JP4508765B2 - Peptide immobilization method - Google Patents

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Description

本発明は、物質相互作用の解析系に用いられるペプチドチップの製造方法に関する。より詳細には、特定の低分子量化合物を架橋剤として用いることにより、物質間の結合シグナルを増大させ、非特異的な影響も低減することの可能なペプチドチップの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a peptide chip used in a substance interaction analysis system. More specifically, the present invention relates to a method for producing a peptide chip capable of increasing a binding signal between substances and reducing non-specific effects by using a specific low molecular weight compound as a cross-linking agent.

近年、生体分子の相互作用解析、発現分子のプロファイリング、もしくは診断に用いるバイオチップが注目を集めている。基板上に生体分子が固定化されることで操作が容易になり、場合によっては非常に多くの物質の相互作用を解析することができる。特に比較的分子量の小さなペプチドを基板上に固定化したペプチドアレイは、蛋白質のような変性の問題が比較的少なく、またコンビナトリアルケミストリーの側面が強いことから、近年酵素の基質探索や、あるいはインヒビターの探索などに広く用いられるようになってきている。   In recent years, biochips used for biomolecule interaction analysis, profiling of expressed molecules, or diagnosis have attracted attention. The operation is facilitated by immobilizing the biomolecule on the substrate, and in some cases, the interaction of a very large number of substances can be analyzed. In particular, peptide arrays in which peptides with relatively small molecular weights are immobilized on a substrate have relatively few problems of denaturation such as proteins, and have strong combinatorial chemistry aspects. It has come to be widely used for searching and the like.

しかしながら、相互作用を観察する際に問題になるのが非特異的吸着による影響である。非特異的吸着とは、本来であれば相互作用しない分子へ対象物質が非特異的に吸着する場合のことを言う。その結果、擬陽性の判定を与えるため好ましくない。非特異的な吸着を抑制するために、デキストラン、ポリエチレングリコール(PEG)などの親水性高分子が表面に固定化されたバイオチップが開発されている。これらの親水性高分子には生体分子の非特異的吸着を抑制する効果があることが知られている。
バイオセンサー表面に親水性高分子のゲルマトリックスを形成することで非特異的吸着を抑制したバイオセンサーが示されている。この方法ではゲルマトリックスに官能基が導入されており、その官能基を利用し共有結合によって生体分子を固定化している。具体的にはカルボキシメチルデキストランのカルボキシル基を水溶性カルボジイミド(EDC)とN−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)で活性化し、形成したスクシンイミド基と生体分子を固定化することに成功している(非特許文献1)。しかしながら、デキストランのような大きな分子を介してペプチドなどの生体分子を固定化した場合、デキストラン等の影響が大きく、ペプチドの性質の測定に悪影響を及ぼす可能性がある。
Anal.Biochem.198,268,1991
However, it is the influence of nonspecific adsorption that becomes a problem when observing the interaction. Non-specific adsorption refers to a case where the target substance adsorbs non-specifically to molecules that do not interact with each other. As a result, a false positive determination is given, which is not preferable. In order to suppress nonspecific adsorption, biochips in which hydrophilic polymers such as dextran and polyethylene glycol (PEG) are immobilized on the surface have been developed. These hydrophilic polymers are known to have an effect of suppressing nonspecific adsorption of biomolecules.
A biosensor in which non-specific adsorption is suppressed by forming a hydrophilic polymer gel matrix on the biosensor surface is shown. In this method, functional groups are introduced into the gel matrix, and biomolecules are immobilized by covalent bonds using the functional groups. Specifically, the carboxyl group of carboxymethyl dextran was activated with water-soluble carbodiimide (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS), and the formed succinimide group and the biomolecule were successfully immobilized (Non-patent Document). 1). However, when a biomolecule such as a peptide is immobilized via a large molecule such as dextran, the influence of dextran or the like is large, which may adversely affect the measurement of the properties of the peptide.
Anal. Biochem. 198, 268, 1991

本発明の課題は、生体分子の非特異的吸着を抑制して、なおかつ標的物質における結合シグナルを増大下、ペプチドチップを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a peptide chip that suppresses non-specific adsorption of biomolecules and increases the binding signal in a target substance.

本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示すような手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
1.表面にアミノ基を有するチップの基板と式(I)で表される化合物:
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by the following means, and have reached the present invention.
1. The substrate of the chip having an amino group on the surface and the compound represented by the formula (I):

Figure 0004508765
(式中、Rは水素原子またはSO3 -(1/nMn+)(Mn+はn価のカチオンを示す。nは1又は2を示す。)である)
を反応させてチップの基板にマレイミド基を導入する工程、チオール基を有するペプチドと該マレイミド基を反応させてペプチドを固定化する工程、必要に応じてさらに基板上に残存するマレイミド基をブロッキングする工程を含む、ペプチドを固定化したチップの製造方法。
2.チップ表面が金であることを特徴とする項1記載の方法。
3.チップの基板が透明基板であることを特徴とする項1又は2に記載の方法。
4.2種類以上のペプチドが同一チップ上に固定化されることを特徴とする項1〜3のいずれか記載の方法。
5.固定化されるペプチドの少なくとも一方の末端がシステイン残基であり、該システイン残基のSH基がマレイミド基と反応することを特徴とする項1〜4のいずれかに記載の方法。
6.チップが表面プラズモン共鳴(SPR)解析に用いられることを特徴とする項1〜5のいずれかに記載の方法。
7.下記式
Figure 0004508765
(In the formula, R is a hydrogen atom or SO 3 (1 / nM n + ) (M n + represents an n-valent cation; n represents 1 or 2).
The step of introducing a maleimide group into the substrate of the chip by reacting, the step of reacting the peptide having a thiol group with the maleimide group to immobilize the peptide, and blocking the maleimide group remaining on the substrate as necessary A method for producing a chip on which a peptide is immobilized, comprising a step.
2. Item 2. The method according to Item 1, wherein the chip surface is gold.
3. Item 3. The method according to Item 1 or 2, wherein the substrate of the chip is a transparent substrate.
Item 4. The method according to any one of Items 1 to 3, wherein two or more kinds of peptides are immobilized on the same chip.
5). Item 5. The method according to any one of Items 1 to 4, wherein at least one terminal of the peptide to be immobilized is a cysteine residue, and an SH group of the cysteine residue reacts with a maleimide group.
6). Item 6. The method according to any one of Items 1 to 5, wherein the chip is used for surface plasmon resonance (SPR) analysis.
7). Following formula

Figure 0004508765
(式中、「Substrate」はチップの基板を示し、「Peptide」はチップに固定化されるペプチド(結合に関与するCys残基を除く)を示し、S(Cys)は該ペプチドのCys残基のSH基に由来するSであることを示す。)
で表される構造を有するペプチドを固定化したチップ。
8.S(Cys)が、ペプチドの末端のCys残基のSH基に由来するSである項7に記載のチップ。
Figure 0004508765
(Where “Substrate” indicates the substrate of the chip, “Peptide” indicates the peptide immobilized on the chip (excluding the Cys residue involved in binding), and S (Cys) is the Cys residue of the peptide. It is S derived from the SH group of
The chip | tip which fix | immobilized the peptide which has a structure represented by these.
8). Item 8. The chip according to Item 7, wherein S (Cys) is S derived from the SH group of the Cys residue at the end of the peptide.

本発明における低分子化合物を架橋剤に用いることにより、標的シグナルを向上させ、更に非特異的吸着が抑制された精度のよいペプチドチップを用いた測定系を得ることができる。   By using the low molecular weight compound in the present invention as a cross-linking agent, it is possible to obtain a measurement system using an accurate peptide chip that improves the target signal and further suppresses nonspecific adsorption.

本発明は、チオール基を介してペプチドをチップに固定化することを特徴とする。
チオール基(SH)は、ペプチド中のシステイン残基に由来するのが好ましい。
固定化されるペプチドに関しては、1種類のみであってもよいし、2種類以上であってもよい。ここで、ペプチドとは一般的に用いられる意味のものを指し、アミノ酸が2個以上ペプチド結合により連結されたものである。そのアミノ酸残基の数は特に限定されないが、通常は5〜60残基程度であり、10〜25残基程度がより好ましい。分析する目的に応じて、アミノ酸残基のうち1乃至数残基において化学的な修飾を加えられたアミノ酸が含まれていてもよい。また特に限定されるものではないが、特定の酵素に対して基質としての機能を有しているペプチドを少なくとも1種は含むことが好ましい。
システイン残基は固定化されるペプチドが本来の機能を奏するために必要なアミノ酸配列として必須な残基として存在している場合であっても、あるいはペプチドが本来の機能を奏するために必要なアミノ酸配列に対してさらに付加された場合であってもよい。固定化されるペプチドにおけるシステイン残基の存在位置は特に限定されないが、好ましくは少なくとも一方の末端に、より好ましくは一方の末端(N末端もしくはC末端)のみに付加されてなる方がよい。一方の末端にシステイン残基を付加させる場合、システイン残基のみを付加してもよいが、固定化されたペプチドの自由度を上げることにより作用させる物質との相互作用の効率を高めるためにスペーサーとして1乃至数残基のアミノ酸配列をシステイン残基と目的のペプチドの間にさらに付加させてもよい。スペーサー部分のアミノ酸配列は特に限定されないが、なかでもグリシン残基及び/又はアラニン残基もしくはセリン残基が1乃至数個の配列を付加させることが特に好ましい。
The present invention is characterized in that a peptide is immobilized on a chip via a thiol group.
The thiol group (SH) is preferably derived from a cysteine residue in the peptide.
Regarding the peptide to be immobilized, there may be only one type, or two or more types. Here, the peptide refers to a generally used meaning, and two or more amino acids are linked by peptide bonds. The number of amino acid residues is not particularly limited, but is usually about 5 to 60 residues, more preferably about 10 to 25 residues. Depending on the purpose of analysis, amino acids in which one or several residues among the amino acid residues are chemically modified may be included. Further, although not particularly limited, it is preferable that at least one peptide having a function as a substrate for a specific enzyme is included.
The cysteine residue is an amino acid necessary for the peptide to be immobilized to have its original function, even if it exists as an essential residue as an amino acid sequence necessary for the peptide to function. It may be a case where it is further added to the sequence. The position of the cysteine residue in the peptide to be immobilized is not particularly limited, but it is preferably added to at least one terminal, more preferably only one terminal (N terminal or C terminal). When a cysteine residue is added to one end, only a cysteine residue may be added, but a spacer is used in order to increase the efficiency of interaction with a substance that acts by increasing the degree of freedom of the immobilized peptide. Alternatively, an amino acid sequence of 1 to several residues may be further added between the cysteine residue and the target peptide. The amino acid sequence of the spacer portion is not particularly limited, but it is particularly preferable to add a sequence having 1 to several glycine residues and / or alanine residues or serine residues.

また、固定化されるペプチドに対して、チオール基を有する化合物が1箇所以上のいずれかのアミノ酸残基において化学結合され、この付加された化合物のチオール基を介してマレイミド基と結合してもよい。該化合物の結合箇所も特に限定はされないが、いずれかの末端のアミノ酸残基に結合されていることが好ましい。   In addition, a compound having a thiol group is chemically bonded to an immobilized peptide at any one or more amino acid residues and bonded to a maleimide group via the thiol group of the added compound. Good. The bonding position of the compound is not particularly limited, but is preferably bonded to any terminal amino acid residue.

本発明においては、ペプチドの固定化に際して、スクシンイミド(NHS)基とマレイミド(MAL)基を有するヘテロ二官能型架橋剤として、RがHである式(I)に示す化合物Succinimidyl 4−[N−maleimidomethyl]cyclohexane−1−carboxylate(以下、SMCCと示す。)もしくはRがSO3 -(1/nMn+)(M,nは前記に定義されるとおりである)である式(I)に示す化合物Sulfosuccinimidyl 4−[N−maleimidomethyl]cyclohexane−1−carboxylate(以下、SSMCCと示す。)を架橋剤として用いることを特徴としている。なお、本発明において用いる架橋剤は、式(I)に示す化合物と完全に同一構造のものだけを指すのではなく、その機能を損なわない範囲でアナログ化された化合物をも包含する。また、本発明においてはSMCC及びSSMCCのいずれも適用することが可能であるが、水に対する溶解性の点からは、緩衝液のような水系で反応させる場合においてはSSMCCを用いる方がより好ましい。 In the present invention, the compound Succinimidyl 4- [N-- represented by the formula (I) in which R is H is used as a heterobifunctional crosslinking agent having a succinimide (NHS) group and a maleimide (MAL) group for immobilization of peptides. maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (hereinafter referred to as SMCC.) or R is SO 3 - (1 / nM n +) (M, n is as defined above) compound shown in formula (I) wherein It is characterized by using Sulfosuccinimidyl 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (hereinafter referred to as SSMCC) as a crosslinking agent. In addition, the crosslinking agent used in the present invention does not only indicate a compound having the same structure as that of the compound represented by formula (I) but also includes an analogized compound as long as its function is not impaired. In the present invention, both SMCC and SSMCC can be applied. However, from the viewpoint of solubility in water, it is more preferable to use SSMCC when the reaction is carried out in an aqueous system such as a buffer solution.

Figure 0004508765
(式中、Rは水素原子またはSO3 -(1/nMn+)(Mn+はn価のカチオンを示す。nは1又は2を示す。)である)
1/nMは、H,Na,K,Li,Cs等のアルカリ金属(n=1)、NH4,N(Me)4等のC1〜C4のアルキル基で置換されていてもよい四級アンモニウム(n=1)、1/2Ca,1/2Mg,1/2Ba等のアルカリ土類金属(n=2)等が挙げられ、好ましくはアルカリ金属、より好ましくはNaである。
Figure 0004508765
(In the formula, R is a hydrogen atom or SO 3 (1 / nM n + ) (M n + represents an n-valent cation; n represents 1 or 2).
1 / nM may be substituted with an alkali metal (n = 1) such as H, Na, K, Li, or Cs, or a C 1 to C 4 alkyl group such as NH 4 or N (Me) 4. Examples include alkaline earth metals (n = 2) such as quaternary ammonium (n = 1), 1 / 2Ca, 1 / 2Mg, 1 / 2Ba, and the like, preferably an alkali metal, and more preferably Na.

上述したような式(I)の架橋剤を適用することにより、特に高分子量の架橋剤と比べて、ペプチドのチップへの固定化効率が格段に高くなるため標的物質との結合効率も向上して、結合によるシグナルがより鮮明になるという効果を奏するものである。また、非特異的な影響に関してもほとんど問題とならず、いわゆるS/N比を大きくすることができる。   By applying the cross-linking agent of the formula (I) as described above, the efficiency of immobilizing the peptide on the chip is significantly higher than that of the high-molecular weight cross-linking agent, so that the binding efficiency with the target substance is also improved. As a result, the signal resulting from the binding becomes clearer. Moreover, there is almost no problem with non-specific effects, and the so-called S / N ratio can be increased.

上記SMCCもしくはSSMCCをチップ上に導入させてマレイミド表面を形成させるためには、SMCCにおけるもう一方の端に有するスクシンイミド基あるいはSSMCCにおけるもう一方の端に有するスルホン酸スクシンイミド基と反応性を有する官能基、具体的にはアミノ基を予めチップ上に導入させておく必要がある。チップ上にアミノ基を導入する手段は特に限定されるものではない。基板表面に分子を整列させる自己組織化表面の手法、反応試薬を用いて導入する方法、官能基を有する物質をチップ上にコーティングする手段などが挙げられる。また、表面に導入しておいた官能基を起点として、架橋剤を用いてアミノ基を導入する手段なども含まれる。
本発明の方法の第一工程は、アミノ基を有するチップの基板と式(I)の化合物とを反応させ、式(I)の化合物のコハク酸イミド部分(スルホン酸基またはその塩を有していてもよい)を脱離させてアミド結合を形成し、マレイミド基を基板に導入する。
該反応は、基板上のアミノ基1モルに対して1モルから過剰量の式(I)の架橋剤の水溶液(Rがスルホン酸又はその塩の場合)または有機溶媒(Rが水素原子の場合)溶液を基板上に塗布するか、或いは基板を式(I)の架橋剤の水溶液又は有機溶媒溶液に浸漬することにより、行うことができる。反応は、例えば10〜60℃程度(好ましくは室温)の温度下に、1〜24時間程度反応させることで有利に進行する。
次に、第二工程では、チオール基を有するペプチドと式(I)の化合物に由来する基板にアミド結合を介して導入されたマレイミド基を反応させる。反応は、マレイミド基1モルに対しチオール基を有するペプチドを1モルから過剰量使用し、溶媒中で、10〜60℃程度(好ましくは室温)の温度下に、1〜24時間程度反応させることで有利に進行する。溶媒としては、水、含水有機溶媒(含水エタノール、含水メタノール、含水プロパノールなどの含水アルコール、含水THF、含水アセトン、含水THFなど)、低級アルコール、DMF,ジメチルアセトアミド、DMSOなどの水混和性の有機溶媒が例示される。
In order to form the maleimide surface by introducing the SMCC or SSMCC onto the chip, a functional group reactive with the succinimide group at the other end of the SMCC or the sulfonic acid succinimide group at the other end of the SSMCC Specifically, it is necessary to introduce an amino group on the chip in advance. The means for introducing an amino group on the chip is not particularly limited. Examples thereof include a self-assembled surface method for aligning molecules on the substrate surface, a method of introducing using a reaction reagent, and a means for coating a substance having a functional group on a chip. Also included are means for introducing an amino group using a cross-linking agent starting from the functional group introduced on the surface.
The first step of the method of the present invention is to react a chip substrate having an amino group with a compound of formula (I), and to have a succinimide moiety (a sulfonic acid group or a salt thereof) of the compound of formula (I). May be eliminated) to form an amide bond, and a maleimide group is introduced into the substrate.
The reaction may be carried out by using an aqueous solution of the crosslinking agent of the formula (I) in an amount of 1 mol to an excess of 1 mol of amino group on the substrate (when R is a sulfonic acid or a salt thereof) or an organic solvent (when R is a hydrogen atom) ) The solution can be applied on the substrate or immersed in an aqueous solution or organic solvent solution of the crosslinking agent of formula (I). The reaction proceeds advantageously by, for example, reacting for about 1 to 24 hours at a temperature of about 10 to 60 ° C. (preferably room temperature).
Next, in the second step, a peptide having a thiol group and a maleimide group introduced through an amide bond are reacted with a substrate derived from the compound of formula (I). The reaction is performed by using an excess amount of a peptide having a thiol group with respect to 1 mol of the maleimide group and reacting in a solvent at a temperature of about 10 to 60 ° C. (preferably room temperature) for about 1 to 24 hours. Proceed with advantage. Solvents include water, water-containing organic solvents (water-containing alcohols such as water-containing ethanol, water-containing methanol, and water-containing propanol, water-containing THF, water-containing acetone, and water-containing THF), water-miscible organic materials such as lower alcohols, DMF, dimethylacetamide, and DMSO. Examples are solvents.

得られたペプチドを固定化したチップにおいて、マレイミド基が残存している可能性がある。この残存マレイミド基はそのまま残されていてもよいが、チオール基を有する化合物とさらに反応させて、残存マレイミド基を除いておくことが望ましい。この反応条件は、溶媒としてより極性の低い有機溶媒を使用できる点を除いて第二工程のチオール基を有するペプチドとの反応と同様な条件で実施することができる。   There is a possibility that a maleimide group remains in the chip on which the obtained peptide is immobilized. Although this residual maleimide group may be left as it is, it is desirable to further react with a compound having a thiol group to remove the residual maleimide group. This reaction condition can be carried out under the same conditions as those for the reaction with the peptide having a thiol group in the second step except that a less polar organic solvent can be used as the solvent.

本発明におけるペプチドチップの固定化方法はさまざまな用途に応用可能である。一般にアレイにおける検出手段としてよく用いられている蛍光性物質、化学発光性物質、放射性物質等による検出系においても有効であるが、特に表面プラズモン共鳴(SPR)や和周波発生(SFG)、局在プラズモン共鳴(LPR)、エリプソメトリなどの光学的検出方法に絶大な効果を発揮する。なかでも、SPRによる解析系において特に有用である。一般的なチップ、アレイにおいては、相互作用の検出方法として蛍光物質や放射線同位体によるラベル手段による検出が用いられる。この場合、最終的にラベル物質が結合したかどうかだけを検出することができ、相互作用に関係のない物質が非特異的に吸着しても、誤って検出されることはない。従って、相互作用する対象物質がネガティブコントロールに対して非特異的に吸着してなければ、正確に測定できているものと判断することができる。   The peptide chip immobilization method in the present invention can be applied to various uses. In general, it is also effective in detection systems using fluorescent materials, chemiluminescent materials, radioactive materials, etc., which are often used as detection means in arrays, but in particular surface plasmon resonance (SPR), sum frequency generation (SFG), localization It is extremely effective for optical detection methods such as plasmon resonance (LPR) and ellipsometry. Among these, it is particularly useful in an analysis system using SPR. In a general chip or array, detection by a labeling means using a fluorescent substance or a radioisotope is used as a method for detecting an interaction. In this case, it is possible to detect only whether or not the label substance is finally bound, and even if a substance not related to the interaction is adsorbed non-specifically, it is not erroneously detected. Therefore, if the interacting target substance is not non-specifically adsorbed to the negative control, it can be determined that the measurement is accurate.

しかし、ラベルフリーな光学的検出方法においては、どのような物質がチップ上に吸着してもシグナルとして検出される。すなわち、測定対象ではない物質が非特異的に吸着するのと、特異的な吸着を区別することが難しい。よって、よりシビアに非特異的な吸着を抑制する手段が求められるため、本発明の固定化方法は非常に効果的である。   However, in the label-free optical detection method, any substance adsorbed on the chip is detected as a signal. That is, it is difficult to distinguish nonspecific adsorption of a substance that is not a measurement target from specific adsorption. Therefore, since a means for suppressing non-specific adsorption more severely is required, the immobilization method of the present invention is very effective.

ELISA法やラベル物質を用いる相互作用解析方法においてはブロッキング方法として牛血清アルブミンやカゼインなどによる物理吸着が一般的に選択されている。物理吸着の方法は容易ではあるが、安定しておらず、経時的にチップ表面から脱離する場合がある。上記の光学的検出方法にはブロッキング剤の脱離さえも検出するため、共有結合によるブロッキングを行うことが好ましい。特に未反応のマレイミド基表面をブロッキングする場合は、チオール基を有する化合物を用いるのが好ましく、特にPEG(ポリエチレングリコール)の誘導体が好適に用いられる。   In an ELISA method or an interaction analysis method using a label substance, physical adsorption by bovine serum albumin or casein is generally selected as a blocking method. Although the physical adsorption method is easy, it is not stable and may be detached from the chip surface over time. In the above optical detection method, it is preferable to perform blocking by covalent bond in order to detect even the elimination of the blocking agent. In particular, when blocking the surface of the unreacted maleimide group, a compound having a thiol group is preferably used, and a PEG (polyethylene glycol) derivative is particularly preferably used.

SPR、SFG、LPR、エリプソメトリにおいては、金属基板が使用される。本発明において、基板の素材は、酸・アルカリ・有機溶媒などに非常に安定な金が好ましい。実際、金は上記光学的検出方法で多用される物質である。また、金を支持する物質は透明である方が好ましく、透明なガラスであるとより好ましい。透明なガラスは容易に入手できるだけでなく、SPRやLPRの測定に極めて適しているからである。   In SPR, SFG, LPR, and ellipsometry, a metal substrate is used. In the present invention, the material of the substrate is preferably gold which is very stable in acid, alkali, organic solvent and the like. In fact, gold is a material frequently used in the above optical detection method. Further, the material supporting gold is preferably transparent, and more preferably transparent glass. This is because transparent glass is not only easily available, but also very suitable for measuring SPR and LPR.

金属基板を形成する方法としては、金属薄層をコーティングする方法が好ましい。金属をコーティングする方法は特に限定されるものではないが、一般的に蒸着法、スパッタリング法、イオンコーティング法などが選択される。光学的な検出方法に供するために、金属薄層の厚みをナノレベルでコントロールする必要がある。金属薄層の厚みも特に限定されるものではないが、一般的には30nmから80nmの範囲で選択される。金属薄層の剥離を抑制するため、0.5nmから10nmのクロム層やチタン層を予め基板にコーティングしておいてもよい。     As a method of forming the metal substrate, a method of coating a thin metal layer is preferable. A method for coating the metal is not particularly limited, but generally, a vapor deposition method, a sputtering method, an ion coating method, or the like is selected. In order to provide an optical detection method, it is necessary to control the thickness of the thin metal layer at the nano level. The thickness of the thin metal layer is not particularly limited, but is generally selected in the range of 30 nm to 80 nm. In order to suppress peeling of the thin metal layer, a chromium layer or a titanium layer of 0.5 nm to 10 nm may be coated on the substrate in advance.

このSPRを応用したSPRイメージング法は、広範囲に偏光光束を照射し、その反射像を解析することで、物質間の相互作用の様子を画像処理技術等を駆使することによりモニター化する方法であり、複数の物質を固定化したチップをスクリーニングすることや、表面に吸着する物体のモルホロジーを高感度に観察することが可能である。   The SPR imaging method using this SPR is a method for monitoring the state of interaction between substances by irradiating a polarized light beam over a wide range and analyzing the reflected image by making full use of image processing technology or the like. It is possible to screen a chip on which a plurality of substances are immobilized, and to observe the morphology of an object adsorbed on the surface with high sensitivity.

SPRイメージング法においては、反射像を解析するためにチップに広範囲で偏光光束を照射し、かつ光束の照度を十分に確保するための手段が必要である。偏光光束の照度は明るいほどセンサーの感度が上昇してより好ましい。   In the SPR imaging method, in order to analyze the reflected image, a means for irradiating the chip with a polarized light beam in a wide range and sufficiently securing the illuminance of the light beam is required. The brighter the illuminance of the polarized light flux, the more preferable is the sensitivity of the sensor.

光源の種類は特に限定されるものではないが、SPR共鳴角の変化が特に敏感になる近赤外光を含む光を用いるのが好ましい。具体的には、メタルハライドランプ、水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、蛍光灯、白熱灯などの広範囲に光を照射することのできる白色光源を用いることができるが、なかでも得られる光の強度が十分に高く、光の電源装置が簡易で安価なハロゲンランプが特に好ましい。   The type of the light source is not particularly limited, but it is preferable to use light including near infrared light that makes the change in the SPR resonance angle particularly sensitive. Specifically, a white light source capable of irradiating light over a wide range such as a metal halide lamp, a mercury lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, a fluorescent lamp, and an incandescent lamp can be used. A halogen lamp that is sufficiently high, has a simple light power supply and is inexpensive is particularly preferable.

通常の白色光源はフィラメント部に光の明暗ムラが生じる欠点がある。光源の光をそのまま照射すると、反射して得られる像に明暗ムラが生じ、スクリーニングやモルホロジー変化を評価するのが困難となる。したがって、チップに均一に光を照射する手段として、光をピンホールに通してから平行光にする方法が好ましい。ピンホールを通す手段は、明るさの均一な光束を得る手段としては好ましいが、そのままピンホールに光を通すと照度が低下する欠点がある。そこで、十分な照度を確保する手段として、ピンホールと光源の間に凸レンズを設置し、集光してピンホールを通す方法を用いることが好ましい。   A normal white light source has a defect that light and dark unevenness occurs in the filament portion. If the light from the light source is irradiated as it is, light and dark unevenness occurs in the image obtained by reflection, and it becomes difficult to evaluate screening and morphological changes. Therefore, as a means for uniformly irradiating the chip with light, a method of making the light into parallel light after passing through the pinhole is preferable. The means for passing a pinhole is preferable as a means for obtaining a light beam having a uniform brightness, but there is a drawback that the illuminance decreases when light is passed through the pinhole as it is. Therefore, as a means for ensuring sufficient illuminance, it is preferable to use a method in which a convex lens is installed between the pinhole and the light source, and condensed to pass through the pinhole.

白色光源は放射光であるため、集光する前に凸レンズを用いて平行光にする必要がある。凸レンズの焦点距離近傍に光源を設置することで、平行光を得ることができる。もう一枚凸レンズを設置し、そのレンズの焦点距離近傍にピンホールを設置することで集光した光をピンホールに通すことが可能である。ピンホール内で交差し、通過した光はカメラ用のCCTVレンズで平行光とするが、その際に得られる平行光束の断面積は10〜1000mm2に調節するのが好ましい。この方法によって広範囲にわたるスクリーニングやモルホロジー観察が可能となる。 Since the white light source is radiated light, it needs to be converted into parallel light using a convex lens before condensing. Parallel light can be obtained by installing a light source near the focal length of the convex lens. By installing another convex lens and installing a pinhole in the vicinity of the focal length of the lens, it is possible to pass the condensed light through the pinhole. The light that intersects and passes through the pinhole is converted into parallel light by the CCTV lens for the camera, and the cross-sectional area of the parallel light beam obtained at that time is preferably adjusted to 10 to 1000 mm 2 . This method enables a wide range of screening and morphological observation.

相互作用をモニターする際に、上記偏光光束は物質あるいは物質の集合体が固定化されている金属薄膜の反対面に照射される。上記偏光光束は物質もしくは物質の集合体が固定化されている金属薄膜の反対面に照射され、その反射光束が得られる。金属薄膜からの反射光束は近赤外波長の光干渉フィルターを通し、ある波長付近の光のみを透過させてからCCDカメラで撮影される。   When the interaction is monitored, the polarized light beam is applied to the opposite surface of the metal thin film on which the substance or the substance aggregate is fixed. The polarized light beam is applied to the opposite surface of the metal thin film on which the substance or substance aggregate is fixed, and the reflected light beam is obtained. The reflected light beam from the metal thin film passes through a near-infrared wavelength optical interference filter and transmits only light in the vicinity of a certain wavelength before being photographed by a CCD camera.

光干渉フィルターの中心波長は、SPRの感度が高い600〜1000nmが好ましい。光干渉フィルターの透過率が極大時の半分になる波長の波長幅を半値巾と呼ぶが、半値巾は小さい方が波長の分布がシャープとなり好ましく、具体的には半値巾100nm以下が好ましい。光干渉フィルターを通してCCDカメラで撮影された像はコンピュータに取り込まれ、ある部分の明るさの変化をリアルタイムで評価することや、画像処理により全体像の評価が可能である。こうして複数の物質を固定化したチップをスクリーニングすることや、表面に吸着する物体のモルホロジーを高感度に観察することができる。   The center wavelength of the optical interference filter is preferably 600 to 1000 nm with high SPR sensitivity. The wavelength width of the wavelength at which the transmittance of the optical interference filter is half that at the maximum is called a half-value width, but the smaller the half-value width, the sharper the wavelength distribution is, and more specifically, the half-value width is preferably 100 nm or less. An image photographed by the CCD camera through the optical interference filter is taken into a computer, and a change in the brightness of a certain part can be evaluated in real time, and the whole image can be evaluated by image processing. Thus, it is possible to screen a chip on which a plurality of substances are immobilized, and to observe the morphology of an object adsorbed on the surface with high sensitivity.

本発明において用いるSPR用のチップは好ましくは透明な基板上に金属薄膜が形成された金属基板からなり、上記金属薄膜上に直接的もしくは間接的に、化学的もしくは物理的に、物質もしくは物質の集合体が固定化されているスライドが用いられる。基板の素材は特に限定されるものではないが、透明なものを用いるのが好ましい。具体的にはガラス、あるいはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、アクリルなどのプラスチック類が挙げられる。中でもガラスが特に好ましい。   The chip for SPR used in the present invention preferably comprises a metal substrate in which a metal thin film is formed on a transparent substrate, and directly or indirectly, chemically or physically on the metal thin film, a substance or a substance. A slide on which the assembly is fixed is used. The material of the substrate is not particularly limited, but it is preferable to use a transparent material. Specific examples include glass or plastics such as polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, and acrylic. Of these, glass is particularly preferable.

基板の厚さは0.1〜20mm程度が好ましく1〜2mm程度がより好ましい。金属薄膜からの反射像を評価する目的を達成するために、SPR共鳴角はできるだけ小さい方が撮影される画像がひしゃげる恐れがなく解析がしやすい。したがって、透明基板あるいは透明基板とそれに接触するプリズムの屈折率nDは1.5以上であることが好ましい。 The thickness of the substrate is preferably about 0.1 to 20 mm, and more preferably about 1 to 2 mm. In order to achieve the object of evaluating the reflection image from the metal thin film, the SPR resonance angle is as small as possible, and there is no fear that the image to be photographed will be fuzzy, and the analysis is easy. Therefore, the refractive index n D of the transparent substrate or the transparent substrate and the prism in contact with the transparent substrate is preferably 1.5 or more.

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に特に限定されるものではない。
[実施例1]
(ペプチド固定化)
末端官能基がチオール基である4armPEG(日本油脂製SUNBRIGHT PTE−100SH)を1mMの濃度で7mlのエタノール:水=6:1の混合溶液に溶解させた。4armPEGの分子量は10000であり、中心からほぼ同等の長さのPEG鎖が4つ存在する分子であり親水性が非常に高い。また、PEGの4つの末端はすべてチオール基であり、特に金に対する金属結合性を示す。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not particularly limited to the examples.
[Example 1]
(Peptide immobilization)
4 armPEG (SUNBRIGHT PTE-100SH manufactured by NOF Corporation) whose terminal functional group is a thiol group was dissolved in a mixed solution of 7 ml of ethanol: water = 6: 1 at a concentration of 1 mM. The molecular weight of 4armPEG is 10,000, which is a molecule in which four PEG chains having almost the same length from the center are present, and is very hydrophilic. In addition, all four ends of PEG are thiol groups, and particularly exhibit metal binding properties to gold.

18mm四方、2mm厚のSF15ガラススライドにクロムを3nm蒸着し、金を45nm蒸着した金蒸着スライドを、上記4armPEGチオール溶液に3時間浸漬させ、金基板全体に4armPEGチオールを結合させた。   A gold-deposited slide in which 3 nm of chromium was vapor-deposited on an SF15 glass slide of 18 mm square and 2 mm thickness and gold was vapor-deposited at 45 nm was immersed in the 4 armPEG thiol solution for 3 hours to bond 4 armPEG thiol to the entire gold substrate.

このスライドの上にフォトマスクを載せ、500W超高圧水銀ランプ(ウシオ電機製)で2時間照射し、UV照射部の4armPEGチオールを除去した。フォトマスクは500μm四方の正方形の穴が96個有し(8個×12個のパターンからなる。)、穴の中心間のピッチは1mmに設計されている。フォトマスクの穴があいている部分はUV光が透過し、スライドに照射されてパターン化される。照射されなかった部分は4armPEGが残り、チップのバックグラウンド(Background)部分としてレファレンス部として機能する。   A photomask was placed on the slide and irradiated with a 500 W ultra-high pressure mercury lamp (manufactured by USHIO) for 2 hours to remove 4 armPEG thiol in the UV irradiation part. The photomask has 96 square holes of 500 μm square (consisting of 8 × 12 patterns), and the pitch between the hole centers is designed to be 1 mm. The portion of the photomask with a hole is transparent to UV light and is irradiated onto the slide for patterning. 4 armPEG remains in the part that was not irradiated and functions as a reference part as a background part of the chip.

8−Amino−1−Octanethiol, Hydrochrolide(8−AOT,同仁化学研究所製)の1mMエタノール溶液に1時間浸漬し、UV照射部に8−AOTの自己組織化表面を形成させた。SSMCC(ピアス製)をリン酸緩衝液(20mM リン酸、150mM NaCl;pH7.2)に0.4mg/mlで溶解し、金表面の8−AOTに15分間反応させた。8−AOTのアミノ基とSSMCCのNHS基が反応し、未反応のMAL基を表面に導入することができた。   It was immersed in a 1 mM ethanol solution of 8-Amino-1-Octanethiol, Hydrochloride (8-AOT, manufactured by Dojindo Laboratories) for 1 hour to form a self-organized surface of 8-AOT on the UV irradiation part. SSMCC (Pierce) was dissolved in phosphate buffer (20 mM phosphate, 150 mM NaCl; pH 7.2) at 0.4 mg / ml and reacted with 8-AOT on the gold surface for 15 minutes. The amino group of 8-AOT and the NHS group of SSMCC reacted to introduce an unreacted MAL group on the surface.

上記のようにして得られた表面に、図1下部に示したように、プロテインキナーゼAの基質となるアミノ酸配列からなるペプチド(PKA)、プロテインキナーゼA基質のネガティブコントロール(nPKA;セリン残基がアラニン残基に置換)、プロテインキナーゼA基質のポジティブコントロール(pPKA;セリン残基がリン酸化)、cSrcキナーゼの基質となるアミノ酸配列からなるペプチド(cSrc)を、いずれもリン酸緩衝液(20mMリン酸、150mM NaCl;pH7.2)に1mg/mlで溶解して、MultiSPRinterスポッター(東洋紡績製)を用いて10nlずつスポッティングを行った。その後、ウェットな環境下で室温、16時間静置させて固定化反応を行った。アレイの表面に形成させたマレイミド基と基質ペプチド末端のシステイン残基が有するチオール基とが反応し、基質ペプチドを共有結合的に表面に固定化することができる。
(未反応マレイミド基のブロッキング)
基質ペプチドを固定化した表面をリン酸緩衝液で洗浄した後、未反応のマレイミド基をブロッキングするために、片末端の官能基がチオール基、もう一方の官能基がメトキシ基であるPEGチオール(日本油脂製SUNBRIGHT MEH−50H)を1mM濃度になるようにリン酸緩衝液(20mMリン酸、150mM NaCl;pH7.2)に溶解して、250μlをチップ上に注出し、室温で1時間反応させた。ここで用いたPEGチオールの分子量は5,000である。
(SPR解析によるPKAリン酸化の検出)
上記のようにブロッキングを行ったアレイを用いてPKAによるリン酸化を行った。PKA溶液400μlをアレイ上にドロップして、30℃、4時間反応を行った。PKA溶液の組成は、PKA触媒サブユニット(プロメガ製)1μl、50mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.4)375μl、1M塩化マグネシウム溶液20μl、10mM ATP4μlとした。その後、PBS及び水で3回ずつアレイの洗浄を行い、アレイ表面を乾燥した後、SPRイメージング機器(MultiSPRinter:東洋紡績製)にセットし、ランニングバッファーとして50mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.4)を100μl/minの速度でフローセル内に流した。SPRからのシグナルが安定したのを確認した後に、リン酸化セリン抗体PSR−45(シグマ製)をSPR装置内のセルへ注入して作用させた。抗体は上記のランニングバッファーで4000倍、2000倍、1000倍希釈した溶液を用いて希釈倍率の高いものから順に作用させた。シグナル上昇がプラトー状態になった時点で再度ランニングバッファーを送液して洗浄を行った。その際のSPRシグナルの変化を観察した。シグナル変化の観察は、各基質のスポット部位に加え、Backgroundにおいても実施した。
(観察の結果と考察)
SPRシグナル変化をグラフ化したセンサグラムの結果を図1に示した。センサグラムはスポットごとにおけるシグナルの平均値をプロットしている。Backgroundについては、基質ペプチドのスポット部分以外の任意に選択した箇所を測定ポイントとして得たシグナルの平均値をプロットしている。ポジティブコントロールに対しては非常に強い抗体結合シグナルの上昇を確認されており、PKA基質においてもある程度の結合シグナルの上昇を認めることができる。一方、ネガティブコントロール、cSrc基質、ブランク及びBackgroundに関してはほとんどシグナル変化を認めることができない。したがって、この方法により、非常に特異的にPKA基質のリン酸化を検出することができている。
[比較例1]
金表面に8−AOTを導入した後、SSMCCの替わりに、分子量3400の末端にスクシンイミド(NHS)基とマレイミド(MAL)基を有するヘテロ二官能型ポリエチレングリコール(NHS−PEG−MAL,Nektar社製)を作用させる点を除き、全て実施例1と同様にして検討した。NHS−PEG−MALはリン酸緩衝液(20mM リン酸、150mM NaCl;pH7.2)に10mg/mlで溶解し、金表面の8−AOTに2時間反応させた。結果を図2に示す。
On the surface obtained as described above, as shown in the lower part of FIG. 1, a peptide (PKA) consisting of an amino acid sequence serving as a substrate for protein kinase A, a negative control (nPKA; serine residue of protein kinase A substrate) Alanine residue), protein kinase A substrate positive control (pPKA; serine residue phosphorylated), cSrc kinase substrate peptide (cSrc) consisting of phosphate buffer (20 mM phosphate) Acid, 150 mM NaCl; pH 7.2) was dissolved at 1 mg / ml, and spotted 10 nl at a time using a MultiSPRinter spotter (manufactured by Toyobo). Then, the immobilization reaction was carried out by allowing to stand at room temperature for 16 hours in a wet environment. The maleimide group formed on the surface of the array reacts with the thiol group possessed by the cysteine residue at the terminal of the substrate peptide, so that the substrate peptide can be covalently immobilized on the surface.
(Blocking of unreacted maleimide groups)
After washing the substrate peptide-immobilized surface with a phosphate buffer, in order to block unreacted maleimide groups, PEG thiol (the functional group at one end is a thiol group and the other functional group is a methoxy group) NOF SUNBRIGHT MEH -50H) phosphate buffer so as to 1mM concentration (20 mM phosphate, 150 mM NaCl; dissolved in pH 7.2), issued Note the 250μl onto the chip, and reacted at room temperature for one hour It was. The molecular weight of PEG thiol used here is 5,000.
(Detection of PKA phosphorylation by SPR analysis)
Phosphorylation by PKA was performed using the array that had been blocked as described above. 400 μl of PKA solution was dropped on the array and reacted at 30 ° C. for 4 hours. The composition of the PKA solution was 1 μl of PKA catalyst subunit (manufactured by Promega), 375 μl of 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.4), 20 μl of 1M magnesium chloride solution, and 4 μl of 10 mM ATP. Thereafter, the array was washed three times with PBS and water, and the surface of the array was dried. Then, the array was set in an SPR imaging device (MultiSPRinter: manufactured by Toyobo), and 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.4) was used as a running buffer. Was flowed into the flow cell at a rate of 100 μl / min. After confirming that the signal from SPR was stabilized, phosphorylated serine antibody PSR-45 (manufactured by Sigma) was injected into the cell in the SPR device to act. The antibodies were allowed to act in order from the one with the highest dilution ratio using solutions diluted 4000 times, 2000 times and 1000 times with the above running buffer. When the signal rise reached a plateau state, the running buffer was fed again for washing. The change of the SPR signal at that time was observed. In addition to the spot site of each substrate, the signal change was also observed in the background.
(Observation results and discussion)
The result of the sensorgram which graphed the SPR signal change is shown in FIG. The sensorgram plots the average value of the signal for each spot. For Background, the average value of signals obtained by using arbitrarily selected locations other than the spot portion of the substrate peptide as a measurement point is plotted. A very strong increase in antibody binding signal was confirmed with respect to the positive control, and a certain level of increase in binding signal was also observed in the PKA substrate. On the other hand, almost no signal change is observed for the negative control, cSrc substrate, blank, and background. Therefore, by this method, phosphorylation of the PKA substrate can be detected very specifically.
[Comparative Example 1]
After introducing 8-AOT on the gold surface, instead of SSMCC, a heterobifunctional polyethylene glycol having a succinimide (NHS) group and a maleimide (MAL) group at the end with a molecular weight of 3400 (NHS-PEG-MAL, manufactured by Nektar) Except for the point of acting), all were examined in the same manner as in Example 1. NHS-PEG-MAL was dissolved in phosphate buffer (20 mM phosphate, 150 mM NaCl; pH 7.2) at 10 mg / ml and reacted with 8-AOT on the gold surface for 2 hours. The results are shown in FIG.

この場合は、全体的に結合シグナル自体が弱くなっている。更にPKA基質以外においても非特異的なシグナルが確認されており、特異性の点でも好ましくない結果である。   In this case, the binding signal itself is weak as a whole. Furthermore, non-specific signals have been confirmed in addition to PKA substrates, which is an undesirable result in terms of specificity.

本発明の方法により、ペプチドチップにおける結合シグナルを増幅させることができつつ、非特異的吸着に関しては抑制することができ、より正確な測定が可能となる。また処理方法も非常に容易であり、産業界に大きく寄与することが期待される。   By the method of the present invention, it is possible to amplify the binding signal in the peptide chip, while suppressing non-specific adsorption, and more accurate measurement is possible. The processing method is also very easy, and is expected to contribute greatly to the industry.

実施例1におけるSPR解析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the SPR analysis in Example 1. 比較例1におけるSPR解析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the SPR analysis in the comparative example 1.

Claims (6)

(1)金表面にアミノ基を有するチップの基板と、該アミノ基1モルに対して1モルから過剰量の式(I)で表される化合物:
Figure 0004508765
(式中、Rは水素原子またはSO3 -(1/nMn+)(Mn+はn価のカチオンを示す。nは1又は2を示す。)である)
を反応させてチップの基板にマレイミド基を導入する工程、
(2)該マレイミド基1モルに対し、アミノ酸残基数が5〜25であり、かつチオール基を有するペプチドを1モルから過剰量反応させて該ペプチドを固定化する工程、及び
(3)基板上に残存するマレイミド基を、チオール基を末端に有するポリエチレングリコール(PEG)を用いてブロッキングする工程を含む、
ペプチドのリン酸化反応を表面プラズモン共鳴(SPR)解析によって検出するためのチップの製造方法。
(1) A substrate of a chip having an amino group on the gold surface, and a compound represented by the formula (I) in an amount from 1 mol to an excess amount relative to 1 mol of the amino group:
Figure 0004508765
(In the formula, R is a hydrogen atom or SO 3 (1 / nM n + ) (M n + represents an n-valent cation; n represents 1 or 2))
A process of introducing maleimide groups into the chip substrate by reacting
(2) a step of immobilizing the peptide by reacting an excess amount of a peptide having 5 to 25 amino acid residues and having a thiol group from 1 mol with respect to 1 mol of the maleimide group, and (3) a substrate Blocking the remaining maleimide group with polyethylene glycol (PEG) terminated with a thiol group,
A chip manufacturing method for detecting a phosphorylation reaction of a peptide by surface plasmon resonance (SPR) analysis.
チップの基板が透明基板であることを特徴とする請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the substrate of the chip is a transparent substrate. 2種類以上のペプチドが同一チップ上に固定化されることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein two or more kinds of peptides are immobilized on the same chip. 前記ペプチドの少なくとも一方の末端がシステイン残基であり、
該システイン残基のチオール基が、基板に導入された前記マレイミド基と反応すること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
At least one terminal of the peptide is a cysteine residue;
Thiol group of the cysteine residue, the method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that reacts with the maleimido group introduced into the substrate.
前記ペプチドが、リン酸化酵素の基質となる部分、及びスペーサー部分を含んでおり、
該スペーサー部分が:
(a)1乃至数残基のアミノ酸配列からなり;かつ
(b)リン酸化酵素の基質となる部分と前記システイン残基との間に位置すること
を特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
The peptide includes a portion serving as a substrate for a phosphorylase, and a spacer portion,
The spacer part is:
5. The method according to claim 1, wherein the amino acid sequence is composed of (a) an amino acid sequence of 1 to several residues; and (b) is located between a portion serving as a substrate for a phosphorylase and the cysteine residue. the method according to item 1.
前記チップが、表面プラズモン共鳴(SPR)解析によって抗体結合シグナルを検出することにより、ペプチドのリン酸化反応を検出するためのチップである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 The chip, by detecting antibodies binding signals by surface plasmon resonance (SPR) analysis, a chip for detecting the phosphorylation of a peptide, the method according to any one of claims 1 to 5.
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