JP2014525742A - タンパク質のシアリル化の、迅速且つ正確な分析 - Google Patents
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Abstract
Description
(実施例1)
分析及び酵素消化のための試料調製
糖タンパク質のシアリル化含有量の測定方法は、本明細書に記載されている。その方法は、炭水化物部分の酵素的加水分解のためのタンパク質試料の調製から始まる。したがって、タンパク質濃度を調整すること、酵素に干渉する可能性のある、溶解塩、緩衝液、他のタンパク質、炭水化物、賦形剤などの溶液成分を除去することを含む酵素反応に適合した条件下に、タンパク質を持ち込まなければならない。本明細書において使用されるように、用語「調製された」又は語句「分析のためのタンパク質を調製すること」は、酵素加水分解に干渉する可能性のある溶液成分を除去し、タンパク質溶液を脱イオン水でアッセイのための最適な濃度に希釈する方法を記述している。
クロマトグラフ手法
パルス電流検出を備えた高速陰イオン交換クロマトグラフィー(HPAE-PAD)分析を、シングルポンプ、10℃に設定された温度調節したオートサンプラー及び電気化学検出ユニットを備えたDionex ICS-3000イオンクロマトグラフィーシステム(Dionex、サニーベール、カリフォルニア州)を用いて行った。使い捨ての金(Au)電極を、パルス電流検出(PAD)のために使用した(Dionex製品番号060139)。試料分析のために使用される波形は、Dionex Technical Note 21に基づき、これは、Table 2(表2)に示すように、炭水化物のPADのために最適な設定について説明している。Dionex Technical Note 21、Optimal Settings for Pulsed Amperometric Detection of Carbohydrates Using the Dionex ED40 Electrochemical Detector、Dionex(1998)を参照。
標準物質、対照、キャリブレーション及びシステム適合性
8pmol〜1.5nmolの直線範囲内で連続的に希釈した、既知量の10mMガラクトース標準物質(BioAssay Systems、EGAL-100)を参考に、ガラクトース濃度を定量した。方法の開発中に、カラム性能及びシステム性能を確保するために、試料注入の前に、各点の単回注入を行った。図6を参照。
結果の補正及び計算
代表的なクロマトグラムを図2に示す。全ての試料注入の面積を、デオキシリボースの面積により補正した。デオキシリボースのピークの面積によりガラクトースのピークの面積を割ることによって補正を行った。この補正された数は、次に、シアリル化パーセントを計算するために用いた。この百分率を計算するために、キャッピングされていないガラクトース対総ガラクトース比を、式1を用いて決定した:
試料の化学量論/酵素反応及び消化時間
酵素反応率を最適化するために、酵素対タンパク質の比率を分析した。β-ガラクトシダーゼ酵素は、>3ユニット/mLの活性で(比活性>6ユニット/mg)製造者により提供され、一方、α-シアリダーゼ酵素は、5ユニット/mLの活性(135ユニット/mgでの比活性)を有する。各酵素の量をそれぞれ4μLで一定に維持し、反応における0.012ユニットのβ-ガラクトシダーゼ及び0.02ユニットのα-シアリダーゼに相当し、一方、タンパク質の量は、540〜2160pmolに変化させた。分析された試料は、1.4mg/mLの濃度で、細胞培養上澄み液中、緩衝液交換され、ろ過されたrecAlpha-1であった。試料を、Table 8(表8)に示すように調製した。
内部標準
このHPAEC-PAD法において、内部標準を、各注入中の電流検出固有の変動に起因するガラクトースのピーク面積を正規化するために使用した。当初は、二つの内部標準を実験した:ガラクトサミン及びデオキシリボース。両方の内部標準は適切に機能し、ガラクトースと十分に異なる時間に両方とも溶出し、定量に干渉しなかった。ガラクトサミンが適切に機能したが、システム性能を監視するためにより広範な許容基準を必要とする、ピーク面積中の一部の不整合が観察された。そのため、デオキシリボースを内部標準として選択した。さらに、デオキシリボースは、一般的に、電流検出法のための業界基準として使用されている。デオキシリボースピークについての面積は長い注入シーケンス全体であまり変動性を示さず、より厳しい許容基準の下で使用することができる。
酵素ベンダーの比較
反応速度及びガラクトース定量に対するβ-ガラクトシダーゼ及びシアリダーゼ酵素の質の重要性を考え、四つの異なるベンダーのβ-ガラクトシダーゼ及びα-シアリダーゼ酵素を比較した。その目的は、正確な応答を提供するだろう反応速度の妥当性を評価すること、及び主要なベンダーの酵素が商業的に入手できなくなった場合のバックアップベンダーを確立することである。選択したベンダーは、Sigma、Glyko-Prozyme、New England BioLabs及びQA Bioであった。QA Bioの酵素を、本明細書に記載の大部分の実験について使用した。酵素反応が応答を得られなかった場合に、Sigmaを排除した。二つの別々の実験においてβ-ガラクトシダーゼ及びα-シアリダーゼの両方を用いて処理された試料(即ち、α-シアリダーゼ活性が検出不能であった)のように、ガラクトースピーク面積が、β-ガラクトシダーゼを用いて処理した試料についての面積と同じであった場合、Glyko-Prozymeも選択肢として排除した。New England BioLabs及びQA Bio酵素を比較する直接対決させる実験を、同じ日に調製し、行った。結果はまた、QA Bio酵素を用いて消化した同じ試料を用いた以前の日のデータと比較した。二つの酵素のパーセント差はごくわずかであり、いくつかの試験実行についての相対標準偏差(%RSD)は、New England BioLabsのβ-ガラクトシダーゼ及びα-シアリダーゼ酵素はQA Bioに匹敵し、QA Bio酵素が商業的に使用できなくなった場合に、バックアップベンダーとして使用することができることを示した。実験結果をTable 13(表13)にまとめる。
試料の種類及び調製
上流のタンパク質試料が、細胞培養培地由来の5mg/mLのガラクトースを含有する可能性があることを考えると、試料調製方法は、培地由来の過剰のガラクトースの大部分だけではなく、他の干渉する可能性のある賦形剤を除去するために、開発された。このクリーンアップのみでは、全てのプロセス不純物を除去するのに十分ではなかったので、追加のクリーンアップを、キャッピング法調製の一部として行わなければならない。迅速なクリーンアップの二つの方法を評価した:脱イオン水に対する透析及び10kDaの遠心スピンろ過。
特異性
特異性は、不純物、分解生成物、マトリックスなどとして存在することが予想されうる成分の存在下で、分析物を評価するための方法の能力である。市販の中性単糖及びアミノ単糖の混合物を調製し、HPAEC-PADにより混合物を分析することにより、方法の特異性を決定した。評価した糖は、フコース、ガラクトサミン、グルコサミン及びガラクトースであった。糖を、保持時間を確認するために個々に分析し、次に、特異性を決定するために混合物として分析した(図5)。単糖の分離は、Dionex Technical Note 20に見られるものに匹敵しており、ガラクトースは三つ全ての他の単糖の後に溶出した。Dionex Technical Note 20、Analysis of Carbohydrates by High Performance Anion Exchange Chromatography with Pulsed Amperometric Detection (HPAE-PAD)、Dionex Corp. (2000)を参照。さらに、高度に不純な試料、即ち、細胞培養上澄み液について、任意の干渉賦形剤が存在していたかどうか、及びそれらが試料調製を介して除去されたかどうかを評価するために、バックグラウンドレベルを分析した。
直線性
HPAEC PADシアリル化アッセイの直線性は、所定の範囲内の分析物濃度又は分析物含有量に直接比例する試験結果を得るための能力である。さらに、直線性試験からの範囲を、直線性、精度及び手順により達成可能な精度の許容度を確認するために用いた。方法の直線性を、8pmol〜1.5nmolの最適な範囲のガラクトース標準検量曲線を作成することによって、評価した(図6)。定量分析の係数(回帰係数)は、8pmol〜1.5nmolの範囲で0.99以上だった。回帰残差も分析し、その範囲においてバイアスされていないことが示された。検量線を2nmolまで拡張し、許容可能な直線性を維持することができるが、検量線の下端における精度の損失を伴う。最適な検量線範囲を、異なるシステム、カラム及びDionex ICS-3000使い捨て金電極を用いて、異なる日にわたって監視した。Table 14(表14)は、これらの結果をまとめている。
定量限界
HPAEC PADシアリル化アッセイの定量限界(LOQ)は、適切な精度及び正確さで定量的に測定することができる、試料中の分析物の最低量を示す。定量法のLOQを計算するためのいくつかの方法が存在する。一つの方法は、傾きの平均で割ったy-切片の標準偏差に基づく。別の方法は、クロマトグラムの視覚的分析に基づく。第一に、アッセイのLOQを、典型的なクロマトグラムのシグナル対ノイズ比に基づいて計算した。具体的には、クロマトグラムの1分間の水平領域のノイズレベルを測定し、ピーク高さの点で、LOQを得るために10倍した。ピーク高さを、次に、較正曲線のピーク高さに基づいて、pmol量に変換した。ノイズレベルの結果を、同様の応答を得た較正曲線と比較した(Table 15(表15)を参照)。このノイズレベルを、異なる6日間にわたって、2つの異なるICS-3000システムを用いて得た。これらの結果は、別の日のノイズレベルは、同様の結果(±0.02)が得られ、約8pmolの標準レベルにあったことを示している(0.12nC×分の差、これは、約70nC×分で、1500pmol標準物質の高さと比較して、軽微であった)。
方法の精度
方法の精度を、既知の標準物質及び実験的に測定された結果の間の一致により測定した。基準となる「ゴールドスタンダード」は存在しないため、市販のシアリル化フェツイン標準物質及びアシアロフェツイン標準物質の等量混合物を用いて、方法の精度を測定した。シアリル化ウシフェツイン標準物質及びアシアロフェツイン標準物質を、280nmでUV吸光度(即ち、A280)により決定されるのと等しい濃度に調製した。標準物質を個々に分析し、その後、1:1の比率で調製し、分析した。シアリル化フェツイン標準物質は、99.4%のキャッピングパーセントを有していたが、一方、アシアロフェツイン標準物質は、反応Cよりも僅かに高い反応Bにおけるガラクトースの量のために、1.2%のキャッピングパーセントの結果を有していた。これらの知見に基づいて、フェツイン混合対照の予想されるキャッピング百分率は、約50%であろう。フェツイン混合物についての実際の結果は、複数回の実行の平均に基づいて、49.3%であることが確立された。実験の結果をTable 16(表16)にまとめる。A280の測定に起因するばらつき又は精度の正確な導出を行うことはできないが、これらの結果は、この方法が数パーセント点以内で正確であったことを示す。さらに、このフェツイン対照を、異なる日に室内再現精度(Intermediate Precision)研究の一部として分析し(以下のTable 18(表18)及びTable 19(表19)を参照)、3%の相対標準偏差(%RSD)を有することが示された。このような対照の使用は、アッセイが行われる度に推奨される。
再現性
アッセイの再現性を、所定の条件下で、短い時間間隔の間に、その方法から得られた結果の一貫性を保つために評価した。6回の繰り返し注入全体のrecAlpha-1細胞培養上澄み液試料を用いて、その方法の再現性を測定した。バックグラウンド試料(即ち、反応A)は以前に分析されており、いかなる干渉ガラクトースも含まないことが示されているので、この試料は分析しなかった。6回の反復注入全体のガラクトサミン面積、ガラクトース面積及びキャッピングパーセントについて、相対標準偏差を測定した。結果をTable 17(表17)にまとめ、それは、ガラクトサミン面積で補正したもの及び補正していないものの両方を示している。データは、再現性が約0.20%であると示している。
室内再現精度
再現性の研究に加えて、室内再現精度分析は、いくつかの追加要素:異なる日数、異なる機器設定及び異なる試料調製を組み込んだ。異なる三つの日に、三つの異なる濃度で、キャッピング分析のための下流プロセス展開recAlpha-1試料(RAD-5904)を調製することにより、その方法の室内再現精度を調べた。分析のために、異なるDionex ICS-3000クロマトグラフィーシステム、使い捨て電極、アミノトラップカラム、ガードカラム及び分析カラムを使用した。結果は、試料の相対標準偏差(RSD)が0.25%であることを示している。さらに、三分析日にわたって調製したフェツイン対照のキャッピング百分率も比較した。フェツイン対照のRSDは、2.99%であった。recAlpha-1試料及びフェツイン対照の室内再現精度の結果を、それぞれTable 18(表18)及びTable 19(表19)にまとめる。面積は、重複実行から平均し、補正しなかった。
頑健性
アッセイの頑健性を、方法のパラメータ又は試料の取り扱いにおける小さいが、意図的な変動による影響を受けないままにする能力の尺度である。オートサンプラーの安定性、酵素反応時間、酵素量、及びマトリックス干渉などのいくつかの異なる要因を、いくつかのセットの実験において意図的に変化させた。
10℃でオートサンプラーへの注入を待っている試料が、結果の質を損なうかどうかを判断するために、HPLCオートサンプラー条件(即ち10℃)で、48時間にわたり試料の安定性を調べることによって、頑健性を判断した。オートサンプラーで保持された単独で調製した試料を、様々な間隔で注入し、ガラクトース量のピーク応答を各時点について測定した。結果をTable 20(表20)にまとめ、0.23%の相対標準偏差値を示し、これは、室内再現精度から決定された相対標準偏差と一致している。ガラクトサミンピーク面積により補正した結果及び補正しない結果の両方を示す。これらのデータは、キャッピングの結果に影響を与えずに、注入前の最大48時間オートサンプラーへ試料を保持することができることを示している。
異なる酵素バッチについての反応の異なる速度における変動の説明を見つけるために、1〜4時間、酵素反応時間を変えることによって、頑健性も実験した。試料を、1、2.5及び4時間の時点でインキュベートし、それぞれを分析した。結果をTable 21(表21)にまとめ、それは、三つの反応時間についてキャッピングパーセントが類似していたが、1時間の消化試料は、より長い反応よりも僅かに低かったことを示している。これらのデータに基づいて、2.5時間の消化は、完了まで反応を実行するのに十分であることが測定された。その方法が二つの酵素の反応速度に依存することを考えると、1時間の反応時間における比較的低いキャッピングパーセント結果は、シアリダーゼ酵素が律速工程であったことを示している。
賦形剤及びマトリックス干渉は、特異性の項で取り上げたが、マトリックススパイク研究を、上流マトリックスが結果をバイアスしないことを保証するために行った。異なるマトリックスを含む血漿由来のAlpha-1(PD Alpha-1)試料を、細胞培養培地へ加え、本明細書に記載した方法を用いて、キャッピングパーセントを測定した。CDM4PERMAB(商標)培地(Hyclone)、Pluronic(登録商標)F-68(BASF)、Antifoam-C(Dow Corning(登録商標))及び様々な細胞培養培地などの、実験のために選択された培地は、上流の展開実験に使用される最高レベルの添加剤を含んでいた。血漿由来のAlpha-1を、0.5mg/mLの濃度で培地へ加えた。試料を次に、緩衝液を20mMのリン酸塩pH7へ交換した後に10kDaのスピンろ過という典型的なクリーンアップ手順を用いて調製した。培養培地へ加えたPD Alpha-1のキャッピングパーセントを、細胞培養培地へ加えなかったPD Alpha-1についてのキャッピング結果と比較した(Table 22(表22)を参照)。その結果は、培地へ加えたPD Alpha-1についての99.4%のキャッピングパーセント及び、培地へ加えなかったPD Alpha-1についての99.2%(平均)のキャッピングパーセントを示し、これは、この方法に関連付けられた室内再現精度の範囲内であった。これらの結果は、試料が適切なクリーンアップ工程を経た後で、細胞培養培地はアッセイに干渉しないことを示している。
展開及び事前に審査した実験から得られた結果をTable 23(表23)にまとめる。上記の研究に基づいて、この方法を、タンパク質試料におけるキャッピング率の測定のために最適化した。このアッセイのために測定した直線性、LOQ、精度、正確さ、及び頑健性パラメータは、この方法は一貫性があり、正確で、信頼性があったことを示している。
Claims (6)
- タンパク質のシアリル化含有量を測定するための方法であって、
(a)分析のためのタンパク質を調製するステップ、
(b)調製したタンパク質を酵素的に処理するステップであって、
(i)少なくとも一つのタンパク質試料を培地試料とすること(反応A)、
(ii)少なくとも一つのタンパク質試料に少なくともβ-ガラクトシダーゼを加えること(反応B)、
(iii)少なくとも一つの他のタンパク質試料に少なくともβ-ガラクトシダーゼ及びα-シアリダーゼを加えること(反応C)
を含む、調製したタンパク質を複数のタンパク質試料に分割することと、
複数のタンパク質試料をインキュベートすることと
を含むステップ、並びに
(c)HPAEC-PADクロマトグラフィーを用いて複数のタンパク質試料を分析するステップ、
(d)複数のタンパク質試料について炭水化物含有量を測定するステップ
を含む、タンパク質のシアリル化含有量を測定するための方法。 - (f)HPAEC-PADクロマトグラフィーを用いて複数の陽性対照及び陰性対照を分析するステップ、
(g)HPAEC-PADクロマトグラフィーを用いて複数の標準物質を分析するステップ、並びに
(h)複数のタンパク質試料と複数の標準物質及び対照とを比較するステップ
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - タンパク質のシアリル化含有量を測定するためのHPAEC-PADクロマトグラフィーの使用であって、
(a)分析のためのタンパク質を調製するステップ、
(b)調製したタンパク質を酵素的に処理するステップであって、
(i)少なくとも一つのタンパク質試料を培地試料とすること(反応A)、
(ii)少なくとも一つのタンパク質試料に少なくともβ-ガラクトシダーゼを加えること(反応B)、
(iii)少なくとも一つの他のタンパク質試料に少なくともβ-ガラクトシダーゼ及びα-シアリダーゼを加えること(反応C)
を含む、調製したタンパク質を複数のタンパク質試料に分割することと、
複数のタンパク質試料をインキュベートすることと
を含むステップ、並びに
(c)HPAEC-PADクロマトグラフィーを用いて複数のタンパク質試料を分析するステップ、
(d)複数のタンパク質試料について炭水化物含有量を測定するステップ、並びに
(e)タンパク質についてのシアリル化パーセントを計算するステップ
を含む使用。 - (f)HPAEC-PADクロマトグラフィーを用いて複数の陽性対照及び陰性対照を分析するステップ、
(g)HPAEC-PADクロマトグラフィーを用いて複数の標準物質を分析するステップ、並びに
(h)複数のタンパク質試料と複数の標準物質及び対照とを比較するステップ
をさらに含む、請求項3に記載の使用。 - 任意のタンパク質のシアリル化含有量を測定するためのキットであって、
所定の量のガラクトシダーゼ及びシアリダーゼを含む複数の容器を含む少なくとも一つの容器と、
任意選択で、少なくとも一つのバッファー組成物、陽性対照試料、陰性対照試料、及び炭水化物標準物質を含む容器と、
タンパク質のシアリル化含有量を測定する方法を記載した指示書であって、
(a)分析のためのタンパク質を調製するステップ、
(b)調製したタンパク質を酵素的に処理するステップであって、
(i)少なくとも一つのタンパク質試料を培地試料とすること(反応A)、
(ii)少なくとも一つのタンパク質試料に少なくともβ-ガラクトシダーゼを加えること(反応B)、
(iii)少なくとも一つの他のタンパク質試料に少なくともβ-ガラクトシダーゼ及びα-シアリダーゼを加えること(反応C)
を含む、調製したタンパク質を複数のタンパク質試料に分割することと、
複数のタンパク質試料をインキュベートすることと
を含むステップ、並びに
(c)HPAEC-PADクロマトグラフィーを用いて複数のタンパク質試料を分析するステップ、
(d)複数のタンパク質試料について炭水化物含有量を測定するステップ、並びに
(e)タンパク質についてのシアリル化パーセントを計算するステップ
の記述を含む指示書と
を含むキット。 - (f)HPAEC-PADクロマトグラフィーを用いて陽性対照及び陰性対照を分析するステップ、
(g)HPAEC-PADクロマトグラフィーを用いて複数の標準物質を分析するステップ、並びに
(h)複数のタンパク質試料の結果と複数の標準物質の結果とを比較するステップ
をさらに含む、請求項5に記載のキット。
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