JP2005530485A - 生物発光プロテアーゼ分析方法 - Google Patents

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Abstract

カスパーゼ、トリプシンおよびトリプターゼを包含するプロテアーゼを検出するための敏感な生物ルミネセンス分析法が提供される。

Description

(発明の背景)
プロテアーセは種々の生理学的プロセス、例えば血液凝固、炎症、生殖、繊維素溶解、および免疫応答に含まれる広大で、重要な酵素群を構成する。多数の病気状態が、特定のプロテアーゼおよびそれらのインヒビターの活性における変化によって発症し、またこの変化を特徴とすることができる。研究または臨床におけるこれらのプロテアーゼの測定能力は、病気状態の検討、処置および管理にとって重要である。一例として、カスパーゼ(caspases)3および7はシステインアスパルチル−特異性プロテアーゼ(これはアスパルテート特異性システインプロテアーゼ、「ASCP」としても知られている)一族の一員であり、哺乳動物細胞における細胞自滅(apoptosis)で鍵となるエフェクターとしての役割を演じる(Thomberry等、1992;Nicholson等、1995;Tewari等、1995;およびFermandes−Alnemri等、1996)。
しかしながら、プロテアーゼは、それらの天然産生基質を用いる分析が容易ではない。さらにまた、現時点で入手できるかなりの合成基質は高価であり、無感受性であり、また非選択性である。さらにまた、この分析には、天然産生基質または合成基質とともに、標的プロテアーゼを高濃度で使用する必要があることがあり、これは当該プロテアーゼの自己分解をもたらすことがある。
プロテアーゼの測定には、多数の色素原性基質および蛍光原性基質が使用されており(Monsees等、1994;Monsees等、1995)、また修飾ルシフェリンが蛍光指示体の代用物として提供されている(米国特許第5,035,999号および同第5,098,828号)。前基質(pro-substrate)として、加水分解酵素用の認識部位を備えた修飾ルシフェリンを用いる方法は、MiskaおよびGeiger(1989)により最初に開示された。これらの不均質分析法は、修飾ルシフェリンを加水分解酵素とともに、特定の期間にわたりインキュベートし、次いで一定量の混合物をルシフェラーゼ含有溶液中に移すことによって行われた。Masuda−Nishimura等(2000)は、ガラクトシダーゼ基質−修飾ルシフェリンを使用する単管(均質)分析法の使用を報告した。非不均質プロテアーゼ発光分析法は、いまだに開示されていない。
発光分析法は、それらの感度について一般的に知られているが、蛍光分析法に対するそれらの性能は、分析形式が基本的に相違していることから、予測が困難である。詳細にいえば、酵素結合したルミネセンス分析は、即時的速度の触媒作用と結び付いた光を生じる。これに対し、酵素結合した蛍光分析法は、経過時間にわたって測定される蓄積触媒作用活性に基づき光が生じる(この方法はまた、発蛍光団の蓄積に基づく「最終点」(endpoint)分析法と称される)。数時間から数日にわたる経過時間にわたる触媒作用活性を評価することによって、蛍光分析法からの光信号は、大きく増大させることができる。このような長期間にわたる類似の集積は、発光分析法では実用的ではない。
従って、迅速で、単管による、均質で高感度を有する分析法であるプロテアーゼ活性の監視方法が求められている。
本発明は、プロテアーゼ、例えばカスパーゼ、トリプシンまたはトリプターゼを検出するための高感度を有する発光方法を提供する。一例として、本発明は、1種または2種以上のカスパーゼを検出するための発光分析法を提供する。この方法は、1種または2種以上のカスパーゼを含有するものと予測される試料を、甲虫ルシフェラーゼ(beetle luciferase)およびアミノ−修飾甲虫アミノルシフェリンまたはそのカルボキシ−末端保護誘導体を含有する混合物と接触させることを包含し、ここでアミノルシフェリンまたはその誘導体のアミノ基は、アミノルシフェリンまたはその誘導体のアミノ基がペプチド結合を経てカスパーゼ用基質に共有結合するように修飾されている。試料が当該基質における認識部位を有するカスパーゼを含有する場合、この基質は、この基質をアミノルシフェリンに結合しているペプチド結合の部位で分解され、混合物中にルシフェラーゼ用基質であるアミノルシフェリンが生成される。ルミネセンスを次いで、検出する。
この方法は、プロテアーゼ濃度または活性とルミネセンスとを相関させることをさらに包含する。すなわち、増加したルミネセンスはプロテアーゼの濃度または活性の増加と相関関係を有する。好ましくは、この発光分析法は、発蛍光団が少なくとも1個の基質分子またはその官能性均等物にアミド結合を経て共有結合した共役結合体を用いる対応する分析法に比較し、高い感度を有する。すなわち、発蛍光団を含有する共役結合体は、基質の1個または2個以上の分子に共有結合することができる。本発明の一態様において、当該発光分析法は、発蛍光団ローダミン(rhodamine)−110を用いる対応する分析法に比較し、高感度を有する。この場合、ローダミン−110はアミド結合を経て修飾し、発蛍光団に2種のプロテアーゼ基質を結合させることができる。
対象基質の「官能性均等物」(functional equivalent)は、対象基質の配列に対し1個または2個以上のアミノ酸置換基を有する基質であり、この官能性均等基質は対象基質として認識され、また対象基質と実質的に類似する効力の観点で、対象基質と同一のプロテアーゼによって分解されるものである。図13は、種々のカスパーゼに対する代表的官能性均等基質を示している。
本発明の発光基質を用いる方法による増大した分析感度は、少なくとも1種の基質分子またはその官能性均等物に共有結合した発蛍光団を含有する共役結合体を用いる分析法の感度に比較し、少なくとも2倍、さらに好ましくは3、4、5、6、7、8、9、または10倍大きく、もしくはそれ以上大きく、例えば少なくとも15、20、25、30、40、50、100、200、500、または1000倍大きい。従って、本発明の方法は試料中の5μUまたはそれ以下よりも少ない量、例えば1μU、0.5μUまたは0.2μUよりも少ない量のカスパーゼを検出することができる。本明細書で使用するものとして、検出限界は、背景ノイズ以上3標準偏差を意味する(「ノイズ」(noise)は、背景の1標準偏差であり、背景はカスパーゼを含有していない対照である)。
以下で説明するように、アミノルシフェリンまたはローダミン−110のどちらかに結合したカスパーゼ3および7用の基質を使用する場合、アミノルシフェリンを基材とする基質にかかわる検出限界は、精製カスパーゼ0.2μU〜0.5μUであるのに対し、ローダミン−110を基材とする基質の場合、10μUであることが見出された。本明細書に記載されているものとして、アミノルシフェリンを基材とする基質によるカスパーゼ発現細胞の検出限界は、1時間の時点で15細胞であるのに対し、ローダミン−110を基材とする基質の場合、1時間の時点で150細胞であることが見出された。従って、本発明の方法は、精製された、または部分的に精製された酵素調製物を含有する試料、ならびに細胞ライゼートまたは完全細胞を含有する試料とともに使用することができる。さらにまた、本発明の検出法の増大した感度に基づき、例えば誘導物質または毒素の不存在下における細胞のような休止細胞における活性の蓄積背景レベルを容易に、また正確に確立することができる。
本発明はまた、アスパルテート含有基質を特異的に分解するプロテアーゼを検出するための発光分析法を提供する。この方法は、1種または2種以上のアスパルテート特異性プロテアーゼを含有するものと予測される試料を、ルシフェラーゼおよびアミノ修飾アミノルシフェリンまたはそのカルボキシ末端保護誘導体を含有する混合物と接触させることを包含し、ここでアミノルシフェリンまたはその誘導体のアミノ基は、基質がペプチド結合を経てアミノルシフェリンまたはそのカルボキシ末端保護誘導体に共有結合されるように修飾されている。試料が認識部位としてアスパルテートを含有するプロテアーゼを含有する場合、この基質はアスパルテート含有基質をアミノルシフェリンに結合させるペプチド結合の部位で分解され、混合物中のルシフェラーゼ用基質であるアミノルシフェリンが生成される。次いで、試料中のルミネセンスを検出する。
好ましくは、この発光分析法は、発蛍光団が少なくとも1個の基質分子またはその官能性均等物にアミド結合を経て共有結合する対応する分析法に比較し、高い感度を有する。アスパルテート含有基質を特異的に分解する好適プロテアーゼは、カスパーゼ、例えばカスパーゼ1〜14のいずれか1種を包含するが、こられに制限されるものではない。好適基質は、X−X−X−Dを含有し、ここでXは、Y、D、L、V、I、A、W、またはPであり;Xは、VまたはEであり;およびXは、いずれかのアミノ酸であり、例えば基質はDEVD、WEHD、VDVAD、LEHD、VEID、VEVD、VEHD、IETD、AEVD、LEXD、VEXD、IEHDまたはPEHDを含有する。
本発明はまた、トリプシンまたはトリプターゼを検出するための発光分析法を提供する。この方法は、トリプシンまたはトリプターゼを含有するものと予測される試料を、ルシフェラーゼおよびアミノ修飾アミノルシフェリンまたはそのカルボキシ末端保護誘導体を含有する混合物と接触させることを包含し、ここでアミノルシフェリンまたはその誘導体のアミノ基は、トリプシンまたはトリプターゼ用基質がペプチド結合を経てアミノルシフェリンまたはそのカルボキシ末端保護誘導体に共有結合されるように修飾されている。次いで、試料中のルミネセンスを検出する。好ましくは、この発光分析法は、少なくとも1個の基質分子またはその官能性均等物に共有結合する発蛍光団を含有する共役結合体による対応する分析法に比較し、高い感度を有する。トリプシンの場合、アルギニンおよびリジンは、トリプシンと同様に、これらの残基の後のペプチド結合を実質的に同様の効力を持って分解するという観点で、官能性均等基質である。
トリプシンまたはトリプターゼに対し本発明の発光基質を使用する方法による増大した分析感度は、少なくとも1種の基質分子またはその官能性均等物に共有結合した発蛍光団を含有する共役結合体を用いる分析法の感受性に比較し、少なくとも2倍大きく、さらに好ましくは3、4、5、6、7、8、9、または10倍、もしくはそれ以上大きく、例えば少なくとも15、20、25、30、40、50、または100倍大きい。トリプシン用基質を使用する場合、リシル−アミノルシフェリン基質にかかわる検出限界は3.0pgであり、他方、アルギニン−ローダミン−110を基材とする基質の場合、12〜30pgであった。すなわち、アミノ修飾アミノルシフェリン基質を使用するトリプシン分析法は、2個の均等トリプシン基質に共有結合したローダミン−110を含有する共役結合体による対応する分析法に比較し、少なくとも4倍以上の高感度を有する。
さらに、アルギニンまたはリジンを含有する基質を特異的に分解するプロテアーゼを検出するための発光分析法が提供される。この方法は、アルギニンまたはリジンを含有する基質に対し特異的な1種または2種以上のプロテアーゼを含有するものと予測される試料を、ルシフェラーゼおよびアルギニンまたはリジン含有基質にペプチド結合を経て共有結合したアミノ修飾アミノルシフェラーゼまたはそのカルボキシ末端保護誘導体を含有する混合物と接触させることを包含する。次いで、試料中のルミネセンスを検出する。好ましくは、この分析法は、基質分子またはこの基質の官能性均等物に共有結合した発蛍光団を含有する共役結合体による対応する分析法に比較し、高い感度を有する。トリプターゼがアレルギー反応、例えばアナフィラキシイ反応およびアレルギー性鼻炎を包含する炎症状態を付随して、活性化された肥満細胞から放出され、大便中のトリプシンが嚢胞性繊維症を示唆できる場合、本発明の方法は診断に使用することができ、または治療、例えば抗炎症治療を受けている哺乳動物の監視に使用することができる。
また、プロテアーゼ認識部位、例えばカスパーゼ認識部位、トリプシン認識部位、またはトリプターゼ認識部位にペプチド結合を経て共有結合したアミノルシ
フェリンまたはそのカルボキシ末端保護誘導体を包含する化合物が提供される。
本発明はまた、本発明による化合物の製造に有用な合成方法および本明細書に記載の中間体を提供する。
本発明の方法に有用なキットがまた、包含される。このようなキットは、本発明によるアミノ修飾アミノルシフェリンまたはそのカルボキシ末端保護誘導体、およびそれらの使用指示書を包含し、および任意に、ルシフェラーゼ、例えば耐熱性ルシフェラーゼおよびまた任意に、溶解剤を包含することができる発光反応用緩衝剤を含有する。
(発明の詳細な説明)
タンパク質加水分解活性の迅速で、敏感な分析は、プロテアーゼの一般的特徴確認およびプロテアーゼインヒビターの高生産性のスクリーニングにとって重要である。しかしながら、特に細胞ベースシステムにおける蛍光の固有の背景は、分析感度を制限することができる。さらにまた、最高感度を得るためには、蛍光分析生成物の蓄積に長いインキュベーシヨンがしばしば要求される。発光分析法は、より短い時間でより大きい感度をしばしば提供することができる。
従って、本発明は、原核細胞または真核細胞のどちらかの細胞ライゼートまたは細胞中のプロテアーゼを含有する精製調製物のプロテアーゼ活性を監視するための改良された高感度を有する方法を提供する。好適真核細胞は、哺乳動物細胞、例えばヒト、ネコ、ウシ、イヌ、ヤギ、ヒツジ、ブタ、ウマ、非ヒト霊長類、例えばサル、鳥類、植物または昆虫の細胞を包含する。細胞は組換え技法により遺伝的に変性されていない細胞(非組換え細胞)またはそのゲノムが組換えDNAにより増大されている組換え細胞であることができる。このDNAは本発明の方法によって検出されるプロテアーゼ、細胞中のプロテアーゼのレベルまたは活性を変更する分子および/またはプロテアーゼのレベルまたは活性を変更する分子またはプロテアーゼとは無関係の分子をコードすることができる。
プロテアーゼは、アミノ修飾アミノルシフェリンまたはそのカルボキシ末端保護誘導体を用いて検出する。この修飾はプロテアーゼにかかわる基質を包含する。プロテアーゼ用の認識部位を包含する1種または2種以上のアミノ酸残基を含有する基質を、ペプチド結合を経てアミノルシフェリンまたはカルボキシ末端修飾誘導体のアミノ基に共有結合させる。好ましくは、この基質のN−末端を修飾し、アミノペプチダーゼによる分解を防止する、例えばアミノ末端保護基を使用する。
相当する酵素の非存在下において、基質およびルシフェラーゼを含有する混合物は、最低量のアミノルシフェリンが存在すると、最低の光を発生するものと見なされる(この少量の光はペプチド結合の自発的加水分解により発生することができる)。相当する酵素の存在下において、基質とルシフェラーゼとを結合するペプチド結合(この結合はルシフェリン中心分子の6´位置に直接的に隣接している)は、プロテアーゼによって分解され、ルシフェリンの基質であるアミノルシフェリンを生成することができる。従って、ルシフェラーゼ、例えば天然、組換えまたは変異ルシフェラーゼの存在下において、光が発生される。この光はプロテアーゼの量または活性に比例する。いずれかの甲虫ルシフェラーゼ、好ましくは耐熱性ルシフェラーゼを、本発明の方法に使用することができる。
本発明のアミノルシフェリンを基材とする基質は、合成が比較的安価であり、また高度に精製することができる。さらにまた、これらが格別の高感度を有する基質であることから、この分析には非常に少量の生物学的試料(例えば、細胞、生理学的流体、血液、尿など、これらは細胞を含有する)が必要であるのみである。さらにまた、アミノルシフェリンを基材とする基質は、格別の高感度を有することから、僅かに精製されているか、または非精製の生物学的試料が必要である。一例として、このような分析法を使用する場合、カスパーゼ3、カスパーゼ7およびトリプシンの活性は、ローダミン−110カスパーゼ基質(ローダミン−110はまた、公知の最も敏感な指示体の一つである)を用いる対応する分析法の検出レベルよりも低いことが見出された。特に、カスパーゼにかかわり本明細書に記載されている感度は、Apo−ONE(登録商品名)(Promega,Madison,WI)よりも優れている。Apo−ONE(登録商品名)は、蛍光に基づく分析法であり、この方法はカスパーゼ3/7にかかわる2個の認識配列に結合した発蛍光団ローダミン−110を使用する方法である。
好ましくは、本発明の方法はプロテアーゼ、例えばカスパーゼ、トリプターゼまたはトリプシン用の均質分析法として用いられる。すなわち、修飾アミノルシフェリン、ルシフェラーゼおよび追加の成分を混合した後、この混合物を試料に添加する。結果は反応剤をさらに移動させることなく読み取ることができる。
本発明による特定の化合物は、式(I)で表わされる化合物またはその適当な塩である:
Figure 2005530485

式中、Rは、カスパーゼ、トリプシンおよびトリプターゼ用の基質であるペプチドであり、このペプチドはその末端C−末端を経て式(I)で表わされる化合物の残りの部分に結合し、ペプチド(アミド)結合を形成しており;およびR´は、Hまたは適当なカルボキシ保護基(例えば、(C−C)アルキル、フェニルまたはベンジルエステル)である。
もう一つの本発明による特定の化合物は、式(I)で表わされる化合物またはその適当な塩である:
Figure 2005530485

式中、Rは、ペプチドのC−末端でアスパルテート、リジンまたはアルギニン基を経て式(I)で表わされる化合物の残りの部分に結合し、ペプチド(アミド)結合を形成するペプチドであり;およびR´は、Hまたは適当なカルボキシ保護基(例えば、(C−C)アルキル、フェニルまたはベンジルエステル)である。
アミノ修飾アミノルシフェリン化合物またはそのカルボキシ末端保護誘導体の塩はまた、本明細書に記載の方法に使用することができ、また本発明の一部を形成する。適当な塩の調製方法は、当技術で公知である。
本発明による化合物は、一般に公知である方法を用いて製造することができ、またはこれらの化合物は本明細書に記載の方法を使用して製造することができる。一例として、本発明による化合物は、標準的溶液相化学を用いて製造することができる。従って、ペプチドをアミノ−シアノベンゾチアゾールに結合させ、次いでD−システインと反応させることによって、本発明の化合物が得られる。別法として、アミノ−シアノベンゾチアゾールを先ず、D−システインと反応させ、中間体アミノ化合物を生成し、この中間体を次いで、ペプチドに共役結合させ、本発明の化合物を得ることができる。
本発明による化合物はまた、慣用の固体相ペプチド合成技法を用いて製造することもできる。一例として、カルボン酸官能性基を経てペプチド合成樹脂に結合されているN−保護アミノ酸の形態のアミノルシフェリン標識反応剤を、標準的カップリング用反応剤(例えば、EDAC、DCCまたはHOBt)を使用して製造することができる。N−保護基は好ましくは、Fmocまたはt−Bocであるが、樹脂に標識を結合する化学結合に対し有害に作用することなく、分離することができるいずれかの基であることができる。樹脂に一旦、結合したならば、N−保護基を分離し、次いで標準的ペプチド合成法を用いて、ペプチドを樹脂結合した標識のN−末端に積み上げる。このペプチド合成の終了時点で、標識付けされたペプチドを、標準的分離剤を用いて樹脂から分離し、カルボン酸を得る。
従って、本発明は、ペプチド合成の目的で、固体支持体に遊離カルボキシル基を経てカップリングしたアミノルシフェリンを提供する。このようなカルボキシ末端保護アミノルシフェリンは、アミノルシフェリンのアミノ基に共有結合されている対象のペプチドを含有する共役結合体の合成に好適である。好ましくは、このアミノ基はFmocまたはt−Boc基により保護する。
本発明はまた、固体支持体に結合したアミノルシフェリンのアミノ基と第一アミノ酸または第一ペプチドとの間のアミド結合の形成;および任意に、ペプチド結合を経る1種または2種以上の追加のアミノ酸またはペプチドの付加による当該化合物の生成を包含する本発明の化合物の製造方法を提供する。この固体支持体結合したアミノルシフェリンは、場合により、N−保護アミノルシフェリンをカルボキシル基を経て固体支持体に結合し、次いでアミノルシフェリンを脱保護化することによって製造することもできる。この固体支持体結合化合物を次いで、分離し、対応する遊離カルボン酸を生成することができ、このカルボン酸を、所望により、保護し、カルボキシ末端保護誘導体を得ることができる。
本発明のカルボキシ保護誘導体は、標準的技法を使用して、対応するカルボン酸から製造することができる。従って、本発明は、アミノルシフェリンのカルボキシ末端保護誘導体の製造方法を提供し、この方法は対応する酸を適当なカルボキシ保護基で保護することを包含する。
本発明の化合物に挿入することができる適当なアミノ保護基(Fmocまたはt−Boc)、ならびに適当なカルボキシ保護基(例えば、(C−C)アルキル、フェニルまたはベンジルエステル)は、当業者にとって周知である(例えば、T.W.Greene、Protecting Groups In Organic Synthesis;Wiley:New York,1981、およびここに引用されている刊行物参照)。
本発明を、下記の非制限的例によってさらに説明する。
例1
発光に基づく分析法および蛍光に基づく分析法によるトリプシンの検出限界を比較するために、2種の基質、Lys−アミノルシフェリン(Cbz−修飾リジニル−アミノルシフェリン)およびArg−Rho−110(Molecular Probes,Catalog no.R6501)を使用した。基質を10mM濃度で100mMヘペス(Hepes)(pH7.9)に再懸濁し、−20℃で保存した。解凍したLys−アミノルシフェリン基質、耐熱性ルシフェラーゼ(5.2mg/ml原溶液)およびATP(0.1M原溶液)を、緩衝液(50mMヘペス、pH7.9、10mM MgSO、1mM EDTA、pH8.2および0.1%プリオネックス(prionex))中で稀釈し、10x最終濃度の原溶液を製造した。この10x原溶液は、200μM Lys−アミノルシフェリン、200μg/mlルシフェラーゼおよび2.0mM ATPであった。この10x原溶液を少なくとも90分間にわたりインキュベートし、全ての遊離アミノルシフェリンを除去した。
トリプシンは、滴定(titration)用に下記のとおりに調製した:1μg/μl原溶液を上記と同一の緩衝液(50mMヘペス、pH7.9、10mM MgSO、1mM EDTA、pH8.2および0.1%プリオネックス)中で10ng/50μlに稀釈した。この10ng/μlトリプシン溶液を、2ng、0.4ng、0.08ng、0.016ng、3.2pg、0.64pg、0.128pg、0.0256pgおよび0.005pgに、連続的に5倍稀釈した。このトリプシン稀釈液を、8反復様相で2枚の96−ウエルプレートに50μl/ウエルの量で添加した。ピペット先端は各列毎に変え、酵素の持込を回避した。2本のコラム(16ウエル)は、トリプシンを含有していない緩衝液のみを含有していた。
トリプシン稀釈液の2枚のプレートの一方を次いで使用し、Lys−アミノルシフェリン基質を試験した(図3)。試料は、4反復方式で試験した。10x基質/ルシフェラーゼ/ATPミックスを、上記緩衝液中でさらに5倍稀釈し、2x原溶液を生成した。この2x原溶液50μlを、トリプシン滴定液50μlを含有する各ウエルに添加し、最終100μlが20μM Lys−アミノルシフェリン、200μM ATPおよび20μg/ml耐熱性ルシフェラーゼを緩衝液(50mMヘペス、pH7.9、10mM MgSO、1mM EDTA、pH8.2および0.1%プリオネックス)中に含有しているようにした。この基質ミックスをまた、トリプシンを含有しておらず、緩衝液のみを含有する16ウエルのうちの12ウエルに添加した。残りの4個のウエルは、緩衝液のみのまま放置した(基質ミックス不存在)。このプレートを室温でインキュベートし、次いで基質ミックスにトリプシンを添加して45分後および3時間後に光測定器により読み取った。
トリプシン稀釈液の2枚目のプレートを使用し、Arg−Rho−110基質を試験した(図4)。Arg−Rho−110基質を、10μMおよび2.5μMの最終濃度で試験した。2x原溶液20μMおよび5μMを、50mMヘペス、pH7.9、10mM MgSO、1mM EDTA、pH8.2および0.1%プリオネック中に基質を稀釈することによって調製した。トリプシン滴定液50μlを含有するプレートの各ウエルに、Arg−Rph−110基質の2x原溶液20μMまたは5μMのどちらかを添加した。最初の4列に、原溶液20μMを添加し(列A−Dにおいて、最終濃度10μM)、また二番目の4列に、原溶液5μM(列E−Hにおいて、最終濃度2.5μM)を添加した。基質ミックスをまた、トリプシンを含有しておらず、緩衝液のみを含有する(基質を含有していない)16ウエル中の12個のウエルに添加した。このArg−Rho−110プレートを、暗所で室温において4.5時間かけてインキュベートし、次いで蛍光測定器により読み取った。
信号対ノイズを、信号−背景(トリプシン不存在)/背景のS.D.として計算した。検出限界は、背景ノイズ以上3S.D.として測定された。
結果
トリプシン分析に、均質形式(homogeneous format)を使用した。これらの結果は、トリプシンに対しLys−アミノルシフェリン基質を使用した場合の検出限界が、Arg−Rpho−110基質の場合よりも低いことを示している。特に、これらの結果は、Lys−アミノルシフェリン基質が、Arg−Rho−110基質に比較し、読取時間に応じて3〜10倍大きい感度を有することを示している(図9)。さらにまた、この発光分析法は、30分またはそれ以下で最大感度に達し、また延長された期間にわたり非常に安定であった。
例2
トリプシン添加前、基質をルシフェラーゼ、ATPおよび緩衝液とともに一夜にわたり予備インキュベートする効果を測定するために、基質/ルシフェラーゼ/ATPミックスを、暗所において室温でインキュベートした。Lys−アミノルシフェリン基質の場合、解凍したLys−アミノルシフェリン基質(10mM原溶液)、耐熱性ルシフェラーゼ(5.2mg/ml原溶液)およびATP(0.1M原溶液)を、緩衝液(50mMヘペス、pH7.9、10mM MgSO、1mM EDTA、pH8.2および0.1%プリオネック)中で稀釈し、最終濃度が10xである原溶液を調製した。この10x原溶液は、200μM Lys−アミノルシフェリン、200μg/mlルシフェラーゼおよび2.0mM ATPであった。一夜にわたるインキュベーション後、この10x原溶液を緩衝液中で稀釈し、2x原溶液(基質40μM、ATP 400μMおよびルシフェラーゼ40μg/ml)を調製した。Arg−Rho−110基質をまた、5mM原溶液から40μMの2x操作原溶液濃度に調製した。
トリプシン稀釈液は、1μg/μl原溶液から調製し、例1と同一濃度にまで稀釈し、2個の相違するプレートの4個のウエルに、50μl/ウエルの各トリプシン濃度を確立した。2カラムは、対照として、トリプシンを含有しておらず、緩衝液のみを含有していた。次いで、2x Lys−アミノルシフェリン基質ミックス50μlを、一方のプレートの各ウエルに添加し、その結果を光測定器において数時間の時点で読み取った。例1と同様に、第二のプレートに、2x Arg−Rho−110原溶液50μlをウエル毎に20μMの最終濃度で添加した。
発光に基づく分析法は、3.0pgほどの僅かなトリプシンを検出することができたのに対し、蛍光に基づく分析法は、約12〜30pgの検出限界を有していた(4〜10倍少ない酵素)。
例3
カスパーゼ3について、発光基質と蛍光基質との間の直接的比較を行うために、DEVD−Rho−110およびDEVD−アミノルシフェリンを採用した。DEVD−アミノルシフェリン基質/ルシフェラーゼ/ATP混合物を、先ず調製し、次いで遊離アミノルシフェリンを除去するために、酵素分析に先立ち予備インキュベートした。Apo−ONE(登録商品名)(Promega)1.25mlに、DEVD−ルシフェリン(10mM原溶液)10μl、ATP(0.1M原溶液)10μl、MgSO(1M原溶液)50μl、プリオネックス(10%原溶液)およびルシフェラーゼ(5.2mg/ml原溶液)48μlを添加した。この容積を、ナノ純度(nanopure)のオートクレーブ処理した水により2.5mlにし、DEVD−ルシフェリン40μM、ATP 400μM、プリオネックス0.2%およびルシフェラーゼ100μg/mlの2x原溶液を調製した。
カスパーゼ(Upstate Biotech,Cat.No.14-264;活性コンフォメーションで>75%を有するタンパク質ほぼ10mU/ng)を、Apo−ONE(登録商品名)緩衝液/RPMI−1640培養培地の50/50混合物中で、1U/μlから1.8mU/μlまで、550倍稀釈した。2枚の96−ウエルプレートの各ウエルに、Apo−ONE(登録商品名)緩衝液/RPMI−1640培地50μlを添加した。次いで、カスパーゼ原溶液5.5μlを、Apo−ONE(登録商品名)緩衝液/RPMI−1640培地50μlに添加し、約10mU/50μlの濃度を得た。これらのウエルにおいて、緩衝液/培地ミックス50μlにカスパーゼ溶液5.5μlを連続的に移すことによって、それぞれ10倍の連続稀釈を行った。最終カスパーゼ濃度は、10mU、1mU、0.1mU、0.01mU、0.001mU、0.1μU、0.01μU、0.001μU、0.1nUおよび0.01nU/ウエルであった。最後の2カラムは、カスパーゼを含有しておらず、緩衝液/培地のみであった。
カスパーゼ稀釈の一枚のプレートにおいて、DEVD−アミノルシフェリン基質混合物50μlを各ウエルに添加し、DEVD−ルシフェリン20μM、ATP 200μM、MgSO 10mM、プリオネックス0.1%およびルシフェラーゼ50μg/mlの最終濃度を得た。もう一枚のプレートにおいて、DEVD−Rho−110基質50μlを、50μMの推奨最終濃度で各ウエルに添加した。各プレートについて、1時間、3時間および5時間の時点で、それぞれ光測定器および蛍光測定器による読取を行った。
信号対ノイズは、上記のとおりに計算し、また検出限界は、背景ノイズ以上3S.D.として測定された。
トリプシン−基質修飾ルシフェリンの場合と同様に、DEVD−アミノルシフェリンは、DEVD−Rho−110に比較し、10〜100倍大きい感度を有していた(図10)。蛍光比分析法は、最高感度の達成に数時間を要し、時間経過に従い常に変化した。さらにまた、蛍光分析法は低カスパーゼ濃度で直線性を失った。
発光分析法は分解した基質の蓄積に依存しない比(rate)分析法である。従って、一定状態(プロテアーゼ分解対アミノルシフェリンのルシフェラーゼ消費)が迅速に達成され、またこの一定状態は数時間にわたり安定である。さらにまた、この直線状態はまた、数時間にわたり維持される。この発光分析法は30分またはそれ以下で最高感度に達し、延長された期間にわたり非常に安定であった。この発光分析法は、カスパーゼ濃度において3〜4logにわたり直線状であった(図8)。
例4
DEVD−アミノルシフェリンカスパーゼ基質およびDEDV−Rho−110カスパーゼ基質を使用し、抗−FAS抗体による細胞自滅を受けるように誘発されたジャルカット(Jurkat)細胞におけるカスパーゼ活性を測定した。DEVD−ルシフェリンおよびルシフェラーゼを調製し、分析に使用する前に予備インキュベートした。基質、ATP、MgSO、プリオネックスおよびルシフェラーゼを、例3と同一の原溶液から同一の2x濃度に稀釈した。ただしこれらの成分はApo−ONE(登録商品名)ではなく、オートクレーブ処理した水で稀釈した。この混合物を暗所で一夜にわたりインキュベートした(ホイルで覆う)。
翌日、10%ウシ胎児血清(Fetal Bovine Serum)(FBS)含有RPMI−1640培地で5x105細胞/mlの密度にまで成長させたジャルケット細胞を、抗−FAS抗体により処理した。この培地8mlを含有する1本のバイアルに、抗体(1:5000稀釈)1.6μlを添加した;第二のバイアルは培地8mlを含有し、抗体は含有していなかった。細胞は、5%CO中で37℃において4時間かけてインキュベートした。細胞を次いで、遠心処理し、次いで3.2x10細胞/mlの密度にRPMI−1640 12.5ml中で稀釈し、次いでApo−ONE(登録商品名)緩衝液により1:1稀釈し、1.6x10細胞/mlまたは8,000/50μlにした。
2枚の96−ウエルプレートを、それぞれの第一カラムが空であるように調製し、残りのウエルにはそれぞれ、RPMI−1640:Apo−ONE(登録商品名)溶液50μlを入れた。各プレートの最初の4列に、「誘発」細胞溶液(8,000細胞)100μlを添加し、細胞を次いで、8,000細胞/ウエルから4,000細胞/ウエルまで連続的に稀釈し、このようにして7.8細胞/ウエルに低下させた。12番目のカラムは、細胞を含有しておらず、RPMI−1640:Apo−ONE(登録商品名)溶液のみを含有するようにした。各プレートの次の4列は、「非誘発」細胞溶液100μlにより同様に処理し、次いで7.8細胞/ウエルにまで連続的に稀釈した。再度、これら4列の最後のコラムは、培地のみで放置した(無細胞)。
信号対ノイズを計算し(信号−背景(無細胞)/背景のS.D.)/背景のS.D.として計算し、また検出限界は、背景ノイズ以上3S.D.として測定された。
2枚のプレートの一方を、DEVD−アミノルシフェリン/ルシフェラーゼミックスまたはDEVD−Rho−110/Apo−ONE(登録商品名)(Promega G778BおよびG777B)のどちらか50μlにより処理した。各プレートを30秒間、プレート振盪器上で混合し、次いで室温でインキュベートし、次いでDynex光測定器またはFluoroskanプレート読取機のどちらかにより、1時間、2時間、4時間および1日後の時点で読み取った。
このアミノルシフェリン基質分析法は、この分析が僅かに1時間ほどで15細胞を有するウエルでカスパーゼ陽性細胞を検出したこと、およびこの分析が4時間の時点で直線状のままであったことを示した(図11)。他方、DEVD−Rho−110基質分析法は、1時間で150細胞/ウエルの、および4時間で約30細胞の検出限界を有していた。
例5
カスパーゼ−3活性にかかわる相違する分析成分組成を評価するために、およびこれらの組成におけるDEVD−アミノルシフェリンの感度をDEVD−Rho−110の感度と比較するために、2種の原溶液を調製した。上記の通り、DEVD−アミノルシフェリン/ルシフェラーゼ混合物を調製し、一夜にわたりインキュベートした。一方の原溶液には、CHAPS緩衝液(Sigma,Catalog No.C-5070)の1%溶液を含有させ、また他方の原溶液には、Thesit(Pragmatics,Inc.,Catalog No.S-22#9)の1%溶液を含有させた。これらの緩衝液の組成は下記のとおりであった:HEPES(1M原溶液、最終濃度50mM)100μl、CaCl(1M原溶液、最終濃度5mM)10μl、MgSO(1M原溶液、最終濃度15mM)30μl、ATP(0.1M原溶液、最終濃度400μM)8μl、DEVD−アミノルシフェリン(10mM原溶液、最終濃度40μM)8μl、ルシフェラーゼ(5.2mg/ml原溶液、最終濃度100μl/ml)38.4μlおよびプリオネックス(10%原溶液、最終濃度0.1%)20μlを、2本の管のそれぞれで配合した。
最後に、これらの管の1本に、CHAPSまたはThesit(1%原溶液、最終濃度0.1%)のどちらかを200μlの量で添加した。これを一夜にわたりインキュベートした。翌日、DTT(Promega,catalog no.V3151)(1M原溶液、20mM最終濃度)40μlを各管(CHAPSおよびThesit)に添加した。最後に、純粋なオートクレーブ処理した水40μlを2ml/溶液の最終容積まで添加した。
カスパーゼ(Upstate Biotech,Cat.No.14-264)は、1U/μl原溶液から緩衝液(下記)400μ中の1mU/50μlまたはl8mUにまで稀釈した。このカスパーゼ緩衝液は、下記のとおりであった:全部が上記と同一濃度であるHEPES、CHAPSまたはThesit、CaCl、MgSO、DDTおよびプリオネックス。カスパーゼは、10因子で、1mUから1x10−8mUを経て440μlの各稀釈液最終容積まで連続的に稀釈した。これらの稀釈カスパーゼ溶液をそれぞれ50μlの量で、2枚の96−ウエルプレートのそれぞれの3ウエルにそれぞれ添加した。ウエルの3コラムは空白のまま残した。
一方のプレートに、DEVD−アミノルシフェリン/ルシフェラーゼ50μlを、それぞれ稀釈液を含有する6個のウエルのそれぞれに添加した(CHAPSおよびThesit処理の両方)。第二のプレートに、DEVD−Rho−110基質50μlを、それぞれ稀釈液を含有する6個のウエルのそれぞれに添加した(CHAPSおよびThesit処理の両方)。これらのプレートを、光測定器(Dynex)または蛍光測定器(Fluoroskan)により種々の時点で読み取った。
アミノルシフェリンの場合の検出限界は、CHAPSまたはThesitのどちらかを含有する緩衝液中のカスパーゼ0.2μUの範囲であった(図12)。他方、ローダミンを基材とする基質を用いる検出限界は2〜6μUであった(10−30のファクター)。
例6
本発明による代表的化合物を下記非制限的例に従い製造した。
一般合成法
全部の反応を乾燥窒素気体による正の圧力下に行った。無水状態を必要とする反応は、窒素気体下に、またはデシケーター中で冷却させた、オーブン乾燥ガラス容器で行った。無水溶媒および反応剤溶液はオーブン乾燥シリンジを用いて移した。テトラヒドロフラン(THF)、ジクロロメタン、ピリジン、アセトニトリルおよびジメチルホルムアミド(DMF)は、無水溶媒として入手し、さらに精製することなく使用した。クロマトグラフイ用には、反応剤級の溶剤をさらに精製することなく使用した。
TLCは、0.2mmEM Science予備被覆したシリカゲル60F254TLCプレート(5x20cmアルミニウムシート)で行った。フラッシュクロマトグラフイは、Selecto Scientific 32−63μmシリカゲル(60F254)を用いて行った。
分析級逆相HPLCは、Model 168ダイオード−アレイ検出器(diode-array detector)およびModel507自動供給機(autosampler)を備えたBeckman System Gold 126ポンプ系上のSynergi 4μ Max−RPカラム(4.6mmx50mm)を用いて行った。溶剤は、A−10mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0)およびB−メタノールであった。全部の分析級逆相クロマトグラフイは、254nmおよび315nmで監視した。
ESI質量スペクトルは、FISONS VG Platform Electrospray Mass Spectrometerで記録した。全部の化合物のNMRスペクトル分析は、それらの各構造に一致した。
Nmrスペクトルは、Varian300Mhz分光光度計で得た。
例7
N−(Z−DEVD)−アミノルシフェリンの製造
N−[Z−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−Val−Asp(OtBu)]−アミノルシフェリン(20mg、0.019mmol)を含有する25mlフラスコに、ジクロロメタン中の20%トリフルオロ酢酸の溶液2mlを添加した。この反応混合物を、室温で4時間にわたり撹拌した。HPLCは、反応がゆっくり進行することを示した。追加のトリフルオロ酢酸を添加し、反応混合物中でトリフルオロ酢酸30%溶液を生成し、この反応混合物を5℃冷蔵庫内で一夜にわたり放置した。翌日、HPLC分析は、反応が完了したことを示した。この反応混合物を、クリーム状固形残留物に濃縮した。この粗製生成物をSynergi 4μ Max−RP半調製用カラムにおいて20mM酢酸アンモニウム緩衝液(pH6.5)およびメタノールを用いるHPLCクロマトグラフイによって精製した。生成物を含有するフラクションを集め、次いで凍結乾燥させ、N−(Z−Asp−Glu−Val−Asp)−アミノルシフェリン10.3mg(62%)をオフホワイト色粉末として得た。
中間体N−[Z−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−Val−Asp(OtBu)]−アミノルシフェリンは下記のとおりに製造した。
a.Asp(OtBu)−OHの合成。Fmoc−Asp(OtBu)−OH(500mg、1.2mmol)を、25ml丸底フラスコ中のジクロロメタン−ピペリジンの9:1混合物(5ml)に溶解した。この反応混合物を、室温で一夜にわたり撹拌した。翌朝、TLCは完全Fmoc脱保護を示した。この反応混合物を回転蒸発により濃縮し、トルエンとともに2回、共蒸発させ、次いで減圧で乾燥させ、粗製油状物を得た。この油状物をシリカゲル(50g)上でジクロロメタン中10%−50%メタノールの段階的溶剤勾配を用いるフラッシュクロマトグラフイにより精製し、Asp(OtBu)−OH 250mg(100%)を得た。
b.Fmoc−Val−Asp(OtBu)−OHの合成。Asp(OtBu)−OH(250mg、1.3mmol)を、磁気撹拌機を備えた100ml丸底フラスコ中のジクロロメタンとピリジンとの1:1混合物40mlに溶解した。この溶液に、Fmoc−Val−OSu(690mg、1.58mmol)を添加し、次いで撹拌を室温において窒素雰囲気下に一夜にわたり継続した。翌朝、この反応混合物を回転蒸発により淡黄色油状物に濃縮し、この油状物をジクロロメタンに溶解し、次いで10%水性クエン酸溶液により2回、洗浄した。この水性層をジクロロメタンにより再度、抽出し、有機層を集め、無水硫酸ナトリウムを用いて乾燥させ、次いで回転蒸発により濃縮し、粗製白色泡状物820mgを得た。この生成物をシリカゲル上でジクロロメタン中3%〜20%メタノールの段階的溶剤勾配を用いるフラッシュクロマトグラフイにより精製し、Fmoc−Val−Asp(OtBu)−OH 250mg(38%)をオフホワイト色固形物として得た。
c.Val−Asp(OtBu)−OHの合成。Fmoc−Val−Asp(OtBu)−OH(250mg、0.57mmol)を、50ml丸底フラスコ中のピペリジン−ジクロロメタンの9:1混合物10mlに溶解し、この反応混合物を室温で放置した。1時間後、TLC分析は、反応が完了したことを示した。この反応混合物を濃縮し、トルエン20mlとともに2回、共蒸発させ、次いで減圧下に乾燥させ、粗製白色残留物250mgを得た。この残留物をシリカゲル(25g)上でジクロロメタン中20〜75%メタノールの段階的溶剤勾配を用いるフラッシュクロマトグラフイにより精製し、純粋Val−Asp(OtBu)−OH 120mg(76%)を得た。
d.Z−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−OHの合成。25ml丸底フラスコ内のジクロロメタン(5ml)およびピリジン(3ml)中のGlu(OtBu)−OHの撹拌懸濁液に、Z−Asp(OtBu)−Osu(530mg、1.26mmol)を添加した。生成する混合物を、室温において2日間にわたり撹拌した。この反応混合物を回転蒸発により濃縮し、残留物を酢酸エチルと10%水性クエン酸溶液とに分配した。この水性相を酢酸エチルにより3回、抽出した。抽出液を集め、硫酸ナトリウム上で乾燥させ、次いで回転蒸発により濃縮し、粗製油状物を得た。この油状物をシリカゲル(75g)上でジクロロメタン中2%〜4%メタノールの段階的溶剤勾配を用いるフラッシュクロマトグラフイにより精製した。生成物を含有するフラクションを集め、次いで回転蒸発により精製し、Z−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−OH 630mg(98%)をオフホワイト色固形泡状物として得た。
e.Z−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−Val−Asp(OtBu)−OHの合成。100ml丸底フラスコ内のジクロロメタン(20ml)中のZ−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−OH(245mg、0.48mmol)の撹拌溶液に、N−ヒドロキシスクシンイミド(60.9mg、0.53mmol)を、次いでジシクロヘキシルカルボジイミド(109.2mg、0.53mmol)を添加し、生成する混濁した混合物を窒素雰囲気下に室温において1時間にわたり撹拌した。TLCが反応の完了を示した後、ジシクロヘキシル尿素沈殿を濾過により分離し、この濾液を回転蒸発により約7mlまで濃縮した。この時点で、いくらかの沈殿が生じ始めた。この混合物を、50ml丸底フラスコ内のDMF(20ml)中Asp(OtBu)−Val−OH(120mg、0.437mmol)の撹拌溶液に添加した。反応を室温で2時間にわたり撹拌した後、TLC分析は反応がゆっくりと進行していることを示した。この濁った混合物を次いで、約15mlに濃縮し、次いで撹拌を一夜にわたり継続した。
翌朝、TLC分析は反応がまだ完了していないことを示した。この反応フラスコに凝縮器を付け、この混合物を次いで、水浴を用い1.5時間にわたり35〜38℃で加熱した。この期間中、混合物は幾分、清明化した。この反応混合物を冷却させ、次いで回転蒸発により濃縮し、この残留物を酢酸エチル(50ml)中に懸濁し、次いで10%水性クエン酸溶液10mlにより2回、洗浄した。この有機層を次いで、水10mlにより2回、洗浄し、次いでこの水性層を酢酸エチルにより逆抽出した。これらの有機層を集め、無水硫酸ナトリウム上で乾燥させ、次いで回転蒸発により濃縮し、次いでジクロロメタンとともに2回、共蒸発させ、粗製オフホワイト色泡状物500mgを得た。この粗製生成物をシリカゲル(25g)上でジクロロメタン中5%〜20%メタノールの段階的溶剤勾配を用いるフラッシュクロマトグラフイにより精製し、Z−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−Val−Asp(OtBu)−OH 190mg(56%)をオフホワイト色泡状物として得た。
f.6−(Z−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−Val−Asp(OtBu)−アミノ−2−シアノベンゾチアゾールの合成。−10℃浴(塩化ナトリウム浴)で冷却させたTHF(5ml)中のZ−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−Val−Asp(OtBu)−OH(95mg、0.112mmol)の撹拌溶液に、シリンジを経てN−メチルモルホリン(13.4μl、0.122mmol)を添加し、次いでイソブチルクロロホーメート(1.6μl、0.122mmol)を添加した。この反応混合物を−10℃で1時間にわたり撹拌し、次いでTHF(2ml)中の6−アミノ−2−シアノベンゾチアゾール(27.9mg、0.159mmol)をピペットを経て添加した。冷却浴を取り除き、反応混合物を室温まで温まるままにし、2日間にわたり撹拌した。TLC分析は、新しい生成物が生成したことを示した。この反応混合物を回転蒸発により濃縮し、得られた粗製残留物を次いで、酢酸エチルに溶解し、次いで水により2回、洗浄した。この水性相は酢酸エチルにより再度、抽出した。抽出液を集め、乾燥させ、次いで濃縮し、粗製黄色残留物104mgを得た。この残留物をシリカゲル(10g)上でジクロロメタン中4%〜7%アセトンの段階的溶剤勾配を用いるフラッシュクロマトグラフイにより精製し、6−(Z−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−Val−Asp(OtBu)−アミノ−2−シアノベンゾチアゾール44mg(42%)を黄色固形物として得た。
g.N−[Z−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−Val−Asp(OtBu)]−アミノルシフェリンの合成。50ml丸底フラスコに、D−システイン塩酸塩(997mg、5.86mmol)および脱イオン水(14ml、15分間にわたり窒素を泡立てて通すことによって脱気)を添加した。生成する混合物を溶解が達成されるまで、窒素雰囲気下に磁気撹拌した。別の25mlエルメンマイヤー(erlenmyer)フラスコに、無水炭酸カリウム(785mg、5.68mmol)および脱気した脱イオン水(14ml)を添加した。生成する溶液を、pHを7.0以下に維持するのに要する6N塩酸の定期的添加を伴い、D−システイン溶液含有フラスコにパスツールピペットを経て添加した。反応フラスコに炭酸カリウム溶液を添加した後、反応混合物の一部(0.24ml、約0.047mmolのD−システイン含有)を計量し(ピペットによる)、別の5ml反応バイアルに移した。
この5ml反応バイアルに、メタノール(1ml)中の6−(Z−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−Val−Asp(OtBu)−アミノ−2−シアノベンゾチアゾール(44mg、0.047)を添加し、次いでpHを7.0以下に維持するのに要する0.1M塩酸溶液を添加した。この反応混合物を室温で一夜にわたり撹拌した。HPLCおよびTLC分析は、出発材料の消費を示した。この反応混合物を回転蒸発により濃縮し、次いでアセトニトリルと共蒸発させ、固形残留物を得た。この粗製生成物をシリカゲル(10g)上でジクロロメタン中10%〜12%メタノールの段階的溶剤勾配を用いるクロマトグラフイに付し、N−[Z−Asp(OtBu)−Glu(OtBu)−Val−Asp(OtBu)]−アミノルシフェリン20mg(41%)をオフホワイト色固形物として得た。
例8
ラセミ体状N−Fmoc−アミノルシフェリンの製造
2−[6´−(9−フルオレニルメトキシカルボニル)アミノ−2´−ベンゾチアゾリル]−△−チアゾリン−4−カルボン酸(N−Fmoc−アミノルシフェリン)。100ml丸底フラスコに、N−トリフルオロアセチル−アミノルシフェリン(660mg、1.76mmol)およびメタノール性アンモニアの溶液(7M溶液の30ml、210mmol)を添加した。生成する混合物を室温で4日間、放置した。この反応混合物を回転蒸発により濃縮し、次いでジクロロメタンとともに共蒸発させ、得られた粗製褐色固形物626mgを、精製することなく引続く工程に使用した。この粗製褐色生成物の一部(391mg)を100ml丸底フラスコ内のメタノール(40ml)および水(2ml)に溶解した。この溶液に、Fmoc−Cl(435mg、1.68mmol)を添加し、この反応混合物を室温で2時間にわたり撹拌した。この反応混合物を回転蒸発により濃縮し、次いでアセトニトリルとともに、次いでジクロロメタンとともに共蒸発させ、減圧乾燥後、褐色泡状物を得た。
この生成物を最初の2本のカラムに100gおよび三番目のカラムに150gを用いる3本連続シリカゲルカラムにおけるフラッシュクロマトグラフイにより精製した。第一カラム用の溶出溶剤は98:2ジクロロメタン−メタノールであった。第二カラム用の溶出溶剤は93:7ジクロロメタン−メタノールであった。第三カラム用の溶出溶剤は97:3ジクロロメタン−メタノールであった。生成物を含有するフラクションを集め、次いで濃縮し、得られたワックス状生成物280mgは95%純粋であり、また生成物320mgは89%純粋であった。このワックス状生成物280mgをシリカゲル25g上で4:1ジクロロメタン−メタノールを用いて再精製し、乾燥した淡黄色固形物108mgを得た。生成物の一部である320mgを上記3本のカラムから集められた不純なフラクションから回収された生成物230mgと一緒に合わせた。この集められた生成物(550mg)をシリカゲル(50g)上で78:22ジクロロメタン−メタノールを用いるフラッシュクロマトグラフイにより再精製し、生成物223gを得た。このようにして得られた総合生成物はコハク色固形物380mgであり、HPLC分析により95%純度を有していた。MS(EST)m/z500(M−H):456(M−H−CO
中間体化合物N−トリフルオロアセチル−アミノルシフェリンは下記のとおりにして製造した。
a.2−(6´−トリフルオロアセチルアミノ−2´−ベンゾチアゾリル)−△−チアゾリン−4−カルボン酸(N−トリフルオロアセチル−アミノルシフェリン)。50ml丸底フラスコに、D,L−システイン(688mg、5.68mmol)および脱イオン水(14ml、15分間にわたり窒素を泡立てて通すことによって脱気)を添加した。生成する混合物を溶解が達成されるまで、窒素雰囲気下に磁気撹拌した。別の25mlエルレンマイヤーフラスコに、無水炭酸カリウム(785mg、5.68mmol)および脱気した脱イオン水(14ml)を添加した。生成する溶液を、pHを7.5以下に維持するのに要する6N塩酸の定期的添加を伴い、D,L−システイン溶液含有フラスコにパスツールピペットを経て添加した。
反応フラスコへの炭酸カリウム溶液の添加が完了した後、反応混合物の一部(10.1ml、約2.04mmolのD,L−システイン含有)を計量し(目盛り付シリンダーによる)、別の50mlエルレンマイヤーフラスコに移した。この混合物を脱気したメタノール15mlにより稀釈し、生成する溶液を脱気したメタノール(17ml)中の2−シアノ−6−トリフルオロアセチルアミノベンゾチアゾール(552mg、2.04mmol)含有100ml丸底フラスコに移した(White等、1966)。この反応混合物を室温で磁気撹拌し、次いでこの反応フラスコをアルミニウムホイルにより覆った。1時間の撹拌後、TCLおよびHPLC分析は、痕跡量のみの出発材料の残留を示した。この反応混合物を水(79ml)で稀釈し、そのpHは〜8.0であることが見出された。この反応混合物を別のロート(250ml)に移し、次いで酢酸エチル(79ml)により抽出し、中性有機化合物を分離した。
この水性相を6N塩酸の添加によりpH2に酸性化し、生成する粘着性オフホワイト色沈殿を5℃において一夜にわたり保存した。この懸濁液を50ml遠心管に移し、次いで約3分間かけて遠心処理した。この懸濁液をデカンテーション処理し、このペレット状生成物を冷水で洗浄し、次いで3回、遠心処理した。このペレット状物をメタノール中に懸濁し、次いで250ml丸底フラスコに移した。この懸濁液を回転蒸発により濃縮し、次いでジクロロメタンとともに共蒸発させ、粗製淡黄色固形物を得た。この粗製生成物をシリカゲル24g上で溶出溶液として9:1ジクロロメタン−メタノールを用いるフラッシュクロマトグラフイによって精製した。2本目のクロマトグラフイカラムが必要であり、シリカゲル100gおよび溶出溶剤として9:1ジクロロメタン−メタノールを使用し、淡黄色固形物660mg(86%)を得た。MS(ESI)m/z375(M−H)
参考文献

Figure 2005530485
全部の刊行物、特許および特許出願書を引用して本明細書に組入れる。前記明細書の記載において、本発明はその或る種の好適態様に関連して説明されており、またかなりの詳細な記載は例示の目的で記載されているが、本発明が追加の態様を受容するものであり、また本明細書の或る詳細な説明を本発明の基本的原則から逸脱することなく格別に変更することができることは当業者にとって明白であると見なされる。
図1は、発光反応における耐熱性ホタルルシフェラーゼ用基質としてのルシフェリンまたはアミノルシフェリンにかかわる相対的光単位(RLU)を示す。アミノルシフェリンは、飽和条件下にルシフェリンとして約60%の光産出をもたらす。Kmは、ルシフェリンにかかわる約0.6μMからアミノルシフェリンにかかわる2μMまで移動する。 図2は、均質分析形式における遊離アミノルシフェリンからの背景信号の排除を例示する。遊離アミノルシフェリンは、トリプシンの不存在下においてさえも、高い背景信号を生成することができる。この背景信号は、遊離アミノルシフェリンがルシフェラーゼによって消費されるに従い減少する。この基質をプロテアーゼに曝される前に、ルシフェラーゼ、ATP、およびMgと組み合わせることによって、信号対ノイズ比は劇的に増加される。さらにまた、このプロテアーゼの存在はルシフェラーゼ反応を緩衝しなかった。 図3のAは、経過時間に対するN−Lys−アミノルシフェリンによるトリプシン滴定からのRLUを示す。基質を、緩衝液中でルシフェラーゼ、ATP、およびMgと組み合わせ、次いで一夜にわたりインキュベートし、遊離アミノルシフェリンを除去した。この基質混合物を次いで、トリプシン滴定に添加した。(実施例1)図3のBは、延長された期間にわたるN−Lys−アミノルシフェリンによるトリプシン滴定からのRLU(log)を示す。(実施例1) 図4は、Z−Arg−Rho110によるトリプシン滴定からの相対的蛍光単位(RFU)を示す。(実施例1) 図5は、経過時間にわたるZ−DEVD−アミノルシフェリンによるカスパーゼ滴定からのRLUを示す。緩衝液中のルシフェラーゼ、ATP、およびMgを基質に添加した。 図6は、Z−DEVD−Rho110によるカスパーゼ滴定からのRFUを示す。発蛍光Z−DEVD−Rho110基質は、Apo−ONE(登録商品名)Homogeneous Caspase3/7分析キット(Promega)として提供された。DEVD−アミノルシフェリン基質の場合と同一の緩衝液を、DEVD−Rho110基質の場合に使用した(図5参照)。 カスパーゼおよびZ−DEVD−Rho110にかかわるRFU(背景控除)またはRFU(log)を示す。 カスパーゼおよびZ−DEVD−アミノルシフェリンにかかわるRLU(背景控除)またはRFU(log)を示す。(実施例3) 図9は、基質としてN−Lys−アミノルシフェリンまたはZ−Arg−Rho110を用いるトリプシンにかかわるRLUおよびRFUの比較である。トリプシン滴定は、上記のとおりに設定した。この発光分析は、匹敵する蛍光分析よりも大きい感度を有し、例えばLys−アミノルシフェリン基質は、読取時間に応じてArg−Rho110よりも3〜10倍の感度を有する。(実施例1) 図10は、カスパーゼおよび基質としてのZ−DEVD−アミノルシフェリン、Z−DEVD−AMCまたはZ−DEVD−Rho110にかかわるRLUおよびRFUの比較である。使用されたZ−DEVD−Rho110基質および緩衝液は、Apo−ONE(登録商品名)(Promega)基質および緩衝液であった。DEVD−AMC基質の場合、同一緩衝液を使用した。DEVD−アミノルシフェリン基質は、読取時間に応じてArg−Rho110基質よりも50〜300倍大きい感度を有していた。(実施例3) ジャルカット(Jurkat)細胞(誘発または未誘発)およびカスパーゼ基質Z−DEVD−アミノルシフェリンまたはZ−DEVD−Rho110を用いて得られたRLUおよびRFUを示す。この蛍光カスパーゼ分析には、Apo−ONE(登録商品名)緩衝液およびZ−DEVD−Rho110基質を使用した。ルシフェラーゼ、ATPおよびMgSOの添加とともに、DEVD−アミノルシフェリンの場合と同一の緩衝液を使用した。DEVD−アミノルシフェリン基質は、1時間経過時点で、Arg−Rho110よりも10倍大きい感度を有していた。4時間の時点で、これは約2倍に減少した。(実施例4) 図12Aは、CHAPSまたはApo−ONE(登録商品名)緩衝液を用いて得られた相対的RLUまたはRFUの結果を示す。(実施例5) 図12Bは、CHAPSまたはApo−ONE(登録商品名)緩衝液を用いて得られた相対的RLUまたはRFUの結果を示す。(実施例5) 図13は、種々のカスパーゼにかかわる認識部位を例示する(Thornberry等、1997;Garcia−Calvo等、1999)。

Claims (76)

  1. 1種または2種以上のカスパーゼを検出するための発光分析法であって、
    a)1種または2種以上のカスパーゼを含有するものと予測される試料を、ルシフェラーゼおよびアミノ−修飾アミノルシフェリンまたはそのカルボキシ末端保護誘導体を含有する混合物と接触させる工程、および
    b)試料中のルミネセンスを検出する工程、
    を包含し、上記修飾はアミノルシフェリンまたはその誘導体のアミノ基に対するカスパーゼ用基質のペプチド結合を経る共有結合であり、またカスパーゼはこのペプチド結合の部位で基質を分解するものであり、および当該発光分析法は基質またはその官能性均等物に共有結合した発蛍光団を含有する共役結合体を用いる対応する分析法よりもさらに高い感度を有する、上記発光分析法。
  2. アスパルテート含有基質を特異的に分解するプロテアーゼを検出するための発光分析法であって、
    a)1種または2種以上のアスパルテート特異性プロテアーゼを含有するものと予測される試料を、ルフシファーゼおよびアミノ修飾アミノルシフェリンまたはそのカルボキシ末端保護誘導体を含有する混合物と接触させる工程、および
    b)試料中のルミネセンスを検出する工程、
    を包含し、上記修飾はアミノルシフェリンまたはその誘導体のアミノ基に対するアスパルテート含有基質のペプチド結合を経る共有結合であり、またこのプロテアーゼは当該ペプチド結合の部位で基質を分解するものであり、および当該発光分析法は、基質またはその官能性均等物に共有結合した発蛍光団を含有する共役結合体を用いる対応する分析法よりもさらに高い感度を有する、上記発光分析法。
  3. プロテアーゼ濃度または活性とルミネセンスとを相関させることをさらに包含する、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
  4. カスパーゼ3またはカスパーゼ7以外のカスパーゼを検出する、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
  5. カスパーゼ3またはカスパーゼ7を検出する、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
  6. 基質がX−X−X−Dを含有し、ここでXは、Y、D、L、V、I、A、W、またはPであり;Xは、VまたはEであり;およびXは、いずれかのアミノ酸である、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
  7. がA、V、H、IまたはTである、請求項6に記載の方法。
  8. 基質がDEVD(配列番号:1)を含有する、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
  9. 基質がYVAD(配列番号:2)を含有する、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
  10. 基質がLEHD(配列番号:3)を含有する、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
  11. 少なくとも0.2マイクロ単位のカスパーゼを検出する、請求項5に記載の方法。
  12. 基質に共有結合したローダミン−110を含有する共役結合体を用いる対応する分析法に比較し、少なくとも2倍大きい感度を有する、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
  13. 試料が細胞ライゼートである、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
  14. 細胞を、溶解に先立ち、細胞自滅誘発剤で処理する、請求項13に記載の方法。
  15. 試料が完全細胞を包含する、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
  16. 細胞を細胞自滅誘発剤で処理する、請求項15に記載の方法。
  17. カスパーゼ用基質にペプチド結合を経て共有結合したアミノルシフェリンまたはそのカルボキシ末端保護誘導体を包含する化合物。
  18. アスパルテート含有基質を特異的に分解する基質にペプチド結合を経て共有結合したアミノルシフェリンまたはそのカルボキシ末端保護誘導体を包含する化合物。
  19. 基質がDEVD(配列番号:1)を含有する、請求項17または18のいずれかに記載の方法。
  20. 基質がYVAD(配列番号:2)を含有する、請求項17または18のいずれかに記載の方法。
  21. 基質がLEHD(配列番号:3)を含有する、請求項17または18のいずれかに記載の方法。
  22. 基質がX−X−X−Dを含有し、ここでXは、Y、D、L、V、I、A、W、またはPであり;Xは、VまたはEであり;およびXは、いずれかのアミノ酸である、請求項17または18のいずれかに記載の方法。
  23. がA、V、H、IまたはTである、請求項22に記載の方法。
  24. アミノルシフェリンのカルボキシ末端保護誘導体である、請求項17〜23のいずれかに記載の化合物。
  25. カルボキシ末端が、(C−C)アルキルエステルとして保護されている、請求項24に記載の化合物。
  26. カルボキシ末端が、メチル、エチル、プロピル、またはt−ブチルエステルとして保護されている、請求項24に記載の化合物。
  27. アミノペプチダーゼによる分解を防止するために、基質のN−末端が修飾されている、請求項24に記載の化合物。
  28. 基質のN−末端が、アミノ保護基により修飾されている、請求項27に記載の化合物。
  29. カルボキシ末端が固体支持体へのカップリングによって保護されている、請求項24に記載の化合物。
  30. アミノルシフェリンのカルボキシ末端保護誘導体の製造方法であって、対応する酸を適当なカルボキシ保護基により保護することを包含する、上記方法。
  31. 請求項17〜23のいずれかに記載のアミノルシフェリンのカルボキシ末端保護誘導体の製造方法であって、対応する酸を適当なカルボキシ保護基により保護することを包含する、上記方法。
  32. 酸をエステルとして保護する、請求項30または31に記載の方法。
  33. 酸をtert−ブチルエステルとして保護する、請求項32に記載の方法。
  34. 請求項30または31のいずれかに記載の方法によって製造されるカルボキシ末端保護アミノルシフェリン。
  35. 酸を、アミノルシフェリンの固体支持体へのカップリングによって保護する、請求項30または31のいずれかに記載の方法。
  36. 固体支持体がペプチド合成に適する樹脂である、請求項35に記載の方法。
  37. 酸を、エステル結合を経て支持体にカップリングさせる、請求項35に記載の方法。
  38. 請求項17〜23のいずれかに記載の化合物の製造方法であって、第一アミノ酸またはペプチドと固体支持体に結合したアミノルシフェリンのアミノ基との間にアミド結合を形成し;次いで場合により、1個または2個以上の追加のアミノ酸またはペプチドをペプチド結合により付加し、当該化合物を生成させる、上記方法。
  39. N−保護したアミノルシフェリンをカルボキシ基を経て固体支持体に結合させ;次いでアミノルシフェリンを脱保護化することによって固体支持体に結合したアミノルシフェリンを製造する、請求項38に記載の方法。
  40. 化合物を固体支持体から分離し、遊離カルボン酸基を有する化合物を得ることをさらに包含する、請求項38または39のいずれかに記載の方法。
  41. カルボン酸基を適当な保護基により保護することをさらに包含する、請求項39に記載の方法。
  42. ルシフェラーゼが耐熱性ルシフェラーゼである、請求項1または2のいずれかに記載の方法。
  43. 固体支持体にカルボキシル基を経てカップリングされたアミノルシフェリンを包含する化合物。
  44. 固体支持体にカルボキシル基を経てカップリングされたN−保護アミノルシフェリンを包含する化合物。
  45. 固体支持体がペプチド合成に適する樹脂である、請求項43または44のいずれかに記載の化合物。
  46. アミノ基がFmocまたはt−Boc基により保護されている、請求項45に記載の化合物。
  47. そのカルボキシ末端保護誘導体が、式(I):
    Figure 2005530485

    (式中、Rは、カスパーゼ用基質であるペプチドであり、このペプチドはそのC−末端を経て式(I)で表わされる化合物の残りの部分に結合し、ペプチド(アミド)結合を形成しており;およびR´は、Hまたは適当なカルボキシ保護基である)
    で表わされる化合物またはその適当な塩である、請求項1に記載の方法。
  48. そのカルボキシ末端保護誘導体が、式(I):
    Figure 2005530485

    (式中、Rは、ペプチドのC−末端部位でアスパルテート基を経て式(I)で表わされる化合物の残りの部分に結合し、ペプチド結合を形成するペプチドであり;およびR´は、Hまたは適当なカルボキシ保護基である)
    で表わされる化合物またはその適当な塩である、請求項2に記載の方法:
  49. RがX−X−X−Dを包含し、ここでXは、Y、D、L、V、I、A、W、またはPであり;Xは、VまたはEであり;およびXは、いずれかのアミノ酸である、請求項47または48のいずれかに記載の方法。
  50. がA、V、H、IまたはTである、請求項49に記載の方法。
  51. RがDEVD(配列番号:1)を包含する、請求項49に記載の方法。
  52. RがYVAD(配列番号:2)を包含する、請求項49に記載の方法。
  53. RがLEHD(配列番号:3)を包含する、請求項49に記載の方法。
  54. R´が(C−C)アルキル、フェニルまたはベンジルである、請求項47〜53のいずれかに記載の方法。
  55. R´が(C−C)アルキルである、請求項47〜53のいずれかに記載の方法。
  56. R´がメチル、エチル、プロピル、またはtert−ブチルである、請求項47〜53のいずれかに記載の方法。
  57. 式(I)で表わされる化合物またはその適当な塩:
    Figure 2005530485

    式中、Rは、カスパーゼ用基質であるペプチドであり、このペプチドはその末端C−末端を経て式(I)で表わされる化合物の残りの部分に結合し、ペプチド(アミド)結合を形成しており;およびR´は、Hまたは適当なカルボキシ保護基である。
  58. 式(I)で表わされる化合物またはその適当な塩:
    Figure 2005530485

    式中、Rは、ペプチドのC−末端部位でアスパルテート基を経て式(I)で表わされる化合物の残りの部分に結合し、ペプチド結合を形成するペプチドであり;およびR´は、Hまたは適当なカルボキシ保護基である。
  59. RがX−X−X−Dを包含し、ここでXは、Y、D、L、V、I、A、W、またはPであり;Xは、VまたはEであり;およびXは、いずれかのアミノ酸である、請求項47または48のいずれかに記載の化合物。
  60. がA、V、H、IまたはTである、請求項59に記載の化合物。
  61. RがDEVD(配列番号:1)を包含する、請求項59に記載の化合物。
  62. RがYVAD(配列番号:2)を包含する、請求項59に記載の化合物。
  63. RがLEHD(配列番号:3)を包含する、請求項59に記載の化合物。
  64. R´が(C−C)アルキル、フェニルまたはベンジルである、請求項57〜63のいずれかに記載の化合物。
  65. R´が(C−C)アルキルである、請求項57〜63のいずれかに記載の化合物。
  66. R´がメチル、エチル、プロピル、またはtert−ブチルである、請求項57〜63のいずれかに記載の化合物。
  67. 式(I):
    Figure 2005530485

    (式中、Rは、カスパーゼ用基質であるペプチドであり、このペプチドはそのC−末端を経て式(I)で表わされる化合物の残りの部分に結合し、ペプチド(アミド)結合を形成しており;およびR´は、適当なカルボキシ保護基である)
    で表わされる化合物の製造方法であって、R´が水素である対応する酸を適当なカルボキシ保護基により保護することを包含する、上記方法。
  68. 式(I)で表わされる化合物:
    Figure 2005530485

    式中、Rは、カスパーゼ用基質であるペプチドであり、このペプチドはそのC−末端を経て式(I)で表わされる化合物の残りの部分に結合し、ペプチド(アミド)結合を形成しており;およびR´は、固体支持体である。
  69. 固体支持体がペプチド合成に適する樹脂である、請求項68に記載の化合物。
  70. 式(I)で表わされる化合物:
    Figure 2005530485

    式中、Rは、ペプチドのC−末端部位でアスパルテート基を経て式(I)で表わされる化合物の残りの部分に結合し、ペプチド結合を形成するペプチドであり;およびR´は、固体支持体である。
  71. 固体支持体がペプチド合成に適する樹脂である、請求項70に記載の化合物。
  72. RがX−X−X−Dを包含し、ここでXは、Y、D、L、V、I、A、W、またはPであり;Xは、VまたはEであり;およびXは、いずれかのアミノ酸である、請求項68〜71のいずれかに記載の化合物。
  73. がA、V、H、IまたはTである、請求項72に記載の化合物。
  74. RがDEVD(配列番号:1)を包含する、請求項72に記載の化合物。
  75. RがYVAD(配列番号:2)を包含する、請求項72に記載の化合物。
  76. RがLEHD(配列番号:3)を包含する、請求項72に記載の化合物。
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