JP5596255B2 - 分子相互作用パラメータの決定のための方法およびシステム - Google Patents
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Description
(発明の分野)
本発明は、分子相互作用のための反応速度論的パラメーターの決定に関し、より詳細には、固体支持体表面に固定化された分子と、溶液中の分子への結合パートナーとの間の相互作用のための反応速度論的パラメーターを決定するための方法に関する。本発明はまた、この方法を実行するための分析システム、コンピュータプログラム製品、およびコンピュータシステムに関する。
リアルタイムで生体分子などの分子間の相互作用をモニタリングし得る分析センサーシステムは、関心が高まりつつある。通常相互作用分析センサーシステムまたは生物特異的相互作用分析センサーシステムと呼ばれるこれらのセンサーシステムは、しばしば光学的生物センサーおよび親和性分析に基づき、かつ相互作用を行う分子を標識する必要とせずに、とりわけ平衡常数および速度定数をリアルタイムで決定するための迅速な方法を提供する。これらは、タンパク質、核酸、脂質、および炭水化物を含む種々の生体分子の研究において使用されてきた。これらのシステムにおいて、それに固定化された分子反応物の1つを有するセンサー表面は、センサー表面を通り過ぎる溶液の流れを与えることによって、またはキュベットなどの中においてのいずれかで他の反応物を含む溶液と接触され、そして表面における結合相互作用が検出される。
本発明に従って、上記その他の目的が化学的相互作用パラメーターを決定するための親和性センサーに基づく方法によって達成できるという予想外の知見が得られ、この方法は、1つの及び同じ実験的サイクルにおいて、センサー表面の途中での再生を行わずに、分析物濃度の段階的変化を実行する工程、及び物質移動制限を考慮した分子相互作用のための反応速度論的モデル(例えば、2コンパートメントモデルなど)に関して検出された結合データのセットすべての全体的分析を使用して相互作用パラメーターを決定する工程を包含する。従って、このようにして、反応速度論的データは分子の移動制限に関わらず得られ得、かつ異なる分析物濃度が任意の順番で使用され得る。
a)上記固定化リガンドの途中での再生又は更新を行わずに、上記固体支持体表面に、 順次、種々の既知濃度の上記結合パートナーを含む複数の流体試料を流して、上記固定化リガンドに結合パートナーを結合させる工程と、
b)上記固体支持体表面に、結合パートナーを含まない流体試料を流して、上記リガンドから結合パートナーを解離させる工程と、
c)工程a)及びb)の際に、時間及び結合パートナーの溶液濃度に関連して、上記固体支持体表面に結合した上記結合パートナーの量を経時的にモニタリングし、もって結合データを収集する工程と、
d)上記結合剤と固定化リガンドとの間の相互作用についての所定の反応速度論的モデルを、収集された結合データに、好ましくは全体的にフィットさせることによって反応速度論的パラメーターを決定する工程であって、このモデルが固体支持体表面での物質移動制限を考慮したものである、工程と
を含む。
a)上記固定化リガンドの途中での再生又は更新を行わずに、上記固体支持体表面に、 順次、種々の濃度の結合パートナーを含む複数の流体試料を流して、固定化リガンドに結合パートナーを結合させる工程であって、結合パートナーを含む流体試料が、結合パートナーを含まない液体のセグメントによって分離された結合パートナーの濃度勾配の不連続なセグメントである、工程と、
b)工程a)の際に、時間及び結合パートナーの溶液濃度に関連して、上記固体支持体表面に結合した上記結合パートナーの量を経時的にモニタリングし、もって結合データを収集する工程と、
c)各結合パートナーと固定化されたリガンドとの間の相互作用についての所定の反応速度論的モデルを、収集された結合データに対してフィットさせることによって反応速度論的パラメーターを決定する工程
を含む。
他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的用語および科学的用語は、本発明が関係する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。また、単数形(「a」、「an」、および「the」)は、別段言及されない限り、複数形への言及を含むことを意味する。
上述のように、例えば、BIACORE(登録商標)機器を使用して反応速度論的パラメーターを決定することは、慣用的に、新たな反応物濃度を用いる各測定の前に、固定化リガンドの再生または更新を伴って、複数の異なる分析物濃度について、固定化リガンドとの分析物の相互作用をモニタリングする工程を包含する。次いで、相互作用についての反応速度論的モデルは、収集された結合データに対して全体的にフィットされ(通常はセンサグラムの形態)、反応速度論的パラメーターを与える。
BIACORE(登録商標)(Biacore AB,Uppsala,Sweden)を以下の実施例1から4において使用した。この機器はY型フローセルを有し、これは、センサーチップ表面の上で二重の液体の流れを可能にし、これはいわゆる流体力学アドレッシングであり、例えば、EP−B1−1021703(この開示は参照として本明細書に援用される)において記載されている。この機器は、センサーチップ上で3つのパラレル検出スポットを使用する。
(固定化キナーゼへのキナーゼインヒビターの結合)
抗ヒスチジン抗体(Qiagen 34660;Qiagen,Venlo,Netherlands)を10mM 酢酸緩衝液、pH 5.0中で20μg/mlまで希釈し、13000RUの抗体を、製造業者の指示書に従ってアミンカップリングを使用して(Amine Coupling Kit−Biacore AB,Uppsala,Sweden)、Series S Sensor Chip CM5に固定化した。流速は10μl/分であった。次いで、3分間、10mM PBS中の30μg/mlのキナーゼ、次いで表面上のキナーゼを安定化するために、2.5分間のEDC/NHSおよびエタノールアミンを注入することによって、ヒスチジンタグ化キナーゼ(独自製品)を捕捉しかつセンサーチップ表面に架橋した。この手順を用いて、4000RUのキナーゼが固定化された。
(固定化カルボニックアンヒドラーゼへの一連のカルボニックアンヒドラーゼインヒビターの結合)
カルボニックアンヒドラーゼ(Sigma C3640)、10mM 酢酸緩衝液pH5.0中20μg/mlを、製造業者の指示書に従ってアミンカップリングを使用して(流速10μl/分)Series S Sensor Chip CM5に固定化し、約2000RUおよび700RUの固定化されたカルボニックアンヒドラーゼを有するセンサー表面をそれぞれ得た。反応速度論的分析を、0.005% P20および5% DMSOを有する10mM PBS緩衝液中のインヒビターを30μl/分の流速で注入することによって実行した。インヒビターは、アセタゾラミド(Sigma A6011)、アゾスルファミド(Sigma A2759)、およびベンゼンスルホンアミド(Aldrich 10,814−6)であった。2つのリガンド密度についての観察されたデータおよびフィットされたデータを実証する重ね合わせプロットを図7(アセタゾラミド)、図8(アゾスルファミド)、および図9(ベンゼンスルホンアミド)において提示する。図7において、データは、各リガンド密度に対する2つの反復を表し、kaは1,8*106M−1s−1と計算され、kdは4,0*10−2s−1と計算された。図8において、kaは2,9*104M−1s−1と計算され、kdは8.1*10−3s−1と計算され、そして図9において、kaは1,6*105M−1s−1と計算され、kdは1.4*10−1s−1と計算された。
(固定化トロンビンへの高親和性インヒビターの結合)
トロンビン(Sigma T1063)、10mM 酢酸緩衝液pH5.0中20μg/mlを、製造業者の指示書に従ってアミンカップリングを使用して(流速10μl/分)Series S Sensor Chip CM5に固定化し、約2300RUおよび600RUの固定化されたカルボニックアンヒドラーゼを有するセンサー表面をそれぞれ得た。反応速度論的分析を、0.005% P20、5% DMSOおよび3.4mM EDTAを有する10mM PBS緩衝液中の高親和性トロンビンインヒビター、メラガトラン(Johanna Deinum,AstraZeneca,Molndal,Sweden)を注入することによって実行した。観察されたデータおよびフィットされたデータを実証する重ね合わせプロットを図10において提示する。計算されたkaは2,0*107M−1s−1であり、kdは1.8*10−2s−1であった。
(連続的および単回の注入の組み合わせ)
図11において、連続的注入および単回注入を表すシミュレートしたデータは、評価において合わされて、ここですべての結合曲線が相似にフィットされる。左の3つの曲線は、51200nMにおける単回注入でのセンサグラムを表すが、種々の注入時間、10s、30s、および500sを伴うのに対して、右の曲線は、800〜12800nMの分析物の連続的注入を表す。これは、種々の数の注入および注入時間を伴うセンサグラムが分析され得ることを例証する。
(相互作用速度定数の見積もり)
リゾチームに結合するラクダ由来の重鎖3重変異体単鎖ドメイン抗体(cAb−Lys3:s SGS)(Department of Ultrastructure,Vrije Universiteit,Brussels,Belgiumから入手)の反応速度論を、上記の「パルス注入法」を用いて研究した。すべての実験を30℃で実行した。190RU(チップ1)および280RU(チップ2)のリゾチームを、標準的なアミンカップリング法を使用して固定化した。2分間の活性化に際して、リゾチーム(10mM Na2HPO4 pH7.0中8μg/ml)を、3分間(チップ1)および4分30秒(チップ2)の間、注入した。10mM Na2HPO4 pH7.0(流速5μl/分)を、固定化の間のランニング緩衝液として使用した。SGSを、異なる初期濃度で注入した(HBS−EP中、0.5、1.0、および2.0μM)。結果を図12に示す。
Claims (23)
- 固体支持体表面に固定化されたリガンドと溶液中のリガンドに対する結合パートナーとの間の可逆的分子相互作用についての反応速度論的パラメーターを決定する方法であって、当該方法が、
a)上記固定化されたリガンドの途中での再生又は更新を行わずに、上記固体支持体表面に、順次、種々の既知濃度の上記結合パートナーを含有する複数の流体試料を流して、上記固定化されたリガンドに結合パートナーを結合させる工程と、
b)上記固体支持体表面に、結合パートナーを含まない流体試料を流して、上記リガンドから結合パートナーを解離させる工程と、
c)工程a)及びb)の際に、時間及び結合パートナーの溶液濃度に関して、上記固体支持体表面に結合した上記結合パートナーの量を経時的にモニタリングし、もって結合データを収集する工程と、
d)上記結合パートナーと上記固定化されたリガンドとの間の相互作用についての所定の反応速度論的モデルを、収集された結合データに全体的にフィットさせることによって反応速度論的パラメーターを決定する工程であって、上記モデルが固体支持体表面での物質移動制限を考慮したものである、工程と
を含む方法。 - 工程a)に関して同じ又は別の順序の結合パートナー濃度を用いて工程a)〜c)を少なくとも1回繰返し、収集した結合データを全て工程d)で前記反応速度論的モデルに同時にフィットさせる、請求項1記載の方法。
- 請求項1における工程c)で得られた順次的な結合データを単一濃度の結合パートナーについての少なくとも1セットの結合データと組み合わせ、組み合わせた結合データを工程d)で前記反応速度論的モデルにフィットさせる、請求項1又は請求項2記載の方法。
- 請求項1における工程b)が、結合パートナーを含む最後の流体試料を前記表面に流した後で実行される、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の方法。
- 請求項1における工程b)が、結合パートナーを含む2つの流体試料の間で実行される、請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の方法。
- 結合パートナーを含む各流体試料の後に、結合パートナーを含まない流体試料が続く、請求項4又は請求項5記載の方法。
- 結合パートナーを含まない流体試料の1つが、結合パートナーを含まない他の流体試料よりも長時間にわたり、前記固体支持体表面に流される、請求項6記載の方法。
- 結合パートナーを含む複数の流体試料が同じ濃度の結合パートナーを有する流体試料を含む、請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載の方法。
- 結合パートナーを含む流体試料が、結合パートナーの段階的に増加する濃度を含む、請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載の方法。
- 結合パートナーの濃度の増加がセンサー表面に結合した結合パートナーの量の所定の増加を生じたときに、請求項1の工程a)を止める、請求項1乃至請求項9のいずれか1項記載の方法。
- 前記反応速度論的モデルが2コンパートメントモデルである、請求項1乃至請求項10のいずれか1項記載の方法。
- 前記反応速度論的モデルが1:1結合、併発反応、競合反応、高次構造変化及び二価分析物から選択される相互作用機構に適合している、請求項1乃至請求項11のいずれか1項記載の方法。
- 請求項1の工程a)が前記固体支持体表面において少なくとも1つの他のリガンド密度にて実行される、請求項1乃至請求項12のいずれか1項記載の方法。
- 前記固体支持体表面に対する流れが一定に維持される、請求項1乃至請求項13のいずれか1項記載の方法。
- 前記固体支持体表面がセンサー表面である、請求項1乃至請求項14のいずれか1項記載の方法。
- 前記固体支持体表面における検出がエバネセント波検知に基づく、請求項1乃至請求項15のいずれか1項記載の方法。
- 前記固体支持体表面における検出が標識の検出に基づく、請求項1乃至請求項16のいずれか1項記載の方法。
- 請求項1における工程d)がコンピュータによって実行される、請求項1乃至請求項17のいずれか1項記載の方法。
- 請求項1における工程a)からd)がコンピュータによって実行される、請求項1乃至請求項18のいずれか1項記載の方法。
- 分子結合相互作用を検出するための分析システムであって、
(i)少なくとも1つのセンサー表面、上記少なくとも1つのセンサー表面における分子相互作用を検出するための検出手段及び上記相互作用の経時的な進行を提示する検出データを生じるための手段を備える、センサーデバイス、並びに
(ii)請求項1乃至請求項17のいずれか1項記載の方法を実行するためのデータ処理手段、
を備える、分析システム。 - コンピュータプログラムであって、上記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに請求項1乃至請求項17のいずれか1項記載の方法を実行するためのプログラムコード手段を備える、コンピュータプログラム。
- コンピュータプログラム製品であって、上記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに請求項1乃至請求項17のいずれか1項記載の方法を実行するための、コンピュータで読み取り可能な媒体上に保存されるか、又は電子的シグナルもしくは光学的シグナルで伝達されるプログラムコード手段を備える、コンピュータプログラム製品。
- 請求項1乃至請求項17のいずれか1項記載の方法を実行するための手段を備えるコンピュータシステム。
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