JP2007309689A - Identification technique for protein binding region - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for efficiently identifying a protein binding region in the interaction between proteins like antigen-antibody reaction. <P>SOLUTION: The first protein of first and second protein interacting with each other is fixed on a support, the second protein is fragmented to be added to the first protein, the second protein fragments captured by the first protein are separated and the amino acid sequence of the separated second protein fragments is analyzed by mass analysis to identify the binding region of the second protein to the first protein. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、抗原と抗体のように互いに相互作用しあうタンパク質の結合部位を同定する技術に関する。より詳細には、支持体に固定化した第1のタンパク質に、断片化した第2のタンパク質を捕捉させ、当該断片を解析することにより、結合部位を同定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for identifying a binding site of a protein that interacts with each other such as an antigen and an antibody. More specifically, the present invention relates to a technique for identifying a binding site by allowing a first protein immobilized on a support to capture a fragmented second protein and analyzing the fragment.

膨大なゲノム情報の蓄積に伴い、ライフサイエンス分野の流れはゲノミクスからプロテオミクスへと移行しつつある。タンパク質は他の分子と相互作用することでその機能を発揮するため、タンパク質相互作用ネットワークの解明は生命現象を包括的に理解するために重要である。またタンパク質間相互作用の異常は種々の疾患との関連が明らかにされている。たとえば自己免疫疾患であるアレルギーは、アレルゲンに対して抗体の1つであるIgEが過剰反応して引き起こされる。従って、アレルギーの治療薬としてこのような相互作用を制御できる薬剤の開発が進められている。   With the accumulation of a large amount of genomic information, the life science field is shifting from genomics to proteomics. Since proteins exert their functions by interacting with other molecules, elucidation of protein interaction networks is important for comprehensive understanding of life phenomena. In addition, it has been clarified that abnormalities in protein-protein interactions are associated with various diseases. For example, allergy, which is an autoimmune disease, is caused by excessive reaction of IgE, which is one of antibodies against allergens. Accordingly, development of drugs capable of controlling such interactions as therapeutic agents for allergies is underway.

従来のアレルギー検査では、アレルゲンに対して特異的なIgE抗体の血中濃度を測定し、IgE量が閾値以上であった場合にアレルギーと診断される。アレルギーに対する有効な治療法とされているのがワクチン、つまり弱毒化したアレルゲンをあらかじめ接種することで過剰反応を抑える手法である。   In a conventional allergy test, the blood concentration of an IgE antibody specific for an allergen is measured, and if the IgE amount is greater than or equal to a threshold value, an allergy is diagnosed. An effective treatment for allergies is a technique that suppresses excessive reactions by inoculating a vaccine, that is, an attenuated allergen in advance.

これらの検査や治療には天然物から抽出したアレルゲンを用いることが多い。しかし天然物由来アレルゲンは、品質が製造バッチごとに変わりやすいという問題点がある。またIgEがアレルゲン中のどの部位を認識するかは判断することができない。さらに天然物由来アレルゲンは複数のタンパク質や低分子化合物の混合物である場合がほとんどであり、どの分子に対してアレルギーを起すかは患者によって異なる。そのため、ワクチンに該当するアレルゲンが含まれていなかった場合、そのワクチンは効果を持たず、逆に関係のない分子によって別のアレルギーを生じてしまうといった副作用にもつながりうる。   These tests and treatments often use allergens extracted from natural products. However, allergens derived from natural products have a problem that the quality is easily changed for each production batch. Also, it cannot be determined which part of the allergen IgE recognizes. Furthermore, natural product-derived allergens are mostly a mixture of a plurality of proteins and low-molecular compounds, and to which molecule allergies occur varies depending on the patient. Therefore, when an allergen corresponding to the vaccine is not contained, the vaccine has no effect, and conversely, it may lead to another side effect such that another allergy is caused by an unrelated molecule.

上記のような問題を改善するため、組換えタンパク質アレルゲンの利用が提唱されている。精製した組換えタンパク質を検査に用いることで、当該タンパク質に対するアレルギーのみを検出することが可能になる。更に同タンパク質をワクチンとして用いるにあたり、欠失や変異を人工的に導入することで効果を高め、かつ副作用を低減する手法が注目されている。このためには、抗体がアレルゲン分子中のどの部位を認識しているかを予め知ることが必要となる(非特許文献1)。   In order to improve the above problems, the use of recombinant protein allergens has been proposed. By using the purified recombinant protein for the test, it becomes possible to detect only allergy to the protein. Furthermore, when using the same protein as a vaccine, attention has been focused on techniques for enhancing the effect and reducing side effects by artificially introducing deletions and mutations. For this purpose, it is necessary to know in advance which site in the allergen molecule the antibody recognizes (Non-patent Document 1).

またアレルゲン−抗体間に関わらず、重要な生体機能や疾患に関与するタンパク質間相互作用は多く存在する。これらの結合部位を同定することは、疾患メカニズムの解明や相互作用を阻害する薬剤の開発において重要となる。   There are many protein-protein interactions involved in important biological functions and diseases regardless of allergen-antibody. Identification of these binding sites is important in elucidating disease mechanisms and developing drugs that inhibit interactions.

タンパク質結合部位を同定する方法としては、ペプチドアレイを用いた結合部位マッピング法が多く報告されている。同手法では対象タンパク質のアミノ酸配列の一部を含むペプチドを人工合成し、支持体上にアレイ化したデバイスを使用する。検体をアレイ上に添加し、どのペプチドと反応するかを調べることで、認識部位を決定することができる(非特許文献2)。しかしペプチドアレイの作製には大きなコストがかかり、無数に存在する試験対象の全てに対応することは不可能である。一方、質量分析を利用した方法(特許文献1および2)も報告されているが、これらは単にリガンド探索を目的としたものであって、結合部位の配列決定を可能にするものではない。
特表2002−501176号公報 特表2004−534519号公報 Methods. 2004 Mar;32(3):313-20. Review. Curr Opin Biotechnol. 2001 Feb;12(1):59-64.
As a method for identifying a protein binding site, many binding site mapping methods using peptide arrays have been reported. In this method, a device in which a peptide containing a part of the amino acid sequence of the target protein is artificially synthesized and arrayed on a support is used. A recognition site can be determined by adding a sample on the array and examining which peptide reacts with it (Non-Patent Document 2). However, the production of a peptide array is costly, and it is impossible to handle all of the myriad test objects. On the other hand, methods using mass spectrometry (Patent Documents 1 and 2) have also been reported, but these are merely for the purpose of ligand search, and do not enable the determination of the binding site sequence.
Japanese translation of PCT publication No. 2002-501176 JP-T-2004-534519 Methods. 2004 Mar; 32 (3): 313-20. Review. Curr Opin Biotechnol. 2001 Feb; 12 (1): 59-64.

本発明の課題は、抗原抗体反応のようなタンパク質間相互作用においてその結合部位を効率的に同定する手法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique for efficiently identifying a binding site in a protein-protein interaction such as an antigen-antibody reaction.

上記課題を解決するために鋭意検討し、一方のタンパク質を支持体に固定化し、ここに断片化したもう一方のタンパク質を捕捉させ、捕捉された断片をMS/MSで解析することにより、当該タンパク質間の結合部位を同定することに成功した。   In order to solve the above-mentioned problems, intensive studies were conducted, one protein was immobilized on a support, the other fragmented protein was captured here, and the captured fragment was analyzed by MS / MS. We succeeded in identifying the binding site between.

すなわち、本発明は、相互作用するタンパク質間の結合部位を同定する方法であって、第1のタンパク質を支持体に固定化し、第2のタンパク質を断片化して、前記第1のタンパク質に添加し、前記第1のタンパク質に捕捉された前記第2のタンパク質断片を分離し、分離された前記第2のタンパク質断片のアミノ酸配列を質量分析により解析して、前記第2のタンパク質の前記第1のタンパク質への結合部位を同定する方法を提供する。   That is, the present invention is a method for identifying a binding site between interacting proteins, wherein the first protein is immobilized on a support, the second protein is fragmented, and added to the first protein. , Separating the second protein fragment captured by the first protein, analyzing the amino acid sequence of the separated second protein fragment by mass spectrometry, and analyzing the first protein of the second protein. A method of identifying a binding site for a protein is provided.

相互作用するタンパク質としては、受容体(第1のタンパク質)とそのリガンド(第2のタンパク質)、抗体(第1のタンパク質)とアレルゲンをはじめとする各種抗原(第2のタンパク質)などを挙げることができる。なお、第2のタンパク質は1種類に限定されず、2種以上であってもよい。   Examples of interacting proteins include receptors (first proteins) and their ligands (second proteins), antibodies (first proteins) and various antigens (second proteins) including allergens. Can do. The second protein is not limited to one type and may be two or more types.

前記第1のタンパク質の固定化方法は特に限定されず、物理吸着、疎水結合、化学結合、共有結合など、タンパクの種類、目的に応じて選ぶ。   The immobilization method of the first protein is not particularly limited, and is selected according to the kind and purpose of the protein such as physical adsorption, hydrophobic bond, chemical bond, and covalent bond.

固定化においては、固定化における第1のタンパク質の高次構造の維持とその配向(結合部位が外側に向くようにすること)が重要である。たとえば、複数の結合部位を有するときや、結合部位が不明な場合は、ランダムな吸着が可能な物理吸着を用いることが好ましい。一方、第1のタンパク質が抗体の場合は、適当なリンカーを介して、抗体のN末端を支持体上に固定化することで、抗原結合部位を外側に向けて固定化することが望ましい。そのようなリンカーとしては、たとえば、カリックスクラウン誘導体の一種であるProLinker(登録商標)が挙げられる。なお、必要な場合には、第1のタンパク質は変性させてから用いてもよい。   In the immobilization, it is important to maintain the higher-order structure of the first protein in the immobilization and its orientation (make the binding site face outward). For example, when there are a plurality of binding sites or when the binding sites are unknown, it is preferable to use physical adsorption capable of random adsorption. On the other hand, when the first protein is an antibody, it is desirable to immobilize the antigen binding site outward by immobilizing the N-terminus of the antibody on the support via an appropriate linker. An example of such a linker is ProLinker (registered trademark), which is a kind of calix crown derivative. If necessary, the first protein may be used after being denatured.

支持体は用いるタンパク質が固定化可能な固相であれば特に限定されず、例えばニトロセルロースやPVDF等のメンブレン、ガラス、ウエハー等のシリコン、プラスチック等の樹脂、金属を用いることができる。支持体は、固定化に適した表面処理(修飾)を施したものであってもよい。そのような表面処理(修飾)としては、物理吸着によって目的分子を固定化することができるポリ-L-リジンやアミノシラン、共有結合によって目的分子を固定化することができるアルデヒド基やエポキシ基のような官能基、および目的分子との親和性を利用して固定化することができるアビジンやNi-NTAなどを用いることができる。又、ポリアクリルアミドゲルやアガロースゲルのような、親水性の多孔質マトリックスの薄層から成る固相も利用できる。   The support is not particularly limited as long as the protein to be used can be immobilized. For example, membranes such as nitrocellulose and PVDF, silicon such as glass and wafer, resins such as plastic, and metals can be used. The support may be subjected to a surface treatment (modification) suitable for immobilization. Examples of such surface treatment (modification) include poly-L-lysine and aminosilane that can immobilize the target molecule by physical adsorption, and aldehyde groups and epoxy groups that can immobilize the target molecule by covalent bonds. Avidin, Ni-NTA, and the like that can be immobilized by utilizing an affinity with a functional group and a target molecule can be used. A solid phase composed of a thin layer of a hydrophilic porous matrix such as polyacrylamide gel or agarose gel can also be used.

前記第2のタンパク質を断片化する方法としては、化学的断片化法および酵素法を挙げることができる。前者の例としては臭化シアン法、後者の例としてはトリプシン、キモトリプシン、ArgC、LysC、AspN、V8(GlcC)等による消化が挙げられる。   Examples of the method for fragmenting the second protein include a chemical fragmentation method and an enzymatic method. Examples of the former include the cyanogen bromide method, and examples of the latter include digestion with trypsin, chymotrypsin, ArgC, LysC, AspN, V8 (GlcC) and the like.

断片化には、複数種類の断片化方法を組み合わせることも有効である。組み合わせの選択方法として、例えば以下のような例が考えられる。初めに入手しやすく特異性の高いトリプシンで消化を行う。トリプシンでは消化不十分(断片が大きすぎてMS/MS解析が困難)な場合、トリプシンとは認識配列の異なるAspNやV8を併せて添加する。以上でまだ消化不十分な場合は特異性が低く比較的ランダムな消化をおこすキモトリプシンに変更する。またトリプシンで消化過剰(結合部位を消化してしまい同定できない)な場合、トリプシンよりも認識配列の少ないArgCやLysCに酵素を変更する。酵素消化を受けにくいタンパク質については化学的消化法に変更する。   For fragmentation, it is also effective to combine a plurality of types of fragmentation methods. For example, the following examples can be considered as a method for selecting a combination. First digest with easy-to-obtain and highly specific trypsin. If trypsin is insufficiently digested (fragment is too large for MS / MS analysis), add AspN or V8 with a different recognition sequence from trypsin. If digestion is still insufficient, change to chymotrypsin with low specificity and relatively random digestion. If digestion is excessive with trypsin (the binding site is digested and cannot be identified), the enzyme is changed to ArgC or LysC, which has fewer recognition sequences than trypsin. Change to the chemical digestion method for proteins that are difficult to undergo enzymatic digestion.

最終的に、第2のタンパク質は分子量4000以下(アミノ酸数として40個程度)、特に2000(アミノ酸数として20個程度)以下程度に断片化されることが好ましい。断片化は、SDS−PAGE、HPLC等により確認することができる。   Finally, the second protein is preferably fragmented to a molecular weight of 4000 or less (about 40 amino acids), particularly 2000 (about 20 amino acids) or less. Fragmentation can be confirmed by SDS-PAGE, HPLC, and the like.

前記第1のタンパク質に捕捉された第2のタンパク質断片は、適当な溶媒を用いて溶出することにより分離される。溶出には、タンパク質の解離に一般的に用いられる方法を使用する。例えば0.1Mグリシンバッファー(pH 2)等の酸や8M尿素、6Mグアニジン、3%SDSなどの変性剤、4.5M MgCl2等のカオトロピックイオン、50%エチレングリコールなどの非極性溶媒を用いて溶出すればよい。 The second protein fragment captured by the first protein is separated by elution using an appropriate solvent. For the elution, a method generally used for protein dissociation is used. For example, elution with acids such as 0.1M glycine buffer (pH 2), denaturants such as 8M urea, 6M guanidine and 3% SDS, chaotropic ions such as 4.5M MgCl 2 and nonpolar solvents such as 50% ethylene glycol That's fine.

溶出された断片を含む試料は、質量分析にかける前に脱塩する必要がある。脱塩用デバイスとしては、C18等の逆相レジンを充填したカラム(PIERCE社、PepClean等)、カートリッジ(3M社、Empore抽出ディスク等)、ピペットチップ(Millipore社、ZipTip等)、マルチ−ウェルフィルタープレート(Millipore社、ZipPlatemaikuro-SPEプレート等)等が用いられる。   Samples containing the eluted fragments need to be desalted before being subjected to mass spectrometry. Desalting devices include columns filled with reversed-phase resins such as C18 (PIERCE, PepClean, etc.), cartridges (3M, Empore extraction disks, etc.), pipette tips (Millipore, ZipTip, etc.), multi-well filters Plates (Millipore, ZipPlatemaikuro-SPE plate, etc.) are used.

脱塩した試料は、MS/MS等の質量分析装置にかけて、その一次構造を決定する。この場合、あらかじめ測定対象である断片をラベルしておくことにより、定量的な解析が可能となる。ラベリングは第2のタンパク質を断片化するときでも、第1のタンパク質から分離(溶出)した後であってもよい。また、ラベリングに用いられる標識物質は、蛍光物質、放射性物質など当該分野で公知のいずれの標識物質を用いてもよい。なお、定量のみが目的の場合は、ラベルした断片を単に質量分析にかけ、一次構造解析はしなくてもよい。   The desalted sample is subjected to a mass spectrometer such as MS / MS to determine its primary structure. In this case, quantitative analysis is possible by labeling the fragments to be measured in advance. The labeling may be performed when the second protein is fragmented or after separation (elution) from the first protein. The labeling substance used for labeling may be any labeling substance known in the art such as a fluorescent substance or a radioactive substance. In addition, when only the quantification is intended, the labeled fragment is simply subjected to mass spectrometry, and the primary structure analysis need not be performed.

本発明はまた、相互作用するタンパク質間の結合部位を同定するためのシステムであって、支持体に固定化させた第1のタンパク質を収納する手段と、第2のタンパク質を断片化する手段と、前記第1のタンパク質に前記第2のタンパク質断片を捕捉させて溶出する手段と、溶出された第2のタンパク質断片のアミノ酸配列をMS/MSで解析する手段とを有するシステムも提供する。   The present invention is also a system for identifying a binding site between interacting proteins, comprising means for storing a first protein immobilized on a support, and means for fragmenting a second protein. There is also provided a system having means for capturing the second protein fragment by the first protein and eluting, and means for analyzing the amino acid sequence of the eluted second protein fragment by MS / MS.

本発明の方法やシステムにより、被験者体内の抗体が反応する特定のアレルゲンやエピトープ部位を特定するアレルギー検査を行うことができる。あるいは自己免疫疾患(関節リウマチ、膠原病、原発性胆汁性肝硬変、自己免疫性の糖尿病や甲状腺炎等)において、疾患の原因である自己抗体生成を引き起こす自己抗原を検出・同定することができる。自己抗体の抗原認識能は疾患の進行に伴って変化し、これらの変化は発症の前兆として現れる場合が多いことから、本システムは特に疾患の早期診断に有効であることが期待される。また、本発明の方法やシステムを用いて、抗体等の標的タンパク質あるいは標的受容体に特異的に結合するエピトープ配列を特定し、当該配列に基づいて薬剤設計や候補物質の探索を行う、薬剤スクリーニングを行うこともできる。さらにこれらエピトープ配列の、疾患のステージや個人差に基づく違いを明らかにすることで、各患者に適したオーダーメードの投薬・治療を行なうことが可能となる。   By the method and system of the present invention, an allergic test for identifying a specific allergen or epitope site to which an antibody in a subject reacts can be performed. Alternatively, in an autoimmune disease (rheumatoid arthritis, collagen disease, primary biliary cirrhosis, autoimmune diabetes, thyroiditis, etc.), an autoantigen that causes autoantibody generation that is the cause of the disease can be detected and identified. Since the antigen recognizing ability of autoantibodies changes as the disease progresses, and these changes often appear as a precursor to the onset, this system is expected to be particularly effective for early diagnosis of the disease. In addition, using the method or system of the present invention, a drug screening that identifies an epitope sequence that specifically binds to a target protein such as an antibody or a target receptor, and performs drug design or search for candidate substances based on the sequence. Can also be done. Furthermore, by clarifying differences in these epitope sequences based on disease stages and individual differences, it becomes possible to perform custom-made medication and treatment suitable for each patient.

本発明によれば、抗原抗体反応をはじめとするタンパク質間相互作用において、その結合部位を簡便かつ効率的に同定(一次構造決定)することができる。本発明の方法は、微量なサンプル(数μl程度)について、定量的解析が可能なうえ、1つのタンパク質と相互作用する2種以上のタンパク質の同時解析も可能である。   According to the present invention, in a protein-protein interaction including an antigen-antibody reaction, the binding site can be easily and efficiently identified (primary structure determination). The method of the present invention can quantitatively analyze a very small amount of sample (about several μl) and can simultaneously analyze two or more kinds of proteins that interact with one protein.

成人後に発症するアレルギーの多くは小児期の生活習慣に依存すると考えられており、従って、乳幼児期にアレルギー検査を行ってアレルゲンを特定し、早くから食事等の生活習慣に注意を払えば、成人後のアレルギーの発症を防ぐことが可能となる。しかしながら、乳幼児の検査では大量の検体採取が困難であるため、微量検体による同定が可能な本発明の方法は、非常に有効な手段となる。さらに、本発明は、抗原-抗体反応以外のタンパク質間相互作用においても、迅速且つ簡便に結合部位の同定を可能とする。したがって、本発明によれば、効果が高く副作用の少ない医薬の開発やオーダーメードの医療が促進される。   Many allergies that develop after adults are thought to depend on lifestyle habits in childhood.Therefore, if allergens are identified during early childhood and allergens are identified and attention is paid to lifestyle habits such as eating early, It becomes possible to prevent the onset of allergies. However, since it is difficult to collect a large amount of specimens in the examination of infants and infants, the method of the present invention that can be identified by a trace quantity specimen is a very effective means. Furthermore, the present invention enables identification of a binding site quickly and easily even in protein-protein interactions other than antigen-antibody reactions. Therefore, according to the present invention, development of a medicine with high effect and few side effects and custom-made medical care are promoted.

以下、実施例により本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these Examples.

〔実施例1〕
図1〜図3はプロテインマイクロアレイを用いたタンパク質間結合部位の同定工程を示す。ここでは、(1)解析対象となるタンパク質Aの支持体への固定化、(2)解析対象となるタンパク質Bの断片化、(3)固定化したタンパク質Aによるタンパク質B断片の捕捉、(4)捕捉したタンパク質B断片の溶出、(5)脱塩およびMS/MS測定、の順番で実験操作を進めているが、本発明は必ずしもここに示した方法に限定されるものではない。
[Example 1]
1 to 3 show a process for identifying an interprotein binding site using a protein microarray. Here, (1) immobilization of protein A to be analyzed on a support, (2) fragmentation of protein B to be analyzed, (3) capture of protein B fragment by immobilized protein A, (4 Although the experimental operation is proceeding in the order of: elution of the captured protein B fragment and (5) desalting and MS / MS measurement, the present invention is not necessarily limited to the method shown here.

本実施例では、試料や試薬を支持体上にスポットするためのスポット用シール302、マイクロピペッター303、密封容器306、気相インキュベーター307、洗浄容器308を用いる。   In this embodiment, a spot seal 302, a micro pipettor 303, a sealed container 306, a gas phase incubator 307, and a cleaning container 308 for spotting a sample or a reagent on a support are used.

スポット用シール302は直径2 mmのスポット用孔を縦4列に5 mm間隔、横12列に4.5 mm間隔で配置した縦25 mm x 横55 mmの疎水性シートである。裏面は粘着性になっており、支持体に予め貼付することで、試料や試薬を支持体上の同じ位置に同じ大きさでスポットすることができる。マイクロピペッター303は、支持体上に試料や試薬304を任意の分量でスポットするためのものである。密封容器306は、支持体を少量の水滴305と共に密封することにより、容器の内部の湿度を長時間保ち、支持体上の試料や試薬の蒸発を防ぐためのものである。気相インキュベーター307は試料や試薬の結合反応に適した温度を保持するためのものである。洗浄容器308は支持体を洗浄溶液とともに振とうすることで、支持体に結合しなかった分子を除去する目的で用いる。   The spot seal 302 is a hydrophobic sheet of 25 mm length x 55 mm width in which spot holes having a diameter of 2 mm are arranged at intervals of 5 mm in 4 rows and 4.5 mm intervals in 12 rows. The back surface is tacky, and the sample and the reagent can be spotted at the same position on the support in the same size by pasting on the support in advance. The micro pipetter 303 is for spotting a sample or a reagent 304 in an arbitrary amount on a support. The sealed container 306 is for keeping the humidity inside the container for a long time by sealing the support together with a small amount of water droplets 305 and preventing evaporation of samples and reagents on the support. The gas phase incubator 307 is for maintaining a temperature suitable for the binding reaction of the sample and the reagent. The washing container 308 is used for the purpose of removing molecules that are not bound to the support by shaking the support together with the washing solution.

(1)解析対象となるタンパク質Aの支持体への固定化では、スポット用シール302を支持体301に貼付し、マイクロピペッター303を使用して解析対象となるタンパク質Aを手動で滴下する。支持体を水滴305とともに密封容器306中に設置し、インキュベーター307内で保温してタンパク質Aの支持体上への結合反応を行う。洗浄操作によって未結合のタンパク質Aを取り除く。   (1) In immobilizing protein A to be analyzed on a support, a spot seal 302 is attached to the support 301, and protein A to be analyzed is manually dropped using a micropipette 303. The support is placed in the sealed container 306 together with the water droplet 305, and is kept warm in the incubator 307 to perform the binding reaction of protein A onto the support. Unbound protein A is removed by washing.

(2)解析対象となるタンパク質Bの断片化では、解析対象であるタンパク質Bを化学的あるいは酵素的な処理により断片化する。   (2) In fragmentation of protein B to be analyzed, protein B to be analyzed is fragmented by chemical or enzymatic treatment.

(3)固定化したタンパク質Aによるタンパク質B断片の捕捉では、(2)で断片化したタンパク質B試料を(1)で支持体に固定化したタンパク質Aに添加し、一定時間インキュベートする。認識部位に相当する配列を持つペプチド断片のみがタンパク質Aによって捕捉され、それ以外の断片は洗浄操作によって除去される。   (3) In capturing the protein B fragment by the immobilized protein A, the protein B sample fragmented in (2) is added to the protein A immobilized on the support in (1) and incubated for a certain period of time. Only peptide fragments having a sequence corresponding to the recognition site are captured by protein A, and the other fragments are removed by a washing operation.

(4)捕捉したタンパク質B断片の溶出では、溶出試薬をタンパク質固定化スポットへと添加し、一定時間インキュベートした後、支持体表面から溶出試薬中へと溶離されたペプチド断片を回収する。   (4) For elution of the captured protein B fragment, an elution reagent is added to the protein-immobilized spot, and after incubation for a certain period of time, the peptide fragment eluted from the support surface into the elution reagent is recovered.

(5)脱塩およびMS/MS測定では、市販の脱塩用デバイス(Millipore社のZip-Tip等)312を用いて溶出試薬中の塩を除去した後、質量分析計313によって測定する。MS解析で得られたペプチドピークはMS/MS解析によりそのアミノ酸配列を解析する。   (5) In desalting and MS / MS measurement, the salt in the elution reagent is removed using a commercially available desalting device (Millipore's Zip-Tip or the like) 312, and then measured by the mass spectrometer 313. The peptide peak obtained by MS analysis is analyzed for its amino acid sequence by MS / MS analysis.

〔実施例2〕
本実施例では、ヒスチジン6つから成るポリペプチド鎖を認識する抗(His)6抗体を支持体に固定化し、(His)6配列を保持した抗原のプロテアーゼ消化物を添加して(His)6配列部位を抗体により捕捉させた後、支持体より溶出してMS/MS測定により配列を決定した実験について記載する。
[Example 2]
In this example, an anti- (His) 6 antibody that recognizes a polypeptide chain consisting of 6 histidines is immobilized on a support, and a protease digest of an antigen retaining the (His) 6 sequence is added to the (His) 6 An experiment in which the sequence site is captured by an antibody and then eluted from the support and sequenced by MS / MS measurement is described.

1.抗体の支持体への固定化
本実施例では、支持体としてProteoChip (TypeA、Proteogen Inc.)を用いた。ProteoChipはカリックスクラウン誘導体の一種であるタンパク質結合試薬‘ProLinker’をスライドグラス(縦26 mm x 横76 mm)上にコーティングしたプロテインチップであり、ProLinkerとの相互作用によってタンパク質を表面に固定化することができる。
1. Immobilization of antibody on support In this example, ProteoChip (Type A, Proteogen Inc.) was used as a support. ProteoChip is a protein chip in which a protein binding reagent 'ProLinker', a kind of calix crown derivative, is coated on a slide glass (length 26 mm x width 76 mm), and the protein is immobilized on the surface by interaction with ProLinker. Can do.

ProteoChip表面には試料や試薬を同じ位置に同じ大きさでスポットするためのスポット用シール(意匠1213441号開示)302を予め貼付した。抗(His)6抗体(MAB050、R&D Systems Inc.)を、30%Glycerolを含んだPBS(pH 7.4)を用いて100 μg/mlに希釈し、マイクロピペッター303を用いて支持体301に対して1.5 μlずつ滴下した。 On the surface of the ProteoChip, a spot seal 302 (disclosed in the design No. 1213441) 302 for spotting a sample or a reagent at the same position at the same size was attached in advance. Anti- (His) 6 antibody (MAB050, R & D Systems Inc.) is diluted to 100 μg / ml using PBS (pH 7.4) containing 30% Glycerol, and is supported against support 301 using micropipette 303. 1.5 μl was added dropwise.

支持体を隅に水滴305をいれた密閉容器306に設置し、37℃で一晩インキュベートして抗(His)6抗体を支持体に固定化した。固定化後、支持体を50 mlの洗浄溶液(0.5% Tween20を含むPBS、 pH 7.8)中に浸漬し、10分間振とうして未結合の抗体を取り除いた。洗浄後、濾紙により余分な水分を取り除いた。 The support was placed in a sealed container 306 with a water drop 305 at the corner and incubated overnight at 37 ° C. to immobilize the anti- (His) 6 antibody on the support. After immobilization, the support was immersed in 50 ml of washing solution (PBS containing 0.5% Tween 20, pH 7.8) and shaken for 10 minutes to remove unbound antibody. After washing, excess water was removed with filter paper.

2.解析対象となる抗原のプロテアーゼによる断片化
(His)6融合組換えモデルタンパク質(東北大学多元物質科学研究所にて発現・精製済の試料を入手)を150 mM NaCl、2.5 mM CaCl2を含んだ50 mM Tris-HCl (pH 8.0)に0.5 mg/mlとなるように希釈し、30 Uのスロンビン(27-0846-01、Amercham Bioscience)を添加して室温で一晩インキュベートした。消化の確認のため、消化物の一部を採取しNi-NTA担体(30210、QIAGEN)を添加した。モデルタンパク質が補因子として保持する色素が担体に結合しなくなることを指標に、(His)6配列の離脱を確認した。
2. Fragmentation of antigen to be analyzed by protease
(His) 6 fusion recombination model protein (obtained from the Tohoku University Institute of Multidisciplinary Research for Multidisciplinary Materials) obtained 50 mM Tris-HCl (pH 8.0) containing 150 mM NaCl and 2.5 mM CaCl 2 After dilution to 0.5 mg / ml, 30 U thrombin (27-0846-01, Amercham Bioscience) was added and incubated overnight at room temperature. To confirm digestion, a part of the digest was collected and Ni-NTA carrier (30210, QIAGEN) was added. With the index that the dye retained by the model protein as a cofactor does not bind to the carrier, the (His) 6 sequence was confirmed to be detached.

3.固定化抗体による抗原断片の捕捉
スロンビン消化済み(His)6融合組換えモデルタンパク質を、マイクロピペッター303を用いて支持体に対して1.5 μlずつ滴下した。支持体を隅に水滴305をいれた密閉容器306に設置し、37℃で一晩インキュベートして、抗(His)6抗体により(His)6配列を保持したペプチドを補足させた。支持体を50 mlの洗浄溶液(0.5% Tween20を含むPBS、 pH 7.8)中に浸漬し、10分間振とうして未結合のペプチドを取り除いた。洗浄後、濾紙により余分な水分を取り除いた。
3. Capture of antigen fragments by immobilized antibody 1.5 μl of thrombin digested (His) 6 fusion recombinant model protein was added dropwise to the support using a micropipetter 303. The support was placed in a sealed container 306 with a water drop 305 in the corner, and incubated overnight at 37 ° C., and the peptide carrying the (His) 6 sequence was supplemented with anti- (His) 6 antibody. The support was immersed in 50 ml of washing solution (PBS containing 0.5% Tween 20, pH 7.8) and shaken for 10 minutes to remove unbound peptide. After washing, excess water was removed with filter paper.

4.捕捉した抗原断片の溶出
溶出試薬310として6M塩酸グアニジンを、マイクロピペッター303を用いて支持体に対して1.5 μlずつ滴下した。支持体を隅に水滴305をいれた密閉容器306に設置し、室温で10分間インキュベートして、抗(His)6抗体に結合したペプチドを解離させた。6M塩酸グアニジンを、マイクロピペッターを用いて回収した。再度1.5 μlの6M塩酸グアニジンを支持体に添加し、同様の回収操作を繰り返した。
4). Elution of the captured antigen fragment 1.5 μl of 6M guanidine hydrochloride as an elution reagent 310 was dropped onto the support using a micropipette 303. The support was placed in a sealed container 306 with a water drop 305 at the corner and incubated at room temperature for 10 minutes to dissociate the peptide bound to the anti- (His) 6 antibody. 6M guanidine hydrochloride was collected using a micropipetter. Again 1.5 μl of 6M guanidine hydrochloride was added to the support and the same recovery procedure was repeated.

5.脱塩およびMS/MS測定
脱塩は市販の脱塩用デバイスZip-Tip C18 (ZTC1 8S0 08、Millipore)312を用いて行った。脱塩済み試料は遠心濃縮を行い、脱塩時に用いた有機溶媒(アセトニトリル)を除去した。脱塩後の試料は液体クロマトグラフ質量分析計NanoFrontier(日立ハイテクノロジーズ)313により測定した。検出されたペプチドイオンはMS/MS測定によりその配列を決定した。
5). Desalting and MS / MS Measurement Desalting was performed using a commercially available desalting device Zip-Tip C 18 (ZTC1 8S0 08, Millipore) 312. The desalted sample was subjected to centrifugal concentration to remove the organic solvent (acetonitrile) used during desalting. The sample after desalting was measured with a liquid chromatograph mass spectrometer NanoFrontier (Hitachi High Technologies) 313. The sequence of the detected peptide ion was determined by MS / MS measurement.

6.実験結果
図4にMS/MS測定を行った質量分析の結果を示す。横軸がm/z比、縦軸がイオン強度である。この結果“GSSHHHHHHSSGLVPR(配列番号1)”というペプチドが同定された。これは塩基配列から予測される(His)6配列を含んだペプチドのアミノ酸配列と完全に一致した。
6). Experimental Results FIG. 4 shows the results of mass spectrometry in which MS / MS measurement was performed. The horizontal axis is the m / z ratio, and the vertical axis is the ionic strength. As a result, a peptide “GSSHHHHHHSSGLVPR (SEQ ID NO: 1)” was identified. This completely matched the amino acid sequence of the peptide containing the (His) 6 sequence predicted from the nucleotide sequence.

本発明は、創薬、治療、診断をはじめとする医療の分野において有用である。特にアレルゲンと体内IgEの結合部位を特定することで、より効果が高く副作用の少ないアレルギー治療薬の開発を可能とする。また診断において患者に固有のアレルゲン(エピトープ部位)を解析することで、個人の体質にあった治療を可能とする。   The present invention is useful in the medical field including drug discovery, treatment and diagnosis. In particular, by identifying the binding site between allergens and IgE in the body, it will be possible to develop allergy treatments that are more effective and have fewer side effects. In addition, by analyzing the allergen (epitope site) unique to the patient in the diagnosis, treatment suitable for the individual constitution is possible.

図1は、タンパク質結合部位同定のための実験フローを示す。FIG. 1 shows the experimental flow for protein binding site identification. 図2は、タンパク質結合部位同定の原理を示す。FIG. 2 shows the principle of protein binding site identification. 図3は、プロテインマイクロアレイを用いた実験操作を示す。FIG. 3 shows an experimental procedure using a protein microarray. 図4は、MS/MS測定の結果を示す(横軸:m/z比、縦軸:イオン強度)。FIG. 4 shows the results of MS / MS measurement (horizontal axis: m / z ratio, vertical axis: ionic strength).

符号の説明Explanation of symbols

201:タンパク質A
202:タンパク質B
203:断片化したタンパク質B
204:タンパク質溶出試薬
301:支持体
302:スポット用シール
303:マイクロピペッター
304:タンパク質A
305:水滴
306:密封容器
307:インキュベーター
308:洗浄容器
309:断片化済みタンパク質B
310:タンパク質溶出試薬
311:溶出済みタンパク質B断片
312:脱塩用デバイス
313:質量分析装置
201: Protein A
202: Protein B
203: Fragmented protein B
204: Protein elution reagent
301: Support
302: Spot seal
303: Micro Pipetter
304: Protein A
305: Water drops
306: Sealed container
307: Incubator
308: Cleaning container
309: Fragmented protein B
310: Protein elution reagent
311: Eluted protein B fragment
312: Desalination device
313: Mass spectrometer

配列番号1:抗(His)6抗体に結合した断片 SEQ ID NO: 1 Fragment bound to anti- (His) 6 antibody

Claims (16)

相互作用するタンパク質間の結合部位を同定する方法であって、第1のタンパク質を支持体に固定化し、第2のタンパク質を断片化して、前記第1のタンパク質に添加し、前記第1のタンパク質に捕捉された前記第2のタンパク質断片を分離し、分離された前記第2のタンパク質断片のアミノ酸配列を質量分析により解析して、前記第2のタンパク質の前記第1のタンパク質への結合部位を同定することを特徴とする方法。   A method for identifying a binding site between interacting proteins, wherein the first protein is immobilized on a support, the second protein is fragmented, added to the first protein, and the first protein The second protein fragment captured by the second protein fragment is separated, the amino acid sequence of the separated second protein fragment is analyzed by mass spectrometry, and the binding site of the second protein to the first protein is determined. A method characterized by identifying. 前記第1のタンパク質が受容体であり、前記第2のタンパク質がそのリガンドであることを特徴とする請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein the first protein is a receptor and the second protein is its ligand. 前記第1のタンパク質が抗体であり、前記第2のタンパク質が抗原であることを特徴とする請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein the first protein is an antibody and the second protein is an antigen. 前記抗原がアレルゲンであることを特徴とする請求項3に記載の方法。   4. The method of claim 3, wherein the antigen is an allergen. 前記第1のタンパク質がリンカーを介して支持体に固定化されることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the first protein is immobilized on a support via a linker. 前記第2のタンパク質の断片化が酵素処理によって行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the fragmentation of the second protein is performed by an enzyme treatment. 前記質量分析がMS/MSを用いて行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the mass spectrometry is performed using MS / MS. 前記第2のタンパク質断片がラベルされていることを特徴とする請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein the second protein fragment is labeled. 前記第2のタンパク質として2種以上のタンパク質を用いることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein two or more proteins are used as the second protein. 相互作用するタンパク質間の結合部位を同定するためのシステムであって、支持体に固定化させた第1のタンパク質を収納する手段と、第2のタンパク質を断片化する手段と、前記第1のタンパク質に前記第2のタンパク質断片を捕捉させて溶出する手段と、溶出された第2のタンパク質断片のアミノ酸配列をMS/MSで解析する手段とを有するシステム。   A system for identifying a binding site between interacting proteins, comprising: a means for storing a first protein immobilized on a support; a means for fragmenting a second protein; A system comprising: means for capturing and eluting the second protein fragment by protein; and means for analyzing the amino acid sequence of the eluted second protein fragment by MS / MS. 前記第1のタンパク質が受容体であり、前記第2のタンパク質がそのリガンドであることを特徴とする請求項10に記載のシステム。   11. The system of claim 10, wherein the first protein is a receptor and the second protein is its ligand. 前記第1のタンパク質が抗体であり、前記第2のタンパク質が抗原であることを特徴とする請求項10に記載のシステム。   11. The system according to claim 10, wherein the first protein is an antibody and the second protein is an antigen. 前記抗原がアレルゲンであることを特徴とする請求項12に記載のシステム。   The system of claim 12, wherein the antigen is an allergen. さらに、前記第2のタンパク質断片をラベルする手段を有することを特徴とする請求項10に記載のシステム。   The system according to claim 10, further comprising means for labeling the second protein fragment. 請求項1に記載の方法を利用したアレルギー検査。   An allergy test using the method according to claim 1. 請求項1に記載の方法を利用した薬剤スクリーニング。   Drug screening using the method according to claim 1.
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