JP2016218079A - タンパク質検出 - Google Patents

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Abstract

【課題】タンパク質を検出するための組成物、及びそれを使用する方法を提供する。
【解決手段】洗剤からタンパク質を分離する方法であって、1)タンパク質及び洗剤を含むサンプルを、a)セルロース誘導体、及びb)環状オリゴマーを含む溶液に接触させるステップ、並びに2)洗剤からタンパク質を分離するステップを含む方法、並びに、i)タンパク質含有サンプルを、環状オリゴマーを含む第一の溶液と接触させるステップ;ii)該タンパク質含有サンプルを、タンパク質複合体形成色素を含む第二の溶液と接触させるステップ;及びiii)色素/タンパク質複合体の形成を検出及び/又は定量するステップを含む、タンパク質を検出及び/又は定量する方法を提供。
【選択図】なし

Description

本発明は、洗剤からタンパク質を分離するための試薬、洗剤の存在下でタンパク質を検出するための試薬、及びこれらを使用する方法に関する。
タンパク質は一般的に洗剤とともに存在する。例えば、洗剤はしばしば、細胞からタンパク質を抽出する際に、細胞膜を破壊してそれらを分離するために用いられる。また、洗剤は、典型的にはゲル電気泳動を用いてタンパク質混合物を分離する際に用いられる。洗剤は、クマシー色素がタンパク質に結合する際の色変化に悪影響を及ぼすため、複数の洗浄ステップにより除去されなければならず、染色手順が長時間にわたる複雑なものとなっている。ドデシル硫酸ナトリウムなどの一部の洗剤はタンパク質を変性させることも知られている。したがって、多くの場合、その後の使用前にタンパク質を洗剤から分離することが望ましい。
国際公開第2007/125372号(特許文献1)には、シクロデキストリンなどのデキストリンとともにクマシー色素を含むタンパク質検出試薬が開示されている。これによれば、デキストリンが存在することで、クマシー色素とともに存在する洗剤の難点が克服される。その結果、一般的に必要とされる手間のかかる洗浄ステップを行う必要がない。しかし、特許文献1に開示のリン酸などの酸を含む試薬はしばしば、安定性が低く、望ましくない沈殿に起因してバックグラウンド染色が高いことが分かってきた。
国際公開第2007/125372号
タンパク質を洗剤から分離するためのさらなる試薬を提供することが要望されている。さらに、感度及び安定性が向上した、タンパク質を検出するためのさらなる試薬の提供が要望されている。
本発明は、
a)セルロース誘導体、及び
b)環状オリゴマー
を含む、洗剤からタンパク質を分離するための組成物(以下「分離用組成物」という。)を提供する。
本発明はさらに、洗剤からタンパク質を分離する方法(以下「分離方法」という。)であって、
1)タンパク質及び洗剤を含むサンプルを、
a)セルロース誘導体、及び
b)環状オリゴマー
を含む溶液に接触させるステップ、並びに
2)洗剤からタンパク質を分離するステップ
を含む、方法を提供する。
本発明はさらに、
i)タンパク質含有サンプルを、環状オリゴマーを含む第一の溶液と接触させるステップ;
ii)該タンパク質含有サンプルを、タンパク質複合体形成色素を含む第二の溶液と接触させるステップ;及び
iii)色素/タンパク質複合体の形成を検出及び/又は定量するステップ
を含む、タンパク質を検出及び/又は定量する方法(以下「染色方法」という。)を提供する。
好ましくは、第一又は第二の溶液の少なくとも一方は、pKaが4以下である酸を含む。
好ましくは、第一の溶液はセルロース誘導体を含む。
本発明はさらに、
a)タンパク質複合体形成色素;
b)環状オリゴマー;及び
c)ヒドロキシカルボン酸
を含む、タンパク質を検出するための組成物(以下「染色用組成物」という。)を提供する。
好ましくは、染色用組成物中のヒドロキシカルボン酸は酒石酸である。
好ましくは、染色用組成物はセルロース誘導体を含む。
図1は製剤A(図1a)とインスタントブルー(図1b)の入ったバイアルを示す。 図2は、製剤Aで染色した未洗浄ゲルを示す。 図3は、インスタントブルーで染色した未洗浄のゲルを示す。 図4は、実施例2aで得られたゲルを示す。 図5は、実施例2bで得られたゲルを示す。 図6は、実施例2cで得られたゲルを示す。 図7は、実施例3aで得られたゲルを示す。 図8は、実施例3bで得られたゲルを示す。 図9は、実施例3cで得られたゲルを示す。 図10は、実施例3dで得られたゲルを示す。 図11は、製剤Bで染色したゲルのスキャンを示す。 図12は、製剤Cで染色したゲルのスキャンを示す。 図13は、製剤Dで染色したゲルのスキャンを示す。 図14は、製剤A及びインスタントブルーで染色したゲルのシグナル・ノイズ比を示す。
本発明の組成物は典型的にはセルロース誘導体を含む。
「本発明の組成物」とは、上記の「染色用組成物」及び/又は「分離用組成物」を意味する。同様に「本発明の方法」とは、上記の「染色方法」及び/又は「分離方法」を意味する。
「セルロース誘導体」とは、フリーのヒドロキシル基の少なくとも一部が、アルキル基、ヒドロキシアルキル基又はカルボキシアルキル基で官能化されたセルロースを意味する。
好ましくは、セルロース誘導体には、2個又は3個の炭素原子を有するヒドロキシアルキル基又はカルボキシアルキル基が含まれる。したがって、好ましいセルロース誘導体としては、ヒドロキシエチル、ヒドロキシプロピル、カルボキシメチル及びカルボキシエチルが含まれる。
好ましいセルロース誘導体は、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、及びカルボキシメチルセルロースから選択される。
好ましくは、セルロース誘導体は、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースから選択される。したがって、本発明で用いられる好ましいセルロース誘導体は、以下の一般式で表される繰り返し単位を含む:
式中、Rは、R'、R''又はR'''であり、
R'は、H又はCH2CH2OH(すなわち、ヒドロキシエチルセルロース)を表し、
R''は、H又はCH2CH(OH)CH3(すなわち、ヒドロキシプロピルセルロース)を表し、
R'''は、H、CH3又はCH2CH(OH)CH3(すなわち、ヒドロキシプロピルメチルセルロース)を表す。
特に好ましいセルロース誘導体はヒドロキシエチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロース(すなわち、RがR'又はR''である)から選択される。最も好ましいセルロース誘導体は、2−ヒドロキシエチルセルロースなどのヒドロキシエチルセルロース(すなわち、RがR'である)である。
本発明の組成物はさらに環状オリゴマーを含む。
「環状オリゴマー」とは、環(又は大員環)を形成しているオリゴマーを意味する。言い換えると、「環状オリゴマー」は環状モノマー単位のオリゴマー(これらは環状オリゴ糖などの用語に包含され得るが)を意味するのではなく、モノマー単位の連続した環の形態であるオリゴマーを意味する。
好適な環状オリゴマーは、それを水溶液に可溶化するヒドロキシルなどの親水性基を有する。環状オリゴマーはリング状であり、内部空洞を有する。好ましくは、環状オリゴマーは、内部空洞が色素、界面活性剤、又は洗剤などの分子を収容できるようなサイズである。
好ましい環状オリゴマーは、環状オリゴ糖、カリックスアレーン、ククルビツリル、ピラーアレーン、又はその誘導体から選択される。
「環状オリゴ糖」とは、環(又は大員環)を形成する、糖分子で構成される化合物であるオリゴ糖を意味する。原則としてあらゆる種類の環状オリゴ糖を用いることができるが、1種類の糖分子のみを含む環状オリゴ糖を用いることが好ましい。
好ましくは、環状オリゴ糖は、環中に5〜12個の糖分子、より好ましくは6〜8個の糖分子、最も好ましくは6個の糖分子を含む。
好ましい環状オリゴ糖は、シクロデキストリン(すなわち、シクロ−α(1→4)−グルコシド)、シクロデキストラン(シクロ−α(1→6)−グルコシド)、シクロカードラン(シクロ−β(1→3)−グルコシド)、シクロマンニン(シクロ−α(1→4)−マンノシド)、シクロフルクチン(シクロ−β(1→2)−フルクトシド)及びシクロガラクチン(シクロ−β(1→4)−ガラクトシド)から選択される。
本発明の組成物中に用いることができる特に好ましいシクロデキストリンは、α−シクロデキストリン(シクロ−α(1→4)−グルコヘキサオシド)、β−シクロデキストリン(シクロ−α(1→4)−グルコヘプタオシド)及びγ−シクロデキストリン(シクロ−α(1→4)−グルコオクタオシド)から選択され、α−シクロデキストリン(シクロ−α(1→4)−グルコヘキサオシド)が最も好ましい。
好ましいカリックスアレーンはカリックス[4]アレーン、カリックス[6]アレーン、及びカリックス[8]アレーンから選択される。
好ましいククルビツリルは、ククルビト[6]ウリル及びククルビト[8]ウリルから選択される。
好ましいピラーアレーンはピラー[5]アレーン及びピラー[6]アレーンから選択される。
「環状オリゴマー」及び「環状オリゴ糖」という用語並びに上記特定の環状オリゴマー/オリゴ糖のそれぞれは、これらの化合物の誘導体、例えば、フリーのヒドロキシル基が官能化されたオリゴ糖、又は親水性基及び/又は水と水素結合できる基を有する環状オリゴマーをも包含する。これらの種類の誘導体は、環状オリゴマーの水への溶解度を向上させるため好ましい。
好適な誘導体としては、環状オリゴマー、例えば、フリーのヒドロキシル基の1個以上がC1-4アルキル、カルボキシメチル、スルホニル、アセチル、ヒドロキシエチル、又はヒドロキシプロピルで官能化された前述の特定の環状オリゴマー又は環状オリゴ糖のいずれかが含まれる。親水性であり且つ/又は水に水素結合できる誘導体基には、カルボキシメチル、スルホニル、ヒドロキシエチル又はヒドロキシプロピルが含まれる。
本発明の組成物は典型的には水溶液である。タンパク質はイオン強度に感応性が高いため、本発明の組成物の形成には脱イオン水を用いることが好ましいが、これは必須ではない。
分離用組成物は、典型的にはタンパク質を遊離させてその後の使用を可能にし、例えばタンパク質−色素複合体の形成を可能にする。したがって、分離用組成物は、如何なるタンパク質複合体形成色素も含まないことが好ましい。
「タンパク質複合体形成色素」とは、タンパク質−色素複合体の形成により光学的性質の変化、例えば、吸収スペクトルの変化又は発光スペクトルの変化を示す部分を意味する。
本発明の組成物中のさらなる任意成分として、洗剤−環状オリゴマー複合体が形成された後のタンパク質の凝集を防止するのに役立つ可溶化剤が含まれる。使用できる好適な可溶化剤としてはメタノール、エタノール及びイソプロパノールなどのアルコールがあり、エタノールが特に好ましい。
本発明の分離用組成物中の各構成要素の典型的な量を以下の表にまとめる(全ての量は百分率w/v、すなわちグラム毎mlで表されている)。
上記表中の量は互いに独立しており、本発明の分離用組成物中に含まれる各構成要素の典型的な量及び好ましい量を表している。
環状オリゴマーのその他の好ましい範囲としては、0.1〜10%w/v、好ましくは0.1〜4%w/v、より好ましくは0.5〜4%w/v、例えば1〜3%w/vが含まれる。
可溶化剤のその他の好ましい範囲としては0〜5%w/vが含まれる。
分離用組成物は、洗剤からのタンパク質の分離に用いることができる。したがって、分離用組成物自体は如何なる洗剤/界面活性剤も含まないことが好ましい。
分離用組成物は、単に成分同士を混合して、例えば、水溶液を調製することができる。しかし、次の成分を添加する前に各成分が完全に溶解するようにしておくことが望ましい。これには、適度な加熱、例えば約40〜50℃に加熱することが含まれる。典型的には、環状オリゴマーを脱イオン水に溶解して均一な溶液が得られるまで(例えば、約30分〜1時間、必要に応じてそれより長時間)混合する。この時点で、例えばセルロース誘導体を含む脱イオン水の溶液を形成し、環状オリゴマーを含む溶液にこれを加えることにより、セルロース誘導体を加えることができる。ただし、当然その他の添加順序も可能である。
最近、シクロデキストリンなどのオリゴ糖を用いることにより、タンパク質−染色色素の色変化を妨げる洗剤及び界面活性剤に関わる困難が克服されることが示唆されている。理論により限定されるものではないが、洗剤は本発明の分離用組成物中に存在する環状オリゴマーと複合体を形成すると考えられる。一又は複数の環状オリゴマーを好適な量で用いることで、洗剤をオリゴマー−洗剤複合体中にトラップすることができ、その結果、これをタンパク質から分離することが可能になる。
本発明の分離用組成物は、洗剤/界面活性剤をトラップしてこれをタンパク質から容易に分離することを可能にする。分離用組成物は、タンパク質/洗剤混合物が電気泳動ゲルに含まれる場合に特に有用である。そのような場合、洗剤がしばしばタンパク質凝集を軽減してゲル中でタンパク質が効果的に分離できるようにする。分離後、環状オリゴマーを含む溶液にゲルを晒して洗剤をトラップすることができる。次いで、電気泳動を続けることによりタンパク質を洗剤から分離することができる。
したがって、本発明はまた、洗剤からタンパク質を分離する方法(以下「分離方法」という。)であって、
1)タンパク質及び洗剤を含むサンプルを、
a)セルロース誘導体、及び
b)環状オリゴマー
を含む溶液と接触させるステップ、並びに
2)洗剤からタンパク質を分離するステップ
を含む、方法を提供する。
本発明の分離方法では、環状オリゴマー及び洗剤は、タンパク質から分離することが可能な複合体を形成する。洗剤からタンパク質を分離する好適な方法は当業者に公知であろう。好適な方法としては、限定されるものではないが、遠心分離;サイズ排除クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー及び高速液体クロマトグラフィー(HPLC)などのクロマトグラフィー;並びに電気泳動が含まれる。
好ましい実施形態では、タンパク質を含むサンプルは電気泳動ゲルであり、方法のステップ2)は、ゲルに電位を印加してタンパク質を分離することを含む。
本発明の分離用組成物は通常はタンパク質と洗剤を分離するために用いられるが、特にタンパク質複合体形成色素を用いた染色の前の前処理としても用いることができる。したがって、本発明の分離用組成物は、好ましくは、
i)
a)セルロース誘導体、及び
b)環状オリゴマー
を含む第一の溶液、並びに
ii)タンパク質複合体形成色素を含む第二の溶液
を含むキットの一部を形成する。
好ましくは、第一の(又は分離用)溶液はタンパク質複合体形成色素を含まない。
タンパク質複合体形成色素は当該技術分野で周知である。一般的に、あらゆるブラッドフォードアッセイ試薬又は他のクマシータンパク質染色試薬を本発明の分離用組成物と組み合わせて使用することができる。使用できる市販のタンパク質複合体形成色素の例としては、シグマ アルドリッチ社から入手可能なクマシーブリリアントブルーG−250及びクマシーブリリアントブルーR−250がある。
一部のタンパク質染色色素、例えば、特にクマシー色素では、色素がタンパク質と複合体形成した時に所望の色変化が得られるようにpHを低くする必要がある。典型的には、タンパク質染色試薬のpHは約4未満、例えば、おおよそpH1〜2である必要がある。これらの低いpH値はしばしばリン酸などの無機酸を添加することにより達成される。
しかしながら、環状オリゴマー及びタンパク質複合体形成色素を含むタンパク質染色試薬はリン酸などの酸を用いた場合に高レベルの望ましくない沈殿を生じ得ることが見出されている。この沈殿は高いバックグラウンド・ノイズを生じさせ、これが少量のタンパク質の検出を不可能ではなくとも困難にしている。したがって、シクロデキストリン、クマシー色素及びリン酸を含む「洗剤耐性」試薬の典型的な検出レベルは、タンパク質約20〜30ng(ナノグラム)である。
驚くべきことに、本発明の分離用組成物は、リン酸などの酸をタンパク質複合体形成色素と組み合わせて使用した際に形成される沈殿の量を低減することが見出された。実施例に示されるように、沈殿を含まないタンパク質検出システムを提供するために、本発明の分離用組成物中に、及び/又は、タンパク質複合体形成色素と組み合わせて(すなわち、本発明のキット中の第一及び/又は第二の溶液中に)リン酸を含めることができる。
タンパク質−染色色素と組み合わせて使用される酸のpKaは4以下、好ましくは1〜4、より好ましくは2〜3.5である。本発明の分離用組成物中に含まれ得る又はタンパク質複合体形成色素と組み合わせて使用できる好適な酸としては、リン酸、亜リン(ホスホン)酸、過ヨウ素酸、セレン酸、マレイン酸、シュウ酸、ジクロロ酢酸及びヒドロキシカルボン酸(例えば、α−ヒドロキシカルボン酸)が含まれる。好ましい酸は、リン酸、及びα−ヒドロキシカルボン酸、例えば、酒石酸である。
好ましくは、本発明の分離用組成物にはα−ヒドロキシカルボン酸が用いられる。
好ましいα−ヒドロキシカルボン酸は酒石酸、リンゴ酸、クエン酸、イソクエン酸、グリコール酸及び乳酸から選択される。特に好ましいα−ヒドロキシカルボン酸は酒石酸、リンゴ酸、クエン酸、及びイソクエン酸から選択され、酒石酸が最も好ましい。
α−ヒドロキシカルボン酸は、一般的にリン酸などの酸より毒性が低いので、好ましく使用される。さらに、酒石酸などのα−ヒドロキシカルボン酸は、沈殿に起因する高バックグラウンド・ノイズから生じる問題がなく、4ngという少量のタンパク質を検出できる非常に感度の高い染色システムを提供することが見出されている。
典型的には、存在する場合、本発明のキットの第一及び/又は第二の溶液中の酸の量は1〜30%w/v(すなわち、g/ml)、好ましくは5〜25%w/v、最も好ましくは15〜25%w/vである。当業者には、pHが低過ぎるとタンパク質複合体形成色素が適切に機能しないことがあることは知られているであろう。したがって、第一及び/又は第二の溶液には、典型的にはリン酸などの強酸が5〜15%w/vしか含まれないが、酒石酸などのより弱い酸はそれより多い量、例えば15〜25%w/vで存在することができる。
驚くべきことに、2−ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロース誘導体を含めることにより、本発明の分離用又は染色用組成物で処理されたタンパク質ゲルの染色のコントラストが大幅に改善されることが見出された。この効果をもたらす正確なメカニズムは完全には理解されていない。しかしながら、セルロース誘導体が環状オリゴマー−洗剤複合体を安定化し、さらにフリーの洗剤の量を低減し、洗剤がタンパク質−色素複合体に与え得る妨害を軽減している可能性がある。
本発明はまた、
i)タンパク質含有サンプルを、環状オリゴマーを含む第一の溶液と接触させるステップ、
ii)タンパク質含有サンプルを、タンパク質複合体形成色素を含む第二の溶液と接触させるステップ、及び
iii)色素/タンパク質複合体の形成を検出及び/又は定量するステップを含む、タンパク質を検出及び/又は定量する方法(以下「染色方法」という。)を提供する。
好ましい本発明の染色方法では、第一の溶液としての本発明の好ましい分離用組成物と、染色方法における第一の溶液に対応するキットの構成要素(i)及び染色方法における第二の溶液に対応するキットの構成要素(ii)を含む本発明の好ましいキットとが用いられ、前記好ましい組成物及びキットは上記に説明されており、請求項に記載されている。
特に、本発明の染色方法における第一の溶液は好ましくは前述したセルロース誘導体などのセルロース誘導体を含む。さらに、第一又は第二の溶液の少なくとも一方が、前述した好ましい酸のように、pKaが4以下の酸を含むことが好ましい。
好ましくは、第一及び第二の溶液は水溶液である。
本発明の染色方法のステップ(i)では、環状オリゴマーが、タンパク質含有サンプル中に存在し得る洗剤と複合体を形成する。したがって、ステップ(ii)でタンパク質複合体形成色素が添加された時、洗剤はタンパク質−色素複合体形成を妨害することができない。したがって、この染色方法では、最初のタンパク質含有サンプル中に相当な量の洗剤が存在する場合でも、非常に低レベルのタンパク質を検出することが可能である。
その結果、タンパク質染色色素と組み合わせてシクロデキストリンなどの環状オリゴマーを使用することにより、存在し得る洗剤を除去するための手間のかかる洗浄ステップが不要な「洗剤抵抗性」のタンパク質染色システムが得られる。これらの試薬は電気泳動中にタンパク質を染色するために用いられるプロトコルを大幅に単純化する。
本発明の染色方法で使用される第二の溶液は任意の種類のタンパク質複合体形成色素であり得るが、クマシー色素が特に好ましい。市販のタンパク質複合体形成色素を、供給されている状態のまま、あるいはpKaが4以下の酸の添加などの好適な変更を加えて、本発明の染色方法における第二の溶液として用いることができる。
第一の(又は分離用)溶液は、存在する洗剤を除去する(又はその影響を無効にする)ための「前処理」として働く。次いで、第二の溶液が、色素の通常の手法に従ってタンパク質を染色するために用いられる。本発明に係る前処理(すなわち第一の溶液)を用いることの利点は自明であり、通常必要な洗剤除去ステップを省略できることである。
タンパク質含有サンプルは、水溶液(溶解されている又は懸濁液として)などの溶液の形態であってもよく、沈殿などの固体であってもよく、タンパク質を含む支持体の形態であってもよい。
タンパク質を含む典型的な支持体としてはクロマトグラフィープレート、濾紙、ニトロセルロースのメンブレン若しくは樹脂、又はゲルマトリックス、例えば電気泳動ゲルが含まれる。好適なゲルマトリックスは当業者に周知であり、ポリアクリルアミドゲル及びアガロースゲルが含まれる。
タンパク質含有サンプルがタンパク質の溶液又は懸濁液である場合、通常、形成後に溶液から環状オリゴマー/洗剤複合体を分離する必要はなく、その代わりに、染色方法のステップ(i)で形成された溶液に単にタンパク質複合体形成色素を加えるだけでよい。
タンパク質含有サンプルがタンパク質を含む支持体の形態である場合、支持体は、ステップ(i)の後、ステップ(ii)で第二の溶液を添加する前に(例えば、第一の溶液を流して捨てることにより)第一の溶液から除去することができる。これにより、タンパク質複合体形成色素を含む溶液の過度な希釈が回避され、タンパク質−色素複合体の形成に必要な時間を最小限に維持し易くなる。必要に応じて、ステップ(ii)の前に支持体をすすいでもよい。しかし、第一及び第二の溶液は互いに相溶性があるため、これは必要ではない。
典型的には、本発明の染色及び分離方法は室温で行われるが、必要であれば、わずかに高い温度、例えば最大50℃で行われる。
環状オリゴマー/洗剤複合体形成の速度はタンパク質含有サンプルの正確な形態に依存する。例えば、タンパク質含有サンプルが溶液であれば、形成速度はほぼ瞬間的である。しかし、電気泳動ゲルのようにタンパク質がマトリックス内にトラップされている場合、タンパク質含有サンプルを第一の溶液と接触させるステップの時間は通常ほとんどの場合15分までであるが、タンパク質含有サンプル中の洗剤の濃度によっては1時間かかることもある。ステップ(ii)でタンパク質−色素複合体を形成するためにも同様なタイムスケールが必要である。
第一の溶液は、電気泳動ゲルなどのゲルを染色するために使用される場合、好ましくはマイクロ波でゲルと共に最大30秒間、例えば20秒間加熱される。これらの値は典型的な1000Wのマイクロ波の場合である。マイクロ波処理後、組成物及びゲルを通常、例えば15分間、室温(例えば20〜25℃)下、又は、例えば50℃の高温下に置いておく。高温はウォーターバス又は任意の他の好適な手段を用いて維持することができる。このプロトコルは、必要に応じて、ステップ(ii)でも繰り返してよい。しかし、ステップ(ii)のプロトコルは、使用されるタンパク質複合体形成色素に応じてわずかに変わり得る。当業者であれば、所与のタンパク質複合体形成色素に用いるべき好適なプロトコルが分かるであろう。
これらは好ましいプロトコルであるが、実施例には、本発明の染色キットを用いれば、室温下でたった15分で電気泳動ゲルを染色できることを示されている。典型的には、本発明の方法は、電気泳動ゲルを第一の溶液に最大30分間、例えば5〜15分間晒すこと;第一の溶液を流して捨てること;及び電気泳動ゲルを第二の溶液に最大30分間、例えば5〜15分間晒すことを含む。当然ながら、ゲルを第一及び第二の溶液に長く晒すほど、特に、前述したようにゲルを高温で染色する場合に、方法の感度は高くなる。
したがって、好ましい実施形態(特に、タンパク質含有サンプルが電気泳動ゲルであり、高い感度が要求される場合)では、本発明の染色方法は、第一の溶液をタンパク質含有サンプルと接触させるステップ、第一の溶液及びタンパク質含有サンプルを加熱する(例えばマイクロ波により10〜30秒間、好ましくは15〜20秒間加熱する)ステップ、並びに溶液及びサンプルを20〜60℃、好ましくは20〜50℃の温度で最大1時間、好ましくは5〜30分間、より好ましくは5〜20分間維持するステップを含む。
好ましくは、環状オリゴマーの使用は、タンパク質を検出する前に洗剤及び/又は界面活性剤を除去する必要がないことを意味する。したがって、ゲルを泳動した後に洗浄することなく本発明の組成物を用いて電気泳動ゲルを染色することができる。したがって、好ましい態様では、本発明は、
a)タンパク質を含むゲルを準備するステップ、
b)該ゲルに電場を印加するステップ、
c)該ゲルを、環状オリゴマーを含む第一の溶液に晒すステップ、
d)必要に応じて、該ゲルを第一の溶液から取り出すステップ、
e)タンパク質含有サンプルを、タンパク質複合体形成色素を含む第二の溶液に晒すステップ、及び
f)色素/タンパク質複合体形成を検出及び/又は定量するステップ
を含む、タンパク質を検出及び/又は定量する方法に関する。
このような方法では、ステップ(b)の後、ステップ(c)の前にゲルを洗浄しないことが好ましい。ポリアクリルアミド又はアガロースゲルなどの任意の好適な電気泳動ゲルをこの方法に用いることができる。
ステップ(d)の「必要に応じて、該ゲルを第一の溶液から取り出すステップ」とは、ゲルと第一の溶液が任意の手段によって分離されて、ステップ(e)でゲルを第二の溶液に晒すときに第一の溶液が存在しないようにすることを意味する。実施上、電気泳動ゲルは通常非常に脆いので、ステップ(d)の間に実際にゲルを動かすのは望ましくないことがある。その代わりに、ステップ(d)は通常、第一の溶液を流して捨て、方法に用いられている容器中にゲルを残すようにすることを含む。
本発明の染色方法では、タンパク質/色素複合体の検出は、存在するタンパク質/色素の量を定量することによりタンパク質の量又は濃度を決定することを含む。典型的には、タンパク質−色素複合体の形成は色素の分光学的性質を変化させ、これを公知の方法で検出及び分析することができる。例えば、定量は、色素/タンパク質複合体の吸収又は発光スペクトルの変化を測定することを含む方法で行うことができる。定量は、例えば色変化の測定を含む。ほとんどのタンパク質複合体形成色素で、一般的に約400〜約700nmの波長の吸光度が測定される。
好適なリアルタイム分光手段を用いて、経時的な吸光度変化を測定することができる。クマシーブリリアントブルーG−250の場合、吸光度は、タンパク質と複合体形成した時のこの色素の吸収極大である約595nmの波長で測定される。クマシーブリリアントブルーG−250を用いる場合、色素/タンパク質複合体形成による595nmの吸光度の増大をモニタリングすることによりタンパク質を検出することができる。
タンパク質濃度を決定するために、測定された吸光度又は発光を、標準値、標準値セット、又は標準曲線と比較することができる。
本発明の方法は、自動化及び多数サンプルの分析に非常に適している。好適なハイスループット装置は市販されており、当業者に公知である。
前述したように、本発明の分離用組成物を使用することにより、タンパク質複合体形成色素及びシクロデキストリンなどの環状オリゴマーと組み合わせてリン酸などの無機酸を用いた時に生じる問題が回避される。驚くべきことに、これらの欠点は、「オールインワン」の染色用組成物中にヒドロキシカルボン酸を用いた時にも克服できることが見出された。
したがって、本発明は、
a)タンパク質複合体形成色素;
b)環状オリゴマー;及び
c)ヒドロキシカルボン酸
を含む、タンパク質を検出するための組成物(本明細書中では、「染色用組成物」と呼ぶ)に関する。
いくつかの実施形態では、染色用組成物中の環状オリゴマーはα−シクロデキストリン(シクロ−α(1→4)−グルコヘキサオシド)ではない。
好ましくは、染色用組成物中のヒドロキシカルボン酸はα−ヒドロキシカルボン酸、例えば酒石酸、リンゴ酸、クエン酸、イソクエン酸、グリコール酸、又は乳酸である。最も好ましいヒドロキシカルボン酸は酒石酸である。
好ましくは、染色用組成物はさらに、セルロース誘導体、例えば分離用組成物との関係において前述した好ましいセルロース誘導体のいずれかを含む。最も好ましいセルロース誘導体は、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、及びカルボキシメチルセルロースであり、ヒドロキシエチルセルロース、具体的には2−ヒドロキシエチルセルロースが特に好ましい。
本発明の染色用組成物中の種々の構成要素の典型的な量を以下の表に示す(全ての量はw/v百分率、すなわちグラム毎mlで表されている)。
本発明の染色用組成物は、水溶液などの溶液の形態であってもよく、組み合わせて本発明の染色用組成物を形成する二種以上の溶液を含むキットも本発明に含まれる。したがって、本発明はさらに、
a)タンパク質複合体形成色素、
b)環状オリゴマー、及び
c)ヒドロキシカルボン酸
を含むキットであって、構成要素(a)、(b)、及び(c)が、組み合わされた時にタンパク質検出用組成物を形成する2つ以上の別個の組成物中に存在する、キットを提供する。
本発明の好ましい実施形態では、キットは、
i)タンパク質染色色素を含む組成物、並びに
ii)環状オリゴマー及びヒドロキシカルボン酸を含む組成物
を含み、構成要素(i)及び(ii)は、組み合わされた時、タンパク質を検出するための組成物を形成する。
そのようなキットでは、第一の溶液はさらに、好ましくは、α−ヒドロキシカルボン酸などのヒドロキシカルボン酸を含む。好ましいα−ヒドロキシカルボン酸は前述した通りであり、酒石酸が最も好ましい。
キットの形態で染色用組成物を提供することは、全体としての組成物の安定性及び有効期間を向上させることができるため、好ましい。
このようなキットはさらに、第二の溶液中にセルロース誘導体を含むことが好ましい。好ましいセルロース誘導体は前述した通りであり、2−ヒドロキシエチルセルロースが最も好ましい。
そのようなキットはさらに、第二の溶液中に可溶化剤を含むことが好ましい。好ましい可溶化剤は前述した通りであり、エタノールが最も好ましい。
環状オリゴマー、α−ヒドロキシカルボン酸、所望により用いてもよいセルロース誘導体、及び所望により用いてもよい可溶化剤の好ましい種類及び量は、本発明の分離用組成物との関連で前述した通りである。
本発明の染色用組成物はさらに、本発明の別の方法において、タンパク質含有サンプルに直接アプライされてもよい。
したがって、本発明はさらに、タンパク質含有サンプルを、
a)タンパク質複合体形成色素、
b)環状オリゴマー、及び
c)ヒドロキシカルボン酸
を含む溶液と接触させるステップ、並びに
色素/タンパク質複合体形成を検出及び/又は定量するステップ
を含む、タンパク質を検出及び/又は定量する方法を提供する。
好ましくは、タンパク質を含むサンプルは、電気泳動ゲルなどの、タンパク質を含む支持体の形態である。
したがって、染色用組成物を用いる特に好ましい方法は、
i)タンパク質を含むゲルを用意するステップ、
ii)ゲルに電場を印加するステップ、
iii)ゲルを本発明の染色用組成物に晒すステップ、並びに
iv)色素/タンパク質複合体形成を検出及び/又は定量するステップ
を含む。
このような方法では、好ましくは、ステップ(ii)の後、ステップ(iii)の前にゲルを洗浄しない。ポリアクリルアミド又はアガロースゲルなどの任意の好適な電気泳動ゲルをこの方法で使用することができる。
前述したように、色素/タンパク質複合体形成の速度はタンパク質含有サンプルの正確な形態に依存する。例えば、タンパク質が電気泳動ゲルなどのマトリックス内にトラップされている場合、タンパク質含有サンプルを本発明の染色用組成物と接触させるステップは通常、ほとんどの場合最大15分であるが、非常に低濃度でのみ存在するタンパク質を効果的に染色するために最大1時間かかることもある。
典型的には、上記で分離用組成物について説明したのと同じ方法を用いて、染色用組成物を電気泳動ゲルにアプライしてタンパク質を染色する。したがって、電気泳動ゲルなどのゲルを染色するために用いる場合、本発明の染色用組成物は、好ましくは、ゲルと一緒にマイクロ波中で最大30秒間、例えば20秒間加熱される。これらの値は典型的な1000Wのマイクロ波の場合のものである。マイクロ波処理後、組成物及びゲルを通常、室温(例えば20〜25℃)又は50℃などの高温のいずれかで例えば15分間置く。高温は、ウォーターバス又は任意のその他の好適な手段を用いて維持することができる。
前述したように、本発明のキット中の第一(すなわち、分離用)及び第二の溶液を使用することにより、タンパク質を含むサンプルとタンパク質複合体形成色素とを接触させた時に形成される沈殿の量が低減される。そうであっても、酒石酸などのα−ヒドロキシカルボン酸を用いた時に最良の結果が得られる。さらに、セルロース誘導体を用いることにより、特に電気泳動ゲル中に存在する時、色素/タンパク質複合体のコントラストが向上する。
したがって、本発明はさらに、タンパク質複合体形成色素を含む酸性化された溶液中での沈殿の量を低減するためのヒドロキシカルボン酸、特に酒石酸などのα−ヒドロキシカルボン酸の使用に関する。
本発明はさらに、色素/タンパク質複合体の染色を強化するためのヒドロキシエチルセルロース(例えば、2−ヒドロキシエチルセルロース)などのセルロース誘導体の使用に関する。
本発明はさらに、色素/タンパク質複合体の染色を強化するための、ヒドロキシエチルセルロース(例えば、2−ヒドロキシエチルセルロース)などのセルロース誘導体とシクロデキストリン(例えば、α−、β−、又はγ−シクロデキストリン)などの環状オリゴマーとを組み合わせて使用することに関する。
明らかに、タンパク質を検出するための組成物中の沈殿は、必然的に、染色された混合物、例えば染色された電気泳動ゲルの不明瞭なバックグラウンドを生じさせる。
したがって、本発明は、色素/タンパク質複合体の染色を強化するための、ヒドロキシカルボン酸、特に酒石酸などのα−ヒドロキシカルボン酸と、ヒドロキシエチルセルロース(例えば、2−ヒドロキシエチルセルロース)などのセルロース誘導体とを組み合わせて使用することに関する。
本発明はさらに、色素/タンパク質複合体の染色を強化するための、ヒドロキシカルボン酸、特に酒石酸などのα−ヒドロキシカルボン酸と、ヒドロキシエチルセルロース(例えば、2−ヒドロキシエチルセルロース)などのセルロース誘導体と、シクロデキストリン(例えばα−、β−、又はγ−シクロデキストリン)などの環状オリゴマーとを組み合わせて使用することに関する。
「染色を強化する」とは、例えばタンパク質複合体形成色素に晒したタンパク質を含むゲル中のコントラストを向上させることにより、染色混合物中で色素/タンパク質複合体を特定し易くすることを意味する。この向上は、色素/タンパク質複合体形成を向上させること、タンパク質を含まない領域におけるバックグラウンドの量を低減すること、又はその両方によるものであってもよい。染色強化の向上は、例えばデンシトメトリーを用いて、シグナル・ノイズ比を計算することにより決定することができる。
したがって、別の観点から見ると、本発明は、好ましくはデンシトメトリーにより決定される、ゲル中の染色された色素/タンパク質複合体のシグナル・ノイズ比を向上させるための、ヒドロキシエチルセルロース(例えば、2−ヒドロキシエチルセルロース)などのセルロース誘導体の使用に関する。
本発明はさらに、好ましくはデンシトメトリーにより決定される、ゲル中の染色された色素/タンパク質複合体のシグナル・ノイズ比を向上させるための、ヒドロキシエチルセルロース(例えば、2−ヒドロキシエチルセルロース)などのセルロース誘導体とシクロデキストリン(例えば、α−、β−、又はγ−シクロデキストリン)などの環状オリゴマーとの組み合わせの使用に関する。
本発明はさらに、好ましくはデンシトメトリーにより決定される、ゲル中の染色された色素/タンパク質複合体のシグナル・ノイズ比を向上させるための、ヒドロキシカルボン酸、特に酒石酸などのα−ヒドロキシカルボン酸と、ヒドロキシエチルセルロース(例えば、2−ヒドロキシエチルセルロース)などのセルロース誘導体とを組み合わせて使用することに関する。
本発明はさらに、好ましくはデンシトメトリーにより決定される、ゲル中の染色された色素/タンパク質複合体のシグナル・ノイズ比を向上させるための、ヒドロキシカルボン酸、特に酒石酸などのα−ヒドロキシカルボン酸と、ヒドロキシエチルセルロース(例えば、2−ヒドロキシエチルセルロース)などのセルロース誘導体と、シクロデキストリン(例えば、α−、β−、又はγ−シクロデキストリン)などの環状オリゴマーとを組み合わせて使用することに関する。
上記の使用において、セルロース誘導体は好ましくは溶液の一部として存在する(すなわち、セルロース誘導体は固体マトリックスではない)。したがって、本発明は、好ましくは、前述の効果を実現するための、ヒドロキシカルボン酸及び/又は環状オリゴマーと組み合わされてもよい、セルロース誘導体の溶液の使用に関する。
シグナル・ノイズ比の向上は、本発明の方法において第二の溶液を添加する前に第一の溶液が除去された場合でも達成可能である。これは、本発明の方法のステップ(i)の間にゲルに浸透する又はコーティングされるセルロース誘導体によると考えられる。したがって、第一の溶液が除去されてステップ(ii)の前にゲルがすすがれる場合でも、セルロース誘導体の少なくとも一部はゲル中に保持され、シグナル・ノイズ比が向上する。
同じ考察が、第一及び/又は第二の溶液中に存在し得るα−ヒドロキシカルボン酸にも当てはまる。したがって、α−ヒドロキシカルボン酸が第一の溶液中にのみ含まれる場合でも、第一の溶液が除去される場合でも、酸はゲルに浸透して保持される。したがって、酸は、第二の溶液に含まれてなくてもシグナル・ノイズ比を向上させ得る。当然ながら、第一及び第二の溶液の両方の中にα−ヒドロキシカルボン酸を用いた場合に最良の結果が得られる。
以下に非限定的な実施例及び図を用いて本発明をさらに説明する。
[実施例1]
脱イオン水中で原料を混合することにより、以下の製剤を調製した。
製剤A:
酒石酸 20%w/v
α−シクロデキストリン 2%w/v
エタノール 2%w/v
2−ヒドロキシエチルセルロース 0.3w/v
G250色素 0.0015%W/v
比較として、国際公開第2007/125372号の実施例に基づいてリン酸、α−シクロデキストリン、エタノール及びクマシー色素を含むと考えられる「インスタントブルー」をエクスぺディオン社から入手した。
図1aは製剤Aの入ったバイアルを示し、図1bはインスタントブルーの入ったバイアルを示す。これらの図から、本発明の染色用製剤は透明で沈殿がなく、明るい青緑色であったことが明確にわかる。これに対し、インスタントブルーは濁った茶色で、かなりの量の浮遊した粒子/沈殿物を生じていた。
これらの製剤は種々の濃度のBSAを含むPAGEゲルを染色するために使用された。1時間染色した後の未洗浄ゲルを図2及び3に示す。インスタントブルー中の沈殿物は高レベルのため、バックグラウンドに対する濃度の低いBSAを観察することは困難であった。
本実施例は、リン酸と共にシクロデキストリンなどの環状オリゴマーを含有するタンパク質染色溶液における高レベルの沈殿物を明確に示している。
[実施例2]
脱イオン水中で原料を混合することにより、以下の製剤を調製した。
製剤I−1
酒石酸 20%w/v
α−シクロデキストリン 4%w/v
エタノール 2%w/v
2−ヒドロキシエチルセルロース 0.3w/v
製剤I−2
リン酸 10%w/v
α−シクロデキストリン 4%w/v
エタノール 2%w/v
2−ヒドロキシエチルセルロース 0.3w/v
製剤I−3
α−シクロデキストリン 4%w/v
エタノール 2%w/v
2−ヒドロキシエチルセルロース 0.3w/v
製剤II−1
G250色素 0.013%w/v
酒石酸 20%w/v
製剤II−2
G250色素 0.013%w/v
リン酸 10%w/v
種々の濃度のBSAを含むPAGEゲルを、上記製剤I及びIIを以下のように組み合わせて使用して染色した。
最初にPAGEゲルを用いて室温で10分間、前処理Iを行った。前処理後、処理溶液を捨て、染色溶液IIを加えた。それからゲルをさらに室温に5分間置いた後、染色溶液を除去した。
2a、2b及び2cの染色ゲルをそれぞれ図4、5及び6に示す。これらのゲルは、本発明のキットが沈殿の問題を生じることなくリン酸などの酸とともに使用できることを明確に示している。さらに、図4と5/6との比較から、染色バンドは酒石酸を用いた場合に非常に鮮明になることがわかる。
[実施例3]
脱イオン水中で原料を混合することにより、以下の製剤を調製した。
製剤I−4
α−シクロデキストリン 4%w/v
エタノール 2%w/v
2−ヒドロキシエチルセルロース 0.3w/v
製剤I−5
酒石酸 20%w/v
エタノール 2%w/v
2−ヒドロキシエチルセルロース 0.3w/v
製剤I−6
酒石酸 20%w/v
α−シクロデキストリン 4%w/v
エタノール 2%w/v
種々の濃度のBSAを含むPAGEゲルを、上記製剤I及びIIを以下のように組み合わせて使用して染色した。
最初にPAGEゲルを用いて室温で10分間、前処理Iを行った。前処理後、処理溶液を捨て、染色溶液IIを加えた。ゲルをさらに室温で5分間置いた後、染色溶液を除去した。
実施例3a、3b、3c及び3dの染色ゲルをそれぞれ図7、8、9及び10に示す。図7及び8のゲルは、酒石酸を第一の溶液に含める(すなわち、前処理を行う)必要がないことを示している。図9は、環状オリゴマーについて前処理を行わないとバンドが見えないことを示している。さらに、図10は、セルロース誘導体について前処理を行わないと、バンドがほとんど見えないこと示している。
[実施例4]
脱イオン水中で種々の原料を溶解させることにより、以下の製剤を調製した。
製剤B
リン酸 20%w/v
α−シクロデキストリン 2%w/v
エタノール 2%w/v
G250色素 0.0045%w/v
製剤C
酒石酸 20%w/v
α−シクロデキストリン 2%w/v
エタノール 2%w/v
G250色素 0.0045%w/v
製剤D
酒石酸 20%w/v
α−シクロデキストリン 2%w/v
エタノール 2%w/v
2−ヒドロキシエチルセルロース 0.3w/v
G250色素 0.0045%w/v
PAGE(ポリアクリルアミドゲル電気泳動)は標準条件下で市販のゲル製品を使用して完成された。市販品のサンプルと購入したウシ血清アルブミン(標準)とを作製し、ゲル上で実行した。市販のマーカーも添加した。電気泳動が完了した後、ゲルをプラスチックの覆いから除去し、上記製剤の一つを含む小さな容器に入れた。同一ゲルが実行され、各製剤を使って試された。染色時間は、図11から13が染色ゲルのスキャンを示す各製剤に対して同一とした。
ゲル中の真ん中の4つのバンドが興味のあるテストバンドであり、外側のレーンは標準マーカーである。ゲル像はスキャナーで得られるもので、ゲルとスキャナーのガラススクリーンとの間に水層が閉じ込められた薄灰色か、ゲルとスクリーンとの間に空気層(又は泡)があって白いかのどちらかであるゲルバックグラウンドとなっている。
ゲルとスキャナーのガラス板との間の水層の有無によってバックグラウンドに差異があるにしても、図11〜13の結果は、リン酸の代わりに酒石酸を用いることによって、4つのテストバンドのコントラストを改善し、これらの識別を容易にした(図11及び12参照)。さらに、図12及び13は、2−ヒドロキシエチルセルロースを添加することで、染色タンパク質試料とバックグラウンドとの間のコントラストが一層大きくなることを示している。
[実施例5]
上記製剤A及びインスタントブルーを用いて種々の濃度のBSAを含むPAGEゲルを染色した。バックグラウンドに対する染色タンパク質の比率は、デンシトメトリーにより測定した。結果を図14a−cに示す。
図14cは製剤Aが濃度20ng未満でタンパク質を検出できることを明確に示している。さらに、図14a、14b及び14cのそれぞれは、本発明の染色用組成物を使用することにより、得られるシグナル・ノイズ比を著しく改善することを示している。

Claims (19)

  1. a)タンパク質複合体形成色素、
    b)環状オリゴマー、及び
    c)ヒドロキシカルボン酸
    を含むタンパク質を検出するための組成物。
  2. 前記ヒドロキシカルボン酸が酒石酸である、請求項1に記載の組成物。
  3. さらにセルロース誘導体を含む、請求項1に記載の組成物。
  4. 前記セルロース誘導体が2−ヒドロキシエチルセルロースである、請求項3に記載の組成物。
  5. 前記2−ヒドロキシエチルセルロースが0.1〜0.5%w/vの量で存在する、請求項4に記載の組成物。
  6. 前記環状オリゴマーが、シクロデキストリンである、請求項1に記載の組成物。
  7. 前記シクロデキストリンが、α−シクロデキストリンである、請求項6に記載の組成物。
  8. 前記シクロデキストリンが、0.1〜10%w/vの量で存在する、請求項6に記載の組成物。
  9. 前記シクロデキストリンが、1〜3%w/vの量で存在する、請求項6に記載の組成物。
  10. さらにアルコールを含む、請求項1に記載の組成物。
  11. 前記アルコールがエタノールである、請求項10に記載の組成物。
  12. 前記エタノールが1〜3%w/vの量で存在する、請求項11に記載の組成物。
  13. タンパク質複合体形成色素がクマシー色素である、請求項1に記載の組成物。
  14. 水性溶液である、請求項1に記載の組成物。
  15. タンパク質含有サンプルを請求項1に記載の組成物に接触させること、及び色素/タンパク質複合体の形成を検出及び/又は定量すること
    を含む、タンパク質を検出及び/又は定量する方法。
  16. 前記タンパク質を含むサンプルがタンパク質を含む支持体の形態である、請求項15に記載の方法。
  17. 前記支持体が電気泳動ゲルである、請求項16に記載の方法。
  18. i)タンパク質を含むゲルを準備するステップ、
    ii)該ゲルに電場を印加するステップ、
    iii)該ゲルを本発明の組成物に晒すステップ、及び
    iv)色素/タンパク質複合体の形成を検出及び/又は定量するステップ
    を含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記ゲルを、ステップii)の後であってステップiii)の前に洗浄しない、請求項18に記載の方法。
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