JP4568841B2 - アレルギー疾患の判定方法及びアレルギー疾患の判定キット - Google Patents
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ジーンシリコンC4(3mm×3mm)、ジーンスライドDLC(東洋鋼鈑)、96穴マイクロプレートU底 (Greiner)、384穴マイクロプレート平底 (NUNC)を購入して用いた。オボムコイド (OVM) (SIGMA)、フロイントの完全アジュバント (DIFCO)、ネンブタール(大日本製薬), Hybond-C Gridded membranes (Amersham)、スキムミルク、Peroxidase-F(ab’)2 goat anti rabbit IgG (H+L) (ZYMED)、ECL (Amersham)、CNBr-cativated Sepharose 4B (Pharmacia)、ImmunoPure IgG Purification Kit (PIERCE)、7M Guanigine-HCl (pH8.6)、Dithiothreitol (DTT)、トリプシン (SigmaまたはPromega)、α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid(Sigma)、Non-immunized rabbit IgG、Goat anti- rabbit IgG (H+L) Cy3, Cy5 conjugate (ZYMED)、抗ヒトIgG抗体(Fc specific) Cy3,Cy5conjugate (ZYMED)、抗ヒトIgE抗体(Fc specific) Cy3,Cy5conjugate (ZYMED)、1-Etyl-3-(3-dimethylamino Propyl) -carbodiimide, hydrochloride (WSCD・HCl) (ペプチド研究所)、N-Hydroxy- succinimide (NHS) (ペプチド研究所)、DMSO(和光純薬)、防腐剤(0.5% チメロサール)、抗原エピトープ合成ペプチド (Thermo) : OVM−1(NH2−SRFPNATDKE−COOH),OVM−2(NH2−GTDGVTYTN−COOH),OVM−3(NH2−DCLLCAYSIEF−COOH),OVM−4(NH2−KEHDGECKETV−COOH),OVM−5(NH2−SSYAN−COOH),OVM−6(NH2−DGKVMVLCNRA−COOH),OVM−7(NH2−TYDNE−COOH),OVM−8(NH2−KRHDGGCRKE−COOH),OVM−9(NH2−KTYGNKCNFCAN−VVES−COOH),OVM−10(NH2−TLTLSHFGKC−COOH),OVM−11(NH2−GFLP−DAAFG−COOH),OVM−12(NH2−DVLVC−COOH),OVM−13(NH2−VSVDCS−COOH)を購入して用いた。
[実験方法]
1.ウサギの免疫と抗体価の確認
日本白色種のウサギ三羽(11週齢,2Kg,SLCより購入)を約一週間飼育環境に慣らした。抗原タンパク(OVM等)1mgを生理食塩水(1mL)に溶解しフロイントの完全アジュバントを等量 (1mL) 加え、超音波処理により均一な乳濁液にした。ウサギの背部と頚部の毛をバリカンで刈った後、抗原を注射する前にNon-immunized serumを採取した。次に、2mlの抗原乳濁液を少量ずつ約30〜50ヵ所に分けて皮内に注射する(1次免疫)。1次免疫から3週間後に2次免疫として、同様に調整した2mLの抗原乳濁液を、頚部リンパ組織周辺の皮下組織と、臀部筋肉内に注射を行った。2次免疫後、1週間隔に採血を数回行った。抗体価の確認は、ドットブロッティングにより測定した。Hybond-C Gridded membranesに 抗原として用いたOVM を4μL(10ng)スポッティングし自然乾燥させた後、TTBS (0.05%Tween20、20mM Tris−HCl(pH7.5)、150mM NaCl) に溶解したスキムミルク(3.5%)で1時間ブロッキングする。洗浄液TTBSで4回洗浄後、採取したウサギ血清を室温で3時間反応させる。反応後メンブレンを4回洗浄液で洗浄し、ブロッキング液に2次抗体(4000倍希釈)を加え室温で30分間反応後、洗浄する。最後にAmersham のマニュアルに準じてECLと反応させ、増感板を用いてフィルムに露光し、現像した。
2.IgG分画 と抗原特異的IgG の精製
IgG purification Kit(PIERCE)を使用して得られた抗体からマニュアルに準じて全IgGを精製した。 Protein A カラムにBinding Buffer を加えてカラムを平衡化する。Binding Bufferで3倍に希釈したウサギ血清をカラムに加え、A280の吸収が0.005以下になるまでBinding Bufferで洗浄する。その後、酸性のElution Buffer を加えてIgGをゆっくり溶出し、溶出液はpHをチェックしながら速やかにアルカリ溶液を加えて中和しIgGの失活を防いだ。回収したIgG分画の純度をSDS−PAGEで検定した後、吸光度を測定して抗体濃度を確認した。抗原特異的IgGの精製は、抗原を固定化したCNBr-ativated Sepharose 4Bカラム(Pharmacia) を用いて精製した。 Binding bufferで3倍に希釈した抗血清をカラムに添加した後、A280の吸収が0.005以下になるまでBinding bufferで洗浄した。その後pH2.8の0.1Mグリシン塩酸バッファーによって抗原カラムに結合した抗体を溶出し、速やかに中和した後PBSで一晩透析してバッファー交換を行った。続いてAmicon社のUltrafiltration YM-30限外濾過膜を使用して濃縮し、吸光度を測定した。
3.タンパク質の断片化と断片化ペプチドの分離精製
抗原タンパク質をこれまでに報告した方法に準じてカルボキシメチル化した後、
トリプシンを加え断片化した(Meiko Murakami et al. Eur. J. Biochem 268 : 2847 - 2855 , 2001)。抗原タンパク質2mgを7Mグアニジン塩酸塩液0.5mLで溶解し2mgのDithyothreitol(DTT)を加えて混合し、室温で2時間還元した。5mgヨード酢酸アミドを反応液に加えてよく混合し、遮光して30分間反応させた後、100mM Tris−HCl(pH8.5)で一晩透析を行った。還元カルボキシメチル化した蛋白質に20μgのトリプシンを加え37℃, 24時間反応させて、抗原蛋白質を断片化した。断片化ペプチドの分離精製は、C18逆相カラム(Tsk-gel ODS 80TM, 4.6×250mm, TOSOH)を使用し高速液体クロマトグラフィー装置(Parmaciaと日立)(溶媒:0.1%トリフルオロ酢酸‐アセトニトリル)にておこなった。酵素消化ペプチドは、アセトニトリルの0−50%グラジエント系で溶出した。溶出したペプチド溶液はTHERMO BIO ANALYSIS社の減圧濃縮遠心機AES1010を用いて濃縮し、質量分析計とプロテインシクエンサーにてアミノ酸配列を確認した後、ASAHI LIFE SCIENCE社の真空凍結乾燥機LABCONCO FREEZONE 4.5を使用して凍結乾燥した。
4.精製ペプチドの質量分析とアミノ酸配列の解析
高速液体クロマトグラフィー装置で精製したペプチドのアミノ酸配列を、質量分析計4700 Proteomics Analyzer (ABI) でMS及びMS/MS解析を(丹波利充 最新のマススペクトロメトリー 1995,丹波利充 ポストゲノム マススペクトロメトリー 2003,谷口寿章 プロテオミクス実験プロトコール 2003)、N末端アミノ酸シークエンサー(Procise 492, ABI)でN末端アミノ酸配列を測定し同定した。質量分析計ではMatrix[2.5mg α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid(Sigma)/ml 0.1%TFA, 50%アセトニトリル]と酵素消化ペプチドを等量混合後、MALDI Plateに1μLアプライして測定した。ペプチドシークエンスタグ法により、トリプシン消化断片の質量数、及びそのMS/MS(TOF/TOF)スペクトルで観察されたフラグメントイオンの質量数をもとにしてMascot (matrix science) によりデータベースを検索し、アミノ酸配列を同定した。アミノ酸シークエンサーでの分析は、Procise 492(Applied Biosystems)の使用方法に従って実施した。
5.ダイヤモンド/DLC(Diamond-like Carbon)チップによるアレルゲンの検出と特異抗体の定量
ダイヤモンド/DLC(Diamond-like Carbon)チップによるアレルゲンの検出と定量は以下に示す(1)〜(8)の一連の操作で行った。
(1)チップの活性化
チップを96穴マイクロプレートに入れ、MilliQ水で1回洗浄後、50μLの活性化試薬(100mM WSCD・HCl,20mM NHS,0.1M リン酸カリウム緩衝液;pH6.0)をプレートに分注し、室温で30分間遮光した状態で振とうしながら反応させた。反応液を吸引除去後、MilliQ水でチップを十分に洗浄し、8連チューブにチップを移し卓上遠心機を用いチップの水分を直ちに完全に除去した。
(2)アレルゲンのカップリング反応
0.1Mリン酸カリウム緩衝液(pH6.0)にDMSOを30%の濃度で添加し、この溶液にスポッティングを行うアレルゲンを溶解した。アレルゲンはSTAMPU MANマイクロアレイヤー (日本レーザー電子(株))を用いてスポッティングした。チップをマイクロアレイヤーのサンプリング用ホルダーにセットしてスポット操作を行った。スポット後、チップを37℃ の条件下にクールインキュベーター:CN-25A (三菱電機エンジニアリング(株))でインキュベートした。
(3)未反応活性基のブロッキング操作
チップを96穴マイクロプレートに移し、洗浄バッファー(50mM Tris−HCl(pH7.5),150mM NaCl,0.05%Tween20)を加え、プレートシェーカーを用いて洗浄作業を行った。固定化反応後に残存する活性基を処理するため、150mM NaCl含有1M Tris−HCl(pH8.0)を加え、遮光した状態下に1時間室温で反応させ未反応基を完全に不活性化した。さらに、チップへの抗体の非特異的反応をブロックするため、遮光条件下に0.1%BSAを含むPBS溶液と4℃で一晩反応させた。
(4)アレルゲン認識抗体の捕捉反応
ブロッキングバッファーを吸引除去し、抗体希釈バッファー 〔60mg BSA,PBS(pH7.4) 〕で種々の濃度に1次抗体を希釈した後、チップの入ったプレートに分注し遮光条件下に室温で5時間振とうしながら反応させた。
(5)2次抗体の反応
1次抗体反応液を吸引除去し、洗浄バッファーを加え、プレートシェーカーを用いて洗浄作業を行った。次に蛍光標識した2次抗体を0.1%BSAを含むPBS溶液で1.5μg/mLに希釈し、チップの入ったプレートに分注して遮光条件下に室温で1時間振とうして反応させた。
(6)抗原チップに捕捉された抗体の検出
2次抗体との反応後、反応液を吸引除去し、洗浄バッファーとMilliQ水でチップを洗浄し、水分を除去するためにスピンダウンを行った。次にFLA-8000蛍光スキャナー:FLA-8000 (FUJIFILM)を用いて蛍光強度を測定し、各チップから得られたスポットの蛍光強度の数値化を行った。
[結果]
1.抗OVM抗体の作製とOVMに対する抗原特異的IgG の精製
ダイヤモンド/Diamond-like Carbon (DLC) チップによるアレルゲンの検出と特異抗体の定量法に対する基礎検討をするため、実験的アレルギー状態にある動物の血清を用いて予備実験を行った。免疫は[実験材料及び方法]の項に示す方法に従ってウサギを用いて行った。食物アレルギーのなかでは、鶏卵アレルギーがもっとも高い頻度で発症しており、卵アレルギーの中でも最もアレルゲン性の高い成分はOVMである(Motohiro Ebisawa, Kaori Ikematsu, Takanori Imai & Hiroshi Tachimoto, Allergy and Clinical Immunology International. 15(5) : 214 - 217 , 2003)。そこでOVMをアレルゲンとして抗体を作製した。
2.OVMとαS1-, αS2-, β-, κ-カゼインのアレルゲンペプチドライブラリーの作製
食物アレルギーの原因物質としてのアレルゲンの解析は一部を除いていまだ十分に解析されていない現状にあり、抗原エピトープに至っては極めて不十分な情報しか知られていない。一方アレルギーを起こす個体側では、アレルゲンとして認識するエピトープに対する感受性に個体差があるだけでなく、同じ個体でも年齢とともに認識するエピトープが変化したり、エピトープに対する認識の感受性が変化する事から、詳細なアレルゲンエピトープの解析法と個々のアレルゲンエピトープに対するIgE,IgG抗体価の定量が、診断と治療に必須である。食物アレルゲンエピトープの網羅的解析を行うことを目的とし、アレルゲンエピトープライブラリーの作成を試みた。本研究では、卵の中で最も抗原性の高いOVMと、牛乳の中で抗原性の高い3種のカゼインを選び、これらの抗原蛋白質をカルボキシメチレーションした後、トリプシンによる切断アレルゲンエピトープライブラリーを[実験材料及び方法]の項に示す方法に従って作成した。今回の実験では示していないが、ヒトの樹上細胞内で抗原提示に係わるプロテアソーム、カテプシンE,B,Lによるアレルゲンエピトープライブラリーも計画している。トリプシンによる限定分解の結果生成したペプチドをHPLCで分離精製し、精製した蛋白質のアミノ酸配列を、4700 Proteomics Analyzer およびN末端アミノ酸シークエンサーを用いて同定した。OVM,αS1−カゼイン,αS2−カゼイン,β−カゼイン,κ−カゼインのトリプシンによるフラグメントペプチドのアルゲンエピトープライブラリーを図1〜5示した。
3.アレルゲンエピトープ解析チップの開発
(1)DLCチップ上で抗原と抗体は定量性を持って反応した。
(2)2次抗体標識蛍光色素の感度の比較検討
検出システムの高感度化をめざすため、2次抗体をラベルする蛍光色素をFITCからCy5およびCy3標識に変化して、検出感度の差を比較検定した。なおこの実験では、シリコン基板以外にシリコン基板と同様の反応性の確かめられているDLC化ステンレス基板を用いて検討した。比較的低濃度のOVM抗原を12.7fmol/スポット(50μg/mL原液)した抗原から得られる反応蛍光強度は、FITC標識した2次抗体の強度(23932±3129)に比べてCy5標識で約41倍の値(978565±126397)を、Cy3標識で約181倍の反応蛍光強度の値(4329457±527839)が得られた。このことから高感度化条件では2次抗体をCy3でラベルすることとした。
(3)チップに載せるアレルゲンエピトープのペプチドサイズの検討:MHCクラスII抗原ペプチドライブラリーとトリプシン切断ライブラリーの比較検討
アレルゲンエピトープとして報告のある部位の合成ペプチド(合成ペプチドNo.1−13)と、この領域を含む同じモル濃度(50fmol/スポット) のトリプシンフラグメントペプチドを抗原とした時の、抗体との反応性を比較検討した。抗体としてはOVMで免疫されたウサギ血清を抗体として用いた。MHCクラスIIに結合するエピトープとして判明している合成ペプチドは、 抗体と反応する最小サイズではあるがいずれのペプチドも反応蛍光強度は低く、同じモル濃度の長いサイズのトリプシンフラグメントペプチドに比較して、大きな差のある事が判明した(図7参照)。例えばMHCクラスIIエピトープペプチドの中で、最も強く反応した9残基のOVM, No2合成ペプチド(NH2−GTDGVTYTN−COOH)でも、その両端(場合によっては片側)にペプチド鎖が伸びた31残基のフラグメントペプチド (Fraction No. 97) と比較すると、約1/10倍の反応蛍光強度を示した。このことは、患者からのアレルゲンエピトープを高感度で効果的に最初にスクリーニングするためには、ペプチド鎖が比較的長く部分的な立体構造を持つと推定されるプロテアーゼのフラグメントペプチドが1次スクリーニングに適していると推定された。今後の研究において行われる抗原提示に係わる数種のプロテアーゼのフラグメントペプチドのアレルゲンエピトープライブラリーの結果と合わせて評価することで、診断と治療に有益な食物アレルゲンエピトープ情報を得る事ができると推定された。
(4)抗体濃度と抗原濃度の最適化条件の検定
チップにスポッティングする最適な抗原濃度を求める為、OVMを0.63−101.4fmol/スポットの濃度範囲でスポッティングし、臨床検体を想定して血清を1,000倍−20,000倍の希釈倍率下に反応を行った。血清を1,000倍−20,000倍に希釈した条件では、抗原量が約2.5fmol〜25fmolの濃度で高い定量性を得られた(図8参照)。この条件下では、血清を2,500倍−20,000倍希釈した条件下で高い定量性を得られた。そこで抗原の濃度を2.5fmol〜25fmolに固定して、血清を10,000−20,000倍希釈した場合の、抗原濃度依存的な蛍光強度を検討した。抗原濃度に依存して、蛍光強度は直線的に増加した(図9参照)。
(5)小児の食物アレルギー検体の解析
以上のウサギ血清を抗体とした基礎検討を基盤に、小児を対象とした食物アレルギーの検体の解析を行った。徳島大学の倫理委員会の承認と香川国立小児病院の倫理委員会の承認の上で、十分なインフォームドコンセントのもとに承諾の得られた臨床検体を香川小児病院(伊藤 道徳先生)から供与いただき、食物アレルギーの無い健常人コントロールとの比較を行った。最初に卵と牛乳のアレルゲン成分を検定する目的で、シリコンを基板としたDLCチップに、アレルゲンのタンパク質をそれぞれ1スポット当たり10fmolをスポッティングし、血清を100倍に希釈し反応を行い、2次抗体にCy3標識した抗ヒトIgG抗体を用い検出した。可能な限り強く免疫したウサギ血清の希釈率は、ヒト血清では参考にならない為、図には示していないが患者と健常人からそれぞれ1検体を選択して50、100、200、400、800、1600倍に希釈してチップとの反応性を検定した。その結果、チップとの反応性において非特異的反応が少なく測定可能な希釈は400−1600倍希釈の範囲と判断された。
Claims (14)
- 化学修飾したダイヤモンド/DLC(Diamond-like Carbon)チップを活性化試薬により活性化した後、25種類以上のアレルゲンのアレルゲンエピトープ又はアレルゲンエピトープを含むペプチドのカップリング反応を行い、次いで未反応活性基のブロッキング操作を行ったアレルゲンエピトープ判定チップに、検体を接触させ、アレルゲンエピトープ判定チップに捕捉された検体中のアレルゲン認識抗体をイムノアッセイにより検出し、同一条件下、25種類以上のアレルゲンを一度に定量的に測定し、アレルゲンの拡大/縮小パターン及び/又はアレルゲンエピトープの拡大/縮小パターンを判定することを特徴とするアレルギー疾患の判定方法。
- アレルゲンエピトープ又はアレルゲンエピトープを含むペプチドとして、化学修飾されたペプチドを用いることを特徴とする請求項1記載のアレルギー疾患の判定方法。
- アレルゲンエピトープを含むペプチドとして、MHCクラスII分子に結合するペプチド部分のN末端側及び/又はC末端側に少なくとも2個以上のアミノ酸が付加されたエピトープ含有ペプチドを用いることを特徴とする請求項1又は2記載のアレルギー疾患の判定方法。
- アレルゲンエピトープを含むペプチドとして、アレルゲンのエピトープを含むプロテアーゼ分解ペプチドを用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載のアレルギー疾患の判定方法。
- プロテアーゼ分解ペプチドが、トリプシン分解ペプチドであることを特徴とする請求項4記載のアレルギー疾患の判定方法。
- アレルゲンとして、食物アレルゲンを用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれか記載のアレルギー疾患の判定方法。
- 食物アレルゲンとして、カゼインナトリウム、α−カゼイン、β−カゼイン、κ-カゼイン、α−ラクトアルブミン、β−ラクトグロブリン、オボムコイド、オボアルブミン、コンアルブミンから選ばれる1種又は2種以上のアレルゲンを用いることを特徴とする請求項6記載のアレルギー疾患の判定方法。
- イムノアッセイが、蛍光標識した2次抗体を用いるELISAであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか記載のアレルギー疾患の判定方法。
- 蛍光標識した2次抗体が、Cy3標識2次抗体であることを特徴とする請求項8記載のアレルギー疾患の判定方法。
- 2次抗体が、抗IgG抗体又は抗IgE抗体であることを特徴とする請求8又は9記載のアレルギー疾患の判定方法。
- ダイヤモンド/DLC(Diamond-like Carbon)チップの活性化試薬が、WSCD・HCl及びNHSを含有する溶液であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか記載のアレルギー疾患の判定方法。
- ジメチルスルホキシド(DMSO)又はポリエチレングリコール(PEG)にアレルゲンのアレルゲンエピトープ又はアレルゲンエピトープを含むペプチドを溶解した溶液をスポッティングして、アレルゲンのカップリング反応を行うことを特徴とする請求項1〜11のいずれか記載のアレルギー疾患の判定方法。
- 検体として、ヒト血清又は血液を用いることを特徴とする請求項1〜12のいずれか記載のアレルギー疾患の判定方法。
- ヒト血液として、1〜5μLのヒト血清を用いることを特徴とする請求項1〜13のいずれか記載のアレルギー疾患の判定方法。
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