an intermediate. The antibody is then immobilized on a support by interaction with protein A or G. One advantage of the present invention is that when the antibody constant region is linked to protein A or G, the variable region of the antibody (antigen-binding domain) is fully exposed and available for binding to the antigen. That is. Another advantage is that protein A or G can be modified to alter the binding affinity of the antibody, so that when a carefully designed mutant of protein A or G is used, the antibody has the desired strength. It can be immobilized on the support. Thus, the antibody can be immobilized on the support on the one hand without losing positional information, and on the other hand can be separated from the support and bind to other ligands of higher affinity. Recombinant fusion proteins can be immobilized by interaction between the tags of these proteins and the ligand attached to the support. For example, a ligand (eg, glutathione or nickel) can first be covalently attached to a support, after which a recombinant fusion protein containing a tag (eg, GST or 6xHis) is interacted with the ligand. Immobilized on the support. Tags and ligands can be modified to change their affinity, and thus immobilization can have the desired strength.
[0041]
Antibodies are usually deposited on a support, usually in the form of circular dots. However, antibodies can also be deposited in other shapes. For example, the antibody can be immobilized in an elongated shape, for example, a rectangle that is several microns to several centimeters wide and several microns to several centimeters long. The antibody immobilized in such a form can be used to bind to the antigen after separation according to various methods.
[0042]
Antibodies specific for the antigen can be immobilized at specific locations on the support. In general, antibodies are immobilized at a location where each antibody will contact its own antigen when the antibody contacts a protein sample. Thus, a particular antibody can be immobilized at a particular location determined by the location of the antigen. For example, antigens are first separated by two-dimensional gel electrophoresis, and are moved and immobilized on a support. Each antigen is immobilized at a specific location determined by its molecular weight and isoelectric point. Therefore, each antibody is immobilized according to the position of the antigen on the support.
[0043]
The term “protein sample” as used herein refers to various proteins and protein mixtures. For example, this may be a lysate from a cell line or tissue. Alternatively, it may be an intact cell or a cell fixed to a support. The protein sample may be from different sources, for example, but not limited to, cultured cell lines, human or animal tissue, or blood.
[0044]
In certain preferred embodiments, the protein sample is a cultured cell or tissue section that can be placed and immobilized on a glass slide. Prior to use, these cells can be fixed and permeabilized to expose the protein. These fixed cells retain specific cell morphology, and many proteins remain at their original cell location. There are multiple ways to fix and permeabilize cells and tissues (Harlow and Lane, Antibodies, a laboratory manual, Cold Spring Harbor Press, 1988). Widely used fixatives are formaldehyde or glutaraldehyde solutions. Another widely used fixative solution alternatively contains methanol.
[0045]
Suspended cells such as lymphocytes settle on the support and are immobilized thereon. These are sectioned and placed on a support after being embedded in a medium such as paraffin, collagen or gelatin. Many known methods are available for preparing cell samples (Jones, TC, Ward, JM, Mohr, U. and Hunt, RD (editors), 1990, Hemopoietic System. Berlin, Springer-Verlag; Polak, JM and Van Noorden, S., 1997, Introduction to Immunocytochemistry. New York, Springer).
[0046]
In another preferred embodiment, the protein sample is prepared from cells or tissues by lysis. A typical lysis buffer contains a surfactant such as sodium dodecyl sulfate (SDS), Triton X-100. Immobilization of a protein sample may be covalent or non-covalent and immobilization methods are known in the art. The dimensions of the region where the protein sample is immobilized on the support will depend on the application and the volume and amount of the immobilized protein sample. For example, if a membrane is used as a support, if the membrane has a binding capacity of 10 mg protein per square centimeter, then up to 10 mg of protein lysate may be immobilized on a membrane with dimensions of 1 centimeter square. it can.
[0047]
The protein lysate can be uniformly placed on the support and immobilized thereon. However, for other applications, the protein can be first separated and then immobilized on a support. Many methods for protein separation are known in the art. For example, proteins may be separated by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) according to molecular weight, or by two-dimensional electrophoresis according to both molecular weight and isoelectric point. After separation by electrophoresis, the protein can be moved and immobilized on the support.
[0048]
In another preferred embodiment, protein samples can be separated by immunological methods such as separation by antibody arrays. The protein sample is first incubated with the antibody array on the first support so that the antibody can capture and separate the antigen present in the protein sample. After washing away the unbound protein, the protein captured at each position is dissociated from the antibody and transferred to the second support and immobilized thereon. The interaction between the antibody and the first solid support can be considerably stronger than the interaction between the antibody and the antigen. Thus, conditions are required to disrupt the antibody-antigen interaction while leaving the antibody immobilization on the first support intact. Under such conditions, the antigen excluding the antibody can be transferred to and immobilized on the second support. In order to prevent the antibody from dissociating from the first solid support, the antibody is covalently immobilized on the support.
[0049]
In a typical transfer, a first support containing antibody and antigen is contacted with a second support. They are then placed in a buffer that can disrupt the interaction between the antigen and the antibody. At the same time, an electric current is applied so that the dissociated protein moves from the first support to the second support. After completion, the two supports are separated. This movement and immobilization can be performed simultaneously (proteins are moved and immobilized simultaneously) or sequentially (immobilized after the proteins are moved). And if immobilization is weaker than desired, the protein may be further immobilized, for example by covalent bonds. Methods for covalent immobilization of proteins on solid supports are known in the art.
[0050]
Once prepared, the protein sample is contacted with another antibody array. Preferably, the contacting is done such that each antibody contacts the corresponding antigen to allow specific binding. The antibodies in this array are dissociated from the support. Thus, after separation of the antibody array support and the protein sample support, antibodies that bind to the antigen will be present on the sample support. By detecting the antibody, the presence or absence and abundance of the antigen in the sample is detected.
[0051]
Part of the method is adapted such that an antibody immobilized on one support can bind to an antigen immobilized on the other support. In one preferred method, an antibody immobilized on one support is allowed to interact with an antigen immobilized on a second support by placing the two supports together in contact. The After a period of incubation, the two supports are separated. Depending on the interaction between the antibody and the antigen, some antibodies will dissociate from the first support and bind to the second support to which the antigen is immobilized. The strength of antibody immobilization on the first support is preferably weaker than the interaction between the antibody and the antigen, and is weaker than the strength of immobilization of the antigen on the second support. Conditions such as an electric field can be applied to facilitate the dissociation of the antibody from the support.
[0052]
After binding of the antigen and antibody, the antigen-antibody complex can be stabilized using covalent cross-linking. Crosslinking is preferably performed such that the antibody / antigen complex is crosslinked while the antibody is not crosslinked to the support. This is accomplished by selecting a cross-linking substance specific for the antibody and a special support. There are hundreds of known cross-linking substances, and various methods have been developed to use them to cross-link proteins (Wong, Shan S., Chemistry of protein conjugation and cross-linking. Boca Raton: CRC Press, 1993). For example, widely used cross-linking materials include aldehydes such as but not limited to formaldehyde and glutaraldehyde.
[0053]
The antibody bound to the antigen is then detected. Many known methods can be used for antibody detection. A common method is to use enzyme-conjugated secondary antibodies, such as horseradish peroxidase or alkaline phosphatase-conjugated anti-rabbit goat antibodies and anti-mouse goat antibodies. A fluorescently labeled secondary antibody may be used. Other techniques that can be used are immuno-PCR (Sano et al., 1992, Science 258, 120-122), rolling circle DNA amplification technology (Schweitzer et al., 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA). 97, 10113-10119), and immunodetection amplified by T7 RNA polymerase (Zhang et al., 2001, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 98, 5497-5502).
[0054]
In one preferred embodiment of the array of the present invention, an array of antibodies is used to stain the cells, which is schematically illustrated in FIG. The cells are seeded on cover slips, cultured, fixed, and permeabilized to expose the antigen. The cell preparation is then incubated with the antibody array so that the antibody can bind to the corresponding antigen. After binding, the antibody array support and the cell support are separated. Some of the antibody will be transferred to the cell support due to interaction with the antigen. The amount of antibody bound and transferred will be related to the amount of antigen present in the cell.
[0055]
By detecting the presence and quantity of the antibody trapped on the cell support, the presence and quantity of the antigen in the cell can be determined. If antibodies are conjugated to enzymes, these antibodies can be revealed by enzymatic reactions. Alkaline phosphatase is widely used and known substrates will give an insoluble colored product after the reaction. Furthermore, if the antibody is labeled with a fluorescent molecule, the antibody may be observed directly by fluorescence microscopy. In many cases, fluorescent or enzyme-conjugated secondary antibodies can be used to determine the presence or absence of primary antibodies.
[0056]
For the purpose of revealing the presence and quantity of antigen, staining can be easily observed at low magnification. However, staining is preferably observed at high magnification to reveal other properties of the antigen, such as subcellular localization.
[0057]
Co-staining of two proteins (double staining) is a unique tool for studying two functionally related proteins. For example, evidence of protein interactions often includes proof that the proteins are co-localized in the same cellular structure. Two or more antibodies can be immobilized at the same location of the antibody array, so that two or more antigens can be detected at the same location simultaneously.
[0058]
Instead of antibodies, DNA probes can be sequenced and used to detect the presence or absence of specific DNA or RNA in cells. To do so, the DNA or RNA probe is immobilized on a solid support. Preferably, the immobilization of the probe is strong enough to maintain the probe position on the support, while preferably weaker than the interaction between the probe and the target, so when the probe binds to the target Can be dissociated from the support. This method has many advantages over in situ hybridization methods that usually only detect one or several DNA or RNA sequences. When an array of DNA or RNA probes formed in accordance with the present invention is used, the presence and location of multiple DNA or RNA sequences is detected at each predetermined location in a morphologically preserved tissue section or cell preparation. be able to. Methods for preparing DNA or RNA probes arranged on a support and methods for preparing tissues or cells are known in the art (Ian A. Darby (Editor), In Situ Hybridization Protocols (Methods in Molecular Biology , 123), by Humana Press; ISBN: 0896036863; 2nd edition, 2000).
[0059]
In another preferred embodiment, the antibody array is used to detect proteins in the protein lysate. To do so, the antibody array immobilized on the first support is incubated with the protein lysate immobilized on the second support. After a period of incubation, the antibody will bind to the corresponding antigen in the lysate immobilized on the second support. Thereafter, the first support is separated from the second support. Under certain conditions, the antigen-bound antibody will dissociate from the first support and remain on the second support to which the antigen is immobilized. The amount of antibody transferred to the second support will be proportional to the amount of antigen present in the protein lysate. Thus, detection of the amount of antibody on the second support will reveal the amount of antigen present in the protein sample.
[0060]
In many applications, proteins can be first separated and / or concentrated and it may be necessary to detect small amounts of protein. In one embodiment, proteins are first separated by one-dimensional SDS / PAGE, transferred to a membrane support, and each protein is immobilized on the support at a position determined by molecular weight. The lysate membrane is then contacted with the antibody array, and the antibodies are immobilized in an elongated shape at a specific location, so that each antibody will be able to contact the antigen at a specific location determined by the molecular weight of the antigen.
[0061]
Proteins may be separated by two-dimensional gel electrophoresis and transferred to a support such as a polyvinylidene difluoride (PVDF) membrane. The lysate membrane is then contacted with an antibody array, which contains a plurality of antibodies that can each be immobilized in place, and thus each antibody will contact the corresponding antigen.
[0062]
Proteins may be separated and concentrated by immunological methods. One way to achieve this is to use an antibody array. For example, a first antibody array can be incubated with a protein sample so that the protein is captured and separated by each antibody immobilized on the array. The antibodies in this first array are preferably strongly immobilized by covalent bonds. Thereafter, the antigen is dissociated from the antibody and moved and immobilized on the second support. This step can be performed by several known methods. The second antibody array is then used to detect the antigen. The antibodies in the second array are immobilized such that the antibodies can be dissociated from the array support after binding to the corresponding antigen. Antibodies in the first and second arrays against the same antigen can be immobilized at corresponding positions, which can be identical or different.
【Example】
[0063]
The following examples relate only to the drawings and are in no way intended to limit the invention. Although the examples describe the use of antibody arrays in accordance with the present invention, similar usage for arrays of biological reagents other than antibodies will be apparent to those familiar with the art. Such arrays of biological reagents include, but are not limited to, arrays of recombinant proteins, recombinant antibodies, single chain antibodies, nucleic acids, oligos, cDNA probes, carbohydrates, lipids, and small chemicals. For example, an array of immobilized cDNA probes can be used in situ hybridization to reveal the expression of multiple mRNAs in cells.
[0064]
(Example 1: Formation of antibody array)
Antibodies from commercial sources (approximately 0.5 μg / μL) were arrayed on nylon membranes (Amersham Life Science) using a robotic array. Approximately 40 ng of antibody in 80 nL solution was deposited with 0.6 mm solid pins at each spot spaced at 600 μm intervals. The antibody was immobilized by non-covalent bonding between the nylon membrane and the antibody. The antibody arrays were either used immediately or stored at 4 ° C. for less than 48 hours prior to use.
[0065]
(Example 2: Use of antibody array in immunochemical staining)
This example demonstrates the use of antibody arrays prepared by the methods disclosed for immunochemical staining. The antibody array formed in Example 1 with 200 antibodies against different cellular proteins was used.
[0066]
MDCK (Madin Darby Canine Kidney) cells were seeded on a culture dish and cultured for 2 days until fusion. They were then fixed with methanol / acetone (1: 1) at −20 ° C. for 10 minutes and rendered permeable. After washing with phosphate buffered saline (PBS), MDCK cells were contacted with the antibody array for about 1 hour. Cells were washed again with phosphate buffered saline, and alkaline phosphatase labeled secondary antibody was added for 30 minutes. After washing, staining was visualized by a color reaction with 5-bromo-4-chloro-indolyl-phosphatase (BCIP) and nitroblue tetrazolium (NBT) as substrates. The enzymatic reaction was stopped by washing off the substrate with PBS, and the image was obtained by scanning with a flat bed scanner (FIG. 2). Although cells at many locations were stained with antibodies, there was little antibody mixing as judged by the lack of staining in the area between immobilized antibodies. The normal pattern of stained spots matches the pattern on which the antibody is printed.
[0067]
(Example 3: Use of antibody array in fluorescent immunochemical staining)
In this example, about 5 ng of antibody in 10 nL solution was deposited using 0.3 mm solid pins at each spot on a nylon membrane with 300 μm spacing between adjacent spots. Thereafter, antibodies were used to stain A431 cells by the method schematically shown in FIG. 1 and using the method described in FIG. 2 except that a fluorescently labeled secondary antibody was used and staining was observed with a fluorescence microscope. Was used (FIG. 3). Low-magnification observation with a fluorescence microscope showed that each stained spot was approximately 300 μm in diameter and consisted of clusters of 400 cells (FIGS. 3a, 3c, 3e, 3g). There is a clear boundary between the stained and unstained areas. High magnification observations showed detailed staining patterns such as nuclear localization of IRF1 (FIG. 3b), cytoplasmic staining of 14-3-3β (FIG. 3d) and Ets-1 (FIG. 3f), and beta-catenin (FIG. 3h). ) Revealed cell-cell contact staining. Staining is indistinguishable from that obtained by standard immunostaining procedures.
[0068]
(Example 4: Antibody array formed in capillary tube)
In this example, an antibody array formed by capillaries is used to stain cells. Each antibody was mixed with a low melting point agarose solution and injected into a synthetic resin capillary having a height of 1 cm, an outer periphery of 2 mm, and a thickness of about 0.2 mm. After the gel became solid, the capillaries were bundled and traversed to produce an antibody about 1 mm high.
[0069]
The antibody array was then placed on a glass support and contacted with cells that were immobilized on another glass support to allow the antibody to bind to the antigen. The antibody bound to the antigen was detected by a fluorescently labeled secondary antibody and observed with a microscope as shown in FIG.
[0070]
(Example 5: Antibody array formed in capillaries for fluorescent immunostaining)
First, fluorescently labeled antibodies were mixed at high temperature with a low melting point agarose solution, and then these antibody solutions were injected into the capillaries to form a capillary array. The temperature was lowered so that these solutions solidified in the capillaries. These capillaries were cut to form a thin array less than 1 mm in height and placed on a synthetic resin solid support and adhered. In order for the antibody to be able to contact the antigen, the array was contacted with fixed cells placed on a coverslip. The cells and antibody array were then incubated for 2 hours at 37 ° C. Thereafter, the temperature was lowered to separate the array and the cells. The cells on the cover glass were then washed with PBS and observed with a microscope.
[0071]
(Example 6: Use of antibody array in double staining)
An antibody array with 100 spots was formed, each spot containing one or two antibodies. In spots where two different antibodies were immobilized, one of these antibodies was a mouse monoclonal antibody and the other was a rabbit polyclonal antibody. This array was used to stain A431 cells seeded on cover slips. After staining, A431 cells were incubated with Cy2-labeled anti-rabbit goat secondary antibody and Cy3-labeled anti-mouse goat secondary antibody. The presence and location of the antigen was examined by a fluorescence microscope (FIGS. 4a and 4b). Two corresponding antigens were observed where two antibodies were present. The two antibodies / antigens can be distinguished by different labels and different cellular localizations. For example, in FIG. 4, the nuclear localization of protein YY1 and the protein p130 cas Was shown separately (left and middle in FIG. 4a) and together (right in FIG. 4a and FIG. 4b).
[0072]
Example 7: Use of antibody array staining to compare protein expression between cell samples
Antibody arrays containing both mouse monoclonal and rabbit polyclonal antibodies against 240 proteins involved in various signal pathways were produced as described in the previous examples. The presence or absence of 240 proteins was then detected and compared between two human cancer cell lines widely used for research, A431 cells and ME180 cells. This result indicated that the two cell samples had significantly different protein expression patterns. Many of the 240 target proteins were differentially expressed in A431 and ME180 cells (FIG. 5). For example, A431 cells express more Cbl, cortactin, Neu, HSP70, JNK1, p53, Raf-1 and Stat1, while expressing less GSK-3α, Skp2p45, Plk3, and Stat5a than ME180 cells. The expression of these proteins was also examined by Western blotting (FIG. 6). And this result was obtained in two interrelated ways, suggesting that antibody array staining is an effective way to profile protein expression.
[0073]
(Example 8: Detection of pathway activation by antibody array)
Antibodies specific for activated proteins (phosphate proteins) were used to form antibody arrays, and these arrays were used to check for the presence of activated proteins in biological samples. The presence or absence of activated protein suggested that certain signaling pathways were activated in the sample.
[0074]
Example 9: Detection of specific proteins in protein lysates
In this example, 50 μg of bacterial lysate containing Stat1 recombinant protein was immobilized on a 1 cm 2 nitrocellulose membrane. The lysate membrane was then contacted with an antibody array containing a plurality of antibodies including Stat1 antibody in a nylon membrane.
[0075]
After 1-2 hours of incubation, some antibodies bound to the corresponding antigen in the lysate. When the lysate membrane and antibody array were physically separated, some antibodies dissociated from the antibody array support and bound to the lysate support due to interaction with the antigen. The amount of antibody bound to the lysate slide depends on the amount of antigen present in the lysate. The antibody was detected by HRP-conjugated secondary antibody and visualized by enhanced chemiluminescence (ECL) reaction.
[0076]
(Example 10: Detection of Stat1 protein by HRP-conjugated primary antibody)
This example is similar to Example 9 except that a horseradish peroxidase (HRP) conjugated Stat1 primary antibody is used such that an enzyme conjugated secondary antibody is not required for detection.
[0077]
(Example 11: Staining with an antibody array immobilized via a protein A mutant)
In this example, a recombinant protein A mutant with one antibody binding domain is first immobilized on a support and then the HRP conjugate antibody interacts with the protein A mutant forming an antibody array. It was fixed to the support via The antibody array thus formed was contacted with a protein lysate immobilized on another support. After 1 hour incubation, the antibody array was removed and the antibody bound to the protein sample support was detected via ECL reaction.
[0078]
(Example 12: Separation of protein sample by SDS / PAGE)
In this example, the A431 protein lysate was separated and transferred to a PVDF membrane by SDS / PAGE using curtain gel. An antibody array containing 12 antibodies against well-studied proteins was formed using a nylon membrane as a support and used in this assay. The antibody was immobilized in a rectangle and carefully placed on the array so that the antibody could bind to the corresponding antigen when the formed array was in contact with the protein lysate immobilized on the PVDF membrane. After binding of antibody and antigen, the nylon membrane support was removed from the PVDF membrane. Antibodies attached to the PVDF membrane through interaction with the corresponding antigen were detected using HRP-conjugated secondary antibody and revealed by ECL reaction. As shown in FIG. 7, several antibodies were detected as expressed in A431 cells. These are then detected in the PVDF membrane at the expected molecular weight positions. Antibodies deliberately immobilized at the wrong location give a relatively low signal, suggesting that this method effectively profiles protein expression.
[0079]
(Example 13: Separation of protein sample by two-dimensional gel electrophoresis)
This example is similar to Example 12 except that the protein is separated by two-dimensional gel electrophoresis and transferred to a polyvinylidene difluoride (PVDF) membrane. Thereafter, the lysate film was brought into contact with an antibody array containing a plurality of antibodies and immobilizing the antibodies at predetermined positions so that each antibody was in contact with the antigen.
[0080]
(Example 14: Separation of protein sample by antibody array)
In this example, the proteins are first separated and concentrated by the antibody array. An antibody array was formed by covalently immobilizing the antibody to the support, which was then incubated with the protein sample such that the protein was captured and separated by each antibody immobilized on the array. Thereafter, the antigen was dissociated from the antibody and moved and immobilized on the sample support. Since the antibody was covalently immobilized, none or very little migrated to the sample support. A secondary antibody array was then formed such that antibodies of the same antigen were in the same corresponding positions as the antibodies were in the first antibody array. When the second antibody array contacted the sample support on which the antigen was immobilized, each antibody contacted and bound to the corresponding antigen. After binding, the array was separated from the sample support. As some antibodies bound to these antigens, the antibodies dissociated from the array support and bound to the sample support.
[0081]
Although the features of the present invention are shown in some of the figures, this is for convenience only and any feature may be combined with any or all other features according to the present invention . Other embodiments and variations will occur to those skilled in the art and are within the scope of the claims appended hereto.
[Brief description of the drawings]
[0082]
FIG. 1 schematically illustrates a preferred method of the invention for detecting multiple proteins.
FIG. 2 shows the results after using the preferred method and array of the invention for detecting multiple proteins. In this example, MDCK cells were stained with an array of 200 antibodies. This staining was observed by a color reaction with BCIP / NBT as a substrate mediated by alkaline phosphatase.
FIG. 3a shows the results after using the preferred method and array of the invention using fluorescent staining. 200 rabbit polyclonal antibodies were used. Staining of protein IRF1 at one position is shown on a 300 μm scale.
3b is a partially enlarged view of the image of FIG. 3a with a scale of 30 μm.
FIG. 3c shows the results after using the preferred method and array of the invention using fluorescent staining. 200 rabbit polyclonal antibodies were used. Staining of landmark molecule 14-3-3β at one position is shown.
3d is a partially enlarged view of the image of FIG. 3c.
FIG. 3e shows the results after using the preferred method and array of the invention using fluorescent staining. 200 rabbit polyclonal antibodies were used. Shown is staining of the cell adhesion protein β-catenin at one location.
3f is a partially enlarged view of the image of FIG. 3e.
FIG. 3g shows the results after using the preferred method and array of the invention using fluorescent staining. 200 rabbit polyclonal antibodies were used. Staining of transcription factor Ets-1 at one position is shown.
3h is a partially enlarged view of the image of FIG. 3g.
FIG. 4a: A431 cells were treated with rabbit anti-YY1 antibody (left green), mouse anti-p130 cas Antibody (center red), and YY1 antibody (right green) and p130 cas The results after using the preferred method and array of the present invention stained with an array containing both antibodies (right side red) at adjacent positions are shown. An anti-rabbit Cy2-labeled goat secondary antibody and an anti-mouse Cy3-labeled goat secondary antibody were used.
4b shows YY1 (green) and p130 shown in FIG. 4a. cas It is an enlarged view of double staining of (red).
FIG. 5 shows the results after using the preferred method and array of the present invention for detecting protein expression in two biological samples. Protein expression in ME180 cells is shown on the left and protein expression in A431 cells is shown on the right. An antibody array with 240 antibodies is used in this example. Staining was observed by a color reaction with BCIP / NBT as a substrate mediated by alkaline phosphatase.
FIG. 6 shows the results of using Western blotting to determine the differences in protein expression shown in FIG. The expression of 19 proteins in ME180 cells (left lane) and A431 cells (right lane) detected by Western blotting is shown. The proteins tested were A, Cbl (120 kD), B, Cbc2 (34 kD), C, Coractin (80 kD), D, Neu (185 kD), E, ERK1 (44 kD), F, Ets-1 (51 kD), G, GSK-3α (51 kD), H, HSP70 (70 kD), I, JNK1 (46 kD), J, Lyn (56 kD), K, NFkB p50 (50 kD), L, Skp2 p45 (45 kD), M, p53 ( 53 kD), N, Plk3 (70 kD), O, SH-PTP2 (60 kD), P, Raf-1 (74 kD), Q, Rb p107 (107 kD), R, Stat1 (84 kD), and S, Stat5a (95 kD) It is. The position corresponding to each antibody in FIG. Protein lysates of A431 and ME180 cells occupying equal culture areas are placed in each lane.
FIG. 7 shows the results after using the preferred method and array of the present invention to detect protein expression in protein lysates of A431 cells separated by SDS / PAGE. Antibodies against 12 proteins were immobilized at specific locations. The tested proteins were 1, IKKbeta, 2, E2F1, 3, ERK2, 4, 14-3-3, 5, Rbp107, 6, ERK1control (the antibody was immobilized at a position where no antigen was present). 7, Ets-1, 8, ERK1, 9, Stat1, 10, 14-3-3 control, 11, JNK1, 12, Stat2, 13, Lyn, and 14, p38. The position corresponding to each antibody is shown to the right of the corresponding spot.

Claims (53)

1種または2種以上の生体分子を検出する方法であって、
1種または2種以上の試薬が固定化される第1支持体を供給するステップと、
1種または2種以上のリガンドが固定化される第2支持体を供給するステップと、
第1支持体に固定化された試薬を第2支持体に固定化されたリガンドと接触させることによって、1種または2種以上の試薬が1種または2種以上のリガンドに結合するステップと、
第1支持体を第2支持体から分離するステップと、
前記第2支持体における1種または2種以上の試薬を検出するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
A method for detecting one or more biomolecules comprising:
Providing a first support on which one or more reagents are immobilized;
Providing a second support on which one or more ligands are immobilized;
Contacting one or more reagents with one or more ligands by contacting the reagent immobilized on the first support with a ligand immobilized on the second support;
Separating the first support from the second support;
Detecting one or more reagents in the second support;
A method comprising the steps of:
前記試薬は、前記接触ステップにおいて前記試薬を固定化するとともに、前記分離ステップにおいて前記結合された試薬を前記第1支持体から解離可能にするに足る強度で前記第1支持体に固定化されることを特徴とする請求項1記載の方法。The reagent is immobilized on the first support at a strength sufficient to immobilize the reagent in the contacting step and to allow the bound reagent to be dissociated from the first support in the separation step. The method of claim 1 wherein: 前記試薬は、1種または2種以上の抗体を含むことを特徴とする請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein the reagent comprises one or more antibodies. 前記試薬は、1種または2種以上のDNAプローブを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein the reagent comprises one or more DNA probes. 前記リガンドは、前記第2支持体に固定化される前に相互に分離されることを特徴とする請求項1記載の方法。The method of claim 1, wherein the ligands are separated from each other before being immobilized on the second support. 前記リガンドは、少なくとも部分的に分子量に基づくゲル電気泳動を用いて相互に分離されることを特徴とする請求項5記載の方法。6. The method of claim 5, wherein the ligands are separated from each other using gel electrophoresis based at least in part on molecular weight. 前記リガンドは、少なくとも部分的に等電点に基づくゲル電気泳動を用いて相互に分離されることを特徴とする請求項5記載の方法。6. The method of claim 5, wherein the ligands are separated from each other using gel electrophoresis based at least in part on an isoelectric point. 前記リガンドは、少なくとも部分的に1つもしくは2つ以上の分子量および等電点、または分子量および等電点の両方に基づくゲル電気泳動を用いて相互に分離されることを特徴とする請求項5記載の方法。6. The ligands are separated from each other using gel electrophoresis based at least in part on one or more molecular weights and isoelectric points, or both molecular weights and isoelectric points. The method described. 前記リガンドは免疫学的に相互に分離されることを特徴とする請求項5記載の方法。6. The method of claim 5, wherein the ligands are immunologically separated from each other. 前記リガンドは1種または2種以上の抗体アレイを用いて相互に分離されることを特徴とする請求項9記載の方法。10. The method of claim 9, wherein the ligands are separated from each other using one or more antibody arrays. 前記試薬は、円形状、細長い形状、および多角形状からなる群から選択される1つまたは2つ以上の形状で前記第1支持体に固定化されることを特徴とする請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein the reagent is immobilized on the first support in one or more shapes selected from the group consisting of a circular shape, an elongated shape, and a polygonal shape. . 前記試薬は、抗体、組換えタンパク質、DNA、RNA、オリゴヌクレオチド、炭水化物および小さい化学物質からなる群から選択されることを特徴とする請求項1記載の方法。The method of claim 1, wherein the reagent is selected from the group consisting of antibodies, recombinant proteins, DNA, RNA, oligonucleotides, carbohydrates and small chemicals. 1種または2種以上の前記試薬は、前記第1支持体において1つまたは2つ以上の所定位置で固定化されることを特徴とする請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein one or more of the reagents are immobilized at one or more predetermined positions on the first support. 前記試薬は、前記第1支持体における所定位置でそれぞれ固定化されることを特徴とする請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein the reagents are respectively immobilized at predetermined positions on the first support. 前記試薬は、抗体であることを特徴とする請求項14記載の方法。The method according to claim 14, wherein the reagent is an antibody. 1種または2種以上の前記抗体は、1種または2種以上の翻訳後修飾されたタンパク質に特異的であることを特徴とする請求項15記載の方法。16. The method of claim 15, wherein the one or more antibodies are specific for one or more post-translationally modified proteins. 1種または2種以上の前記抗体は、1種または2種以上のリン酸化タンパク質に特異的であることを特徴とする請求項16記載の方法。17. The method of claim 16, wherein the one or more antibodies are specific for one or more phosphorylated proteins. 5〜100,000の異なる種類の試薬が、前記第1支持体において1つまたは2つ以上の所定位置でそれぞれ固定化されることを特徴とする請求項13記載の方法。The method according to claim 13, wherein 5 to 100,000 different types of reagents are respectively immobilized at one or more predetermined positions on the first support. 200〜10,000の異なる種類の試薬が、前記第1支持体において1つまたは2つ以上の所定位置でそれぞれ固定化されることを特徴とする請求項13記載の方法。14. The method according to claim 13, wherein 200 to 10,000 different types of reagents are respectively immobilized at one or more predetermined positions on the first support. 50〜1,000の異なる種類の試薬が、前記第1支持体において1つまたは2つ以上の所定位置でそれぞれ固定化されることを特徴とする請求項13記載の方法。14. The method according to claim 13, wherein 50 to 1,000 different types of reagents are respectively immobilized at one or more predetermined positions on the first support. 5〜500の異なる種類の試薬が、前記第1支持体において1つまたは2つ以上の所定位置でそれぞれ固定化されることを特徴とする請求項13記載の方法。The method according to claim 13, wherein 5 to 500 different types of reagents are respectively immobilized at one or more predetermined positions on the first support. 2〜50の異なる種類の試薬が、前記第1支持体において1つまたは2つ以上の所定位置でそれぞれ固定化されることを特徴とする請求項13記載の方法。The method according to claim 13, wherein 2 to 50 different types of reagents are respectively immobilized at one or more predetermined positions on the first support. 1種または2種以上の試薬が固定化される前記第1支持体を供給する前記ステップが、1種または2種以上の中間物を前記第1支持体に施すステップであって、1種または2種以上の前記中間物はプロテインA、プロテインGおよびこれらの突然変異体からなる群から選択される種種ステップと、種種1種または2種以上の前記試薬が1種または2種以上の前記中間物と相互作用するように、1種または2種以上の前記試薬を前記第1支持体に施すステップとを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。The step of supplying the first support on which one or more reagents are immobilized is a step of applying one or more intermediates to the first support, The two or more intermediates are selected from the group consisting of protein A, protein G, and mutants thereof, and one or two or more of the reagents are used as one or more of the intermediates. Applying the one or more of the reagents to the first support to interact with an object. 前記第1支持体は、ニトロセルロース、ナイロン、ポリビニリデンジフルオライド、ガラスまたは合成樹脂と、これらの誘導体とからなる群から選択された材料を含むことを特徴とする請求項1記載の方法。2. The method of claim 1, wherein the first support comprises a material selected from the group consisting of nitrocellulose, nylon, polyvinylidene difluoride, glass or synthetic resin, and derivatives thereof. 前記第1支持体は、ナイロンおよびナイロンの誘導体からなる群から選択される材料を含むことを特徴とする請求項24記載の方法。25. The method of claim 24, wherein the first support comprises a material selected from the group consisting of nylon and nylon derivatives. 細胞中の1種または2種以上の生体分子を検出する方法であって、
(a)抗体が固定化される位置によって抗体が同定され得るように、前記第1支持体において所定位置で供給される1種または2種以上の抗体を、第1支持体に固定化するステップと、
(b)第2支持体に前記細胞を配置するステップと、
(c)前記抗体を前記細胞中の対応するいずれの抗原にも結合可能にするために、前記第1支持体における前記抗体を前記第2支持体における前記細胞と接触させるステップと、
(d)前記第1支持体を前記第2支持体から分離した後、1種または2種以上の前記結合抗体が、対応する生体分子との結合を維持するステップと、
(e)前記第2支持体における前記細胞中の前記生体分子に結合した前記抗体を検出するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
A method for detecting one or more biomolecules in a cell, comprising:
(A) Immobilizing one or more kinds of antibodies supplied at predetermined positions on the first support to the first support so that the antibodies can be identified by the position at which the antibodies are immobilized. When,
(B) placing the cells on a second support;
(C) contacting the antibody on the first support with the cell on the second support to allow the antibody to bind to any corresponding antigen in the cell;
(D) after separating the first support from the second support, one or more of the binding antibodies maintain binding with corresponding biomolecules;
(E) detecting the antibody bound to the biomolecule in the cell on the second support;
A method comprising the steps of:
前記細胞は、前記第2支持体に固定されることを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method of claim 26, wherein the cells are fixed to the second support. 前記細胞は、1または2以上の組織切片であることを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method of claim 26, wherein the cell is one or more tissue sections. 1種または2種種以上の前記抗体は、1種または2種以上の翻訳後修飾されたタンパク質に特異的であることを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method of claim 26, wherein the one or more antibodies are specific for one or more post-translationally modified proteins. 1種または2種以上の前記抗体は、1種または2種以上のリン酸化タンパク質に特異的であることを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method of claim 26, wherein the one or more antibodies are specific for one or more phosphorylated proteins. 異なる5〜100,000種の試薬が、前記第1支持体において1または2以上の所定位置でそれぞれ固定化されることを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method according to claim 26, wherein 5 to 100,000 different reagents are respectively immobilized at one or more predetermined positions on the first support. 異なる200〜10,000種の試薬が、前記第1支持体において1または2以上の所定位置でそれぞれ固定化されることを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method according to claim 26, wherein 200 to 10,000 different reagents are respectively immobilized at one or more predetermined positions on the first support. 異なる50〜1,000種の試薬が、前記第1支持体において1または2以上の所定位置でそれぞれ固定化されることを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method according to claim 26, wherein 50 to 1,000 different reagents are respectively immobilized at one or more predetermined positions on the first support. 異なる5〜500種の試薬が、前記第1支持体において1または2以上の所定位置でそれぞれ固定化されることを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method according to claim 26, wherein 5 to 500 different reagents are respectively immobilized at one or more predetermined positions on the first support. 異なる2〜50種の試薬が、前記第1支持体において1または2以上の所定位置でそれぞれ固定化されることを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method according to claim 26, wherein 2 to 50 different reagents are respectively immobilized at one or more predetermined positions on the first support. 前記第1支持体は、ニトロセルロース、ナイロン、ポリビニリデンジフルオライド、ガラス、合成樹脂、およびこれらの誘導体からなる群から選択された材料を含むことを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method of claim 26, wherein the first support comprises a material selected from the group consisting of nitrocellulose, nylon, polyvinylidene difluoride, glass, synthetic resin, and derivatives thereof. 前記第1支持体は、ナイロンおよびナイロンの誘導体からなる群から選択された材料を含むことを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method of claim 26, wherein the first support comprises a material selected from the group consisting of nylon and nylon derivatives. 前記試薬は、円形状、細長い形状および多角形状からなる群から選択された1つまたは2つ以上の形状で前記第1支持体に固定化されることを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method of claim 26, wherein the reagent is immobilized on the first support in one or more shapes selected from the group consisting of a circular shape, an elongated shape, and a polygonal shape. 前記第1支持体は、アレイを含むことを特徴とする請求項26記載の方法。27. The method of claim 26, wherein the first support includes an array. 前記アレイは、複数の全体的または部分的な毛細管を含むことを特徴とする請求項39記載の方法。40. The method of claim 39, wherein the array comprises a plurality of total or partial capillaries. 前記抗体を固定化する前記ステップは、1種または2種以上の中間物を前記第1支持体に施すステップと、1種または2種以上の前記抗体が1種または2種以上の前記中間物と相互作用するように1種または2種以上の前記抗体を前記第1支持体に施すステップとを含むことを特徴とする請求項26記載の方法。The step of immobilizing the antibody includes a step of applying one or more intermediates to the first support, and one or two or more of the antibodies are one or more of the intermediates. 27. The method of claim 26, comprising applying one or more of the antibodies to the first support to interact with the first support. 1種または2種以上の前記中間物は、プロテインA、プロテインGおよびこれらの突然変異体からなる群から選択されることを特徴とする請求項41記載の方法。42. The method of claim 41, wherein the one or more intermediates are selected from the group consisting of protein A, protein G, and mutants thereof. 前記検出ステップは、1種または2種以上の前記抗体が一方または両方の支持体に存在するか否かを検出するステップと、前記分離ステップ後、前記抗体の1つまたは2つ以上の位置を同定するステップと、前記抗体の1つまたは2つ以上の数量を決定するステップと、抗体の1つまたは2つ以上のタイプを同定するステップとからなる群から選択する1つまたは2つ以上の検出ステップを含むことを特徴とする請求項26記載の方法。The detecting step detects whether one or more of the antibodies are present on one or both supports, and after the separating step, determines one or more positions of the antibodies. One or more selected from the group consisting of: identifying; determining one or more quantities of the antibody; and identifying one or more types of antibodies 27. The method of claim 26, comprising a detecting step. 1種または2種以上の生体分子を検出する方法であって、
(a)第1支持体に1種または2種以上の試薬を固定化するステップと、
(b)1種または2種以上の前記試薬と相互作用するように構成される1種または2種以上のリガンドを第2支持体に固定化するステップと、
(c)前記試薬の1種または2種以上を1種または2種以上の前記リガンドと結合可能にするために前記試薬を前記リガンドに接触させるステップと、
(d)前記試薬の1種または2種以上を1種または2種以上の前記リガンドと架橋するステップと、
(e)1種または2種以上の前記リガンドと結合される1種または2種以上の前記試薬を前記第1支持体から解離可能にするために、前記第1支持体を前記第2支持体から分離するステップと、
(f)前記試薬またはリガンドの1種または2種以上を検出するステップと、
を含む方法。
A method for detecting one or more biomolecules comprising:
(A) immobilizing one or more reagents on the first support;
(B) immobilizing one or more ligands configured to interact with one or more of the reagents on a second support;
(C) contacting the reagent with the ligand to enable one or more of the reagents to bind to one or more of the ligands;
(D) crosslinking one or more of the reagents with one or more of the ligands;
(E) In order to dissociate one or more of the reagents bound to one or more of the ligands from the first support, the first support is used as the second support. A step of separating from,
(F) detecting one or more of the reagents or ligands;
Including methods.
1種または2種以上の前記リガンドおよび試薬は、少なくとも部分的に1種または2種以上のアルデヒドを用いて架橋されることを特徴とする請求項44記載の方法。45. The method of claim 44, wherein one or more of the ligands and reagents are cross-linked at least partially with one or more aldehydes. 1種または2種以上の前記アルデヒドは、ホルムアルデヒドおよびグルタルデヒドからなる群から選択されることを特徴とする請求項45記載の方法。46. The method of claim 45, wherein the one or more aldehydes are selected from the group consisting of formaldehyde and glutaraldehyde. 1種または2種以上の生体分子の検出に用いるアレイであって、
1種または2種以上の試薬を固定化するように構成される第1支持体であって、1種または2種以上のリガンドが固定化される第2支持体と接触して配置されるように構成される第1支持体を含み、
1種または2種以上の前記試薬は、1種または2種以上の前記リガンドと結合し、次いで前記第1支持体から解離し、前記第2支持体において前記リガンドとの結合を維持することが可能にされることを特徴とするアレイ。
An array used to detect one or more biomolecules,
A first support configured to immobilize one or more reagents, wherein the one or more ligands are disposed in contact with the second support to be immobilized. Comprising a first support configured in
One or more of the reagents may bind to one or more of the ligands, then dissociate from the first support and maintain binding to the ligands on the second support. An array characterized in that it is enabled.
前記第1支持体は、ナイロン、ニトロセルロース、ポリビニリデンジフルオライド、ガラス、合成樹脂およびこれらの誘導体からなる群から選択された1種または2種以上の材料を含むことを特徴とする請求項47記載のアレイ。The first support includes one or more materials selected from the group consisting of nylon, nitrocellulose, polyvinylidene difluoride, glass, synthetic resin, and derivatives thereof. 47. The array according to 47. 前記第1支持体は1つまたは2つ以上の毛細管の全部または一部を含むことを特徴とする請求項47記載のアレイ。48. The array of claim 47, wherein the first support comprises all or part of one or more capillaries. 1種または2種以上の前記試薬は、円形状、細長い形状、および多角形状からなる群から選択された1つまたは2つ以上の形状で固定化されることを特徴とする請求項47記載のアレイ。48. The one or more kinds of the reagents are immobilized in one or more shapes selected from the group consisting of a circular shape, an elongated shape, and a polygonal shape. array. 1種または2種以上の前記試薬は、抗体を含むことを特徴とする請求項47記載のアレイ。48. The array of claim 47, wherein the one or more reagents comprise an antibody. 1種または2種以上の前記試薬は、DNAプローブを含むことを特徴とする請求項47記載のアレイ。48. The array of claim 47, wherein one or more of the reagents comprise a DNA probe. 1種または2種以上の前記試薬は、抗体、組換えタンパク質、DNA、RNA,オリゴヌクレオチド、炭水化物および小さい化学物質からなる群から選択されることを特徴とする請求項47記載のアレイ。48. The array of claim 47, wherein the one or more reagents are selected from the group consisting of antibodies, recombinant proteins, DNA, RNA, oligonucleotides, carbohydrates and small chemicals.
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