JP2009052908A - Detection method of caspase activity on substrate by surface plasmon resonance - Google Patents

Detection method of caspase activity on substrate by surface plasmon resonance Download PDF

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Yoshiki Katayama
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健 森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inclusive analyzing technique related to caspase activity. <P>SOLUTION: An array on which a plurality of peptides are immobilized is used to analyze caspase activity by surface plasmon resonance. Especially biotinized peptide, preferably peptide, in which a hydrophilic linker is inserted, is used and the bonding signal of streptoavidin is reduced to detect caspase activity. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面プラズモン共鳴(SPR)を用いることによる、チップ上におけるカスパーゼ活性の検出方法に関する。より詳細には、ペプチドが固定化されてなるチップ上で、カスパーゼを含有するもしくは含有すると考えられる溶液(サンプル)を作用させることによりカスパーゼ活性を検出する方法に関する。   The present invention relates to a method for detecting caspase activity on a chip by using surface plasmon resonance (SPR). More specifically, the present invention relates to a method for detecting caspase activity by allowing a solution (sample) containing or thought to contain caspase to act on a chip on which a peptide is immobilized.

カスパーゼはアポトーシスのシグナル伝達の基幹となる酵素であり、重要なプロテアーゼ系酵素の一つである。アポトーシスはKerrらにより提唱された概念であり、個体の生命を維持するために遺伝子により制御された細胞死を意味するものである。これは、個体発生における形態形成や神経系ネットワークの確立だけでなく、成熟個体における細胞交替や内分泌系による恒常性の維持及び免疫系の成立などに重要な役割を果たしている。また、癌、自己免疫疾患、エイズなどのウイルス感染症、アルツハイマー病などの神経変性疾患などの発症に密接に関わっている。アポトーシスの実行過程においては、カスパーゼによる特定蛋白質(PARP、ICAD、Acinus等)の限定分解が中心的な役割を果たしている(Biochem.J.第326巻、第1〜16頁(1997年))。カスパーゼには、既に多種類のものが報告されており、それらの活性化に関するメカニズムも解明されつつある。これらカスパーゼの活性を網羅的に解析する技術を確立することは、薬剤の開発や診断等の分野において重要な意味を有する。   Caspase is an enzyme that forms the basis of apoptotic signal transduction, and is one of important protease enzymes. Apoptosis is a concept proposed by Kerr et al. And means cell death controlled by a gene in order to maintain the life of an individual. This plays an important role not only in morphogenesis in ontogenesis and establishment of a neural network, but also in maintenance of homeostasis and establishment of immune system by cell replacement and endocrine system in mature individuals. It is also closely related to the onset of cancer, autoimmune diseases, viral infections such as AIDS, and neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease. In the execution process of apoptosis, limited degradation of specific proteins (PARP, ICAD, Acinus, etc.) by caspase plays a central role (Biochem. J. 326, 1-16 (1997)). Many types of caspases have already been reported, and the mechanisms for their activation are being elucidated. Establishing a technique for comprehensively analyzing the activity of these caspases has important implications in fields such as drug development and diagnosis.

カスパーゼをはじめとする、プロテアーゼ活性の測定は、基質である蛋白質やペプチドの分解を紫外線吸収による定量や、蛍光物質、放射性物質等により標識された基質を用いて遊離される標識物質の量を定量するなどの方法により通常は行われている。しかしながら、こうした手法はプロテオミクス研究などの分野において、近年求められてきているハイスループット化には到底対応できるものではない。   Measurement of protease activity, including caspases, quantifies the degradation of substrate proteins and peptides by ultraviolet absorption, and the amount of labeling substances released using substrates labeled with fluorescent substances, radioactive substances, etc. It is usually done by the method of doing. However, such a method cannot cope with the high throughput demanded in recent years in fields such as proteomics research.

ハイスループット化に対応しうる可能性のあるカスパーゼのアッセイ系として、蛍光アレイを用いた方法が報告されている(非特許文献1−3)。この方法は高感度な検出が可能ではあるが、再現性、データの安定性に関して課題があり、定量的なアッセイには問題がある。   A method using a fluorescent array has been reported as a caspase assay system that may be compatible with high throughput (Non-Patent Documents 1-3). Although this method enables highly sensitive detection, there are problems with reproducibility and data stability, and there are problems with quantitative assays.

また、最近では、例えば特許文献1のように、表面プラズモン共鳴(SPR)を用いた手法として、インタクトな基質の質量対切断された基質の質量を検出する方法が開示されている。しかしながら、この方法は別な反応容器内で予め酵素反応させてから、基質をチップ上に固定化してSPR測定に供する方法であり、必ずしもハイスループット化に十分に対応しうるような方法とはいえない。また、特許文献2においては、ビオチン化された基質ペプチドにストレプトアビジン(SA)を結合させた後、カスパーゼを作用させて、加水分解によるSPRシグナルの低下をモニターすることによる方法が開示されている。この方法は、SAを結合させることによる立体的な影響によるカスパーゼの固定化ペプチドへのアクセスが妨げられやすいため、データの安定性や再現性に問題がある。
特許第2968048号 特開2004−357642号 J.Am.Chem.Soc.124,14868,2002 Bioorg.&Med.Chem.Lett.9,1667,1999 Combinatrial Chemistry & High Throughput Screening 9,21,2006
Recently, as disclosed in, for example, Patent Document 1, as a method using surface plasmon resonance (SPR), a method of detecting the mass of an intact substrate versus the mass of a cleaved substrate has been disclosed. However, this method is a method in which an enzyme reaction is carried out in a separate reaction vessel in advance, and then the substrate is immobilized on a chip and used for SPR measurement, although it is not necessarily a method that can sufficiently cope with high throughput. Absent. Further, Patent Document 2 discloses a method in which streptavidin (SA) is bound to a biotinylated substrate peptide and then a caspase is allowed to act to monitor a decrease in SPR signal due to hydrolysis. . This method has a problem in stability and reproducibility of data because access to the immobilized peptide of caspase due to steric influence by binding SA is likely to be hindered.
Japanese Patent No. 2968048 JP 2004-357642 A J. et al. Am. Chem. Soc. 124, 14868, 2002 Bioorg. & Med. Chem. Lett. 9, 1667, 1999 Combinatorial Chemistry & High Throughput Screening 9, 21, 2006

本発明の課題は、簡便で安全な方法による、創薬スクリーニングのためのハイスループット対応も可能であるOn−chipでのカスパーゼ活性の網羅的な解析のための評価系を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an evaluation system for comprehensive analysis of caspase activity in an on-chip, which is capable of high throughput for drug discovery screening by a simple and safe method.

本発明者らは、上記事情に鑑み鋭意検討を重ねた結果、金属をコーティングした基板上にカスパーゼを認識するペプチドが固定化されてなるアレイを用いること、さらに該アレイ上における物質間の相互作用をSPRにより検出することが、様々なカスパーゼに関する動態の迅速な解析を行う上で極めて有用であることを見出し、本発明に到達した。   As a result of intensive studies in view of the above circumstances, the present inventors have used an array in which a peptide recognizing caspase is immobilized on a metal-coated substrate, and further interaction between substances on the array. Has been found to be extremely useful for rapid analysis of the kinetics of various caspases.

すなわち、本発明は以下のような構成からなる。
(1)配列番号1〜5よりなる群から選ばれるアミノ酸配列とビオチン残基を含有する2種以上のペプチドが金表面上に固定化されていることを特徴とする、基板上における該ペプチドのカスパーゼによる切断を表面プラズモン共鳴により検出するためのペプチドアレイ。
(2)サンプル中のカスパーゼ活性を、表面プラズモン共鳴イメージングによる前記ペプチドの切断の検出に基づき検出するための(1)に記載のペプチドアレイ。
(3)配列番号1〜5よりなる群から選ばれるアミノ酸配列を含有するペプチドの自由側末端をビオチン修飾してなることを特徴とする(1)又は(2)に記載のペプチドアレイ
(4)配列番号1〜5よりなる群から選ばれるアミノ酸配列を含有するペプチドのアレイ側末端にシステイン残基を有していることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載のペプチドアレイ。
(5)配列番号1〜5よりなる群から選ばれるアミノ酸配列と末端のシステイン残基との間にスペーサーが挿入されてなることを特徴とする(4)に記載のペプチドアレイ。
(6)スペーサーがポリエチレングリコール(PEG)であることを特徴とする(5)に記載のペプチドアレイ。
(7)スペーサーが式(I)もしくは(II)に示される化学構造を含有することを特徴とする(5)に記載のペプチドアレイ。
That is, the present invention has the following configuration.
(1) An amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 5 and two or more peptides containing a biotin residue are immobilized on a gold surface. A peptide array for detecting caspase cleavage by surface plasmon resonance.
(2) The peptide array according to (1) for detecting caspase activity in a sample based on detection of cleavage of the peptide by surface plasmon resonance imaging.
(3) The peptide array according to (1) or (2), wherein the free end of a peptide containing an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 5 is modified with biotin The peptide array according to any one of (1) to (3), which has a cysteine residue at the end of the array side of the peptide containing an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 5 .
(5) The peptide array according to (4), wherein a spacer is inserted between an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 5 and a terminal cysteine residue.
(6) The peptide array according to (5), wherein the spacer is polyethylene glycol (PEG).
(7) The peptide array according to (5), wherein the spacer contains a chemical structure represented by formula (I) or (II).

Figure 2009052908
Figure 2009052908

(式中、nは1〜10、好ましくは2〜3である。mは1〜3を示す。)
(8)配列番号1〜5よりなる群から選ばれるアミノ酸配列を含有するペプチドが、スクシンイミド(NHS)基もしくは硫酸スクシンイミド基とマレイミド(MAL)基を有するヘテロ二官能型架橋剤を用いて、金表面に固定化されていることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載のペプチドアレイ。
(9)(1)〜(8)のいずれかに記載のペプチドアレイを用いて、基板上でカスパーゼ反応を行った後、アビジンもしくはストレプトアビジンを作用させることにより得られる表面プラズモン共鳴のシグナルによりカスパーゼ活性を検出する方法。
(10)基板上でカスパーゼ反応を行う前に、ブロッキングを行うことを特徴とする(9)に記載のカスパーゼ活性を検出する方法。
(In the formula, n is 1 to 10, preferably 2 to 3. m represents 1 to 3.)
(8) A peptide containing an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 5 is used, using a heterobifunctional cross-linking agent having a succinimide (NHS) group or a succinimide sulfate group and a maleimide (MAL) group, The peptide array according to any one of (1) to (7), which is immobilized on a surface.
(9) After performing a caspase reaction on a substrate using the peptide array according to any one of (1) to (8), a caspase is generated by a signal of surface plasmon resonance obtained by acting avidin or streptavidin. A method for detecting activity.
(10) The method for detecting caspase activity according to (9), wherein blocking is performed before performing the caspase reaction on the substrate.

本発明におけるアレイを用いた特にSPRによる相互作用解析により、On−chipでのカスパーゼの活性検出のための測定系を得ることができる。アレイでの解析を行うことにより、ハイスループット化への対応も可能である点も有用である。また、細胞ライゼートを用いたSPR測定においても、非常に有用なものである。特に、癌などの疾患の診断やカスパーゼ阻害剤などの新規な創薬スクリーニングのための評価系として非常に有用なものとして期待される。   A measurement system for detecting caspase activity in an on-chip can be obtained by the interaction analysis using the array of the present invention, particularly by SPR. It is also useful to be able to cope with high throughput by performing analysis with an array. It is also very useful for SPR measurement using cell lysate. In particular, it is expected to be very useful as an evaluation system for diagnosis of diseases such as cancer and novel drug discovery screening such as caspase inhibitors.

本発明は、SPRによる相互作用解析により、On−chipでのカスパーゼによるペプチドの加水分解パターンの網羅的な検出を行うことを特徴とする。SPRを用いることにより、ラベルフリーに解析できる長所があり、一般的なチップ、アレイにおいては、放射線同位体等によるラベル手段による検出が必要なことに比べて、簡便性のみならず安全性の点でも優位である。この場合、最終的に物質が結合したかどうかだけを検出することができ、相互作用に関係のない物質が非特異的に吸着しても、誤って検出されることはない。従って、相互作用する対象物質がネガティブコントロールに対して非特異的に吸着してなければ、正確に測定できているものと判断することができる。   The present invention is characterized in that exhaustive detection of peptide hydrolysis patterns by caspases in On-chip is performed by interaction analysis using SPR. The use of SPR has the advantage of being able to perform label-free analysis. Compared to the need for detection by means of labeling with a radioisotope, etc., in general chips and arrays, it is not only simple but also safe. But it is an advantage. In this case, it is possible to detect only whether or not the substance is finally bound, and even if a substance not related to the interaction is adsorbed non-specifically, it is not erroneously detected. Therefore, if the interacting target substance is not non-specifically adsorbed to the negative control, it can be determined that the measurement is accurate.

本発明において用いられる基板の素材は、特に限定されるものではないが、金、銀などの金属が好適に用いられる。なかでも、酸・アルカリ・有機溶媒などに非常に安定な金が好ましい。実際、金は上記光学的検出方法で多用される物質である。また、金を支持する物質は透明である方が好ましく、透明なガラスであるとより好ましい。透明なガラスは容易に入手できるだけでなく、SPR測定に極めて適しているからである。   The material of the substrate used in the present invention is not particularly limited, but metals such as gold and silver are preferably used. Of these, gold which is very stable against acids, alkalis, organic solvents and the like is preferable. In fact, gold is a material frequently used in the above optical detection method. Further, the material supporting gold is preferably transparent, and more preferably transparent glass. This is because transparent glass is not only easily available, but also very suitable for SPR measurement.

金属基板を形成する方法としては、金属薄層をコーティングする方法が好ましい。金属をコーティングする方法は特に限定されるものではないが、一般的に蒸着法、スパッタリング法、イオンコーティング法などが選択される。光学的な検出方法に供するために、金属薄層の厚みをナノレベルでコントロールする必要がある。金属薄層の厚みも特に限定されるものではないが、一般的には30nmから80nmの範囲で選択される。金属薄層の剥離を抑制するため、0.5nmから10nmのクロム層やチタン層を予め基板にコーティングしておいてもよい。   As a method of forming the metal substrate, a method of coating a thin metal layer is preferable. A method for coating the metal is not particularly limited, but generally, a vapor deposition method, a sputtering method, an ion coating method, or the like is selected. In order to provide an optical detection method, it is necessary to control the thickness of the thin metal layer at the nano level. The thickness of the thin metal layer is not particularly limited, but is generally selected in the range of 30 nm to 80 nm. In order to suppress peeling of the thin metal layer, a chromium layer or a titanium layer of 0.5 nm to 10 nm may be coated on the substrate in advance.

このSPRをアレイ解析技術に応用したSPRイメージング法は、広範囲に偏光光束を照射し、その反射像を解析することで、物質間の相互作用の様子を、画像処理技術等を駆使することによりモニター化する方法であり、複数の物質を固定化したチップをスクリーニングすることや、表面に吸着する物体のモルホロジーを高感度に観察することが可能である。SPRイメージング法においては、反射像を解析するためにチップに広範囲で偏光光束を照射し、かつ光束の照度を十分に確保するための手段が必要である。図1においてその一例を示した。偏光光束の照度は明るいほどセンサーの感度が上昇してより好ましい。   The SPR imaging method, which applies this SPR to array analysis technology, monitors the state of interaction between substances by irradiating a polarized light beam over a wide range and analyzing the reflected image by making full use of image processing technology, etc. It is possible to screen a chip on which a plurality of substances are immobilized, and to observe the morphology of an object adsorbed on the surface with high sensitivity. In the SPR imaging method, a means for irradiating the chip with a polarized light beam in a wide range and analyzing the reflected image and sufficiently securing the illuminance of the light beam is necessary. An example is shown in FIG. The brighter the illuminance of the polarized light flux, the more preferable is the sensitivity of the sensor.

光源の種類は特に限定されるものではないが、SPR共鳴角の変化が特に敏感になる近赤外光を含む光を用いるのが好ましい。具体的には、メタルハライドランプ、水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、蛍光灯、白熱灯などの広範囲に光を照射することのできる白色光源を用いることができるが、なかでも得られる光の強度が十分に高く、光の電源装置が簡易で安価なハロゲンランプが特に好ましい。   The type of the light source is not particularly limited, but it is preferable to use light including near infrared light that makes the change in the SPR resonance angle particularly sensitive. Specifically, a white light source capable of irradiating light over a wide range such as a metal halide lamp, a mercury lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, a fluorescent lamp, and an incandescent lamp can be used. A halogen lamp that is sufficiently high, has a simple light power supply and is inexpensive is particularly preferable.

通常の白色光源はフィラメント部に光の明暗ムラが生じる欠点がある。光源の光をそのまま照射すると、反射して得られる像に明暗ムラが生じ、スクリーニングやモルホロジー変化を評価するのが困難となる。したがって、チップに均一に光を照射する手段として、光をピンホールに通してから平行光にする方法が好ましい。ピンホールを通す手段は、明るさの均一な光束を得る手段としては好ましいが、そのままピンホールに光を通すと照度が低下する欠点がある。そこで、十分な照度を確保する手段として、ピンホールと光源の間に凸レンズを設置し、集光してピンホールを通す方法を用いることが好ましい。   A normal white light source has a defect that light and dark unevenness occurs in the filament portion. If the light from the light source is irradiated as it is, light and dark unevenness occurs in the image obtained by reflection, and it becomes difficult to evaluate screening and morphological changes. Therefore, as a means for uniformly irradiating the chip with light, a method of making the light into parallel light after passing through the pinhole is preferable. The means for passing a pinhole is preferable as a means for obtaining a light beam having a uniform brightness, but there is a drawback that the illuminance decreases when light is passed through the pinhole as it is. Therefore, as a means for ensuring sufficient illuminance, it is preferable to use a method in which a convex lens is installed between the pinhole and the light source, and condensed to pass through the pinhole.

白色光源は放射光であるため、集光する前に凸レンズを用いて平行光にする必要がある。凸レンズの焦点距離近傍に光源を設置することで、平行光を得ることができる。もう一枚凸レンズを設置し、そのレンズの焦点距離近傍にピンホールを設置することで集光した光をピンホールに通すことが可能である。ピンホール内で交差し、通過した光はカメラ用のCCTVレンズで平行光とするが、その際に得られる平行光束の断面面積は10〜1000mmに調節するのが好ましい。この方法によって広範囲にわたるスクリーニングやモルホロジー観察が可能となる。 Since the white light source is radiated light, it needs to be converted into parallel light using a convex lens before condensing. Parallel light can be obtained by installing a light source near the focal length of the convex lens. By installing another convex lens and installing a pinhole in the vicinity of the focal length of the lens, it is possible to pass the condensed light through the pinhole. The light that intersects and passes through the pinhole is converted into parallel light by the CCTV lens for the camera. The cross-sectional area of the parallel light beam obtained at this time is preferably adjusted to 10 to 1000 mm 2 . This method enables a wide range of screening and morphological observation.

相互作用をモニターする際に、上記偏光光束は物質あるいは物質の集合体が固定化されている金属薄膜の反対面に照射される。上記偏光光束は物質もしくは物質の集合体が固定化されている金属薄膜の反対面に照射され、その反射光束が得られる。金属薄膜からの反射光束は近赤外波長の光干渉フィルターを通し、ある波長付近の光のみを透過させてからCCDカメラにより撮影される。   When the interaction is monitored, the polarized light beam is applied to the opposite surface of the metal thin film on which the substance or the substance aggregate is fixed. The polarized light beam is applied to the opposite surface of the metal thin film on which the substance or substance aggregate is fixed, and the reflected light beam is obtained. The reflected light beam from the metal thin film passes through a near-infrared wavelength optical interference filter and transmits only light in the vicinity of a certain wavelength before being photographed by a CCD camera.

光干渉フィルターの中心波長は、SPRの感度が高い600〜1000nmが好ましい。光干渉フィルターの透過率が極大時の半分になる波長の波長幅を半値巾と呼ぶが、半値巾は小さい方が波長の分布がシャープとなり好ましく、具体的には半値巾100nm以下が好ましい。光干渉フィルターを通してCCDカメラで撮影された像はコンピュータに取り込まれ、ある部分の明るさの変化をリアルタイムで評価することや、画像処理により全体像の評価が可能である。こうして複数の物質を固定化したチップをスクリーニングすることや、表面に吸着する物体のモルホロジーを高感度に観察することができる。   The center wavelength of the optical interference filter is preferably 600 to 1000 nm with high SPR sensitivity. The wavelength width of the wavelength at which the transmittance of the optical interference filter is half that at the maximum is called a half-value width, but the smaller the half-value width, the sharper the wavelength distribution is, and more specifically, the half-value width is preferably 100 nm or less. An image photographed by the CCD camera through the optical interference filter is taken into a computer, and a change in the brightness of a certain part can be evaluated in real time, and the whole image can be evaluated by image processing. Thus, it is possible to screen a chip on which a plurality of substances are immobilized, and to observe the morphology of an object adsorbed on the surface with high sensitivity.

本発明において用いるSPR用のチップは好ましくは透明な基板上に金属薄膜が形成された金属基板からなり、上記金属薄膜上に直接的もしくは間接的に、化学的もしくは物理的に、物質もしくは物質の集合体が固定化されているスライドが用いられる。基板の素材は特に限定されるものではないが、透明なものを用いるのが好ましい。具体的にはガラス、あるいはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、アクリルなどのプラスチック類が挙げられる。中でもガラスが特に好ましい。   The chip for SPR used in the present invention preferably comprises a metal substrate in which a metal thin film is formed on a transparent substrate, and directly or indirectly, chemically or physically on the metal thin film, a substance or a substance. A slide on which the assembly is fixed is used. The material of the substrate is not particularly limited, but it is preferable to use a transparent material. Specific examples include glass or plastics such as polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, and acrylic. Of these, glass is particularly preferable.

基板の厚さは0.1〜20mm程度が好ましく1〜2mm程度がより好ましい。金属薄膜からの反射像を評価する目的を達成するために、SPR共鳴角はできるだけ小さい方が撮影される画像がひしゃげる恐れがなく解析がしやすい。したがって、透明基板あるいは透明基板とそれに接触するプリズムの屈折率nは1.5以上であることが好ましく、1.6以上が更に好ましい。 The thickness of the substrate is preferably about 0.1 to 20 mm, and more preferably about 1 to 2 mm. In order to achieve the object of evaluating the reflection image from the metal thin film, the SPR resonance angle is as small as possible, and there is no fear that the image to be photographed will be fuzzy, and the analysis is easy. Therefore, the refractive index n D of the transparent substrate or the transparent substrate and the prism in contact with the transparent substrate is preferably 1.5 or more, and more preferably 1.6 or more.

本明細書において、「ペプチドが金表面上に固定化されている」とは、カスパーゼの基質となるペプチドが金表面上に直接固定化されていてもよく、適当なスペーサー、ポリエチレングリコールなどの水溶性の連結基、或いは金表面に結合するためのSH基を含有する物質(システイン、末端チオール基を有する化合物など)、NHS基とマレイミド基を含むヘテロ二官能性架橋剤などの1種または2種以上を介して或いはそれらを用いて、金表面上に固定化されていてもよい。また、該ペプチドはさらにビオチン残基を結合していてもよく、ビオチン残基とカスパーゼの基質となるペプチドの間にはペプチド等の二価連結基を介在させることができる。   In the present specification, “the peptide is immobilized on the gold surface” means that the peptide serving as a caspase substrate may be directly immobilized on the gold surface, and an appropriate spacer, a water solution such as polyethylene glycol, etc. 1 or 2 such as a hetero-functional cross-linking agent containing an NHS group and a maleimide group, a substance containing an SH group for binding to a gold surface or a SH group for bonding to a gold surface (cysteine, a compound having a terminal thiol group, etc.) It may be immobilized on the gold surface via seeds or more. Further, the peptide may further have a biotin residue bonded thereto, and a bivalent linking group such as a peptide can be interposed between the biotin residue and the peptide serving as a caspase substrate.

本発明においては、ペプチド基質が上述したような基板上に固定化されたアレイを用いる。ペプチドは、種々のカスパーゼの基質として機能しうるようなアミノ酸配列を含有するものとして、配列番号1〜5のアミノ酸配列を含有するペプチドを少なくとも2種以上、好ましくは3種以上を用いる。これらのペプチドは、種々のカスパーゼによる応答性が確認されているものであり、これら5種の中からいくつかを適宜選択して、組み合わせてアレイ解析に用いることにより、網羅的なカスパーゼ活性の解析を行うことができるものである。アレイ解析における検出手段として、定量的な再現性の観点から、例えば蛍光アレイ解析などの方法と比べて、SPRによる検出法は特に有利である。
5種のカスパーゼ各々の応答性を以下の表1に示す。
In the present invention, an array in which a peptide substrate is immobilized on a substrate as described above is used. As the peptide containing an amino acid sequence capable of functioning as a substrate for various caspases, at least two, preferably three or more peptides containing the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 1 to 5 are used. These peptides have been confirmed to be responsive to various caspases. By selecting some of these five types and combining them for array analysis, comprehensive analysis of caspase activity is possible. Is something that can be done. As a detection means in array analysis, the detection method by SPR is particularly advantageous from the viewpoint of quantitative reproducibility, for example, compared to a method such as fluorescence array analysis.
The responsiveness of each of the five types of caspases is shown in Table 1 below.

Figure 2009052908
Figure 2009052908

更には、測定に関する信頼性を確認するために、ネガティブコントロールとなるペプチドも同じ基板上に固定化されているのが好ましい。ネガティブコントロールとなるペプチドを用いる場合は、上記配列番号1〜5において1もしくは数個のアミノ酸配列が異なるアミノ酸に置換されているものを用いることが好ましい。好ましくは、アミノ酸配列全体の電荷量が大きく変動しないようなアミノ酸に置換することが好ましい。またアミノ酸置換を加える部位としては、カスパーゼによる切断部位に加えることが好ましい。合成のしやすさ、取り扱いやすさ、保存安定性などの点では、比較的低分子量のペプチドを用いる方が好ましい。ここでペプチドとは一般的に用いられる意味のものを指し、アミノ酸が2個以上ペプチド結合により連結されたものである。そのアミノ酸残基の数は特に限定されないが、4〜20残基程度のものが好ましく、4〜10残基程度がより好ましい。   Furthermore, in order to confirm the reliability regarding the measurement, it is preferable that the peptide serving as a negative control is also immobilized on the same substrate. When using a peptide serving as a negative control, it is preferable to use one in which one or several amino acid sequences in SEQ ID NOs: 1 to 5 are replaced with different amino acids. Preferably, the amino acid sequence is preferably substituted with an amino acid that does not greatly change the amount of charge. Moreover, as a site | part which adds an amino acid substitution, adding to the cleavage site | part by a caspase is preferable. In terms of ease of synthesis, ease of handling, storage stability, etc., it is preferable to use a peptide having a relatively low molecular weight. Here, the peptide refers to a commonly used meaning, in which two or more amino acids are linked by peptide bonds. The number of amino acid residues is not particularly limited, but is preferably about 4 to 20 residues, more preferably about 4 to 10 residues.

本発明において用いられるペプチドは、その一方の末端にビオチンが修飾されていることが好ましい。ビオチン化されたペプチドを固定化した場合、カスパーゼによる切断反応が進むと、アビジン、ストレプトアビジン(SA)などによる結合量が減少することから、SPR測定を行った場合に、シグナルが低下する様子を確認することにより、カスパーゼ活性を検出することが可能である。更に、抗SA抗体を作用させることが、カスパーゼ活性の有無によるSAの結合性の相違が、よりクリアになる点で好ましい。この方法によると、固定化される分子へのカスパーゼのアクセスが容易である点でも好ましい。   The peptide used in the present invention is preferably modified with biotin at one end. When the biotinylated peptide is immobilized, the amount of binding by avidin, streptavidin (SA), etc. decreases as the caspase cleavage reaction proceeds, so the signal decreases when SPR measurement is performed. By confirming, it is possible to detect caspase activity. Furthermore, it is preferable to cause an anti-SA antibody to act in that the difference in the binding property of SA depending on the presence or absence of caspase activity becomes clearer. This method is also preferable in that the caspase can be easily accessed to the molecule to be immobilized.

本発明のペプチドアレイにおけるペプチドの固定化方法は特に限定されるものではなく、ペプチド配列におけるアミノ基やチオール基のような官能基を介した方法、Hisタグ、GSTタグ、MBPタグなどのアフィニティ結合を利用する方法などが挙げられる。この中では、特にチオール基を介してペプチドを固定化する方法が、特異性、感度の両面から特に好ましい。   The method for immobilizing peptides in the peptide array of the present invention is not particularly limited, and is a method involving a functional group such as an amino group or a thiol group in a peptide sequence, or an affinity bond such as a His tag, GST tag, or MBP tag. The method of using is mentioned. Among these, the method of immobilizing a peptide via a thiol group is particularly preferable from the viewpoints of specificity and sensitivity.

固定化されるペプチドのアミノ酸配列において少なくとも1箇所以上のシステイン残基が存在することが好ましい。システイン残基は固定化されるペプチドが本来の機能を奏するために必要なアミノ酸配列として必須な残基として存在している場合であっても、あるいはペプチドが本来の機能を奏するために必要なアミノ酸配列に対してさらに付加された場合であってもよい。固定化されるペプチドにおけるシステイン残基の存在位置は、一方の末端のみに付加されてなることが好ましい。一方の末端にシステイン残基を付加させる場合、システイン残基のみを付加してもよいが、固定化されたペプチドの自由度を上げることにより作用させる物質との相互作用の効率を高めるためにスペーサーとして1乃至数残基のアミノ酸配列をさらに付加させてもよい。スペーサー部分のアミノ酸配列は特に限定されないが、なかでもグリシン残基及び/又はアラニン残基もしくはセリン残基が1乃至数個の配列を付加させることが特に好ましい。   It is preferable that at least one cysteine residue is present in the amino acid sequence of the peptide to be immobilized. The cysteine residue is an amino acid necessary for the peptide to be immobilized to have its original function, even if it exists as an essential residue as an amino acid sequence necessary for the peptide to function. It may be a case where it is further added to the sequence. The position of the cysteine residue in the peptide to be immobilized is preferably added to only one end. When a cysteine residue is added to one end, only a cysteine residue may be added, but a spacer is used in order to increase the efficiency of interaction with a substance that acts by increasing the degree of freedom of the immobilized peptide. As an amino acid sequence of 1 to several residues may be further added. The amino acid sequence of the spacer portion is not particularly limited, but it is particularly preferable to add a sequence having 1 to several glycine residues and / or alanine residues or serine residues.

本発明においては、上記基板に固定化される部位と基質配列部位との間にスペーサーとして親水性化合物が挿入されていることがより好ましい。親水性化合物の分子量は特に限定されないが、100〜2000が好ましく、400〜1000がより好ましい。また、上記親水性化合物とともに、アミノ酸残基数が2〜10個、より好ましくは2〜6個からなるスペーサー配列を更に付加させてもよい。スペーサー配列を構成するアミノ酸残基の種類は特に限定されるものではないが、高次構造の形成を起こしにくいアミノ酸を含むことが好ましい。具体的には、少なくとも1つはグリシン残基を含むことが好ましい。より好ましくは、1残基のグリシン(G)、2残基のグリシン(GG)、グリシンとアラニン(GAもしくはAG)、あるいはグリシンとセリン(GSもしくはSG)残基の繰り返しを1回以上、更に好ましくは2回以上含んでなる。   In the present invention, it is more preferable that a hydrophilic compound is inserted as a spacer between the site immobilized on the substrate and the substrate sequence site. Although the molecular weight of a hydrophilic compound is not specifically limited, 100-2000 are preferable and 400-1000 are more preferable. In addition to the hydrophilic compound, a spacer sequence having 2 to 10 amino acid residues, more preferably 2 to 6 amino acid residues may be further added. The type of amino acid residue constituting the spacer sequence is not particularly limited, but it is preferable to include an amino acid that is unlikely to form a higher order structure. Specifically, at least one preferably contains a glycine residue. More preferably, one residue of glycine (G), two residues of glycine (GG), glycine and alanine (GA or AG), or glycine and serine (GS or SG) residues are repeated one or more times. Preferably it comprises two or more times.

ここで、親水性化合物とは水に可溶もしくは水に膨潤する性質をもつ、繰り返し単位をもつ化合物のことをいうものであり、合成物であっても天然物であってもよい。具体的に例示すると、親水性高分子としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリル酸塩、ポリ(メタ)アクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、カルボン酸もしくはその塩やスルホン酸もしくはその塩を含有するモノマーまたはポリエチレングリコール等の親水性部分を共重合させたポリエステルやポリウレタン、カルボキシメチルセルロース、さらにはキトサン、カラギーナン、グルコマンナンなどの多糖類が挙げられる。なかでも、ポリエチレングリコール(PEG)が特に好ましい。   Here, the hydrophilic compound means a compound having a repeating unit having a property soluble in water or swelled in water, and may be a synthetic product or a natural product. Specifically, as the hydrophilic polymer, for example, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, poly (meth) acrylic acid, poly (meth) acrylate, poly (meth) acrylamide, polyethyleneimine, polyvinylpyrrolidone, carboxylic acid Or the salt, the sulfonic acid, the monomer containing the salt, or polyester, polyurethane, carboxymethylcellulose which copolymerized hydrophilic parts, such as polyethyleneglycol, and polysaccharides, such as chitosan, carrageenan, and glucomannan, are mentioned. Of these, polyethylene glycol (PEG) is particularly preferable.

あるいは、下記の式(I)もしくは式(II)に示されるような化学構造を含有する化合物が挿入されていてもよい。この場合、式(I)もしくは式(II)に限定されるものではなく、これらの化学式を基本骨格として、より鎖長の長いものを用いてもよい。例えば、12−amino−3,6,9−trioxaundecanoic acidや8−amino−3,6−dioxaoctanoic acidの誘導体を用いることが可能である。   Alternatively, a compound containing a chemical structure as shown in the following formula (I) or formula (II) may be inserted. In this case, it is not limited to the formula (I) or the formula (II), and those having a longer chain length with these chemical formulas as the basic skeleton may be used. For example, derivatives of 12-amino-3,6,9-trioxaundecanoic acid and 8-amino-3,6-dioxanooctanoic acid can be used.

Figure 2009052908
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(式中、nは1〜10、好ましくは2〜3である。mは1〜3を示す。)
こうしたスペーサーを付加させることにより、固定化された基質ペプチドの自由度を向上させることができ、その結果としてカスパーゼの固定化ペプチドへのアクセスが容易になることより、受けるカスパーゼによる作用の効率をより高めることが可能となる。スペーサーの挿入される位置に関しては特に制限されるものではないが、固定化部位に近接している方がより好ましい。親水性化合物の挿入されたペプチドの合成方法も特に限定されるものではなく、例えば市販されているペプチド合成用の保護基で修飾されている化合物を用いることにより容易に得ることが可能である。保護基の種類も特に限定されるものではなく、Fmoc基、tBoc基などの一般的なものが用いられる。
(In the formula, n is 1 to 10, preferably 2 to 3. m represents 1 to 3.)
By adding such a spacer, the degree of freedom of the immobilized substrate peptide can be improved, and as a result, the access to the immobilized peptide of caspase becomes easier, so that the efficiency of the effect of the caspase to be received is further increased. It becomes possible to raise. The position where the spacer is inserted is not particularly limited, but is preferably closer to the immobilization site. The method for synthesizing the peptide into which the hydrophilic compound is inserted is not particularly limited, and can be easily obtained by using, for example, a commercially available compound modified with a protecting group for peptide synthesis. The kind of the protecting group is not particularly limited, and general groups such as an Fmoc group and a tBoc group are used.

本発明において、チオール基を介してペプチドを固定化する場合、予めアミノ基を表面に導入した後、スクシンイミド(NHS)基もしくは硫酸スクシンイミド基とマレイミド(MAL)基を有するヘテロ二官能型架橋剤を用いることが特に好ましい。このようなヘテロ二官能型架橋剤としては、低分子なものを用いてもよいし、PEGのような親水性高分子の両端がNHS基とMAL基で修飾されたものを用いることも可能である。いずれを用いても問題ないが、PEG誘導体は好適に用いられる。この場合の分子量としては、500〜5,000の間のものが好ましく、800〜2,000の間のものがより好ましい。   In the present invention, when a peptide is immobilized via a thiol group, a heterobifunctional cross-linking agent having a succinimide (NHS) group or a sulfated succinimide group and a maleimide (MAL) group is introduced after introducing an amino group to the surface in advance. It is particularly preferable to use it. As such a heterobifunctional type crosslinking agent, a low molecular weight one may be used, or a hydrophilic polymer such as PEG having both ends modified with NHS groups and MAL groups may be used. is there. Any of these may be used, but a PEG derivative is preferably used. In this case, the molecular weight is preferably between 500 and 5,000, more preferably between 800 and 2,000.

低分子量なヘテロ二官能型架橋剤としては、式(I)に示す化合物Succinimidyl 4−[N−maleimidomethyl]cyclohexane−1−carboxylate(以下、SMCCと示す。)もしくは式(II)に示す化合物Sulfosuccinimidyl 4−[N−maleimidomethyl]cyclohexane−1−carboxylate(以下、SSMCCと示す。)が挙げられる。なお、式(III)もしくは式(IV)に示す化合物と完全に同一構造のものだけを指すのではなく、その機能を損なわない範囲でアナログ化された化合物をも包含する。また、本発明においてはSMCC及びSSMCCのいずれも適用することが可能であるが、水に対する溶解性の点からは、緩衝液のような水系で反応させる場合においてはSSMCCを用いる方がより好ましい。ペプチドの溶解性に応じて、両方を使い分けることが可能である。   Examples of the low molecular weight heterobifunctional cross-linking agent include the compound Succinimidyl 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (hereinafter referred to as SMCC) or the compound Succinoccinimidyl 4 represented by the formula (II). -[N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (hereinafter referred to as SSMCC). It should be noted that not only compounds having the same structure as the compound represented by formula (III) or formula (IV) but also compounds analogized within a range not impairing the function thereof are included. In the present invention, both SMCC and SSMCC can be applied. However, from the viewpoint of solubility in water, it is more preferable to use SSMCC when the reaction is carried out in an aqueous system such as a buffer solution. Both can be used properly depending on the solubility of the peptide.

Figure 2009052908
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Figure 2009052908
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上記架橋剤を用いてチップ上にマレイミド表面を形成させるためには、スクシンイミド基あるいは硫酸スクシンイミド基と反応性を有する官能基、具体的にはアミノ基を予めチップ上に導入させておく必要がある。チップ上にアミノ基を導入する手段は特に限定されるものではない。基板表面に分子を整列させる自己組織化表面の手法、反応試薬を用いて導入する方法、官能基を有する物質をチップ上にコーティングする手段などが挙げられる。また、表面に導入しておいた官能基を起点として、架橋剤を用いてアミノ基を導入する手段なども含まれる。   In order to form a maleimide surface on a chip using the above-mentioned crosslinking agent, it is necessary to introduce a functional group having reactivity with a succinimide group or a succinimide sulfate group, specifically an amino group, in advance on the chip. . The means for introducing an amino group on the chip is not particularly limited. Examples thereof include a self-assembled surface method for aligning molecules on the substrate surface, a method of introducing using a reaction reagent, and a means for coating a substance having a functional group on a chip. Also included are means for introducing an amino group using a cross-linking agent starting from the functional group introduced on the surface.

本発明において用いられるペプチドアレイは、ペプチドの固定化されていない部分(バックグラウンド部)が、式(V)に示すような化合物によりコーティングされていることが好ましい。式(V)においてmは1〜20の整数、nは1〜10の整数を示す。mの値は、2〜10の範囲がより好ましく、4〜8の範囲が更に好ましい。nの値は、2〜8の範囲がより好ましく、3〜6の範囲が更に好ましい。この化合物によりバックグラウンド部をコーティングすることにより、バックグラウンド部における非特異的吸着を非常に効果的に抑制することが実現される。また、本発明のペプチドアレイは、基板の製造ロットや処理条件などの様々な変動要因に依存されるデータの再現性も向上し、非常に安定な測定データを得ることが可能である。   In the peptide array used in the present invention, the non-immobilized portion (background portion) of the peptide is preferably coated with a compound as shown in Formula (V). In formula (V), m represents an integer of 1 to 20, and n represents an integer of 1 to 10. The value of m is more preferably in the range of 2 to 10, and still more preferably in the range of 4 to 8. As for the value of n, the range of 2-8 is more preferable, and the range of 3-6 is still more preferable. By coating the background portion with this compound, non-specific adsorption in the background portion can be very effectively suppressed. In addition, the peptide array of the present invention improves the reproducibility of data depending on various fluctuation factors such as the substrate production lot and processing conditions, and can obtain very stable measurement data.

Figure 2009052908
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しかし、ラベルフリーな光学的検出方法においては、どのような物質がチップ上に吸着してもシグナルとして検出される。すなわち、測定対象ではない物質が非特異的に吸着するのと、特異的な吸着を区別することが難しい。よって、よりシビアに非特異的な吸着を抑制する手段が求められるため、上記の固定化方法は非常に効果的である。   However, in the label-free optical detection method, any substance adsorbed on the chip is detected as a signal. That is, it is difficult to distinguish nonspecific adsorption of a substance that is not a measurement target from specific adsorption. Therefore, since a means for suppressing the nonspecific adsorption more severely is required, the above immobilization method is very effective.

測定に際しては、ブロッキングを行うことにより非特異的な吸着などによる影響を抑制させる手段を用いることが、正確な測定データを得るうえでは好ましい。マレイミド表面を用いる場合、チオール基を有する化合物を用いるのが好ましく、例えばPEG(ポリエチレングリコール)の誘導体を用いることが可能である。あるいは牛血清アルブミン(BSA)やカゼインなどを用いてもよい。また、リン脂質からなるブロッキング剤も適用することができる。   In measurement, it is preferable to use a means for suppressing the influence of nonspecific adsorption or the like by blocking, in order to obtain accurate measurement data. When using a maleimide surface, it is preferable to use a compound having a thiol group. For example, a derivative of PEG (polyethylene glycol) can be used. Alternatively, bovine serum albumin (BSA) or casein may be used. Moreover, the blocking agent which consists of phospholipids is also applicable.

本発明は、アレイ上でのカスパーゼ活性の検出を目的とする。したがって、上述のようにして得られたアレイ上で、カスパーゼを含有するもしくは含有すると考えられる溶液を作用させるに際しては、該カスパーゼ活性を阻害するもしくは阻害すると考えられる化合物を該溶液中に共存させることになる。プロファイリングの対象となるカスパーゼは市販されているような試薬であってもよいが、細胞由来の破砕液中に既に含まれる、もしくは含まれると推定されるものを用いることも可能である。例えば、バッファーもしくは細胞破砕液(細胞ライゼート)または両者混合液中にカスパーゼ試薬もしくは細胞破砕液中にすでに含まれるカスパーゼを直接アレイに作用させることにより固定化基質への作用を行うことができる。   The present invention is directed to the detection of caspase activity on an array. Accordingly, when a solution containing or considered to contain caspase is allowed to act on the array obtained as described above, a compound that inhibits or is thought to inhibit the caspase activity must be allowed to coexist in the solution. become. The caspase to be subjected to profiling may be a commercially available reagent, but it is also possible to use a reagent that is already contained or presumed to be contained in a cell-derived disruption solution. For example, the caspase reagent or the caspase already contained in the cell lysate in the buffer or cell lysate (cell lysate) or a mixture of both can be directly applied to the array to effect the immobilized substrate.

特に、種々の薬剤による刺激を与えた細胞ライゼートを、本発明に適用することにより、薬剤による各種カスパーゼ活性についての応答パターンの変化を捉えることが可能である。また、阻害剤を共存させる系でのカスパーゼ活性の阻害評価を行うことも可能である。さらに、本発明のペプチドアレイは、カスパーゼ促進剤のスクリーニングにも有用である。したがって、例えば、各種カスパーゼの阻害剤のような新規なドラッグのスクリーニング、カスパーゼをマーカーとして癌などの疾患診断などに展開することも可能である。   In particular, by applying a cell lysate that has been stimulated with various drugs to the present invention, it is possible to capture changes in the response pattern of various caspase activities due to the drug. It is also possible to evaluate caspase activity inhibition in a system in which an inhibitor coexists. Furthermore, the peptide array of the present invention is also useful for screening for caspase promoters. Therefore, for example, screening of novel drugs such as various caspase inhibitors, and diagnosis of diseases such as cancer using caspases as markers can be performed.

反応条件はカスパーゼの種類により変動するが、通常は10〜40℃程度、好ましくは20〜40℃程度の温度で5分〜8時間程度、好ましくは10分〜5時間程度反応させることで、固定化されたペプチドを加水分解することができる。反応バッファーは、特に限定されないが、中性バッファーが好ましく、例えばリン酸バッファー、HEPESバッファー、トリス−HCLバッファー、MOPSバッファー、MESバッファーなどが用いられる。pHは6〜8の範囲が好ましく、6.5〜7.5の範囲がより好ましい。また、必要に応じて反応液中には、酵素活性を補助、促進する物質を共存させてもよい。   The reaction conditions vary depending on the type of caspase, but are usually fixed by reacting at a temperature of about 10 to 40 ° C., preferably about 20 to 40 ° C. for about 5 minutes to 8 hours, preferably about 10 minutes to 5 hours. The hydrolyzed peptide can be hydrolyzed. The reaction buffer is not particularly limited, but a neutral buffer is preferable. For example, a phosphate buffer, a HEPES buffer, a Tris-HCL buffer, a MOPS buffer, a MES buffer, or the like is used. The pH is preferably in the range of 6-8, and more preferably in the range of 6.5-7.5. Moreover, you may coexist the substance which assists and accelerates | stimulates enzyme activity in a reaction liquid as needed.

また、本発明は、アレイ上でのカスパーゼに関する阻害活性の検出を目的とすることも可能である。この場合は、カスパーゼを含有するもしくは含有すると考えられる溶液を作用させるに際しては、該カスパーゼ活性を阻害するもしくは阻害すると考えられる化合物を該溶液中に共存させることになる。共存される阻害剤は特に限定されるものではないが、ペプチドもしくは蛋白質であってもよいし、その他の低分子化合物であってもよい。低分子化合物としては、分子量2,000以下のものが挙げられるが特に制約されない。   The present invention can also be aimed at detecting inhibitory activity related to caspases on an array. In this case, when a solution containing or thought to contain caspase is allowed to act, a compound that inhibits or is thought to inhibit the caspase activity is allowed to coexist in the solution. The coexisting inhibitor is not particularly limited, but may be a peptide or protein, or other low molecular weight compound. Low molecular compounds include those having a molecular weight of 2,000 or less, but are not particularly limited.

上述したような本発明の方法により、On−chipでの反応を行うことにより、カスパーゼ活性のプロファイリングによる網羅的な解析を実現することができる。特に、創薬のスクリーニングや癌などの診断の分野において、有用な技術となることが期待される。   A comprehensive analysis by profiling of caspase activity can be realized by conducting an on-chip reaction by the method of the present invention as described above. In particular, it is expected to be a useful technique in the fields of drug discovery screening and cancer diagnosis.

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に特に限定されるものではない。
[実施例1]
(SPRアレイの作製)
式(VI)に示すような、末端官能基がチオール基である直鎖型チオールPEG試薬(SensoPath製SPSPT−0011)を1mMの濃度でエタノール7mlに溶解させた。直鎖型チオールPEGの分子量は336.54である。特に、金に対する金属結合性を示す。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not particularly limited to the examples.
[Example 1]
(Preparation of SPR array)
As shown in the formula (VI), a linear thiol PEG reagent (SPSPT-0011 manufactured by SensoPath) whose terminal functional group is a thiol group was dissolved in 7 ml of ethanol at a concentration of 1 mM. The molecular weight of the linear thiol PEG is 336.54. In particular, it shows metal bondability to gold.

Figure 2009052908
Figure 2009052908

18mm四方、2mm厚のSF15ガラススライドにクロムを3nm蒸着し、金を45nm蒸着した金蒸着スライドを、上記直鎖型PEGチオール溶液に3時間浸漬させ、金基板全体にPEGチオールを結合させた。   A gold-deposited slide in which 3 nm of chromium was vapor-deposited on an SF15 glass slide of 18 mm square and 2 mm thickness and gold was vapor-deposited at 45 nm was immersed in the linear PEG thiol solution for 3 hours to bond PEG thiol to the entire gold substrate.

このスライドの上にフォトマスクを載せ、500W超高圧水銀ランプ(ウシオ電機製)で2時間照射し、UV照射部のPEGチオールを除去した。フォトマスクは500μm四方の正方形の穴が96個有し(8個×12個のパターンからなる。)、穴の中心間のピッチは1mmに設計されている。フォトマスクの穴があいている部分はUV光が透過し、スライドに照射されてパターン化される。照射されなかった部分はPEGが残り、チップのバックグラウンド(Background)部分としてレファレンス部として機能する。   A photomask was placed on the slide and irradiated with a 500 W ultra-high pressure mercury lamp (manufactured by USHIO) for 2 hours to remove PEG thiol in the UV irradiation part. The photomask has 96 square holes of 500 μm square (consisting of 8 × 12 patterns), and the pitch between the hole centers is designed to be 1 mm. The portion of the photomask with a hole is transparent to UV light and is irradiated onto the slide for patterning. PEG remains in the unirradiated portion, and functions as a reference portion as a background portion of the chip.

8−Amino−1−Octanethiol, Hydrochrolide(8−AOT,同仁化学研究所製)の1mMエタノール溶液に1時間浸漬し、UV照射部に8−AOTの自己組織化表面を形成させた。NHS−dPEG12−MAL(Quanta Biodesign製)を20mM リン酸緩衝液(150mM NaCl;pH7.2)に1mMで溶解し、金表面の8−AOTに2時間反応させた。8−AOTのアミノ基とSSMCCのNHS基とが反応し、MAL基は未反応のまま残るため、PEGを介してマレイミド基を表面に導入することができた。   It was immersed in a 1 mM ethanol solution of 8-Amino-1-Octanethiol, Hydrochloride (8-AOT, manufactured by Dojindo Laboratories) for 1 hour to form a self-organized surface of 8-AOT on the UV irradiation part. NHS-dPEG12-MAL (manufactured by Quanta Biodesign) was dissolved in 20 mM phosphate buffer (150 mM NaCl; pH 7.2) at 1 mM and reacted with 8-AOT on the gold surface for 2 hours. Since the amino group of 8-AOT and the NHS group of SSMCC reacted and the MAL group remained unreacted, a maleimide group could be introduced to the surface via PEG.

上記のようにして得られた表面に、100μM濃度のペプチド溶液(いずれもリン酸緩衝液(20mMリン酸、150mM NaCl;pH7.2)に0.5mM濃度で溶解)を、MultiSPRinter(登録商標)自動スポッター(東洋紡績製)を用いて10nlずつスポッティングを行った。固定化するペプチドは、図2に示したように、システイン残基を末端に、リンカー分子を3つ挿入して、ペプチドは、配列番号1〜9に示す配列を用い、更にグリシン(Gly)−グリシン(Gly)−セリン(Ser)−リジン(Lys)の配列を加えて、末端をビオチンしたものを用いた。リンカーとしては、8−amino−3,6−dioxaoctanoic acidを挿入した。このリンカー挿入に際しては、ペプチドを合成する際に、Fmoc−mini−PEG(登録商標;Petides International製Fmoc−8−amino−3,6−dioxaoctanoic acid)を用いることにより、容易にリンカー挿入されたペプチドを得ることができる。その後、ウェットな環境下で室温、16時間静置させて固定化反応を行った。チップの表面に形成させたマレイミド基と基質ペプチド末端のシステイン残基が有するチオール基とが反応し、基質ペプチドを共有結合的に表面に固定化することができる。   A peptide solution having a concentration of 100 μM (both dissolved in a phosphate buffer (20 mM phosphate, 150 mM NaCl; pH 7.2) at a concentration of 0.5 mM) was applied to the surface obtained as described above, and MultiSPRinter (registered trademark). Spotting was performed 10 nl at a time using an automatic spotter (manufactured by Toyobo). As shown in FIG. 2, the peptide to be immobilized has three cysteine residues and three linker molecules inserted, and the peptide uses the sequences shown in SEQ ID NOs: 1 to 9, and glycine (Gly) − A glycine (Gly) -serine (Ser) -lysine (Lys) sequence was added and the end was biotinized. As a linker, 8-amino-3,6-dioxanooctanoic acid was inserted. In this linker insertion, when the peptide is synthesized, Fmoc-mini-PEG (registered trademark; Fmoc-8-amino-3, 6-dioxanotactic acid manufactured by Petides International) is used to easily insert the linker. Can be obtained. Then, the immobilization reaction was carried out by allowing to stand at room temperature for 16 hours in a wet environment. The maleimide group formed on the surface of the chip reacts with the thiol group possessed by the cysteine residue at the terminal of the substrate peptide, so that the substrate peptide can be covalently immobilized on the surface.

(未反応マレイミド基のブロッキング)
基質ペプチドを固定化した表面をリン酸緩衝液で洗浄した後、1% BSA(PBS溶液)を、チップ上にドロップして、37℃で3時間インキュベートしてブロッキングを行った。
(Blocking of unreacted maleimide groups)
After the surface on which the substrate peptide was immobilized was washed with a phosphate buffer, 1% BSA (PBS solution) was dropped on the chip and incubated at 37 ° C. for 3 hours for blocking.

[実施例2]
(SPR解析によるカスパーゼ活性の検出)
実施例1で得た、ブロッキング処理までを行ったアレイを用いて、チップ上でのカスパーゼ5による反応を行った。カスパーゼ5溶液300μlをアレイ上にドロップして、37℃で16時間の反応を行った。カスパーゼ5溶液の組成は、カスパーゼ5(MBL製)を0.1unit/μlになるように、50mM HEPES(pH7.2;50mM NaCl、0.1% Chaps、10mM EDTA、10mM DTT)で希釈して用いた。
[Example 2]
(Detection of caspase activity by SPR analysis)
Using the array obtained in Example 1 up to the blocking treatment, a reaction with caspase 5 was performed on the chip. 300 μl of the caspase 5 solution was dropped on the array and reacted at 37 ° C. for 16 hours. The composition of the caspase 5 solution was prepared by diluting caspase 5 (manufactured by MBL) with 50 mM HEPES (pH 7.2; 50 mM NaCl, 0.1% Chaps, 10 mM EDTA, 10 mM DTT) so as to be 0.1 unit / μl. Using.

上記カスパーゼ反応を施されたアレイを、0.05%Tween20含有TBS、1%SDS含有TBS、ミリQ水の順に、超音波処理をしながら各10分ずつ洗浄を行った。その後、アレイをSPRイメージング機器(MultiSPRinter(登録商標):東洋紡績製)にセットし、ランニングバッファーとしてPBSを100μl/minの速度でフローセル内に流した。SPRからのシグナルが安定したのを確認した後に、0.5μg/ml濃度のストレプトアビジン(SA;Molecular Probes製)溶液を20分間作用させ、ランニングバッファーを3分間送液して洗浄を行い、更に1μg/ml濃度の抗SA抗体(Vector製)溶液を20分間作用させた。その後、再度ランニングバッファーを3分間送液して洗浄を行った。送液は、全て0.1ml/分で行った。シグナル変化の観察は、各基質のスポット部位に加え、Backgroundにおいても実施した。   The array subjected to the caspase reaction was washed for 10 minutes each with ultrasonic treatment in the order of 0.05% Tween 20-containing TBS, 1% SDS-containing TBS, and milli-Q water. Thereafter, the array was set in an SPR imaging device (MultiSPRinter (registered trademark): manufactured by Toyobo Co., Ltd.), and PBS was allowed to flow through the flow cell as a running buffer at a rate of 100 μl / min. After confirming that the signal from SPR was stabilized, a 0.5 μg / ml concentration of streptavidin (SA; manufactured by Molecular Probes) solution was allowed to act for 20 minutes, and running buffer was fed for 3 minutes to perform washing. An anti-SA antibody solution (manufactured by Vector) having a concentration of 1 μg / ml was allowed to act for 20 minutes. Thereafter, the running buffer was again fed for 3 minutes for washing. All liquid feeding was performed at 0.1 ml / min. In addition to the spot site of each substrate, the signal change was also observed in the background.

(観察の結果と考察)
各プローブにおいて得られたSPRセンサグラムにおけるシグナル値をグラフ化した結果を図3に示した。グラフの横軸に示した、Pは各カスパーゼの基質として作用することが知られているペプチドを示し、Nは各カスパーゼの基質のネガティブコントロールのペプチドを示すものである。カスパーゼ5,6,8の基質に関しては、酵素反応によりSAの結合シグナルが低減する様子が確認できていることから、カスパーゼ5の作用により切断されたものと推察される。
(Observation results and discussion)
The result of graphing the signal value in the SPR sensorgram obtained for each probe is shown in FIG. As shown on the horizontal axis of the graph, P represents a peptide known to act as a substrate for each caspase, and N represents a negative control peptide for each caspase substrate. Regarding the caspase 5, 6 and 8 substrates, it can be presumed that the caspase 5 was cleaved by the action of caspase 5, since it was confirmed that the SA binding signal was reduced by the enzymatic reaction.

[実施例3]
実施例1で得た、ブロッキング処理までを行ったアレイを用いて、同様にして、チップ上でのカスパーゼ6、カスパーゼ8及びカスパーゼ9の、On−chip反応を行った。カスパーゼ6、カスパーゼ8、カスパーゼ9は全てMBL製のものを用い、実施例2と同じく、いずれも0.1unit/μlになるように、50mM HEPES(pH7.2;50mM NaCl、0.1% Chaps、10mM EDTA、10mM DTT)で希釈して、300μlをアレイ上にドロップして、37℃で16時間の反応をいった。その後のSPRによる解析も、実施例2と同様にして行った。
結果を図4,5,6にそれぞれ示した。カスパーゼ作用により、SAの結合シグナルが低減する様子が見られ、カスパーゼの種類によってその傾向が相違している。
[Example 3]
On-chip reaction of caspase 6, caspase 8 and caspase 9 on the chip was performed in the same manner using the array obtained in Example 1 up to the blocking treatment. Caspase 6, caspase 8, and caspase 9 were all manufactured by MBL, and in the same manner as in Example 2, 50 mM HEPES (pH 7.2; 50 mM NaCl, 0.1% Chaps) was used so that each would be 0.1 unit / μl. 10 mM EDTA, 10 mM DTT), 300 μl was dropped on the array, and the reaction was carried out at 37 ° C. for 16 hours. Subsequent analysis by SPR was performed in the same manner as in Example 2.
The results are shown in FIGS. It can be seen that the binding signal of SA is reduced by the caspase action, and the tendency is different depending on the type of caspase.

本発明を利用することにより、多種類のカスパーゼシグナルを網羅的に解析することができ、機能未知な遺伝子の導入、あるいは薬物投与に伴う細胞内のカスパーゼ動態を効果的にプロファイリングすることができる。これにより新規な遺伝子からの機能解析、新薬探索へのアプローチといったゲノム創薬への展開が期待される。 By utilizing the present invention, it is possible to comprehensively analyze many types of caspase signals, and to effectively profile the intracellular caspase dynamics associated with the introduction of genes with unknown functions or drug administration. This is expected to expand into genomic drug discovery, such as functional analysis from new genes and approaches to drug discovery.

SPRイメージングの原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of SPR imaging. 実施例1において用いた、固定化ペプチドプローブの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fixed peptide probe used in Example 1. FIG. 実施例2において実施した、カスパーゼ5によるOn−chip反応に関するSPR解析を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the SPR analysis regarding On-chip reaction by the caspase 5 implemented in Example 2. FIG. 実施例3において実施した、カスパーゼ6によるOn−chip反応に関するSPR解析を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the SPR analysis regarding On-chip reaction by the caspase 6 implemented in Example 3. FIG. 実施例3において実施した、カスパーゼ8によるOn−chip反応に関するSPR解析を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the SPR analysis regarding On-chip reaction by the caspase 8 implemented in Example 3. FIG. 実施例3において実施した、カスパーゼ9によるOn−chip反応に関するSPR解析を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the SPR analysis regarding On-chip reaction by the caspase 9 implemented in Example 3. FIG.

Claims (10)

配列番号1〜5よりなる群から選ばれるアミノ酸配列とビオチン残基を含有する2種以上のペプチドが金表面上に固定化されていることを特徴とする、基板上における該ペプチドのカスパーゼによる切断を表面プラズモン共鳴により検出するためのペプチドアレイ。 Cleavage of the peptide on a substrate by caspase, wherein two or more peptides containing an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 5 and a biotin residue are immobilized on a gold surface Peptide array for detecting the surface by surface plasmon resonance. サンプル中のカスパーゼ活性を、表面プラズモン共鳴イメージングによる前記ペプチドの切断の検出に基づき検出するための請求項1に記載のペプチドアレイ。 The peptide array according to claim 1, for detecting caspase activity in a sample based on detection of cleavage of the peptide by surface plasmon resonance imaging. 配列番号1〜5よりなる群から選ばれるアミノ酸配列を含有するペプチドの自由側末端をビオチン修飾してなることを特徴とする請求項1又は2に記載のペプチドアレイ The peptide array according to claim 1 or 2, wherein a free end of a peptide containing an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 5 is modified with biotin. 配列番号1〜5よりなる群から選ばれるアミノ酸配列を含有するペプチドのアレイ側末端にシステイン残基を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のペプチドアレイ。 The peptide array according to any one of claims 1 to 3, which has a cysteine residue at the end of the array side of the peptide containing an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 5. 配列番号1〜5よりなる群から選ばれるアミノ酸配列と末端のシステイン残基との間にスペーサーが挿入されてなることを特徴とする請求項4に記載のペプチドアレイ。 The peptide array according to claim 4, wherein a spacer is inserted between an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 5 and a terminal cysteine residue. スペーサーがポリエチレングリコール(PEG)であることを特徴とする請求項5に記載のペプチドアレイ。 The peptide array according to claim 5, wherein the spacer is polyethylene glycol (PEG). スペーサーが式(I)もしくは(II)に示される化学構造を含有することを特徴とする請求項5に記載のペプチドアレイ。
Figure 2009052908
(式中、nは1〜10、好ましくは2〜3である。mは1〜3を示す。)
The peptide array according to claim 5, wherein the spacer contains a chemical structure represented by formula (I) or (II).
Figure 2009052908
(In the formula, n is 1 to 10, preferably 2 to 3. m represents 1 to 3.)
配列番号1〜5よりなる群から選ばれるアミノ酸配列を含有するペプチドが、スクシンイミド(NHS)基もしくは硫酸スクシンイミド基とマレイミド(MAL)基を有するヘテロ二官能型架橋剤を用いて、金表面に固定化されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のペプチドアレイ。 A peptide containing an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 1 to 5 is immobilized on a gold surface using a heterobifunctional crosslinking agent having a succinimide (NHS) group or a succinimide sulfate group and a maleimide (MAL) group. The peptide array according to claim 1, wherein the peptide array is formed. 請求項1〜8のいずれかに記載のペプチドアレイを用いて、基板上でカスパーゼ反応を行った後、アビジンもしくはストレプトアビジンを作用させることにより得られる表面プラズモン共鳴のシグナルによりカスパーゼ活性を検出する方法。 A method for detecting caspase activity by a signal of surface plasmon resonance obtained by allowing avidin or streptavidin to act after performing a caspase reaction on a substrate using the peptide array according to any one of claims 1 to 8. . 基板上でカスパーゼ反応を行う前に、ブロッキングを行うことを特徴とする請求項9に記載のカスパーゼ活性を検出する方法。 The method for detecting caspase activity according to claim 9, wherein blocking is performed before the caspase reaction is performed on the substrate.
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CN102519912A (en) * 2011-12-06 2012-06-27 深圳市检验检疫科学研究院 Method for detecting object to be detected by using surface plasmon resonance (SPR) biosensor
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