JP2024060941A - Method and kit for labeling sugar chain - Google Patents

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Abstract

To provide a technique to obtain analysis results equivalent to those obtained when sodium cyanoborohydride is used as a reducing agent, even when highly toxic sodium cyanoborohydride is not used as a reducing agent, in labeling sugar chains.SOLUTION: A method for labeling sugar chains by reductive amination reaction includes step (A) of bringing the sugar chains into contact with a labeling reaction solution containing a labeling compound having an amino group, a reducing agent, and an additive with a pKa of 5 to 12 for conjugated acid, and obtaining labeled sugar chains. A kit for labeling sugar chains includes a labeled compound having an amino group, a reducing agent, and an additive with a pKa of 5 to 12 for conjugated acids.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、糖鎖を標識する方法及びキットに関する。 The present invention relates to a method and kit for labeling glycans.

糖鎖、糖タンパク、糖ペプチド、ペプチド、オリゴペプチド、タンパク質、核酸、脂質等の生体高分子は、医学、細胞工学、臓器工学等のバイオテクノロジー分野において重要な役割を担っており、これらの物質による生体反応の制御機構を明らかにすることはバイオテクノロジー分野の発展に繋がることになる。 Biopolymers such as glycans, glycoproteins, glycopeptides, peptides, oligopeptides, proteins, nucleic acids, and lipids play important roles in the fields of biotechnology, including medicine, cell engineering, and organ engineering, and elucidating the mechanisms by which these substances control biological reactions will lead to advances in the field of biotechnology.

糖鎖は、グルコース、ガラクトース、マンノース、フコース、キシロース、N-アセチルグルコサミン、N-アセチルガラクトサミン、シアル酸等の単糖及びこれらの誘導体がグリコシド結合によって鎖状に結合した分子の総称である。生体高分子の中でも、糖鎖は非常に多様性に富んでおり、天然に存在する生物が有する様々な機能、例えば、細胞間情報伝達、タンパク質の機能や相互作用の調節等に深く関わっていることが明らかになりつつある。 Glycosylation is a general term for molecules in which monosaccharides such as glucose, galactose, mannose, fucose, xylose, N-acetylglucosamine, N-acetylgalactosamine, and sialic acid and their derivatives are linked in a chain form via glycosidic bonds. Among biopolymers, glycans are extremely diverse, and it is becoming clear that they are deeply involved in various functions of naturally occurring organisms, such as intercellular signaling and regulating protein functions and interactions.

糖鎖は生体内でタンパク質や脂質等に結合した複合糖質として存在することが多い。糖鎖を有する生体高分子としては、例えば、細胞の安定化に寄与する植物細胞の細胞壁のプロテオグリカン;細胞の分化、増殖、接着、移動等に影響を与える糖脂質;細胞間相互作用や細胞認識に関与している糖タンパク質等が挙げられる。これらの生体高分子に含まれる糖鎖が、この生体高分子と互いに機能を代行、補助、増幅、調節、あるいは阻害しあいながら高度で精密な生体反応を制御する機構が次第に明らかにされつつある。 Glycosylation often occurs in the body as complex carbohydrates bound to proteins, lipids, etc. Examples of biopolymers with glycans include proteoglycans in the cell walls of plant cells that contribute to cell stabilization; glycolipids that affect cell differentiation, proliferation, adhesion, and migration; and glycoproteins that are involved in cell-cell interactions and cell recognition. The mechanisms by which the glycans contained in these biopolymers control sophisticated and precise biological reactions while acting as substitutes for, supporting, amplifying, regulating, or inhibiting the functions of the biopolymers are gradually becoming clear.

細胞の分化増殖、細胞接着、免疫、細胞の癌化と糖鎖との関係が明確にされれば、糖鎖工学、医学、細胞工学、臓器工学を密接に関連させて新たな展開を図ることが期待できる。 If the relationship between cell differentiation and proliferation, cell adhesion, immunity, and cell canceration and glycans can be clarified, it is expected that new developments will be achieved by closely linking glycotechnology, medicine, cell engineering, and organ engineering.

また、例えば、糖タンパク質医薬品では、その糖鎖が生物活性発現等に重要な役割を担っている場合が多い。したがって、糖タンパク質医薬品の品質管理のパラメーターとして、糖鎖の評価はきわめて重要である。特に抗体医薬品については、その糖鎖構造が抗体依存性細胞傷害活性(ADCC活性)を左右するとの報告がされており、糖鎖構造解析の重要性が高まっている。 For example, in glycoprotein drugs, the glycans often play an important role in the expression of biological activity. Therefore, evaluation of glycans is extremely important as a parameter for quality control of glycoprotein drugs. In particular, it has been reported that the glycan structure of antibody drugs affects antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC activity), and glycan structure analysis is becoming increasingly important.

このような状況のもと、糖鎖構造を迅速、簡便、かつ精度高く解析する方法が求められており、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、核磁気共鳴法、キャピラリー電気泳動法(CE)、質量分析法(MS)、レクチンアレイ法等の多種多様の方法により糖鎖解析が行われている。 Under these circumstances, there is a demand for methods that can analyze glycan structures quickly, easily, and accurately, and glycan analysis is being carried out using a wide variety of methods, including high-performance liquid chromatography (HPLC), nuclear magnetic resonance, capillary electrophoresis (CE), mass spectrometry (MS), and lectin arrays.

これらの種々の方法を用いて糖鎖を解析するためには、あらかじめ生体試料中に含まれる、タンパク質、ペプチド、脂質、核酸等と糖鎖を分離・精製することが必要である。糖鎖の精製や標識化には、時間と工数がかかるため、一度に多種多量の試料を調製することは困難である。 To analyze glycans using these various methods, it is necessary to first separate and purify the glycans from the proteins, peptides, lipids, nucleic acids, etc. contained in the biological sample. Purifying and labeling glycans takes time and effort, so it is difficult to prepare a large number of different samples at once.

この問題を解決する技術として、例えば、特許文献1には、糖鎖を捕捉するための官能基を有するポリマー粒子を利用した糖鎖試料の調製方法が記載されている。 As a technique for solving this problem, for example, Patent Document 1 describes a method for preparing a glycan sample using polymer particles that have functional groups for capturing glycans.

国際公開第2008/018170号International Publication No. 2008/018170

ところで、糖鎖を標識するためには、糖鎖を標識化合物と接触させ、還元剤で還元する必要がある。還元剤としては、シアノ水素化ホウ素ナトリウムが使用される場合が多い。しかしながら、シアノ水素化ホウ素ナトリウムは毒性が高い化合物であるため、より安全な還元剤を使用することが望まれている。 In order to label glycans, the glycans must be brought into contact with a labeling compound and reduced with a reducing agent. Sodium cyanoborohydride is often used as the reducing agent. However, because sodium cyanoborohydride is a highly toxic compound, it is desirable to use a safer reducing agent.

しかしながら、本願発明者らは、従来の糖鎖標識方法において、還元剤をシアノ水素化ホウ素ナトリウムからより安全な還元剤に変更すると、HPLC等による糖鎖分析時に、ピークパターンの変動が生じる場合があることを見出した。 However, the inventors of the present application found that in conventional glycan labeling methods, changing the reducing agent from sodium cyanoborohydride to a safer reducing agent can result in fluctuations in the peak pattern during glycan analysis by HPLC or the like.

そこで、本発明は、糖鎖の標識において、還元剤としてシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用しない場合においても、還元剤としてシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用した場合と同等の分析結果を得る技術を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a technology that can obtain analytical results equivalent to those obtained when sodium cyanoborohydride is used as a reducing agent in labeling glycans, even when sodium cyanoborohydride is not used as a reducing agent.

本発明は以下の態様を含む。
[1]還元的アミノ化反応により糖鎖を標識する方法であって、前記糖鎖に、アミノ基を有する標識化合物、還元剤、及び、共役酸のpKaが5~12である添加剤を含む標識反応液を接触させ、標識された前記糖鎖を得る工程(A)を含む、方法。
[2]前記添加剤が、有機アミンである、[1]に記載の方法。
[3]前記有機アミンが、ジメチルアミン、トリエチルアミン、メチルアミン又はトリメチルアミンである、[2]に記載の方法。
[4]前記標識反応液中の前記添加剤の濃度が、0.001~3.0Mである、[1]~[3]のいずれかに記載の方法。
[5]前記標識反応液のpHが2~9である、[1]~[4]のいずれか一項に記載の方法。
[6]前記工程(A)の前に、生体分子から遊離させた糖鎖を表面にヒドラジド基を有する担体に捕捉する工程(A’)を更に含む、[1]~[5]のいずれかに記載の方法。
[7]前記表面にヒドラジド基を有する担体が、下記式(1)で表される架橋型ポリマー構造を有する化合物からなる担体である、[6]に記載の方法。

Figure 2024060941000001
[式(1)中、R,Rは、それぞれ独立に、1又は複数の-CH-が、-O-,-S-,-NH-,-CO-又は-CONH-に置換されることにより中断されていてもよい炭素数1以上20以下の炭化水素鎖を表し、R,R,Rは、それぞれ独立に、H,CH又は炭素数2以上5以下の炭化水素鎖を表し、m:n=99:1~70:30である。]
[8]アミノ基を有する標識化合物、還元剤、及び、共役酸のpKaが5~12である添加剤を含む、糖鎖を標識するためのキット。 The present invention includes the following aspects.
[1] A method for labeling a glycan by a reductive amination reaction, comprising the step (A) of contacting the glycan with a labeling reaction solution containing a labeling compound having an amino group, a reducing agent, and an additive whose conjugate acid has a pKa of 5 to 12, to obtain the labeled glycan.
[2] The method according to [1], wherein the additive is an organic amine.
[3] The method according to [2], wherein the organic amine is dimethylamine, triethylamine, methylamine or trimethylamine.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the concentration of the additive in the labeling reaction solution is 0.001 to 3.0 M.
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein the pH of the labeling reaction solution is 2 to 9.
[6] The method according to any one of [1] to [5], further comprising a step (A') of capturing the sugar chain released from the biomolecule on a carrier having a hydrazide group on the surface thereof, prior to the step (A).
[7] The method according to [6], wherein the support having a hydrazide group on the surface thereof is a support made of a compound having a crosslinked polymer structure represented by the following formula (1):
Figure 2024060941000001
[In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrocarbon chain having 1 to 20 carbon atoms which may be interrupted by replacing one or more -CH 2 - with -O-, -S-, -NH-, -CO- or -CONH-, R 3 , R 4 and R 5 each independently represent H, CH 3 or a hydrocarbon chain having 2 to 5 carbon atoms, and m:n is 99:1 to 70:30.]
[8] A kit for labeling a sugar chain, comprising a labeling compound having an amino group, a reducing agent, and an additive whose conjugate acid has a pKa of 5 to 12.

本発明により、糖鎖の標識において、還元剤として、毒性の高いシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用しない場合においても、還元剤としてシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用した場合と同等の分析結果を得る技術を提供することができる。 The present invention provides a technology that can obtain analytical results equivalent to those obtained when sodium cyanoborohydride is used as a reducing agent in labeling glycans, even when the highly toxic sodium cyanoborohydride is not used as a reducing agent.

図1は、実験例1の結果を示すLC-MSのクロマトグラムである。FIG. 1 is an LC-MS chromatogram showing the results of Experimental Example 1. 図2は、実験例2の結果を示すLC-MSのクロマトグラムである。FIG. 2 is an LC-MS chromatogram showing the results of Experimental Example 2. 図3は、実験例3の結果を示すLC-MSのクロマトグラムである。FIG. 3 is an LC-MS chromatogram showing the results of Experimental Example 3. 図4は、実験例4の結果を示すLC-MSのクロマトグラムである。FIG. 4 is an LC-MS chromatogram showing the results of Experimental Example 4.

[糖鎖を標識する方法]
1実施形態において、本発明は、還元的アミノ化反応により糖鎖を標識する方法であって、前記糖鎖に、アミノ基を有する標識化合物、還元剤、及び、共役酸のpKaが5~12である添加剤を含む標識反応液を接触させ、標識された前記糖鎖を得る工程(A)を含む方法を提供する。
[Method of labeling glycans]
In one embodiment, the present invention provides a method for labeling a glycan by a reductive amination reaction, comprising a step (A) of contacting the glycan with a labeling reaction solution containing a labeling compound having an amino group, a reducing agent, and an additive whose conjugate acid has a pKa of 5 to 12, to obtain the labeled glycan.

実施例において後述するように、本実施形態の方法によれば、糖鎖の標識において、還元剤として、毒性の高いシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用しない場合においても、還元剤としてシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用した場合と同等の分析結果を得ることができる。 As described later in the Examples, the method of this embodiment makes it possible to obtain analytical results equivalent to those obtained when sodium cyanoborohydride is used as a reducing agent in labeling glycans, even when highly toxic sodium cyanoborohydride is not used as the reducing agent.

本実施形態の方法では、糖鎖に、アミノ基を有する標識化合物、還元剤、及び、共役酸のpKaが5~12である添加剤を含む標識反応液を接触させ、標識された前記糖鎖を得る。糖鎖の標識方法としては、還元的アミノ化法と交換反応法が挙げられるが、本実施形態の方法では還元的アミノ化法を用いる。 In the method of this embodiment, a glycan is contacted with a labeling reaction solution containing a labeling compound having an amino group, a reducing agent, and an additive whose conjugate acid has a pKa of 5 to 12, to obtain a labeled glycan. Methods for labeling glycans include reductive amination and exchange reaction, and the method of this embodiment uses reductive amination.

還元的アミノ化法においては、アミノ基を有する標識化合物により、糖鎖を標識する。標識反応液は、有機溶媒、又は、水と有機溶媒を含む混合溶媒を含むことができる。有機溶媒としては例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が好適に用いられる。 In the reductive amination method, glycans are labeled with a labeling compound having an amino group. The labeling reaction solution may contain an organic solvent or a mixed solvent containing water and an organic solvent. For example, dimethyl sulfoxide (DMSO) is preferably used as the organic solvent.

標識反応液が、水と有機溶媒を含む混合溶媒を含む場合、有機溶媒の比率に関わらずpH測定した際に得られた結果が、弱酸性から塩基性であることが好ましい。より具体的には、標識反応液のpHは、2以上9以下であることが好ましく、2以上8以下であることがより好ましく、2以上7以下であることが更に好ましい。 When the labeling reaction solution contains a mixed solvent containing water and an organic solvent, it is preferable that the result obtained when measuring the pH is weakly acidic to basic, regardless of the ratio of the organic solvent. More specifically, the pH of the labeling reaction solution is preferably 2 to 9, more preferably 2 to 8, and even more preferably 2 to 7.

糖鎖を標識する反応温度は、4℃以上90℃以下が好ましく、25℃以上80℃以下がより好ましく、30℃以上70℃以下が更に好ましい。 The reaction temperature for labeling the glycan is preferably 4°C or higher and 90°C or lower, more preferably 25°C or higher and 80°C or lower, and even more preferably 30°C or higher and 70°C or lower.

アミノ基を有する標識化合物は、紫外可視吸収特性又は蛍光特性を有することが好ましく、具体的な標識化合物としては、8-アミノピレン-1,3,6-トリスルホネート、8-アミノナフタレン-1,3,6-トリスルホネート、7-アミノ-1,3-ナフタレンジスルホン酸、2-アミノ-9(10H)-アクリドン、5-アミノフルオレセイン、ダンシルエチレンジアミン、2-アミノピリジン、7-アミノ-4-メチルクマリン、2-アミノベンズアミド、2-アミノ安息香酸、3-アミノ安息香酸、7-アミノ-1-ナフトール、3-(アセチルアミノ)-6-アミノアクリジン、2-アミノ-6-シアノエチルピリジン、p-アミノ安息香酸エチル、p-アミノベンゾニトリル、7-アミノナフタレン-1,3-ジスルホン酸、プロカインアミド等が挙げられ、中でも2-アミノベンズアミドであることが好ましい。 The labeling compound having an amino group preferably has ultraviolet-visible absorption characteristics or fluorescent characteristics. Specific examples of the labeling compound include 8-aminopyrene-1,3,6-trisulfonate, 8-aminonaphthalene-1,3,6-trisulfonate, 7-amino-1,3-naphthalenedisulfonic acid, 2-amino-9(10H)-acridone, 5-aminofluorescein, dansylethylenediamine, 2-aminopyridine, 7-amino-4-methylcoumarin, 2-aminobenzamide, 2-aminobenzoic acid, 3-aminobenzoic acid, 7-amino-1-naphthol, 3-(acetylamino)-6-aminoacridine, 2-amino-6-cyanoethylpyridine, ethyl p-aminobenzoate, p-aminobenzonitrile, 7-aminonaphthalene-1,3-disulfonic acid, and procainamide. Of these, 2-aminobenzamide is preferred.

標識反応液中の標識化合物の濃度は1mM以上10M以下であることが好ましく、10mM以上10M以下であることがより好ましく、100mM以上3M以下であることが更に好ましい。 The concentration of the labeling compound in the labeling reaction solution is preferably 1 mM or more and 10 M or less, more preferably 10 mM or more and 10 M or less, and even more preferably 100 mM or more and 3 M or less.

本実施形態の方法では、糖鎖の標識反応における還元剤として、従来使用されてきたシアノ水素化ホウ素ナトリウムと比較して安全性の高いホウ素系還元剤を使用する。このような還元剤としては、ピコリンボラン、ジメチルアミンボラン等が挙げられる。 In the method of this embodiment, a boron-based reducing agent that is safer than sodium cyanoborohydride, which has been used conventionally, is used as a reducing agent in the glycan labeling reaction. Examples of such reducing agents include picoline borane and dimethylamine borane.

標識反応液中の還元剤の濃度は、1mM以上10M以下であることが好ましく、10mM以上10M以下であることがより好ましく、100mM以上2M以下であることが更に好ましい。 The concentration of the reducing agent in the labeling reaction solution is preferably 1 mM or more and 10 M or less, more preferably 10 mM or more and 10 M or less, and even more preferably 100 mM or more and 2 M or less.

糖鎖の標識における反応時間は、10分以上24時間以下であることが好ましく、10分以上8時間以下であることがより好ましく、10分以上3時間以下であることが更に好ましい。 The reaction time for labeling the glycan is preferably from 10 minutes to 24 hours, more preferably from 10 minutes to 8 hours, and even more preferably from 10 minutes to 3 hours.

実施例において後述するように、本願発明者らは、糖鎖の標識において、還元剤をシアノ水素化ホウ素ナトリウムからピコリンボランに変更すると、HPLC等による糖鎖分析時に、ピークパターンの変動が生じる場合があることを見出した。質量分析の結果から、ピークパターンの変動の原因として、副産物としてラクトン構造を有する糖鎖(ラクトン体)が生成されることが考えられた。 As described later in the Examples, the inventors of the present application found that when the reducing agent for labeling glycans is changed from sodium cyanoborohydride to picoline borane, the peak pattern may vary during glycan analysis by HPLC or the like. From the results of mass spectrometry, it was believed that the peak pattern variation was caused by the generation of glycans having a lactone structure (lactone body) as a by-product.

発明者らは更に、糖鎖に接触させる標識反応液に、共役酸のpKaが5~12である添加剤を添加することにより、糖鎖のラクトン構造を解消し、還元剤としてピコリンボランを使用した場合であっても、還元剤としてシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用した場合と同等の分析結果を得ることができることを明らかにした。 The inventors further demonstrated that by adding an additive whose conjugate acid has a pKa of 5 to 12 to the labeling reaction solution that is brought into contact with the glycan, the lactone structure of the glycan can be eliminated, and even when picoline borane is used as the reducing agent, analytical results equivalent to those obtained when sodium cyanoborohydride is used as the reducing agent can be obtained.

共役酸のpKaが5~12である添加剤としては、有機アミンが挙げられる。具体的な有機アミンとしては、ジメチルアミン、トリエチルアミン、メチルアミン、トリメチルアミン等が挙げられる。 Additives whose conjugate acids have a pKa of 5 to 12 include organic amines. Specific organic amines include dimethylamine, triethylamine, methylamine, and trimethylamine.

標識反応液中の添加剤の濃度は、0.001~3.0Mであることが好ましい。標識反応液中の添加剤の濃度の下限値は、0.005M以上であってもよく、0.01M以上であってもよく、0.05M以上であってもよい。また、標識反応液中の添加剤の濃度の上限値は、2M以下であってもよく、1M以下であってもよく、0.5M以下であってもよい。これらの下限値と上限値は任意に組み合わせることができる。 The concentration of the additive in the labeling reaction solution is preferably 0.001 to 3.0 M. The lower limit of the concentration of the additive in the labeling reaction solution may be 0.005 M or more, 0.01 M or more, or 0.05 M or more. The upper limit of the concentration of the additive in the labeling reaction solution may be 2 M or less, 1 M or less, or 0.5 M or less. These lower and upper limits can be combined in any combination.

実施例において後述するように、共役酸のpKaが5~12である添加剤を上記の濃度で使用することにより、還元剤としてシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用ない場合においても、還元剤としてシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用した場合と同等の分析結果を得ることができる。 As described later in the Examples, by using an additive with a conjugate acid pKa of 5 to 12 at the above concentrations, it is possible to obtain analytical results equivalent to those obtained when sodium cyanoborohydride is used as a reducing agent, even when sodium cyanoborohydride is not used as a reducing agent.

本実施形態の方法において、標識される糖鎖は生体に由来する試料(生体試料)に含まれる糖鎖であってもよい。生体試料としては、例えば、全血、血清、血漿、尿、唾液、細胞、組織、ウイルス、植物組織等が挙げられる。また、生体試料として、精製された糖タンパク質を用いてもよいし、未精製の糖タンパク質を用いてもよい。生体試料は、脱脂、脱塩、タンパク質分画、熱変性等の方法により前処理されていてもよい。 In the method of this embodiment, the glycan to be labeled may be a glycan contained in a sample derived from a living organism (biological sample). Examples of biological samples include whole blood, serum, plasma, urine, saliva, cells, tissues, viruses, and plant tissues. In addition, purified glycoproteins or unpurified glycoproteins may be used as the biological sample. The biological sample may be pretreated by methods such as delipidation, desalting, protein fractionation, and heat denaturation.

糖鎖遊離手段を用いて、生体試料中の糖鎖を含む生体分子(例えば、糖タンパク質)から糖鎖を遊離させることができる。糖鎖遊離手段としては、N-グリコシダーゼ又はO-グリコシダーゼを用いたグリコシダーゼ処理、ヒドラジン分解、アルカリ処理によるβ脱離等の方法を用いることができる。N型糖鎖の分析を行う場合は、N-グリコシダーゼを用いる方法が好ましい。グリコシダーゼ処理に先立って、トリプシンやキモトリプシンなどを用いてプロテアーゼ処理を行ってもよい。 By using a glycan releasing means, glycans can be released from glycan-containing biomolecules (e.g., glycoproteins) in a biological sample. As a glycan releasing means, methods such as glycosidase treatment using N-glycosidase or O-glycosidase, hydrazinolysis, and β-elimination by alkali treatment can be used. When analyzing N-glycans, a method using N-glycosidase is preferred. Prior to glycosidase treatment, protease treatment using trypsin, chymotrypsin, etc. may be performed.

本実施形態の方法において、標識する糖鎖は、表面にヒドラジド基を有する担体を用いて捕捉したものであってもよい。すなわち、本実施形態の方法は、工程(A)の前に、生体分子から遊離させた糖鎖を表面にヒドラジド基を有する担体に捕捉する工程(A’)を更に含んでいてもよい。 In the method of this embodiment, the glycan to be labeled may be captured using a carrier having a hydrazide group on its surface. That is, the method of this embodiment may further include a step (A') of capturing the glycan released from the biomolecule on a carrier having a hydrazide group on its surface prior to step (A).

この場合、本実施形態の方法は、生体分子から遊離させた糖鎖を表面にヒドラジド基を有する担体に捕捉する工程(A’)と、糖鎖に、アミノ基を有する標識化合物、還元剤、及び、共役酸のpKaが5~12である添加剤を含む標識反応液を接触させ、標識された前記糖鎖を得る工程(A)とを含むものになる。 In this case, the method of this embodiment includes a step (A') of capturing the glycan released from the biomolecule on a carrier having a hydrazide group on the surface, and a step (A) of contacting the glycan with a labeling reaction solution containing a labeling compound having an amino group, a reducing agent, and an additive whose conjugate acid has a pKa of 5 to 12 to obtain the labeled glycan.

糖鎖は、水溶液等の溶液中で、環状のヘミアセタール型と非環状のアルデヒド型との平衡状態にある。ヒドラジド基は、アルデヒド型の糖鎖のアルデヒド基と反応し、特異的且つ安定な結合を形成する。その結果、糖鎖を担体に捕捉することができる。 In a solution such as an aqueous solution, glycans are in equilibrium between cyclic hemiacetal type and non-cyclic aldehyde type. The hydrazide group reacts with the aldehyde group of the aldehyde type glycan to form a specific and stable bond. As a result, the glycan can be captured on the carrier.

ヒドラジド基「-C(=O)-NHNH」を有する化合物又は担体は、接触させる糖鎖がヒドラジド基と相互作用可能であれば特に限定されず、低分子化合物、固相担体、ポリマー粒子、ミセル、リポソーム、可溶性ポリマー等のいずれの形態であってもよい。 The compound or carrier having a hydrazide group "-C(=O)-NHNH 2 " is not particularly limited as long as the sugar chain to be contacted can interact with the hydrazide group, and may be in any form, such as a low molecular weight compound, a solid phase carrier, a polymer particle, a micelle, a liposome, or a soluble polymer.

これらのうち、ポリマー粒子としては、固体粒子やゲル粒子を好適に用いることができる。このようなポリマー粒子を用いれば、ポリマー粒子に糖鎖を捕捉させたのち、遠心分離やろ過等の手段によって、ポリマー粒子を容易に回収することができる。 Of these, solid particles or gel particles can be suitably used as the polymer particles. If such polymer particles are used, the polymer particles can be easily collected by centrifugal separation, filtration, or other means after capturing sugar chains on the polymer particles.

また、ポリマー粒子をカラムに充填して用いることも可能である。カラムに充填して用いる方法は、特に連続操作化の観点から重要となる。また、反応容器としてフィルタープレート(例えば、ミリポア社製のMultiScreen Solvinert Filter Plate)を用いることにより、複数のサンプルを同時に処理することが可能となる。この場合、例えば、ゲルろ過に代表されるカラム操作による従来の精製手段と比較して、糖鎖精製のスループットが大幅に向上される。また、ポリマー粒子として磁性体ビーズを用いれば、磁力を使って容器壁面等にビーズを集積できるため、ビーズの洗浄を容易に行うことができる。 It is also possible to pack the polymer particles into a column. Packing the polymer particles into a column is particularly important from the viewpoint of continuous operation. By using a filter plate (e.g., Millipore's MultiScreen Solvinert Filter Plate) as a reaction vessel, it becomes possible to process multiple samples simultaneously. In this case, the throughput of glycan purification is significantly improved compared to conventional purification methods using columns, such as gel filtration. In addition, if magnetic beads are used as the polymer particles, the beads can be accumulated on the vessel wall surface, etc., using magnetic force, making it easy to wash the beads.

ポリマー粒子の形状は特に限定されないが、球状又はそれに類する形状が好ましい。ポリマー粒子が球状の場合、平均粒径は0.05μm以上1000μm以下であることが好ましく、0.05μm以上200μm以下であることがより好ましく、0.1μm以上200μm以下であることが更に好ましく、0.1μm以上100μm以下であることが特に好ましい。 The shape of the polymer particles is not particularly limited, but a spherical shape or a similar shape is preferred. When the polymer particles are spherical, the average particle size is preferably 0.05 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 0.05 μm or more and 200 μm or less, even more preferably 0.1 μm or more and 200 μm or less, and particularly preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less.

ポリマー粒子の平均粒径が下限値以上であることにより、ポリマー粒子をカラムに充填して用いる際、通液性を良好に維持することができ、大きな圧力を加える必要がなくなる。また、ポリマー粒子を遠心分離やろ過で回収することが容易となる。また、ポリマー粒子の平均粒径が上限値以下であることにより、ポリマー粒子と試料溶液の接触面積を確保することができ、糖鎖捕捉の効率を高めることができる。また、ピペット等でポリマー粒子を吸い上げることが容易となる。 When the average particle size of the polymer particles is equal to or greater than the lower limit, good liquid permeability can be maintained when the polymer particles are packed into a column, and there is no need to apply high pressure. In addition, the polymer particles can be easily recovered by centrifugation or filtration. In addition, when the average particle size of the polymer particles is equal to or less than the upper limit, the contact area between the polymer particles and the sample solution can be secured, and the efficiency of glycan capture can be improved. In addition, the polymer particles can be easily sucked up using a pipette, etc.

表面にヒドラジド基を有する担体としては、下記式(1)で表される架橋型ポリマー構造を有する化合物からなる担体が挙げられる。 An example of a carrier having a hydrazide group on its surface is a carrier made of a compound having a crosslinked polymer structure represented by the following formula (1):

Figure 2024060941000002
Figure 2024060941000002

式(1)中、R,Rは、それぞれ独立に、1又は複数の-CH-が、-O-,-S-,-NH-,-CO-又は-CONH-に置換されることにより中断されていてもよい炭素数1以上20以下の炭化水素鎖を表し、R,R,Rは、それぞれ独立に、H,CH又は炭素数2以上5以下の炭化水素鎖を表す。また、m,nはモノマーユニット数を表し、mとnの比はm:n=99:1~70:30である。 In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrocarbon chain having from 1 to 20 carbon atoms which may be interrupted by replacing one or more -CH 2 - with -O-, -S-, -NH-, -CO- or -CONH-, and R 3 , R 4 and R 5 each independently represent H, CH 3 or a hydrocarbon chain having from 2 to 5 carbon atoms. Additionally, m and n represent the number of monomer units, and the ratio of m to n is m:n=99:1 to 70:30.

上記式(1)で表される化合物からなる担体(ポリマー粒子)としては、市販の担体(BlotGlyco(登録商標)、品番「BS-45407」、住友ベークライト株式会社製)を好適に使用することができる。 As a carrier (polymer particles) made of the compound represented by the above formula (1), a commercially available carrier (BlotGlyco (registered trademark), product number "BS-45407", manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) can be suitably used.

式(2)中、m,nはモノマーユニット数を表し、mとnの比はm:n=99:1~70:30である。 In formula (2), m and n represent the number of monomer units, and the ratio of m to n is m:n = 99:1 to 70:30.

表面にヒドラジド基を有する担体に糖鎖を捕捉する際の反応系のpHは、2以上9以下であることが好ましく、2以上7以下であることがより好ましく、2以上6以下であることが更に好ましい。pH調整のためには、各種緩衝液を用いることができる。 The pH of the reaction system when capturing glycans on a carrier having hydrazide groups on its surface is preferably 2 to 9, more preferably 2 to 7, and even more preferably 2 to 6. Various buffer solutions can be used to adjust the pH.

また、糖鎖を捕捉する際の溶媒としては、酸と有機溶媒の混合溶媒を用いることもできる。酸と有機溶媒の混合溶媒を使用する場合、酸としては、特に制限されず、例えば、酢酸、ギ酸、トリフルオロ酢酸、塩酸、クエン酸、リン酸、硫酸が挙げられる。なかでも、酢酸、ギ酸、トリフルオロ酢酸、リン酸であることが好ましく、酢酸、トリフルオロ酢酸であることがより好ましい。 In addition, a mixed solvent of an acid and an organic solvent can also be used as the solvent for capturing the glycans. When a mixed solvent of an acid and an organic solvent is used, the acid is not particularly limited, and examples thereof include acetic acid, formic acid, trifluoroacetic acid, hydrochloric acid, citric acid, phosphoric acid, and sulfuric acid. Among these, acetic acid, formic acid, trifluoroacetic acid, and phosphoric acid are preferred, and acetic acid and trifluoroacetic acid are more preferred.

また、有機溶媒としては、糖鎖と上記の酸を溶解するものであれば特に制限されない。糖鎖の捕捉時に乾固すると捕捉効率が上昇することが多いため、アセトニトリル等の比較的低沸点の有機溶媒が好適に用いられる。 The organic solvent is not particularly limited as long as it dissolves the glycan and the above-mentioned acid. Since the capture efficiency often increases when the glycan is dried during capture, an organic solvent with a relatively low boiling point, such as acetonitrile, is preferably used.

酸と有機溶媒の混合比率(体積比)は、0.1:99.9~10:90であることが好ましく、0.5:99.5~5:95であることがより好ましく、1:99~5:95であることが更に好ましい。 The mixing ratio (volume ratio) of the acid to the organic solvent is preferably 0.1:99.9 to 10:90, more preferably 0.5:99.5 to 5:95, and even more preferably 1:99 to 5:95.

糖鎖捕捉時の温度は、4℃以上90℃以下であることが好ましく、30℃以上90℃以下であることがより好ましく、30℃以上80℃以下であることが更に好ましく、40℃以上80℃以下であることが特に好ましい。糖鎖を捕捉するための反応時間は適宜設定することができる。表面にヒドラジド基を有する担体をカラムに充填して、糖鎖を含む試料溶液を通過させることにより、糖鎖を捕捉してもよい。 The temperature during glycan capture is preferably 4°C or higher and 90°C or lower, more preferably 30°C or higher and 90°C or lower, even more preferably 30°C or higher and 80°C or lower, and particularly preferably 40°C or higher and 80°C or lower. The reaction time for capturing glycans can be set appropriately. Glycans may be captured by filling a column with a carrier having hydrazide groups on its surface and passing a sample solution containing glycans through the column.

続いて、糖鎖と結合した(糖鎖を捕捉した)担体を洗浄する。これにより、担体に捕捉された物質のうち、糖鎖以外の物質(非特異的に吸着した物質)を除去することができる。 Then, the carrier bound to the glycans (capturing the glycans) is washed. This makes it possible to remove substances other than the glycans (non-specifically adsorbed substances) from the substances captured by the carrier.

糖鎖以外の物質を除去する方法としては、疎水性相互作用を解離する能力のあるカオトロピック試薬であるグアニジン水溶液で洗浄する方法や、純水や水溶性緩衝液(例えばリン酸緩衝液、トリス緩衝液等)で洗浄する方法を用いることができる。 Methods for removing substances other than glycans include washing with an aqueous guanidine solution, which is a chaotropic agent capable of dissociating hydrophobic interactions, or washing with pure water or a water-soluble buffer solution (e.g., phosphate buffer, Tris buffer, etc.).

洗浄条件は、温度が4℃以上40℃以下であることが好ましく、洗浄時間が10秒以上30分以下であることが好ましい。洗浄方法としては、担体を洗浄液に浸漬し、洗浄液の交換を繰り返すことが挙げられる。 The washing conditions are preferably a temperature of 4°C or higher and 40°C or lower, and a washing time of 10 seconds or higher and 30 minutes or lower. The washing method includes immersing the carrier in a washing solution and repeatedly replacing the washing solution.

具体的には、遠沈管やチューブに担体を入れ、洗浄液を加え、振とうした後、遠心操作により担体を沈殿させて、上清を除去する操作を繰り返すことにより洗浄するとよい。担体の沈殿は自然沈降、又は、遠心分離により行うことができる。洗浄操作は3回以上6回以下行うことが好ましい。担体として磁性ビーズを用いる場合には、遠心操作が不要となるため簡便である。 Specifically, the carrier is placed in a centrifuge tube or other tube, a washing solution is added, the tube is shaken, the carrier is precipitated by centrifugation, and the supernatant is removed. This process is repeated to wash the carrier. The carrier can be precipitated by natural settling or centrifugation. It is preferable to perform the washing process three to six times. When magnetic beads are used as the carrier, centrifugation is not required, making the process simple.

また、チューブ状の容器であって、底面部に、液体を透過可能で担体が不透過である孔径を有するフィルターを装着したフィルターチューブを用いることも可能である。フィルターチューブに担体を入れて使用することで、洗浄に要した洗浄液を、フィルターを介して除去することが可能となり、上述した遠心操作後の上清除去の工程が不要となるため、作業性の向上を図ることができる。 It is also possible to use a filter tube, which is a tube-shaped container with a filter attached to the bottom, the filter having a pore size that allows liquid to pass through but does not allow the carrier to pass through. By using the carrier in a filter tube, the washing liquid used for washing can be removed through the filter, and the above-mentioned process of removing the supernatant after centrifugation is no longer necessary, improving workability.

また、6ウェル~384ウェルのマルチウェルプレートの底部にフィルターを装着したものが各種市販されており、これらのプレートを用いることでハイスループット化することが可能である。特に96ウェルマルチウェルプレートは、溶液分注機器、吸引除去システム、及び、プレートの搬送システム等が開発されており、ハイスループット化に最適である。 In addition, various types of multi-well plates with filters attached to the bottom of 6- to 384-well plates are commercially available, and using these plates makes it possible to achieve high throughput. In particular, 96-well multi-well plates are ideal for achieving high throughput, as solution dispensing devices, suction and removal systems, and plate transport systems have been developed.

糖鎖捕捉反応を行った後、カラムに洗浄溶液を通して糖鎖捕捉反応から連続的に洗浄処理を行ってもよい。また、マルチウェルプレートを用いた場合には、ろ過操作又は遠心操作により糖鎖を捕捉した担体以外の物質を除去してもよい。 After the glycan capture reaction, a washing solution may be passed through the column to perform a washing process continuously from the glycan capture reaction. In addition, when a multi-well plate is used, substances other than the carrier that captured the glycan may be removed by a filtration operation or a centrifugation operation.

表面にヒドラジド基を有する担体上の余剰のヒドラジド基は、例えば、無水酢酸等を利用してキャッピングすることができる。 Excess hydrazide groups on a carrier having hydrazide groups on its surface can be capped using, for example, acetic anhydride.

工程(A’)を行った場合には、工程(A’)の後工程(A)の前に、表面にヒドラジド基を有する担体に捕捉された糖鎖を遊離させることが好ましい。糖鎖の遊離は、酸処理により行うことができる。酸処理は、糖鎖を捕捉した担体に、酸と有機溶媒の混合溶媒、又は、酸と水と有機溶媒の混合溶媒を接触させることにより行うことができる。 When step (A') is performed, it is preferable to release the glycan captured on the carrier having hydrazide groups on the surface after step (A') and before step (A). The release of the glycan can be performed by acid treatment. The acid treatment can be performed by contacting the carrier on which the glycan has been captured with a mixed solvent of an acid and an organic solvent, or a mixed solvent of an acid, water, and an organic solvent.

酸と水と有機溶媒の混合溶媒の場合、水の割合(体積比)は、0.1%以上90%以下であることが好ましく、0.1%以上80%以下であることがより好ましく、0.1%以上50%以下であることが更に好ましい。 In the case of a mixed solvent of acid, water, and an organic solvent, the proportion of water (volume ratio) is preferably 0.1% or more and 90% or less, more preferably 0.1% or more and 80% or less, and even more preferably 0.1% or more and 50% or less.

水の代わりに水性緩衝液を用いてもよい。水性緩衝液中の緩衝剤の濃度は、0.1mM以上1M以下であることが好ましく、0.1mM以上500mM以下であることがより好ましく、1mM以上100mM以下であることが更に好ましい。 An aqueous buffer solution may be used instead of water. The concentration of the buffering agent in the aqueous buffer solution is preferably 0.1 mM to 1 M, more preferably 0.1 mM to 500 mM, and even more preferably 1 mM to 100 mM.

酸と有機溶媒の混合溶媒、又は、酸と水と有機溶媒の混合溶媒のpHは、2以上9以下であることが好ましく、2以上7以下であることがより好ましく、2以上6以下であることが更に好ましい。弱酸性から中性付近で糖鎖の遊離反応を行うことにより、例えば、強酸である10%トリフルオロ酢酸処理による糖鎖の遊離反応と比較して、シアル酸残基の脱離等の糖鎖の加水分解を抑制することができる。 The pH of the mixed solvent of acid and organic solvent, or the mixed solvent of acid, water and organic solvent, is preferably 2 to 9, more preferably 2 to 7, and even more preferably 2 to 6. By carrying out the glycan release reaction at a weakly acidic to near-neutral pH, hydrolysis of the glycan, such as the elimination of sialic acid residues, can be suppressed, compared to the glycan release reaction by treatment with, for example, 10% trifluoroacetic acid, which is a strong acid.

酸と有機溶媒の混合溶媒、又は、酸と水と有機溶媒の混合溶媒における酸としては、例えば、酢酸、ギ酸、トリフルオロ酢酸、塩酸、クエン酸、リン酸、硫酸があげられる。中でも酢酸、ギ酸、トリフルオロ酢酸、リン酸が好ましく、酢酸、トリフルオロ酢酸が更に好ましい。 Examples of the acid in the mixed solvent of an acid and an organic solvent, or the mixed solvent of an acid, water, and an organic solvent, include acetic acid, formic acid, trifluoroacetic acid, hydrochloric acid, citric acid, phosphoric acid, and sulfuric acid. Among these, acetic acid, formic acid, trifluoroacetic acid, and phosphoric acid are preferred, and acetic acid and trifluoroacetic acid are more preferred.

酸処理の温度は4℃以上90℃以下であることが好ましく、25℃以上90℃以下であることがより好ましく、40℃以上90℃以下であることがさらに好ましい。また、酸処理の時間は10分以上24時間以下であることが好ましく、10分以上8時間以下であることがより好ましく、10分以上3時間以下であることが更に好ましい。 The temperature of the acid treatment is preferably 4°C or more and 90°C or less, more preferably 25°C or more and 90°C or less, and even more preferably 40°C or more and 90°C or less. The time of the acid treatment is preferably 10 minutes or more and 24 hours or less, more preferably 10 minutes or more and 8 hours or less, and even more preferably 10 minutes or more and 3 hours or less.

酸処理は、糖鎖を効率よく遊離させる観点から、開放系で行って溶媒を完全に蒸発させることが好ましい。 From the viewpoint of efficiently releasing the glycans, it is preferable to carry out the acid treatment in an open system so that the solvent is completely evaporated.

本実施形態の方法において、工程(A)を実施した後の反応物には、標識された糖鎖以外に、未反応の標識化合物、還元剤、塩類等が存在する。そこで、標識された糖鎖の分析前にこれらの物質を除去することが好ましい。 In the method of this embodiment, the reaction product after step (A) contains unreacted labeled compound, reducing agent, salts, etc. in addition to the labeled glycan. Therefore, it is preferable to remove these substances before analyzing the labeled glycan.

除去方法としては、シリカカラム等の糖鎖親和性担体を用いた固相抽出による除去、ゲル濾過による除去、イオン交換樹脂による除去等が挙げられ、いずれの方法を用いてもよいが、シアル酸の離脱を防ぐために使用する溶媒のpHは中性付近であることが好ましい。この結果、標識された糖鎖以外の物質を除去した標識糖鎖試料を調製することが可能になる。 Methods for removal include removal by solid-phase extraction using a glycan affinity carrier such as a silica column, removal by gel filtration, removal by ion exchange resin, etc. Any method may be used, but it is preferable that the pH of the solvent used is near neutral to prevent the release of sialic acid. As a result, it becomes possible to prepare a labeled glycan sample from which substances other than the labeled glycan have been removed.

なかでも、標識された糖鎖を含む溶液を、糖鎖親和性担体に吸着させて洗浄し、その後糖鎖親和性担体から標識された糖鎖を溶出することが好ましい。 In particular, it is preferable to adsorb a solution containing labeled glycans to a glycan affinity carrier, wash the carrier, and then elute the labeled glycans from the glycan affinity carrier.

つまり、本実施形態の方法は、工程(A)の後に、標識された糖鎖を糖鎖親和性担体に吸着させる工程(B)を更に含み、糖鎖が糖鎖親和性担体に捕捉された状態で糖鎖を洗浄し、その後糖鎖親和性担体から標識された糖鎖を溶出することが好ましい。 In other words, it is preferable that the method of this embodiment further includes, after step (A), step (B) of adsorbing the labeled glycan to a glycan affinity carrier, washing the glycan while it is captured on the glycan affinity carrier, and then eluting the labeled glycan from the glycan affinity carrier.

糖鎖親和性担体としては、例えばシリカを含有する担体が挙げられ、シリカのみからなるものであってもよく、シリカ-有機物ハイブリッド型であってもよい。また、その形状も特に制限されず、粒子状、板状、繊維状、多孔質状等のいずれであってもよい。また、シリカは、シラノール基を有するシリカであってもよいし、アミノプロピル基等で表面が修飾されたものであってもよい。 Examples of carriers with affinity for sugar chains include carriers containing silica, which may consist of silica alone or may be a silica-organic hybrid type. There are also no particular limitations on the shape of the carrier, and the carrier may be particulate, plate-like, fibrous, porous, or the like. The silica may be silica having silanol groups, or may be surface-modified with aminopropyl groups, etc.

標識された糖鎖を糖鎖親和性担体に吸着させる際の試料溶液は、95体積%を超える有機溶媒を含む溶液であることが好ましく、96体積%以上の有機溶媒を含む溶液であることがより好ましく、98体積%以上の有機溶媒を含む溶液であることが更に好ましく、99体積%以上の有機溶媒を含む溶液であることが特に好ましい。 The sample solution used to adsorb the labeled glycans to the glycan affinity carrier is preferably a solution containing more than 95% by volume of organic solvent, more preferably a solution containing 96% or more by volume of organic solvent, even more preferably a solution containing 98% or more by volume of organic solvent, and particularly preferably a solution containing 99% or more by volume of organic solvent.

有機溶媒としては、アセトニトリル、ヘキサン、酢酸エチル、塩化メチレン、テトラヒドロフラン等を用いることができるが、アセトニトリルが特に好ましい。 As the organic solvent, acetonitrile, hexane, ethyl acetate, methylene chloride, tetrahydrofuran, etc. can be used, but acetonitrile is particularly preferred.

上記操作によって糖鎖親和性担体に標識された糖鎖を吸着させた後、洗浄液を通液することにより、標識された糖鎖以外の不要物を洗浄除去し、標識された糖鎖を精製することができる。洗浄液は、90体積%以上の有機溶媒と10体積%以下の水を含むことが好ましく、95体積%以上の有機溶媒と5体積%以下の水を含むことが更に好ましい。洗浄液に含まれる有機溶媒としては、アセトニトリル、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ヘキサン、酢酸エチル、塩化メチレン、テトラヒドロフラン等を用いることができるが、アセトニトリルが特に好ましい。組成の異なる複数種類の洗浄液を用いてもよく、例えば100%アセトニトリルで洗浄した後、アセトニトリル:水=95:5(v/v)の混合液で更に洗浄してもよい。 After the labeled glycans are adsorbed to the glycan affinity carrier by the above operation, unnecessary substances other than the labeled glycans can be washed away by passing a washing solution through the carrier, and the labeled glycans can be purified. The washing solution preferably contains 90% or more by volume of an organic solvent and 10% or less by volume of water, and more preferably 95% or more by volume of an organic solvent and 5% or less by volume of water. As the organic solvent contained in the washing solution, acetonitrile, methanol, ethanol, 2-propanol, hexane, ethyl acetate, methylene chloride, tetrahydrofuran, etc. can be used, but acetonitrile is particularly preferred. Multiple types of washing solutions with different compositions may be used, and for example, after washing with 100% acetonitrile, further washing with a mixture of acetonitrile:water = 95:5 (v/v) may be used.

洗浄操作後、糖鎖親和性担体に溶出液を添加し、標識された糖鎖を溶出する。溶出液は10体積%以上の水を含むことが好ましく、50体積%以上の水を含むことがより好ましく、水が特に好ましい。溶出液に含まれる水以外の成分としては、アセトニトリル、及び、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールに代表されるアルコールから選ばれる有機溶媒が挙げられる。 After the washing operation, an elution solution is added to the glycan affinity carrier to elute the labeled glycans. The elution solution preferably contains 10% or more by volume of water, more preferably 50% or more by volume of water, and water is particularly preferred. Components other than water contained in the elution solution include acetonitrile and organic solvents selected from alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and butanol.

以上の工程により、標識された糖鎖を得ることができる。標識された糖鎖は、質量分析(例えば、LC-MS、MALDI-TOF MS等)、クロマトグラフィー(例えば、HPLC、HPAE-PAD等)、電気泳動(例えば、キャピラリー電気泳動等)等の公知の方法により分析することができる。糖鎖の分析においては、必要に応じて、各種データベース(例えば、GlycoMod、Glycosuite、SimGlycan等)を参照することができる。 By the above steps, a labeled glycan can be obtained. The labeled glycan can be analyzed by known methods such as mass spectrometry (e.g., LC-MS, MALDI-TOF MS, etc.), chromatography (e.g., HPLC, HPAE-PAD, etc.), and electrophoresis (e.g., capillary electrophoresis, etc.). When analyzing the glycan, various databases (e.g., GlycoMod, Glycosuite, SimGlycan, etc.) can be referenced as necessary.

[キット]
1実施形態において、本発明は、アミノ基を有する標識化合物、還元剤、及び、共役酸のpKaが5~12である添加剤を含む、糖鎖を標識するためのキットを提供する。
[kit]
In one embodiment, the present invention provides a kit for labeling a glycan, comprising a labeling compound having an amino group, a reducing agent, and an additive having a conjugate acid with a pKa of 5 to 12.

本実施形態のキットにおいて、アミノ基を有する標識化合物、還元剤、共役酸のpKaが5~12である添加剤については、上述したものと同様である。本実施形態のキットは、上述した、還元的アミノ化反応により糖鎖の標識方法を実施する用途に好適に用いることができる。 In the kit of this embodiment, the labeling compound having an amino group, the reducing agent, and the additive whose conjugate acid has a pKa of 5 to 12 are the same as those described above. The kit of this embodiment can be suitably used for carrying out the above-mentioned method for labeling glycans by reductive amination reaction.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[実験例1]
(仔ウシ血清由来Fetuinの糖鎖分析1)
仔ウシ血清由来Fetuinの糖鎖を2-aminobenzamide(2-AB)で標識し、LC-MSで分析した。還元剤としてシアノ水素化ホウ素ナトリウムを含む標識反応液を使用した。また、後述するように、標識された糖鎖をクリーンアップカラムに吸着させて洗浄した後、純水によりクリーンアップカラムから溶出させて回収した。
[Experimental Example 1]
(Glycosylation analysis of fetuin derived from calf serum 1)
The sugar chains of fetuin derived from calf serum were labeled with 2-aminobenzamide (2-AB) and analyzed by LC-MS. A labeling reaction solution containing sodium cyanoborohydride as a reducing agent was used. As described below, the labeled sugar chains were adsorbed onto a clean-up column and washed, and then eluted from the clean-up column with pure water and collected.

《試料の予備処理》
仔ウシ血清由来Fetuin 2mgを純水200μLに溶解させた後、120mMジチオスレイトール(DTT)を20μL、1M重炭酸アンモニウム水溶液を20μL加え、60℃で30分間反応させた。反応終了後、123mMヨードアセトアミド(IAA)40μLを加えて、遮光下、室温で1時間反応させた。続いて400Uのトリプシンによってプロテアーゼ処理し、タンパク質部分をペプチド断片化した。続いて、反応溶液を90℃で5分処理した後、5UのN-グリコシダーゼを反応させてN型糖鎖をペプチドから切り出した。
<Sample Pretreatment>
2 mg of fetuin derived from calf serum was dissolved in 200 μL of pure water, and then 20 μL of 120 mM dithiothreitol (DTT) and 20 μL of 1 M ammonium bicarbonate aqueous solution were added and reacted at 60° C. for 30 minutes. After the reaction was completed, 40 μL of 123 mM iodoacetamide (IAA) was added and reacted at room temperature for 1 hour under light shielding. The protein portion was then treated with protease using 400 U of trypsin to fragment the protein into peptide fragments. The reaction solution was then treated at 90° C. for 5 minutes, and then reacted with 5 U of N-glycosidase to cleave the N-glycan from the peptide.

《糖鎖の捕捉及び洗浄》
市販の糖鎖精製ラベル化キット(BlotGlyco(登録商標)、品番「BS-45407」、住友ベークライト株式会社製)を使用した。キットには、表面にヒドラジド基を有する担体(BlotGlyco(登録商標)ビーズ)が含まれていた。
《Capturing and washing sugar chains》
A commercially available glycan purification and labeling kit (BlotGlyco (registered trademark), product number "BS-45407", manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) was used. The kit contained a carrier having hydrazide groups on the surface (BlotGlyco (registered trademark) beads).

まず、BlotGlyco(登録商標)ビーズ5mgが入ったディスポカラムに、予備処理済の仔ウシ血清由来Fetuinの懸濁液20μL及び2%酢酸/アセトニトリル溶液180μLを加え、80℃で1時間反応させた。反応は開放系で行い、反応終了時には溶媒が完全に蒸発し、カラムの内容物が乾固した状態であることを目視で確認した。 First, 20 μL of a suspension of pretreated fetuin derived from calf serum and 180 μL of a 2% acetic acid/acetonitrile solution were added to a disposable column containing 5 mg of BlotGlyco (registered trademark) beads, and the reaction was allowed to proceed at 80°C for 1 hour. The reaction was carried out in an open system, and it was visually confirmed that the solvent had completely evaporated at the end of the reaction, and the contents of the column had dried up.

続いて、グアニジン溶液、純水、メタノール、1%トリエチルアミン-メタノール溶液で順次カラムを洗浄後、10%無水酢酸/メタノールを添加し、室温で30分間反応させ、未反応のヒドラジド基をキャッピングした。キャッピング後、純水でカラムを洗浄した。 Then, the column was washed successively with a guanidine solution, pure water, methanol, and a 1% triethylamine-methanol solution, after which 10% acetic anhydride/methanol was added and reacted at room temperature for 30 minutes to cap any unreacted hydrazide groups. After capping, the column was washed with pure water.

《糖鎖の遊離》
続いて、カラムに純水20μL及び2%酢酸/アセトニトリル溶液180μLを加え、70℃で1.5時間反応させた。反応は開放系で行い、反応終了時には溶媒が完全に蒸発し、カラムの内容物が乾固した状態であることを目視で確認した。
<<Liberation of glycans>>
Next, 20 μL of pure water and 180 μL of a 2% acetic acid/acetonitrile solution were added to the column, and the reaction was carried out for 1.5 hours at 70° C. The reaction was carried out in an open system, and it was visually confirmed that the solvent had completely evaporated at the end of the reaction and the contents of the column had dried up.

《糖鎖の標識》
続いて、カラムに、2-AB及びシアノ水素化ホウ素ナトリウムを、それぞれ終濃度が1M及び350mMになるように、30%酢酸/DMSO溶液に溶解させて調製した標識反応液50μLを添加し、50℃で1時間反応させた。
<Glycan labeling>
Subsequently, 50 μL of a labeling reaction solution prepared by dissolving 2-AB and sodium cyanoborohydride in a 30% acetic acid/DMSO solution to final concentrations of 1 M and 350 mM, respectively, was added to the column, and the reaction was allowed to proceed at 50° C. for 1 hour.

《余剰試薬の除去》
続いて、カラムを遠心して、標識された糖鎖と未反応の2-ABを含む反応溶液50μLを回収した。続いて、回収した反応溶液をアセトニトリルで20倍に希釈し、糖鎖精製ラベル化キット(BlotGlyco(登録商標)、品番「BS-45407」、住友ベークライト株式会社製)に含まれるクリーアップカラム(シリカゲル担体)に添加し、クリーンアップカラムに標識糖鎖を吸着させた。
Removal of excess reagents
The column was then centrifuged to recover 50 μL of the reaction solution containing the labeled glycan and unreacted 2-AB. The recovered reaction solution was then diluted 20-fold with acetonitrile and added to a clean-up column (silica gel carrier) included in a glycan purification labeling kit (BlotGlyco (registered trademark), product number "BS-45407", manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), and the labeled glycan was adsorbed onto the clean-up column.

続いて、洗浄液でクリーンアップカラムを2回洗浄した。洗浄液として、アセトニトリル及び水の混合溶液(アセトニトリル:水(体積比)=95:5)を使用した。続いて、純水50μLで標識された糖鎖を溶出し、回収した。 The cleanup column was then washed twice with a washing solution. A mixed solution of acetonitrile and water (acetonitrile:water (volume ratio) = 95:5) was used as the washing solution. The labeled glycans were then eluted with 50 μL of pure water and collected.

《糖鎖の分析》
続いて、標識された糖鎖をLC-MSで分析した。アミド系カラム(ACQUITY UPLC(R)Glycan BEH Amide,1.7μm,2.1×150mm)に標識された糖鎖をアプライし、励起波長330nm、蛍光波長420nmで測定した。図1に、2-ABで標識された糖鎖を検出したLC-MSのクロマトグラムを示す。図1中、横軸は溶出時間を示し、縦軸はシグナル強度(相対値)を示す。また、実線はラクトン体を有する糖鎖のピークを示し、破線は非ラクトン体を有する糖鎖のピークを示す。
Glycosylation Analysis
Subsequently, the labeled glycan was analyzed by LC-MS. The labeled glycan was applied to an amide column (ACQUITY UPLC® Glycan BEH Amide, 1.7 μm, 2.1×150 mm) and measured at an excitation wavelength of 330 nm and a fluorescence wavelength of 420 nm. FIG. 1 shows a chromatogram of LC-MS in which a glycan labeled with 2-AB was detected. In FIG. 1, the horizontal axis indicates the elution time, and the vertical axis indicates the signal intensity (relative value). The solid line indicates the peak of a glycan having a lactone form, and the dashed line indicates the peak of a glycan having a non-lactone form.

[実験例2]
(仔ウシ血清由来Fetuinの糖鎖分析2)
仔ウシ血清由来Fetuinの糖鎖を2-ABで標識しLC-MSで分析した。還元剤として、シアノ水素化ホウ素ナトリウムの代わりにピコリンボランを含む標識反応液を使用した点以外は実験例1と同様にして、標識された糖鎖をLC-MSで分析した。
[Experimental Example 2]
(Glycosylation analysis of fetuin derived from calf serum 2)
The sugar chains of fetuin derived from calf serum were labeled with 2-AB and analyzed by LC-MS. The labeled sugar chains were analyzed by LC-MS in the same manner as in Experimental Example 1, except that a labeling reaction solution containing picoline borane instead of sodium cyanoborohydride was used as the reducing agent.

具体的には、標識反応液として、2-AB及びピコリンボランを、それぞれ終濃度が2.6M及び1.7Mになるように、酢酸、ジメチルスルホキシド(DMSO)及び水の混合溶媒(酢酸:DMSO:水(体積比)=3:1:2)に溶解させて調製した標識反応液を使用した。 Specifically, the labeling reaction solution used was prepared by dissolving 2-AB and picoline borane in a mixed solvent of acetic acid, dimethyl sulfoxide (DMSO) and water (acetic acid:DMSO:water (volume ratio) = 3:1:2) to final concentrations of 2.6 M and 1.7 M, respectively.

図2に、2-ABで標識された糖鎖を検出したLC-MSのクロマトグラムを示す。図2中、横軸は溶出時間を示し、縦軸はシグナル強度(相対値)を示す。また、実線はラクトン体を有する糖鎖のピークを示し、破線は非ラクトン体を有する糖鎖のピークを示す。その結果、ラクトン体を有する糖鎖のピークパターンが、実験例1の結果と異なっていた。 Figure 2 shows an LC-MS chromatogram detecting glycans labeled with 2-AB. In Figure 2, the horizontal axis shows elution time, and the vertical axis shows signal intensity (relative value). The solid line shows the peak of a glycan having a lactone form, and the dashed line shows the peak of a glycan having a non-lactone form. As a result, the peak pattern of the glycan having a lactone form was different from the results of Experimental Example 1.

[実験例3]
(仔ウシ血清由来Fetuinの糖鎖分析3)
仔ウシ血清由来Fetuinの糖鎖を2-ABで標識しで分析した。標識反応液に、共役酸のpKaが5~12である添加剤を加えた点以外は実験例2と同様にして、標識された糖鎖をLC-MSで分析した。
[Experimental Example 3]
(Sugar chain analysis of fetuin derived from calf serum 3)
The sugar chains of fetuin derived from calf serum were labeled with 2-AB and analyzed by LC-MS. The labeled sugar chains were analyzed by LC-MS in the same manner as in Experimental Example 2, except that an additive with a conjugate acid pKa of 5 to 12 was added to the labeling reaction solution.

具体的には、標識反応液として、2-AB、ピコリンボラン及びジメチルアミンを、それぞれ終濃度が2.6M、1.7M及び0.1Mになるように、酢酸、ジメチルスルホキシド(DMSO)及び水の混合溶媒(酢酸:DMSO:水(体積比)=3:1:2)に溶解させて調製した標識反応液を使用した。 Specifically, the labeling reaction solution used was prepared by dissolving 2-AB, picoline borane, and dimethylamine in a mixed solvent of acetic acid, dimethyl sulfoxide (DMSO), and water (acetic acid:DMSO:water (volume ratio) = 3:1:2) to final concentrations of 2.6 M, 1.7 M, and 0.1 M, respectively.

図3に、2-ABで標識された糖鎖を検出したLC-MSのクロマトグラムを示す。図3中、横軸は溶出時間を示し、縦軸はシグナル強度(相対値)を示す。また、実線はラクトン体を有する糖鎖のピークを示し、破線は非ラクトン体を有する糖鎖のピークを示す。その結果、実験例3のピークパターンからは、ラクトン体のピークが消失し、実験例1のピークパターンと同等のパターンが得られたことが明らかとなった。 Figure 3 shows an LC-MS chromatogram detecting glycans labeled with 2-AB. In Figure 3, the horizontal axis indicates elution time, and the vertical axis indicates signal intensity (relative value). The solid line indicates the peak of a glycan having a lactone form, and the dashed line indicates the peak of a glycan having a non-lactone form. As a result, it was revealed that the lactone form peak disappeared from the peak pattern of Experimental Example 3, and a pattern equivalent to that of Experimental Example 1 was obtained.

この結果は、安全な還元剤であるピコリンボランを使用した場合であっても、標識反応液に添加剤を加えることにより、従来の還元剤であるシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用したときと同等のピークパターンを得ることができることを示す。 These results show that even when picoline borane, a safe reducing agent, is used, adding an additive to the labeling reaction solution can produce a peak pattern equivalent to that obtained when sodium cyanoborohydride, a conventional reducing agent, is used.

[実験例4]
(仔ウシ血清由来Fetuinの糖鎖分析4)
仔ウシ血清由来Fetuinの糖鎖を2-ABで標識しLC-MSで分析した。標識反応液に、共役酸のpKaが5~12である添加剤を加えた点以外は実験例2と同様にして、標識された糖鎖をLC-MSで分析した。
[Experimental Example 4]
(Glycosylation analysis of fetuin derived from calf serum 4)
The sugar chains of fetuin derived from calf serum were labeled with 2-AB and analyzed by LC-MS. The labeled sugar chains were analyzed by LC-MS in the same manner as in Experimental Example 2, except that an additive with a conjugate acid pKa of 5 to 12 was added to the labeling reaction solution.

具体的には、標識反応液として、2-AB、ピコリンボラン及びトリエチルアミンを、それぞれ終濃度が2.6M、1.7M及び0.1Mになるように、酢酸、ジメチルスルホキシド(DMSO)及び水の混合溶媒(酢酸:DMSO:水(体積比)=3:1:2)に溶解させて調製した標識反応液を使用した。 Specifically, the labeling reaction solution was prepared by dissolving 2-AB, picoline borane, and triethylamine in a mixed solvent of acetic acid, dimethyl sulfoxide (DMSO), and water (acetic acid:DMSO:water (volume ratio) = 3:1:2) to final concentrations of 2.6 M, 1.7 M, and 0.1 M, respectively.

図4に、2-ABで標識された糖鎖を検出したLC-MSのクロマトグラムを示す。図4中、横軸は溶出時間を示し、縦軸はシグナル強度(相対値)を示す。また、実線はラクトン体を有する糖鎖のピークを示し、破線は非ラクトン体を有する糖鎖のピークを示す。その結果、実験例4のピークパターンからは、ラクトン体のピークが小さくなることが明らかになった。 Figure 4 shows an LC-MS chromatogram detecting glycans labeled with 2-AB. In Figure 4, the horizontal axis indicates elution time, and the vertical axis indicates signal intensity (relative value). The solid line indicates the peak of a glycan having a lactone form, and the dashed line indicates the peak of a glycan having a non-lactone form. As a result, the peak pattern of Experimental Example 4 revealed that the lactone form peak was smaller.

この結果は、標識反応液に添加剤を加えることにより、安全な還元剤であるピコリンボランを使用した場合であっても、従来の還元剤であるシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用したときと同等のピークパターンを得ることができることを更に支持するものである。 This result further supports the idea that by adding an additive to the labeling reaction solution, it is possible to obtain a peak pattern equivalent to that obtained when using the conventional reducing agent, sodium cyanoborohydride, even when using picoline borane, a safe reducing agent.

本発明により、糖鎖の標識において、還元剤として、毒性の高いシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用しない場合においても、還元剤としてシアノ水素化ホウ素ナトリウムを使用した場合と同等の分析結果を得る技術を提供することができる。 The present invention provides a technology that can obtain analytical results equivalent to those obtained when sodium cyanoborohydride is used as a reducing agent in labeling glycans, even when the highly toxic sodium cyanoborohydride is not used as a reducing agent.

Claims (8)

還元的アミノ化反応により糖鎖を標識する方法であって、
前記糖鎖に、アミノ基を有する標識化合物、還元剤、及び、共役酸のpKaが5~12である添加剤を含む標識反応液を接触させ、標識された前記糖鎖を得る工程(A)を含む、方法。
A method for labeling a glycan by reductive amination reaction, comprising the steps of:
The method includes a step (A) of contacting the glycan with a labeling reaction solution containing a labeling compound having an amino group, a reducing agent, and an additive whose conjugate acid has a pKa of 5 to 12, to obtain the labeled glycan.
前記添加剤が、有機アミンである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the additive is an organic amine. 前記有機アミンが、ジメチルアミン、トリエチルアミン、メチルアミン又はトリメチルアミンである、請求項2に記載の方法。 The method of claim 2, wherein the organic amine is dimethylamine, triethylamine, methylamine or trimethylamine. 前記標識反応液中の前記添加剤の濃度が、0.001~3.0Mである、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration of the additive in the labeling reaction solution is 0.001 to 3.0 M. 前記標識反応液のpHが2~9である、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the pH of the labeling reaction solution is 2 to 9. 前記工程(A)の前に、生体分子から遊離させた糖鎖を表面にヒドラジド基を有する担体に捕捉する工程(A’)を更に含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step (A') of capturing the glycan released from the biomolecule on a carrier having a hydrazide group on its surface prior to the step (A). 前記表面にヒドラジド基を有する担体が、下記式(1)で表される架橋型ポリマー構造を有する化合物からなる担体である、請求項6に記載の方法。
Figure 2024060941000003
[式(1)中、R,Rは、それぞれ独立に、1又は複数の-CH-が、-O-,-S-,-NH-,-CO-又は-CONH-に置換されることにより中断されていてもよい炭素数1以上20以下の炭化水素鎖を表し、R,R,Rは、それぞれ独立に、H,CH又は炭素数2以上5以下の炭化水素鎖を表し、m:n=99:1~70:30である。]
The method according to claim 6 , wherein the support having a hydrazide group on the surface thereof is a support made of a compound having a crosslinked polymer structure represented by the following formula (1):
Figure 2024060941000003
[In formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrocarbon chain having 1 to 20 carbon atoms which may be interrupted by replacing one or more -CH 2 - with -O-, -S-, -NH-, -CO- or -CONH-, R 3 , R 4 and R 5 each independently represent H, CH 3 or a hydrocarbon chain having 2 to 5 carbon atoms, and m:n is 99:1 to 70:30.]
アミノ基を有する標識化合物、還元剤、及び、共役酸のpKaが5~12である添加剤を含む、糖鎖を標識するためのキット。 A kit for labeling glycans, comprising a labeling compound having an amino group, a reducing agent, and an additive whose conjugate acid has a pKa of 5 to 12.
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