JP2019211217A - Nucleotide quantification method - Google Patents

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Takashi Matsuda
俊 松田
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Abstract

To provide a method for simultaneously quantifying two or more nucleotides without using an ion pair reagent.SOLUTION: A quantification method of two or more nucleotides in a sample using liquid-chromatography mass-spectrometry includes: a step a of extracting a mixture of nucleotides from the sample; a step b of adding two or more nucleotides labeled with an isotope as an internal standard to the nucleotide mixture, and preparing a measurement sample; a step c of separating each nucleotide from the measurement sample by liquid chromatography using a normal phase column; a step d of identifying each separated nucleotide by mass spectrometry; and a step e of quantifying each nucleotide by determining the ratio of the chromatography peak area of each identified nucleotide to the chromatography peak area of the internal standard.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ヌクレオチドの定量方法に関する。   The present invention relates to a method for quantifying nucleotides.

ヌクレオシド三リン酸は、DNAやRNAの構成因子、リン酸基の供与体、エネルギーの運搬体および酵素反応の補酵素であり、細胞シグナル伝達にも関わるなど、細胞の基本的な生物学的プロセスで重要な役割を果たしている(非特許文献1および2)。細胞はこれらの量的バランスを厳密に保つために、ヌクレオチド生合成のネガティブフィードバック(非特許文献1)や、リボヌクレオチド還元酵素によるデオキシリボヌクレオチドの選択的生成(非特許文献3)などの巧妙な制御システムを備えている。ヌクレオシド三リン酸の量的バランス異常は、遺伝子転写の阻害(非特許文献4)、タンパク質の翻訳阻害(非特許文献5)、発がんに繋がり得るDNAの突然変異誘発(非特許文献6および7)など、細胞に重大な影響を及ぼす。実際、Lesch−Nyhan症候群、mitochondrial depletion症候群、mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathyなど、いくつかの遺伝的疾患の原因が、ヌクレオチド合成に関わる遺伝子の欠損にあることが明らかになっている(非特許文献8)。一方、ヌクレオシド三リン酸のバランス異常は創薬の魅力的な標的でもある。5−フルオロウラシルやヒドロキシ尿素などに代表される代謝拮抗剤は、ヌクレオチド合成を阻害することでがん細胞を殺傷するし、近年も精力的にこの種の抗がん剤が開発されている(非特許文献9)。さらに、抗がん剤や抗ウイルス剤として種々のヌクレオシドやヌクレオチド類似体(5−フルオロウラシルなど)の開発が進められているが、これらの作用標的自体がヌクレオシド三リン酸のバランス異常であったり、副作用としてバランス異常を引き起こしたりする(非特許文献10)。   Nucleoside triphosphates are the basic biological processes of cells, including DNA and RNA constituents, phosphate donors, energy carriers and coenzymes for enzymatic reactions, and also involved in cell signaling. And plays an important role (Non-Patent Documents 1 and 2). In order to keep the quantitative balance of these cells strictly, clever control such as negative feedback of nucleotide biosynthesis (Non-patent Document 1) and selective production of deoxyribonucleotides by ribonucleotide reductase (Non-patent Document 3) Has a system. Abnormal quantitative balance of nucleoside triphosphates includes gene transcription inhibition (Non-patent document 4), protein translation inhibition (Non-patent document 5), and DNA mutagenesis that can lead to carcinogenesis (Non-patent documents 6 and 7). It has a significant effect on cells. In fact, it has been clarified that the cause of several genetic diseases such as Lesch-Nyhan syndrome, mitochondral depletion syndrome, and mitochondral neurogastrintestinal encephalopathy is due to a defect in a gene involved in nucleotide synthesis (Non-patent Document 8). On the other hand, nucleoside triphosphate imbalance is also an attractive target for drug discovery. Antimetabolites typified by 5-fluorouracil and hydroxyurea kill cancer cells by inhibiting nucleotide synthesis, and this type of anticancer drug has been vigorously developed in recent years. Patent Document 9). Furthermore, various nucleosides and nucleotide analogues (such as 5-fluorouracil) are being developed as anticancer agents and antiviral agents, but these action targets themselves are abnormal nucleoside triphosphate balances, As a side effect, abnormal balance may be caused (Non-patent Document 10).

液体クロマトグラフィー−タンデム質量分析(LC−MS/MS)による細胞内ヌクレオシド三リン酸の同時定量方法が報告されている。例えば、非特許文献11では、GTP、CTP、UTP、dATP、dCTP、dTTPの同時定量を行っている。また、非特許文献12および13においては、ATPおよびdGTPも含めた8種類のヌクレオシド三リン酸の同時定量を行っている。   A method for the simultaneous determination of intracellular nucleoside triphosphates by liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS / MS) has been reported. For example, in Non-Patent Document 11, simultaneous quantification of GTP, CTP, UTP, dATP, dCTP, and dTTP is performed. In Non-Patent Documents 12 and 13, eight types of nucleoside triphosphates including ATP and dGTP are simultaneously quantified.

一方、特許文献1には、代謝的に同位体標識された生体分子を内部標準物質として添加し、タンパク質を質量分析により測定する方法が記載されている。   On the other hand, Patent Document 1 describes a method of measuring a protein by mass spectrometry by adding a metabolically isotope-labeled biomolecule as an internal standard substance.

特許第4714584号公報Japanese Patent No. 4714584

Lane AN, Fan TW (2015) Nucleic Acids Res 43 (4):2466-2485Lane AN, Fan TW (2015) Nucleic Acids Res 43 (4): 2466-2485 Spiegel AM (1988) Vitam Horm 44:47-101Spiegel AM (1988) Vitam Horm 44: 47-101 Torrents E (2014) Front Cell Infect Microbiol 4:52Torrents E (2014) Front Cell Infect Microbiol 4:52 Papadopoulou C, Guilbaud G, Schiavone D, Sale JE (2015) Cell Rep 13 (11):2491-2503Papadopoulou C, Guilbaud G, Schiavone D, Sale JE (2015) Cell Rep 13 (11): 2491-2503 Iglesias-Gato D, Martin-Marcos P, Santos MA, Hinnebusch AG, Tamame M (2011) Genetics 187 (1):105-122Iglesias-Gato D, Martin-Marcos P, Santos MA, Hinnebusch AG, Tamame M (2011) Genetics 187 (1): 105-122 Song S, Wheeler LJ, Mathews CK (2003) J Biol Chem 278 (45):43893-43896Song S, Wheeler LJ, Mathews CK (2003) J Biol Chem 278 (45): 43893-43896 Bester AC, Roniger M, Oren YS, Im MM, Sarni D, Chaoat M, Bensimon A, Zamir G, Shewach DS, Kerem B (2011) Cell 145 (3):435-446Bester AC, Roniger M, Oren YS, Im MM, Sarni D, Chaoat M, Bensimon A, Zamir G, Shewach DS, Kerem B (2011) Cell 145 (3): 435-446 Fasullo M, Endres L (2015) Int J Mol Sci 16 (5):9431-9449Fasullo M, Endres L (2015) Int J Mol Sci 16 (5): 9431-9449 Murase M, Iwamura H, Komatsu K, Saito M, Maekawa T, Nakamura T, Yokokawa T, Shimada Y (2016) Pharmacol Res Perspect 4 (1):e00206Murase M, Iwamura H, Komatsu K, Saito M, Maekawa T, Nakamura T, Yokokawa T, Shimada Y (2016) Pharmacol Res Perspect 4 (1): e00206 Jordheim LP, Durantel D, Zoulim F, Dumontet C (2013) Nat Rev Drug Discov 12 (6):447-464Jordheim LP, Durantel D, Zoulim F, Dumontet C (2013) Nat Rev Drug Discov 12 (6): 447-464 Chen P, Liu Z, Liu S, Xie Z, Aimiuwu J, Pang J, Klisovic R, Blum W, Grever MR, Marcucci G, Chan KK (2009) Pharm Res 26 (6):1504-1515Chen P, Liu Z, Liu S, Xie Z, Aimiuwu J, Pang J, Klisovic R, Blum W, Grever MR, Marcucci G, Chan KK (2009) Pharm Res 26 (6): 1504-1515 Zhang W, Tan S, Paintsil E, Dutschman GE, Gullen EA, Chu E, Cheng YC (2011) Biochem Pharmacol 82 (4):411-417Zhang W, Tan S, Paintsil E, Dutschman GE, Gullen EA, Chu E, Cheng YC (2011) Biochem Pharmacol 82 (4): 411-417 Kamceva T, Bjanes T, Svardal A, Riedel B, Schjott J, Eide T (2015) J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci 1001:212-220Kamceva T, Bjanes T, Svardal A, Riedel B, Schjott J, Eide T (2015) J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci 1001: 212-220

非特許文献11においては、GTP、CTP、UTP、dATP、dCTP、dTTPの同時定量法を行っているが、ATPとdGTPはHPLCとMSのいずれにおいても分離されていない。非特許文献12および13を含めてみても、これらの同時定量法には以下の問題がある。第一の問題は、細胞抽出物のマトリックス効果を補正するために細胞マトリックスを使用しているか、標準添加法を用いる点である。細胞マトリックスを使用する場合、検量線サンプルの調製のために手間のかかる細胞抽出物中のヌクレオチドの除去処理が必要である。またヌクレオチドの除去処理によりマトリックスにアーティファクトが生じる可能性がある。またマトリックスは細胞株によって異なるので、分析する細胞株ごとに細胞マトリックスを調製しなければならない。標準添加法を用いる場合、サンプルごとに検量線を作成しなければならないが、これは分析のスループットの障害となる。第二の問題は、分析に時間がかかりすぎることであり、具体的には1サンプルの分析に40分〜100分以上かかることである。第三の問題は、非特許文献11〜13の方法で使用されるイオンペア試薬は、LC(液体クロマトグラフィー:Liquid Chromatography)のラインに残存しやすいため、それを必要としない測定対象の分析にイオンサプレッション、保持時間やピーク形状の変化といった悪影響を及ぼすという問題がある。   In Non-Patent Document 11, GTP, CTP, UTP, dATP, dCTP, and dTTP are simultaneously quantified, but ATP and dGTP are not separated in either HPLC or MS. Even when Non-Patent Documents 12 and 13 are included, these simultaneous quantification methods have the following problems. The first problem is that a cell matrix is used to correct the matrix effect of the cell extract or that a standard addition method is used. When a cell matrix is used, it is necessary to remove nucleotides in the cell extract, which is troublesome for the preparation of a standard curve sample. In addition, the removal of nucleotides may cause artifacts in the matrix. In addition, since the matrix varies depending on the cell line, a cell matrix must be prepared for each cell line to be analyzed. When using the standard addition method, a calibration curve must be prepared for each sample, which is an obstacle to analysis throughput. The second problem is that the analysis takes too much time, specifically, it takes 40 to 100 minutes or more to analyze one sample. The third problem is that the ion pair reagent used in the methods of Non-Patent Documents 11 to 13 tends to remain in the LC (Liquid Chromatography) line, so that it is necessary for the analysis of the measurement object that does not require it. There is a problem that adverse effects such as suppression, retention time, and change in peak shape are adversely affected.

特許文献1においては、タンパク質以外の生体分子を測定した実施例はなく、複数のヌクレオチドを同時定量することについて具体的な記載はない。   In Patent Document 1, there is no example in which biomolecules other than proteins are measured, and there is no specific description about simultaneous quantification of a plurality of nucleotides.

検査、治療および創薬においては、細胞内ヌクレオチドの精度のよい同時定量法の開発が望まれている。本発明は、イオンペア試薬を使用することなく、2種以上のヌクレオチドを同時に定量する方法を提供することを課題とする。   In testing, treatment, and drug discovery, it is desired to develop a simultaneous quantitative method with high accuracy of intracellular nucleotides. An object of the present invention is to provide a method for simultaneously quantifying two or more nucleotides without using an ion pair reagent.

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、順相カラムを用いた液体クロマトグラフィーにより、測定サンプルから各ヌクレオチドを分離する工程と、分離した各ヌクレオチドを質量分析法により同定する工程とによって、イオンペア試薬を使用することなく、2種以上のヌクレオチドを同時に定量できることを見出した。本発明は上記知見に基づいて完成したものである。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have identified a step of separating each nucleotide from a measurement sample by liquid chromatography using a normal phase column, and identifying each separated nucleotide by mass spectrometry. It was found that two or more kinds of nucleotides can be quantified at the same time without using an ion pair reagent depending on the process. The present invention has been completed based on the above findings.

即ち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
<1>サンプル中の2種以上のヌクレオチドを液体クロマトグラフィー−質量分析法により定量する方法であって、
サンプルからヌクレオチド混合物を抽出する工程aと、
上記ヌクレオチド混合物に、同位体で標識した上記2種以上のヌクレオチドを内部標準物質として添加し、測定サンプルを調製する工程bと、
順相カラムを用いた液体クロマトグラフィーにより、上記測定サンプルから各ヌクレオチドを分離する工程cと、
分離した各ヌクレオチドを質量分析法により同定する工程dと、
同定した各ヌクレオチドのクロマトグラムピーク面積と内部標準物質のクロマトグラムピーク面積の比を求めて各ヌクレオチドを定量する工程eと、
を含む方法。
That is, according to the present invention, the following inventions are provided.
<1> A method for quantifying two or more nucleotides in a sample by liquid chromatography-mass spectrometry,
Extracting a nucleotide mixture from the sample, a.
Adding the two or more nucleotides labeled with an isotope to the nucleotide mixture as an internal standard substance to prepare a measurement sample; and b
A step c of separating each nucleotide from the measurement sample by liquid chromatography using a normal phase column;
Identifying each separated nucleotide by mass spectrometry, step d;
Determining the ratio of the chromatogram peak area of each identified nucleotide and the chromatogram peak area of the internal standard substance to quantify each nucleotide; e.
Including methods.

<2>サンプル中に含まれる細胞数を測定する工程と、
ヌクレオチドの定量結果から細胞あたりのヌクレオチドの分子数を算出する工程と、
をさらに含む、<1>に記載の方法。
<3>サンプルが、組織、細胞および生体液からなる群より選択される、<1>または<2>に記載の方法。
<4>ヌクレオチドが、ヌクレオシド三リン酸またはデオキシヌクレオシド三リン酸である、<1>から<3>のいずれか一に記載の方法。
<5>同位体が、H、13C、15N、17Oおよび18Oからなる群から選択される、<1>から<4>のいずれか一に記載の方法。
<2> a step of measuring the number of cells contained in the sample;
Calculating the number of nucleotide molecules per cell from nucleotide quantification results;
The method according to <1>, further comprising:
<3> The method according to <1> or <2>, wherein the sample is selected from the group consisting of a tissue, a cell, and a biological fluid.
<4> The method according to any one of <1> to <3>, wherein the nucleotide is nucleoside triphosphate or deoxynucleoside triphosphate.
<5> The method according to any one of <1> to <4>, wherein the isotope is selected from the group consisting of 2 H, 13 C, 15 N, 17 O, and 18 O.

<6>液体クロマトグラフィーが、親水性相互作用型クロマトグラフィーである、<1>から<5>のいずれか一に記載の方法。
<7>液体クロマトグラフィーが、スルホベタイン基で修飾された固定相を有する分離カラムを用いた親水性相互作用型クロマトグラフィーである、<1>から<6>のいずれか一に記載の方法。
<8>順相カラムのカラム内壁の材質が、ポリエーテルエーテルケトンである、<1>から<7>のいずれか一に記載の方法。
<6> The method according to any one of <1> to <5>, wherein the liquid chromatography is hydrophilic interaction type chromatography.
<7> The method according to any one of <1> to <6>, wherein the liquid chromatography is hydrophilic interaction type chromatography using a separation column having a stationary phase modified with a sulfobetaine group.
<8> The method according to any one of <1> to <7>, wherein the material of the inner wall of the normal phase column is polyetheretherketone.

<9>質量分析法により同定する工程dにおいて、多重反応モニタリングをポジティブイオンモードで行う、<1>から<8>のいずれか一に記載の方法。
<10>工程eにおいて、各ヌクレオチドの検量線を予め作成し、作成した検量線に基づいて各ヌクレオチドを定量する、<1>から<9>のいずれか一に記載の方法。
<11>工程eにおいて、検量線作成用サンプルとして、分析対象の各ヌクレオチドの標準物質、および内部標準物質としての同位体で標識した上記各ヌクレオチドを含むサンプルを用いる、<1>から<10>のいずれか一に記載の方法。
<9> The method according to any one of <1> to <8>, wherein in the step d identified by mass spectrometry, multiple reaction monitoring is performed in a positive ion mode.
<10> The method according to any one of <1> to <9>, wherein in step e, a calibration curve for each nucleotide is prepared in advance, and each nucleotide is quantified based on the prepared calibration curve.
<11> In step e, a sample containing a standard substance for each nucleotide to be analyzed and a sample containing each nucleotide labeled with an isotope as an internal standard substance is used as a calibration curve preparation sample. <1> to <10> The method as described in any one of.

<12>工程eにおいて、検量線作成用サンプルを揮発性のアンモニウム塩およびアセトニトリルを含む溶解液を用いて調製する、<1>から<11>のいずれか一に記載の方法。
<13>液体クロマトグラフィー−質量分析法が、LC−MS/MSと称される液体クロマトグラフ−タンデム質量分析計を用いた分析法である、<1>から<12>のいずれか一に記載の方法。
<14>液体クロマトグラフィーに用いる移動相が、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウムおよび酢酸アンモニウムからなる群から選択されるいずれかを含む、<1>から<13>のいずれか一に記載の方法。
<12> The method according to any one of <1> to <11>, wherein, in the step e, a sample for preparing a calibration curve is prepared using a solution containing a volatile ammonium salt and acetonitrile.
<13> The liquid chromatography-mass spectrometry is an analysis method using a liquid chromatograph-tandem mass spectrometer called LC-MS / MS, and any one of <1> to <12> the method of.
<14> The method according to any one of <1> to <13>, wherein the mobile phase used in liquid chromatography comprises any one selected from the group consisting of ammonium bicarbonate, ammonium carbonate, and ammonium acetate.

<15>液体クロマトグラフィーに用いる移動相のpHが、8〜11である、<1>から<14>のいずれか一に記載の方法。
<16>液体クロマトグラフィーに用いる移動相の塩濃度が、10〜20mmol/Lである、<1>から<15>のいずれか一に記載の方法。
<17>各ヌクレオチドの絶対量を測定することができる、<1>から<16>のいずれか一に記載の方法。
<15> The method according to any one of <1> to <14>, wherein the mobile phase used for liquid chromatography has a pH of 8 to 11.
<16> The method according to any one of <1> to <15>, wherein the salt concentration of the mobile phase used for liquid chromatography is 10 to 20 mmol / L.
<17> The method according to any one of <1> to <16>, wherein an absolute amount of each nucleotide can be measured.

本発明の方法によれば、イオンペア試薬を使用することなく、2種以上のヌクレオチドを同時に定量することができる。   According to the method of the present invention, two or more kinds of nucleotides can be simultaneously quantified without using an ion pair reagent.

図1は、Molm−13細胞からの抽出物中の測定対象物質およびその内部標準(IS)のMS/MSクロマトグラムである。被験物質またはISを示すピークを矢印で示している。FIG. 1 is an MS / MS chromatogram of a substance to be measured in an extract from Molm-13 cells and its internal standard (IS). Peaks indicating the test substance or IS are indicated by arrows. 図2は、200μmol/Lまたは2000μmol/Lのチミジンで24時間処理したMolm−13細胞の細胞増殖の阻害性を示すグラフである。平均±SD(標準偏差:Standard Deviation)、n=3、***p<0.001対ビヒクル(t検定)。FIG. 2 is a graph showing the inhibition of cell proliferation of Molm-13 cells treated with 200 μmol / L or 2000 μmol / L thymidine for 24 hours. Mean ± SD (Standard Deviation), n = 3, *** p <0.001 vs. vehicle (t test). 図3は、200μmol/Lまたは2000μmol/Lのチミジンで24時間処理したMolm−13細胞におけるdNTPおよびNTPレベルの変化を示すグラフである。平均±SD、n=3、*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001対ビヒクル(t検定)。FIG. 3 is a graph showing changes in dNTP and NTP levels in Molm-13 cells treated with 200 μmol / L or 2000 μmol / L thymidine for 24 hours. Mean ± SD, n = 3, * p <0.05, ** p <0.01, *** p <0.001 vs. vehicle (t test). 図4は、24時間の2000μmol/Lチミジン処理により誘導されたMolm−13細胞におけるdNTPレベルの変化の推定メカニズムを表す図である。RNR、リボヌクレオチドレダクターゼ;dT、チミジン。「増加」を示す矢印の幅は、チミジン処理によって誘導されたdNTPの変化量を反映する。FIG. 4 is a diagram showing a presumed mechanism of changes in dNTP levels in Molm-13 cells induced by treatment with 2000 μmol / L thymidine for 24 hours. RNR, ribonucleotide reductase; dT, thymidine. The width of the arrow indicating “increase” reflects the amount of change in dNTP induced by thymidine treatment. 図5は、細胞当たりのヌクレオチドの数を算出するためのプロトコルの一例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an example of a protocol for calculating the number of nucleotides per cell.

以下、本発明について詳細に説明する。
本明細書において「〜」は、その前後に記載される数値をそれぞれ最小値および最大値として含む範囲を示す。
本発明のヌクレオチドの定量方法は、以下の工程を含み、サンプル中の2種以上のヌクレオチドを液体クロマトグラフィー−質量分析法により定量する方法である。
工程a:サンプルからヌクレオチド混合物を抽出する
工程b:上記ヌクレオチド混合物に、同位体で標識した上記2種以上のヌクレオチドを内部標準物質として添加し、測定サンプルを調製する
工程c:順相カラムを用いた液体クロマトグラフィーにより、上記測定サンプルから各ヌクレオチドを分離する
工程d:分離した各ヌクレオチドを質量分析法により同定する
工程e:同定した各ヌクレオチドのクロマトグラムピーク面積と内部標準物質のクロマトグラムピーク面積の比を求めて各ヌクレオチドを定量する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the present specification, “to” indicates a range including numerical values described before and after that as a minimum value and a maximum value, respectively.
The nucleotide quantification method of the present invention includes the following steps and is a method of quantifying two or more nucleotides in a sample by liquid chromatography-mass spectrometry.
Step a: Extracting a nucleotide mixture from a sample Step b: Adding two or more kinds of nucleotides labeled with isotopes as an internal standard to the nucleotide mixture to prepare a measurement sample c: Using a normal phase column Step d: Separating each nucleotide from the measurement sample by liquid chromatography, d: Identifying each separated nucleotide by mass spectrometry e: Chromatogram peak area of each identified nucleotide and chromatogram peak area of the internal standard substance Each nucleotide is quantified.

<用語の説明>
(定量)
本発明において「定量」とは、絶対定量および相対定量を含む概念である。本発明において「絶対定量」とは測定結果を量または濃度として得ることを目的とする定量方法であり、「相対定量」とは絶対定量以外の定量方法を指す。
<Explanation of terms>
(Quantitative)
In the present invention, “quantification” is a concept including absolute quantification and relative quantification. In the present invention, “absolute quantification” is a quantification method for the purpose of obtaining a measurement result as an amount or concentration, and “relative quantification” refers to a quantification method other than absolute quantification.

(内部標準物質)
本発明において「内部標準物質」とは、質量分析法にて測定対象物質を定量するときに、サンプル中に一定量を加えられる物質をいう。本発明では、内部標準物質は、ヌクレオチド混合物抽出後の実験操作の誤差や、サンプル中マトリックスの影響により定量値が変動することを補正するため、サンプル中に一定量を加えることが好ましい。
(Internal standard substance)
In the present invention, “internal standard substance” refers to a substance to which a certain amount can be added to a sample when the substance to be measured is quantified by mass spectrometry. In the present invention, it is preferable to add a certain amount of the internal standard substance in the sample in order to correct the variation in the quantitative value due to the error in the experimental operation after extraction of the nucleotide mixture and the influence of the matrix in the sample.

(サンプル)
本発明におけるサンプルは特に限定されず、ヌクレオチドを含むサンプルであれば任意のサンプルを使用することができる。サンプルとしては、組織、生体液、細胞、またはそれらを処理して得られる試料などを使用することができるが、特に限定されない。サンプルの由来は特に限定されず、例えば、ヒトおよびマウスなどの哺乳類由来のサンプルを使用することができる。
(sample)
The sample in this invention is not specifically limited, Arbitrary samples can be used if it is a sample containing a nucleotide. As the sample, tissue, biological fluid, cells, or a sample obtained by processing them can be used, but it is not particularly limited. The origin of the sample is not particularly limited, and for example, samples derived from mammals such as humans and mice can be used.

組織としては、例えば、脳、脳の各部位(例えば、嗅球、扁桃核、大脳基底球、海馬、視床、視床下部、大脳皮質、延髄、小脳)、脊髄、下垂体、胃、膵臓、腎臓、肝臓、生殖腺、甲状腺、胆嚢、骨髄、副腎、皮膚、筋肉、肺、十二指腸、小腸、大腸、血管、心臓、胸腺、脾臓、顎下腺、耳下腺、舌下腺、末梢血、前立腺、睾丸、卵巣、胎盤、子宮、骨、関節、骨格筋などが挙げられる。   Examples of tissues include the brain, each part of the brain (eg, olfactory bulb, amygdala, basal sphere, hippocampus, hypothalamus, hypothalamus, cerebral cortex, medulla, cerebellum), spinal cord, pituitary gland, stomach, pancreas, kidney, Liver, gonad, thyroid, gallbladder, bone marrow, adrenal gland, skin, muscle, lung, duodenum, small intestine, large intestine, blood vessel, heart, thymus, spleen, submandibular gland, parotid gland, sublingual gland, peripheral blood, prostate, testicle Ovary, placenta, uterus, bone, joint, skeletal muscle, etc.

生体液としては、例えば、血液(血漿、血清を含む)、尿、糞、唾液、涙液、浸潤液(腹水、組織液を含む)などが挙げられる。   Examples of the biological fluid include blood (including plasma and serum), urine, feces, saliva, tear fluid, infiltrating fluid (including ascites and tissue fluid), and the like.

細胞としては、生体から採取した細胞でも、株化した培養細胞でもよい。細胞の種類は特に限定されず、正常細胞およびがん細胞などの任意の細胞を使用することができる。   The cell may be a cell collected from a living body or a cultured cell established. The type of cell is not particularly limited, and any cell such as a normal cell and a cancer cell can be used.

(ヌクレオチド)
測定対象物質となるヌクレオチドとしては、下記の27種が挙げられる。なお、本発明においてヌクレオチドには、DNAやRNAは含まれない。
(nucleotide)
Examples of nucleotides to be measured include the following 27 types. In the present invention, nucleotides do not include DNA or RNA.

ヌクレオシド三リン酸:9種
ATP(アデノシン三リン酸)、GTP(グアノシン三リン酸)、
CTP(シチジン三リン酸)、UTP(ウリジン三リン酸)、
dATP(デオキシアデノシン三リン酸)、dGTP(デオキシグアノシン三リン酸)、
dCTP(デオキシシチジン三リン酸)、dTTP(チミジン三リン酸)、dUTP(デオキシウリジン三リン酸)
Nucleoside triphosphates: 9 types ATP (adenosine triphosphate), GTP (guanosine triphosphate),
CTP (cytidine triphosphate), UTP (uridine triphosphate),
dATP (deoxyadenosine triphosphate), dGTP (deoxyguanosine triphosphate),
dCTP (deoxycytidine triphosphate), dTTP (thymidine triphosphate), dUTP (deoxyuridine triphosphate)

ヌクレオシド二リン酸;9種
ADP(アデノシン二リン酸)、GDP(グアノシン二リン酸)、
CDP(シチジン二リン酸)、UDP(ウリジン二リン酸)、
dADP(デオキシアデノシン二リン酸)、dGDP(デオキシグアノシン二リン酸)、
dCDP(デオキシシチジン二リン酸)、dTDP(チミジン二リン酸)、dUDP(デオキシウリジン二リン酸)
Nucleoside diphosphates; 9 species ADP (adenosine diphosphate), GDP (guanosine diphosphate),
CDP (cytidine diphosphate), UDP (uridine diphosphate),
dADP (deoxyadenosine diphosphate), dGDP (deoxyguanosine diphosphate),
dCDP (deoxycytidine diphosphate), dTDP (thymidine diphosphate), dUDP (deoxyuridine diphosphate)

ヌクレオシド一リン酸;9種
AMP(アデノシン一リン酸)、GMP(グアノシン一リン酸)、
CMP(シチジン一リン酸)、UMP(ウリジン一リン酸)、
dAMP(デオキシアデノシン一リン酸)、dGMP(デオキシグアノシン一リン酸)、
dCMP(デオキシシチジン一リン酸)、dTMP(チミジン一リン酸)、dUTP(デオキシウリジン一リン酸)
Nucleoside monophosphate; 9 species AMP (adenosine monophosphate), GMP (guanosine monophosphate),
CMP (cytidine monophosphate), UMP (uridine monophosphate),
dAMP (deoxyadenosine monophosphate), dGMP (deoxyguanosine monophosphate),
dCMP (deoxycytidine monophosphate), dTMP (thymidine monophosphate), dUTP (deoxyuridine monophosphate)

本発明においては、2種以上27種類以下のヌクレオチドの同時定量を行うことができる。同時定量するヌクレオチドの種類の下限値は2種以上であれば特に限定されないが、3種以上、4種以上、5種以上、6種以上、7種以上、8種類以上、または9種以上でもよい。同時定量するヌクレオチドの種類の上限値は27種類以下であれば特に限定されないが、20種以下、18種以下、16種以下、14種以下、12種以下、または10種以下でもよい。   In the present invention, simultaneous quantification of 2 or more and 27 or less nucleotides can be performed. The lower limit of the types of nucleotides to be simultaneously quantified is not particularly limited as long as it is 2 or more, but 3 or more, 4 or more, 5 or more, 6 or more, 7 or more, 8 or more, or 9 or more Good. The upper limit of the types of nucleotides to be simultaneously quantified is not particularly limited as long as it is 27 or less, but may be 20 or less, 18 or less, 16 or less, 14 or less, 12 or less, or 10 or less.

本発明の具体例としては、上記したヌクレオシド三リン酸の9種を同時定量すること、上記したヌクレオシド二リン酸の9種を同時定量すること、および上記したヌクレオシド一リン酸の9種を同時定量することが挙げられる。
DNAやRNA合成の直接の基質である、デオキシウリジン三リン酸を除く、上記したヌクレオシド三リン酸の8種を同時定量することが特に好ましい。
Specific examples of the present invention include simultaneous determination of nine types of the above-described nucleoside triphosphates, simultaneous determination of nine types of the above-described nucleoside diphosphates, and simultaneous determination of nine types of the above-described nucleoside monophosphates. Quantification can be mentioned.
It is particularly preferable to simultaneously quantify the above-described eight types of nucleoside triphosphates, excluding deoxyuridine triphosphate, which is a direct substrate for DNA and RNA synthesis.

<工程a:ヌクレオチドの抽出>
本工程では、サンプルからヌクレオチド混合物を抽出する。抽出の手法は、従来この種の物質の抽出に用いられている方法を適宜採用することができる。例えば、サンプルを破砕および抽出する方法は、超音波破砕装置、細胞溶解液を用いる方法、または凍結融解法などが挙げられるが特に限定されない。
<Step a: Extraction of nucleotide>
In this step, a nucleotide mixture is extracted from the sample. As an extraction method, a method conventionally used for extracting this type of substance can be appropriately employed. For example, a method for crushing and extracting a sample includes, but is not limited to, an ultrasonic crushing device, a method using a cell lysate, or a freeze-thaw method.

ヌクレオチドの抽出の一例を以下に記載する。まず、細胞は、遠心分離によりペレット化し、上清を除去することが好ましい。さらにペレットをPBS(リン酸緩衝生理食塩水)で再懸濁して、この操作を数回繰り返すことが好ましい。その後、上清を除去し沈殿したサンプルにアルコール(例えばメタノール)を添加し攪拌する。これにより、サンプルから代謝物を抽出することができる。この抽出操作の直前、途中または最後に適宜再懸濁させた懸濁液の一部を取り分け、細胞数の計測を行うことが好ましい。この細胞数の計測は、工程fで細胞当たりのヌクレオチドの分子数を算定するために行うことができる(図5)。   An example of nucleotide extraction is described below. First, the cells are preferably pelleted by centrifugation and the supernatant is removed. Further, the pellet is preferably resuspended with PBS (phosphate buffered saline), and this operation is preferably repeated several times. Thereafter, the supernatant is removed and alcohol (for example, methanol) is added to the precipitated sample and stirred. Thereby, a metabolite can be extracted from the sample. It is preferable to measure the number of cells by separating a part of the suspension that is appropriately resuspended immediately before, during, or at the end of this extraction operation. This number of cells can be measured in order to calculate the number of nucleotide molecules per cell in step f (FIG. 5).

<工程b:内部標識物質の添加>
この工程では、上記ヌクレオチド(代謝物)の混合物に、同位体で標識した2種以上のヌクレオチドを内部標準物質として添加し、測定サンプルを調製する。ヌクレオチドの同位体は通常この種の分析に用いられるものを適宜採用することが好ましい。安定な同位体には、H、13C、15N、17O、18Oなどが挙げられる。物質としては、代謝物に含まれることが予想されるヌクレオチドに対応した同位体を添加することが好ましい。例えば、ATPに対しては[151310]ATP、GTPに対しては[151310]GTP、CTPに対しては[1513]CTP、UTPに対しては[1513]UTP、dATPに対しては[151310]dATP、dGTPに対しては[151310]dGTP、dCTPに対しては[1513]dCTP、dTTPに対しては[151310]dTTPが挙げられる。
<Step b: Addition of internal labeling substance>
In this step, two or more types of nucleotides labeled with isotopes are added as internal standard substances to the mixture of nucleotides (metabolites) to prepare a measurement sample. As the nucleotide isotopes, those usually used for this kind of analysis are preferably employed as appropriate. Stable isotopes include 2 H, 13 C, 15 N, 17 O, 18 O, and the like. As the substance, it is preferable to add an isotope corresponding to the nucleotide expected to be contained in the metabolite. For example, [ 15 N 5 , 13 C 10 ] ATP for ATP, [ 15 N 5 , 13 C 10 ] GTP for GTP, and [ 15 N 3 , 13 C 9 ] CTP for CTP, For UTP [15 N 2, 13 C 9] UTP, for the dATP [15 N 5, 13 C 10] dATP, against dGTP [15 N 5, 13 C 10] dGTP, the dCTP On the other hand, [ 15 N 3 , 13 C 9 ] dCTP and [ 15 N 2 , 13 C 10 ] dTTP are mentioned for dTTP.

サンプルは、その後、水を添加して激しく渦攪拌することが好ましい。これを遠心分離し、上清を採取し、蒸発乾固することが好ましい。   The sample is then preferably vortexed vigorously with the addition of water. It is preferable to centrifuge, collect the supernatant, and evaporate to dryness.

内部標準物質の添加量は特に限定されないが、1pmol以上100nmol以下であることが好ましく、10pmol以上10nmol以下であることがより好ましく、100pmol以上1nmol以下であることがさらに好ましい。   The amount of the internal standard substance added is not particularly limited, but is preferably 1 pmol or more and 100 nmol or less, more preferably 10 pmol or more and 10 nmol or less, and further preferably 100 pmol or more and 1 nmol or less.

上記で得られたサンプルは、後述する液体クロマトグラフィー(LC)により分離することができる。   The sample obtained above can be separated by liquid chromatography (LC) described later.

<工程c:液体クロマトグラフィーによる分離>
液体クロマトグラフィー(LC)は、当業者に公知のもの適宜選定して使用することができるが、HPLC(高速液体クロマトグラフィー:High Performance Liquid Chromatography)であることが好ましい。HPLC装置は、分離カラム、試料導入部、および移動相を分離カラムに送り込むポンプを備える。HPLC装置は、それ以外の要素、例えば、オートサンプラー、ヒーター、分離された成分を検出する検出器、脱気装置、カラムオーブン、データ処理装置などを備えていてもよい。検出器としては、例えば、UV検出器や蛍光検出器、示唆屈折率検出器、蒸発光散乱検出器、荷電化粒子検出器、電気化学検出器、電気伝導度検出器などが挙げられる。例えば、検出器は、カラムとイオン源(イオン化部)の間に接続することができる。
<Step c: Separation by liquid chromatography>
Liquid chromatography (LC) can be appropriately selected and used by those skilled in the art, but is preferably HPLC (High Performance Liquid Chromatography). The HPLC apparatus includes a separation column, a sample introduction unit, and a pump that sends a mobile phase to the separation column. The HPLC apparatus may include other elements such as an autosampler, a heater, a detector for detecting separated components, a degassing apparatus, a column oven, a data processing apparatus, and the like. Examples of the detector include a UV detector, a fluorescence detector, a suggestive refractive index detector, an evaporative light scattering detector, a charged particle detector, an electrochemical detector, and an electrical conductivity detector. For example, the detector can be connected between a column and an ion source (ionization section).

本発明において液体クロマトグラフィー(LC)の分離モードは、順相カラムを用いた順相分配型のクロマトグラフィー(Normal Phase Liquid Chromatography:NPLC)が採用され、中でも、HILIC(親水性相互作用型クロマトグラフィー:Hydrophilic Interaction Chromatography)が好ましい。   In the present invention, the separation mode of liquid chromatography (LC) employs normal phase liquid chromatography (NPLC) using a normal phase column, among which HILIC (hydrophilic interaction chromatography). : Hydrophilic Interaction Chromatography).

NPLCでは、溶出順は通常低極性化合物、高極性化合物の順である。HILICはNPLCに含まれる。特にHILIC固有の特徴について触れると、HILICは、高極性固定相と、大部分が有機溶媒である疎水性の移動相との組み合わせによる保持モードであり、高極性化合物の分離に適している。さらに、HILICでは、極性の高い固定相を用い、高極性化合物ほど保持が強くなり、静電的相互作用、親水性分配などの様々な相互作用が関与する。   In NPLC, the order of elution is usually the order of low polarity compounds and high polarity compounds. HILIC is included in NPLC. In particular, referring to the unique features of HILIC, HILIC is a retention mode based on a combination of a highly polar stationary phase and a hydrophobic mobile phase, which is mostly an organic solvent, and is suitable for separation of highly polar compounds. Furthermore, in HILIC, a highly polar stationary phase is used, and the higher the polarity, the stronger the retention, and various interactions such as electrostatic interaction and hydrophilic partition are involved.

本発明においては、順相カラムのカラム内壁(接液部)の材質は、金属(例えば、ステンレスなど)、ポリエーテルエーテルケトン(ピーク:PEEK)などが好ましく、ポリエーテルエーテルケトンが特に好ましい。また、金属製のカラムの場合、マトリックスのカラム内壁への不可逆的な吸着などにより、ヌクレオチドの意図しないカラム内部への吸着が抑えられているカラムが好ましい。   In the present invention, the material of the inner wall (wetted part) of the normal phase column is preferably a metal (for example, stainless steel), polyetheretherketone (peak: PEEK), and particularly preferably polyetheretherketone. In the case of a metal column, a column in which the unintentional adsorption of nucleotides into the column is suppressed by irreversible adsorption to the inner wall of the matrix is preferable.

液体クロマトグラフィー(LC)に用いる移動相としては、好ましくは塩基性である水溶液の移動相Aおよび有機溶媒を含む移動相Bとを使用することができる。   As the mobile phase used for liquid chromatography (LC), mobile phase A in an aqueous solution, which is preferably basic, and mobile phase B containing an organic solvent can be used.

移動相AのpH値は、好ましくは7〜11であり、より好ましくは8〜11であり、さらに好ましくは8.4〜10.4であり、特に好ましくは9.0〜9.8である。移動相Aの塩濃度は、好ましくは1〜300mmol/Lであり、より好ましくは5〜200mmol/Lである。LC−MSによる測定では、通常、高い感度を出すために塩濃度を低く(例えば、5〜20mmol/L、好ましくは10〜20mmol/L)することがある。本発明においてLCに用いる移動相Aとして用いられる化合物種を挙げると、酢酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、リン酸、アンモニア、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウムなどが挙げられ、中でも、揮発性のアンモニウム塩が好ましく、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウムまたは酢酸アンモニウムが特に好ましい。   The pH value of the mobile phase A is preferably 7 to 11, more preferably 8 to 11, further preferably 8.4 to 10.4, and particularly preferably 9.0 to 9.8. . The salt concentration of the mobile phase A is preferably 1 to 300 mmol / L, more preferably 5 to 200 mmol / L. In the measurement by LC-MS, the salt concentration is usually lowered (for example, 5 to 20 mmol / L, preferably 10 to 20 mmol / L) in order to obtain high sensitivity. Examples of the compound species used as the mobile phase A used in LC in the present invention include ammonium acetate, ammonium formate, phosphoric acid, ammonia, ammonium bicarbonate, ammonium carbonate, etc. Among them, volatile ammonium salts are preferable, Particularly preferred are ammonium bicarbonate, ammonium carbonate or ammonium acetate.

移動相Aには、アルカリを含有させてもよい。アルカリとしては、28質量%アンモニア水が挙げられる。アルカリの濃度は適宜に調節すればよいが、例えば、28質量%アンモニア水が0〜0.5容量%であることが好ましく、0〜0.2容量%であることがより好ましい。   The mobile phase A may contain an alkali. Examples of the alkali include 28% by mass ammonia water. The concentration of the alkali may be adjusted as appropriate. For example, 28% by mass of ammonia water is preferably 0 to 0.5% by volume, and more preferably 0 to 0.2% by volume.

移動相Bに用いられる有機溶媒としては、アセトニトリル、メタノール、2−プロパノール、ヘキサン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、エタノールなどが挙げられ、好ましくはアセトニトリルまたはメタノールであり、より好ましくはアセトニトリルである。   Examples of the organic solvent used for the mobile phase B include acetonitrile, methanol, 2-propanol, hexane, ethyl acetate, tetrahydrofuran, ethanol and the like, preferably acetonitrile or methanol, and more preferably acetonitrile.

移動相Bとして、アセトニトリルを使用する場合、移動相中のアセトニトリルの濃度は、好ましくは0〜95容量%であり、より好ましくは0〜90容量%であり、さらに好ましくは0〜85容量%である。溶出は、移動相Aと移動相Bの比率を経時的に変化させるグラジエント溶出により行っても、比率を固定するアイソクラティックで行ってもよい。   When acetonitrile is used as the mobile phase B, the concentration of acetonitrile in the mobile phase is preferably 0 to 95% by volume, more preferably 0 to 90% by volume, and still more preferably 0 to 85% by volume. is there. The elution may be performed by gradient elution in which the ratio of the mobile phase A and the mobile phase B is changed over time, or by isocratic that fixes the ratio.

液体クロマトグラフィーに用いられる分離カラムの条件としては、特に制限されず、諸条件に応じて適宜選択することができる。分離カラムとしては、順相分配クロマトグラフィーに適用されるものを適宜用いることができるが、カラム充填剤(固定相)として、シリカゲルや、アルミナゲル、ジルコニアゲルなどの無機系充填剤、または、スチレン-ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレートなどの合成ポリマーゲルや、天然高分子ゲルなどの樹脂(ポリマー)系充填剤などを適用することができる。シリカゲルは表面修飾されていることが好ましく、例えば、NHシリカゲル、CNシリカゲル、ジオールシリカゲルなどが挙げられる。さらに、HILICにおいては、カラム充填剤にシリカゲルやポリマーなどを適用し、その表面に、中性のアミド基、電荷型のスルホエチル基、両性イオン型のスルホベタイン基(*−L−N−L−SO :R=CH、L=CH、n=1〜6(好ましくは3)、*は充填剤への導入部、ただし充填剤とLとの間に所定の連結基が介在してもよい]、ジオール基、表面にヒドロキシル基、アミノ基、ホスホリルコリン残基が修飾され導入されていてもよい。中でも、本発明においては、スルホベタイン基で修飾されたカラム充填剤(固定相)を有する分離カラムが好ましい。 The conditions for the separation column used for liquid chromatography are not particularly limited, and can be appropriately selected according to various conditions. As the separation column, those applicable to normal phase partition chromatography can be used as appropriate. As the column filler (stationary phase), inorganic fillers such as silica gel, alumina gel, zirconia gel, or styrene are used. -Synthetic polymer gels such as divinylbenzene copolymer and polymethacrylate, and resin (polymer) fillers such as natural polymer gels can be applied. The silica gel is preferably surface-modified, and examples thereof include NH 2 silica gel, CN silica gel, and diol silica gel. Furthermore, in HILIC, silica gel or a polymer is applied as a column filler, and a neutral amide group, a charge-type sulfoethyl group, a zwitterionic sulfobetaine group (* -LN + R 2) is formed on the surface thereof. -L n -SO 3 -: R = CH 3, L = CH 2, n = 1~6 ( preferably 3), * is a predetermined connection between the inlet portion, but the filler and L to filler A diol group, a hydroxyl group, an amino group, or a phosphorylcholine residue may be modified and introduced on the surface, and in the present invention, a column filler modified with a sulfobetaine group Separation columns with (stationary phase) are preferred.

2種またはそれ以上の溶液を混合して移動相(分離溶液)を調製する場合、2種またはそれ以上の溶液中の揮発性のアンモニウム塩およびアセトニトリルの濃度は、混合後の移動相中の揮発性のアンモニウム塩およびアセトニトリルの濃度が好適な濃度となるよう、混合比率に応じて適宜設定することができる。例えば、揮発性のアンモニウム塩として重炭酸アンモニウムを用いる場合、2種またはそれ以上の溶液中の重炭酸アンモニウムおよびアセトニトリルの濃度は、混合後の移動相中の重炭酸アンモニウムおよびアセトニトリルの濃度が好適な濃度となるよう、混合比率に応じて適宜設定すればよい。   When preparing a mobile phase (separation solution) by mixing two or more solutions, the concentration of volatile ammonium salt and acetonitrile in the two or more solutions is determined by the volatilization in the mobile phase after mixing. It can set suitably according to a mixing ratio so that the density | concentration of water-soluble ammonium salt and acetonitrile may become a suitable density | concentration. For example, when ammonium bicarbonate is used as the volatile ammonium salt, the concentration of ammonium bicarbonate and acetonitrile in the two or more solutions is preferably the concentration of ammonium bicarbonate and acetonitrile in the mobile phase after mixing. What is necessary is just to set suitably according to a mixing ratio so that it may become a density | concentration.

流速は、分離カラムの内径等の諸条件に応じて適宜選択できる。移動相の流速は、分離工程を通じて一定であってもよく、そうでなくてもよい。例えば、エレクトロスプレーイオン化法(ESI)に合わせて、移動相の流速を0.1〜1.5mL/分の範囲で適宜選択することができ、0.2〜1.0mL/分が好ましい。
また、液体クロマトグラフィーにおけるカラム温度は、当業者であれば、分析対象や使用する分析カラムの仕様に合わせて適宜選択することができる。例えば、40〜70℃であってよく、具体的には40℃であってよい。
The flow rate can be appropriately selected according to various conditions such as the inner diameter of the separation column. The mobile phase flow rate may or may not be constant throughout the separation process. For example, the flow rate of the mobile phase can be appropriately selected within the range of 0.1 to 1.5 mL / min in accordance with the electrospray ionization method (ESI), and preferably 0.2 to 1.0 mL / min.
In addition, the column temperature in liquid chromatography can be appropriately selected by those skilled in the art according to the analysis target and the specifications of the analytical column to be used. For example, it may be 40 to 70 ° C., specifically 40 ° C.

次の工程dとも関連することであるが、本発明においては、液体クロマトグラフ(LC)は質量分析計(MS)と一体化されていることが好ましく、液体クロマトグラフ−質量分析計(LC−MS)を用いることが好ましい。具体的には、LC−MS/MSと称される液体クロマトグラフ−タンデム質量分析計を用いた分析法であることが好ましい。   In the present invention, the liquid chromatograph (LC) is preferably integrated with the mass spectrometer (MS), and the liquid chromatograph-mass spectrometer (LC-) is associated with the next step d. MS) is preferably used. Specifically, an analysis method using a liquid chromatograph-tandem mass spectrometer called LC-MS / MS is preferable.

LC−MS/MSでは、一般的には、次のような処理が行われる。液体クロマトグラフィーにより分離したサンプルをインターフェース(イオン源)を介してイオン化する。生成したイオンは第一の質量分析計(MS)で分離して特定の質量のイオンを解離・フラグメント化させる。そのイオンを第二の質量分析計で検出する。LC−MS/MS法では、特定の質量のイオンのみを選択し、フラグメント化することができるため、微量成分定量分析に好適に対応することができる。   In LC-MS / MS, the following processing is generally performed. A sample separated by liquid chromatography is ionized through an interface (ion source). The generated ions are separated by a first mass spectrometer (MS) to dissociate and fragment ions having a specific mass. The ions are detected with a second mass spectrometer. In the LC-MS / MS method, since only ions having a specific mass can be selected and fragmented, it is possible to suitably cope with quantitative analysis of trace components.

<工程d:MSによる定量測定>
本工程では、上記の液体クロマトグラフィーで分離したヌクレオチドの質量を質量分析法(mass spectrometry)により同定する。
質量分析計(mass spectrometer)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。
<Step d: Quantitative measurement by MS>
In this step, the mass of the nucleotide separated by the above liquid chromatography is identified by mass spectrometry.
As the mass spectrometer, a known mass spectrometer can be used, but a mass spectrometer that can be connected in series to an LC apparatus is particularly preferable because it can be used easily. One mass spectrometer may be used, or two or more mass spectrometers may be used. Two or more mass spectrometers can be used connected in series. That is, the LC-MS system may be, for example, an LC-MS / MS or an LC-MS / MS / MS that includes two or more mass spectrometers connected in series.

質量分析計としては、磁場セクター型質量分析計(sector mass spectrometer)、四重極質量分析計(quadrupole mass spectrometer:QMS)、飛行時間質量分析計(time-of-flight mass spectrometer:TOF−MS)、イオントラップ質量分析計(ion trap mass spectrometer)、フーリエ変換質量分析計(Fourier transform mass spectrometer)などが挙げられる。本発明においては、なかでも、タンデム四重極質量分析計が好ましい。   Mass spectrometers include magnetic sector sector mass spectrometers, quadrupole mass spectrometers (QMS), time-of-flight mass spectrometers (TOF-MS) , Ion trap mass spectrometer, Fourier transform mass spectrometer and the like. In the present invention, a tandem quadrupole mass spectrometer is particularly preferable.

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イオン化法(ESI)、大気圧化学イオン化法(APCI)、高速原子衝撃法(FAB)、光イオン化法(APPI)、電子イオン化法(EI法)、化学イオン化法(CI法)、電界脱離法(FD法)、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法(MALDI法)、および音速イオン化法(SSI)が挙げられるが、特にエレクトロスプレーイオン化法(ESI)が好ましい。   As ionization methods in a mass spectrometer, electrospray ionization (ESI), atmospheric pressure chemical ionization (APCI), fast atom bombardment (FAB), photoionization (APPI), electron ionization (EI), chemical Examples include ionization method (CI method), field desorption method (FD method), matrix-assisted laser desorption ionization method (MALDI method), and sonic ionization method (SSI), and electrospray ionization method (ESI) is particularly preferable. .

タンデム四重極質量分析計は、イオン源、四重極(Q1)、コリジョンセル(Q2)、四重極(Q3)、検出器で構成される質量分析計である。測定対象物は、イオン源でイオン化され、プリカーサーイオンが生成され、その質量電荷比(m/z)によって、四重極(Q1)で質量分離される。次いで、コリジョンセル(Q2)内で窒素やアルゴンなどの不活性ガスと衝突させることでプロダクトイオンが生成される(衝突誘起解離:CID)。プロダクトイオンの質量電荷比(m/z)によって、四重極(Q3)で再度、質量分離され、検出器で検出される。   The tandem quadrupole mass spectrometer is a mass spectrometer including an ion source, a quadrupole (Q1), a collision cell (Q2), a quadrupole (Q3), and a detector. The measurement object is ionized by an ion source, precursor ions are generated, and mass-separated by the quadrupole (Q1) according to the mass-to-charge ratio (m / z). Next, product ions are generated by collision with an inert gas such as nitrogen or argon in the collision cell (Q2) (collision-induced dissociation: CID). The mass is again separated by the quadrupole (Q3) according to the mass-to-charge ratio (m / z) of the product ions and detected by the detector.

MS/MSは、プリカーサーイオンを衝突誘起解離させて得られたプロダクトイオンをモニターする手法が好ましい。これには、多重反応モニタリング(Multiple Reaction Monitoring:MRM)あるいは選択反応モニタリング(Selected Reaction Monitoring:SRM)があるが、本発明においては、多重反応モニタリング(MRM)が好ましい。
SRMは、プロダクトイオンスキャンにより得られた特定のプロダクトイオンのm/zを利用することで、選択性の高い高感度定量が行える。ここでは、Q1でプリカーサーを選択し、コリジョンセルにおいてCIDを行い、Q3で特定のプロダクトイオンを選定し検出する。
MS / MS is preferably a method of monitoring product ions obtained by collision-induced dissociation of precursor ions. This includes multiple reaction monitoring (MRM) or selective reaction monitoring (SRM). In the present invention, multiple reaction monitoring (MRM) is preferred.
SRM can perform highly sensitive quantification with high selectivity by using m / z of specific product ions obtained by product ion scanning. Here, a precursor is selected in Q1, CID is performed in the collision cell, and a specific product ion is selected and detected in Q3.

MRMは、イオン化プローブでイオン化したさまざまなイオンに対し,Q1において特定のプリカーサーイオンを選択し,コリジョンセルでそのイオンを壊し(CID),Q3において壊したイオン(プロダクトイオン)の中から特定のイオンを検出する方法である。一度の測定で複数のチャンネルを設定することができる利点を有し、同時定量には好ましいモニタリング法である。例えば、市販品で、一分析最大512イベント×32チャンネルの設定が可能である。   MRM selects a specific precursor ion in Q1 for various ions ionized by an ionization probe, breaks that ion in a collision cell (CID), and selects a specific ion from among the broken ions (product ions) in Q3 It is a method of detecting. This method has an advantage that a plurality of channels can be set by one measurement, and is a preferable monitoring method for simultaneous quantification. For example, it is a commercial product, and it is possible to set up to 512 events × 32 channels per analysis.

一方、アナライザは真空下に導入されたイオンを分離する部分である。イオン源では分子関連イオンであるポジティブイオンおよびネガティブイオン、また荷電していない中性分子も生成する。しかし、正負両イオンを同時に取り込むことは原理的に不可能である。そのため、正負イオンを同時にモニターするには時間で正負を切り替えて測定しなければならない。本発明においては、多重反応モニタリングをポジティブイオンモードで行うことが好ましい。   On the other hand, the analyzer is a part that separates ions introduced under vacuum. The ion source also generates positive ions and negative ions, which are molecule-related ions, and neutral molecules that are not charged. However, it is impossible in principle to simultaneously capture both positive and negative ions. Therefore, in order to monitor positive and negative ions at the same time, measurement must be performed by switching between positive and negative with time. In the present invention, it is preferable to perform multiple reaction monitoring in the positive ion mode.

検出部は、分析部で選別されたイオンを電子増倍管またはマイクロチャンネルプレートで増感して検出する部位である。データ処理部は、得られたデータからマススペクトルを作製する部位である。   The detection unit is a site that detects and sensitizes ions selected by the analysis unit with an electron multiplier or a microchannel plate. The data processing unit is a part that creates a mass spectrum from the obtained data.

LC−MS/MSの詳細な設定条件は実施例に示した例による。各保持時間(Retention Time)で、アイソクラティックとリニアグラジエントの溶出分を分離し、質量分析計に連動させることが好ましい。MS/MS分析は多重反応モニタリング(MRM)モードで、以下の条件で行うことが好ましい。
霧化ガス,窒素、イオン源温度,10〜300℃(好ましくは、50〜200℃)、脱溶媒温度,200〜800℃(好ましくは、300〜600℃)、脱溶媒ガス流量,800〜1500L/h(好ましくは、1000〜1500L/h)、キャピラリー電圧,0.5〜10kV(好ましくは、1〜5kV)、コーン電圧,1〜50V(好ましくは、10〜50V)、コーンガス流量,10〜300L/h(好ましくは、50〜200L/h)、衝突ガス,アルゴン
Detailed setting conditions of LC-MS / MS are based on the example shown in the examples. It is preferable to separate the isocratic and linear gradient elution components at each retention time and to link the mass spectrometer. The MS / MS analysis is preferably performed in a multiple reaction monitoring (MRM) mode under the following conditions.
Atomization gas, nitrogen, ion source temperature, 10 to 300 ° C. (preferably 50 to 200 ° C.), desolvation temperature, 200 to 800 ° C. (preferably 300 to 600 ° C.), desolvation gas flow rate, 800 to 1500 L / H (preferably 1000 to 1500 L / h), capillary voltage, 0.5 to 10 kV (preferably 1 to 5 kV), cone voltage, 1 to 50 V (preferably 10 to 50 V), cone gas flow rate, 10 to 300 L / h (preferably 50 to 200 L / h), collision gas, argon

<工程e>
本工程では、同定した各ヌクレオチドのクロマトグラムピーク面積と内部標準物質のクロマトグラムピーク面積の比を求めて各ヌクレオチドを定量する。
<Process e>
In this step, each nucleotide is quantified by determining the ratio between the chromatogram peak area of each identified nucleotide and the chromatogram peak area of the internal standard substance.

具体的に、ATPの絶対定量測定をする場合の例を下記に挙げる。工程c、dの測定によりLC−MS/MSによりATPのピークが得られたとする。このピークの位置と、同位体で標識した内部標準物質のピークとが一致しペアとなるものを確認する。内部標準物質のピークが同位体ATPのものだったとする。であれば、検出されたピークはATPのものと特定できる。他のヌクレオチドも同様にして種類が特定される。特定された各ヌクレオチドのクロマトグラムピーク面積を計測する。この面積の比を検出されたヌクレオチド間で求めれば、相対的な定量が可能となる。   Specifically, an example of performing absolute quantitative measurement of ATP is given below. It is assumed that an ATP peak is obtained by LC-MS / MS by the measurement in steps c and d. Confirm that the position of this peak coincides with the peak of the internal standard labeled with an isotope to form a pair. It is assumed that the peak of the internal standard substance is that of the isotope ATP. If so, the detected peak can be identified as that of ATP. The types of other nucleotides are specified in the same manner. The chromatogram peak area of each identified nucleotide is measured. If this area ratio is determined among the detected nucleotides, relative quantification is possible.

本発明においては、各ヌクレオチドの検量線を予め作成し、作成した検量線に基づいて各ヌクレオチドを定量することが好ましい。これにより、例えば、ATPの検量線と照らし合わせることで、先に検出されたATPと同位体ATPのクロマトグラムピーク面積との比から、絶対量を測定することができる。同様にして、各ヌクレオチドの絶対定量が可能となる。検量線作成用サンプルとして、分析対象の各ヌクレオチドの標準物質、および内部標準物質としての同位体で標識した上記各ヌクレオチドを含むサンプルを用いることが好ましい。   In the present invention, it is preferable to prepare a calibration curve for each nucleotide in advance and quantify each nucleotide based on the created calibration curve. Thereby, for example, the absolute amount can be measured from the ratio of the previously detected ATP and the chromatogram peak area of the isotope ATP by comparing with the calibration curve of ATP. Similarly, absolute quantification of each nucleotide is possible. As a sample for preparing a calibration curve, it is preferable to use a sample containing the above-mentioned nucleotides labeled with a standard substance of each nucleotide to be analyzed and an isotope as an internal standard substance.

また、検量線作成用サンプルを揮発性のアンモニウム塩およびアセトニトリルを含む溶解液を用いて調製することが好ましい。アンモニウム塩としては、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウムまたは酢酸アンモニウムが好ましい。アンモニウム塩の濃度は、1mmol/L以上300mmol/L以下であることが好ましく、5mmol/L以上50mmol/L以下であることがより好ましく、10mmol/L以上20mmol/L以下であることがさらに好ましい。アセトニトリルの濃度は、0容量%以上95容量%以下であることが好ましく、0容量%以上90容量%以下であることがより好ましく、0容量%以上85容量%以下であることがさらに好ましい。ヌクレオチドおよび同位体で標識したヌクレオチド(内部標準物質)の濃度は特に限定されず、抽出物中のヌクレオチドの濃度に応じて調節すればよいが、一例として、デオキシヌクレオシド三リン酸(dNTP)については1nmol/L〜10,000nmol/Lの範囲で準備し、ヌクレオシド三リン酸(NTP)については100nmol/L〜1,000,000nmol/Lの範囲で準備することが好ましい。   Moreover, it is preferable to prepare a sample for preparing a calibration curve using a solution containing a volatile ammonium salt and acetonitrile. As the ammonium salt, ammonium bicarbonate, ammonium carbonate or ammonium acetate is preferred. The concentration of the ammonium salt is preferably 1 mmol / L or more and 300 mmol / L or less, more preferably 5 mmol / L or more and 50 mmol / L or less, and further preferably 10 mmol / L or more and 20 mmol / L or less. The concentration of acetonitrile is preferably 0% to 95% by volume, more preferably 0% to 90% by volume, and still more preferably 0% to 85% by volume. The concentration of nucleotide and isotope-labeled nucleotide (internal standard) is not particularly limited, and may be adjusted according to the concentration of nucleotide in the extract. As an example, for deoxynucleoside triphosphate (dNTP) It is preferable to prepare in the range of 1 nmol / L to 10,000 nmol / L, and to prepare nucleoside triphosphate (NTP) in the range of 100 nmol / L to 1,000,000 nmol / L.

これにより、本発明によれば、細胞抽出物のマトリックス効果を補正するため別途の細胞マトリックスを調製して使用したり、標準添加法を用いたりするという煩雑な操作を必要としない。また、既知の酵素活性を前提とした、抽出液中のタンパク質の持つ活性を測定するといった不安定で余計な操作が多いと解される測定を必要としない。   Thereby, according to this invention, in order to correct | amend the matrix effect of a cell extract, the complicated operation of preparing and using a separate cell matrix or using a standard addition method is not required. Moreover, the measurement which is understood that there are many unstable and unnecessary operations, such as measuring the activity of the protein in the extract on the premise of the known enzyme activity, is not required.

<工程f>
本発明の方法においては、その他の工程を含んでいてもよい。例えば、(工程f1)サンプル中に含まれる細胞数を測定する工程と、(工程f2)ヌクレオチドの定量結果から細胞あたりのヌクレオチドの分子数を算出する工程とを含むことが好ましい。これを概念的に説明すると、図5のようになる。本プロトコルでは、例えば、細胞を採取し処理する段階(工程a)で細胞数を測定する。一方、残りの細胞は、そこから代謝物を抽出し、内部標準物質を添加する(工程b)。その後、上清を蒸発乾固して、再溶解し、測定に適したサンプルの形態とする。これを、LC−MS/MSにかけ、各ヌクレオチドの絶対量を測定する。
<Process f>
In the method of the present invention, other steps may be included. For example, it is preferable to include (step f1) a step of measuring the number of cells contained in the sample and (step f2) a step of calculating the number of nucleotide molecules per cell from the nucleotide quantification result. This is conceptually described as shown in FIG. In this protocol, for example, the number of cells is measured at the stage of collecting and processing the cells (step a). On the other hand, the remaining cells extract metabolites therefrom and add an internal standard substance (step b). Thereafter, the supernatant is evaporated to dryness and redissolved to form a sample suitable for measurement. This is subjected to LC-MS / MS and the absolute amount of each nucleotide is measured.

そこで、最初に取得した細胞数のデータと上記各ヌクレオチド(代謝物)の絶対量(mol)のデータから、細胞あたりのヌクレオチドの分子数を算出することができる。その算定は下記の式に従って決定される。   Therefore, the number of nucleotide molecules per cell can be calculated from the data on the number of cells acquired first and the data on the absolute amount (mol) of each nucleotide (metabolite). The calculation is determined according to the following formula.

<本発明のヌクレオチドの定量方法の応用> <Application of nucleotide quantification method of the present invention>

本発明によれば、精度がよく、正確であり、効率的な、dNTPおよびNTPの絶対定量のためのLC−MS/MSベースの方法が提供される。一回の計測にかかる時間は、LC−MS/MSの工程だけで、15分から25分程度である。代謝物の抽出の工程を含めるなら、ヌクレオチドの種類数にもよるが、8種の定量を行うとして、絶対定量が完了するまでに必要な時間は、80分から100分程度である。さらに、細胞あたりの分子数を求めるまでの工程では、細胞数の測定をヌクレオチドの定量と同時に行うことができるため効率的である。この場合でも、代謝物の抽出から細胞あたりの分子数を求めるまでに必要な時間は、90分から110分程度である。   The present invention provides an LC-MS / MS based method for the absolute quantification of dNTPs and NTPs that is accurate, accurate and efficient. The time required for one measurement is about 15 to 25 minutes only for the LC-MS / MS process. If a metabolite extraction step is included, depending on the number of types of nucleotides, the time required to complete the absolute quantification is about 80 to 100 minutes when eight types of quantification are performed. Furthermore, the process up to obtaining the number of molecules per cell is efficient because the number of cells can be measured simultaneously with the quantification of nucleotides. Even in this case, the time required from the extraction of the metabolite to the number of molecules per cell is about 90 to 110 minutes.

本発明の定量方法は、サンプルに、同位体標識されたヌクレオチドである内部標準物質を加える工程と、各サンプルからヌクレオチドを抽出、分画などする工程と、質量分析計で測定する工程と、質量分析計で得られた結果からヌクレオチドの非標識ピーク(サンプルの抽出物から相分離した同位体で標識していない各ヌクレオチドのピーク)と標識ピーク(同位体で標識した内部標準物質としての各ヌクレオチドのピーク)との強度比を求めて、ヌクレオチドを定量する工程とからなるものであってもよい。   The quantification method of the present invention includes a step of adding an internal standard substance, which is an isotope-labeled nucleotide, a step of extracting and fractionating nucleotides from each sample, a step of measuring with a mass spectrometer, and a mass From the results obtained by the analyzer, the nucleotide unlabeled peak (peak of each nucleotide not labeled with an isotope phase-separated from the sample extract) and the labeled peak (isotope-labeled each nucleotide as an internal standard substance) And a step of quantifying nucleotides by obtaining an intensity ratio with respect to the peak of ().

また、本発明に係るチャートの読み取りや計算は、プログラムを利用することが好ましく、本発明による定量または解析方法の各工程をコンピュータ上で実行させることが好ましい。本発明に係るプログラムは、CD−ROM、磁気ディスク、半導体メモリなどの各種記録媒体を通じてコンピュータにインストールまたはダウンロードすることが可能である。   Further, it is preferable to use a program for reading and calculating the chart according to the present invention, and it is preferable to execute each step of the quantification or analysis method according to the present invention on a computer. The program according to the present invention can be installed or downloaded to a computer through various recording media such as a CD-ROM, a magnetic disk, and a semiconductor memory.

前述した通り、ヌクレオシド三リン酸などのヌクレオチドはDNAやRNAの構成因子、リン酸基の供与体、エネルギーの運搬体、酵素反応の補酵素であり、細胞シグナル伝達にも関わるなど、細胞の基本的な生物学的プロセスで重要な役割を果たしている。ヌクレオシド三リン酸の量的バランス異常は、細胞に重大な影響を及ぼし、Lesch−Nyhan症候群、mitochondrial depletion症候群、mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathyなど、いくつかの遺伝的疾患の原因が、ヌクレオチド合成に関わる遺伝子の欠損にあることが明らかになっている。   As mentioned above, nucleotides such as nucleoside triphosphates are constituents of DNA and RNA, phosphate group donors, energy carriers, coenzymes for enzyme reactions, and are also involved in cell signal transmission. Plays an important role in modern biological processes. Abnormal quantitative balance of nucleoside triphosphates has a significant effect on cells and is responsible for several genetic disorders, such as Lesch-Nyhan syndrome, mitochondrial depletion syndrome, mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathy, and the genes responsible for nucleotide synthesis, It has been revealed that

また前述した通り、ヌクレオシド三リン酸のバランス異常の測定は、創薬においても有用である。例えば、5-フルオロウラシルやヒドロキシ尿素などに代表される代謝拮抗剤は、ヌクレオチド合成を阻害することでがん細胞を殺傷するし、近年も精力的にこの種の抗がん剤が開発されている。さらに、抗がん剤や抗ウイルス剤として種々のヌクレオシドやヌクレオチド類似体(5−フルオロウラシルもその一種)の開発が進められている。これらの作用標的自体がヌクレオシド三リン酸のバランス異常であったり、副作用としてバランス異常を引き起こしたりする。   In addition, as described above, measurement of nucleoside triphosphate balance abnormality is also useful in drug discovery. For example, antimetabolites such as 5-fluorouracil and hydroxyurea kill cancer cells by inhibiting nucleotide synthesis, and this type of anticancer drug has been vigorously developed in recent years. . Furthermore, various nucleosides and nucleotide analogs (5-fluorouracil is also a kind) are being developed as anticancer agents and antiviral agents. These action targets themselves are nucleoside triphosphate balance abnormalities and cause side effects as a side effect.

従って、本発明のヌクレオチドの定量方法は、遺伝学や細胞生物学の研究だけでなく、患者の疾患に関するメカニズム解析、薬や遺伝毒性物質に関する検査、薬効や副作用の評価に有用である。   Therefore, the nucleotide quantification method of the present invention is useful not only for studies of genetics and cell biology, but also for analysis of mechanisms related to patient diseases, tests for drugs and genotoxic substances, and evaluation of drug efficacy and side effects.

本発明によれば、例えば、ゲノム複製必要量とヌクレオチドプールの定量的解析(検査)を行うことができる。細胞ヌクレオチドプールの量的バランス異常は、遺伝子疾患が潜んでいる可能性を示唆する。これまで、ヌクレオチドプール量の変化と細胞周期停止の定量的関係はほとんどわかっていない。本発明によれば、検体に含まれるヌクレオチドの量を、相対量ではなく、絶対量として測定することができる。この結果を利用して、ヒト細胞中ゲノムの複製に必要な量と対比するなどして、ヌクレオチドの量の異常などを詳しくかつ正確に知ることができる。これにより、より早期に遺伝子疾患やがんの病態を発見できる可能性がある。   According to the present invention, for example, quantitative analysis (examination) of a genome replication requirement amount and a nucleotide pool can be performed. Abnormal quantitative balance of cellular nucleotide pools suggests that genetic diseases may be lurking. To date, little is known about the quantitative relationship between changes in the amount of nucleotide pool and cell cycle arrest. According to the present invention, the amount of nucleotides contained in a specimen can be measured as an absolute amount, not a relative amount. By utilizing this result, it is possible to know in detail and accurately the abnormality in the amount of nucleotides, for example, by comparing with the amount necessary for replication of the genome in human cells. Thereby, there is a possibility that genetic diseases and cancer pathologies can be discovered earlier.

以下に本発明を実施例に基づきより詳細に説明するが、本発明がこれにより限定して解釈されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not construed as being limited thereto.

<材料と方法>
(材料)
RPMI1640培地、ペニシリン、ストレプトマイシン、およびウシ胎児血清(FBS)は、ライフテクノロジース社、米国、カリフォルニア州(Life Technologies,California,USA)から購入した。dATPは、GEヘルスケア社、イリノイ州、米国(GE Healthcare,Illinois,USA)から購入した。dGTP、dCTPおよびdTTPは、サーモフィッシャーサイエンティフィック社、マサチューセッツ州、米国(Thermo Fisher Scientific,Massachusetts,USA)から購入した。[151310]ATP、[151310]GTP、[1513]CTP、[1513]UTP、[151310]dATP、[151310]dGTP、[1513]dCTP、および[151310]dTTPは、シグマアルドリッチ社、ミズーリ州、米国(Sigma−Aldrich,Missouri,USA)から購入した。他の化学薬品は、富士フイルム和光純薬(Wako)社(大阪府、日本)から購入した。チミジンの原液は超純水に溶解した。
<Materials and methods>
(material)
RPMI 1640 medium, penicillin, streptomycin, and fetal bovine serum (FBS) were purchased from Life Technologies, Calif., Life Technologies, California, USA. dATP was purchased from GE Healthcare, Illinois, USA (GE Healthcare, Illinois, USA). dGTP, dCTP and dTTP were purchased from Thermo Fisher Scientific, Massachusetts, USA (Thermo Fisher Scientific, Massachusetts, USA). [ 15 N 5 , 13 C 10 ] ATP, [ 15 N 5 , 13 C 10 ] GTP, [ 15 N 3 , 13 C 9 ] CTP, [ 15 N 2 , 13 C 9 ] UTP, [ 15 N 5 , 13 C 10 ] dATP, [ 15 N 5 , 13 C 10 ] dGTP, [ 15 N 3 , 13 C 9 ] dCTP, and [ 15 N 2 , 13 C 10 ] dTTP are from Sigma-Aldrich, Missouri, USA (Sigma) -Purchased from Aldrich, Missouri, USA). Other chemicals were purchased from FUJIFILM Wako Pure Chemical (Wako) (Osaka Prefecture, Japan). The stock solution of thymidine was dissolved in ultrapure water.

(細胞の培養)
ヒト急性骨髄性白血病Molm−13細胞を、10%のFBS、100単位/mLのペニシリン、および100μg/mLのストレプトマイシンを補充したRPMI1640培地中で、37℃で加湿した5%COインキュベーター中で培養した。
(Cell culture)
Human acute myeloid leukemia Molm-13 cells were cultured in RPMI 1640 medium supplemented with 10% FBS, 100 units / mL penicillin, and 100 μg / mL streptomycin in a 5% CO 2 incubator humidified at 37 ° C. did.

(代謝物の抽出)
Molm−13細胞(培地2ml中1×10個)をビヒクル[2%(v/v)超純水]またはチミジンで24時間処理した。上記化学薬品の溶液を培地に直接添加した。細胞懸濁液を15mLの試験管に移し、懸濁液150μLを細胞計数用に保存して、細胞生存数を決定した。残りの細胞懸濁液を遠心分離機LC−200(トミー(Tomy)社製、東京、日本)を用いて1,000rpmで5分間遠心分離してペレット化し、上清をデカンテーションにより除去した。10mLの氷冷PBS(リン酸緩衝生理食塩水)を添加した後、細胞ペレットを再懸濁し、遠心分離機MX−301(トミー(Tomy)社製)を用いて1,000rpmで5分間遠心分離して再度ペレット化した。デカンテーションにより上清を除去した後、1mLの氷冷PBSを細胞ペレットに加え、再懸濁させた。100μLの懸濁液を細胞計数のために保存し、代謝物の抽出に使用した細胞数を決定した。細胞計数は、コールターカウンターZ2(ベックマンコールター社製、カリフォルニア州、米国:Beckman Coulter、CA、USA)を用いて行った。残りの懸濁液の1mLを1.5mL試験管に移し、4℃で2,000×gで2分間遠心分離してペレット化し、900μLの上清を除去した。代謝物を抽出するために、500μLのメタノールを残りのサンプルに添加し、激しく渦攪拌した。
(Extraction of metabolites)
Molm-13 cells (1 × 10 6 cells in 2 ml of medium) were treated with vehicle [2% (v / v) ultrapure water] or thymidine for 24 hours. The chemical solution was added directly to the medium. The cell suspension was transferred to a 15 mL tube and 150 μL of the suspension was stored for cell counting to determine cell viability. The remaining cell suspension was pelleted by centrifugation at 1,000 rpm for 5 minutes using a centrifuge LC-200 (manufactured by Tommy, Tokyo, Japan), and the supernatant was removed by decantation. After adding 10 mL of ice-cold PBS (phosphate buffered saline), the cell pellet was resuspended and centrifuged at 1,000 rpm for 5 minutes using a centrifuge MX-301 (manufactured by Tommy). And pelletized again. After removing the supernatant by decantation, 1 mL of ice-cold PBS was added to the cell pellet and resuspended. 100 μL of the suspension was saved for cell counting and the number of cells used for metabolite extraction was determined. Cell counting was performed using a Coulter Counter Z2 (Beckman Coulter, California, USA: Beckman Coulter, CA, USA). 1 mL of the remaining suspension was transferred to a 1.5 mL tube, pelleted by centrifugation at 2,000 × g for 2 minutes at 4 ° C., and 900 μL of supernatant was removed. To extract metabolites, 500 μL of methanol was added to the remaining sample and vortexed vigorously.

(内部標準物質の添加)
さらに、上記で得たサンプル(600μL)に、10μLの内部標準混合物(10μmol/L[151310]ATP、10μmol/L[151310]GTP、10μmol/L[1513]CTP、10μmol/L[1513]UTP、10μmol/L[151310]dATP、10μmol/L[151310]dGTP、10μmol/L[1513]dCTP、および10μmol/L[151310]dTTP)並びに190μLの超純水を添加して、激しく渦攪拌した。10,000×g、15分間、4℃で遠心分離した後、700μLの上清を新しい1.5mLの試験管に移し、遠心蒸発器CVE−3100(東京理化器械社製、東京、日本)を用いて37℃で蒸発乾固した。乾燥したサンプルを、使用時まで−20℃で保存した。
(Addition of internal standard substance)
Furthermore, 10 μL of the internal standard mixture (10 μmol / L [ 15 N 5 , 13 C 10 ] ATP, 10 μmol / L [ 15 N 5 , 13 C 10 ] GTP, 10 μmol / L [ 15 N 3 , 13 C 9 ] CTP, 10 μmol / L [ 15 N 2 , 13 C 9 ] UTP, 10 μmol / L [ 15 N 5 , 13 C 10 ] dATP, 10 μmol / L [ 15 N 5 , 13 C 10 ] dGTP, 10 μmol / L [ 15 N 3 , 13 C 9 ] dCTP, and 10 μmol / L [ 15 N 2 , 13 C 10 ] dTTP) and 190 μL of ultrapure water were added and vigorously vortexed. After centrifugation at 10,000 × g for 15 minutes at 4 ° C., 700 μL of the supernatant was transferred to a new 1.5 mL test tube, and a centrifugal evaporator CVE-3100 (Tokyo Rika Kikai Co., Ltd., Tokyo, Japan) was used. And evaporated to dryness at 37 ° C. The dried sample was stored at −20 ° C. until use.

(LC−MS/MS)
乾燥したサンプルを、10mmol/Lの重炭酸アンモニウムとアセトニトリル[35(v):65(v)]の混合物100μLに再溶解した。16,000×gで5分間遠心分離した後、70μLの上清をバイアルに移した。質量分光分析は、H−classBioシステム(Waters社製、マンチェスター、英国)を備えたXevo TQ−Sマイクロ(Waters社製)を用いて行った。各試料2μLを、流速0.5mL/分でSeQuant(登録商標) ZIC−pHILIC HPLCカラム(5μm 4.6×150mmカラム(メルク ミルポア社製、ダルムシュタット、ドイツ))で分離し、続いて、以下のように溶出した((溶媒A、10mmol/L重炭酸アンモニウムおよび0.05容量%アンモニア水;溶媒B、アセトニトリル):0〜5分、65%B〜40%Bのリニアグラジエント;5〜7分、0%Bへのリニアグラジエント;7〜9分、0%Bでアイソクラティック(isocratic);9〜9.1分、65%Bへのリニアグラジエント;9.1〜15分、65%Bでアイソクラティック)。
(LC-MS / MS)
The dried sample was redissolved in 100 μL of a mixture of 10 mmol / L ammonium bicarbonate and acetonitrile [35 (v): 65 (v)]. After centrifugation at 16,000 × g for 5 minutes, 70 μL of the supernatant was transferred to a vial. Mass spectrometric analysis was performed using a Xevo TQ-S micro (Waters) equipped with an H-classBio system (Waters, Manchester, UK). 2 μL of each sample was separated on a SeQuant® ZIC-pHILIC HPLC column (5 μm 4.6 × 150 mm column (Merck Milpore, Darmstadt, Germany)) at a flow rate of 0.5 mL / min, followed by ((Solvent A, 10 mmol / L ammonium bicarbonate and 0.05 vol% aqueous ammonia; solvent B, acetonitrile): 0-5 min, 65% B-40% B linear gradient; 5-7 min , Linear gradient to 0% B; 7-9 minutes, isocratic at 0% B; 9-9.1 minutes, linear gradient to 65% B; 9.1-15 minutes, 65% B In isocratic).

多重反応モニタリング(MRM)は、噴霧ガスとして窒素を用いたポジティブ(陽)イオンモードで行った。実験条件は以下のように設定した:
イオン源温度、150℃;
脱溶媒温度、550℃;
脱溶媒ガス流速、1200L/時間;
キャピラリー電圧、2.0kV;
コーンガス流速、110L/時間;
衝突ガスはアルゴン。
Multiple reaction monitoring (MRM) was performed in positive ion mode using nitrogen as the atomizing gas. The experimental conditions were set as follows:
Ion source temperature, 150 ° C .;
Solvent removal temperature, 550 ° C .;
Desolvent gas flow rate, 1200 L / hour;
Capillary voltage, 2.0 kV;
Cone gas flow rate, 110 L / hr;
The collision gas is argon.

MRM(Multiple Reaction Monitoring)遷移(transition)の条件は以下のとおりである(Q1>Q3):
[コーン電圧(V)、衝突エネルギー(eV)]ATP, 508.1 > 136.0 (20, 35); GTP, 524.1 > 152.0 (20, 25); CTP, 484.1 > 112.0 (20, 20); UTP, 485.0 > 96.9 (20, 25); dATP, 492.1 > 136.0 (20, 20); dGTP, 508.1 > 152.0 (20, 20); dCTP, 468.0 > 112.0 (20, 15); dTTP, 483.0 > 81.0 (50, 15); [15N5,13C10]ATP, 523.1 > 146.0 (20, 35); [15N5,13C10]GTP, 539.1 > 162.1 (20, 25); [15N3,13C9]CTP, 496.1 > 119.0 (20, 20); [15N2,13C9]UTP, 496.0 > 101.9 (20, 25); [15N5,13C10]dATP, 507.1 > 146.0 (20, 20); [15N5,13C10]dGTP, 523.1 > 162.1 (20, 20); [15N3,13C9]dCTP, 480.1 > 119.0 (20, 15); [15N2,13C10]dTTP, 495.1 > 86.0 (50, 15)。
The conditions of MRM (Multiple Reaction Monitoring) transition are as follows (Q1> Q3):
[Cone voltage (V), collision energy (eV)] ATP, 508.1> 136.0 (20, 35); GTP, 524.1> 152.0 (20, 25); CTP, 484.1> 112.0 (20, 20); UTP, 485.0> 96.9 (20, 25); dATP, 492.1> 136.0 (20, 20); dGTP, 508.1> 152.0 (20, 20); dCTP, 468.0> 112.0 (20, 15); dTTP, 483.0> 81.0 (50, 15) [ 15 N 5 , 13 C 10 ] ATP, 523.1> 146.0 (20, 35); [ 15 N 5 , 13 C 10 ] GTP, 539.1> 162.1 (20, 25); [ 15 N 3 , 13 C 9 ] CTP, 496.1> 119.0 (20, 20); [ 15 N 2 , 13 C 9 ] UTP, 496.0> 101.9 (20, 25); [ 15 N 5 , 13 C 10 ] dATP, 507.1> 146.0 (20, 20) [ 15 N 5 , 13 C 10 ] dGTP, 523.1> 162.1 (20, 20); [ 15 N 3 , 13 C 9 ] dCTP, 480.1> 119.0 (20, 15); [ 15 N 2 , 13 C 10 ] dTTP, 495.1> 86.0 (50, 15).

各代謝物の量は、標的代謝物とその同位体標識された内部標準物質のピーク面積比を計算することによって定量した。検量線は、同位体標識された内部標準物質を添加した(spiked)標準品の代謝物を使用することによって得た。   The amount of each metabolite was quantified by calculating the peak area ratio between the target metabolite and its isotopically labeled internal standard. A calibration curve was obtained by using a standard metabolite spiked with an isotopically labeled internal standard.

<結果>
(方法の開発)
8種の標準代謝物(dATP、dGTP、dCTP、dTTP、ATP、GTP、CTP、およびUTP)および、それら各々の同位体標識代謝物を内部標準物質として使用した。同位体標識された標準物質の使用は、本発明の方法の利点の一つである。それは、同一の分離、イオン化および断片パターンを有し、高い精度と正確さを実現できるからである(Pitt JJ (2009) Clin Biochem Rev 30 (1):19-34)。これらの代謝物のMRM測定条件は手動で最適化した。細胞のdNTPレベルは、細胞のNTPレベルより約2桁小さいことが報告されている(非特許文献1)。そのため、dNTPとNTPの間で異なる濃度範囲における検量線を得た。その結果、検量線は、dNTPについては3〜1000nmol/Lの範囲全体にわたり、NTPについては300〜100,000nmol/Lの範囲全体にわたって直線的であった。相関係数は、dATPが0.9983、dGTPが0.9977、dCTPが0.9990、dTTPが0.9981、ATPが0.9995、GTPが0.9994、CTPが0.9997、UTPが0.9996であった。次に、精度と正確さを代謝物ごとに3つのレベルで計算した。8回の反復実験に基づいて精度および正確さを得ることができており、具体的には、すべての代謝物において0.6〜5.4%のCV(変動係数:Coefficient of Variation)および−3.1〜2.5%のBias(偏り)の範囲であった(表1)。これらのデータは、本発明の方法が許容可能な精度と正確さを有することを示している。
<Result>
(Method development)
Eight standard metabolites (dATP, dGTP, dCTP, dTTP, ATP, GTP, CTP, and UTP) and their respective isotope-labeled metabolites were used as internal standards. The use of an isotopically labeled standard is one of the advantages of the method of the present invention. This is because it has the same separation, ionization and fragment pattern and can achieve high precision and accuracy (Pitt JJ (2009) Clin Biochem Rev 30 (1): 19-34). The MRM measurement conditions for these metabolites were manually optimized. It has been reported that the dNTP level of a cell is about 2 orders of magnitude smaller than the NTP level of a cell (nonpatent literature 1). Therefore, calibration curves were obtained in different concentration ranges between dNTP and NTP. As a result, the calibration curve was linear over the entire range of 3 to 1000 nmol / L for dNTP and over the entire range of 300 to 100,000 nmol / L for NTP. The correlation coefficients are 0.9983 for dATP, 0.9977 for dGTP, 0.9990 for dCTP, 0.9981 for dTTP, 0.9995 for ATP, 0.9994 for GTP, 0.9997 for CTP, and 0 for UTP. .9996. Next, accuracy and accuracy were calculated at three levels for each metabolite. Accuracy and accuracy have been obtained based on 8 replicates, specifically 0.6 to 5.4% CV (Coefficient of Variation) and − for all metabolites. The range was 3.1 to 2.5% Bias (bias) (Table 1). These data show that the method of the present invention has acceptable accuracy and accuracy.

(細胞からの抽出物の利用)
本発明の方法を生物学的サンプルに適用できるかどうかを試験した。メタノールによるMolm−13細胞からの代謝物の抽出の直後に、dNTPおよびNTPの同位体で標識された内部標準物質を、抽出物に添加することにより、その後の処理で発生するサンプル間のばらつきを是正することができる。蒸発乾固および再溶解後、本発明の方法を利用してdNTPおよびNTPの検出を試みた。図1に示すように、dNTPおよびNTPを表す明白なピークが、それぞれの内部標準と同じ保持時間で観測された。これらのデータから、本発明の方法によれば、細胞サンプルからdNTPおよびNTPを特異的に検出できることが分かる。
(Use of extracts from cells)
It was tested whether the method of the present invention could be applied to biological samples. Immediately after extraction of metabolites from Molm-13 cells with methanol, internal standard substances labeled with dNTPs and NTP isotopes were added to the extract to reduce variability between samples generated in subsequent processing. It can be corrected. After evaporating to dryness and redissolving, detection of dNTP and NTP was attempted using the method of the present invention. As shown in FIG. 1, clear peaks representing dNTPs and NTPs were observed with the same retention times as the respective internal standards. From these data, it can be seen that according to the method of the present invention, dNTP and NTP can be specifically detected from a cell sample.

(細胞サンプルの定量分析)
次に、Molm−13細胞からの抽出物中のdNTPおよびNTPの絶対量の定量試験を行った。この実施例では、ヌクレオチドプールのバランス異常の誘発剤としてチミジンを使用した。Molm−13細胞を2つの濃度でチミジンにより処理した。低濃度(200μmol/L)では細胞の増殖に有意に影響しなかったが、高濃度(2000μmol/L)ではコントロールとなるビヒクルと対比して増殖を60%に阻害した(図2)。処理後、上記<材料と方法>の項で述べた代謝抽出物に使用された細胞数と、Molm−13細胞における各代謝物の分子数の計算値を以下の式に従って決定した。
(Quantitative analysis of cell samples)
Next, the quantitative test of the absolute amount of dNTP and NTP in the extract from Molm-13 cells was performed. In this example, thymidine was used as an inducer of abnormal nucleotide pool balance. Molm-13 cells were treated with thymidine at two concentrations. Low concentration (200 μmol / L) did not significantly affect cell growth, but high concentration (2000 μmol / L) inhibited proliferation by 60% compared to control vehicle (FIG. 2). After the treatment, the number of cells used in the metabolic extract described in the above <Materials and methods> and the calculated value of the number of molecules of each metabolite in Molm-13 cells were determined according to the following formula.

ビヒクル条件では、細胞内のdNTP量は、dATPが分子数で4.63×10、dGTPが1.72×10、dCTPが4.22×10、dTTPが1.40×10であった。チミジンは、用量依存的に細胞中のdTTPを増加させた。2000μmol/Lチミジンでの処理後に、細胞中のdTTPは12.9倍(分子数/細胞で1.81×10)という最も顕著な増加を示した。逆に、チミジンは、用量依存的に、細胞中のdCTPのレベルを低下させた(2000μmol/Lチミジンで分子数/細胞が2.02×10)。細胞中のdGTPのレベルは200μmol/Lチミジンによって影響を受けなかったが、2000μmol/LチミジンはdGTPのレベルを4.6倍(分子数/細胞で7.83×10)まで増加させた。dATPのレベルは、200μmol/Lのチミジンで処理した後に0.69倍(分子数/細胞で3.19×10)に減少したが、2000μmol/Lのチミジンで処理した後には1.41倍(分子数/細胞で6.52×10)に増加した。細胞内のNTPの量は、dNTPの1桁またはそれ以上であり、ATPの場合は分子数が2.29×10、GTPの場合は分子数が5.05×10、dCTPの場合は分子数が2.07×10、UTPの場合は分子数が5.20×10であった。CTPのレベルはチミジンの処理によって用量に依存するように増加し、1.56倍(分子数/細胞で3.22×10)に増加した。GTPおよびUTPのレベルは、200μmol/Lのチミジン処理によって変化しなかったが、2000μmol/Lのチミジンでは、これらのレベルを増加させた(GTPについて1.21倍およびUTPについて2.02倍)。細胞中のATPレベルは、本実施例で採用した条件では変化を示さなかった。 Under vehicle conditions, the amount of dNTP in the cell is 4.63 × 10 6 for dATP, 1.72 × 10 6 for dGTP, 4.22 × 10 6 for dCTP, and 1.40 × 10 7 for dTTP. there were. Thymidine increased dTTP in cells in a dose-dependent manner. After treatment with 2000 μmol / L thymidine, dTTP in the cells showed the most significant increase of 12.9 times (number of molecules / 1.81 × 10 8 in cells). Conversely, thymidine reduced the level of dCTP in cells in a dose-dependent manner (2000 μmol / L thymidine molecule number / cell 2.02 × 10 6 ). The level of dGTP in the cells was not affected by 200 μmol / L thymidine, but 2000 μmol / L thymidine increased the level of dGTP by 4.6 times (number of molecules / 7.83 × 10 6 cells). The level of dATP decreased 0.69 times after treatment with 200 μmol / L thymidine (number of molecules / cell 3.19 × 10 6 ), but 1.41 times after treatment with 2000 μmol / L thymidine. It increased to (number of molecules / cell 6.55 × 10 6 ). The amount of NTP in the cell is one digit or more of dNTP, the number of molecules is 2.29 × 10 9 for ATP, 5.05 × 10 8 for GTP, and for dCTP The number of molecules was 2.07 × 10 8 , and in the case of UTP, the number of molecules was 5.20 × 10 8 . CTP levels increased dose-dependently with thymidine treatment and increased 1.56 times (number of molecules / 3.22 × 10 8 in cells). GTP and UTP levels did not change with 200 μmol / L thymidine treatment, but 2000 μmol / L thymidine increased these levels (1.21 fold for GTP and 2.02 fold for UTP). ATP levels in the cells did not change under the conditions employed in this example.

上記の通り、安定同位体、HILICカラムおよびLC−MS/MSを用いて、ヌクレオシド三リン酸などのヌクレオチドを同時絶対定量する簡便かつ信頼性の高い方法を確立することができた。本発明の方法を用いることにより、チミジン曝露によって生じた細胞内ヌクレオシド三リン酸の量的変化を定量的に捉えることができる。   As described above, a simple and reliable method for simultaneous absolute quantification of nucleotides such as nucleoside triphosphates using stable isotopes, HILIC columns and LC-MS / MS could be established. By using the method of the present invention, quantitative changes in intracellular nucleoside triphosphates caused by thymidine exposure can be captured quantitatively.

(チミジンによるヌクレオチドプール撹乱メカニズム)
本発明において、チミジンによるヌクレオチドプール撹乱メカニズムとして以下のメカニズムが推測されるが、これに限定されるものではない。
チミジンは細胞内でピリミジンヌクレオチドのサルベージ(salvage)経路を介してdTTPに変換される。過剰のチミジン暴露は細胞内dTTPを過剰に生成させ、ヌクレオチドプールのバランス異常を引き起こす。これにより、細胞周期チェックポイントを活性化し、細胞増殖を停止させる。細胞生物学の分野では、この原理は細胞周期の同調のために利用される(ダブルチミジンブロックとして知られる)。しかし、過剰のチミジンがヌクレオチドプールのバランスを崩す正確なメカニズムはほとんど分かっていない。本実施例において、2000μmol/LのチミジンにMolm−13細胞を曝すと細胞の増殖を優位に阻害し(図2)、dTTPだけでなくdGTPやdATPのレベルを高め、dCTPレベルのみを低減させた(図3)。チミジンで処理した群とビヒクル(vehicle)の群の細胞中のdNTPレベルの比率をとると、dTTP(12.9倍)>dGTP(4.6倍)>dATP(1.41倍)>dCTP(0.48倍)の順であった。この結果は、リボヌクレオチド還元酵素(RNR:ribonucleotide reductase)によるデオキシリボヌクレオチドの生成制御の点から説明できる(図4)。RNRはNDPを還元してdNDPを生成させ、反応物は細胞中でさらにリン酸化されてdNTPになる(dTTPはdUDPから複数段階の反応を経て生成する)。RNRはその活性や基質選択性がアロステリックに制御されている。過剰なチミジンにMolm−13細胞が曝されるとdTTPが誘導され、これが過剰になると、dTTPが結合したRNRはGDPを選択的に還元してdGDPを生成させる。次いで、これがリン酸化してdGTPが生成する。その結果、細胞内のdGTPが増加すると、dGTPのRNRに対する結合が促進され、これはADPを選択的に還元してdADPを生成させる。次いで、細胞中でこれがリン酸化されてdATPが生成する。すると、dATPがRNRの活性調節部位に結合し、RNRの反応を阻害する。このようにして、細胞の増殖に伴いdNTPを消費した結果、細胞中のdCTPのみが枯渇し、細胞増殖が停止するものと考えられる。本発明の方法は、ヌクレオチド代謝を撹乱する遺伝毒性物質や抗がん剤のメカニズム解明に有用である。
(Nucleotide pool disturbance mechanism by thymidine)
In the present invention, the following mechanism is presumed as a nucleotide pool disturbance mechanism by thymidine, but is not limited thereto.
Thymidine is converted to dTTP in cells via the salvage pathway of pyrimidine nucleotides. Excess thymidine exposure causes excessive production of intracellular dTTP, resulting in an unbalanced nucleotide pool. This activates the cell cycle checkpoint and stops cell growth. In the field of cell biology, this principle is utilized for cell cycle synchronization (known as double thymidine block). However, the exact mechanism by which excess thymidine disrupts the nucleotide pool balance is largely unknown. In this example, exposure of Molm-13 cells to 2000 μmol / L thymidine significantly inhibited cell growth (FIG. 2), increased levels of not only dTTP but also dGTP and dATP, and decreased only dCTP levels. (Figure 3). Taking the ratio of dNTP levels in the cells of the thymidine treated group and the vehicle group, dTTP (12.9 times)> dGTP (4.6 times)> dATP (1.41 times)> dCTP ( 0.48 times). This result can be explained from the point of production control of deoxyribonucleotides by ribonucleotide reductase (RNR) (FIG. 4). RNR reduces NDP to produce dNDP, and the reaction is further phosphorylated in the cell to become dNTP (dTTP is generated from dUDP through a multi-step reaction). The activity and substrate selectivity of RNR are allosterically controlled. When Molm-13 cells are exposed to excess thymidine, dTTP is induced, and when this is excessive, the RNR bound to dTTP selectively reduces GDP to produce dGDP. This is then phosphorylated to produce dGTP. As a result, increasing intracellular dGTP promotes dGTP binding to the RNR, which selectively reduces ADP to produce dADP. This is then phosphorylated in the cell to produce dATP. Then, dATP binds to the activity regulatory site of RNR and inhibits the RNR reaction. Thus, as a result of consuming dNTP along with cell growth, it is considered that only dCTP in the cell is depleted and cell growth is stopped. The method of the present invention is useful for elucidating the mechanisms of genotoxic substances and anticancer agents that disrupt nucleotide metabolism.

(ゲノム複製必要量とプールの定量的関係)
ゲノム複製必要量とプールの定量的関係は、以下のように推測できるが、これに限定されるものではない。
細胞ヌクレオチドプールに量的バランス異常が起こると、細胞周期チェックポイントが活性化して細胞周期がG0/G1期で停止する。しかしながら、プールの量の変化と細胞周期停止の定量的関係はほとんどわかっていない。2倍体であるヒト細胞中のゲノムの1回の複製に必要なdNTPの量は以下のように見積もられる。
(Quantitative relationship between genome replication requirement and pool)
The quantitative relationship between the genome replication requirement and the pool can be estimated as follows, but is not limited thereto.
When a quantitative balance abnormality occurs in the cell nucleotide pool, the cell cycle checkpoint is activated and the cell cycle stops at the G0 / G1 phase. However, little is known about the quantitative relationship between changes in pool volume and cell cycle arrest. The amount of dNTP required for one replication of the genome in human cells that are diploid is estimated as follows.

ヒトゲノムのサイズは、Genome Reference Consortium Human Build 38 patch release 12に基づき3.26×10bpである。Xはヒトゲノムを構成する各塩基の割合で、それぞれ29.3%(A)、20.7%(G)、20.0%(C)、30.0%(T)とする。上記の計算式より、2倍体であるヒト細胞中のゲノムの1回の複製に必要なdNTPの量はそれぞれ3.82×10個(dATP)、2.70×10個(dGTP)、2.61×10個(dCTP)、3.91×10個(dTTP)である。これらの値と、本実施例で得たMolm−13細胞中のdNTPの定量値を比較した結果を表2に示した。ビヒクル(vehicle)条件において、細胞内dNTPは2倍体ゲノムの倍加に必要な量の0.064−0.358%と非常に少ない。その理由の一つはおそらく、細胞のゲノムの完全性を保つために、不要なDNA複製反応によりゲノムに突然変異が生じることを防ぐためと解される。チミジンはdCTPのみを減少させたが、細胞内dCTPが2倍体ゲノム分の0.162%から0.109%にまで減少しても、細胞増殖に影響が出なかった(図2および図3)。しかし、高用量チミジンの処理により細胞内のdCTPが2倍体ゲノムの0.077%にまで減少すると、顕著な増殖阻害作用が見られた。このことは、Molm−13細胞の細胞周期チェックポイントを活性化するには細胞内dCTPが2倍体ゲノム分の0.077%(分子数/細胞で2.02×10)にまで低下する必要があることを示唆している。一方で、本実施例におけるヌクレオチドプールの定量値は、各条件における細胞内ヌクレオチド量の平均値であることに留意する必要がある。そのことを考慮してもなお、本発明の方法は、分子生物学その他の関連分野における定量分析に有用である。 The size of the human genome is 3.26 × 10 9 bp based on the Genome Reference Consortium Human Build 38 patch release 12. X is the ratio of each base constituting the human genome, which is 29.3% (A), 20.7% (G), 20.0% (C), and 30.0% (T), respectively. From the above formula, the amount of dNTP required for one replication of the genome in a diploid human cell is 3.82 × 10 9 (dATP) and 2.70 × 10 9 (dGTP), respectively. 2.61 × 10 9 (dCTP) and 3.91 × 10 9 (dTTP). Table 2 shows the result of comparing these values with the quantitative value of dNTP in Molm-13 cells obtained in this example. In vehicle conditions, intracellular dNTPs are very low, 0.064-0.358% of the amount required for diploid genome doubling. One reason is probably to prevent mutations in the genome from unnecessary DNA replication reactions in order to preserve the integrity of the cell's genome. Thymidine decreased only dCTP, but even when intracellular dCTP decreased from 0.162% to 0.109% of the diploid genome, cell proliferation was not affected (FIGS. 2 and 3). ). However, when the high dose thymidine treatment reduced intracellular dCTP to 0.077% of the diploid genome, a marked growth inhibitory effect was seen. This means that, in order to activate the cell cycle checkpoint of Molm-13 cells, intracellular dCTP is reduced to 0.077% of the diploid genome (number of molecules / 2.02 × 10 6 in cells). It suggests that there is a need. On the other hand, it should be noted that the quantitative value of the nucleotide pool in this example is an average value of the amount of intracellular nucleotides in each condition. Even so, the method of the present invention is useful for quantitative analysis in molecular biology and other related fields.

本発明により、LC−MS/MSを用いたデオキシヌクレオシド三リン酸(dNTP)とヌクレオシド三リン酸(NTP)の絶対定量が実現した。本発明によれば、dNTPおよびNTPを、dNTPについては3〜1,000nmol/Lの範囲で、NTPについては300〜100,000nmol/Lの範囲で、それぞれ精度よくかつ正確に定量することができる。本発明の方法は、ヒト細胞サンプルに適用できる。本発明の方法は、処理時間が短く(15分/1回の処理(run))、適応範囲が広く、スループットが高い。従って、本発明の方法は、遺伝学的・分子生物学的研究だけでなく、遺伝毒性のある化合物や薬剤の作用機序の研究、抗がん剤のスクリーニング、臨床研究およびその他の分野の強力なツールとして応用することができる。   According to the present invention, absolute quantification of deoxynucleoside triphosphate (dNTP) and nucleoside triphosphate (NTP) using LC-MS / MS was realized. According to the present invention, dNTP and NTP can be accurately and accurately quantified in the range of 3 to 1,000 nmol / L for dNTP and 300 to 100,000 nmol / L for NTP, respectively. . The method of the present invention can be applied to human cell samples. The method of the present invention has a short processing time (15 minutes / one time (run)), a wide adaptive range, and a high throughput. Therefore, the method of the present invention is not only for genetic and molecular biological studies, but also for studying the mechanism of action of genotoxic compounds and drugs, screening for anticancer drugs, clinical research, and other fields. It can be applied as a simple tool.

Claims (17)

サンプル中の2種以上のヌクレオチドを液体クロマトグラフィー−質量分析法により定量する方法であって、
サンプルからヌクレオチド混合物を抽出する工程aと、
前記ヌクレオチド混合物に、同位体で標識した前記2種以上のヌクレオチドを内部標準物質として添加し、測定サンプルを調製する工程bと、
順相カラムを用いた液体クロマトグラフィーにより、前記測定サンプルから各ヌクレオチドを分離する工程cと、
分離した各ヌクレオチドを質量分析法により同定する工程dと、
同定した各ヌクレオチドのクロマトグラムピーク面積と内部標準物質のクロマトグラムピーク面積の比を求めて各ヌクレオチドを定量する工程eと、
を含む方法。
A method for quantifying two or more nucleotides in a sample by liquid chromatography-mass spectrometry,
Extracting a nucleotide mixture from the sample, a.
Adding the two or more kinds of nucleotides labeled with an isotope to the nucleotide mixture as an internal standard substance to prepare a measurement sample; and b
A step c of separating each nucleotide from the measurement sample by liquid chromatography using a normal phase column;
Identifying each separated nucleotide by mass spectrometry, step d;
Determining the ratio of the chromatogram peak area of each identified nucleotide and the chromatogram peak area of the internal standard substance to quantify each nucleotide; e.
Including methods.
サンプル中に含まれる細胞数を測定する工程と、
ヌクレオチドの定量結果から細胞あたりのヌクレオチドの分子数を算出する工程と、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
Measuring the number of cells contained in the sample;
Calculating the number of nucleotide molecules per cell from nucleotide quantification results;
The method of claim 1, further comprising:
サンプルが、組織、細胞および生体液からなる群より選択される、請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the sample is selected from the group consisting of tissue, cell and biological fluid. ヌクレオチドが、ヌクレオシド三リン酸またはデオキシヌクレオシド三リン酸である、請求項1から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 nucleotide is nucleoside triphosphate or deoxynucleoside triphosphate. 同位体が、H、13C、15N、17Oおよび18Oからなる群から選択される、請求項1から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 the isotope is selected from the group consisting of 2 H, 13 C, 15 N, 17 O and 18 O. 液体クロマトグラフィーが、親水性相互作用型クロマトグラフィーである、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the liquid chromatography is hydrophilic interaction chromatography. 液体クロマトグラフィーが、スルホベタイン基で修飾された固定相を有する分離カラムを用いた親水性相互作用型クロマトグラフィーである、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the liquid chromatography is hydrophilic interaction chromatography using a separation column having a stationary phase modified with a sulfobetaine group. 順相カラムのカラム内壁の材質が、ポリエーテルエーテルケトンである、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the material of the inner wall of the normal phase column is polyetheretherketone. 質量分析法により同定する工程dにおいて、多重反応モニタリングをポジティブイオンモードで行う、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 8, wherein multiple reaction monitoring is performed in a positive ion mode in the step d of identifying by mass spectrometry. 工程eにおいて、各ヌクレオチドの検量線を予め作成し、作成した検量線に基づいて各ヌクレオチドを定量する、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 9, wherein in step e, a calibration curve for each nucleotide is prepared in advance, and each nucleotide is quantified based on the prepared calibration curve. 工程eにおいて、検量線作成用サンプルとして、分析対象の各ヌクレオチドの標準物質、および内部標準物質としての同位体で標識した前記各ヌクレオチドを含むサンプルを用いる、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。   11. The sample according to claim 1, wherein in step e, a sample containing a standard substance for each nucleotide to be analyzed and an isotope labeled with an isotope as an internal standard substance is used as a sample for preparing a calibration curve. The method described in 1. 工程eにおいて、検量線作成用サンプルを揮発性のアンモニウム塩およびアセトニトリルを含む溶解液を用いて調製する、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 11, wherein in step e, a sample for preparing a calibration curve is prepared using a solution containing a volatile ammonium salt and acetonitrile. 液体クロマトグラフィー−質量分析法が、LC−MS/MSと称される液体クロマトグラフ−タンデム質量分析計を用いた分析法である、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the liquid chromatography-mass spectrometry is an analysis method using a liquid chromatograph-tandem mass spectrometer called LC-MS / MS. 液体クロマトグラフィーに用いる移動相が、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウムおよび酢酸アンモニウムからなる群から選択されるいずれかを含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 13, wherein the mobile phase used for liquid chromatography comprises any selected from the group consisting of ammonium bicarbonate, ammonium carbonate and ammonium acetate. 液体クロマトグラフィーに用いる移動相のpHが、8〜11である、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 14, wherein the pH of the mobile phase used for liquid chromatography is 8 to 11. 液体クロマトグラフィーに用いる移動相の塩濃度が、10〜20mmol/Lである、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 15, wherein the salt concentration of the mobile phase used for liquid chromatography is 10 to 20 mmol / L. 各ヌクレオチドの絶対量を測定することができる、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 16, wherein the absolute amount of each nucleotide can be measured.
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