JP5855264B2 - N−型糖ペプチドの高スループット同定および定量のためのバイオインフォマティックスプラットフォーム - Google Patents
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Description
上記の目的を達成するために、本発明は、糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための新規なバイオインフォマティックプラットフォームを提供し、このプラットフォームは、
高分解能質量分析計を使用して、プロテアーゼで糖タンパク質を加水分解して調製したポリペプチドを分析することによって質量スペクトルを得ること(ステップ1)、
ステップ1で得られた質量スペクトルをMS1(質量スペクトル1)およびタンデムスペクトル(MS/MS)に変換すること(ステップ2)、
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ステップ4において選択された糖ペプチドスペクトルのMS1における同位体分布を得て、これをデータベースと比較してSスコア(S-score)を計算し、次いで、計算されたSスコアを用いて糖ペプチド候補を同定すること(ステップ5)、
タンデムスペクトルにおけるEスコア(E-score)、Yスコア(Y-score)、およびY’スコア(Y'-score)を用いて、ステップ5において同定された糖ペプチド候補から正確な糖ペプチドを評価すること(ステップ6)、
ステップ6において評価された糖ペプチドについて定量的分析を行うこと(ステップ7)、および
ステップ6において定量された糖ペプチドについての相関解析を介して、ファミリーN−結合型糖ペプチドの追加の同定および定量を行うこと(ステップ8)
を含む。
以上説明したように、本発明は、様々な試料中において、特定の糖鎖を有する糖ペプチドをより効率的で正確に定量する方法を提供するので、この方法は、様々な試料から疾患マーカーをスクリーニングすることによって、癌または疾患を予測および診断するための技術に効果的に使用することができる。また、この方法は、高分解能質量分析計で、糖ペプチドや糖タンパク質バイオシミラー治療物質(glycoprotein biosimiliar therapeutics)の糖構造を分析したい人にとって有用である。
本発明の好ましい態様の応用は、添付の図面を参照すると最もよく理解される。
本発明をより詳細に説明するために、この説明で使用する用語を以下のように定義する。
「プロテアーゼ」は、グルコースを含む糖タンパク質のアミノ酸結合を切断して、ペプチド混合物を得る酵素を示す。
「タンデム質量分析」は、総質量スペクトル(MS)から、目的のものの選択されたイオン、または高存在量のイオンのスペクトル(MS/MS)の質量を分析する方法である。
「同位体」は、同じ原子番号であるが、異なる原子量を有する化学元素を示す。
「同位体グループ化」は、実験から得られるピークリストから同定される同位体のグループ化を示している。
「N−型糖ペプチド同位体モデリング」は、データベースから確立された糖ペプチドの理論的同位体分布を示す。
「Sスコア(類似度スコア)」は、実験から得られた同位体ピーク分布と、データベースから理論的に推定される同位体ピーク分布との類似度を表わす数値を示す。
「デルタ(Delta)」は、理論質量と、実験から確認された実際質量との差を表わす絶対値を示す。
本発明は、糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための新規なバイオインフォマティックプラットフォームであって、このプラットフォームは以下のステップを含む:
高分解能質量分析計を使用して、プロテアーゼで糖タンパク質を加水分解して調製したポリペプチドを分析することによって質量スペクトルを得ること(ステップ1)、
ステップ1で得られた質量スペクトルをMS1(質量スペクトル1)およびタンデムスペクトル(MS/MS)に変換すること(ステップ2)、
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ステップ4において選択された糖ペプチドスペクトルのMS1における同位体分布を得て、この同位体分布がデータベースと比較されてSスコアが計算され、次いで、計算されたSスコアを用いて糖ペプチド候補を同定すること(ステップ5)、
タンデムスペクトルにおけるEスコア、Yスコア、およびY’スコアを用いてステップ5において同定された糖ペプチド候補から正確な糖ペプチドを評価すること(ステップ6)、
ステップ6において評価された糖ペプチドについて定量的分析を行うこと(ステップ7)、および
ステップ6において定量された糖ペプチドについての相関解析を介して、N−型糖ペプチドファミリーの追加の同定および定量を行うこと(ステップ8)。
本発明の好ましい態様において、糖ペプチドは、いつもそれに限定はされないが、以下に示すステップを含む方法によって同定および定量される:
1)高分解能質量分析計Orbitrapを用いて分析することによって、トリプシンで糖タンパク質を加水分解して調製したポリペプチドの質量スペクトルを得ること;
2)ステップ1において得られた質量分析計RAWファイルを、RawExtractor v1.9を用いることによってms1(TXT)ファイルフォーマットに変換すること、ここでms1(TXT)ファイルフォーマットは、MM File Conversion Tools v3.9を使用することによって、さらにms2(MGF)ファイルフォーマットに変換される、
3)ステップ2において変換されたms2(MGF)ファイルの各HCD(高エネルギー衝突解離)スペクトルからMスコアを計算すること、
5)ステップ4において選択された糖ペプチドスペクトルのMS1における同位体分布を得ること、ここでこの同位体分布がデータベースと比較されて、少なくとも98.0のSスコアを取得する糖ペプチド候補の同定に至る、
6)ステップ5において同定された糖ペプチド候補の、HCDスペクトルにおけるY’スコア、およびCID(衝突誘起解離)スペクトルにおけるYスコアを用いることによって、糖ペプチドを正確に評価すること、
7)ステップ6において同定された糖ペプチドで、定量分析を行うこと、および
8)ステップ6において同定された糖ペプチドについての相関解析を介してN−型糖ペプチドファミリーの追加の同定および定量を行うこと。
1)高分解能質量分析計Orbitrapを用いて分析することによって、トリプシンで糖タンパク質を加水分解して調製したポリペプチドの質量スペクトルを得ること;
2)ステップ1において得られた質量分析計RAWファイルを、RawExtractor v1.9を用いることによってms1(TXT)ファイルフォーマットに変換すること、ここでms1(TXT)ファイルフォーマットは、MM File Conversion Tools v3.9を使用することによって、さらにms2(MGF)ファイルフォーマットに変換される、
3)ステップ2において変換されたms2(MGF)ファイルの各HCD(高エネルギー衝突解離)スペクトルからMスコアを計算すること、
5)ステップ4において選択された糖ペプチドスペクトルのMS1における同位体分布を得ること、ここでこの同位体分布がデータベースと比較されて、少なくとも98.0のSスコアを取得する糖ペプチド候補の同定に至る、
6)ステップ5において同定された糖ペプチド候補の、HCDスペクトルにおけるY’スコア、およびETD(電子移動解離)スペクトルにおけるEスコアを用いることによって、糖ペプチドを正確に評価すること、
7)ステップ6において同定された糖ペプチドで、定量分析を行うこと、および
8)ステップ6において同定された糖ペプチドについての相関解析を介してN−型糖ペプチドファミリーの追加の同定および定量を行うこと。
本発明の別の好ましい態様においては、糖ペプチドは、いつもそれに限定はされないが、以下のステップを含む方法によって同定および定量されるのが好ましい:
1)高分解能質量分析計Orbitrapを用いて分析することによって、トリプシンで糖タンパク質を加水分解して調製したポリペプチドの質量スペクトルを得ること;
2)ステップ1において得られた質量分析計RAWファイルを、RawExtractor v1.9を用いることによってms1(TXT)ファイルフォーマットに変換すること、ここでms1(TXT)ファイルフォーマットは、MM File Conversion Tools v3.9を使用することによって、さらにms2(MGF)ファイルフォーマットに変換される、
3)ステップ2において変換されたms2(MGF)ファイルの各HCD(高エネルギー衝突解離)スペクトルからMスコアを計算すること、
5)ステップ4において選択された糖ペプチドスペクトルのMS1における同位体分布を得ること、ここでこの同位体分布がデータベースと比較されて、少なくとも98.0のSスコアを取得する糖ペプチド候補の同定に至るステップ、
6)ステップ5において同定された糖ペプチド候補の、HCDタンデムスペクトルにおけるY’スコアを用いることによって、糖ペプチドを正確に評価すること、
7)ステップ6において同定された糖ペプチドで、定量分析を行うこと、および
8)ステップ6において同定された糖ペプチドについての相関解析を介してN−型糖ペプチドファミリーの追加の同定および定量を行うこと。
1)高分解能質量分析計LTQ-FTを用いて分析することによって、トリプシンで糖タンパク質を加水分解して調製したポリペプチドの質量スペクトルを得ること、
2)ステップ1において得られた質量分析計RAWファイルを、RawExtractor v1.9を用いることによってms1(TXT)ファイルフォーマットに変換すること、ここでms1(TXT)ファイルフォーマットは、MM File Conversion Tools v3.9を使用することによって、さらにms2(MGF)ファイルフォーマットに変換されること、
3)ステップ2において変換されたms2(MGF)ファイルの各CIDスペクトルからMスコアを計算すること、
5)ステップ4において選択された糖ペプチドスペクトルのMS1における同位体分布を得ること、ここでこの同位体分布がデータベースと比較されて、少なくとも98.0のSスコアを取得する糖ペプチド候補の同定に至る、
6)ステップ5において同定された糖ペプチド候補の、CIDタンデムスペクトルにおけるYスコアを用いることによって、糖ペプチドを正確に評価すること、
7)ステップ6において同定された糖ペプチドで、定量分析を行うこと、および
8)ステップ6において同定された糖ペプチドについての相関解析を介してN−型糖ペプチドファミリーの追加の同定および定量を行うこと。
1)高分解能質量分析計Q-Tofを用いて分析することによって、トリプシンで糖タンパク質を加水分解して調製したポリペプチドの質量スペクトルを得ること;
2)ステップ1において得られた質量分析計WIFFファイルを、AB Science MS Data Convert v1.3およびProteoWizard v2.1(http://proteowizard.sourceforge.net/)を使用して、ms1(TXT)およびms2(MGF)ファイルフォーマットに変換すること、
3)ステップ2において変換されたms2(MGF)ファイルの各CIDスペクトルからMスコアを計算すること、
5)ステップ4において選択された糖ペプチドスペクトルのMS1における同位体分布を得ること、ここでこの同位体分布がデータベースと比較されて、少なくとも98.0のSスコアを取得する糖ペプチド候補の同定に至る、
6)ステップ5において同定された糖ペプチド候補の、CIDタンデムスペクトルにおけるYスコアを用いることによって、糖ペプチドを正確に評価すること、
7)ステップ6において同定された糖ペプチドで、定量分析を行うこと、および
8)ステップ6において同定された糖ペプチドについての相関解析を介してN−型糖ペプチドファミリーの追加の同定および定量を行うこと。
上記の方法のステップ6において、Yスコアリングは、タンデムスペクトル(CIDおよびHCD)における糖ペプチドの理論的なフラグメンテーションを確認して評価する工程である。本明細書においては、前記のYスコアは、以下の数式3によって計算することができる。
[数式4]
Y’スコア=Yスコア+yスコア
上記の方法のステップ6において、タンデムスペクトルはETDスペクトルであり、Eスコアは、好ましくは以下の数式5によって計算されるが、いつもそれに限定されるものではない。
本発明においては、350糖だけのグリコシル化を考慮したが、いつもそれに限定されるものではない。
上記の方法において、加水分解に使用される酵素は、トリプシン、Arg−C、Asp−N、Glu−C、Lys−C、およびキモトリプシンからなる群から選択されるが、いつもそれに限定されるものではない。
上記の方法において、本明細書において使用される質量分析計は、LTQ-FT、Orbitrap、Triple-Tof、Q-Tof、およびQExactiveからなる群から選択されるが、いつもそれに限定されるものではない。
上記の方法においては、定量のための糖ペプチドは、MS1スペクトルにおけるSスコアを用いて選択されるが、いつもそれに限定されるものではない。
上記の方法において、定量のためにMS1スペクトルから選択される糖ペプチドの強度は、理論的に期待される3つの最も強いピークの強度の合計として表わされるが、いつもそれに限定されるものではない。
標準糖タンパク質試料、RNaseB(リボヌクレアーゼB)およびAGP(α1酸性糖タンパク質)、はSigma-Aldrichから購入した。前記の2つの試料は、表3に示すように混合した。
表3
上記の試料調製工程によって調製されたポリペプチドは、高分解能質量分析計Orbitrap(Thermo Finnigan)、続いてLC/ESI−MS/MSへと進められた。各試料の再現性を試験するために、分析は3回繰り返した。質量分析計RAWファイルは、フリーウェアプログラムRawExtractor v1.9(The Scripps Research Institute, La Jolla, CA)およびMM File Conversion Tools v3.9(http://www.massmatrix.net/mm-cgi/downloads.py)を使用して、ms1(TXT)ファイルおよびms2(MGF)ファイルに変換された。RNaseBの糖ペプチドの同定および定量は、本発明のN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための新規のバイオインフォマティックスプラットフォームを使用して、各質量分析結果に基づいて行った。
標準糖タンパク質試料AGP(α1酸性糖タンパク質)は、Sigma-Aldrichから購入した。6つの高濃度タンパク質を、血漿から除去した。試料混合物は、表4に示されるように、血漿にAGPを混ぜることによって調製した。
表4
以上に説明したように、本発明は、癌診断用の新規のバイオマーカーの開発および試験に対して有効に使用できるとともに、さらに、糖ペプチドおよび糖タンパク質バイオ治療物質(biotherapeutics)のグルコース構造の分析を容易にするバイオシミラー技術に有効に応用することができる。
当業者であれば、前述の説明において開示された概念および特定の態様は、本発明の同一の目的を実施するためのその他の態様を改変または設計する基礎として、容易に使用できることを認識するであろう。当業者はまた、そのような均等な態様は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨と範囲から逸脱しないことを認識するであろう。
Claims (13)
- 高分解能質量分析計を使用して、プロテアーゼで糖タンパク質を加水分解して調製したポリペプチドを分析することによって複数の質量スペクトルを得ること(ステップ1)、
ステップ1で得られた複数の質量スペクトルからの原ファイル(raw file)を、MS1(複数の質量スペクトル1)および複数のタンデムスペクトル(MS/MS)に対するファイルに変換すること(ステップ2)、
129.06、138.06、145.05、147.07、163.06、168.07、186.08、204.08、274.09、292.10、350.15、366.14、454.16、528.19、および657.24のオキソニウムイオンピーク分子量を示す、変換された複数のタンデムスペクトルからなる群から選択される各タンデムスペクトルにおけるMスコア(M-score)を計算すること、ここで、Mスコアは、以下の数式1によって計算される、
ステップ3において得られたMスコアを用いて糖ペプチドスペクトルを選択すること(ステップ4)、
ステップ4において選択された糖ペプチドスペクトルのMS1における同位体分布を得て、この同位体分布がデータベースと比較されてSスコアが計算され、次いで、計算されたSスコアを用いて糖ペプチド候補を同定すること、ここで、Sスコアは、以下の数式2によって計算される、
タンデムスペクトルにおけるEスコア、Yスコア、およびY’スコアを用いてステップ5において同定された糖ペプチド候補から正確な糖ペプチドを評価すること、ここで、Eスコアは、以下の数式5によって計算される、
[数式4]
Y’スコア=Yスコア+yスコア
ここで、yスコアは、ペプチドのbイオンおよびyイオンの理論的分布に基づいて計算される(ステップ6)、
ステップ6において評価された糖ペプチドについて定量的分析を行うこと(ステップ7)、および
ファミリーN−結合型糖ペプチドの追加の同定および定量を行うこと、ここで、ファミリーN−結合型糖ペプチドは、ステップ6においてタンデムスペクトル(MS/MS)を用いて正確に同定された糖ペプチドに基づいて、N−型糖ペプチドファミリーが追加的に予測された後に、タンデムスペクトル(MS/MS)を用いずに、SスコアおよびMS1におけるMS精度を用いて同定および定量される(ステップ8)
を含む、糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。 - ステップ3におけるタンデムスペクトルがCIDスペクトルまたはHCDスペクトルである、請求項1に記載の糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。
- ステップ5におけるSスコアの計算が、データベースから得られた理論的同位体分布とMS1での実験によって得られた同位体分布との類似度の比較のためである、請求項1に記載の糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。
- データベースが、糖ペプチドの理論同位体分布を用いることによって、糖タンパク質から、ステップ4において確立される、請求項1に記載の糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。
- ステップ5においてSスコアを生成するために、同位体の質量分布の類似度がユークリッド距離を用いて測定され、強度分布の類似度がピアソン相関解析を用いて測定される、請求項3に記載の糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。
- ステップ6におけるタンデムスペクトルが、CIDスペクトルまたはHCDスペクトルである、請求項1に記載の糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。
- ステップ6におけるタンデムスペクトルがHCDスペクトルである、請求項1に記載の糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。
- ステップ6におけるタンデムスペクトルがETDスペクトルである、請求項1に記載の糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。
- 糖ペプチドの相対量と糖ペプチドのタンデムマススペクトルの計数との相関が、ステップ8における同定および定量の後に、比較用の試料間での類似度を表わすマップとして提示される、請求項1に記載の糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。
- 加水分解が、トリプシン、Arg−C、Asp−N、Glu−C、Lys−C、およびキモトリプシンからなる群から選択される酵素を用いて行われる、請求項1に記載の糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。
- 同定および定量が、少なくとも10000の質量分解能と最大50ppmまでの質量精度を有する、高分解能質量分析計を使用して実行される、請求項1に記載の糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。
- 定量のための糖ペプチドは、MS1スペクトルにおけるSスコアを用いて選択される、請求項1に記載の糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。
- 定量のためにMS1スペクトルから選択された糖ペプチドの強度が、理論的に期待される3つの最も強いピークの強度の合計として表わされる、請求項1に記載の糖タンパク質からN−結合型糖ペプチドを同定および定量するための方法。
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