JP2019105608A - Protein-containing sample pretreatment method for protein analysis using mass spectrometer - Google Patents

Protein-containing sample pretreatment method for protein analysis using mass spectrometer Download PDF

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Abstract

To provide a biological sample pretreatment method which enables highly sensitive and highly accurate protein analysis using a mass spectrometer.SOLUTION: A protein-containing sample pretreatment method for protein analysis using a mass spectrometer, includes a first step (i) in which a protein-containing sample is subjected to reductive alkylation and thereafter a protein-containing fraction is purified, a second step (ii) in which the protein-containing fraction obtained in the first step is subjected to ultrasonic treatment in buffer solution which substantially does not contain protein denaturation agents, and a third step (iii) in which the ultrasonic-treated matter obtained in the second step is subjected to decomposition treatment using a protein digestion enzyme.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、質量分析計を用いたタンパク質分析のためのタンパク質含有試料の前処理方法に関する。   The present invention relates to a method of pretreatment of a protein-containing sample for protein analysis using a mass spectrometer.

近年の医学・生命科学分野での研究において、タンパク質を網羅的かつ高感度・高精度に定量分析する技術が求められている。特に質量分析計は多成分を同時に分析することが可能で、近年では感度・精度ともに大きく進歩していることもあり、これらの研究分野では日常的に利用されている(特許文献1)。しかしながら質量分析計を使ったタンパク質の定量分析では、その前処理工程の如何が、検出感度や定量再現性に大きく影響することも珍しくない。また、質量分析計での大規模タンパク質定量測定では、分析時間が長時間に及ぶことから前処理後の分析サンプルの安定性にも注意を払う必要がある。前処理法については、様々な方法や改良法等が報告されている。例えば、特許文献1では、細胞抽出物をTCA沈殿した後、グアニジン塩酸を含むTris緩衝液中でタンパク質変性処理を行い、次いで、還元アルキル化処理を行い、アルキル化剤の不活化処理を行った後、トリプシンによってタンパク質消化(分解)処理を行った。得られた消化物をカラムで脱塩処理後、遠心濃縮して、iTRAQバッファーに再溶解し、安定同位体標識を行い、LC−MS/MS解析に用いる方法が報告されている。また、細胞ライセートを、TCA/アセトン沈殿により精製し、次いで、タンパク質変性剤を含まない緩衝液中で超音波処理を行い、次いで、トリプシンにより37℃で16時間のタンパク質消化処理を行い、次いで、還元アルキル化処理を行い、次いでアルキル化剤の不活化処理後、再度37℃で3時間のタンパク質消化処理を行って完全にタンパク質を消化し、そして、得られた消化物をカラムで脱塩処理し、nano−HPLC/MS/MS分析に用いる方法が報告されている(非特許文献1)。しかし、実用的に、高感度且つ高精度に大規模タンパク質定量測定を行うためには、未だ課題が多い。   In recent research in the fields of medicine and life sciences, there is a demand for a technique for quantitatively analyzing proteins comprehensively, with high sensitivity and high accuracy. In particular, mass spectrometers can analyze multiple components simultaneously, and in recent years they have greatly advanced in both sensitivity and accuracy, and are used routinely in these research fields (Patent Document 1). However, in quantitative analysis of proteins using a mass spectrometer, it is not uncommon for the pretreatment process to greatly affect detection sensitivity and quantitative reproducibility. In addition, in large-scale protein quantitative measurement with a mass spectrometer, it is necessary to pay attention to the stability of the analysis sample after pretreatment because the analysis time is long. Regarding the pretreatment method, various methods and improvements have been reported. For example, in Patent Document 1, after TCA precipitation of a cell extract, protein modification treatment is performed in Tris buffer containing guanidine hydrochloride, and then reductive alkylation treatment is performed to inactivate the alkylating agent. Thereafter, the protein was digested (decomposed) with trypsin. The resulting digested product is desalted with a column, concentrated by centrifugation, redissolved in iTRAQ buffer, labeled with stable isotope, and used in LC-MS / MS analysis. Alternatively, cell lysates are purified by TCA / acetone precipitation, then sonicated in a buffer without protein denaturing agent, followed by protein digestion with trypsin for 16 hours at 37 ° C., and then After reductive alkylation treatment and subsequent inactivation treatment of the alkylating agent, protein digestion treatment is again carried out at 37 ° C. for 3 hours to completely digest the protein, and the resulting digest is desalted with a column And methods used for nano-HPLC / MS / MS analysis have been reported (Non-patent Document 1). However, there are still many problems in order to carry out large-scale quantitative protein measurement at high sensitivity and high accuracy practically.

特許5468073号Patent No. 5468073

Kim et al. Journal of Proteome Research 2006, 5, 3446-3452Kim et al. Journal of Proteome Research 2006, 5, 3446-3452 Matsumoto M. et al. Nature Methods 2017, 3, 251-258Matsumoto M. et al. Nature Methods 2017, 3, 251-258

例えば、非特許文献2に示された前処理方法では、タンパク質変性剤によってタンパク質を変性し、メタノール/クロロホルム抽出による精製後、タンパク質消化酵素で該変性タンパク質を消化し、還元アルキル化することが示されているが、アルキル化剤の不活化処理工程が必須であり、また、多種類の微量なタンパク質を同時に分析するためには、十分にタンパク質が消化されていないことが問題であると考えた。また、非特許文献1に示された前処理方法でも、2回のタンパク質消化酵素によるタンパク質消化工程の間に、還元アルキル化処理を行っており、完全変性条件でない中での酵素処理時間が長いこと、および非特許文献2同様にアルキル化剤の不活化処理工程が必須である点に、問題があると考えた。
そこで、本発明は、質量分析計を用いて高感度且つ高精度なタンパク質分析を可能とす
る前処理方法、特に、生体試料中の微量なタンパク質を測定するための前処理方法を提供することを課題とする。
For example, in the pretreatment method disclosed in Non-Patent Document 2, it is shown that the protein is denatured by a protein denaturant, purified by methanol / chloroform extraction, and then the denatured protein is digested with protein digesting enzyme and reductively alkylated. However, the process for inactivating the alkylating agent is essential, and it was considered that the problem was that the protein was not digested enough to simultaneously analyze many kinds of trace proteins. . In addition, even with the pretreatment method disclosed in Non-Patent Document 1, reductive alkylation is performed between protein digestion steps with two protein digestion enzymes, and the enzyme treatment time is not long under completely denaturing conditions. It was considered that there is a problem in that the step of inactivating the alkylating agent is essential as in Non-Patent Document 2 as well.
Therefore, it is an object of the present invention to provide a pretreatment method which enables highly sensitive and accurate protein analysis using a mass spectrometer, in particular, a pretreatment method for measuring a trace amount of protein in a biological sample. It will be an issue.

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、質量分析計による大規模タンパク質定量分析において、下記の工程(i)〜(iii)を行うことにより、生体試料中の微量なタンパク質を高感度且つ高精度に測定可能な前処理ができることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors conducted the following steps (i) to (iii) in large-scale protein quantitative analysis using a mass spectrometer to detect trace amounts of proteins in biological samples. As a result, the present invention has been accomplished by finding that pre-treatment can be measured with high sensitivity and high accuracy.

すなわち、本発明は以下の通り例示できる。
[1]質量分析計を用いたタンパク質分析のためのタンパク質含有試料の前処理方法であって、
(i)タンパク質含有試料を還元アルキル化処理し、その後、タンパク質含有画分を精製する第1の工程、
(ii)前記第1の工程で得られたタンパク質含有画分を、実質的にタンパク質変性剤を含まない緩衝液中で超音波処理する第2の工程、
(iii)前記第2の工程で得られた超音波処理物を、タンパク質消化酵素で分解処理する第3の工程、
を含む方法。
[2]前記試料が、生体試料である、[1]に記載の方法。
[3]前記第2〜第3の工程が、吸着抑制剤の存在下で行われる、[1]〜[2]のいずれかに記載の方法。
[4]前記質量分析計を用いたタンパク質分析が、大規模タンパク質定量分析である、[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[5]前記質量分析計を用いたタンパク質分析において、2種またはそれ以上のタンパク質が同時に測定される、[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
That is, the present invention can be exemplified as follows.
[1] A method for pretreatment of a protein-containing sample for protein analysis using a mass spectrometer,
(I) a first step of subjecting the protein-containing sample to reductive alkylation and thereafter purifying the protein-containing fraction,
(Ii) a second step of sonicating the protein-containing fraction obtained in the first step in a buffer substantially free of a protein denaturant,
(Iii) A third step of degrading the sonicate obtained in the second step with a protein digestion enzyme,
Method including.
[2] The method according to [1], wherein the sample is a biological sample.
[3] The method according to any one of [1] to [2], wherein the second to third steps are performed in the presence of an adsorption inhibitor.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the protein analysis using the mass spectrometer is a large scale protein quantitative analysis.
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein two or more proteins are simultaneously measured in protein analysis using the mass spectrometer.

本発明によれば、例えば、試料溶液中のタンパク質を還元アルキル化処理後、精製し、超音波処理によるタンパク質の分散処理および酵素消化を行うため、アルキル化剤の不活化処理を行わないことが可能となった。そのため、前処理方法が簡略化されることにより、作業工程が少ないことでタンパク質のロスを失くすことや作業時間・作業ミス・試薬コストの抑制を達成できる。また、実質的にタンパク質変性剤を含まない緩衝液中で超音波処理と酵素消化を行うことによって、タンパク質の消化不良が改善され、高い検出率を達成できる。更に、酵素処理時間が短縮され、質量分析計を用いたタンパク質分析の高感度化・高精度化だけでなく、前処理方法全体にかかる時間の短縮や作業の容易化やコストの抑制、試料(タンパク質)の劣化の抑制を達成できる。従って、本発明によれば、前処理工程での試料中のタンパク質の損失低減と消化効率が向上することにより、検出感度の向上や定量再現性の向上を達成し、且つ、前処理工程にかかる時間が短くなることにより、作業日数の短縮や試料の安定性の向上を達成することができるため、質量分析計を用いて、簡便に、高感度且つ高精度にタンパク質を分析できる。特に、生体試料中の微量なタンパク質の高感度且つ高精度な分析が可能となるため、大規模タンパク質分析、特に大規模タンパク質定量分析に高い効果がある。   According to the present invention, for example, the protein in the sample solution is reductively alkylated, purified, and then the protein is dispersed and enzymatically digested by sonication, so the alkylating agent is not inactivated. It has become possible. Therefore, by simplifying the pretreatment method, it is possible to achieve loss of protein loss and suppression of working time, working error and reagent cost due to the small number of working steps. In addition, by performing sonication and enzyme digestion in a buffer substantially free of protein denaturant, protein indigestion is improved and a high detection rate can be achieved. Furthermore, the enzyme processing time is shortened, and not only sensitization and precision improvement of protein analysis using a mass spectrometer, but also shortening of the time required for the whole pretreatment method, facilitation of work and suppression of cost, samples ( Control of protein degradation) can be achieved. Therefore, according to the present invention, improvement in detection sensitivity and improvement in quantitative reproducibility are achieved by reducing loss of protein in the sample and improving digestion efficiency in the pretreatment step, and it is also necessary to perform the pretreatment step. By shortening the time, the working days can be shortened and the stability of the sample can be improved. Therefore, a mass spectrometer can be used to analyze proteins easily and with high sensitivity and high accuracy. In particular, high-sensitivity and high-accuracy analysis of a trace amount of protein in a biological sample is possible, so that large-scale protein analysis, particularly large-scale protein quantitative analysis, is highly effective.

DDA(Data−dependent acquisition)法にて培養細胞由来タンパク質消化物を測定した際の各消化ペプチドのイオン強度を比較した結果を示すグラフ。縦軸:本発明での前処理サンプル(実施例2)、横軸:希釈変性剤溶液中(超音波処理なし)で酵素消化を行い、後に還元アルキル化処理をしたサンプル(比較例)。The graph which shows the result of having compared the ionic strength of each digested peptide at the time of measuring culture cell origin protein digested material by DDA (Data-dependent acquisition) method. Vertical axis: pretreated sample according to the present invention (Example 2), horizontal axis: sample subjected to enzyme digestion in diluted denaturant solution (without ultrasonication) and then reductively alkylated (comparative example). MRM(Multiple Reaction Monitoring)法にて培養細胞中のPyruvate kinase muscle (PKM)を測定した際のクロマトグラムを示す図。左)本発明での前処理サンプル(実施例2)、右)希釈変性剤溶液中(超音波処理なし)で酵素消化を行い、後に還元アルキル化処理をしたサンプル(比較例)。The figure which shows the chromatogram at the time of measuring Pyruvate kinase muscle (PKM) in a cultured cell by MRM (Multiple Reaction Monitoring) method. Left) Pretreated sample according to the present invention (Example 2), right) Sample subjected to enzyme digestion in diluted denaturant solution (without sonication) and then reductively alkylated (comparative example). 吸着抑制剤としてPEG20000を添加した場合(左:PEG)と、PEG20000を添加していない場合(右:water)の各条件で調製したサンプルを、調製直後にLC−MS/MS測定した結果を示す図。10℃で4日間保管した後再度LC−MS/MS測定し、検出されたタンパク質ピーク強度の低下を検証した。(Relative Intensity=4日後ピーク強度/調製直後ピーク強度として算出)。The results of LC-MS / MS measurement immediately after preparation are shown for samples prepared under each condition when PEG20000 is added as an adsorption inhibitor (left: PEG) and when PEG20000 is not added (right: water). Figure. After storage at 10 ° C. for 4 days, LC-MS / MS measurement was performed again to verify the decrease in the detected protein peak intensity. (Relative Intensity = calculated as peak intensity after day / peak intensity immediately after preparation).

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
本発明において、分析や測定は、特に断りが無い限り同義であり、定性及び定量の両方を意味する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to these embodiments.
In the present invention, analysis and measurement are synonymous unless otherwise noted, meaning both qualitative and quantitative.

本発明の方法は、質量分析計を用いたタンパク質分析におけるタンパク質含有試料の前処理方法である。本発明の方法は、(i)タンパク質含有試料を還元アルキル化処理し、その後、タンパク質含有画分を精製する第1の工程、(ii)前記第1の工程で得られたタンパク質含有画分を、実質的に変性剤を含まない緩衝液中で超音波処理する第2の工程、(iii)前記第2の工程で得られた超音波処理物を、タンパク質消化酵素で分解処理する第3の工程、を含む。   The method of the present invention is a method for pretreatment of a protein-containing sample in protein analysis using a mass spectrometer. The method of the present invention comprises the steps of (i) subjecting a protein-containing sample to reductive alkylation and then purifying the protein-containing fraction, and (ii) the protein-containing fraction obtained in the first step. A second step of sonicating in a buffer solution substantially free of denaturing agent, (iii) a third step of degrading the sonicated product obtained in the second step with a protein digestion enzyme Process.

本発明で使用可能な「タンパク質含有試料」とは、タンパク質を含む試料であれば特に限定しない。例えば、生体由来のタンパク質を含む試料でもよいし、人工的に合成したタンパク質を含む試料でもよい。また、本発明で使用可能な「生体試料」とは、生体に由来する成分を含む試料をいう。生体試料としては、例えば、全血、血漿、血清、尿、便、唾液、喀痰、精液、涙、鼻汁;膣、鼻、直腸、咽頭、および尿道のスワブ、排出物、および分泌物、ならびに細胞、組織(例えば、バイオプシー組織試料)等が挙げられる。生体から直接得られたものでもよいし、in vitroで調製されたものでもよい。生体としては、タンパク質を有する生体であれば特に限定せず、例えば、ヒト、サル、マウス、ラット、ウサギ、ハムスター、ヤギ、ブタ、イヌ、ネコ、フェレット、ウシ、ヒツジ、およびウマ等が挙げられる。   The "protein-containing sample" that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a sample containing a protein. For example, it may be a sample containing a protein of biological origin or a sample containing an artificially synthesized protein. Moreover, the "biological sample" which can be used by this invention means the sample containing the component derived from a biological body. Examples of biological samples include whole blood, plasma, serum, urine, feces, saliva, sputum, semen, tears, nasal discharge; vaginal, nasal, rectal, pharyngeal and urethral swabs, excrement and secretion, and cells , Tissues (eg, biopsy tissue samples) and the like. It may be obtained directly from a living organism or may be prepared in vitro. The living body is not particularly limited as long as it is a living body having a protein, and examples thereof include humans, monkeys, mice, rats, rabbits, hamsters, goats, pigs, dogs, cats, ferrets, cattle, sheep, and horses, etc. .

本発明で測定可能なタンパク質は、特に制限されない。なお、「タンパク質」には、ペプチド、オリゴペプチド、あるいはポリペプチドと呼ばれる態様も包含される。タンパク質の分子量は、タンパク質消化酵素で消化できる限り大きさの上限は無く、下限としては、分析に使用できる大きさであればよく、例えば、好ましくは100Da以上であってよく、より好ましくは500Da以上であってよい。タンパク質は、生体由来のタンパク質であってもよく、生体外由来のタンパク質であってもよい。生体外由来のタンパク質としては、例えば、生体に投与された医薬品に含有されるタンパク質成分やその代謝物等が挙げられる。タンパク質はいずれの局在様式を示すものであってもよく、例えば、膜由来のタンパク質であってもよく、細胞質由来のタンパク質であってもよく、細胞外由来のタンパク質であってもよい。タンパク質は、単独で測定されてもよく、2種またはそれ以上が同時に測定されてもよい。本発明によれば、微量なタンパク質を高感度且つ高精度に測定できることから、1種類のタンパク質を高感度且つ高精度に測定できるだけでなく、複数のタンパク質を同時に測定することができる。例えば、多種類のタンパク質を含有する生体試料を用いて、大規模なタンパク質分析に使用することができる。更に、高感度且つ高精度に、同定だけでなく、定量も行えることから特に好ましい。   The protein which can be measured in the present invention is not particularly limited. The term "protein" also includes embodiments called peptides, oligopeptides or polypeptides. The molecular weight of the protein has no upper limit in size as long as it can be digested with protein digestion enzyme, and the lower limit may be any size that can be used for analysis, for example, preferably 100 Da or more, more preferably 500 Da or more It may be. The protein may be a protein derived from a living body or a protein derived from in vitro. Examples of the in vitro-derived protein include protein components contained in a medicine administered to a living body, and metabolites thereof. The protein may exhibit any localization mode, for example, a protein derived from a membrane, a protein derived from a cytoplasm, or a protein derived from extracellular. Proteins may be measured alone, or two or more may be measured simultaneously. According to the present invention, since a minute amount of protein can be measured with high sensitivity and high accuracy, not only one type of protein can be measured with high sensitivity and high accuracy, but also a plurality of proteins can be measured simultaneously. For example, biological samples containing many types of proteins can be used for large scale protein analysis. Furthermore, it is particularly preferable because it can perform not only identification but also quantification with high sensitivity and high accuracy.

本発明の前処理方法について、細胞を試料とした場合を例として以下に説明するが、これは利用可能な態様の一例であり限定解釈されない。   The pretreatment method of the present invention will be described below by taking the case of cells as a sample as an example, but this is an example of available modes and is not interpreted in a limited manner.

(i)還元アルキル化処理と精製工程
本発明の前処理方法における還元アルキル化工程としては、細胞抽出物に還元アルキル化処理を行い、その後、タンパク質含有画分の精製を行うことが挙げられる。
細胞抽出物は、一般的なタンパク質の分析法で使用可能な公知の方法に従って調製することができる。例えば、細胞を溶解液で可溶化したものが挙げられる。溶解液としては、例えば、尿素や塩酸グアニジンに代表されるカオトロピック試薬やSDS、CHAPS、TritonX−100などの界面活性剤、Tris−HCl等を含んだバッファーを使用することが挙げられる。例えば、培養細胞ペレットに該溶解液を加え、攪拌および超音波処理を施すことで、細胞中成分を可溶化させ目的タンパク質成分を含んだ細胞抽出物とすることができる。
(I) Reductive Alkylation Treatment and Purification Step As the reductive alkylation step in the pretreatment method of the present invention, the cell extract may be subjected to reductive alkylation treatment and then purification of the protein-containing fraction may be mentioned.
Cell extracts can be prepared according to known methods that can be used in general protein analysis methods. For example, those obtained by solubilizing cells with a lysis solution can be mentioned. As the lysis solution, for example, it is possible to use a buffer containing a chaotropic reagent typified by urea or guanidine hydrochloride, a surfactant such as SDS, CHAPS, Triton X-100 or the like, Tris-HCl or the like. For example, the lysate can be added to a cultured cell pellet, and agitation and sonication can be performed to solubilize components in the cell to obtain a cell extract containing the target protein component.

還元アルキル化処理は、還元処理とアルキル化処理を行うこと、好ましくは還元処理後にアルキル化処理を行うことを意味するが、公知の方法に従って行うことができる。還元処理に使用される還元剤はタンパク質含有試料の還元に使用されるものであれば特に限定されないが、TCEP(Tris 2−carboxyethyl)phosphine
hydrochloride)あるいはDTT(Dithiothreitol)などが挙げられる。アルキル化処理に使用されるアルキル化剤はタンパク質含有試料のアルキル化に使用されるものであれば特に限定されないが、2−iodoacetamideなどが挙げられる。
還元アルキル化処理は、例えば、終濃度5mmol/LとなるようにTCEPあるいはDTTなどの還元剤を加え、37℃で30分から数時間還元処理した後、終濃度10mmol/Lとなるように2−iodoacetamide等に代表されるアルキル化剤を加え30分アルキル化処理をすることが挙げられる。
The reductive alkylation treatment means performing a reductive treatment and an alkylation treatment, preferably performing an alkylation treatment after the reductive treatment, but can be performed according to a known method. The reducing agent used for the reduction treatment is not particularly limited as long as it is used for reduction of a protein-containing sample, but TCEP (Tris 2-carboxyethyl) phosphine
and DTT (Dithiothreitol). The alkylating agent used for the alkylation treatment is not particularly limited as long as it is used for alkylation of a protein-containing sample, and examples thereof include 2-iodoacetamide and the like.
For example, a reducing agent such as TCEP or DTT is added so as to give a final concentration of 5 mmol / L, and the reduction alkylation treatment is carried out at 30 ° C. for several hours at 37 ° C. An alkylating agent such as iodoacetamide is added for 30 minutes to perform the alkylation treatment.

還元アルキル化処理後のタンパク質含有画分の精製は、公知の方法に従って行うことができる。例えば、アセトン沈殿や、メタノール/クロロホルム抽出、TCA沈殿、およびこれらを組み合わせた手法、あるいは精製カラムに代表される固相抽出法が挙げられる。特に沈殿精製法は、非特異的に多くのタンパク質を沈殿させることが出来るため、タンパク質の酵素消化効率や質量分析計を用いたタンパク質分析に悪影響を与えるアルキル化剤を簡単に除くことができるので好ましい。また、タンパク質をアルキル化後すぐに沈殿として取り出すため、アルキル化剤不活化処理にかかる試薬や時間を省略できるので好ましい。さらに本発明の前処理方法では、最初に細胞抽出液中のタンパク質に還元アルキル化工程を行いタンパク質のジスルフィド結合を切断した完全変性条件とするため、その後の酵素消化における消化効率を最大限に高めることができるので好ましい。還元アルキル化処理の前にタンパク質を事前に精製する必要もなく、少なくとも1回のタンパク質精製を行えば良いため、該タンパク質分析に使用できるタンパク質のロスが抑えられ(タンパク質の高い回収率)、また、作業量が少ないことから作業上のミスが減り、また、分析の再現性を向上することができるので好ましい。   Purification of the protein-containing fraction after reductive alkylation can be performed according to a known method. Examples thereof include acetone precipitation, methanol / chloroform extraction, TCA precipitation, and a combination method thereof, or a solid phase extraction method represented by a purification column. In particular, since the precipitation purification method can precipitate many proteins nonspecifically, it can easily remove alkylating agents that adversely affect protein digestion efficiency using proteins or protein analysis using a mass spectrometer. preferable. In addition, since proteins are taken out as precipitates immediately after alkylation, reagents and time required for the alkylating agent inactivation treatment can be omitted, which is preferable. Furthermore, in the pretreatment method of the present invention, the protein in the cell extract is first subjected to a reductive alkylation step to give a complete denaturing condition in which the disulfide bond of the protein is cleaved, thereby maximizing the digestion efficiency in the subsequent enzyme digestion Because it can be There is no need to prepurify the protein prior to the reductive alkylation treatment, and at least one purification of the protein may be performed, thereby reducing the loss of protein that can be used for the protein analysis (high recovery of protein) Since the amount of work is small, errors in work can be reduced, and the reproducibility of the analysis can be improved, which is preferable.

(ii)超音波処理工程
本発明の前処理方法における超音波処理工程としては、前記還元アルキル化工程で精製処理されたタンパク質含有画分を、実質的にタンパク質変性剤を含まない緩衝液中で超音波処理することが挙げられる。実質的にタンパク質変性剤を含まないとは、タンパク質変性剤が全く含まれていないか、含まれていたとしてもタンパク質変性に必要な濃度未満であることを意味する。
超音波処理の条件は、タンパク質の沈殿が分散可能な条件であれば良く、当業者であれば公知の情報から適宜設定することができるが、例えば、冷温下(例えば、4〜15℃)
で、超音波破砕機(例えば、Bioruptor (Diagenode社製))で行うことが挙げられる。超音波破砕機の条件は、例えば、300W以上で、5〜600秒、好ましくは10〜400秒、更に好ましくは30〜300秒間超音波処理することが挙げられ、また、5〜30秒の超音波及び5〜30秒のインターバル休止をセットとして、複数回、間欠的に繰り返すことも挙げられる。間欠的に複数回繰り返すことによって、タンパク質への過度なダメージを生じさせ難い状態で、タンパク質の沈殿の分散状況を確認しながら超音波処理することができるので好ましい。
(Ii) Ultrasonication Step The ultrasonication step in the pretreatment method of the present invention includes the protein-containing fraction purified in the reductive alkylation step in a buffer solution substantially free of a protein denaturant. Ultrasonication may be mentioned. Substantially free of protein denaturing agent means that no protein denaturing agent is included or, if it is included, less than the concentration required for protein denaturation.
The conditions for the ultrasonic treatment may be any conditions that allow the precipitation of the protein to be dispersed, and can be appropriately set by those skilled in the art from known information, for example, under cold temperature (for example, 4 to 15 ° C.)
And using an ultrasonic crusher (for example, Bioruptor (manufactured by Diagenode)). The conditions of the ultrasonic crusher include, for example, ultrasonication at 300 W or more for 5 to 600 seconds, preferably 10 to 400 seconds, more preferably 30 to 300 seconds, and also for 5 to 30 seconds. It is also possible to intermittently repeat a plurality of times with the sound wave and the interval pause of 5 to 30 seconds as a set. Intermittent multiple repetition is preferable because ultrasonic treatment can be performed while confirming the dispersion state of the precipitate of the protein in a state in which excessive damage to the protein is unlikely to occur.

使用可能な緩衝液としては、公知の緩衝液から、適宜その種類と濃度を選択して使用することができるが、例えば、次の酵素処理工程で使用可能な緩衝液が好ましい。例えば、50mmol/L ammonium bicarbonate pH8、50mmol/L Tris pH8、50mmol/L triethylammonium bicarbonate(TEAB) pH8.5等が挙げられる。これらを用いることにより、後の質量分析を用いたタンパク質の分析に使用可能な緩衝液を選択できるので好ましい。タンパク質の分散効果が高く、又、実質的にタンパク質変性剤を含まないことから、次の分解処理工程での酵素消化効率を最大限に高めることで、質量分析計を用いたタンパク質分析において、同時に多種類のタンパク質を高感度且つ高精度に分析することができるので好ましい。   As the buffer that can be used, the type and concentration thereof can be appropriately selected from known buffers and used, for example, the buffer that can be used in the next enzyme treatment step is preferable. For example, 50 mmol / L ammonium bicarbonate pH 8, 50 mmol / L Tris pH 8, 50 mmol / L triethylammonium bicarbonate (TEAB) pH 8.5 etc. may be mentioned. Use of these is preferable because a buffer that can be used for later analysis of proteins using mass spectrometry can be selected. Since the dispersive effect of the protein is high and the protein denaturing agent is substantially not contained, by maximizing the efficiency of enzyme digestion in the next decomposition treatment step, protein analysis using a mass spectrometer can be performed simultaneously. It is preferable because many types of proteins can be analyzed with high sensitivity and high accuracy.

また、緩衝液には、例えば、polyethylene glycol(PEG)や、dimethyl sulfoxide(DMSO)、Acetonitril(ACN)Anionic Acid Labile Surfactant I(AALSI)等の吸着抑制剤を添加することができる。容器へタンパク質の吸着を抑制できることから、長期間保存した試料でも高感度に測定することができるので好ましい。当業者であれば、公知のタンパク質の容器への吸着を抑制する物質を、適宜選択して使用することができる。   In addition, to the buffer solution, for example, an adsorption inhibitor such as polyethylene glycol (PEG), dimethyl sulfoxide (DMSO), Acetonitrile (ACN) Anionic Acid Labile Surfactant I (AALSI) can be added. Since adsorption of protein to a container can be suppressed, even a sample stored for a long time can be measured with high sensitivity, which is preferable. Those skilled in the art can appropriately select and use known substances that inhibit the adsorption of a protein to a container.

(iii)分解処理工程
本発明の前処理方法における分解処理工程としては、前記超音波処理工程で処理された試料を、タンパク質消化酵素による分解処理によって、質量分析計で分析可能なペプチド断片とする。該分解処理は、公知の方法に従って行うことができる。例えば使用する酵素としてはトリプシン、キモトリプシン、Lys−C、Asp−N、Glu−Cなどがあげられ、好ましくはトリプシンおよびLys−Cである。分解インキュベーションの温度条件は、15℃から90℃の条件、好ましくは20℃から50℃の条件、更に好ましくは37℃の条件であり、また、インキュベーションの時間は、30分以上、好ましくは2時間以上、更に好ましくは3時間が挙げられる。
(Iii) Decomposition treatment step In the decomposition treatment step in the pretreatment method of the present invention, the sample treated in the ultrasonic treatment step is converted into a peptide fragment that can be analyzed by a mass spectrometer by decomposition treatment with a protein digestion enzyme. . The decomposition treatment can be performed according to a known method. For example, enzymes to be used include trypsin, chymotrypsin, Lys-C, Asp-N, Glu-C and the like, preferably trypsin and Lys-C. The temperature conditions for the degradation incubation are 15 ° C. to 90 ° C., preferably 20 ° C. to 50 ° C., more preferably 37 ° C., and the incubation time is 30 minutes or more, preferably 2 hours. The above, more preferably 3 hours can be mentioned.

分解処理した試料は、そのまま、あるいは脱塩カラムなど公知のタンパク質精製を追加して質量分析計を用いたタンパク質分析に使用することができる。また、使用するタンパク質分析法に応じて、タンパク質標識を行うことができる。例えば、特許文献1記載のiTRAQやmTRAQ(AB Sciex製)や、TMT(Thermo製)などが挙げられる。前記超音波処理工程と前記分解処理工程の一連の作業で、連続的に各種タンパク質分析に応じた緩衝液を使用することが可能であるため、緩衝液の置換やタンパク質精製等を目的とした工程を失くすことができる。試料のロスを抑制し、また、作業工程を簡略化できることから作業効率が高いので好ましい。   The degraded sample can be used as it is or for protein analysis using a mass spectrometer in addition to known protein purification such as a desalting column. Also, depending on the protein analysis method used, protein labeling can be performed. For example, iTRAQ and mTRAQ (manufactured by AB Sciex) described in Patent Document 1 and TMT (manufactured by Thermo) may be mentioned. Since it is possible to use a buffer solution corresponding to various protein analysis continuously in a series of operations of the ultrasonic treatment step and the decomposition treatment step, a step for the purpose of buffer substitution, protein purification, etc. You can lose It is preferable because the loss of the sample can be suppressed and the working process can be simplified and the working efficiency is high.

本発明の前処理方法を行った試料は、質量分析計(MS)を用いたタンパク質分析に使用することができる。また、液体クロマトグラフ(LC)装置と質量分析計(MS)を組み合わせたタンパク質分析に使用することもできる。液体クロマトグラフ装置と質量分析計は、互いに直列に接続されていてもよいし、それぞれ独立した装置であってもよい。例
えば、液体クロマトグラフ装置と質量分析計を直列につないで構成された、LC−MSシステムを用いることができるLC−MSシステムを用いることにより、液体クロマトグラフィーにより分離された成分を、続けて質量分析することができる。当業者であれば、公知の質量分析計を用いたタンパク質分析から、適宜選択し設計して使用することができる。
The sample subjected to the pretreatment method of the present invention can be used for protein analysis using a mass spectrometer (MS). It can also be used for protein analysis combining a liquid chromatograph (LC) device and a mass spectrometer (MS). The liquid chromatograph and the mass spectrometer may be connected in series with each other or may be independent devices. For example, the components separated by liquid chromatography can be subsequently massed by using an LC-MS system, which can be used an LC-MS system, configured by connecting a liquid chromatograph and a mass spectrometer in series. It can be analyzed. Those skilled in the art can appropriately select, design and use from protein analysis using a known mass spectrometer.

本発明で利用可能な質量分析計を用いたタンパク質分析としては、例えば、ペプチドマスフィンガープリンティング法によるタンパク質同定や、MRM(Multiple Reaction Monitoring)法による個別あるいは複数分子の定量分析、ショットガン分析法に代表されるDDA(Data−dependent acquisition)分析、さらにはSWATHに代表されるDIA(Data−independent acquisition)分析などが挙げられる。特にMRM、DDA、DIA等については、試料に含まれる多種類のタンパク質を同時に高感度且つ高精度に測定することが可能となるため好ましい。一般的にMRM、DDA、DIA等は、大規模タンパク質分析法・大規模タンパク質定量分析法としても知られている。   Examples of protein analysis using a mass spectrometer that can be used in the present invention include protein identification by peptide mass fingerprinting, quantitative analysis of individual or multiple molecules by MRM (Multiple Reaction Monitoring), and shotgun analysis. Typical examples include data-dependent acquisition (DDA) analysis, and data-independent acquisition (DIA) analysis represented by SWATH. In particular, MRM, DDA, DIA and the like are preferable because it becomes possible to simultaneously measure various types of proteins contained in a sample with high sensitivity and high accuracy. In general, MRM, DDA, DIA, etc. are also known as large-scale protein analysis and large-scale protein quantitative analysis.

質量分析計は、公知の質量分析計が使用できるが、特にLC装置に直列に接続することが可能なものは簡便に使用できるので好ましい。用いられる質量分析計は、1つであってもよく、2つまたはそれ以上であってもよい。2つまたはそれ以上の質量分析計は、直列に接続して用いることができる。すなわち、LC−MSシステムは、例えば、直列に接続された2つまたはそれ以上の質量分析計を備える、LC−MS/MSやLC−MS/MS/MSであってよい。LC−MS/MSとして、具体的には、例えば、QTRAP6500(AB Sciex社製)が挙げられる。   As a mass spectrometer, a known mass spectrometer can be used, but in particular, one that can be connected in series to the LC device is preferable because it can be conveniently used. The number of mass spectrometers used may be one, or two or more. Two or more mass spectrometers can be used in series. That is, the LC-MS system may be, for example, LC-MS / MS or LC-MS / MS / MS, with two or more mass spectrometers connected in series. Specifically as LC-MS / MS, QTRAP6500 (made by AB Sciex) is mentioned, for example.

質量分析計における検出方式としては、例えば、イオントラップ型、四重極型、四重極タンデム型、イオントラップ四重極ハイブリッド型、セクター型、飛行時間型、および四重極飛行時間ハイブリッド型が挙げられる。質量分析計におけるイオン化法としては、エレクトロスプレー法(ESI)、大気圧化学イオン化法(APCI)、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法(MALDI)、高速原子衝撃法(FAB)、光イオン化法(APPI)、および音速イオン化法(SSI)が挙げられる。検出方式やイオン化法は、測定対象のタンパク質の種類等の諸条件に応じて適宜選択できる。   As a detection method in the mass spectrometer, for example, an ion trap type, a quadrupole type, a quadrupole tandem type, an ion trap quadrupole hybrid type, a sector type, a time of flight type, and a quadrupole time of flight hybrid type It can be mentioned. Examples of ionization methods in mass spectrometers include electrospray (ESI), atmospheric pressure chemical ionization (APCI), matrix-assisted laser desorption / ionization (MALDI), fast atom bombardment (FAB), photoionization (APPI) And sound velocity ionization (SSI). The detection method and the ionization method can be appropriately selected according to various conditions such as the type of protein to be measured.

タンデム四重極型質量分析計(MS/MS、MS/MS/MSなど)は、マスフィルターとして機能する四重極(Q1)、衝突(コリジョン)セルとして機能する四重極(Q2)、およびマスフィルターとして機能する四重極(Q3)を直列に配置した質量分析計である。タンデム四重極型質量分析計によれば、診断検査に必要な感度を得るため、イオン透過の最適化を行うこともできる。すなわち、Q1およびQ3は、高周波電圧と直流電圧をかけることでマスフィルター(質量分離器)として機能し、電圧および振動数を調節することで、特定の質量範囲にあるイオンだけを通過させることができる。   Tandem quadrupole mass spectrometers (MS / MS, MS / MS / MS, etc.) include a quadrupole (Q1) functioning as a mass filter, a quadrupole (Q2) functioning as a collision (collision) cell, and This is a mass spectrometer in which quadrupoles (Q3) functioning as mass filters are arranged in series. The tandem quadrupole mass spectrometer can also optimize the ion transmission to obtain the sensitivity required for diagnostic testing. That is, Q1 and Q3 function as a mass filter (mass separator) by applying high frequency voltage and direct current voltage, and by passing voltage and frequency, only ions in a specific mass range can be passed. it can.

具体的には、例えば、四重極(Q1)において、イオン化により生じた複数のイオンから、イオンの質量電荷比(m/z)に基づいて、必要とする感度に到達可能な特定の親イオン(プリカーサーイオン)を選択する。次いで、選択された親イオン(プリカーサーイオン)を、コリジョンセル(Q2)内でアルゴン等の不活性ガスと衝突させることで、娘イオン(プロダクトイオン)を生成させる(衝突誘起解離:CID)。次いで、特定の質量電荷比(m/z)を有する娘イオン(プロダクトイオン)を、四重極(Q3)で選択的に検出する。検出されたプロダクトイオンとプリカーサーイオンとの質量の差等から分析対象の構造情報を引き出すことができる。   Specifically, for example, in the quadrupole (Q1), from a plurality of ions generated by ionization, based on the mass-to-charge ratio (m / z) of the ions, a specific parent ion capable of reaching the required sensitivity Select (Precursor ion). Next, a selected parent ion (precursor ion) is collided with an inert gas such as argon in the collision cell (Q2) to generate a daughter ion (product ion) (collision induced dissociation: CID). Then, daughter ions (product ions) having a specific mass-to-charge ratio (m / z) are selectively detected by the quadrupole (Q3). The structural information of the object of analysis can be derived from the difference in mass between the detected product ion and the precursor ion.

従って、タンデム四重極型質量分析計を使用する場合、プリカーサーイオンならびにプ
ロダクトイオンの選択を繰り返すことにより、生体試料中に含まれる夾雑物と測定対象のタンパク質を分離しつつ、測定対象のタンパク質を高感度に測定することができる。
Therefore, when using a tandem quadrupole mass spectrometer, by repeatedly selecting the precursor ion and the product ion, the protein to be measured is separated while the impurities contained in the biological sample and the protein to be measured are separated. It can be measured with high sensitivity.

また、MS/MS/MSのようなタイプの質量分析計を使用する場合、選択したプロダクトイオンがさらに開裂して生成する二次開裂イオン(セカンドプロダクトイオン)を選択的に検出することにより、測定対象物質をさらに絞り込み、測定感度を向上させることもできる。   Also, when using a mass spectrometer such as MS / MS / MS, measurement is performed by selectively detecting secondary cleavage ions (second product ions) generated by further cleavage of the selected product ions. The target substance can be further narrowed down to improve the measurement sensitivity.

質量分析により得られるイオンの検出比率(イオン比)は物質固有の値であるため、標準品の分析により得られたイオン比と生体試料の分析により得られたイオン比を比較して、生体試料に含まれるタンパク質を同定することができる。   Since the detection ratio (ion ratio) of the ions obtained by mass spectrometry is a value unique to the substance, the ion ratio obtained by the analysis of the standard product is compared with the ion ratio obtained by the analysis of the biological sample to obtain the biological sample. The proteins contained in can be identified.

また、Q1および/またはQ3において、2種またはそれ以上のイオンを別チャンネルで選択して通過させることにより、生体試料中に含まれる2種またはそれ以上のタンパク質をまとめて分析することができる。具体的には、例えば、コリジョンセル(Q2)内で生成した2種またはそれ以上のプロダクトイオンをQ3にて別チャンネルで選択的に検出することにより、イオン化の際に同一の質量電荷比(m/z)のプリカーサーイオンを生成する2種またはそれ以上のタンパク質をまとめて分析することができる。   In addition, in Q1 and / or Q3, by selectively passing two or more ions in separate channels, two or more proteins contained in the biological sample can be analyzed together. Specifically, for example, by selectively detecting two or more product ions generated in the collision cell (Q2) in another channel in Q3, the same mass-to-charge ratio (m Two or more proteins that produce a precursor ion of / z) can be analyzed together.

質量分析の結果に基づき、測定対象のタンパク質を定量することができる。タンパク質の定量は、常法により行うことができる。具体的には、例えば、検出された測定対象のタンパク質のピーク面積値を濃度既知の内部標準物質のピーク面積値で除したピーク面積比に基づいて、測定対象のタンパク質を定量することができる。   The protein to be measured can be quantified based on the result of mass spectrometry. The quantification of protein can be performed by a conventional method. Specifically, for example, the protein to be measured can be quantified based on the peak area ratio obtained by dividing the peak area value of the detected protein to be measured by the peak area value of the internal standard substance whose concentration is known.

LC装置、質量分析計、それらに備わる各種要素は、上記例示した分析条件を参照して、測定対象のタンパク質の種類や夾雑物の種類等の諸条件に応じて適宜選択できる。   The LC apparatus, mass spectrometer, and various elements included in them can be appropriately selected according to various conditions such as the type of protein to be measured and the type of contaminants with reference to the analysis conditions exemplified above.

次に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、下記実施例は本発明について具体的な認識を得る一助としてのみ挙げたものであり、これによって本発明の範囲が何ら制限されるものではない。   EXAMPLES The present invention will next be described in more detail by way of examples, which should only be taken as an aid for obtaining specific recognition of the present invention, thereby limiting the scope of the present invention in any way. It is not a thing.

実施例1:本発明の前処理法によるタンパク質大規模測定手順
特に断りのない限り、以下の手順によって、以降の実施例を実施した。
1.2×10個の培養細胞凍結ペレットに溶解液(7M Urea,2% SDS, 100mM Tris-HCl pH8.8)200μLを加え、攪拌する。
2.超音波(10℃、10分)処理し、固形成分を可溶化させる。
3.200μLの冷水を添加し、攪拌する。
4.超音波(10℃、10分)処理する。
5.遠心分離(4℃ 15000G 5分)し、不溶化物を除去する。
6.BCAアッセイにより粗タンパク質濃度を測定する。
7.粗タンパク質100μg分を分注する。
8.還元剤(200mM TCEP)を5μL添加後、37℃で30分インキュベーションする。
9.アルキル化剤(400mM 2-Iodoacetamide)を5μL添加後、遮光して室温で30分インキュベーションする。
10.氷冷したアセトン1000μLを添加し、攪拌する。
11.−30℃で30分静置する。
12.遠心分離(4℃ 15000G 5分)する。
13.上澄を除去し、氷冷90%アセトンで沈殿を洗浄する。
14.遠心分離(4℃ 15000G 5分)する。
15.上澄を除去し、氷冷90%アセトンで沈殿を洗浄する。
16.遠心分離(4℃ 15000G 5分)する。
17.上澄を除去し、100μLの50mM triethylammonium bicarbonate, 0.001% polyethylene glycol 20000溶液を添加する。
18.超音波(10℃、30秒超音波及び30秒インターバル休止のセットを5回)処理する。
19.1μLのLysCあるいはTrypsin溶液(1mg/mL)を加え、37℃で3時間インキュベーションする。
20.1μLのTrypsin溶液(1mg/mL)を加え、37℃で3時間インキュベーションする。
21.BCAアッセイにて消化ペプチド濃度を測定する。
22.LC−MS/MS測定により各タンパク質定量値を算出する。
Example 1: Large-scale protein measurement procedure by the pretreatment method of the present invention The following examples were carried out according to the following procedure, unless otherwise specified.
Add 200 μl of lysate (7 M Urea, 2% SDS, 100 mM Tris-HCl pH 8.8) to 1.2 × 10 6 cultured cell frozen pellets and stir.
2. Ultrasonic treatment (10 ° C., 10 minutes) to solubilize solid components.
3. Add 200 μL cold water and stir.
4. Treat with ultrasound (10 ° C., 10 minutes).
5. Centrifuge (4 ° C. 15000 G for 5 minutes) to remove insolubles.
6. Crude protein concentration is determined by BCA assay.
7. Aliquot 100 μg of crude protein.
8. After addition of 5 μL of reducing agent (200 mM TCEP), incubation is carried out at 37 ° C. for 30 minutes.
9. After addition of 5 μL of an alkylating agent (400 mM 2-Iodoacetamide), incubation is carried out at room temperature for 30 minutes in the dark.
10. Add 1000 μL of ice cold acetone and stir.
11. Let stand at -30 ° C for 30 minutes.
12. Centrifuge (4 ° C 15000G for 5 minutes).
13. Remove the supernatant and wash the precipitate with ice cold 90% acetone.
14. Centrifuge (4 ° C 15000G for 5 minutes).
15. Remove the supernatant and wash the precipitate with ice cold 90% acetone.
16. Centrifuge (4 ° C 15000G for 5 minutes).
17. The supernatant is removed and 100 μL of 50 mM triethylammonium bicarbonate, 0.001% polyethylene glycol 20000 solution is added.
18. Process ultrasound (set of 10 ° C., 30 sec ultrasound and 30 sec interval rest 5 times).
19.1 μL of LysC or Trypsin solution (1 mg / mL) is added and incubated for 3 hours at 37 ° C.
Add 20.1 μL Trypsin solution (1 mg / mL) and incubate at 37 ° C. for 3 hours.
21. Measure digested peptide concentration in BCA assay.
22. Each protein quantitative value is calculated by LC-MS / MS measurement.

この前処理法により、アルキル化試薬の不活化剤が不要となり、これら試薬の除去のための精製や脱塩処理が不要となるため、時間的、コスト的に有利となり、データ再現性の向上も可能となった。また還元アルキル化後タンパク質を変性剤なしで吸着抑制剤添加環境で消化することで、消化効率の改善とタンパク質検出率および感度の向上も可能となった。   This pretreatment method eliminates the need for an inactivating agent for the alkylating reagent and eliminates the need for purification or desalting treatment for removing these reagents, which is advantageous in time and cost, and improves data reproducibility as well. It has become possible. In addition, by digesting the protein after reductive alkylation in an adsorption inhibitor-added environment without a denaturing agent, it has become possible to improve the digestion efficiency and to improve the protein detection rate and sensitivity.

実施例2:消化効率の向上
実施例2及び比較例は、実施例1の方法中、工程21と工程22の間に、LC−MS/MSによるDDAまたはDIA分析、あるいはmTRAQラベルに代表される同位体標識を行い、MRM分析を実施した。
Example 2: Improvement of digestion efficiency Example 2 and the comparative example are represented by DDA or DIA analysis by LC-MS / MS, or mTRAQ label between step 21 and step 22 in the method of example 1. Isotopic labeling was performed and MRM analysis was performed.

一般的にタンパク質の酵素消化では、タンパク質精製後に尿素や塩酸グアニジン、界面活性剤などに代表されるタンパク質変性剤を含む溶液中で再溶解させ、これを希釈することによって消化酵素の活性を落とさない条件下で酵素消化することが多い。しかし実際には溶液を希釈しても残存する変性剤が消化酵素の活性に少なからず影響し、消化不良が生じるとの知見を得た。また、酵素消化時にはタンパク質のジスルフィド結合を切断し、アルキル化処理をした完全変性条件での消化が望ましいと考えた。   In general, in enzyme digestion of proteins, after protein purification, they are redissolved in a solution containing protein denaturants such as urea, guanidine hydrochloride and surfactants, etc., and the activity of digestive enzymes is not reduced by diluting them. It often digests under conditions. However, it has been found that, in fact, the remaining denaturing agent affects the activity of digestive enzymes to a large extent even when the solution is diluted, resulting in dyspepsia. In addition, during enzyme digestion, it was thought that digestion under the fully denatured conditions after cleavage of protein disulfide bonds and alkylation was desirable.

HeLa細胞を使用し、実施例1の方法に従い、調製したタンパク質消化物をDDA分析およびMRM分析し、還元アルキル化後、タンパク質変性剤なし条件化での消化効率の効果について検証した。   Using HeLa cells, prepared protein digests were DDA and MRM analyzed according to the method of Example 1, and after reductive alkylation, the effect of digestion efficiency under protein denaturant-free conditioning was verified.

比較例として、非特許文献2の手法、即ち、実施例1の8,9を20の後に実施し、17の代わりに875mM 塩酸グアニジン, 62.5mM triethylammonium bicarbonatey溶液で再溶解し酵素消化を行った。なお、塩酸グアニジンを入れた場合、タンパク質は可溶化するので、超音波工程18を実施していない。   As a comparative example, the method of Non Patent Literature 2 was carried out, that is, 8 and 9 of Example 1 were performed after 20, and re-dissolved and enzyme-digested with 875 mM guanidine hydrochloride and 62.5 mM triethylammonium bicarbonate solution instead of 17. . When guanidine hydrochloride is added, the protein is solubilized, so the ultrasonic process 18 is not performed.

結果を図1に示す。DDA分析にて各前処理産物をそれぞれ三回測定した場合の比較では、本発明を適用することにより、酵素消化不良(missed cleaved)を含むペプチドの検出強度が減少し、完全消化(Complete digested)ペプチドの検出強度が増加した。この結果から本発明の前処理により消化不良を改善できることが示された。   The results are shown in FIG. In comparison with the case where each pretreatment product was measured three times each in DDA analysis, the detection intensity of the peptide containing enzyme-misdigested (missed cleaved) was reduced by applying the present invention, resulting in complete digestion. The detection intensity of the peptide increased. The results show that the pretreatment of the present invention can improve dyspepsia.

MRM法による比較では、変性剤中消化サンプル(右)では目的タンパク質の検出は出来なかったが、図2に示すように、本発明前処理によりPKM由来の明瞭なピークが観察され、タンパク質の同定と定量をすることが可能となった。   In the comparison by MRM method, the target protein could not be detected in the denaturing agent-digested sample (right), but as shown in FIG. 2, a clear peak derived from PKM was observed by the pretreatment of the present invention, and the protein identification And it became possible to quantify.

DDA法、MRM法の結果ともに、最初に還元アルキル化を行い完全変性条件としたタンパク質に対し、変性剤を含まないバッファー中で酵素消化を行うことによって、消化効率が向上したためと考えられる。   In both the DDA method and the MRM method, it is considered that digestion efficiency was improved by performing enzyme digestion in a buffer containing no denaturing agent, to a protein which was first reductively alkylated and completely denatured.

実施例3:吸着抑制剤添加
一般的にLC−MS/MSなど、質量分析を用いたタンパク質分析では、通常のELISAなどの抗原抗体反応を使用した分析法に比べ、測定に時間がかかることが多い。そのためサンプル前処理を行ってから分析までの間にサンプルを入れているバイアル壁面への吸着が起こり、分析結果に影響を及ぼす場合がある。また前処理時にもマイクロチューブなど樹脂面への吸着が生じることが想定される。ここでは実施例1に従い、超音波処理工程から吸着抑制剤としてPEG20000を添加することによって、その吸着抑制効果の検証を行った。そのため、PEG20000を添加しない条件下で前処理したものを準備した。両サンプルとも調製直後の試料をLC−MS/MS測定し、10℃で4日間保管した後、再度測定することで調製直後からのタンパク質検出強度の変化量を調べた。
Example 3: Addition of adsorption inhibitor Generally, in protein analysis using mass spectrometry such as LC-MS / MS, measurement takes longer than analysis using an antigen-antibody reaction such as ordinary ELISA. There are many. Therefore, adsorption to the wall of the vial containing the sample may occur between sample pretreatment and analysis, which may affect the analysis result. It is also assumed that adsorption to resin surfaces such as microtubes will occur during pretreatment. Here, according to Example 1, the adsorption suppressing effect was verified by adding PEG 20000 as an adsorption inhibitor from the ultrasonic treatment step. Therefore, what pre-processed on the conditions which do not add PEG20000 was prepared. Both samples were subjected to LC-MS / MS measurement immediately after preparation, stored at 10 ° C. for 4 days, and then measured again to examine the amount of change in protein detection intensity immediately after preparation.

検出されたタンパク質をRetention time(LC保持時間)毎に分類し、分子の疎水性度と吸着ロス率に関してみたところ、図3に示すように、PEG20000なし(water)での前処理サンプルでは特に疎水性度が高い分子群(Retention Time 25min以降)において大幅なロスが生じているが、PEG20000添加前処理(PEG)ではほとんど影響がなかった。したがって、前処理過程からPEG20000を添加することによりタンパク質の吸着ロスを軽減し、検出感度や定量再現性向上を達成することが可能となった。   The detected proteins were classified according to retention time (LC retention time), and in terms of molecular hydrophobicity and adsorption loss rate, as shown in FIG. 3, it is particularly hydrophobic in the pretreatment sample without PEG 20000 (water) Although significant loss occurred in the high molecular weight group (Retention Time 25 min or later), the treatment with PEG 20000 addition had almost no effect. Therefore, by adding PEG 20000 from the pretreatment process, it has become possible to reduce the adsorption loss of the protein and to improve detection sensitivity and quantitative reproducibility.

本発明によれば、実用的に、大規模タンパク質定量測定を行うことが可能となり、疾患に関連するタンパク質の網羅解析やその解析に基づく医薬品開発等に使用することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to measure a large-scale protein quantitative measurement practically, and can be used for the drug development etc. based on the exhaustive analysis of the protein relevant to a disease, and its analysis.

Claims (5)

質量分析計を用いたタンパク質分析のためのタンパク質含有試料の前処理方法であって、
(i)タンパク質含有試料を還元アルキル化処理し、その後、タンパク質含有画分を精製する第1の工程、
(ii)前記第1の工程で得られたタンパク質含有画分を、実質的にタンパク質変性剤を含まない緩衝液中で超音波処理する第2の工程、
(iii)前記第2の工程で得られた超音波処理物を、タンパク質消化酵素で分解処理する第3の工程、
を含む方法。
A method for pretreatment of a protein-containing sample for protein analysis using a mass spectrometer, comprising:
(I) a first step of subjecting the protein-containing sample to reductive alkylation and thereafter purifying the protein-containing fraction,
(Ii) a second step of sonicating the protein-containing fraction obtained in the first step in a buffer substantially free of a protein denaturant,
(Iii) A third step of degrading the sonicate obtained in the second step with a protein digestion enzyme,
Method including.
前記試料が、生体試料である、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the sample is a biological sample. 前記第2〜第3の工程が、吸着抑制剤の存在下で行われる、請求項1〜2のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 2, wherein the second to third steps are performed in the presence of an adsorption inhibitor. 前記質量分析計を用いたタンパク質分析が、大規模タンパク質定量分析である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the protein analysis using the mass spectrometer is a large scale protein quantitative analysis. 前記質量分析計を用いたタンパク質分析において、2種またはそれ以上のタンパク質が同時に測定される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, wherein two or more proteins are simultaneously measured in protein analysis using the mass spectrometer.
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