JP2021189111A - Ribosomal protein determination method, species identification method, mass analysis device, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リボソームタンパク質の判別方法、生物種の同定方法、質量分析装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to a method for discriminating ribosomal proteins, a method for identifying an organism, a mass spectrometer and a program.
質量分析法を利用してバクテリアの種を同定する方法として、リボソームタンパク質をバイオマーカーとして用いる方法が知られている。例えば非特許文献1および2には、マススペクトル上で観測されるバクテリアのリボソームタンパク質の観測質量と、タンパク質データベースに登録されているアミノ酸配列から求められる計算質量とを照合し、バクテリアの迅速な同定に適したバイオマーカーを選択する方法、およびそのアミノ酸配列情報を与えるバクテリアの種を同定する方法が開示されている。
As a method for identifying bacterial species using mass spectrometry, a method using a ribosomal protein as a biomarker is known. For example, in
しかしながら、データベースから求められるタンパク質の計算質量と、実際の観測質量とは一致しないことも多い。この理由のひとつとして、データベースに登録されたアミノ酸配列は、遺伝子のDNA配列を機械的に翻訳したものであるため、タンパク質の翻訳後修飾は考慮されていないことが挙げられる。計算質量と観測質量とが一致し、リボソームタンパク質であると判別できるタンパク質は限定的であったため、バクテリアの種の同定精度は十分ではなかった。 However, the calculated mass of the protein obtained from the database often does not match the actual observed mass. One of the reasons for this is that the amino acid sequences registered in the database are mechanically translated DNA sequences of genes, and therefore post-translational modification of proteins is not considered. Since the calculated mass and the observed mass were in agreement and the proteins that could be identified as ribosomal proteins were limited, the identification accuracy of the bacterial species was not sufficient.
ここで、翻訳後修飾を考慮してタンパク質の計算質量を求めれば、リボソームタンパク質を判別することができるとも考えられる。しかし、翻訳後修飾の種類やパターンは複雑に組み合わされ得るため、多くのリボソームタンパク質について、考え得る翻訳後修飾を考慮した計算質量を求め、観測質量と照合してリボソームタンパク質であるかどうかを判別することは妥当ではない。 Here, it is considered that ribosomal proteins can be discriminated by obtaining the calculated mass of the protein in consideration of post-translational modification. However, since the types and patterns of post-translational modifications can be combined in a complex manner, for many ribosomal proteins, the calculated mass considering possible post-translational modifications is obtained, and whether it is a ribosomal protein or not is determined by comparing it with the observed mass. It is not reasonable to do.
本発明は、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a method capable of easily determining whether or not a protein peaked on a mass spectrum is a ribosomal protein by mass spectrometry.
本発明は、リボソームタンパク質を含む試料を質量分析して検出されたマススペクトル上のピークが示す観測m/z値と、データベースに基づく第1計算m/z値とを照合し、検出されたピークの少なくとも一部をリボソームタンパク質に帰属させる帰属工程と、リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から得られる近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークに対応するタンパク質をリボソームタンパク質であると推定する推定工程と、を含む、リボソームタンパク質の判別方法に関する。 The present invention collates the observed m / z value indicated by the peak on the mass spectrum detected by mass analysis of a sample containing ribosomal protein with the first calculated m / z value based on the database, and the detected peak. The protein corresponding to the peak whose relative intensity is 50 to 150% with respect to the approximate curve or straight line obtained from the attribution step of assigning at least a part of the protein to the ribosomal protein and the relative intensity of the peak assigned to the ribosomal protein. The present invention relates to a method for discriminating a ribosomal protein, which comprises an estimation step of presuming that the protein is a ribosomal protein.
本発明は、m/z値に基づいてイオンを分離する質量分離部と、質量分離部で分離されたイオンを検出する検出部と、検出部が検出したイオンに基づいてマススペクトルを作成するマススペクトル作成部と、マススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークを選択する判別部と、を備える質量分析装置にも関する。 In the present invention, a mass separator that separates ions based on the m / z value, a detection unit that detects the ions separated by the mass separation unit, and a mass that creates a mass spectrum based on the ions detected by the detection unit. In the spectrum creator and mass spectrum, the peaks attributed to the ribosome protein are determined based on the database, an approximate curve or straight line of the relative intensity of the peak is created, and the relative intensity is relative to the approximate curve or straight line. It also relates to a mass spectrometer comprising a discriminator for selecting peaks of 50-150%.
本発明は、質量分析装置により取得されたマススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークを選択する処理を処理装置に行わせるプログラムにも関する。 In the present invention, in the mass spectrum acquired by the mass spectrometer, the peaks attributed to the ribosome protein are determined based on the database, an approximate curve or a straight line of the relative intensity of the peak is created, and the approximate curve or the approximate straight line is obtained. On the other hand, the present invention also relates to a program in which a processing apparatus is allowed to perform a process of selecting a peak having a relative intensity of 50 to 150%.
本発明によれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。 According to the present invention, it is possible to easily determine whether or not the protein indicated by the peak on the mass spectrum is a ribosomal protein by mass spectrometry.
本発明に係るリボソームタンパク質の判別方法は、
リボソームタンパク質を含む試料を質量分析して検出されたマススペクトル上のピークが示す観測m/z値と、データベースに基づく第1計算m/z値とを照合し、検出されたピークの少なくとも一部をリボソームタンパク質に帰属させる帰属工程と、
リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から得られる近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークに対応するタンパク質をリボソームタンパク質であると推定する推定工程と、を含む。
The method for discriminating ribosomal proteins according to the present invention is as follows.
At least a part of the detected peaks are collated with the observed m / z value indicated by the peak on the mass spectrum detected by mass spectrometry of the sample containing ribosomal protein and the first calculated m / z value based on the database. And the attribution process to attribute to ribosomal proteins,
Includes an estimation step of estimating that a protein corresponding to a peak having a relative intensity of 50-150% is a ribosomal protein with respect to an approximate curve or straight line obtained from the relative intensity of the peaks assigned to the ribosomal protein. ..
本発明に係るリボソームタンパク質の判別方法によれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。リボソームは、50種類以上のタンパク質から構成され、各タンパク質は概ね等モルずつ存在する。このため、リボソームタンパク質を含む試料を質量分析に供すると、理想的には、マススペクトル上の各リボソームタンパク質のピークは、同程度の相対強度を示すと考えられる。従って、リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度と同程度の相対強度を示すピークは、リボソームタンパク質である可能性が高いと判断することができる。 According to the method for discriminating ribosomal proteins according to the present invention, it is possible to easily discriminate whether or not the protein peaked on the mass spectrum is a ribosomal protein by mass spectrometry. Ribosomes are composed of more than 50 kinds of proteins, and each protein is present in approximately equimolar amounts. Therefore, when a sample containing ribosomal proteins is subjected to mass spectrometry, ideally, the peaks of each ribosomal protein on the mass spectrum are considered to show the same relative intensity. Therefore, it can be determined that a peak showing a relative intensity similar to the relative intensity of the peak attributed to the ribosomal protein is likely to be a ribosomal protein.
以下、各工程について詳細に説明する。 Hereinafter, each step will be described in detail.
[帰属工程]
帰属工程では、リボソームタンパク質を含む試料を質量分析して検出されたマススペクトル上のピークが示す観測m/z値と、データベースに基づく第1計算m/z値とを照合し、検出されたピークの少なくとも一部をリボソームタンパク質に帰属させる。
[Attribution process]
In the attribution step, the observed m / z value indicated by the peak on the mass spectrum detected by mass spectrometry of the sample containing ribosomal protein is compared with the first calculated m / z value based on the database, and the detected peak is collated. At least part of is attributed to ribosomal proteins.
第1計算m/z値は、GenBank、RefSeq、TPA、SwissProt、PIR、PRFおよびPDB等のデータベースからアミノ酸配列情報を入手し、算出することができる。データベースには、タンパク質のアミノ酸配列および遺伝子のDNA配列から選択される少なくともひとつが登録されている。データベースは、細胞が属する分類群(科、属、種等)の情報を含む。第1計算m/z値は、翻訳後修飾を考慮して算出されてもよい。観測m/z値と第1計算m/z値とを一致させやすくなり、マススペクトル上に検出されたピークのうち、リボソームタンパク質に帰属されるピーク数を増やすことができるためである。翻訳後修飾は、好ましくはN末端メチオニン切断である。リボソームタンパク質は、翻訳後修飾としてN末端メチオニン切断を受けていることが多いためである。特に細菌においては、N末端メチオニン切断を考慮して算出された第1計算m/z値の多くは観測m/z値と一致し、リボソームタンパク質のピークのほとんどを帰属させることができる。N末端メチオニンは、2番目のアミノ酸残基がグリシン(G)、アラニン(A)、セリン(S)、プロリン(P)、バリン(V)、スレオニン(T)およびシステイン(C)である場合に切断されやすいことが知られている。これらのアミノ酸残基が2番目にあっても、N末端メチオニンの切断が起こらない場合もある。 The first calculated m / z value can be calculated by obtaining amino acid sequence information from databases such as GenBank, RefSeq, TPA, SwissProt, PIR, PRF and PDB. At least one selected from the amino acid sequence of a protein and the DNA sequence of a gene is registered in the database. The database contains information on the taxa (family, genus, species, etc.) to which the cell belongs. The first calculated m / z value may be calculated in consideration of post-translational modification. This is because the observed m / z value and the first calculated m / z value can be easily matched, and the number of peaks attributed to the ribosomal protein among the peaks detected on the mass spectrum can be increased. Post-translational modification is preferably N-terminal methionine cleavage. This is because ribosomal proteins often undergo N-terminal methionine cleavage as a post-translational modification. Especially in bacteria, most of the first calculated m / z values calculated in consideration of N-terminal methionine cleavage coincide with the observed m / z values, and most of the peaks of ribosomal proteins can be assigned. N-terminal methionine is when the second amino acid residue is glycine (G), alanine (A), serine (S), proline (P), valine (V), threonine (T) and cysteine (C). It is known to be easily cut. Even if these amino acid residues are at the second position, cleavage of the N-terminal methionine may not occur.
本明細書において、計算m/z値と観測m/z値との差が外部標準法の場合は500ppm以内であるとき、計算m/z値と観測m/z値とは一致すると判断する。一致したタンパク質の計算m/z値を用いて、帰属されたピークを自己キャリブレションし、計算m/z値と自己キャリブレーションに用いたピークの観測m/z値との差が200ppm以内になることを確認することが好ましい。 In the present specification, when the difference between the calculated m / z value and the observed m / z value is within 500 ppm in the case of the external standard method, it is determined that the calculated m / z value and the observed m / z value match. The assigned peaks are self-calibrated using the calculated m / z values of the matched proteins, and the difference between the calculated m / z values and the observed m / z values of the peaks used for self-calibration is within 200 ppm. It is preferable to confirm that.
リボソームを構成するリボソームタンパク質を等モルずつ含む観点からは、試料は細胞由来のリボソームタンパク質を含むことが好ましい。試料は、リボソームまたは細胞そのものを含んでいてもよい。 From the viewpoint of containing equimolar ribosomal proteins constituting ribosomes, it is preferable that the sample contains cell-derived ribosomal proteins. The sample may contain ribosomes or the cells themselves.
試料は、原核生物由来であってもよく、真核生物由来であってもよい。試料は好ましくは微生物由来であり、未知の微生物を含んでもよい。原核生物には、細菌および古細菌が含まれる。細菌としては、エスケリキア属細菌(大腸菌等)、バシラス属細菌(枯草菌等)、ラクトバシラス属細菌(乳酸菌等)、シネコシスティス属細菌(シアノバクテリア等)、マイコバクテリア属細菌(放線菌等)等が含まれる。古細菌としては、メタノフィルス属、メタノコッカス属、サーモコッカス属、フィロコッカス属等が含まれる。真核生物には、動物、植物、菌類および原生生物が含まれる。菌類には、糸状菌、酵母、キノコ、カビ等が含まれ、ツボカビ門、接合菌門、子嚢菌門、担子菌門、グロムス菌門、微胞子虫門等が含まれる。子嚢菌門には、アスペルキルス属(コウジカビ等)、ペニシリウム属(アオカビ等)、サッカロマイセス属(出芽酵母等)等が含まれる。真核生物においては、N末端メチオニン切断のみを考慮してリボソームタンパク質に帰属できるピークは、細菌に比べて少ないと考えられる。菌類を始めとする真核生物のリボソームタンパク質は、原核生物のリボソームタンパク質に比べて、複雑な翻訳後修飾を受けていることが多く、データベースから算出される第1計算m/z値と、質量分析による観測m/z値との間に差が生じやすいためである。本発明に係るリボソームタンパク質の判別方法によれば、真核生物由来の試料であっても、マススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。 The sample may be of prokaryotic origin or eukaryotic origin. The sample is preferably derived from a microorganism and may contain an unknown microorganism. Prokaryotes include bacteria and archaea. Bacteria include Esqueriquia bacteria (Escherichia coli, etc.), Bacillus bacteria (Bacteria, etc.), Lactobacillus bacteria (Lactobacillus, etc.), Synechocystis spp. Is done. Archaea include the genus Methanococcus, the genus Methanococcus, the genus Thermococcus, the genus Philococcus, and the like. Eukaryotes include animals, plants, fungi and protists. Fungi include filamentous fungi, yeasts, mushrooms, molds and the like, including chytrids, zygomycota, ascomycetes, basidiomycetes, glomus and microsporidia. Ascomycetes include Aspergillus (Aspergillus, etc.), Penicillium (Penicillium, etc.), Saccharomyces (Saccharomyces, etc.) and the like. In eukaryotes, the number of peaks that can be assigned to ribosomal proteins considering only N-terminal methionine cleavage is considered to be smaller than that in bacteria. Eukaryotic ribosomal proteins, including fungi, are often more complex post-translational modifications than prokaryotic ribosomal proteins, with the first calculated m / z value calculated from the database and mass. This is because a difference is likely to occur between the m / z value observed by analysis. According to the method for discriminating ribosomal proteins according to the present invention, it is possible to easily discriminate whether or not the protein indicated by the peak on the mass spectrum is a ribosomal protein even in a sample derived from eukaryote.
試料は、細胞から適宜調製されていてもよく、例えば細胞からタンパク質を抽出した画分であってもよく、好ましくはリボソームタンパク質を分画した画分である。試料として、リボソームタンパク質を分画した画分を用いると、試料に含まれるリボソームタンパク質の割合が増加するため、リボソームタンパク質をより精度よく判別することができる。リボソームタンパク質を分画する方法は、リボソームタンパク質を抽出または濃縮できる限り特に限定されないが、例えば細胞を破砕して限外ろ過処理する方法、超遠心分離法等が挙げられる。 The sample may be appropriately prepared from cells, for example, a fraction obtained by extracting a protein from cells, and preferably a fraction obtained by fractionating a ribosomal protein. When a fraction obtained by fractionating a ribosomal protein is used as a sample, the proportion of the ribosomal protein contained in the sample increases, so that the ribosomal protein can be discriminated more accurately. The method for fractionating the ribosomal protein is not particularly limited as long as the ribosomal protein can be extracted or concentrated, and examples thereof include a method of crushing cells and ultrafiltration treatment, and an ultracentrifugation method.
質量分析は、リボソームタンパク質を定量的に測定できる質量分析法であれば特に限定されないが、高分子量化合物の分解が生じにくいソフトなイオン化法を用いた質量分析法であることが好ましい。このような質量分析法としては、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析(MALDI−MS)、エレクトロスプレーイオン化質量分析(ESI−MS)等の分析方法が挙げられる。質量分析は好ましくはMALDI−MSである。リボソームタンパク質のほとんどはプロトン親和性が高い塩基性タンパク質であるため、MALDI過程で[M+H]+イオンを生成しやすい。また、リボソームタンパク質の分子量は、5000〜20000程度であり、MALDI−MSによれば数Daの誤差範囲でリボソームタンパク質の質量を求めることができる。従って、質量分析がMALDI−MSであるとき、試料からリボソームタンパク質のピークが検出されやすく、また、観測m/z値と第1計算m/z値との誤差を小さくすることができる。 The mass spectrometry is not particularly limited as long as it is a mass spectrometry method capable of quantitatively measuring ribosomal proteins, but a mass spectrometry method using a soft ionization method in which decomposition of a high molecular weight compound is unlikely to occur is preferable. Examples of such mass spectrometry include analysis methods such as matrix-assisted laser desorption / ionization mass spectrometry (MALDI-MS) and electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS). Mass spectrometry is preferably MALDI-MS. Since most ribosomal proteins are basic proteins with high proton affinity, they tend to generate [M + H] + ions in the MALDI process. The molecular weight of the ribosomal protein is about 5,000 to 20,000, and according to MALDI-MS, the mass of the ribosomal protein can be determined within an error range of several Da. Therefore, when the mass spectrometry is MALDI-MS, the peak of ribosomal protein can be easily detected from the sample, and the error between the observed m / z value and the first calculated m / z value can be reduced.
[推定工程]
推定工程では、リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から得られる近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークに対応するタンパク質をリボソームタンパク質であると推定する。
[Estimation process]
In the estimation step, the protein corresponding to the peak having a relative intensity of 50 to 150% with respect to the approximate curve or the approximate straight line obtained from the relative intensity of the peak attributed to the ribosomal protein is estimated to be a ribosomal protein.
上述のとおり、リボソームを構成するリボソームタンパク質はほぼ等モルずつ存在するため、リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度は、理想的には同程度になる。例えばリボソーム画分からさらにリボソームサブユニットタンパク質を調製し、リキッドクロマトグラフィー(LC)によって各サブユニットタンパク質を分離し、各試料を濃度既知の標準試料とともに質量分析してマススペクトルを作成し、リボソームタンパク質に帰属されたピークを選択して、その相対強度を記した散布図について近似直線を作成すると、イオン化効率が一定であるという過程の下では近似直線は横に一直線(相対強度が定数)となる。しかしながら、等モルずつ存在するタンパク質を検出した場合であっても、検出方法によって、マススペクトル上のピークの相対強度が同程度にならないことがある。例えばMALDI−MSを行った場合には、マスディスクリミネーション効果により、m/z値が小さいときには相対強度が大きく、m/z値が大きいときには相対強度が小さく検出される。従って、試料をMALDI−MSで測定した場合には、等モルずつ存在するリボソームタンパク質は、m/z値が大きくなるほど相対強度が小さくなる直線または曲線に近似される。本明細書においては、近似曲線または近似直線は、相関係数(R2)が0.70以上、好ましくは0.80以上であれば、近似曲線または近似直線の精度が良好であると判断する。 As described above, since the ribosomal proteins constituting the ribosome are present in approximately equimolar amounts, the relative intensities of the peaks assigned to the ribosomal proteins are ideally about the same. For example, a ribosomal subunit protein is further prepared from the ribosomal fraction, each subunit protein is separated by liquid chromatography (LC), and each sample is mass spectrometrically analyzed together with a standard sample having a known concentration to prepare a mass spectrum, which is used as a ribosomal protein. When the assigned peak is selected and an approximate straight line is created for the scatter diagram showing the relative intensity, the approximate straight line becomes a horizontal straight line (relative intensity is constant) under the process that the ionization efficiency is constant. However, even when proteins existing in equal moles are detected, the relative intensities of peaks on the mass spectrum may not be about the same depending on the detection method. For example, when MALDI-MS is performed, the relative intensity is detected when the m / z value is small, and the relative intensity is detected when the m / z value is large due to the mass discrimination effect. Therefore, when the sample is measured by MALDI-MS, the ribosomal proteins existing in equal moles are approximated to a straight line or a curve whose relative intensity decreases as the m / z value increases. In the present specification, if the approximation curve or the approximate straight line has a correlation coefficient (R 2 ) of 0.70 or more, preferably 0.80 or more, it is judged that the accuracy of the approximate curve or the approximate straight line is good. ..
第1計算m/z値によってリボソームタンパク質に帰属されなかった未同定ピークのうち、相対強度が近似曲線または近似直線に近いピークをリボソームタンパク質と推定する。ピークの相対強度が近似曲線または近似直線に近いとは、近似曲線または近似直線の相対強度に対して、ピークの相対強度が50〜150%であり、好ましくは60〜140%であり、より好ましくは70〜130%であり、さらに好ましくは80〜120%であり、もっとも好ましくは90〜110%であることをいう。 Among the unidentified peaks not attributed to the ribosomal protein by the first calculated m / z value, the peak whose relative intensity is close to the approximate curve or the approximate straight line is estimated to be the ribosomal protein. When the relative intensity of the peak is close to the approximate curve or the approximate straight line, the relative intensity of the peak is 50 to 150%, preferably 60 to 140%, more preferably with respect to the relative intensity of the approximate curve or the approximate straight line. Is 70 to 130%, more preferably 80 to 120%, and most preferably 90 to 110%.
[検証工程]
リボソームタンパク質の判別方法は、リボソームタンパク質であると推定されたタンパク質について、翻訳後修飾を考慮した第2計算m/z値を算出し、観測m/z値と照合する検証工程をさらに含むことが好ましい。リボソームタンパク質であると推定されたタンパク質について、翻訳後修飾を考慮して算出された第2計算m/z値と、観測m/z値とが一致するとき、ピークはリボソームタンパク質であるとより精度よく判別することができる。また、リボソームタンパク質のアミノ酸配列および翻訳後修飾の情報を得ることができる。
[Verification process]
The method for discriminating a ribosomal protein may further include a verification step of calculating a second calculated m / z value in consideration of post-translational modification for a protein presumed to be a ribosomal protein and collating it with the observed m / z value. preferable. For a protein presumed to be a ribosomal protein, when the second calculated m / z value calculated in consideration of post-translational modification and the observed m / z value match, the peak is more accurate as a ribosomal protein. It can be discriminated well. In addition, information on the amino acid sequence of ribosomal protein and post-translational modification can be obtained.
第2計算m/z値は、翻訳後修飾を考慮して算出される。ここで考慮すべき翻訳後修飾としては、N末端メチオニン切断、アセチル化、メチル化、リン酸化、グリコシル化、酸化、ユビキチン化、SUMO化、脂質修飾およびこれらの組み合わせ等が挙げられる。検証工程においては、帰属工程における翻訳後修飾とは異なる修飾パターンを考慮する。例えば帰属工程においてN末端メチオニン切断の翻訳後修飾を考慮して第1計算m/z値を算出した場合、検証工程においてはN末端メチオニン切断を受けていないときの第2計算m/z値、またはN末端メチオニン切断に加えて他の翻訳後修飾を受けているときの第2計算m/z値を算出する。推定工程において、リボソームタンパク質であると推定されるマススペクトル上のピークが選別されているため、マススペクトル上の全てのピークについて、複雑な翻訳後修飾を考慮する必要がなく、より簡便にリボソームタンパク質の判別を行うことができる。 The second calculation m / z value is calculated in consideration of post-translational modification. Post-translational modifications to be considered here include N-terminal methionine cleavage, acetylation, methylation, phosphorylation, glycosylation, oxidation, ubiquitination, SUMOylation, lipid modification and combinations thereof. In the verification process, a modification pattern different from the post-translational modification in the attribution process is considered. For example, when the first calculated m / z value is calculated in consideration of the post-translational modification of N-terminal methionine cleavage in the attribution step, the second calculated m / z value when the N-terminal methionine cleavage is not received in the verification step, Alternatively, the second calculated m / z value when undergoing other post-translational modifications in addition to N-terminal methionine cleavage is calculated. In the estimation process, peaks on the mass spectrum presumed to be ribosomal proteins are selected, so that it is not necessary to consider complicated post-translational modifications for all peaks on the mass spectrum, and it is easier to use ribosomal proteins. Can be determined.
[生物種の同定方法]
本発明に係る生物種の同定方法は、上述のリボソームタンパク質の判別方法を用いてリボソームタンパク質を判別し、リボソームタンパク質のアミノ酸配列情報を与える生物の種を同定する。
[Method of identifying organisms]
In the method for identifying an organism according to the present invention, the ribosomal protein is identified by using the above-mentioned method for determining ribosomal protein, and the species of the organism that gives the amino acid sequence information of the ribosomal protein is identified.
リボソームタンパク質は、生命維持に関与し、種の違いを超えて非常によく保存されているハウスキーピング遺伝子である。リボソームタンパク質は、わずかなアミノ酸配列の違いとそれによる質量の違いにより、生物の種の違いを評価する決定的な指標になりうるため、生物種を同定するバイオマーカーとして使用される。また、リボソームは、細胞内に非常に多く存在する構造体であるため、質量分析した際にリボソームタンパク質は容易に検出される。 Ribosomal proteins are housekeeping genes that are involved in life support and are very well conserved across species. Ribosomal proteins are used as biomarkers to identify species because they can be a definitive indicator for assessing species differences due to slight amino acid sequence differences and resulting mass differences. In addition, since ribosomes are structures that are abundantly present in cells, ribosomal proteins are easily detected during mass spectrometry.
上述のリボソームタンパク質の判別方法によれば、リボソームタンパク質であると判別されるタンパク質の数を増やすことができるため、生物種の同定をより簡便かつ正確に行うことができる。同定を行う生物は、好ましくは肉眼で識別が困難な大きさを有する微生物である。本発明に係る生物種の同定方法によれば、有用微生物のスクリーニングを行うこともできる。 According to the above-mentioned method for discriminating ribosomal proteins, the number of proteins discriminated as ribosomal proteins can be increased, so that species can be identified more easily and accurately. The organism to be identified is preferably a microorganism having a size that is difficult to identify with the naked eye. According to the method for identifying an organism according to the present invention, screening of useful microorganisms can also be performed.
特に、質量分析としてMALDI−MSを用いた場合、リボソームタンパク質のアミノ酸配列のわずかな変異も、ピークシフトとして容易に検出することができる。本発明に係る生物種の同定方法によれば、種だけでなく、亜種および類縁性の高い株も識別することができる。 In particular, when MALDI-MS is used for mass spectrometry, even slight mutations in the amino acid sequence of ribosomal proteins can be easily detected as peak shifts. According to the method for identifying an organism species according to the present invention, not only species but also subspecies and highly related strains can be identified.
[質量分析装置]
リボソームタンパク質の判別方法の一例として、質量分析装置によるリボソームタンパク質の判別方法を説明する。
本発明の一態様に係る質量分析装置は、
m/z値に基づいてイオンを分離する質量分離部と、
質量分離部で分離されたイオンを検出する検出部と、
検出部が検出したイオンに基づいてマススペクトルを作成するマススペクトル作成部と、
マススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークを選択する判別部と、を備える。
本質量分析装置によれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。
[Mass spectrometer]
As an example of the method for discriminating ribosomal proteins, a method for discriminating ribosomal proteins by a mass spectrometer will be described.
The mass spectrometer according to one aspect of the present invention is
A mass separator that separates ions based on the m / z value,
A detector that detects ions separated by the mass separator, and a detector
A mass spectrum creation unit that creates a mass spectrum based on the ions detected by the detection unit,
In the mass spectrum, the peaks attributed to ribosomal proteins are determined based on the database, and an approximate curve or straight line of the relative intensity of the peak is created, and the relative intensity is 50 to 150% with respect to the approximate curve or straight line. A discriminating unit for selecting a certain peak is provided.
According to this mass spectrometer, it is possible to easily determine whether or not the protein indicated by the peak on the mass spectrum is a ribosomal protein by mass spectrometry.
図1に、一実施形態に係る質量分析装置1の概略構成を示す。質量分析装置1は、測定部100と制御部40とを備える。制御部40の機能の一部または全部は、測定部100とは物理的に離れた電子計算機、サーバー等に配置してもよい。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
測定部100は、試料由来のタンパク質イオンSを生成するイオン化部10と、イオン加速部21と、質量分離部22と、検出部30とを備える。測定部100により測定される試料は、リボソームタンパク質を含む。イオン化部10で生成されたタンパク質イオンSの移動を矢印A1で模式的に示す。
The
制御部40は、入力部41と、通信部42と、記憶部43と、出力部44と、処理部50とを備える。処理部50は、装置制御部51と、マススペクトル作成部52と、判別部53と、好ましくは検証部54とを備える。測定部100の検出部30からのタンパク質イオンSの検出信号の流れを矢印A2で模式的に示す。装置制御部51による測定部100の制御を矢印A3で模式的に示す。
The
測定部100のイオン化部10は、試料プレートを支持する図示しない試料プレートホルダと、試料プレート上にレーザー光を照射する図示しないレーザー装置を備えるイオン源を備え、試料成分をマトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)法によりイオン化する。試料のイオン化の方法としては、MALDI法以外にもエレクトロスプレー(ESI)法等の任意のソフトイオン化法を用いることができる。ESI法によりイオン化を行う場合、質量分析装置1が液体クロマトグラフをさらに備え、液体クロマトグラフで分離された試料成分をイオン化部10がイオン化する構成にすると、高い分離能を得ることができるため好ましい。
The
試料プレートに試料が配置された後、試料にマトリックスが添加され、乾燥させられる。その後、試料プレートはイオン化部10の真空容器内の試料プレートホルダに設置される。マトリックスの種類は特に限定されないが、タンパク質試料を効率よくイオン化する観点からシナピン酸またはα−シアノ−4−ヒドロキシケイ皮酸(CHCA)等を用いることが好ましい。
After the sample is placed on the sample plate, the matrix is added to the sample and dried. After that, the sample plate is installed in the sample plate holder in the vacuum container of the
イオン化部10は、試料プレートが設置された真空容器を減圧した後、レーザー光を試料プレート上の各試料に照射して順次イオン化を行う。レーザー光を照射するレーザー装置の種類は、選択したマトリックスに吸収される光を発振することができれば特に限定されず、例えばマトリックスがシナピン酸またはCHCAを含む場合には、N2レーザー(波長337nm)等を好適に用いることができる。イオン化部10でイオン化されたタンパク質イオンSは、図示しない引出電極等による電場により引き出され、イオン加速部21に導入される。
The
イオン加速部21は、加速電極210を備え、導入されたタンパク質イオンSを加速させる。加速されたタンパク質イオンSの流れは、図示しないイオンレンズにより適宜収束されて質量分離部22に導入される。
The
質量分離部22は、フライトチューブ220を備え、それぞれのタンパク質イオンSがフライトチューブ220の内部を飛行する際の、飛行時間の違いよりタンパク質イオンSを分離する。図1ではリニア型のフライトチューブ220が示されているが、リフレクトロン型やマルチターン型等でもよい。試料に含まれるタンパク質イオンSを分離して検出することができれば、質量分析の方法は特に限定されない。
The
検出部30は、マルチチャンネルプレート等のイオン検出器を備え、質量分離部22で分離されたタンパク質イオンSを検出し、検出部30に入射したイオンの数に応じた強度の検出信号を出力する。検出部30から出力された検出信号は、制御部40の処理部50に入力される。
The
制御部40の入力部41は、マウス、キーボード、各種ボタンおよび/またはタッチパネル等の入力装置を含んで構成される。入力部41は、測定部100の動作の制御に必要な情報、および処理部50の行う処理に必要な情報等を、ユーザから受け付ける。
The
制御部40の通信部42は、インターネット等の無線や有線接続により通信可能な通信装置を含んで構成される。通信部42は、判別部53および検証部54の処理に必要なデータを受信したり、判別結果等の処理部50が処理したデータを送信したり、適宜必要なデータを送受信する。
The
制御部40の記憶部43は、不揮発性の記憶媒体を備える。記憶部43は、データベースに基づく計算m/z値、マススペクトル作成部52が作成したマススペクトル、測定部100から出力された測定データおよび処理部50が処理を実行するためのプログラム等を記憶する。
The
制御部40の出力部44は、液晶モニタ等の表示装置、プリンター等を含んで構成され、測定部100の測定に関する情報や、判別部53および検証部54の結果等を、表示装置に表示したり、紙媒体に印刷したりする。
The
制御部40の処理部50は、CPU等のプロセッサを含んで構成され、質量分析装置1を制御する動作の主体として機能する。処理部50は、記憶部43等に記憶されたプログラムを実行することにより各種処理を行う。
The
処理部50の装置制御部51は、入力部41から入力された測定条件に関するデータに基づいて、測定部100の動作を制御する。
The
処理部50のマススペクトル作成部52は、検出部30が検出したタンパク質の検出量と、当該タンパク質の飛行時間とを含む測定データから、飛行時間をm/z値に換算し、各m/z値に対応する検出量を示すマススペクトルMSを作成する。
The mass
判別部53は、マススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークを選択する。
In the mass spectrum, the
判別部53は、データベースに基づいて、リボソームタンパク質の第1計算m/z値を算出する。データベースには、タンパク質のアミノ酸配列および遺伝子のDNA配列から選択される少なくともひとつが登録されており、この情報に基に第1計算m/z値が算出される。第1計算m/z値は、翻訳後修飾を考慮して算出されてもよい。翻訳後修飾は好ましくはN末端メチオニン切断である。マススペクトル上に検出されたピークの観測m/z値をリスト化し、第1計算m/z値と照合し、一致した観測m/z値のピークをリボソームタンパク質に帰属させる。
The
判別部53は、リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から近似曲線または近似直線を作成する。試料をMALDI−MSで測定した場合には、等モルずつ存在するリボソームタンパク質は、m/z値が大きくなるほど相対強度が小さくなる直線または曲線に近似される。
The
判別部53は、第1計算m/z値によってリボソームタンパク質に帰属されなかった未同定ピークのうち、相対強度が近似曲線または近似直線に近いピークをリボソームタンパク質として選択する。ピークの相対強度が近似曲線または近似直線に近いとは、近似曲線または近似直線の相対強度に対して、ピークの相対強度が50〜150%であり、好ましくは60〜140%であり、より好ましくは70〜130%であり、さらに好ましくは80〜120%であり、もっとも好ましくは90〜110%であることをいう。
The
検証部54は、選択されたピークを、さらに翻訳後修飾を考慮してリボソームタンパク質に帰属させる。
The
検証部54は、判別部53でリボソームタンパク質として選択されたピークについて、好ましくは翻訳後修飾を考慮した第2計算m/z値を算出する。ここで考慮すべき翻訳後修飾としては、N末端メチオニン切断、アセチル化、メチル化、リン酸化、グリコシル化、酸化、ユビキチン化、SUMO化、脂質修飾およびこれらの組み合わせ等が挙げられる。
The
検証部54は、翻訳後修飾を考慮して算出された第2計算m/z値と、観測m/z値とを照合する。翻訳後修飾を考慮して算出された第2計算m/z値と、観測m/z値とが一致するとき、ピークはリボソームタンパク質であるとより精度よく判別することができる。また、リボソームタンパク質のアミノ酸配列および翻訳後修飾の情報を得ることができる。
The
処理部50は、識別部を有していてもよい。識別部は、リボソームタンパク質と判別されたタンパク質について、データベース上でそのアミノ酸情報を与える生物の種を同定する。アミノ酸配列が求められたリボソームタンパク質が多いほど、同定の精度は向上する。識別部の行う処理は、遠隔に配置されたサーバーで行われてもよい。
The
リボソームタンパク質の判別方法の一例の流れを図2にフローチャートで示す。
まず、試料を測定部100にセットし、質量分析を実行する。ステップS110において、マススペクトル作成部52は、検出部30が取得した信号に基づいて、マススペクトルを作成する。
The flow chart of an example of the method for discriminating ribosomal proteins is shown in FIG.
First, the sample is set in the measuring
ステップS120において、データベースに基づいて、第1計算m/z値を算出する。ステップS130において、算出された第1計算m/z値と、マススペクトル上のピークが示す観測m/z値とを照合し、一致したピークをリボソームタンパク質として帰属させる。 In step S120, the first calculated m / z value is calculated based on the database. In step S130, the calculated first calculated m / z value is collated with the observed m / z value indicated by the peak on the mass spectrum, and the matching peak is assigned as a ribosomal protein.
ステップS140において、リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から近似曲線または近似直線を作成する。ステップS150において、第1計算m/z値によってリボソームタンパク質に帰属されなかった未同定ピークのうち、相対強度が近似曲線または近似直線に近いピークをリボソームタンパク質と推定する。ピークの相対強度が近似曲線または近似直線に近いとは、近似曲線または近似直線の相対強度に対して、ピークの相対強度が50〜150%であり、好ましくは60〜140%であり、より好ましくは70〜130%であり、さらに好ましくは80〜120%であり、もっとも好ましくは90〜110%であることをいう。ステップS160において、結果を出力部44に表示させる。
In step S140, an approximate curve or straight line is created from the relative intensities of the peaks attributed to ribosomal proteins. In step S150, among the unidentified peaks not attributed to the ribosomal protein by the first calculated m / z value, the peak whose relative intensity is close to the approximate curve or the approximate straight line is estimated to be the ribosomal protein. When the relative intensity of the peak is close to the approximate curve or the approximate straight line, the relative intensity of the peak is 50 to 150%, preferably 60 to 140%, more preferably with respect to the relative intensity of the approximate curve or the approximate straight line. Is 70 to 130%, more preferably 80 to 120%, and most preferably 90 to 110%. In step S160, the result is displayed on the
リボソームタンパク質の判別方法の他の一例の流れを図3にフローチャートで示す。図3では、上述のステップS150の後に、さらにステップS170およびステップS180が行われる。ステップS170において、リボソームタンパク質であると推定されたタンパク質について、翻訳後修飾を考慮した第2計算m/z値を算出する。ステップS180において、翻訳後修飾を考慮した第2計算m/z値と、観測m/z値とを照合する。一致したピークは、リボソームタンパク質であると判別される。ステップS160において、結果を出力部44に表示させる。
The flow chart of another example of the method for discriminating ribosomal proteins is shown in FIG. In FIG. 3, after the above-mentioned step S150, further steps S170 and S180 are performed. In step S170, the second calculated m / z value considering post-translational modification is calculated for the protein presumed to be a ribosomal protein. In step S180, the second calculated m / z value in consideration of post-translational modification is collated with the observed m / z value. Matched peaks are determined to be ribosomal proteins. In step S160, the result is displayed on the
[プログラム]
質量分析装置1の情報処理機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録された、上述したリボソームタンパク質の判別方法および生物種の同定方法の処理およびそれに関連する処理の制御に関するプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行させてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、光ディスク、メモリカード等の可搬型記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバーやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持するものを含んでもよい。また上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせにより実現するものであってもよい。
[program]
A program for realizing the information processing function of the
上述の情報処理機能を実現するためのプログラムとして、質量分析装置1により取得されたマススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークを選択する処理を処理装置に行わせるプログラムが挙げられる。このプログラムによれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを簡便に判別することができる。
As a program for realizing the above-mentioned information processing function, in the mass spectrum acquired by the
プログラムは、選択されたピークを、さらに翻訳後修飾を考慮してリボソームタンパク質に帰属させる処理を処理装置に行わせてもよい。プログラムは、リボソームタンパク質として選択されたピークについて、好ましくは翻訳後修飾を考慮した第2計算m/z値を算出する。ここで考慮すべき翻訳後修飾としては、N末端メチオニン切断、アセチル化、メチル化、リン酸化、グリコシル化、酸化、ユビキチン化、SUMO化、脂質修飾およびこれらの組み合わせ等が挙げられる。第2計算m/z値と観測m/z値とを照合する。このプログラムによれば、リボソームタンパク質の判別精度を向上させることができる。また、リボソームタンパク質のアミノ酸配列および翻訳後修飾の情報を得ることができる。 The program may allow the processing device to perform a process of attributing the selected peak to the ribosomal protein in consideration of further post-translational modification. The program calculates a second calculated m / z value for peaks selected as ribosomal proteins, preferably taking into account post-translational modifications. Post-translational modifications to be considered here include N-terminal methionine cleavage, acetylation, methylation, phosphorylation, glycosylation, oxidation, ubiquitination, SUMOylation, lipid modification and combinations thereof. The second calculation m / z value and the observed m / z value are collated. According to this program, the accuracy of discrimination of ribosomal proteins can be improved. In addition, information on the amino acid sequence of ribosomal protein and post-translational modification can be obtained.
プログラムは、判別されたリボソームタンパク質に基づいて、リボソームタンパク質のアミノ酸配列情報を与える生物の種を同定する処理を処理装置に行わせてもよい。 The program may have the processing apparatus perform a process of identifying the species of the organism that provides the amino acid sequence information of the ribosomal protein based on the identified ribosomal protein.
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
<実験1>
大腸菌(Escherichia coli NBRC 3301)をLB培地で、30度で8時間培養した。培養した菌体は、超純水を用いて遠心洗浄した後、ジルコニアシリカビーズ(直径0.1mm)を用いて3分間破砕した。ビーズと細胞断片とを遠心分離(遠心条件15000g、5分)して上清を回収し、細胞破砕液とした。細胞破砕液を限外ろ過(Amicon Ultra 0.5mL、NMWL 100KDa、Merck製)し、リボソームを濃縮した溶液を得た。
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Escherichia coli NBRC 3301 was cultured in LB medium at 30 ° C. for 8 hours. The cultured cells were washed centrifugally with ultrapure water and then crushed with zirconia silica beads (diameter 0.1 mm) for 3 minutes. The beads and cell fragments were centrifuged (centrifugal conditions 15000 g, 5 minutes), and the supernatant was collected and used as a cell disruption solution. The cell disruption solution was ultrafiltered (Amicon Ultra 0.5 mL, NMWL 100KDa, manufactured by Merck) to obtain a ribosome-concentrated solution.
この溶液をリボソームタンパク質を含む試料として、MALDI−MSに供した。シナピン酸10mgを1%(v/v)トリフルオロ酢酸を含む50%(v/v)アセトニトリル溶液1mLに溶解して、マトリックス溶液を調製した。容量0.5mLのプラスチックチューブに、マトリックス溶液7μL、内部標準試薬1μLおよび試料1μLを加えて撹拌し、1.0μLをステンレス鋼製の試料プレートに滴下して風乾した。MALDI−MSは、島津製作所AXIMA−Performanceを用い、正イオンリニアーモード(飛行長1.2m)を用いて観測した。 This solution was subjected to MALDI-MS as a sample containing ribosomal protein. A matrix solution was prepared by dissolving 10 mg of sinapic acid in 1 mL of a 50% (v / v) acetonitrile solution containing 1% (v / v) trifluoroacetic acid. 7 μL of the matrix solution, 1 μL of the internal standard reagent and 1 μL of the sample were added to a plastic tube having a capacity of 0.5 mL, and the mixture was stirred. 1.0 μL was dropped onto a stainless steel sample plate and air-dried. MALDI-MS was observed using Shimadzu AXIMA-Performance in positive ion linear mode (flight length 1.2 m).
マススペクトルのキャリブレーションは、ミオグロビンの[M+H]+(m/z 16952.6)と[M+2H]2+(m/z 8476.8)、および副腎皮質刺激ホルモンclip18−39の[M+H]+(m/z 2465.7)の各ピークを用いて内部標準法により行った。次に、内部標準法により暫定的に帰属されたサブユニットタンパク質のピークの中で、比較的高強度かつ正規分布状の明確なピークを選択して、自己キャリブレーション法により、最終的なキャリブレーションを行った。各ピークのm/z値は、3回の繰り返し測定によって求めた。 The mass spectrum was calibrated with myoglobin [M + H] + (m / z 16952.6) and [M + 2H] 2+ (m / z 8476.8), and the adrenocorticotropic hormone clip18-39 [M + H] + (m). Each peak of / z 2465.7) was used by the internal standard method. Next, among the peaks of subunit proteins tentatively assigned by the internal standard method, relatively high-intensity and well-distributed peaks are selected, and the final calibration is performed by the self-calibration method. Was done. The m / z value of each peak was determined by repeated measurement three times.
(帰属工程)
マススペクトル上のピークについて、アミノ酸配列から求めた各リボソームタンパク質の[M+H]+イオンの第1計算m/z値に対して、200ppmの誤差範囲内でピークが観測された場合に、そのタンパク質が観測されたものと見なした。各リボソームタンパク質の第1計算m/z値は、Swiss−Plot/TrEMBLからアミノ酸配列を入手し、N末端メチオニン切断のみを考慮して求めた。その結果、27本のピークをリボソームタンパク質として帰属することができた。
(Attribution process)
Regarding the peak on the mass spectrum, when a peak is observed within an error range of 200 ppm with respect to the first calculated m / z value of [M + H] + ion of each ribosomal protein obtained from the amino acid sequence, the protein is found. Considered to be observed. The first calculated m / z value of each ribosomal protein was determined by obtaining the amino acid sequence from Swiss-Plot / TREMBL and considering only N-terminal methionine cleavage. As a result, 27 peaks could be assigned as ribosomal proteins.
(推定工程)
図4に、リボソームタンパク質として帰属できたピークおよび帰属できなかったピーク(未同定ピーク)の観測m/z値と、ピークの相対強度とを散布図として示す。各リボソームタンパク質は等モルずつ存在すると考えられるが、リボソームタンパク質として帰属されたピークの相対強度は、マスディスクリミネーション効果により、低質量側で高く、高質量側で低くなっていた。リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から近似曲線を作成し、図4中に破線で示す。近似曲線に近い相対強度を有するピークは、リボソームタンパク質であると推定された。
(Estimation process)
FIG. 4 shows the observed m / z values of the peaks that could be assigned as ribosomal proteins and the peaks that could not be assigned (unidentified peaks), and the relative intensities of the peaks as a scatter plot. It is considered that each ribosomal protein exists in equimolar amounts, but the relative intensity of the peaks assigned as ribosomal proteins was high on the low mass side and low on the high mass side due to the mass discrimination effect. An approximate curve is created from the relative intensities of the peaks attributed to ribosomal proteins and is shown by the dashed line in FIG. Peaks with relative intensities close to the approximation curve were presumed to be ribosomal proteins.
(検証工程)
ここで、リボソームタンパク質であると推定されるm/z 9191に観測ピークを有するタンパク質についてさらに検証を行った。まず、m/z 9191にピークを有すると期待されるリボソームタンパク質についてN末端メチオニン切断以外の翻訳後修飾を考慮して第2計算m/z値を算出したが、m/z 9191のピークはリボソームタンパク質に帰属させることができなかった。ここで、文献(V.Ryzhov and C.Fenselau,Anal.Chem.2001,73,746−750)の表1には、m/z 9191に観測されるピークがリボソームタンパク質S16であることが報告されている。S16の2番目のアミノ酸残基はバリン(V)であり、N末端則に従えばN末端メチオニン切断が起こり、第2計算m/z値は[M+H]+=9060.4となる。しかしながら、マススペクトル上のm/z 9060.4に想到するピークは観測されなかった。従って、S16は予想しない翻訳後修飾を受けており、m/z 9060.4にピークが観察される代わりにm/z 9191にピークが観察された可能性が考えられた。S16がN末端メチオニン切断を受けない場合の第2計算m/z値は9191.6である。従って、S16は、例外的にN末端メチオニン切断を受けていないと考えられ、m/z 9191のピークをS16に帰属させることができた。新たにリボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度を図5に示す。
(Verification process)
Here, a protein having an observed peak at m / z 9191, which is presumed to be a ribosomal protein, was further verified. First, the second calculated m / z value was calculated for the ribosomal protein expected to have a peak at m / z 9191 in consideration of post-translational modifications other than N-terminal methionine cleavage. It could not be attributed to the protein. Here, in Table 1 of the literature (V. Ryzhov and C. Fensellau, Anal. Chem. 2001, 73, 746-750), it is reported that the peak observed at m / z 9191 is ribosomal protein S16. ing. The second amino acid residue of S16 is valine (V), and according to the N-terminal rule, N-terminal methionine cleavage occurs, and the second calculated m / z value is [M + H] + = 9060.4. However, no peak was observed at m / z 9060.4 on the mass spectrum. Therefore, it is possible that S16 received an unexpected post-translational modification, and a peak was observed at m / z 9191 instead of a peak at m / z 9060.4. The second calculated m / z value when S16 does not undergo N-terminal methionine cleavage is 9191.6. Therefore, it was considered that S16 was exceptionally not subjected to N-terminal methionine cleavage, and the peak of m / z 9191 could be assigned to S16. The relative intensities of the peaks newly assigned to ribosomal proteins are shown in FIG.
<実験2>
実験2では、菌体として酵母(Saccharomyces cerevisiae)を用いた以外は実験1と同じ方法でリボソームタンパク質の判別を試みた。酵母はYM培地(グルコース10g、ペプトン5g、酵母エキス3g、麦芽エキス3g、蒸留水1L)で、至適温度で8時間培養した。培養した菌体からリボソームを濃縮した試料をMALDI−MSに供した。
<
In
(帰属工程)
Swiss−Plot/TrEMBLからアミノ酸配列を入手し、N末端メチオニン切断のみを考慮して求めた第1計算m/z値と、観測m/z値とを照合した結果、27本のピークをリボソームタンパク質として帰属することができた。
(Attribution process)
As a result of obtaining an amino acid sequence from Swiss-Plot / TREMBL and comparing the first calculated m / z value obtained by considering only N-terminal methionine cleavage with the observed m / z value, 27 peaks were found in ribosomal proteins. Could be attributed as.
(推定工程)
図6に、リボソームタンパク質として帰属できたピークおよび帰属できなかったピーク(未同定ピーク)の観測m/z値と、ピークの相対強度とを散布図として示す。各リボソームタンパク質は等モルずつ存在すると考えられるが、リボソームタンパク質として帰属されたピークの相対強度は、マスディスクリミネーション効果により、低質量側で高く、高質量側で低くなっていた。リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から近似曲線を作成し、図6中に破線で示す。近似曲線に近い相対強度を有するピークは、リボソームタンパク質であると推定された。
(Estimation process)
FIG. 6 shows the observed m / z values of the peaks that could be assigned as ribosomal proteins and the peaks that could not be assigned (unidentified peaks), and the relative intensities of the peaks as a scatter plot. It is considered that each ribosomal protein exists in equimolar amounts, but the relative intensity of the peaks assigned as ribosomal proteins was high on the low mass side and low on the high mass side due to the mass discrimination effect. An approximate curve is created from the relative intensities of the peaks attributed to ribosomal proteins and is shown by the dashed line in FIG. Peaks with relative intensities close to the approximation curve were presumed to be ribosomal proteins.
(検証工程)
リボソームタンパク質であると推定される、近似曲線に近い相対強度を有するピークについて、さらに検証を行った。酵母のリボソームタンパク質は、N末端メチオニン切断以外にアセチル化の翻訳後修飾を受けることが知られている。そこで、リボソームタンパク質であると推定されたピークについて、N末端メチオニン切断とアセチル化とを考慮して第2計算m/z値を算出し、観測m/z値と照合したところ、9本のピークをリボソームタンパク質として新たに帰属させることができた。新たにリボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度を図7に示す。
(Verification process)
Further verification was performed on peaks having relative intensities close to the approximate curve, which are presumed to be ribosomal proteins. Yeast ribosomal proteins are known to undergo post-translational modifications of acetylation in addition to N-terminal methionine cleavage. Therefore, for the peaks presumed to be ribosomal proteins, the second calculated m / z value was calculated in consideration of N-terminal methionine cleavage and acetylation, and the peaks were compared with the observed m / z values. Was newly assigned as a ribosomal protein. The relative intensities of the peaks newly assigned to ribosomal proteins are shown in FIG.
<実験3>
実験3では、菌体としてカビ(Aspergillus Kawachi)の菌糸を用いた以外は実験1と同じ方法でリボソームタンパク質の判別を試みた。カビはポテトデキストロース培地で、至適温度で8時間培養した。培養した菌体からリボソームを濃縮した試料をMALDI−MSに供した。
<Experiment 3>
In Experiment 3, the ribosomal protein was discriminated by the same method as in
(帰属工程)
Swiss−Plot/TrEMBLからアミノ酸配列を入手し、N末端メチオニン切断のみを考慮して求めた第1計算m/z値と、観測m/z値とを照合した結果、16本のピークをリボソームタンパク質として帰属することができた。
(Attribution process)
The amino acid sequence was obtained from Swiss-Plot / TREMBL, and the first calculated m / z value obtained by considering only N-terminal methionine cleavage was compared with the observed m / z value. As a result, 16 peaks were found in ribosomal proteins. Could be attributed as.
(推定工程)
図8に、リボソームタンパク質として帰属できたピークおよび帰属できなかったピーク(未同定ピーク)の観測m/z値と、ピークの相対強度とを散布図として示す。各リボソームタンパク質は等モルずつ存在すると考えられるが、リボソームタンパク質として帰属されたピークの相対強度は、マスディスクリミネーション効果により、低質量側で高く、高質量側で低くなっていた。リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から近似曲線を作成し、図8中に破線で示す。近似曲線に近い相対強度を有するピークは、リボソームタンパク質であると推定された。
(Estimation process)
FIG. 8 shows the observed m / z values of the peaks that could be assigned as ribosomal proteins and the peaks that could not be assigned (unidentified peaks), and the relative intensities of the peaks as a scatter plot. It is considered that each ribosomal protein exists in equimolar amounts, but the relative intensity of the peaks assigned as ribosomal proteins was high on the low mass side and low on the high mass side due to the mass discrimination effect. An approximate curve is created from the relative intensities of the peaks attributed to ribosomal proteins and is shown by the dashed line in FIG. Peaks with relative intensities close to the approximation curve were presumed to be ribosomal proteins.
(検証工程)
リボソームタンパク質であると推定される、近似曲線に近い相対強度を有するピークについて、さらに検証を行った。カビのリボソームタンパク質は、N末端メチオニン切断以外にアセチル化およびメチル化の翻訳後修飾を受けることが知られている。そこで、リボソームタンパク質であると推定されたピークについて、N末端メチオニン切断とアセチル化とを考慮して第2計算m/z値を算出し、観測m/z値と照合したところ、8本のピークをリボソームタンパク質として新たに帰属させることができた。新たにリボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度を図9に示す。
(Verification process)
Further verification was performed on peaks having relative intensities close to the approximate curve, which are presumed to be ribosomal proteins. Ribosomal proteins in molds are known to undergo post-translational modifications of acetylation and methylation in addition to N-terminal methionine cleavage. Therefore, for the peaks presumed to be ribosomal proteins, the second calculated m / z value was calculated in consideration of N-terminal methionine cleavage and acetylation, and compared with the observed m / z value, eight peaks were obtained. Was newly assigned as a ribosomal protein. The relative intensities of the peaks newly assigned to ribosomal proteins are shown in FIG.
[様態]
上述した複数の例示的な実施形態および実施例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
[Mode]
It will be understood by those skilled in the art that the plurality of exemplary embodiments and examples described above are specific examples of the following embodiments.
(第1項)
一態様に係るリボソームタンパク質の判別方法は、リボソームタンパク質を含む試料を質量分析して検出されたマススペクトル上のピークが示す観測m/z値と、データベースに基づく第1計算m/z値とを照合し、前記検出されたピークの少なくとも一部をリボソームタンパク質に帰属させる帰属工程と、前記リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から得られる近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークに対応するタンパク質をリボソームタンパク質であると推定する推定工程と、を含む。
(Section 1)
In the method for discriminating a ribosomal protein according to one embodiment, an observed m / z value indicated by a peak on a mass spectrum detected by mass analysis of a sample containing a ribosomal protein and a first calculated m / z value based on a database are used. The relative intensity is 50 to 50 to the approximation step obtained by collating and assigning at least a part of the detected peak to the ribosomal protein and the approximate curve or straight line obtained from the relative intensity of the peak assigned to the ribosomal protein. It comprises an estimation step of estimating the protein corresponding to the peak of 150% as a ribosomal protein.
第1項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。 According to the method for discriminating ribosomal proteins according to the first item, it is possible to easily determine whether or not the protein indicated by the peak on the mass spectrum is a ribosomal protein by mass spectrometry.
(第2項)
第1項に記載のリボソームタンパク質の判別方法において、前記第1計算m/z値は、翻訳後修飾を考慮して算出される。
(Section 2)
In the method for discriminating ribosomal proteins according to
第2項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、観測m/z値と第1計算m/z値とを一致させやすくなり、マススペクトル上に検出されたピークのうち、リボソームタンパク質に帰属されるピーク数を増やすことができる。 According to the method for discriminating ribosomal proteins according to the second item, it becomes easy to match the observed m / z value with the first calculated m / z value, and among the peaks detected on the mass spectrum, they belong to the ribosomal protein. The number of peaks to be made can be increased.
(第3項)
第2項に記載のリボソームタンパク質の判別方法において、前記翻訳後修飾は、N末端メチオニン切断である。
(Section 3)
In the method for discriminating ribosomal proteins according to
リボソームタンパク質の多くは、N末端メチオニン切断の翻訳後修飾を受けるため、第3項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、観測m/z値と第1計算m/z値とを一致させやすくなり、マススペクトル上に検出されたピークのうち、リボソームタンパク質に帰属されるピーク数を増やすことができる。 Since most ribosomal proteins undergo post-translational modification of N-terminal methionine cleavage, the observed m / z value and the first calculated m / z value are matched according to the ribosomal protein discrimination method described in Section 3. This facilitates the increase in the number of peaks attributed to ribosomal proteins among the peaks detected on the mass spectrum.
(第4項)
第1項〜第3項に記載のリボソームタンパク質の判別方法において、前記質量分析は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析である。
(Section 4)
In the method for discriminating ribosomal proteins according to
第4項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、試料からリボソームタンパク質のピークが検出されやすく、また、観測m/z値と第1計算m/z値との誤差を小さくすることができる。 According to the method for discriminating ribosomal proteins according to the fourth item, the peak of ribosomal proteins can be easily detected from the sample, and the error between the observed m / z value and the first calculated m / z value can be reduced. ..
(第5項)
第1項〜第4項に記載のリボソームタンパク質の判別方法において、前記試料は、真核生物由来である。
(Section 5)
In the method for discriminating ribosomal proteins according to
第5項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、複雑な翻訳後修飾が行われていることが多い真核生物由来のタンパク質であっても、リボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。 According to the method for discriminating ribosomal proteins according to Section 5, it is easy to discriminate whether or not a protein derived from a eukaryotic organism, which is often subjected to complicated post-translational modification, is a ribosomal protein. be able to.
(第6項)
第1項〜第5項に記載のリボソームタンパク質の判別方法において、前記試料は、リボソームタンパク質を分画した画分である。
(Section 6)
In the method for discriminating ribosomal proteins according to
第6項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、試料に含まれるリボソームタンパク質の割合が増加するため、リボソームタンパク質をより精度よく判別することができる。 According to the method for discriminating ribosomal proteins according to the sixth item, since the proportion of ribosomal proteins contained in the sample increases, the ribosomal proteins can be discriminated more accurately.
(第7項)
第1項〜第6項に記載のリボソームタンパク質の判別方法において、前記リボソームタンパク質であると推定されたタンパク質について、翻訳後修飾を考慮した第2計算m/z値を算出し、前記観測m/z値と照合する検証工程をさらに含む。
(Section 7)
In the method for discriminating a ribosomal protein according to the first to sixth paragraphs, a second calculated m / z value considering post-translational modification was calculated for the protein presumed to be the ribosomal protein, and the observation m /. It further includes a verification step of collating with the z value.
第7項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、リボソームタンパク質の判別精度を向上させることができる。また、リボソームタンパク質のアミノ酸配列および翻訳後修飾の情報を得ることができる。 According to the method for discriminating ribosomal proteins according to the seventh item, the accuracy of discriminating ribosomal proteins can be improved. In addition, information on the amino acid sequence of ribosomal protein and post-translational modification can be obtained.
(第8項)
一態様に係る生物種の同定方法は、第1項〜第7項に記載のリボソームタンパク質の判別方法を用いてリボソームタンパク質を判別し、前記リボソームタンパク質のアミノ酸配列情報を与える生物の種を同定する。
(Section 8)
In the method for identifying a biological species according to one embodiment, the ribosomal protein is identified by using the ribosomal protein discrimination method according to the first to seventh paragraphs, and the species of the organism that gives the amino acid sequence information of the ribosomal protein is identified. ..
第8項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、生物種をより簡便かつ正確に同定することができる。 According to the method for discriminating ribosomal proteins according to Item 8, the species can be identified more easily and accurately.
(第9項)
第8項に記載の生物種の同定方法において、前記生物は微生物である。
(Section 9)
In the method for identifying an organism according to item 8, the organism is a microorganism.
第9項に記載の生物種の同定方法は、微生物の種を同定するのに好適である。 The method for identifying an organism species described in Section 9 is suitable for identifying a species of a microorganism.
(第10項)
一態様に係る質量分析装置は、m/z値に基づいてイオンを分離する質量分離部と、前記質量分離部で分離されたイオンを検出する検出部と、前記検出部が検出したイオンに基づいてマススペクトルを作成するマススペクトル作成部と、前記マススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、前記ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、前記近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークを選択する判別部と、を備える。
(Section 10)
The mass spectrometer according to one embodiment is based on a mass separator that separates ions based on an m / z value, a detection unit that detects ions separated by the mass separator, and an ion detected by the detection unit. In the mass spectrum creating unit that creates the mass spectrum, the peaks attributed to the ribosome protein are determined based on the database, and an approximate curve or straight line of the relative intensity of the peak is created, and the approximate curve is created. Alternatively, the discriminator for selecting a peak having a relative intensity of 50 to 150% with respect to the approximate straight line is provided.
第10項に記載の質量分析装置によれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。 According to the mass spectrometer according to the tenth item, it is possible to easily determine whether or not the protein peaked on the mass spectrum is a ribosomal protein by mass spectrometry.
(第11項)
第10項に記載の質量分析装置において、前記選択されたピークを、さらに翻訳後修飾を考慮してリボソームタンパク質に帰属させる検証部を備える。
(Section 11)
The mass spectrometer according to
第11項に記載の質量分析装置によれば、リボソームタンパク質の判別精度を向上させることができる。また、リボソームタンパク質のアミノ酸配列および翻訳後修飾の情報を得ることができる。 According to the mass spectrometer according to the eleventh item, the accuracy of discrimination of ribosomal proteins can be improved. In addition, information on the amino acid sequence of ribosomal protein and post-translational modification can be obtained.
(第12項)
一態様に係るプログラムは、質量分析装置により取得されたマススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、前記ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、前記近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークを選択する処理を処理装置に行わせる。
(Section 12)
In the program according to one aspect, in the mass spectrum acquired by the mass spectrometer, the peak attributed to the ribosome protein is determined based on the database, an approximate curve or a straight line of the relative intensity of the peak is created, and the approximation is performed. Have the processing device perform a process of selecting a peak having a relative intensity of 50 to 150% with respect to a curve or an approximate straight line.
第12項に記載のプログラムによれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかをより簡便に判別することができる。 According to the program described in Section 12, it is possible to more easily determine whether or not the protein peaked on the mass spectrum is a ribosomal protein by mass spectrometry.
(第13項)
第12項に記載のプログラムにおいて、前記選択されたピークを、さらに翻訳後修飾を考慮してリボソームタンパク質に帰属させる処理を処理装置に行わせる。
(Section 13)
In the program according to Section 12, the processing apparatus is allowed to perform a process of assigning the selected peak to a ribosomal protein in consideration of post-translational modification.
第13項に記載のプログラムによれば、リボソームタンパク質の判別精度を向上させることができる。また、リボソームタンパク質のアミノ酸配列および翻訳後修飾の情報を得ることができる。 According to the program described in Section 13, the accuracy of discrimination of ribosomal proteins can be improved. In addition, information on the amino acid sequence of ribosomal protein and post-translational modification can be obtained.
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 質量分析装置、10 イオン化部、21 イオン加速部、22 質量分離部、30 検出部、40 制御部、50 処理部、51 装置制御部、 52 マススペクトル作成部、53 判別部、54 検証部、100 測定部、S タンパク質イオン。 1 Mass spectrometer, 10 Ionization unit, 21 Ion acceleration unit, 22 Mass separation unit, 30 Detection unit, 40 Control unit, 50 Processing unit, 51 Device control unit, 52 Mass spectrum creation unit, 53 Discrimination unit, 54 Verification unit, 100 Measuring unit, S protein ion.
Claims (13)
前記リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から得られる近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークに対応するタンパク質をリボソームタンパク質であると推定する推定工程と、
を含む、リボソームタンパク質の判別方法。 The observed m / z value indicated by the peak on the mass spectrum detected by mass spectrometry of the sample containing ribosomal protein is compared with the first calculated m / z value based on the database, and at least one of the detected peaks is compared. The attribution step of assigning the part to the ribosomal protein,
An estimation step of estimating that a protein corresponding to a peak having a relative intensity of 50 to 150% is a ribosomal protein with respect to an approximate curve or an approximate straight line obtained from the relative intensity of the peak attributed to the ribosomal protein.
A method for discriminating ribosomal proteins, including.
前記質量分離部で分離されたイオンを検出する検出部と、
前記検出部が検出したイオンに基づいてマススペクトルを作成するマススペクトル作成部と、
前記マススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、前記ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、前記近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークを選択する判別部と、
を備える質量分析装置。 A mass separator that separates ions based on the m / z value,
A detection unit that detects the ions separated by the mass separation unit, and a detection unit.
A mass spectrum creating unit that creates a mass spectrum based on the ions detected by the detection unit,
In the mass spectrum, the peak attributed to the ribosomal protein is determined based on the database, an approximate curve or a straight line of the relative intensity of the peak is created, and the relative intensity is 50 to 50 to the approximate curve or the approximate straight line. A discriminator that selects a peak that is 150%,
A mass spectrometer equipped with.
前記ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、前記近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50〜150%であるピークを選択する処理を処理装置に行わせるプログラム。 In the mass spectrum obtained by the mass spectrometer, the peak attributed to the ribosomal protein was determined based on the database, and the peak was determined.
A program that creates an approximate curve or an approximate straight line of the relative intensity of the peak, and causes a processing device to perform a process of selecting a peak having a relative intensity of 50 to 150% with respect to the approximate curve or the approximate straight line.
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