JP4702298B2 - 生体分子の解析方法 - Google Patents
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Gruber,H. J., Hahn, C. D., Kada, G, Riener, C.K., Harms, G.S., Ahrer, W., Dax, T., G.,Knaus, H-G. Anomolous florescence enhancement of Cy3 and Cy3.5 versus anomalousfluoresnce loss of Cy5 and Cy7 upon covalent linking to IgG and noncovalentbinding to Avidin. Bioconjugate Chem.11, 696-704(2000)
本発明の生体分子の解析方法は、図1に示すように、生体分子が固相担体に固定化された固相体を準備する工程と、前記固相体表面における前記生体分子の機能を解析する第1の解析工程と、前記第1の解析工程後に、前記固相体上の前記生体分子の固定状態を解析する第2の解析工程を備えることができる。以下、これらの各工程について順次説明する。
(生体分子)
本発明が解析対象とする生体分子は、一分子のみを意味するものではなく、二分子以上からなる同種分子の集合体であってもよいし、異種分子との複合体であってもよい。さらに、多数の同種又は異種の分子から構成される、例えば自己組織体などの組織体であってもよい。
生体分子は、固相担体上に固定化されている。図2に、こうした固相体の一例として、生体分子20を固相担体6に固定化した固相体10を示す。固相担体6は、一般に、生体分子20を固定化するための表面処理又は表層(以下、単に表層4という。)を備えることが多く、そうした表層4は、生体分子20を固定化する手法に応じた特性を備えている。こうした表層4としては、例えば、カルボキシル基、アミノ基など反応性のある官能基あるいはリシンなどの荷電性の基が結合されて形成されていたり、プラスチックなどによる高疎水性が付与されていたりする。
光応答性層5は、生体分子20を光固定化により固定するために用いる層である。ここで、光固定とは、光応答性成分を含有する光応答性層5の表面に配した生体分子20に光照射して光応答性層5の表面において光異性化ないしは光変形を生じさせて固定することをいう。光応答性層5は、特に限定されないが、例えば、図3(a)に示すような固相担体6を得る場合には、担体2の表面にスピンコート、ディップコート、インクジェット、ロールを用いた方法など既存の方法により光応答性材料を供給して膜化すればよい。
光応答性層5に含まれる光応答性成分は、光により分子構造の変化又は分子配列の変化を生じる成分である。光により分子構造の変化が生じる現象は、フォトクロミズムと一般にいわれている。本発明で用いる光応答性成分としては、一般にフォトクロミック化合物といわれる化合物を用いることができるが、なかでも、光異性化を生じる化合物を用いることが好ましい。なお、光異性化等の分子構造変化を伴って又は光異性化等の分子構造変化を伴わないで光誘起配向、光会合等の分子配列の変化(特に異方的な変化)を生じる化合物も、光応答性層5を構成することができる限り本発明の光応答性成分として用いることができる。
次に、図3(c)に示すように、光応答性層5上の生体分子20に光照射することにより、生体分子20を光応答性層5に固定(光固定)することができる。
次に生体分子20を光応答性層5に光固定した後は、光応答性層5の洗浄工程を実施することができる。洗浄工程を実施した固相体10は、そのままあるいはさらなる加工や修飾を施すことにより各種用途のデバイスとして用いることができるようになる(図3(d))。
次に、固相体2上に固定化された生体分子20に対する第1の解析工程を実施する。第1の解析工程は、生体分子20の機能を検出する工程である。本解析方法においては、生体分子20の固定状態を解析可能な可視化のためのプローブを生体分子20に付与することなく、例えば、生体分子20を固相担体6に無標識で固定化したり、あるいは固定化後に何ら生体分子20の標識操作等の可視化のための処理を行ったりすることなく、生体分子20の機能を検出する工程を実施する。このため、生体分子20が本来的に有する機能を妨げる要素が低減された状態で、生体分子20の機能を検出することができるようになっている。また、生体分子20が光固定化により光応答性層5に固定化されている場合には、固定化による生体分子20の機能への悪影響を一層低減させることができるとともに、光応答性層5表面に固定化のための官能基や吸着特性が付与されていないことからも、生体分子20の機能への影響が低減されている。同時に、後段における生体分子20の検出についての悪影響も低減又は回避されている。
Plasmon Resonance;SPR)、水晶発振子マイクロバランス(QCM)を用いることができる。なお、こうした検出法を用いるのに際し、金基板など特殊な固相担体を用いる必要がある場合、こうした材料の固相担体表面に生体分子20の固定化用の相(例えば、光固定化を用いる場合には光応答性層)を固定化した固相担体を用いることができる。
第2の解析工程は、固相担体6上に固定化され、機能解析後の生体分子20の固定状態を解析する工程とすることができる。第2の解析工程は、第1の解析工程を経た後に実施する。本解析方法によれば、生体分子20の機能を解析した後に、機能解析後の生体分子20の固定状態を解析するため、生体分子20自身の解析のための処理によって生体分子20の機能を損なうことがない。また、生体分子20を検出するのにあたって、生体分子20の機能維持を考慮することなく生体分子20を検出する手法を採用できる。
本解析方法は、図6に示すように、第2の解析工程後に、さらに、生体分子20の回収工程を備えることができる。回収工程は、生体分子20の固相担体6から脱固定化して生体分子20を回収する工程である。回収工程を実施することで、生体分子20を再利用することができるほか、固相担体6とは別個の状態でさらに生体分子20について解析することができる。したがって、図7に示すように、回収工程後において、第3の解析工程として、固相担体6から脱固定した生体分子20の解析工程を実施することができる。
本発明の生体分子の解析用固相担体は、生体分子を固定化するための光応答性層を備えることができる。本発明の固相担体は、典型的には、図3(c)に示すように、光応答性層5を備える固相担体6の形態を取ることができるが、これに限定するものではない。光応答性層5や担体2及び固相担体6自体については既に説明したような各種態様を取ることができる。本固相担体は、上記した本発明の生体分子の解析方法に用いることができる。すなわち、これらの解析方法における固相体準備工程に好ましく用いることができる。本発明の固相担体によれば、生体分子20を光応答性層5に固定化した固相体を得ることができ、これにより、本発明の解析方法において上記した各種の利点を得ることができる。
本発明の生体分子の解析用固相担体は、生体分子20が固定化された光応答性層5を備えることができる。本発明の固相担体は、典型的には、図3(d)に示すように、生体分子20が固定化された光応答性層5を備える固相体10の形態を取ることができるが、これに限定するものではない。光応答性層5や担体2及び固相担体6自体については既に説明したような各種態様を取ることができる。本固相体は、上記した本発明の生体分子の解析方法に用いることができる。すなわち、これらの解析方法における固相体準備工程に好ましく用いることができる。本発明の固相担体によれば、生体分子20を光応答性層5に固定化した固相体を得ることができ、これにより、本発明の解析方法において上記した各種の利点を得ることができる。
まず、以下の式に示すCN系アゾポリマーを光応答性成分として用いて、カバーガラススライド(松浪硝子)にスピンコートし、アゾポリマーの薄膜を形成して、光固定化用の固相担体とした。また、生体分子として、G-actin(Actin protein, skeletal muscle、Cytoskelton社)を、Actin Polymerization Buffer(Cytoskelton社)及びPhalloidin(Alexis Biochemicals社)を用いて重合して作製したアクチンフィラメントを作製した。
アクチンフィラメント溶液(0.5mg/ml)を固相担体上のアゾポリマー層に20μl滴下し、上から20μmのギャップスライドガラス(松浪硝子)を被せた.これを乾燥しないようにReaction
chamber内に入れ、30分間光照射(20mW/cm2)を行った。次に、PBS緩衝液中でギャップスライドガラスを外し、さらにPBS緩衝液の入った容器内に入れ、ローテータ上で5分間洗浄した。PBS緩衝液を替えながら2回繰り返した後、軽くMilliQ(Millipore社製)で表面を流し窒素ガスを吹き付けて乾燥した。
アクチンフィラメントを固定した領域の上から、ガスケット(CoverWell
perfusion chamber gasket、Molecular probes社)を装着し、セル内部にCy3で標識したミオシン(skeletal muscle、Prozyme,Inc.社)を溶解した緩衝溶液(各種イオン(KCl、MgCl2、CaCl2)等を含む)を注入した。このセルにATPを2mMとなる様に添加して、全反射型蛍光顕微鏡でミオシンの運動を観察することができた。
(染色工程)
セル内のミオシン溶液をPBS緩衝液で数回置換した後、PBS緩衝液中でガスケットを外し、さらにPBS緩衝液の入った容器内に入れ、ローテータ上で5分間洗浄した.PBS緩衝液を変えながら2回繰り返した後、軽くMilliQで表面を流し窒素ガスを吹き付けて乾燥した。その後、蛍光染色試薬(Cy5
Mono−Reactive Dye(5foil packs each containing sufficient dried dye to label 1mg
of protein、Amersham社)のMilliQ溶液(1包装100μlのMilliQ水に溶かしたもの)をさらにMilliQ(PBS緩衝液でも良い)で40倍程度に希釈したものを、アクチンフィラメントを固定した領域の近くに滴下し、その上からギャップカバーガラスを被せて蒸発しないように容器内に入れ、暗所で30分間反応させた。
(Cy5標識したアクチンフィラメントおよびCy3標識したMyosinを用いた運動観察)
(固相体準備工程)
Cy5標識したアクチンフィラメント溶液(0.5mg/ml)を実施例1と同様にして作製した固相担体上に20μl滴下し、上から20μmのギャップスライドガラス(松浪硝子)を被せた.これを乾燥しないようにReaction
chamber内に入れ、30分間光照射(20mW/cm2)を行った。PBS緩衝液中でギャップスライドガラスを外し、さらにPBS緩衝液の入ったビーカー中で5分間撹拌して洗浄した.PBS緩衝液を変えながら2回繰り返した後、軽くMilliQで表面を流し窒素ガスを吹き付けて乾燥した.
Cy5標識アクチンフィラメントを固定した領域の上から、実施例1と同様にしてガスケット全反射型蛍光顕微鏡でCy3標識ミオシンの運動を観察した。その結果、固相担体表面のアクチンフィラメントに溶液中のミオシンが多数吸着して動かなくなる様子がみられ、運動は観察されなかった。
Claims (13)
- 生体分子の解析方法であって、
生体分子が固相担体に固定化された固相体を準備する工程と、
前記固相担体表面における前記生体分子の機能を解析する第1の解析工程と、
前記第1の解析工程後に前記固相担体上の前記生体分子の固定状態を解析する第2の解析工程と、
を備える、方法。 - 前記第1の解析工程は、前記生体分子と他の分子との相互作用を解析する工程である、請求項1に記載の解析方法。
- 前記第1の解析工程は、前記他の分子の運動を観察することを含む工程である、請求項2に記載の解析方法。
- 前記第1の解析工程は、固定化した前記生体分子と前記他の分子との相互作用の時間的変化を解析することを含む工程である、請求項2に記載の解析方法。
- 前記第1の解析工程は、前記他の分子を可視化することを含む工程である、請求項3又は4に記載の解析方法。
- 前記第2の解析工程は、前記生体分子を可視化することを含む工程である、請求項1〜5のいずれかに記載の解析方法。
- 前記第2の解析工程は、前記生体分子に蛍光染色して可視化することを含む工程である、請求項6に記載の解析方法。
- 前記第2の解析工程は、前記固相担体上における前記生体分子の配列状態及び/又は前記生体分子の配向状態を解析する工程である、請求項1〜7のいずれかに記載の解析方法。
- 前記第2の解析工程は、前記固相担体上における前記生体分子の量を測定する工程である、請求項1〜8のいずれかに記載の解析方法。
- 生体分子の解析方法であって、
生体分子が固相担体に固定化された固相体を準備する工程と、
前記固相担体表面における前記生体分子の機能を前記生体分子に可視化した又は可視化される他の分子を供給して解析する第1の解析工程と、
前記第1の解析工程後に前記固相担体上の前記生体分子を可視化してその固定状態を解析する第2の解析工程と、
を備える、方法。 - 前記第2の解析工程は、前記固相担体上における前記生体分子の量を測定する工程である、請求項1〜10のいずれかに記載の解析方法。
- 前記第2の解析工程後に前記固相担体から前記生体分子を回収する工程を備える、請求項1〜11のいずれかに記載の解析方法。
- 前記準備工程は、前記生体分子が光応答性層に光照射により固定された固相体を準備する工程である、請求項1〜12のいずれかに記載の解析方法。
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