JP2016029068A - アミノ官能性化合物の分析方法及び分析試薬 - Google Patents
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Abstract
Description
フェニル基、ナフチル基(1−及び2−ナフチル基)、アントリル基(1−、2−及び5−アントリル基)、ピリジル基(2−、3−及び4−ピリジル基)、ピラジル基、キノリル基(3−、6−及び8−キノリル基)、9−アクリジル基、6−クマリル基、p−ジアルキルアミノフェニル基、p−トリアルキルアンモニウムフェニル基、1−(3−トリアルキルアンモニウム)ナフチル基、1−(5−トリアルキルアンモニウム)ナフチル基、1−(3−ジアルキルアミノ)ナフチル基、1−(5−ジアルキルアミノ)ナフチル基、p−スルホフェニル基、1−(3−スルホ)ナフチル基、1−(5−スルホ)ナフチル基、p−ホスホフェニル基、1−(3−ホスホ)ナフチル基、1−(5−ホスホ)ナフチル基、p−グアニジノフェニル基、1−(3−グアニジノ)ナフチル基、1−(5−グアニジノ)ナフチル基等。
p−ジメチルアミノアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメート;
3−アミノピリジル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメート;
p−トリメチルアンモニウムアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートアイオダイド;及び
アミノピラジル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメート。
本発明における分析方法においては質量分析が使用されるが、その原理等について先ず説明する。
本発明において使用する質量分析法には特に制限は無いが、より好ましい例として幾つか紹介する。
プリカーサーイオンスキャン分析では、第一のマスアナライザー(Q1等)は指定された質量範囲に従ってスキャンされ、この範囲のイオンは、例えばQ2でのCIDにより解離する。このとき第二のマスアナライザー(Q3等)は、特定のフラグメントイオン(例えば、TAHSの場合m/z =177)を選択するように設定する。得られるスペクトルには特定のフラグメントイオンを生成するプリカーサーイオン(親イオン)だけが記録される。
SRM分析では、対象となるイオンを第一のマスアナライザー(Q1等)で選択し、このイオンを衝突セルの中で解離させ、第二のマスアナライザー(Q3等)で特定のフラグメントイオン(例えば、TAHSの場合m/z =177)を選択してモニタリングする。この方法により、定量対象化合物と同一の保持時間でかつプリカーサーイオンと同一の質量を有する夾雑成分が存在しても、夾雑成分が定量対象化合物のフラグメントイオンを生じない限り、その影響を排除できるので、感度・選択性が飛躍的に向上する。
コンスタントニュートラルスキャン分析では、第一のマスアナライザー(Q1等)は指定された質量範囲に従ってスキャンされ、この範囲のイオンは、例えばQ2でのCIDにより解離する。このとき第二のマスアナライザー(Q3等)は、特定のニュートラルフラグメント(例えば、1−ナフチルアミノ−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートの場合 m/z =170)を選択するように設定する。得られるスペクトルにはある特定の中性分子が脱離する全てのプリカーサーイオン(親イオン)を検出するスキャン法を採用する。
次に、本発明に関し、一般的な実施方法について説明する。試料中のアミノ官能性化合物としてアミノ酸混合溶液を用いた。
b) Columun:Develosil C30 UG 5μm 4.6mmI.D×250mm;
c) 検出器:質量分析装置 Sciex API365;及び
d) 移動相
移動相A:0.2% AcOH
移動相B:0.2% AcOH in CH3CN
勾配:0min:0% → 20min:30%;及び
e)温度:40℃。
目的とする標識試薬については、従来法(例えば、Iwaki, K., Yoshida, S., Nimura, N., Kinoshita, T., Takeda, K., and Ogura, H., Chromatographia 23 899 (1987)等参照。)により、容易に調製することができる。例えば、下記一般式(1):
本発明によればアミノ官能性化合物、特にアミノ酸の短時間分析を行うことができる。p−トリメチルアンモニウムアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートアイオダイド(TAHS)等の標識試薬を用いることで短時間分析が可能となる。この結果、分析時間を大幅に短縮できるので処理能力が改善する。例えば、従来のAQC試薬を用いたアミノ酸分析では35分程度の分析時間を有しており(AccQ・TagTMアミノ酸分析法(Waters))、本発明による分析時間は短くなる。
本発明方法においては、アミノ官能性化合物の同位体を測定することができ、その結果アミノ官能性化合物の同位体比率を高感度で補正計算せずに求めることができる。
天然とは異なる同位体組成を利用した分析方法は古くから用いられている。例えば、13C、2H(D)、15N、18O等の天然存在比の低い安定同位体、或いは放射性同位体を含む基質を生体に導入することで基質の生体内における分布や変化を知ることは医学や、薬学のみならず様々な研究分野で用いられている。同位体を高感度に定量的に評価することができれば、同位体原子の挙動をトレースすることが可能となり、更なる情報の獲得につながる。しかしながら、アミノ官能性化合物を直接的に質量分析計で測定するには、感度面が問題となっている。一方、標識試薬で誘導化したアミノ官能性化合物の同位体比率を質量分析計で高感度に分析するためには、アミノ官能性化合物以外の骨格部分の天然同位体分布を考慮する必要があり、分析結果を補正し目的化合物の同位体比を算出する必要があった。
特に、アミノ官能性化合物のアミノ基と試薬骨格のカルボニル基の位置で規則的に開裂することが重要であることに着目して、タンデム質量分析計において、アミノ官能性化合物と試薬骨格由来の結合位で規則的な開裂を起こし、フラグメントイオンを得ることにより、試薬骨格に相当する部位の天然同位体分布の補正無しに、目的のアミノ官能性化合物の同位体比率を求めることが可能である。また、例えば、三連四重極型の質量分析装置を用いると、広いダイナミックレンジにある同位体比の高感度分析が可能になる。
この発明においてはタンデム質量分析法のうち、Selected Reaction Monitoring法を採用する。但し、同位体という1マスユニット差の化合物の定量を行うために、1マスユニットが識別可能な分解能で測定を行うことができる。
本発明の標識試薬を用いると、
(1)標識化されるものは一級及び二級アミノ官能性化合物である。
(2)精密質量から組成式を求めることができる。
(3)(1)及び(2)の情報から未知化合物の構造絞込みが容易となる。
紫外吸収或いは蛍光を有する試薬で誘導化し、分析を行った際に現われた未知のピークについては誘導化に用いた試薬との反応性から化合物の官能基の推定程度しか行うことができなかった。また、NMRを用いる場合には感度面から微量の化合物の解析は困難であることが多い。
サンプル中から特異的なピーク或いは目的のピークを見出し、その特異的或いは目的のピークに該当する化合物の同定或いはその構造の推定を行う。
本発明においては、前記本発明の分析方法を利用して、標識試薬のうち、試薬内の原子の一部或いは全部が天然とは異なる同位体組成を有する化合物を用いることにより複数試料(サンプル)を同時に測定することができる。
複数の試料(サンプル)中のアミノ官能性化合物を分析する際には、サンプルの数の回数分析を行うことが必要となる。このような場合には、測定間誤差、即ち精度が問題となる。特に、質量分析計を検出器として用いた場合、試料ごとにイオン化効率が異なることが広く知られており、サンプル間の化合物量を比較する場合、内部標準物質による補正が必須であった。
次の手順に従ってp−ジメチルアミノアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートを合成した。アセトニトリル{純正化学株式会社}25ミリリットル中にN,N−ジメチルアミノ−p−フェニレンジアミン{和光純薬工業株式会社}535mg(5ミリモル)を溶解させ、滴下漏斗に入れた。炭酸N,N’−ジスクシンイミジル(DSC){和光純薬工業株式会社}1.28g(5ミリモル)をアセトニトリル50ミリリットル中に溶解させ、攪拌した。この溶液に、N,N−ジメチルアミノ−p−フェニレンジアミン溶液を2時間かけて滴下した。滴下が完了した後に、更に22時間攪拌し、反応混合物からアセトニトリルを留去した。5ミリリットルのアセトニトリルに溶解させ、析出物を濾取した。収量は597mg(収率48%)であった。
QTOFMS:m/z 278[M+H]+、Molecular formula:C13H16N3O4(高分解能QTOFMS;m/z 278.1141,[M+H]+,Δ−4.4ppm)。
次の手順に従って、p−トリメチルアンモニウムアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートアイオダイドを合成した。アセトニトリル8mL、ジクロロメタン{純正化学株式会社}2mLの混合溶媒中に、p−ジメチルアミノアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメート264mg(1.1ミリモル)を溶解させ、攪拌した。この溶液にヨウ化メチル{ナカライテスク株式会社}0.4mL(8当量)添加し、23時間攪拌し、析出物を濾取した。収量:354mg(収率76%)。
QTOFMS:m/z 292[M]+、Molecular formula:C14H18N3O4(高分解能QTOFMS;m/z 292.1297,[M]+,Δ−2.9ppm)。
次の手順に従って、2−アミノピリジルカルバメートを合成した。アセトニトリル25ミリリットル中に3−アミノピリジン{和光純薬工業株式会社}470mg(5ミリモル)を溶解させ、滴下漏斗に入れた。炭酸N,N’−ジスクシンイミジル(DSC)1.28g(5ミリモル)をアセトニトリル50ミリリットル中に溶解させ、攪拌した。この溶液に、3−アミノピリジン溶液を2時間かけて滴下した。滴下が完了した後に、更に21時間攪拌し、反応混合物からアセトニトリルを留去した。得られた、非結晶性固体の112mgを2ミリリットルのジエチルエーテル{純正化学株式会社}に溶解させ、12時間、冷暗所に放置し、析出物を濾取した。収量:32mg(収率29%)。
QTOFMS:m/z 236[M+H]+、Molecular formula:C10H9N3O4(高分解能QTOFMS;m/z 236.0671,[M+H]+,Δ−1.5ppm)。
次の手順に従って、1−ナフチルアミノ−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメート[N. Nimura, K. Iwaki, T. Kinoshita, K. Takeda and H. Ogura , Anal. Chem., 58 (1986) 2372参照。]を合成した。アセトニトリル25ミリリットル中に1−ナフチルアミン{ICN}715mg(5ミリモル)を溶解させ、滴下漏斗に入れた。炭酸N,N’−ジスクシンイミジル(DSC)1.28g(5ミリモル)をアセトニトリル50ミリリットル中に溶解させ、攪拌した。この溶液に、1−ナフチルアミン溶液を2時間かけて滴下した。滴下が完了した後に、更に18時間攪拌し、反応混合物からアセトニトリルを留去し目的の化合物558mg(収率28%)を得た。
次の手順に従ってPAHS [N. Nimura, K. Iwaki, T. Kinoshita, K. Takeda and H. Ogura , Anal. Chem., 58 (1986) 2372参照。]を合成した。アセトニトリル25ミリリットル中にアニリン{和光純薬}467mg(5ミリモル)を溶解させ、滴下漏斗に入れた。炭酸N,N’−ジスクシンイミジル(DSC)1.28g(5ミリモル)をアセトニトリル50ミリリットル中に溶解させ、攪拌した。この溶液にアニリン溶液を2時間かけて滴下した。滴下が完了した後に、更に23時間攪拌し、反応混合物からアセトニトリルを留去し、目的の化合物を混合物として得た。
アミノ官能性化合物の標識は、芳香族カルバメートの極性の違いにより、以下の二つの方法(反応条件)を用いた。
b)Columun:Develosil C30 UG 5μm 4.6mmI.D×250mm;
c)検出器:質量分析装置 Sciex API365;
d)移動相;
移動相A:0.2% AcOH
移動相B:0.2% AcOH in CH3CN;及び
e)温度:40℃。
p−トリメチルアンモニウムアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートアイオダイド(TAHS)により、前記例6に記載した(1)の反応条件によって調製した標識アミノ酸を逆相カラムによりHPLC分離し、Selected Reaction Monitoringにおいて検出した。
SRMモードによる測定は、第一のマスアナライザー(Q1)で指定アミノ酸の標識体である質量(アミノ酸+標識化試薬−HOSu)を選択し、第二のマスアナライザー(Q3)では試薬由来のフラグメントイオンm/z=177を選択し検出する。(HOSuはN−ヒドロキシスクシンイミドを意味する。)
但し、Arg, His, Lys, CysにおいてはQ1で標識アミノ酸の2価イオンを選択する。
p−トリメチルアンモニウムアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートアイオダイド(TAHS)により、前記例6に記載した(1)の反応条件によって調製した標識アミノ酸を逆相カラムによりHPLC分離し、Precursor Ion Scan において検出した。
Precursor Ion Scanモードによる測定は、第一のマスアナライザー(Q1)ではm/z =100〜600の質量範囲を設定した。第二のマスアナライザー(Q3)では試薬由来のフラグメントイオンm/z =177を設定した。分析した結果を図2に示す。
p−ジメチルアミノアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメート(DAHS)により、前記例6に記載した(2)の反応条件によって調製した標識アミノ酸を逆相カラムによりHPLC分離し、Selected Reaction Monitoringにおいて検出した。
質量分析装置の設定方法については前記例7と同様であるが、試薬由来のフラグメントイオンを検出するQ3はm/z=163を設定した。
但し、Arg, His, Lys, CysにおいてはQ1で標識アミノ酸の2価イオンを選択する。
3−アミノピリジルカルバメート(APDS)により、前記例6に記載した(1)の反応条件によって調製した標識アミノ酸を逆相カラムによりHPLC分離し、Selected Reaction Monitoringにおいて検出した。
質量分析装置の設定方法については、前記例7と同様であるが、試薬由来のフラグメントイオンを検出するQ3はm/z=121を設定した。
但し、Lys,CysにおいてはQ1で標識アミノ酸の2価イオンを選択する。
6−アミノキノリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメート(AQC)により、前記例6に記載した(1)の反応条件によって調製した標識アミノ酸を逆相カラムによりHPLC分離し、Selected Reaction Monitoringにおいて検出した。
HPLC分離の勾配条件は、移動相B 0min 0%→20min 30%を用いた。
但し、Arg, His, Lys, CysにおいてはQ1で標識アミノ酸の2価イオンを選択する。
1−ナフチルアミノ−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメート(NAHS)により、前記例6に記載した(2)の反応条件によって調製した標識アミノ酸を逆相カラムによりHPLC分離し、Constant neutral loss Scan において検出した。
PAHSにより、前記例6に記載した(2)の反応条件によって調製した標識アミノ酸を逆相カラムによりHPLC分離し、Constant neutral loss Scan において検出した。
Constant neutral loss Scanモードは、第一マスアナライザー(Q1 )では、m/z =150〜400の質量範囲を設定した。第二マスアナライザー(Q3)は、試薬骨格に相当する質量119をニュートラルロスとして設定し、m/z =150〜400の質量範囲をスキャンした。分析の結果を図7に示す。
p−トリメチルアンモニウムアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートアイオダイド(TAHS)により、前記例6に記載した(1)の反応条件によって調製した標識アミノ酸を逆相カラムによりHPLC分離し、Selected Reaction Monitoringにおいて検出した。
分離用カラムには野村化学Develosil C30−UG(粒子径3μm、4.6I.D×30mm)を用い、HPLC分離の勾配条件には、移動相B 0min→3min = 0%→56%を用いた。
SRMモードによる測定は、第一のマスアナライザー(Q1)で指定アミノ酸の標識体である質量(アミノ酸+標識化試薬−HOSu)を選択し、第二のマスアナライザー(Q3)では試薬由来のフラグメントイオンm/z=177を設定した。
但し、Arg、Lys、及びCysにおいてはQ1で標識アミノ酸の2価イオンを選択する。
結果を図8に示す。
20種類のアミノ酸が3min(洗浄・平衡化時間を含めて8min/cycle)で分析を終了させることができた。
尚、Ile/Leuは識別できなかった。
Selected Reaction Monitoring法でのアミノ酸の検出限界を下記の通り測定した。
*1: API365(Applied Biosystems)タイプ質量分析計を用いた場合
*2: API4000(Applied Biosystems)タイプ質量分析計を用いた場合
6−アミノキノリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメート(AQC){ウォーターズ}により、前記例6に記載した(1)の反応条件によって調製した標識アミノ酸を逆相カラムによりHPLC分離し、Selected Reaction Monitoringにおいて検出した。
SRMモードによる測定は、第一のマスアナライザー(Q1)で指定アミノ酸の標識体である質量(アミノ酸+標識化試薬−HOSu)を選択し、第二のマスアナライザー(Q3)では試薬由来のフラグメントイオンm/z=171.1を選択し検出する。(HOSu: N−ヒドロキシスクシンイミド)
Q1:m/z=302.2(m、13Cが0個)/Q3:m/z=171.1
Q1:m/z=303.2(m+1、13Cが1個)/Q3:m/z=171.1
Q1:m/z=304.2(m+2、13Cが2個)/Q3:m/z=171.1
Q1:m/z=305.2(m+3、13Cが3個)/Q3:m/z=171.1
Q1:m/z=306.2(m+4、13Cが4個)/Q3:m/z=171.1
Q1:m/z=307.2(m+5、13Cが5個)/Q3:m/z=171.1
Q1:m/z=308.2(m+6、13Cが6個)/Q3:m/z=171.1
を用いた。
結果を表2に示す。
フェニルアラニンが質量、フラグメントイオン、組成式が未知であると仮定して、以下の実験操作を行った。以下、標品として用いたフェニルアラニンを未知化合物と表記し、フェニルアラニンと同定するまでの工程を記す。
次の手順に従って、p−トリメチルアンモニウムアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートアイオダイド−d3を合成した。アセトニトリル8mL、ジクロロメタン{純正化学株式会社}2mLの混合溶媒中にp−ジメチルアミノアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメート264mg(1.1ミリモル)を溶解させ、攪拌した。この溶液にヨウ化メチル−d3{日本酸素株式会社}0.4mL(8当量)添加し、50時間攪拌し、析出物を濾取した。
p−トリメチルアンモニウムアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートアイオダイド−d3(TAHS−d3)により、前記例6に記載した(1)の反応条件によって調製した標識アミノ酸(アミノ酸の濃度は5nmol/mL)及びp−トリメチルアンモニウムアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートアイオダイド(TAHS)により、前記例6に記載した(1)の反応条件によって調製した標識アミノ酸(アミノ酸の濃度は濃度は10nmol/mL)の反応液を混合したものを逆相カラムによりHPLC分離し、Selected Reaction Monitoringにおいて検出した。
SRMモードによる測定は、第一のマスアナライザー(Q1)で指定アミノ酸の標識体である質量(アミノ酸+標識化試薬−HOSu)を選択し、第二のマスアナライザー(Q3)では試薬由来のフラグメントイオンを選択し検出する。
TAHS−d3により標識されたPheはQ1:m/z=345/Q3:m/z=180
TAHSにより標識されたPheはQ1:m/z=342/Q3:m/z=177を用いた。
結果を図9に示す。
p−トリメチルアンモニウムアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートアイオダイド−d3(TAHS−d3)により、前記例6に記載した(1)の反応条件によって調製したサンプルA及びp−トリメチルアンモニウムアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートアイオダイド(TAHS)により、前記例6に記載した(1)の反応条件によって調製した試料(サンプル)Bの反応混合液の分析結果を、例えば、視覚的に代謝マップ上に表現した結果を図10に示す。
Claims (7)
- 下記一般式(1)で示されることを特徴とする新規化合物。
上記式中、カルバメート基の窒素原子に結合するArは、極性置換基が環に結合するフェニル基、又は極性置換基が環に結合しないピラジル基を表し、Ar基とカルバメート基の窒素原子との結合はAr基中当該環を構成する炭素原子と当該カルバメート基の窒素原子とが結合し、当該カルバメート化合物は塩の形態でもよい。 - 当該極性置換基がスルホン酸基、グアニジル基、リン酸基、ジアルキルアミノ基、及びトリアルキルアンモニウム基から選択される請求項1記載の新規化合物。
- 当該ジアルキルアミノ基及びトリアルキルアンモニウム基のアルキル基はそれぞれ独立的に、炭素数1〜5のアルキル基を表す請求項2記載の新規化合物。
- 当該新規化合物が、p−ジメチルアミノアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメート、p−トリメチルアンモニウムアニリル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートアイオダイド及びアミノピラジル−N−ヒドロキシスクシンイミジルカルバメートである請求項1記載の新規化合物。
- 当該新規化合物において、構造中O=C−NH−Arに含まれる少なくとも一つの原子(但し、交換性の水素原子は除く。)に安定同位体元素を含むことを特徴とする請求項1〜4記載の新規化合物。
- 当該安定同位体が13C、2H(D)、15N、及び18Oから選択される請求項5記載の新規化合物。
- 下記一般式(1)で示されるカルバメート化合物を含有することを特徴とする質量分析に適したアミノ官能性化合物用標識試薬。
上記式中、カルバメート基の窒素原子に結合するArは芳香族性を示す炭素環化合物又は複素環化合物残基を表し、当該芳香環は一つ以上の置換基を有していてもよく、Ar基とカルバメート基の窒素原子との結合はAr基中当該環を構成する炭素原子と当該カルバメート基の窒素原子とが結合し、当該カルバメート化合物は塩の形態でもよい。
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