JP2010122071A - Material-immobilized carrier having material immobilized thereon, and method for preparing material-immobilized carrier - Google Patents

Material-immobilized carrier having material immobilized thereon, and method for preparing material-immobilized carrier Download PDF

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真清 瀧
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a material-immobilized carrier on which an immobilization object material is immobilized in a mode wherein a characteristic of a material (immobilization object material) to be immobilized on the carrier can be shown properly, and a method for immobilizing the immobilization object material on the carrier by a specific and simple operation. <P>SOLUTION: It is found that the immobilization object material can be immobilized on the carrier specifically and simply through a bioorthogonal reaction point, by introducing the bioorthogonal reaction point into the immobilization object material. This material-immobilized carrier including a coupling structure by the bioorthogonal reaction point is expressed by a general formula X-S-R, wherein X is an optional carrier, S is a spacer, and R is a material for immobilization. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固定化対象物質を固定化した物質固定化担体、物質固定化担体を作製するための固定化用担体および固定化用物質、ならびに物質固定化担体を作製する方法に関する。さらに本発明は、1以上の固定化対象物質を含む物質固定化担体からなるアレイ、クロマトグラフィー用ゲル、および固定化触媒に関する。   The present invention relates to a substance-immobilized carrier on which a substance to be immobilized is immobilized, an immobilization carrier and an immobilization substance for producing the substance-immobilized carrier, and a method for producing the substance-immobilized carrier. Furthermore, the present invention relates to an array comprising a substance-immobilized carrier containing one or more substances to be immobilized, a chromatography gel, and an immobilization catalyst.

近年、担体への固定化対象物質としてタンパク質やペプチドをゲルや基板などの担体上に固定化したタンパク質アレイやペプチドアレイ(プロテインチップやペプチドチップ)が作製されている。タンパク質アレイは、タンパク質とタンパク質、タンパク質と核酸、タンパク質と低分子化合物との相互作用を迅速に検出することを可能とするものであり、基礎研究、臨床診断や創薬研究等に大きな威力を発揮すると期待されている。   In recent years, protein arrays and peptide arrays (protein chips and peptide chips) in which proteins and peptides are immobilized on carriers such as gels and substrates as substances to be immobilized on the carrier have been produced. Protein arrays enable rapid detection of interactions between proteins and proteins, proteins and nucleic acids, and proteins and low-molecular compounds, and are very useful for basic research, clinical diagnosis and drug discovery research. That is expected.

タンパク質アレイの他に、固定化対象物質を担体上に固定化したものとして、遺伝子の解析ツールの1つであるDNAマイクロアレイ(DNAチップ)が挙げられる。DNAマイクロアレイは、固定化対象物質であるDNAが基板等の担体に固定化されプローブとしての機能するものであり、担体上のDNAと解析対象の分子(アナライト)との相互作用等を網羅的に解析する目的に使用される。その他に、固定化対象物質として糖鎖が担体に固定化された糖鎖アレイ(糖鎖チップ)なども開発されている。糖鎖アレイは、糖鎖とアナライトとの相互作用等の解析や、細菌やウイルスの検出等を目的として使用されている。さらに、固定化対象物質として低分子化合物が担体に固定化されたアレイ(チップ)も開発されている。このチップは、タンパク質の内在性リガンドの探索やアゴニスト、アンタゴニストのスクリーニング等に使用されている。このように種々の固定化対象物質が担体に固定化されたアレイが、基礎研究、臨床診断や創薬研究等に用いられている。   In addition to the protein array, a DNA microarray (DNA chip), which is one of gene analysis tools, may be mentioned as a substance to be immobilized on a carrier. A DNA microarray is a substance that functions as a probe by immobilizing DNA, which is the substance to be immobilized, on a carrier such as a substrate. The interaction between the DNA on the carrier and the molecule to be analyzed (analyte) is comprehensive. Used for analysis purposes. In addition, sugar chain arrays (sugar chain chips) in which sugar chains are immobilized on a carrier have been developed as substances to be immobilized. Sugar chain arrays are used for the purpose of analyzing the interaction between sugar chains and analytes, and detecting bacteria and viruses. Furthermore, an array (chip) in which a low-molecular compound is immobilized on a carrier as a substance to be immobilized has been developed. This chip is used for searching for endogenous ligands of proteins and screening for agonists and antagonists. Arrays in which various substances to be immobilized are immobilized on a carrier are used for basic research, clinical diagnosis, drug discovery research, and the like.

担体上にタンパク質やDNAなどの固定化対象物質を固定化する方法として、物理吸着や、担体上の官能基と、固定化対象物質の官能基とを共有結合させる方法や、光反応性基を利用して固定化対象物質を担体に固定化する方法などがこれまでに検討されている。例えば、タンパク質を担体上に固定化するには、タンパク質表面に存在するリジン残基と担体とを非特異的に化学反応させる方法が知られている。しかし、この方法では、タンパク質の配向を揃えて固定化することは不可能であり、しばしば固定化対象タンパク質を失活させてしまう、複数種のタンパク質が存在する場合、固定化対象タンパク質のみを特異的に固定化することができない、などの問題があった。   As a method for immobilizing a target substance such as protein or DNA on a carrier, physical adsorption, a method of covalently bonding a functional group on the carrier and a functional group of the target substance, or a photoreactive group A method of immobilizing a substance to be immobilized on a carrier by using it has been studied so far. For example, in order to immobilize a protein on a carrier, a method is known in which a lysine residue present on the protein surface is chemically reacted with the carrier nonspecifically. However, with this method, it is impossible to immobilize proteins with the same orientation, and when there are multiple types of proteins that often deactivate the protein to be immobilized, only the protein to be immobilized is specific. There was a problem that it could not be fixed.

これらの問題を解決するために、固定化対象物質を担体に結合させる方法が種々提案されている。例えば、ホスホパンテテニル転移酵素(Phosphopantetheinyl transferase)という酵素触媒の存在下で、この酵素に認識されるペプチドタグ配列を持たせたタンパク質と、担体とを混ぜる方法がMicklefieldらにより報告されている(非特許文献1)。また、タンパク質のSH基をシアノ化することによる方法、フッ素化合物同士の親和力を利用する方法、タンパク質中に存在するα−アミノ基を利用する方法が開示されている(特許文献1〜3)。
特許2990217号 特開2007-187647号 特開2008-266221号 J. Am. Chem. Soc., 130, 12456 (2008)
In order to solve these problems, various methods for binding the substance to be immobilized to the carrier have been proposed. For example, Micklefield et al. Have reported a method in which a protein having a peptide tag sequence recognized by this enzyme and a carrier are mixed in the presence of an enzyme catalyst called Phosphopantetheinyl transferase. Patent Document 1). Also disclosed are a method by cyanating the SH group of a protein, a method utilizing the affinity between fluorine compounds, and a method utilizing an α-amino group present in the protein (Patent Documents 1 to 3).
Patent 2990217 JP 2007-187647 JP2008-266221 J. Am. Chem. Soc., 130, 12456 (2008)

本発明の課題は、担体に固定化したい物質(本明細書において「固定化対象物質」とも称する)の特性を適切に発揮し得るような態様で、固定化対象物質が固定化された物質固定化担体、および、特異的かつ簡便な操作で、固定化対象物質を担体に固定化する方法を提供することである。   An object of the present invention is to fix a substance in which the substance to be immobilized is immobilized in such a manner that the characteristics of the substance to be immobilized on the carrier (also referred to as “immobilization object substance” in this specification) can be appropriately exhibited. It is to provide an immobilized carrier and a method for immobilizing the substance to be immobilized on the carrier by a specific and simple operation.

本願発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、固定化対象物質にバイオ直交性反応点を導入することにより、特異的かつ簡便に、バイオ直交性(bioorthogonal)反応点を介して担体に固定化対象物質を固定化させることが可能となることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies in view of the above problems, the inventors of the present application introduced a bioorthogonal reaction point into the immobilization target substance, thereby allowing the carrier to specifically and easily be bound to the carrier via the bioorthogonal reaction point. The inventors have found that it is possible to immobilize the substance to be immobilized, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は以下よりなる。
1.バイオ直交性反応点による結合構造を少なくとも1つ含み、かつ一般式X-S-Rで表される物質固定化担体であって、式中、Xは任意の担体、Sはスペーサー、Rは固定化用物質である、物質固定化担体。
2.バイオ直交性反応点による結合構造が、(i)少なくとも固定化用物質とスペーサーの結合部分に存在する、または(ii)少なくとも固定化用物質内に含まれる、前項1に記載の物質固定化担体。
3.固定化用物質における固定化対象物質が、タンパク質、ペプチドおよび低分子化合物からなる群から選択されるものである、前項1または2に記載の物質固定化担体。
4.バイオ直交性反応点による結合構造が、炭素−炭素間の三重結合を有する官能基とアジド基とが結合してなり、下記の化学式Iで表される炭素−炭素間の二重結合と3個の窒素原子から構成される含窒素五員環構造である、前項1〜3のいずれか1に記載の物質固定化担体。
5.バイオ直交性反応点による結合構造が、
(ア)固定化対象物質がタンパク質もしくはペプチドである場合、下記の化学式XVで表される官能基が、タンパク質もしくはペプチドに付与されたアジド基と結合してなり;または
(イ)固定化対象物質が低分子化合物である場合、下記の化学式XVで表される官能基が、低分子化合物中のアジド基と結合してなり;
バイオ直交性反応点による結合構造が下記の化学式XVIで表される構造である、前項1〜4のいずれか1に記載の物質固定化担体。
化合物XVとXVIにおいて、R1, R2, R3, R4はそれぞれ任意の置換基である、または、R1とR2が環状構造を形成し、R3とR4がそれぞれ任意の置換基である、または、R3とR4が環状構造を形成し、R1とR2はそれぞれ任意の置換基である、または、R1とR2が環状構造を形成しR3とR4が環状構造を形成する。
6.バイオ直交性反応点による結合構造が、
(ウ)固定化対象物質がタンパク質もしくはペプチドである場合、下記の化学式XIIIで表される官能基が、タンパク質もしくはペプチドに付与されたアジド基と結合してなり;または
(エ)固定化対象物質が低分子化合物である場合、下記の化学式XIIIで表される官能基が、低分子化合物中のアジド基と結合してなり;
バイオ直交性反応点による結合構造が下記の化学式XIVで表される構造である、前項1〜5のいずれか1に記載の物質固定化担体。
7.固定化対象物質が固体化対象タンパク質またはペプチドであって、固体化対象タンパク質またはペプチドのアミノ末端が塩基性アミノ酸であり、当該塩基性アミノ酸にバイオ直交性反応点を有するアミノ酸が結合している、前項1〜6のいずれかに記載の物質固定化担体。
8.一般式X-Sで表される固定化用担体であって、Xは任意の担体、Sはバイオ直交性反応点を有するスペーサーであり、
スペーサーに存在するバイオ直交性反応点と反応するバイオ直交性反応点を有する固定化用物質を固定化するための、固定化用担体。
9.固定化用担体に固定化される固定化用タンパク質もしくはペプチドであって、
固定化用担体が、一般式X-Sで表わされ、Xは任意の担体、Sはスペーサーであり、
固定化用タンパク質もしくはペプチドが、バイオ直交性反応点による結合構造もしくはバイオ直交性反応点を有する、固定化用タンパク質もしくはペプチド。
10.前項1〜7のいずれか1に記載の物質固定化担体を作製する方法であって、以下の工程を含む方法:
(a)一般式X-Sで表される固定化用担体を準備する工程;
(b)固定化対象物質にバイオ直交性反応点を付与し、固定化用物質を作製する工程;
(c)前記固定化用担体と前記固定化用物質を接触させることにより、物質固定化担体を作製する工程。
11.工程(b)または工程(c)にバイオ直交性反応が含まれ、当該バイオ直交性反応が触媒を用いないものである、前項10に記載の方法。
12.固定化対象物質がタンパク質またはペプチドであって、(b)の工程が、固定化対象タンパク質もしくはペプチド、バイオ直交性反応点を有する非天然アミノ酸、tRNA、アミノアシルtRNA合成酵素、アミノアシルtRNAタンパク質転移酵素を含む混合溶液を用いるものである、前項10または11に記載の方法。
13.1以上の固定化対象物質を含む前項1〜7のいずれか1に記載の物質固定化担体からなる、アレイ。
14.1以上の固定化対象物質を含む前項1〜7のいずれか1に記載の物質固定化担体からなる、クロマトグラフィー用ゲル。
15.1以上の固定化対象物質を含む前項1〜7のいずれか1に記載の物質固定化担体からなる、固定化触媒。
That is, this invention consists of the following.
1. A substance-immobilized carrier comprising at least one binding structure with bioorthogonal reaction points and represented by the general formula XSR, wherein X is an arbitrary carrier, S is a spacer, and R is an immobilizing substance. A substance-immobilized carrier.
2. 2. The substance-immobilized carrier according to item 1 above, wherein the binding structure based on the bioorthogonal reaction point is (i) present at least in the binding part between the immobilizing substance and the spacer, or (ii) contained in at least the immobilizing substance. .
3. 3. The substance immobilization carrier according to item 1 or 2, wherein the immobilization target substance in the immobilization substance is selected from the group consisting of proteins, peptides and low molecular weight compounds.
4). The bond structure by the bioorthogonal reaction point is a combination of a functional group having a carbon-carbon triple bond and an azide group, and a carbon-carbon double bond represented by the following chemical formula I and three 4. The substance-immobilized carrier according to any one of items 1 to 3, which is a nitrogen-containing five-membered ring structure composed of nitrogen atoms of
5. Bond structure by bioorthogonal reaction point
(A) When the substance to be immobilized is a protein or peptide, a functional group represented by the following chemical formula XV is bonded to an azide group attached to the protein or peptide; or
(A) When the substance to be immobilized is a low molecular compound, a functional group represented by the following chemical formula XV is bonded to an azide group in the low molecular compound;
5. The substance-immobilized carrier according to any one of items 1 to 4, wherein the binding structure based on the bioorthogonal reaction point is a structure represented by the following chemical formula XVI.
In compounds XV and XVI, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each an arbitrary substituent, or R 1 and R 2 form a cyclic structure, and R 3 and R 4 are each an arbitrary substitution. R 3 and R 4 form a cyclic structure, and R 1 and R 2 are optional substituents, respectively, or R 1 and R 2 form a cyclic structure and R 3 and R 4 Form a ring structure.
6). Bond structure by bioorthogonal reaction point
(C) When the substance to be immobilized is a protein or peptide, a functional group represented by the following chemical formula XIII is bonded to an azide group attached to the protein or peptide; or
(D) When the substance to be immobilized is a low molecular compound, a functional group represented by the following chemical formula XIII is bonded to an azide group in the low molecular compound;
6. The substance-immobilized carrier according to any one of 1 to 5 above, wherein the binding structure based on the bioorthogonal reaction point is a structure represented by the following chemical formula XIV.
7). The immobilization target substance is a solidification target protein or peptide, the amino terminus of the solidification target protein or peptide is a basic amino acid, and an amino acid having a bioorthogonal reaction point is bound to the basic amino acid. 7. The substance-immobilized carrier according to any one of 1 to 6 above.
8). A carrier for immobilization represented by the general formula XS, wherein X is an arbitrary carrier, S is a spacer having a bioorthogonal reaction point,
A carrier for immobilization for immobilizing a substance for immobilization having a bioorthogonal reaction point that reacts with a bioorthogonal reaction point present in a spacer.
9. An immobilization protein or peptide immobilized on an immobilization carrier,
The carrier for immobilization is represented by the general formula XS, X is an arbitrary carrier, S is a spacer,
A protein or peptide for immobilization, wherein the protein or peptide for immobilization has a binding structure by bioorthogonal reaction points or a bioorthogonal reaction point.
10. 8. A method for producing the substance-immobilized carrier according to any one of 1 to 7 above, which comprises the following steps:
(A) preparing an immobilization carrier represented by the general formula XS;
(B) providing a bioorthogonal reaction point to the immobilization target substance to produce an immobilization substance;
(C) A step of producing a substance-immobilized carrier by bringing the immobilizing carrier into contact with the immobilizing substance.
11. 11. The method according to item 10 above, wherein the step (b) or the step (c) includes a bioorthogonal reaction, and the bioorthogonal reaction does not use a catalyst.
12 The substance to be immobilized is a protein or peptide, and the step (b) comprises immobilizing the protein or peptide to be immobilized, a non-natural amino acid having a bioorthogonal reactive site, tRNA, aminoacyl tRNA synthetase, and aminoacyl tRNA protein transferase. 12. The method according to 10 or 11 above, wherein the mixed solution is used.
13. An array comprising the substance-immobilized carrier according to any one of 1 to 7 above, which contains at least one substance to be immobilized.
14. A chromatography gel comprising the substance-immobilized carrier according to any one of 1 to 7 above, which contains at least one substance to be immobilized.
15. An immobilization catalyst comprising the substance-immobilized support according to any one of 1 to 7 above, which contains at least one substance to be immobilized.

本発明の物質固定化担体は、固定化対象物質の特性、例えば触媒作用等を担体上で適切に発揮することのできるものである。また、本発明の固定化用担体、固定化用物質、および物質固定化担体の作製方法によれば、特異的に、かつ配向を揃えて固定化対象物質を担体に固定化することができ、高密度に固定化対象物質が固定化された物質固定化担体を得ることができる。さらに、バイオ直交性反応点を導入可能な固定化対象物質であれば、いかなる固定化対象物質であっても担体に固定化することが可能である。特異的固定化が可能であるため、例えば細胞抽出液などの様々な夾雑タンパク質が混じった状態で固定化対象物質の固定化操作を行うことができ、簡便に物質固定化担体を作製することができる。   The substance-immobilized carrier of the present invention can appropriately exhibit the characteristics of the substance to be immobilized, such as catalytic action, on the carrier. Further, according to the immobilization carrier, the immobilization substance, and the method for producing the substance immobilization carrier of the present invention, the immobilization target substance can be immobilized on the carrier specifically and in a uniform orientation, A substance-immobilized carrier on which the substance to be immobilized is immobilized at a high density can be obtained. Furthermore, any substance to be immobilized can be immobilized on a carrier as long as it is a substance to be immobilized that can introduce bioorthogonal reaction points. Since specific immobilization is possible, for example, the immobilization operation of the substance to be immobilized can be performed in a state in which various contaminating proteins such as a cell extract are mixed, and a substance-immobilized carrier can be easily prepared. it can.

本発明は、一般式X-S-Rで表される物質固定化担体に関する。式中、Xは任意の担体、Sはスペーサー、Rは固定化用物質を示す。本発明の物質固定化担体は、バイオ直交性反応点による結合構造を含むことを特徴とする。固定化用物質(R)には、固定化対象物質が含まれる。物質固定化担体において、固定化対象物質は特性を発揮し得るような態様で固定化されている。固定化対象物質の特性とは、例えばプローブとしての機能や、触媒機能などが挙げられる。
さらに本発明は、物質固定化担体を作製するための、固定化用担体(一般式X-S)および固定化用物質(一般式R)に及ぶ。
The present invention relates to a substance-immobilized carrier represented by the general formula XSR. In the formula, X represents an arbitrary carrier, S represents a spacer, and R represents an immobilizing substance. The substance-immobilized carrier of the present invention is characterized by including a binding structure with bioorthogonal reaction points. The immobilization substance (R) includes the immobilization target substance. In the substance-immobilized carrier, the substance to be immobilized is immobilized in such a manner that it can exhibit characteristics. Examples of the characteristics of the substance to be immobilized include a function as a probe and a catalytic function.
Furthermore, the present invention extends to an immobilization carrier (general formula XS) and an immobilization substance (general formula R) for producing a substance immobilization carrier.

なお本発明における化学式や図面に示す構造式は、特に明記しない限り、単一の異性体のみが記載されていても、全ての異性体を含むことを意図するものである。   The chemical formulas in the present invention and the structural formulas shown in the drawings are intended to include all isomers even if only a single isomer is described, unless otherwise specified.

本発明においてバイオ直交性反応点による結合構造は、(i)少なくとも固定化用物質(R)とスペーサー(S)の結合部分に存在する、または(ii)少なくとも固定化用物質(R)内に含まれることが好ましい。   In the present invention, the binding structure by the bioorthogonal reactive site is (i) present at least in the binding portion of the immobilizing substance (R) and the spacer (S), or (ii) at least in the immobilizing substance (R). It is preferably included.

本発明において、「バイオ直交性反応点」とは、バイオ直交性(bioorthogonal)反応点を含む化合物が、どの他の化合物とも誤認識されないことを可能にする官能基であり、生物の元来持っている官能基(リジンのアミノ基、システインのチオール基など)とは反応せずに、人工的に設計・導入した官能基とのみ反応する官能基を意味する。バイオ直交性反応点は対になるバイオ直交性反応点が存在することにより相互にバイオ直交性を発揮し、反応を遂行することが可能となる。バイオ直交性反応点として例えば、炭素−炭素三重結合を有する官能基とアジド基(Ning et al., Angew. Chem.Int. Ed. Engl., 47, 2253 (2008); J. A. Codelli, C. R. Bertozzi et al, J Am Chem Soc. 2008 Aug 27;130(34):11486-93)、および、テトラジン残基とトランスシクロオクテン残基(Melissa L. Blackman et al, J Am Chem Soc. 2008 ;130:13518)などが挙げられる。上記炭素−炭素間の三重結合は、芳香環や複素環などでひずみのある環状構造に含まれていることが好ましい。また、上記炭素−炭素三重結合を含む官能基はフッ素原子を含んでいてもよい。   In the present invention, a “bioorthogonal reactive site” is a functional group that allows a compound containing a bioorthogonal reactive site to be not misrecognized by any other compound, and is inherent in the organism. It means a functional group that reacts only with an artificially designed and introduced functional group without reacting with the functional group (such as lysine amino group or cysteine thiol group). Bio-orthogonal reaction points exhibit bio-orthogonality with each other due to the presence of a pair of bio-orthogonal reaction points, and the reaction can be performed. For example, functional groups having carbon-carbon triple bonds and azide groups (Ning et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 47, 2253 (2008); JA Codelli, CR Bertozzi et al, J Am Chem Soc. 2008 Aug 27; 130 (34): 11486-93), and tetrazine and transcyclooctene residues (Melissa L. Blackman et al, J Am Chem Soc. 2008; 130: 13518 ) And the like. The carbon-carbon triple bond is preferably contained in a cyclic structure having distortion such as an aromatic ring or a heterocyclic ring. The functional group containing a carbon-carbon triple bond may contain a fluorine atom.

本発明において、バイオ直交性反応点による結合構造は、対になるバイオ直交性反応点が互いに結合してなる構造であれば特に制限されない。バイオ直交性反応点による結合構造は、炭素−炭素間の三重結合を有する官能基が、固定化用物質に含まれるアジド基と結合してなり、下記の化学式Iで表される、炭素−炭素間の二重結合と3個の窒素原子から構成される含窒素五員環構造であることが好ましい。
In the present invention, the bonding structure by bioorthogonal reaction points is not particularly limited as long as the bioorthogonal reaction points to be paired are bonded to each other. The bond structure by the bioorthogonal reaction point is a carbon-carbon represented by the following chemical formula I, wherein a functional group having a carbon-carbon triple bond is bonded to an azide group contained in the immobilization substance. A nitrogen-containing five-membered ring structure composed of a double bond between them and three nitrogen atoms is preferable.

さらに、バイオ直交性反応点による結合構造は、下記化学式VIで表される含窒素五員環構造に環状構造が結合した構造であることが好ましい。
式中、Aは含窒素五員環構造中で二重結合している炭素原子とともに環状構造を完成するための原子群を表す。形成される環はいかなる環系であってもよく、さらに別の環と縮合環を形成しても良い。またAの原子群には、バイオ直交性反応を妨げないものであれば、さらに、アルキル基等のいかなる官能基が含まれていてもよい。Aはひずみを有する環状構造であることが好ましい。
Furthermore, it is preferable that the bond structure by the bioorthogonal reaction point is a structure in which a cyclic structure is bonded to a nitrogen-containing five-membered ring structure represented by the following chemical formula VI.
In the formula, A represents an atomic group for completing a cyclic structure together with carbon atoms that are double-bonded in a nitrogen-containing five-membered ring structure. The ring formed may be any ring system and may form a condensed ring with another ring. The A atom group may further contain any functional group such as an alkyl group as long as it does not interfere with the bioorthogonal reaction. A is preferably a cyclic structure having strain.

好ましくは、バイオ直交性反応点による結合構造は、以下の化学式XVIに表される構造である。
化合物XVIにおいて、R1, R2, R3, R4はそれぞれ任意の置換基である、または、R1とR2が環状構造を形成し、R3とR4がそれぞれ任意の置換基である、または、R3とR4が環状構造を形成し、R1とR2はそれぞれ任意の置換基である、または、R1とR2が環状構造を形成しR3とR4が環状構造を形成する。任意の置換基とは、水素原子を含むあらゆる置換基であり、例えばフッ素原子2個であってもよい。
Preferably, the bond structure by the bioorthogonal reaction point is a structure represented by the following chemical formula XVI.
In compound XVI, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 are each an arbitrary substituent, or R 1 and R 2 form a cyclic structure, and R 3 and R 4 are each an arbitrary substituent. R 3 and R 4 form a cyclic structure, and R 1 and R 2 are optional substituents, or R 1 and R 2 form a cyclic structure, and R 3 and R 4 are cyclic Form a structure. The arbitrary substituent is any substituent containing a hydrogen atom, and may be, for example, two fluorine atoms.

より好ましくは、バイオ直交性反応点による結合構造は、以下の化学式Xに含まれるいずれか1の構造である。
More preferably, the bond structure based on the bioorthogonal reaction point is any one structure included in the following chemical formula X.

さらに、バイオ直交性反応点による結合構造は、下記化学式Vで表される構造のいずれかであるであることが好ましい。
Furthermore, the binding structure based on the bioorthogonal reaction point is preferably any one of structures represented by the following chemical formula V.

本発明において、固定化用担体とは、固定化対象物質が固定化される際の土台となる担体(X)とスペーサー(S)を含んでなるものである。
担体(X)は、シリカ、ガラス、ポリオエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アガロース、アクリルアミドに代表されるポリマーやハイドロゲルなどの材質のものを幅広く利用可能である。また、本発明の担体には、粒子状の担体、モノリスタイプの担体、板状やシート状の基板等、物質を固定化し得る不溶性のものならば、いずれも含まれる。市販の担体としては、Ultralink Biosupport(Pierce社製)、プロテインチップ用ヒドロゲルスライド(Nexterion(登録商標)Slide H、SCHOTT社製、#1070936)などを利用することが可能である。
In the present invention, the immobilization carrier comprises a carrier (X) and a spacer (S) that serve as a foundation when the substance to be immobilized is immobilized.
As the carrier (X), a wide variety of materials such as polymers such as silica, glass, polyolefin, polypropylene, polystyrene, agarose, and acrylamide, and hydrogel can be used. In addition, the carrier of the present invention includes any particulate carrier, monolith type carrier, plate-like or sheet-like substrate, etc., as long as they are insoluble and capable of immobilizing substances. As a commercially available carrier, Ultralink Biosupport (Pierce), protein gel hydrogel slide (Nexterion (registered trademark) Slide H, SCHOTT, # 1070936), and the like can be used.

本発明において、スペーサー(S)は担体に結合され、さらに固定化用物質と結合することによって、担体に固定化用物質を結合させる機能を有するものである。スペーサーは、固定化用物質を結合させるための反応点(B1)が、スペーサー化合物に付与されてなるものである。つまり、スペーサーの機能(担体に固定化用物質を結合させる機能)は、固定化用物質を結合させるための反応点(B1)を持つことにより、達成される。   In the present invention, the spacer (S) has a function of binding the immobilizing substance to the carrier by being bound to the carrier and further bound to the immobilizing substance. The spacer is formed by attaching a reaction point (B1) for binding the immobilizing substance to the spacer compound. That is, the function of the spacer (the function of binding the immobilization substance to the carrier) is achieved by having a reaction point (B1) for binding the immobilization substance.

前記反応点(B1)は、物質と物質との結合を可能とするものであれば、特に制限されない。反応点(B1)は、バイオ直交性反応点であってもよいし、アビジンやストレプトアビジンなどの自体公知のものを用いることもできる。これらの反応点(B1)は、固定化用物質に存在する反応点(B2)、例えばバイオ直交性反応点またはビオチンなどと、それぞれ結合する。スペーサーの反応点(B1)が、バイオ直交性反応点である場合、具体的には、炭素−炭素三重結合を有する官能基、テトラジン残基またはトランスシクロオクテン残基などが例示される。炭素−炭素三重結合を有する官能基にはフッ素原子が含まれていてもよい。   The reaction point (B1) is not particularly limited as long as it allows the bonding between a substance and a substance. The reaction point (B1) may be a bio-orthogonal reaction point, or a known one such as avidin or streptavidin can be used. These reaction points (B1) bind to reaction points (B2) present in the immobilization substance, such as bioorthogonal reaction points or biotin, respectively. When the reactive site (B1) of the spacer is a bioorthogonal reactive site, specific examples include a functional group having a carbon-carbon triple bond, a tetrazine residue, or a transcyclooctene residue. The functional group having a carbon-carbon triple bond may contain a fluorine atom.

炭素−炭素三重結合を有する官能基として、好ましくは、下記化学式IXで表される環状構造に存在する炭素−炭素三重結合を有する官能基が挙げられる。
式中、Aは三重結合している炭素原子とともに環状構造を完成するための原子群を表す。形成される環は、いかなる環系であってもよく、さらに別の環と縮合環を形成しても良い。またAの原子群には、反応点(B1)による反応を妨げないものであれば、さらに、アルキル基等のいかなる官能基が含まれていてもよい。Aはひずみを有する環状構造であることが好ましい。
The functional group having a carbon-carbon triple bond is preferably a functional group having a carbon-carbon triple bond present in a cyclic structure represented by the following chemical formula IX.
In the formula, A represents an atomic group for completing a cyclic structure together with a carbon atom having a triple bond. The ring formed may be any ring system and may form a condensed ring with another ring. The A atom group may further contain any functional group such as an alkyl group as long as the reaction by the reaction point (B1) is not hindered. A is preferably a cyclic structure having strain.

好ましくは、バイオ直交性反応点による結合構造は、以下の化学式XVに表される構造である。

化合物XVにおいて、R1, R2, R3, R4はそれぞれ任意の置換基である、または、R1とR2が環状構造を形成し、R3とR4がそれぞれ任意の置換基である、または、R3とR4が環状構造を形成し、R1とR2はそれぞれ任意の置換基である、または、R1とR2が環状構造を形成しR3とR4が環状構造を形成する。任意の置換基とは、水素原子を含むあらゆる置換基であり、例えばフッ素原子2個であってもよい。
Preferably, the bond structure by the bioorthogonal reaction point is a structure represented by the following chemical formula XV.

In Compound XV, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each an arbitrary substituent, or R 1 and R 2 form a cyclic structure, and R 3 and R 4 are each an arbitrary substituent. R 3 and R 4 form a cyclic structure, and R 1 and R 2 are optional substituents, or R 1 and R 2 form a cyclic structure, and R 3 and R 4 are cyclic Form a structure. The arbitrary substituent is any substituent containing a hydrogen atom, and may be, for example, two fluorine atoms.

ひずみのある環状構造に存在する炭素−炭素三重結合を有する官能基には、下記の化学式XIにより表されるシクロアルキンに炭素−炭素三重結合を有する官能基も含まれる。
The functional group having a carbon-carbon triple bond existing in a strained cyclic structure includes a functional group having a carbon-carbon triple bond in cycloalkyne represented by the following chemical formula XI.

また、ひずみのある環状構造に存在する炭素−炭素三重結合を有する官能基は、特に下記の化学式IIまたは化学式XIIにより表される官能基であることが好ましい。
In addition, the functional group having a carbon-carbon triple bond present in a strained cyclic structure is particularly preferably a functional group represented by the following chemical formula II or chemical formula XII.

スペーサー化合物は、固定化対象物質の機能を妨げないものであればどのようなものであっても使用可能である。スペーサー化合物は、[1]担体に付与された反応点(B1)を外側に向けさせ、反応点(B1)の溶媒和を促進する機能を有する、または[2]反応の際にバイオ直交性反応点同士の立体障害を緩和する、と考えられる。スペーサー化合物の例としては、各種アミノ酸あるいは、ポリエチレングリコール、ポリペプチドまたは、その他各種のポリマーからなる化合物が挙げられる。スペーサー化合物の種類、長さ、分子量等を調節することにより、固定化対象物質と担体表面との距離を調節することができる。さらに、固定化対象物質の周囲の環境(例えば、親水的環境など)を整えることが可能となる。これにより、例えば、固定化対象物質と他の物質(例えばアナライト)との相互作用が適切に行われ、解析などをより正確かつ効率的に行なうことができる。市販のスペーサー化合物としては、Bocジアミノプロパン酸(Bachem社)や、O-(2-Aminoethyl)-O'-[2-(Boc-amino)ethyl]decaethylene glycol(Fluka社 製 #77090)、H2N-(CH2CH2O)44-CH2CH2-NH2(Fluka社製、#14501)を使用することが可能である。 Any spacer compound can be used as long as it does not interfere with the function of the substance to be immobilized. The spacer compound has the function of [1] directing the reaction point (B1) attached to the carrier to the outside and promoting the solvation of the reaction point (B1), or [2] bioorthogonal reaction during the reaction This is thought to alleviate steric hindrance between points. Examples of the spacer compound include compounds composed of various amino acids, polyethylene glycol, polypeptides, or other various polymers. By adjusting the type, length, molecular weight, etc. of the spacer compound, the distance between the substance to be immobilized and the surface of the carrier can be adjusted. Furthermore, it is possible to prepare an environment (for example, a hydrophilic environment) around the substance to be immobilized. Thereby, for example, the interaction between the immobilization target substance and another substance (for example, an analyte) is appropriately performed, and the analysis or the like can be performed more accurately and efficiently. Commercially available spacer compounds include Boc diaminopropanoic acid (Bachem), O- (2-Aminoethyl) -O '-[2- (Boc-amino) ethyl] decaethylene glycol (Fluka # 77090), H 2 N- (CH 2 CH 2 O) 44 —CH 2 CH 2 —NH 2 (manufactured by Fluka, # 14501) can be used.

スペーサー化合物への反応点(B1)の付与は、自体公知の方法により可能である。   The reaction point (B1) can be imparted to the spacer compound by a method known per se.

本発明において、固定化用物質(R)は固定化対象物質を含み、かつ、バイオ直交性反応点による結合構造もしくは固定化対象物質に付与されたバイオ直交性反応点を含む。また固定化用物質(R)は反応点(B2)を含み、かかる反応点(B2)は、前記スペーサーに付与された反応点(B1)と反応性を有するものである。   In the present invention, the immobilization substance (R) includes the substance to be immobilized, and includes a bioorthogonal reaction point imparted to the binding structure by the bioorthogonal reaction point or the substance to be immobilized. The immobilization substance (R) includes a reaction point (B2), and the reaction point (B2) has reactivity with the reaction point (B1) imparted to the spacer.

固定化対象物質に付与されたバイオ直交性反応点はスペーサーと結合する機能を有し、反応点(B2)自体として機能する場合がある。あるいは、固定化対象物質に付与されたバイオ直交性反応点は、反応点(B2)を固定化対象物質に付与する機能を有する場合がある。つまりこの場合は、固定化対象物質に付与されたバイオ直交性反応点が、反応点(B2)を有する化合物中のバイオ直交性反応点と反応して、反応点(B2)を有する化合物と結合し、バイオ直交性反応点による結合構造をなす場合があることを意味する。   The bioorthogonal reaction point imparted to the immobilization target substance has a function of binding to the spacer, and may function as the reaction point (B2) itself. Alternatively, the bioorthogonal reaction point imparted to the immobilization target substance may have a function of imparting the reaction point (B2) to the immobilization target substance. That is, in this case, the bioorthogonal reaction point given to the immobilization target substance reacts with the bioorthogonal reaction point in the compound having the reaction point (B2), and binds to the compound having the reaction point (B2). In other words, it means that there may be a binding structure with bioorthogonal reaction points.

固定化対象物質は、担体に固定化された状態で、固定化対象物質の特性を発揮し得ることを期待されるものである。固定化対象物質の特性とは、例えばプローブとしての機能や、触媒機能などを意味する。
固定化対象物質は、バイオ直交性反応点を付与可能な物質であれば特に制限されないが、例えば、核酸、タンパク質、ペプチド、低分子化合物、および高分子化合物などが挙げられる。固定化対象物質は、タンパク質、ペプチド、低分子化合物からなる群から選択される物質であることが好ましい。本発明において、核酸とはDNAまたはRNAなどを意味し、タンパク質とは分子量5000以上のペプチドを意味し、ペプチドとは2個以上のアミノ酸を含有するアミノ酸配列を有するものを意味する。低分子化合物とは、分子量が10,000以内、好ましくは3,000以内の化合物であり、核酸、タンパク質およびペプチドを除く化合物を意味する。高分子化合物とは分子量が10,000よりも大きい化合物であり、核酸およびタンパク質を除く化合物を意味する。固定化対象物質は、天然のものであっても非天然のものであってもよく、例えば種々の生物の生体内から単離して得たもの、有機合成や遺伝子工学的手法などの自体公知の手法を用いて、産生したものを用いることができる。
The immobilization target substance is expected to exhibit the characteristics of the immobilization target substance in a state of being immobilized on the carrier. The characteristic of the substance to be immobilized means, for example, a function as a probe or a catalytic function.
The substance to be immobilized is not particularly limited as long as it is a substance capable of imparting a bioorthogonal reaction point, and examples thereof include nucleic acids, proteins, peptides, low molecular compounds, and high molecular compounds. The substance to be immobilized is preferably a substance selected from the group consisting of proteins, peptides, and low molecular compounds. In the present invention, nucleic acid means DNA or RNA, protein means a peptide having a molecular weight of 5000 or more, and peptide means one having an amino acid sequence containing two or more amino acids. A low molecular weight compound is a compound having a molecular weight of 10,000 or less, preferably 3,000 or less, and means a compound excluding nucleic acids, proteins and peptides. The high molecular compound is a compound having a molecular weight larger than 10,000, and means a compound excluding nucleic acid and protein. The substance to be immobilized may be natural or non-natural, for example, those obtained by isolation from the living body of various organisms, known per se such as organic synthesis and genetic engineering techniques. The produced product can be used using a technique.

本発明において、固定化対象物質にはバイオ直交性反応点が付与される。   In the present invention, a bioorthogonal reaction point is given to the immobilization target substance.

まず、固定化対象物質に付与されたバイオ直交性反応点が、固定化用物質における反応点(B2)自体として機能する場合について説明する。固定化対象物質に付与されたバイオ直交性反応点は、スペーサーの反応点(B1)とバイオ直交性を有するものであればよい。スペーサーの反応点(B1)が、ひずみのある環状構造に含まれる三重結合を有する官能基である場合は、固定化対象物質の反応点(B2)はアジド基であることが好ましい。固定化対象物質がタンパク質もしくはペプチドである場合、アジド基は下記の化学式IIIで表される官能基として付与され、固定化対象物質が低分子化合物である場合、アジド基は下記の化学式IVで表される官能基として付与されることが好ましい。
また、スペーサーの反応点(B1)が、テトラジン残基またはトランスシクロオクテン残基である場合は、固定化対象物質に付与される反応点(B2)は、トランスシクロオクテン残基またはテトラジン残基が好ましい。
First, the case where the bioorthogonal reaction point given to the substance to be immobilized functions as the reaction point (B2) itself in the substance for immobilization will be described. The bioorthogonal reaction point imparted to the immobilization target substance only needs to have bioorthogonality with the spacer reaction point (B1). When the reaction point (B1) of the spacer is a functional group having a triple bond contained in a strained cyclic structure, the reaction point (B2) of the substance to be immobilized is preferably an azide group. When the immobilization target substance is a protein or peptide, the azide group is added as a functional group represented by the following chemical formula III. When the immobilization target substance is a low molecular compound, the azide group is represented by the following chemical formula IV. It is preferable that it is provided as a functional group.
In addition, when the reaction point (B1) of the spacer is a tetrazine residue or a transcyclooctene residue, the reaction point (B2) given to the substance to be immobilized is a transcyclooctene residue or a tetrazine residue. preferable.

固定化対象物質としてタンパク質またはペプチドを用いる場合は、バイオ直交性反応点が、固定化対象タンパク質またはペプチドのアミノ末端やカルボキシル末端、タンパク質またはペプチドの内部などといった、どこか1カ所に付与されていればよい。バイオ直交性反応点がアミノ末端に付与されることが好ましい。   When a protein or peptide is used as the immobilization target substance, the bioorthogonal reaction point may be added to one place such as the amino terminus or carboxyl terminus of the immobilization target protein or peptide, or the interior of the protein or peptide. That's fine. It is preferred that a bioorthogonal reactive site is attached to the amino terminus.

固定化対象タンパク質またはペプチドにバイオ直交性反応点を付与するために、バイオ直交性反応点自体、例えばアジド基を含む官能基自体をタンパク質またはペプチドに導入することも可能であるし、バイオ直交性反応点を有する非天然アミノ酸を固定化対象タンパク質またはペプチドに導入することも可能である。バイオ直交性反応点を有する非天然アミノ酸としては、例えばアジド基、テトラジン残基またはトランスシクロオクテン残基を含むものが例示され、さらに具体的にはアジドフェニルアラニンやフェニル基のついていないアジド基を持った非天然アミノ酸(Link, A. J.; Tirrell, D. A. J. Am. Chem. Soc.2003, 125, 11164-11165など)が挙げられる。   In order to give a bioorthogonal reactive site to the protein or peptide to be immobilized, it is possible to introduce a bioorthogonal reactive site itself, for example, a functional group itself containing an azide group into the protein or peptide, It is also possible to introduce an unnatural amino acid having a reactive site into the protein or peptide to be immobilized. Examples of non-natural amino acids having bioorthogonal reactive sites include those containing an azide group, tetrazine residue or transcyclooctene residue, and more specifically, an azide group without an azidophenylalanine or phenyl group. And unnatural amino acids (Link, AJ; Tirrell, DAJ Am. Chem. Soc. 2003, 125, 11164-11165, etc.).

固定化対象物質に付与されたバイオ直交性反応点が、反応点(B2)を固定化対象物質に付与する機能を有する場合について説明する。なお、反応点(B2)はバイオ直交性反応点であってもバイオ直交性反応点以外のものであってもよく、スペーサーの反応点(B1)と反応性を有するものであればよい。例えばスペーサーの反応点(B1)が、アビジンまたはストレプトアビジンである場合は、固定化用物質の反応点(B2)は、ビオチンが好ましく、ビオチンはバイオ直交性反応点を介して固定化対象物質に結合する。   A case where the bioorthogonal reaction point assigned to the immobilization target substance has a function of imparting the reaction point (B2) to the immobilization target substance will be described. The reaction point (B2) may be a bioorthogonal reaction point or other than the bioorthogonal reaction point, and may be any one having reactivity with the spacer reaction point (B1). For example, when the reaction point (B1) of the spacer is avidin or streptavidin, the reaction point (B2) of the immobilization substance is preferably biotin, and biotin is immobilized on the substance to be immobilized via the bioorthogonal reaction point. Join.

例えば、下記化学式VIIIのように、ビオチンとひずみのある環状構造に含まれる三重結合を有する官能基とが共有結合されている場合は、固定化対象物質にはアジド基が付与されており、これらのバイオ直交性反応点が互いに結合することによりビオチンが固定化対象物質に結合される。例えば、下記化学式VIIのような結合構造にてビオチンが固定化対象物質に結合していることが好ましい。
For example, as shown in the following chemical formula VIII, when biotin and a functional group having a triple bond contained in a distorted cyclic structure are covalently bonded, an azide group is added to the substance to be immobilized. The bio-orthogonal reaction sites bind to each other, so that biotin is bound to the substance to be immobilized. For example, it is preferable that biotin is bound to the substance to be immobilized with a binding structure represented by the following chemical formula VII.

固定化対象物質へのバイオ直交性反応点の付与、および反応点(B2)を含む化合物へのバイオ直交性反応点の付与は、自体公知の方法により可能である。例えば、固定化対象物質へのバイオ直交性反応点の付与は、バイオ直交性反応点を有する化合物を固定化対象物質に結合させることにより達成することができる。   Giving bio-orthogonal reaction points to the immobilization target substance and bio-orthogonal reaction points to the compound containing the reaction point (B2) can be performed by a method known per se. For example, provision of a bioorthogonal reaction point to the immobilization target substance can be achieved by binding a compound having a bioorthogonal reaction point to the immobilization target substance.

固定化対象物質が固定化対象タンパク質やペプチドである場合、固定化対象タンパク質やペプチドの構造は特に制限されないが、固定化対象タンパク質やペプチドにバイオ直交性反応点を付与する方法に応じて、特定の位置に特定のアミノ酸が存在するといった構造上の特徴を必要とする場合がある。具体的には、本発明者らの発明した特願2008-181303号に記載の方法(Nexta法とも称する)を用いる場合は、固定化対象タンパク質やペプチドのアミノ末端が、リジンもしくはアルギニン、ヒスチジン、ロイシン、メチオニンなどであることが好ましい。特願2008-181303号に記載の方法にて、特にアミノアシルtRNAタンパク質転移酵素としてロイシル/フェニルアラニルタンパク質転移酵素を用いる場合は、固定化対象タンパク質もしくはペプチドのアミノ末端に、塩基性のアミノ酸(例えばリジンもしくはアルギニン、ヒスチジン)が存在することが好ましい。この場合、固定化対象タンパク質もしくはペプチドの塩基性アミノ酸に、バイオ直交性反応点を有するアミノ酸を結合させ、固定化対象タンパク質もしくはペプチドへのバイオ直交性反応点の付与を達成することができる。   When the immobilization target substance is an immobilization target protein or peptide, the structure of the immobilization target protein or peptide is not particularly limited, but is specified according to the method for imparting bioorthogonal reaction points to the immobilization target protein or peptide. May require structural features such as the presence of a specific amino acid at position. Specifically, when the method described in Japanese Patent Application No. 2008-181303 invented by the present inventors (also referred to as the Nexta method) is used, the amino terminus of the protein or peptide to be immobilized is lysine or arginine, histidine, Leucine and methionine are preferred. In the method described in Japanese Patent Application No. 2008-181303, particularly when leucyl / phenylalanyl protein transferase is used as an aminoacyl tRNA protein transferase, a basic amino acid (eg, (Lysine or arginine, histidine) is preferably present. In this case, an amino acid having a bioorthogonal reaction point can be bound to a basic amino acid of the protein or peptide to be immobilized, thereby providing a bioorthogonal reaction point to the protein or peptide to be immobilized.

本発明はさらに、物質固定化担体を作製する方法にも及ぶ。物質固定化担体を作製する方法は、一般式X-Sで表される固定化用担体を準備する工程;(b)固定化対象物質にバイオ直交性反応点を付与し、固定化用物質を作製する工程; (c)前記固定化用担体と前記固定化用物質を接触させることにより、物質固定化担体を作製する工程を含む。   The present invention further extends to a method for producing a substance-immobilized carrier. The method for preparing the substance-immobilized carrier is a step of preparing an immobilization carrier represented by the general formula XS; (b) providing a bioorthogonal reaction point to the substance to be immobilized, and producing the substance for immobilization A step; (c) a step of producing a substance-immobilized carrier by bringing the immobilization carrier into contact with the substance for immobilization.

工程(a)において、固定化用担体は、自体公知の方法によって作製することにより準備することができる。例えば、担体にスペーサー化合物を付与し、さらに反応点(B1)を付与する、あるいはスペーサー化合物が予め付与された担体を入手し、反応点(B1)を付与することにより作製することができる。   In the step (a), the immobilization carrier can be prepared by producing by a method known per se. For example, it can be prepared by adding a spacer compound to a carrier and further giving a reaction point (B1), or obtaining a carrier to which a spacer compound has been given in advance and giving a reaction point (B1).

市販の担体としてUltralink Biosupport(Pierce社製)を使用し、市販のスペーサー化合物として、Bocジアミノプロパン酸(Bachem社)や、O-(2-Aminoethyl)-O'-[2-(Boc-amino)ethyl]decaethylene glycol(Fluka社 製 #77090)を使用する場合について例示する。Bocジアミノプロパン酸(Bachem社)またはO-(2-Aminoethyl)-O'-[2-(Boc-amino)ethyl]decaethylene glycol(Fluka社 製 #77090)、Ultralink Biosupport、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジイソプロピルエチルアミン等を混合し、50℃で7時間混和させることにより、担体にスペーサー化合物を付与することができる。
あるいは、市販の担体として、プロテインチップ用ヒドロゲルスライド(Nexterion(登録商標)Slide H、SCHOTT社製、#1070936)を使用し、市販のスペーサー化合物として、H2N-(CH2CH2O)44-CH2CH2-NH2(Fluka社製、#14501)を使用する場合について例示する。H2N-(CH2CH2O)44-CH2CH2-NH2(Fluka社製、#14501)を溶かしたDMSO溶液をヒドロゲルスライド上にスポットし、チャンバー内で室温・終夜インキュベートすることにより、担体にスペーサー化合物を付与することができる。
Ultralink Biosupport (Pierce) is used as a commercially available carrier, and Boc diaminopropanoic acid (Bachem) or O- (2-Aminoethyl) -O '-[2- (Boc-amino) is used as a commercially available spacer compound. An example of using ethyl] decaethylene glycol (Fluka # 77090) is shown. Boc diaminopropanoic acid (Bachem) or O- (2-Aminoethyl) -O '-[2- (Boc-amino) ethyl] decaethylene glycol (Fluka # 77090), Ultralink Biosupport, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethyl By mixing formamide (DMF), diisopropylethylamine and the like and mixing them at 50 ° C. for 7 hours, a spacer compound can be imparted to the carrier.
Alternatively, a hydrogel slide for protein chip (Nexterion (registered trademark) Slide H, manufactured by SCHOTT, # 1070936) is used as a commercially available carrier, and H 2 N— (CH 2 CH 2 O) 44 is used as a commercially available spacer compound. An example of using —CH 2 CH 2 —NH 2 (from Fluka, # 14501) will be described. Spot DMSO solution containing H 2 N- (CH 2 CH 2 O) 44 —CH 2 CH 2 —NH 2 (Fluka, # 14501) on a hydrogel slide and incubate in the chamber at room temperature and overnight. Thus, a spacer compound can be imparted to the carrier.

担体に付与されたスペーサー化合物に、反応点(B1)としてバイオ直交性反応点を付与する方法は自体公知の方法により行うことができる。バイオ直交性反応点として、ひずみのある環状構造に含まれる三重結合を有する官能基を、スペーサー化合物に付与するために、化合物6(Carbonic acid 7, 8- didehydro-1,2:5,6-dibenzocyclooctene-3-yl ester 4-nitrophenyl ester)を用いることができる(実施例1(2)参照)。化合物6を用いる場合には、例えば、まず市販の化合物(フェニルアセトアルデヒド、アルドリッチ社)から6段階の有機合成を行って化合物6を合成し、スペーサー化合物を持つゲルもしくはスライドに、化合物6、ジメチルホルムアミド(DMF)、トリエチルアミンなどを接触させ、30℃(室温でもよい)で終夜混和させることにより、バイオ直交性反応点の付与された固定化担体を作製することができる。   A method of imparting a bioorthogonal reactive site as a reactive site (B1) to the spacer compound applied to the carrier can be carried out by a method known per se. As a bioorthogonal reaction point, compound 6 (Carbonic acid 7, 8- didehydro-1,2: 5,6- is used to give a functional group having a triple bond contained in a distorted cyclic structure to the spacer compound. dibenzocyclooctene-3-yl ester 4-nitrophenyl ester) can be used (see Example 1 (2)). When using compound 6, for example, first, compound 6 is synthesized from a commercially available compound (phenylacetaldehyde, Aldrich) by synthesizing 6 steps, and compound 6 or dimethylformamide is placed on a gel or slide having a spacer compound. (DMF), triethylamine, etc. are brought into contact with each other and mixed overnight at 30 ° C. (or room temperature) to prepare an immobilization carrier to which a bioorthogonal reaction point is imparted.

担体に付与されたスペーサー化合物に、反応点(B1)として、バイオ直交性反応点以外の反応点、例えばストレプトアビジンを付与する方法も、自体公知の方法により行うことができる。また、各社から市販されているstreptavidin-agaroseなどの担体を用いてもよい。例えば、Streptavidin-Agarose from Streptomyces avidinii(シグマ−アルドリッチ社 #S1638)などである。   A method of imparting a reaction point other than the bioorthogonal reaction point, for example, streptavidin, as the reaction point (B1) to the spacer compound imparted to the carrier can also be carried out by a method known per se. A carrier such as streptavidin-agarose commercially available from each company may also be used. For example, Streptavidin-Agarose from Streptomyces avidinii (Sigma-Aldrich # S1638).

工程(b)において、固定化対象物質にバイオ直交性反応点を付与して固定化用物質を作製する工程は、自体公知の方法により可能である。例えば、バイオ直交性反応点を有する化合物を、固定化対象物質に結合させることにより、固定化対象物質にバイオ直交性反応点を付与することができる。かかる固定化用物質のバイオ直交性反応点は、それ自体が反応点(B2)として機能してもよいし、反応点(B2)を有する化合物を結合する機能を有してもよい。   In the step (b), the step of producing a material for immobilization by imparting a bioorthogonal reaction point to the material to be immobilized can be performed by a method known per se. For example, a bioorthogonal reaction point can be imparted to the immobilization target substance by binding a compound having a bioorthogonal reaction point to the immobilization target substance. The bioorthogonal reaction point of the immobilizing substance may itself function as a reaction point (B2) or may have a function of binding a compound having the reaction point (B2).

固定化対象物質としてタンパク質またはペプチドを用いる場合は、バイオ直交性反応点が、固定化対象タンパク質またはペプチドのアミノ末端やカルボキシル末端、固定化対象タンパク質またはペプチドの内部などといった、どこか1カ所に付与されるようにすればよい。バイオ直交性反応点がアミノ末端に付与されることが好ましい。   When a protein or peptide is used as an immobilization target substance, a bioorthogonal reaction point is assigned to one location such as the amino terminus or carboxyl terminus of the immobilization target protein or peptide, or the interior of the immobilization target protein or peptide. What should I do? It is preferred that a bioorthogonal reactive site is attached to the amino terminus.

固定化対象タンパク質またはペプチドにバイオ直交性反応点を付与するために、バイオ直交性反応点自体、例えばアジド基を含む官能基自体を、固定化対象タンパク質またはペプチドに導入することも可能であるし、バイオ直交性反応点を有する非天然アミノ酸を固定化対象タンパク質またはペプチドに導入することも可能である。バイオ直交性反応点を有する非天然アミノ酸を、固定化対象タンパク質またはペプチドに結合させることにより、バイオ直交性反応点を固定化対象物質に付与することが好ましい。
バイオ直交性反応点を有する非天然アミノ酸としては、例えばアジド基、テトラジン残基またはトランスシクロオクテン残基を含むものが例示され、さらに具体的にはアジドフェニルアラニンやフェニル基のついていないアジド基を持った非天然アミノ酸(Link, A. J.; Tirrell, D. A. J. Am. Chem. Soc.2003, 125, 11164-11165など)が挙げられる。
In order to impart a bioorthogonal reactive site to the protein or peptide to be immobilized, it is possible to introduce the bioorthogonal reactive site itself, for example, a functional group itself containing an azide group, into the protein or peptide to be immobilized. It is also possible to introduce an unnatural amino acid having a bioorthogonal reactive site into the protein or peptide to be immobilized. It is preferable to impart a bioorthogonal reaction point to the immobilization target substance by binding an unnatural amino acid having a bioorthogonal reaction point to the protein or peptide to be immobilized.
Examples of non-natural amino acids having bioorthogonal reactive sites include those containing an azide group, tetrazine residue or transcyclooctene residue, and more specifically, an azide group without an azidophenylalanine or phenyl group. And unnatural amino acids (Link, AJ; Tirrell, DAJ Am. Chem. Soc. 2003, 125, 11164-11165, etc.).

バイオ直交性反応点を有する非天然アミノ酸の固定化対象タンパク質またはペプチドへの導入は、タンパク質翻訳系を用いて位置特異的に導入する非天然アミノ酸変異法(Alexander Deiters et al, J Am Chem Soc. 2003 ;125:11782;Link, A. J.; Tirrell, D. A. J. Am. Chem. Soc.2003, 125, 11164-11165);ロイシル/フェニルアラニルタンパク質転移酵素と、非天然アミノ酸によりアミノアシル化されたtRNAとを用いて、固定化対象タンパク質またはペプチドのアミノ末端に非天然アミノ酸を酵素的に結合させる方法(M. Taki, M. Sisido, Biopolymers: Peptide Science, 88, 263 (2007);R. E. Conner, D. A. Tirrell et al., ChemBioChem, 9, 366 (2008));特願2008-181303号に記載の方法(tRNA、アミノアシルtRNA合成酵素およびアミノアシルtRNAタンパク質転移酵素の反応を利用した方法:Nexta法とも称する);ペプチド固相合成法を用いて固定化対象タンパク質またはペプチドを合成する際、固定化対象タンパク質またはペプチドの末端または内部に、アジド基を持つ非天然アミノ酸を1カ所だけ、合成の過程で導入する方法などで、行うことができる。   The introduction of non-natural amino acids having bioorthogonal reactive sites into the protein or peptide to be immobilized is a non-natural amino acid mutation method (Alexander Deiters et al, J Am Chem Soc. 2003; 125: 11782; Link, AJ; Tirrell, DAJ Am. Chem. Soc. 2003, 125, 11164-11165); using leucyl / phenylalanylprotein transferase and tRNA aminoacylated with an unnatural amino acid Thus, a method of enzymatically binding an unnatural amino acid to the amino terminus of a protein or peptide to be immobilized (M. Taki, M. Sisido, Biopolymers: Peptide Science, 88, 263 (2007); RE Conner, DA Tirrell et al. ChemBioChem, 9, 366 (2008)); method described in Japanese Patent Application No. 2008-181303 (method using reaction of tRNA, aminoacyl tRNA synthetase and aminoacyl tRNA protein transferase: also referred to as Nexta method); When synthesizing a protein or peptide to be immobilized using the phase synthesis method, a method in which only one unnatural amino acid having an azide group is introduced into the terminal or inside of the protein or peptide to be immobilized in the course of synthesis. ,It can be carried out.

バイオ直交性反応点を有する非天然アミノ酸の固定化対象タンパク質もしくはペプチドへの導入を、特願2008-181303号の方法にて行う場合、アミノアシルtRNAタンパク質転移酵素としてロイシル/フェニルアラニルタンパク質転移酵素を用いれば、固定化対象ペプチドもしくはタンパク質のアミノ末端に、バイオ直交性反応点を有する非天然アミノ酸を導入することができる。なお、特願2008-181303号の内容は、参照により本出願に全て記載されているものとする。   When introducing a non-natural amino acid having a bioorthogonal reactive site into a protein or peptide to be immobilized by the method of Japanese Patent Application No. 2008-181303, leucyl / phenylalanyl protein transferase is used as an aminoacyl tRNA protein transferase. If used, an unnatural amino acid having a bioorthogonal reactive site can be introduced at the amino terminus of the peptide or protein to be immobilized. Note that the contents of Japanese Patent Application No. 2008-181303 are all described in this application by reference.

特願2008-181303号に記載の方法(Nexta法とも称する)を用いる場合は、アミノ末端が、リジンもしくはアルギニン、ヒスチジン、ロイシン、メチオニンなどである固定化対象タンパク質またはペプチドを用いることが好ましい。特願2008-181303号に記載の方法にて、特にアミノアシルtRNAタンパク質転移酵素としてロイシル/フェニルアラニルタンパク質転移酵素を用いる場合は、固定化対象タンパク質もしくはペプチドのアミノ末端に、塩基性のアミノ酸(例えばリジンもしくはアルギニン、ヒスチジン)が存在することが好ましい。   When using the method described in Japanese Patent Application No. 2008-181303 (also referred to as Nexta method), it is preferable to use a protein or peptide to be immobilized whose amino terminus is lysine or arginine, histidine, leucine, methionine or the like. In the method described in Japanese Patent Application No. 2008-181303, particularly when leucyl / phenylalanyl protein transferase is used as an aminoacyl tRNA protein transferase, a basic amino acid (eg, (Lysine or arginine, histidine) is preferably present.

特願2008-181303号に記載のNexta法を用いて、固定化対象ペプチドもしくはタンパク質に、非天然アミノ酸のアジドフェニルアラニンを付加させる方法は、例えば、tRNA、緩衝液、ATP(Na)-KOH、固定化対象タンパク質もしくはペプチド、アジドフェニルアラニン、アミノアシルtRNA合成酵素およびアミノアシルtRNAタンパク質転移酵素を混合してインキュベートするものである。インキュベートの温度は約0℃〜50℃、好ましくは約4℃〜37℃であり、インキュベートの時間は約15分〜120分でよいが、数分(5分程度)でもよい。例えば37℃で60分間インキュベートを行ってもよい。   Using the Nexta method described in Japanese Patent Application No. 2008-181303, a method for adding an azidophenylalanine, an unnatural amino acid, to a peptide or protein to be immobilized is, for example, tRNA, buffer, ATP (Na) -KOH, immobilization The protein or peptide to be activated, azidophenylalanine, aminoacyl tRNA synthetase and aminoacyl tRNA protein transferase are mixed and incubated. The incubation temperature is about 0 ° C. to 50 ° C., preferably about 4 ° C. to 37 ° C., and the incubation time may be about 15 minutes to 120 minutes, but may be several minutes (about 5 minutes). For example, incubation may be performed at 37 ° C. for 60 minutes.

固定化対象物質として低分子化合物を用いる場合を例示する。固定化対象低分子化合物としてのTAMRA-OSu(Sigma社;正式名:(5(6)-carboxytetramethylrhodamine N-hydroxysuccinimide ester:2種類の異性体の混合物)と、アジド基を有する化合物である11-Azido-3,6,9-trioxaundecan-1-amine(Fluka社)を混合し、室温終夜インキュベートすることにより、バイオ直交性反応点を低分子化合物に付与することができる。   The case where a low molecular weight compound is used as the substance to be immobilized is exemplified. TAMRA-OSu (Sigma; official name: (5 (6) -carboxytetramethylrhodamine N-hydroxysuccinimide ester) By mixing -3,6,9-trioxaundecan-1-amine (Fluka) and incubating overnight at room temperature, a bioorthogonal reactive site can be imparted to the low molecular weight compound.

固定化対象物質に付与されたバイオ直交性反応点が、反応点(B2)を有する化合物を結合する機能を有する場合について説明する。以下、反応点(B2)を有する化合物がビオチンであり、ビオチンにひずみのある環状構造に含まれる炭素−炭素三重結合を有する官能基が付与されており、固定化用物質がアジド基を有する場合を例示して説明する。   The case where the bioorthogonal reaction point assigned to the immobilization target substance has a function of binding the compound having the reaction point (B2) will be described. Hereinafter, when the compound having the reaction point (B2) is biotin, biotin is given a functional group having a carbon-carbon triple bond contained in a distorted cyclic structure, and the immobilizing substance has an azide group An example will be described.

まず、ビオチンにバイオ直交性反応点を付与した化合物を得る。かかる化合物は、例えば、Ning et al., Angew. Chem.Int. Ed. Engl., 47, 2253 (2008)の方法に従って、合成、精製、同定することが可能である。   First, a compound in which a bioorthogonal reaction point is imparted to biotin is obtained. Such compounds can be synthesized, purified and identified according to the method of Ning et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 47, 2253 (2008), for example.

次に、バイオ直交性反応点を付与された固定化対象物質と、ビオチンにバイオ直交性反応点を付与した化合物との結合反応を行う。かかる結合反応は、例えばバイオ直交性反応点を付与された固定化対象化合物に対して、ビオチンにバイオ直交性反応点を付与した化合物を含むメタノール溶液を混合し、インキュベートを行えばよい。この結合反応では、特定の触媒、例えば銅触媒をさらに用いる必要はなく、むしろ用いないことが好ましい。炭素−炭素三重結合がひずみを持つ環状構造に含まれていれば、銅触媒を用いなくても、バイオ直交性反応は速やかに進行可能である。インキュベーションの時間、温度などは適宜設定可能であるが、例えば室温〜37℃程度で、20分〜1時間程度行えばよい。   Next, a binding reaction between the immobilization target substance provided with the bio-orthogonal reaction point and a compound provided with bio-orthogonal reaction point for biotin is performed. In such a binding reaction, for example, a methanol solution containing a biotin-orthogonal compound-containing compound is mixed with biotin-orthogonal compound to be immobilized and incubated. In this coupling reaction, it is not necessary to further use a specific catalyst such as a copper catalyst, and it is preferable not to use it. If the carbon-carbon triple bond is contained in a strained cyclic structure, the bioorthogonal reaction can proceed rapidly without using a copper catalyst. The incubation time, temperature, and the like can be appropriately set. For example, the incubation may be performed at room temperature to about 37 ° C. for about 20 minutes to 1 hour.

工程(c)において、前記固定化用担体と前記固定化用物質を接触させることにより、物質固定化担体を作製することができる。   In the step (c), the substance-immobilized carrier can be produced by bringing the immobilizing carrier into contact with the immobilizing substance.

反応点(B1,B2)がバイオ直交性反応点である場合は、前記固定化用担体と前記固定化用物質を接触させた状態でインキュベートして反応を行えばよく、特定の触媒などをさらに添加する必要はない。例えば、前記固定化用担体と前記固定化用物質を、炭素−炭素三重結合とアジド基により結合する場合、銅触媒を用いてもよいが、用いないことが好ましい。炭素−炭素三重結合がひずみを持つ環状構造に含まれていれば、銅触媒を用いなくても、バイオ直交性反応は速やかに進行可能である。記固定化用担体と前記固定化用物質を接触させるためのインキュベーションの時間、温度などは適宜設定可能であるが、例えば室温で、20分〜1時間程度行えばよい。 When the reaction point (B1, B2) is a bioorthogonal reaction point, the reaction may be performed by incubating the immobilization carrier and the immobilization substance in contact with each other, and a specific catalyst or the like may be further added. It is not necessary to add. For example, when the immobilization carrier and the immobilization substance are bonded by a carbon-carbon triple bond and an azide group, a copper catalyst may be used, but it is preferably not used. If the carbon-carbon triple bond is contained in a strained cyclic structure, the bioorthogonal reaction can proceed rapidly without using a copper catalyst. Incubation time for contacting with the front Symbol carrier for immobilizing the immobilization material, the temperature, etc. can be appropriately set, for example at room temperature, it may be carried out for about 20 minutes to 1 hour.

反応点(B1,B2)がバイオ直交性反応点以外のものである場合、反応点の種類に応じて、反応条件等を決定することができる。例えば、反応点(B1)がストレプトアビジンで、反応点(B2)がビオチンである場合は、J. N. Rybak et al., Proteomics, 4,2296(2004)の方法を参考にして反応を行えばよい。また、市販のStreptavidin-agaroseを用いる場合は、製造元のプロトコルに従って反応を行えばよい。   When the reaction point (B1, B2) is other than the bioorthogonal reaction point, the reaction conditions and the like can be determined according to the type of the reaction point. For example, when the reaction point (B1) is streptavidin and the reaction point (B2) is biotin, the reaction may be performed with reference to the method of J. N. Rybak et al., Proteomics, 4, 2296 (2004). In addition, when commercially available Streptavidin-agarose is used, the reaction may be performed according to the manufacturer's protocol.

本発明はさらに、1以上の固定化対象物質を含む物質固定化担体からなる、アレイ、クロマトグラフィー用ゲル、または固定化触媒にも及ぶ。アレイはタンパク質アレイ(プロテインチップとも称する)を意味し、クロマトグラフィー用ゲルは液体クロマトグラフィー用のカラム等に充填されるゲル等が例示され、固定化触媒は固定化酵素などが例示され、さらに具体的にはマイクロリアクター上に固定化される酵素が挙げられる。   The present invention further extends to an array, a gel for chromatography, or an immobilization catalyst comprising a substance immobilization support containing one or more substances to be immobilized. An array means a protein array (also called a protein chip), a gel for chromatography is exemplified by a gel packed in a column for liquid chromatography, etc., an immobilized catalyst is exemplified by immobilized enzyme, etc. Specifically, an enzyme immobilized on a microreactor can be mentioned.

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these.

(実施例1) 固定化用担体の作製
(1)担体へのスペーサー化合物の付加
市販のアクリルアミド由来のゲル(Ultralink Biosupport、Pierce社製)を出発原料とし、短いスペーサー化合物を持つゲル7および長いスペーサー化合物を持つゲル8を合成した(図2)。スペーサー化合物を持つゲルは、Bocジアミノプロパン酸(Bachem社)またはO-(2-Aminoethyl)-O'-[2-(Boc-amino)ethyl]decaethylene glycol 180μmol、Ultralink Biosupport 0.1g (30μmolの反応点を持つ;製品の添付書に記載)、ジメチルスルホキシド(DMSO) 800μL、ジメチルホルムアミド(DMF) 800μL、ジイソプロピルエチルアミン 200μLを混合し、50℃で7時間混和させ反応を行うことにより作製した。上清を取り除き、1.5M Tris-HCl緩衝溶液(pH8.8)を800μL加え、50℃で30分間混和させ、ゲル上の未反応の官能基を潰した。上清を取り除き、水でゲルを洗浄した。次に、氷上でトリフルオロ酢酸(1mL)を加え、氷上に30分放置した。トリフルオロ酢酸を取り除き、ゲルをジエチルエーテルで洗浄したのち、真空ポンプで乾燥させた。
(Example 1) Preparation of immobilization carrier (1) Addition of spacer compound to carrier Gel 7 derived from commercially available acrylamide (Ultralink Biosupport, manufactured by Pierce), gel 7 having a short spacer compound and long spacer Gel 8 with a compound was synthesized (FIG. 2). Gels with spacer compounds are Boc diaminopropanoic acid (Bachem) or O- (2-Aminoethyl) -O '-[2- (Boc-amino) ethyl] decaethylene glycol 180 μmol, Ultralink Biosupport 0.1 g (30 μmol reaction point It was prepared by mixing 800 μL of dimethyl sulfoxide (DMSO), 800 μL of dimethylformamide (DMF), and 200 μL of diisopropylethylamine and mixing them at 50 ° C. for 7 hours to carry out the reaction. The supernatant was removed, 800 μL of 1.5 M Tris-HCl buffer solution (pH 8.8) was added, and the mixture was mixed at 50 ° C. for 30 minutes to crush unreacted functional groups on the gel. The supernatant was removed and the gel was washed with water. Next, trifluoroacetic acid (1 mL) was added on ice and left on ice for 30 minutes. The trifluoroacetic acid was removed and the gel was washed with diethyl ether and then dried with a vacuum pump.

(2)バイオ直交性反応点を有する化合物の合成
ゲルにバイオ直交性反応点を持たせるため、市販の化合物(フェニルアセトアルデヒド、アルドリッチ社)から6段階の有機合成を行って、化合物6(Carbonic acid 7, 8- didehydro-1,2:5,6-dibenzocyclooctene-3-yl ester 4-nitrophenyl ester)を合成した。合成、およびNMR等による化合物の同定は、Ning, Angew. Chem.Int. Ed. Engl., 47, 2253 (2008) の方法に従い行った(下記のスキーム1)。化合物1〜6は全てシリカゲルカラムクロマトにて精製を行い、NMRおよびMSスペクトルにて同定した。
(2) Synthesis of a compound having bioorthogonal reaction points In order to give the gel a bioorthogonal reaction point, a 6-step organic synthesis was performed from a commercially available compound (phenylacetaldehyde, Aldrich) to obtain compound 6 (Carbonic acid 7, 8- didehydro-1,2: 5,6-dibenzocyclooctene-3-yl ester 4-nitrophenyl ester) was synthesized. Synthesis and identification of the compound by NMR and the like were performed according to the method of Ning, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 47, 2253 (2008) (Scheme 1 below). Compounds 1-6 were all purified by silica gel column chromatography and identified by NMR and MS spectra.

(3)担体へのバイオ直交性反応点の付与
スペーサー化合物を持つ乾燥ゲル(10mg;およそ3μmolのアミノ基(反応点)が含まれていると考えられる)に対し、化合物6(4.6 mg; 12μmol)、ジメチルホルムアミド(DMF) 200μLトリエチルアミン (0.9μL; 9μmol)を混合し、30℃終夜混和させ反応を行った。翌日、上清を取り除き、ゲルをジメチルスルホキシド(DMSO)で3回洗浄し、次に水で2回洗浄を行った。これにより、ひずみのある三重結合をバイオ直交性反応点として持つゲル9および10を作製した(図2)。
(3) Giving a bioorthogonal reactive site to the carrier Compound 6 (4.6 mg; 12 μmol) against a dry gel with a spacer compound (10 mg; probably containing about 3 μmol of amino groups (reactive sites)) ) And dimethylformamide (DMF) 200 μL triethylamine (0.9 μL; 9 μmol) were mixed and reacted overnight at 30 ° C. The next day, the supernatant was removed and the gel was washed three times with dimethyl sulfoxide (DMSO) and then twice with water. As a result, gels 9 and 10 having strained triple bonds as bioorthogonal reaction points were prepared (FIG. 2).

(4)ゲル9および10上のバイオ直交性反応点のモル数の決定
TAMRA-OSu(Sigma社;正式名:(5(6)-carboxytetramethylrhodamine N-hydroxysuccinimide ester;2種類の異性体の混合物)および11-Azido-3,6,9-trioxaundecan-1-amine(Fluka社)を用いて、下記のスキーム2により、バイオ直交性反応点(アジド基)を持つ蛍光性化合物11(肉眼では赤色)を合成した。HPLCを用いて精製を行い、NMRおよびMSスペクトルにて同定した。
化合物11を水に溶かし、ゲル9または10と混合し、反応性を確認した。
(4) Determination of the number of moles of bioorthogonal reaction points on gels 9 and 10
TAMRA-OSu (Sigma; official name: (5 (6) -carboxytetramethylrhodamine N-hydroxysuccinimide ester; mixture of two isomers) and 11-Azido-3,6,9-trioxaundecan-1-amine (Fluka) Was used to synthesize a fluorescent compound 11 (red with the naked eye) having a bioorthogonal reactive site (azide group) according to the following scheme 2. Purification was performed using HPLC and identified by NMR and MS spectra. .
Compound 11 was dissolved in water and mixed with gel 9 or 10 to confirm the reactivity.

結果を図3に示す。ゲル9および10と混合後、即座にバイオ直交性反応点である官能基同士が反応してゲルが赤く染まり(図3の右(ゲル10);ゲル9でも同様の結果が得られるが、写真は示していない)、溶液の赤色は消失し、ゲルが赤く染まった。ひずみを持つ三重結合を持たないゲル7または8と化合物11とを混合した結果、ゲルは白いままであり、溶液の色は消失しなかった(図3の左(ゲル8);ゲル7でも同様の結果が得られるが、写真は示していない)。これはゲル7または8と化合物11とでは反応が起こらなかったことを示す。   The results are shown in FIG. Immediately after mixing with gels 9 and 10, the functional groups that are bioorthogonal reaction points react with each other to stain the gel red (right side of FIG. 3 (gel 10); the same result is obtained with gel 9) Not shown), the red color of the solution disappeared and the gel was stained red. As a result of mixing the compound 7 with the strain 7 or 8 having no triple bond, the gel remained white and the color of the solution did not disappear (left of FIG. 3 (gel 8); the same applies to the gel 7). Results, but no pictures are shown). This indicates that no reaction occurred between gel 7 or 8 and compound 11.

結果を図3に示す。ゲル9および10と混合後、即座にバイオ直交性反応点である官能基同士が反応してゲルが赤く染まり(図3の右(ゲル10)、ゲル9でも同様の結果が得られるが、写真は示していない)、溶液の赤色は消失し、ゲルが赤く染まった。ひずみを持つ三重結合を持たないゲル7または8と化合物11とを混合した結果、ゲルは白いままであり、溶液の色は消失しなかった(図3の左(ゲル8)、ゲル7でも同様の結果が得られるが、写真は示していない)。これはゲル7または8と化合物11とでは反応が起こらなかったことを示す。   The results are shown in FIG. Immediately after mixing with gels 9 and 10, the functional groups that are bioorthogonal reaction points react with each other and the gel is stained red (the right result in FIG. 3 (gel 10), the same result is obtained with gel 9) Not shown), the red color of the solution disappeared and the gel was stained red. As a result of mixing the compound 11 with the strain 7 having no triple bond and the compound 11, the gel remained white and the color of the solution did not disappear (left of FIG. 3 (gel 8), the same with the gel 7). Results, but no pictures are shown). This indicates that no reaction occurred between gel 7 or 8 and compound 11.

また、ゲル9および10を化合物11で滴定して、ゲル上のバイオ直交性反応点(三重結合)のモル数を求めた結果、ゲル9および10いずれも、ゲル1mLあたり8〜10μモルのバイオ直交性反応点を有していた。   Further, the gels 9 and 10 were titrated with the compound 11, and the number of moles of the bioorthogonal reaction point (triple bond) on the gel was determined. It had orthogonal reaction points.

(実施例2)固定化用ペプチドの作製(Nexta法)
0.1 O.D./μl E. coli tRNAPhe 3μl(0.3OD; 460 pmol)、5×aat緩衝液(アミノアシル化緩衝液; 50mM MgCl2, 5mM Spermine, 250mM Hepes buffer(pH7.6), 100mM KCl) 7.2μl、250mM ATP(Na)-KOH (pH7.0) 0.36μl、350 pmol/μl 蛍光ペプチドLys-Ala-AMC(Lys-Ala-7-amido-4-methylcoumarin dihydrochloride ;Sigma社#L8139) 6μl(2.1nmol)、アジドフェニルアラニン 60nmol、33μM E. coli PheRS(Ala294→Gly) 3μl(100 pmol)、26μM L/F転移酵素(野生型) 3μl(78 pmol)を混合した混合溶液(超純水で全量64μlに調節)を作製した。37℃で60分間インキュベートした。
その結果、アジド基の付加された蛍光ペプチドが得られた(図4左側)。
(Example 2) Preparation of peptide for immobilization (Nexta method)
0.1 OD / μl E. coli tRNA Phe 3 μl (0.3OD; 460 pmol), 5 × aat buffer (aminoacylation buffer; 50 mM MgCl 2 , 5 mM Spermine, 250 mM Hepes buffer (pH 7.6), 100 mM KCl) 7.2 μl , 250 mM ATP (Na) -KOH (pH 7.0) 0.36 μl, 350 pmol / μl Fluorescent peptide Lys-Ala-AMC (Lys-Ala-7-amido-4-methylcoumarin dihydrochloride; Sigma # L8139) 6 μl (2.1 nmol) ), Azidophenylalanine 60 nmol, 33 μM E. coli PheRS (Ala294 → Gly) 3 μl (100 pmol), 26 μM L / F transferase (wild type) 3 μl (78 pmol) mixed solution (total amount to 64 μl with ultrapure water) Adjustment). Incubated at 37 ° C for 60 minutes.
As a result, a fluorescent peptide to which an azide group was added was obtained (left side of FIG. 4).

(実施例3)ペプチド固定化担体の作製
実施例2で作製した固定化用ペプチドに、スペーサー化合物のみを持ちバイオ直交性反応点を持たないゲル7(負対照、図2参照)またはゲル9を6μL加え、室温で30分間攪拌しながらインキュベートした(図4)。反応後、ゲルと上清とを分けた。上清を水で希釈し、320nmの波長で励起して蛍光測定を行った。ゲルは洗浄後、365nmの波長で励起して蛍光イメージングを行った。
(Example 3) Preparation of peptide-immobilized carrier Gel 7 (negative control, see Fig. 2) or gel 9 having only a spacer compound and no bioorthogonal reaction point was added to the peptide for immobilization prepared in Example 2. 6 μL was added and incubated at room temperature with stirring for 30 minutes (FIG. 4). After the reaction, the gel and the supernatant were separated. The supernatant was diluted with water and excited for fluorescence measurement at a wavelength of 320 nm. The gel was washed and then excited at a wavelength of 365 nm for fluorescence imaging.

結果を図5に示す。蛍光測定の結果、98%の蛍光ペプチドをN末端特異的にゲル9上に固定化することができた。   The results are shown in FIG. As a result of the fluorescence measurement, 98% of the fluorescent peptide could be immobilized on the gel 9 in an N-terminal specific manner.

(実施例4)タンパク質固定化担体の作製
(1)固定化対象タンパク質の作製
タンパク質発現用酵母(JD55;Ubr1遺伝子欠損型; A. Varshavsky et al., JBC, 274, 18135 (1999))および、アミノ末端にそれぞれR(アルギニン)、M(メチオニン)、およびL(ロイシン)を持つβガラクトシダーゼを当該酵母内で発現させるためのプラスミド遺伝子(それぞれpUB23-R-betaGal, pUB23-M-betaGal, pUB23-L-betaGal; A. Varshavsky et al., Science, 234, 179 (1986) )を、カリフォルニア工科大のA. Varshavsky氏より入手した。これら3種類の遺伝子をそれぞれ、JD55酵母に形質転換したのち、ガラクトースを添加することにより、酵母内でアミノ末端にそれぞれR(アルギニン)、M(メチオニン)、およびL(ロイシン)を持つβガラクトシダーゼを発現させた。細胞培養物をビーズで破砕したのち、その上清を細胞抽出液として回収した。細胞抽出液中に活性を持ったβガラクトシダーゼが含まれるかどうかについて、基質X-galを用いて定法に従い、酵素活性の測定を行った。
(Example 4) Production of protein immobilization carrier (1) Production of protein to be immobilized Protein expression yeast (JD55; Ubr1 gene deficient type; A. Varshavsky et al., JBC, 274, 18135 (1999)), and Plasmid genes for expressing β-galactosidase with R (arginine), M (methionine), and L (leucine) at the amino terminus in the yeast (pUB23-R-betaGal, pUB23-M-betaGal, pUB23-, respectively) L-betaGal; A. Varshavsky et al., Science, 234, 179 (1986)) was obtained from A. Varshavsky, California Institute of Technology. After transforming each of these three genes into JD55 yeast, the addition of galactose allows β-galactosidase with R (arginine), M (methionine), and L (leucine) at the amino terminus in the yeast. Expressed. After the cell culture was crushed with beads, the supernatant was recovered as a cell extract. Enzyme activity was measured using a substrate X-gal according to a conventional method as to whether or not active β-galactosidase was contained in the cell extract.

結果を図6上段に示す。左から右に向けて、アミノ末端にそれぞれR(アルギニン)、M(メチオニン)、およびL(ロイシン)を持つβガラクトシダーゼの遺伝子を含むプラスミドにより形質転換した酵母の細胞抽出液である。細胞抽出液はどれも青色を呈色したことから、細胞抽出液に活性を持ったβガラクトシダーゼが含まれていることが確認された。   The results are shown in the upper part of FIG. From left to right, a cell extract of yeast transformed with a plasmid containing a β-galactosidase gene having R (arginine), M (methionine), and L (leucine) at the amino terminus, respectively. Since all cell extracts were colored blue, it was confirmed that the cell extract contained β-galactosidase having activity.

(2)固定化用タンパク質の作製(Nexta法)
350 pmol/μl 蛍光ペプチドLys-Ala-AMC 6μl(2.1nmol)の代わりに、実施例4(1)にて得られた細胞抽出液(酵母懸濁液を0.8mLスケールで培養して遠心したものを破砕し調製したもので、合計約18μL)を用いて、非天然アミノ酸(アジドフェニルアラニン;60nmol, 2mM)の存在下で、37℃、1時間反応させた(30μLスケール)。
(2) Preparation of protein for immobilization (Nexta method)
350 pmol / μl Instead of the fluorescent peptide Lys-Ala-AMC 6 μl (2.1 nmol), the cell extract obtained in Example 4 (1) (cultured and centrifuged at 0.8 mL scale yeast suspension) Was prepared by crushing, and a total of about 18 μL) was reacted in the presence of an unnatural amino acid (azidophenylalanine; 60 nmol, 2 mM) at 37 ° C. for 1 hour (30 μL scale).

(3)タンパク質固定化担体の作製
実施例4(2)にて得られた反応混合物に、1.1Mシステインを6.9μLを加えたのち、実施例1にて得られたゲル9 7.5μLと混合した。室温で30分間混和してバイオ直交性反応をさせたのち、上清を捨て、ゲルを洗浄した。
ゲル上に活性を持ったβガラクトシダーゼが含まれるかどうか、基質X-galを用いて定法に従って、実施例4(1)と同様の手法により、酵素活性の測定を行った。
(3) Preparation of protein-immobilized carrier To the reaction mixture obtained in Example 4 (2), 6.9 μL of 1.1 M cysteine was added, and then mixed with 7.5 μL of the gel 9 obtained in Example 1. . After mixing for 30 minutes at room temperature for a bioorthogonal reaction, the supernatant was discarded and the gel was washed.
Whether or not β-galactosidase having activity was contained on the gel was measured by the same method as in Example 4 (1) using the substrate X-gal according to a conventional method.

結果を図6下段に示す。アミノ末端にR(アルギニン)を持ったβガラクトシダーゼのみ青色に呈色していることを確認した。これは、アミノ末端にR(アルギニン)を持ったβガラクトシダーゼのみ、アジドフェニルアラニンが転移したのち、アミノ末端のアジドフェニルアラニンとゲルの環状構造とがバイオ直交性反応して共有結合を形成し、活性を保ったままゲルに固定化されたためと考えられる。一方、アミノ末端にメチオニンまたはロイシンを持ったβガラクトシダーゼは、ゲルは白いままであった。これは、アミノ末端にメチオニンまたはロイシンを持ったβガラクトシダーゼはN末端にアジドフェニルアラニンを転移させることができなかったためと考えられる。このように、多数の蛋白質が混じっている酵母細胞抽出液中から、アミノ末端にアルギニンを持った固定化対象タンパク質だけを特異的に、活性を保ったままゲルに固定化できることが示された。   The results are shown in the lower part of FIG. It was confirmed that only β-galactosidase having R (arginine) at the amino terminus was colored blue. This is because only β-galactosidase with R (arginine) at the amino terminus, after azidophenylalanine is transferred, the amino-terminal azidophenylalanine and the cyclic structure of the gel form a covalent bond to form a covalent bond. This is probably because it was immobilized on the gel while keeping it. On the other hand, β-galactosidase with methionine or leucine at the amino terminus remained white. This is considered to be because β-galactosidase having methionine or leucine at the amino terminus could not transfer azidophenylalanine to the N terminus. As described above, it was shown that only the protein to be immobilized having arginine at the amino terminus can be specifically immobilized on the gel while maintaining the activity from the yeast cell extract containing a large number of proteins.

(実施例5)低分子化合物固定化担体の作製
(1)固定化用担体の作製
市販のプロテインチップ用ヒドロゲルスライド(Nexterion(登録商標)Slide H、SHOTT社製、#1070936)を出発原料とした。H2N-(CH2CH2O)44-CH2CH2-NH2(Fluka社製、#14501)を溶かした40mM DMSO溶液を0.3μLずつ、ヒドロゲルスライド上にスポットし、チャンバー内で室温・終夜インキュベートした。翌日スライドをDMFで洗浄し、表面を軽く乾燥させた。スライド上の未反応の反応点(OSu残基)を潰すため、ジグリコールアミン(Wako社 製、#019-10922)を溶かした40mM DMSO溶液をスライド上に全面に塗り、チャンバー内で室温・終夜インキュベートした。翌日スライドをDMFで洗浄し、表面を軽く乾燥させスライド12を得た。化合物6(23 mg; 60μmol)、ジメチルホルムアミド(DMF) 1mLトリエチルアミン (4.5μL; 45μmol)を混合し、スライド12上に塗り、チャンバー内で室温・終夜インキュベートした。翌日、上清を取り除き、スライドをDMFで5回洗浄し、次に水で2回洗浄を行った。これにより、ひずみのある三重結合をバイオ直交性反応点として持つスライド13を作製した(図7)。
(Example 5) Production of low molecular weight compound immobilization carrier (1) Production of immobilization carrier Commercially available hydrogel slide for protein chip (Nexterion (registered trademark) Slide H, manufactured by SHOTT, # 1070936) was used as a starting material. . 0.3 μL of 40 mM DMSO solution containing H 2 N- (CH 2 CH 2 O) 44 —CH 2 CH 2 —NH 2 (Fluka, # 14501) was spotted on the hydrogel slide and room temperature in the chamber. Incubated overnight. The next day, the slide was washed with DMF, and the surface was lightly dried. To crush the unreacted reaction sites (OSu residues) on the slide, apply a 40 mM DMSO solution in which diglycolamine (Wako, # 019-10922) is dissolved on the entire surface of the slide. Incubated. The next day, the slide was washed with DMF, and the surface was lightly dried to obtain slide 12. Compound 6 (23 mg; 60 μmol) and dimethylformamide (DMF) 1 mL triethylamine (4.5 μL; 45 μmol) were mixed, spread on slide 12, and incubated in the chamber at room temperature overnight. The next day, the supernatant was removed and the slides were washed 5 times with DMF and then twice with water. Thereby, a slide 13 having a strained triple bond as a bioorthogonal reaction point was produced (FIG. 7).

(2)固定化用低分子化合物の作製
TAMRA-OSu(Sigma社;正式名:(5(6)-carboxytetramethylrhodamine N-hydroxysuccinimide ester)および11-Azido-3,6,9-trioxaundecan-1-amine(Fluka社)を用いて、実施例1(4)に記載の方法(スキーム2)と同様の方法により、アジド基を持つ低分子化合物11を合成した。
(2) Preparation of low molecular weight compounds for immobilization
Using TAMRA-OSu (Sigma; official name: (5 (6) -carboxytetramethylrhodamine N-hydroxysuccinimide ester) and 11-Azido-3,6,9-trioxaundecan-1-amine (Fluka), Example 1 ( A low molecular compound 11 having an azide group was synthesized by the same method as in 4) (Scheme 2).

(3)低分子化合物固定化担体の作製
上記スライド13上の各スポット上に、水に溶かした化合物11を1μL/spotでスポットし、湿度のあるチャンバー内で室温・3時間インキュベートし、スライド14を作製した。負対照実験として、バイオ直交性反応点を持たないスライド12と、水に溶かした化合物11とを混合し、同様にインキュベートした。反応後、TBST緩衝溶液で20分3回スライドの洗浄を行い、488nmの光で励起して蛍光イメージャーにてスライド上のスポットの蛍光画像を撮影した。
(3) Preparation of low-molecular-weight compound-immobilized carrier Compound 11 dissolved in water is spotted at 1 μL / spot on each spot on the slide 13, and incubated in a humid chamber at room temperature for 3 hours. Was made. As a negative control experiment, a slide 12 having no bioorthogonal reaction points and a compound 11 dissolved in water were mixed and incubated in the same manner. After the reaction, the slide was washed with TBST buffer solution three times for 20 minutes, excited with 488 nm light, and a fluorescent image of the spot on the slide was taken with a fluorescence imager.

結果を、図8に示す。上段は、スライド13を用いてスライド14を作製した結果を示す。下段はスライド12を用いたもの(負対照)の結果を示す。下段では蛍光が観察されなかったことから、蛍光基を持つ化合物11が全くスライド上に結合していないことがわかった。これらの結果から、バイオ直交性反応点特異的な反応が起こって、化合物11がスライド13上に固定化されたと考えられた。
図8において、スポットした溶液1μL中に含まれる化合物11の量は、左から順に、1nmol、100pmol、10pmol、1pmolであり、表示幅(スライドの横幅)は約1.5cmである。本実施例条件での化合物11の検出限界は、10pmolであることがわかった。また、1nmol(一番左)のスポットの蛍光強度と、100pmol(左から2番目)の蛍光強度とが等しいことから、スライド上の各スポットに含まれるバイオ直交性反応点のモル数は、100pmol/spotと算出された。
The results are shown in FIG. The upper row shows the result of producing the slide 14 using the slide 13. The lower row shows the result of using slide 12 (negative control). Since no fluorescence was observed in the lower stage, it was found that no compound 11 having a fluorescent group was bound on the slide. From these results, it was considered that a reaction specific to the bioorthogonal reaction point occurred and Compound 11 was immobilized on the slide 13.
In FIG. 8, the amount of compound 11 contained in 1 μL of the spotted solution is 1 nmol, 100 pmol, 10 pmol, 1 pmol in order from the left, and the display width (lateral width of the slide) is about 1.5 cm. The detection limit of Compound 11 under the conditions of this example was found to be 10 pmol. In addition, since the fluorescence intensity of the 1 nmol (leftmost) spot is equal to the fluorescence intensity of 100 pmol (second from the left), the number of moles of bioorthogonal reaction points contained in each spot on the slide is 100 pmol. Calculated as / spot.

(実施例6)ビオチン化した固定化用ペプチドの作製
アジドフェニルアラニンを化合物15(蛍光ペプチドLys-Ala-AMC)に結合させるために、以下の反応を行った(図9)。
0.025 O.D./μl E. coli tRNAPhe 24μl(0.6OD; 920 pmol)、ATP(Na)-KOH (pH7.0)を含む5×aat緩衝液(50mM MgCl2, 5mM Spermine, 250mM Hepes buffer(pH7.6), 100mM KCl) 24μl、350 pmol/μl 蛍光ペプチドLys-Ala-AMC(化合物15) 12μl(4.2nmol)、アジドフェニルアラニン96nmol、20μM E. coli PheRS(Ala294→Gly) 6μl(120 pmol)、5.7μM L/F転移酵素(野生型) 27μl(160 pmol)を混合した混合溶液(超純水で全量120μlに調節)を作製した。混合溶液を37℃で120分間インキュベートした。反応後の混合物をYM10フィルターを用いて濾過し、分子量10000以上の酵素を取り除いた。
濾過した溶液のうち30μL分をHPLCで分析した。HPLC条件は、カラム:GRACE Vydac 218TP、検出:蛍光( Ex: 324 nm , Em: 320 nm )、A溶媒:0.1% TFA 水溶液、B溶媒:アセトニトリル、HPLCプロファイル(B溶媒の割合):0-5min 0%、5-7min 0-10%、7-27min 10-50%、27-37min 50-100%である。
(Example 6) Preparation of biotinylated peptide for immobilization In order to bind azidophenylalanine to compound 15 (fluorescent peptide Lys-Ala-AMC), the following reaction was performed (FIG. 9).
0.025 OD / μl E. coli tRNA Phe 24μl (0.6OD; 920 pmol), 5 × aat buffer (50 mM MgCl 2 , 5 mM Spermine, 250 mM Hepes buffer (pH7.) Containing ATP (Na) -KOH (pH 7.0) 6), 100 mM KCl) 24 μl, 350 pmol / μl fluorescent peptide Lys-Ala-AMC (Compound 15) 12 μl (4.2 nmol), azidophenylalanine 96 nmol, 20 μM E. coli PheRS (Ala294 → Gly) 6 μl (120 pmol), 5.7 A mixed solution (adjusted to a total amount of 120 μl with ultrapure water) was prepared by mixing 27 μl (160 pmol) of μM L / F transferase (wild type). The mixed solution was incubated at 37 ° C. for 120 minutes. The mixture after the reaction was filtered using a YM10 filter to remove an enzyme having a molecular weight of 10,000 or more.
30 μL of the filtered solution was analyzed by HPLC. HPLC conditions are as follows: Column: GRACE Vydac 218TP, Detection: Fluorescence (Ex: 324 nm, Em: 320 nm), A solvent: 0.1% TFA aqueous solution, B solvent: acetonitrile, HPLC profile (ratio of B solvent): 0-5min 0%, 5-7min 0-10%, 7-27min 10-50%, 27-37min 50-100%.

残り90μLの溶液のうち30μL分を次の反応に用いた。20mMの化合物17(ビオチン誘導体)(Ning et al., Angew. Chem.Int. Ed. Engl., 47, 2253 (2008)に従って、合成、精製、同定したもの)を含むメタノール溶液 5μLを、上記アジドフェニルアラニンと化合物15の反応溶液に加え、合計35μLとし、37℃で60分間反応を行った。反応混合物を、DISMIC 03フィルターを用いて濾過し、全量をHPLCで分析した。   Of the remaining 90 μL solution, 30 μL was used for the next reaction. 5 μL of a methanol solution containing 20 mM of compound 17 (biotin derivative) (synthesized, purified and identified according to Ning et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 47, 2253 (2008)) In addition to the reaction solution of phenylalanine and compound 15, the total was 35 μL, and the reaction was performed at 37 ° C. for 60 minutes. The reaction mixture was filtered using a DISMIC 03 filter and the whole was analyzed by HPLC.

結果を図10に示す。上から下へそれぞれ、化合物15,16,18のHPLCクロマトグラムを示す。これらピークに存在する化合物の質量が理論値と同一であることは、MALDI-TOF-MSスペクトルにて確認を行った。HPLCの結果から、化合物15から化合物16への変換効率、および、化合物16から化合物18への変換効率を求めた。その結果、ほぼ定量的(100%)に化合物18を合成することができた。また、MALDI-TOF-MSスペクトルにて化合物18の同定も行った。なお、化合物18のクロマトにて、ピークが3種類(以上)存在するのは、化合物18の異性体が4種類存在するためと考えられる。   The results are shown in FIG. The HPLC chromatograms of Compounds 15, 16, and 18 are shown from top to bottom, respectively. It was confirmed by MALDI-TOF-MS spectrum that the mass of the compound present in these peaks was the same as the theoretical value. From the HPLC results, the conversion efficiency from compound 15 to compound 16 and the conversion efficiency from compound 16 to compound 18 were determined. As a result, Compound 18 could be synthesized almost quantitatively (100%). Moreover, the compound 18 was also identified by the MALDI-TOF-MS spectrum. In the chromatography of compound 18, three (or more) peaks are thought to be due to the presence of four isomers of compound 18.

本発明の固定化用担体、固定化用物質、および物質固定化担体の作製方法によれば、特異的に、かつ配向を揃えて物質を担体に固定化することができ、高密度に物質が固定化された物質固定化担体を得ることができる。また、バイオ直交性反応点を導入可能な物質であれば、いかなる物質であっても担体に固定化することが可能となり、細胞抽出液などの様々な夾雑タンパク質が混じった状態で固定化操作を行うことができる。このような本発明の物質固定化担体は、固定化された固定化対象物質の特性を適切に発揮し得ることができるものであり、解析用などのアレイのみならず、クロマトグラフィー用ゲル、マイクロリアクター用の固定化触媒等としても利用することができ、極めて有用なものである。   According to the immobilization carrier, the immobilization substance, and the method for producing the substance immobilization carrier of the present invention, it is possible to immobilize the substance on the support specifically and in a uniform orientation, and the substance is densely distributed. An immobilized substance-immobilized carrier can be obtained. In addition, any substance that can introduce a bioorthogonal reactive site can be immobilized on a carrier, and the immobilization operation can be performed in a state in which various contaminating proteins such as cell extracts are mixed. It can be carried out. Such a substance-immobilized carrier of the present invention can appropriately exhibit the characteristics of the immobilized substance to be immobilized, and not only an array for analysis but also a chromatography gel, a micro It can also be used as an immobilized catalyst for reactors and is extremely useful.

本発明の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of this invention. 固定化用ゲルの作製工程を示す図である。(実施例1(1)(2))It is a figure which shows the preparation process of the gel for fixation. (Example 1 (1) (2)) ゲル上にバイオ直交性反応点が導入されたことを示す写真である。(実施例1(3))It is the photograph which shows that the bioorthogonal reaction point was introduce | transduced on the gel. (Example 1 (3)) ペプチド固定化ゲルまたはタンパク質固定化ゲルの作製工程を示す図である。(実施例2〜4)It is a figure which shows the preparation process of a peptide fixed gel or a protein fixed gel. (Examples 2 to 4) ゲル上へのペプチドの固定化率を確認した図である。(実施例3)It is the figure which confirmed the immobilization rate of the peptide on a gel. Example 3 ゲル上へのタンパク質の固定化を確認した写真である。(実施例4)It is the photograph which confirmed the fixation | immobilization of the protein on a gel. (Example 4) 低分子化合物固定化担体の作製工程を示す図である。(実施例5)It is a figure which shows the preparation processes of a low molecular compound fixed support | carrier. (Example 5) スライド上への蛍光低分子化合物の固定化を確認した写真である。(実施例5(3))It is the photograph which confirmed the fixation | immobilization of the fluorescent low molecular weight compound on a slide. (Example 5 (3)) ビオチン化ペプチドの作製工程を示す図である。(実施例6)It is a figure which shows the preparation process of a biotinylated peptide. (Example 6) ビオチン化ペプチドに関する分析結果を示す図である。(実施例6)It is a figure which shows the analysis result regarding a biotinylated peptide. (Example 6)

Claims (15)

バイオ直交性反応点による結合構造を少なくとも1つ含み、かつ一般式X-S-Rで表される物質固定化担体であって、式中、Xは任意の担体、Sはスペーサー、Rは固定化用物質である、物質固定化担体。 A substance-immobilized carrier comprising at least one binding structure with bioorthogonal reaction points and represented by the general formula XSR, wherein X is an arbitrary carrier, S is a spacer, and R is an immobilizing substance. A substance-immobilized carrier. バイオ直交性反応点による結合構造が、(i)少なくとも固定化用物質とスペーサーの結合部分に存在する、または(ii)少なくとも固定化用物質内に含まれる、請求項1に記載の物質固定化担体。 The substance immobilization according to claim 1, wherein the binding structure by the bioorthogonal reaction point is present in (i) at least a binding portion between the immobilizing substance and the spacer, or (ii) included in at least the immobilizing substance. Carrier. 固定化用物質における固定化対象物質が、タンパク質、ペプチドおよび低分子化合物からなる群から選択されるものである、請求項1または2に記載の物質固定化担体。 The substance immobilization carrier according to claim 1 or 2, wherein the substance to be immobilized in the substance for immobilization is selected from the group consisting of proteins, peptides and low molecular weight compounds. バイオ直交性反応点による結合構造が、炭素−炭素間の三重結合を有する官能基とアジド基とが結合してなり、下記の化学式Iで表される炭素−炭素間の二重結合と3個の窒素原子から構成される含窒素五員環構造である、請求項1〜3のいずれか1に記載の物質固定化担体。
The bond structure by the bioorthogonal reaction point is a combination of a functional group having a carbon-carbon triple bond and an azide group, and a carbon-carbon double bond represented by the following chemical formula I and three The substance-immobilized carrier according to any one of claims 1 to 3, which has a nitrogen-containing five-membered ring structure composed of nitrogen atoms.
バイオ直交性反応点による結合構造が、
(ア)固定化対象物質がタンパク質もしくはペプチドである場合、下記の化学式XVで表される官能基が、タンパク質もしくはペプチドに付与されたアジド基と結合してなり;または
(イ)固定化対象物質が低分子化合物である場合、下記の化学式XVで表される官能基が、低分子化合物中のアジド基と結合してなり;
バイオ直交性反応点による結合構造が下記の化学式XVIで表される構造である、請求項1〜4のいずれか1に記載の物質固定化担体。
化合物XVとXVIにおいて、R1, R2, R3, R4はそれぞれ任意の置換基である、または、R1とR2が環状構造を形成し、R3とR4がそれぞれ任意の置換基である、または、R3とR4が環状構造を形成し、R1とR2はそれぞれ任意の置換基である、または、R1とR2が環状構造を形成しR3とR4が環状構造を形成する。
Bond structure by bioorthogonal reaction point
(A) When the substance to be immobilized is a protein or peptide, a functional group represented by the following chemical formula XV is bonded to an azide group attached to the protein or peptide; or
(A) When the substance to be immobilized is a low molecular compound, a functional group represented by the following chemical formula XV is bonded to an azide group in the low molecular compound;
The substance-immobilized carrier according to any one of claims 1 to 4, wherein the binding structure based on the bioorthogonal reaction point is a structure represented by the following chemical formula XVI.
In compounds XV and XVI, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each an arbitrary substituent, or R 1 and R 2 form a cyclic structure, and R 3 and R 4 are each an arbitrary substitution. R 3 and R 4 form a cyclic structure, and R 1 and R 2 are optional substituents, respectively, or R 1 and R 2 form a cyclic structure and R 3 and R 4 Form a ring structure.
バイオ直交性反応点による結合構造が、
(ウ)固定化対象物質がタンパク質もしくはペプチドである場合、下記の化学式XIIIで表される官能基が、タンパク質もしくはペプチドに付与されたアジド基と結合してなり;または
(エ)固定化対象物質が低分子化合物である場合、下記の化学式XIIIで表される官能基が、低分子化合物中のアジド基と結合してなり;
バイオ直交性反応点による結合構造が下記の化学式XIVで表される構造である、請求項1〜5のいずれか1に記載の物質固定化担体。
Bond structure by bioorthogonal reaction point
(C) When the substance to be immobilized is a protein or peptide, a functional group represented by the following chemical formula XIII is bonded to an azide group attached to the protein or peptide; or
(D) When the substance to be immobilized is a low molecular compound, a functional group represented by the following chemical formula XIII is bonded to an azide group in the low molecular compound;
The substance-immobilized carrier according to any one of claims 1 to 5, wherein a binding structure by a bioorthogonal reaction point is a structure represented by the following chemical formula XIV.
固定化対象物質が固体化対象タンパク質またはペプチドであって、固体化対象タンパク質またはペプチドのアミノ末端が塩基性アミノ酸であり、当該塩基性アミノ酸にバイオ直交性反応点を有するアミノ酸が結合している、請求項1〜6のいずれかに記載の物質固定化担体。 The immobilization target substance is a solidification target protein or peptide, the amino terminus of the solidification target protein or peptide is a basic amino acid, and an amino acid having a bioorthogonal reaction point is bound to the basic amino acid. The substance-immobilized carrier according to any one of claims 1 to 6. 一般式X-Sで表される固定化用担体であって、Xは任意の担体、Sはバイオ直交性反応点を有するスペーサーであり、
スペーサーに存在するバイオ直交性反応点と反応するバイオ直交性反応点を有する固定化用物質を固定化するための、固定化用担体。
A carrier for immobilization represented by the general formula XS, wherein X is an arbitrary carrier, S is a spacer having a bioorthogonal reaction point,
A carrier for immobilization for immobilizing a substance for immobilization having a bioorthogonal reaction point that reacts with a bioorthogonal reaction point present in a spacer.
固定化用担体に固定化される固定化用タンパク質もしくはペプチドであって、
固定化用担体が、一般式X-Sで表わされ、Xは任意の担体、Sはスペーサーであり、
固定化用タンパク質もしくはペプチドが、バイオ直交性反応点による結合構造もしくはバイオ直交性反応点を有する、固定化用タンパク質もしくはペプチド。
An immobilization protein or peptide immobilized on an immobilization carrier,
The carrier for immobilization is represented by the general formula XS, X is an arbitrary carrier, S is a spacer,
A protein or peptide for immobilization, wherein the protein or peptide for immobilization has a binding structure by bioorthogonal reaction points or a bioorthogonal reaction point.
請求項1〜7のいずれか1に記載の物質固定化担体を作製する方法であって、以下の工程を含む方法:
(a)一般式X-Sで表される固定化用担体を準備する工程;
(b)固定化対象物質にバイオ直交性反応点を付与し、固定化用物質を作製する工程;
(c)前記固定化用担体と前記固定化用物質を接触させることにより、物質固定化担体を作製する工程。
A method for producing the substance-immobilized carrier according to claim 1, comprising the following steps:
(A) preparing an immobilization carrier represented by the general formula XS;
(B) providing a bioorthogonal reaction point to the immobilization target substance to produce an immobilization substance;
(C) A step of producing a substance-immobilized carrier by bringing the immobilizing carrier into contact with the immobilizing substance.
工程(b)または工程(c)にバイオ直交性反応が含まれ、当該バイオ直交性反応が触媒を用いないものである、請求項10に記載の方法。 The method according to claim 10, wherein a bio-orthogonal reaction is included in step (b) or step (c), and the bio-orthogonal reaction does not use a catalyst. 固定化対象物質がタンパク質またはペプチドであって、(b)の工程が、固定化対象タンパク質もしくはペプチド、バイオ直交性反応点を有する非天然アミノ酸、tRNA、アミノアシルtRNA合成酵素、アミノアシルtRNAタンパク質転移酵素を含む混合溶液を用いるものである、請求項10または11に記載の方法。 The substance to be immobilized is a protein or peptide, and the step (b) comprises the step of immobilizing the protein or peptide to be immobilized, a non-natural amino acid having a bioorthogonal reactive site, tRNA, aminoacyl tRNA synthetase, and aminoacyl tRNA protein transferase. The method of Claim 10 or 11 which uses the mixed solution containing. 1以上の固定化対象物質を含む請求項1〜7のいずれか1に記載の物質固定化担体からなる、アレイ。 The array which consists of a substance fixed support | carrier of any one of Claims 1-7 containing 1 or more substance to be fix | immobilized. 1以上の固定化対象物質を含む請求項1〜7のいずれか1に記載の物質固定化担体からなる、クロマトグラフィー用ゲル。 A chromatography gel comprising the substance-immobilized carrier according to claim 1, comprising one or more substances to be immobilized. 1以上の固定化対象物質を含む請求項1〜7のいずれか1に記載の物質固定化担体からなる、固定化触媒。 An immobilization catalyst comprising the substance-immobilized carrier according to claim 1, comprising at least one substance to be immobilized.
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