JP6005651B2 - トランスフェラーゼの活性同定方法 - Google Patents
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Description
キナーゼまたはホスホトランスフェラーゼ(phosphotransferase)が、アデノシン3リン酸(ATP)などの高エネルギードナー分子から、リン酸化として知られているプロセスにより、特異的基質にりん酸基を転移する酵素である。プロテインキナーゼの化学活性は、ATPのようなヌクレオチド三りん酸からりん酸基を転移し、それを遊離ヒドロキシル基を有する3つのアミノ酸の1つに共有結合することを含む。ほとんどのプロテインキナーゼがセリンとトレオニンの両方に作用するが、他のものはチロシンに作用し、いくかは3つのアミノ酸のすべてに作用する。他のアミノ酸をりん酸化するプロテインキナーゼ類としては、ヒスチジンがあげられる。
本発明者は、全体的な方法で、調査中の細胞または組織で活性であるかもしれないとの酵素への先入観なしで、プロテインキナーゼなどの二基質蛋白質修飾酵素の活性を定量化するための方法について工夫した。
従って、第1の態様では、本発明は以下の工程を含む、サンプル間の二基質蛋白質修飾酵素の活性の差を同定するための方法を提供する:
(i)第1のサンプルを、前記酵素の非蛋白質性基質のxの異なる濃度に暴露する工程、ここでxは2であるかまたは2より大きい;
(ii)非蛋白質性基質のxの異なる濃度のそれぞれにおいて前記サンプル内のポリペプチドの修飾を定量化する工程;
(iii)前記非蛋白質性基質についての前記酵素の親和性を決定する工程;
(iv)2番目のまたは次のサンプルについて工程(i)から工程(iii)を繰り返す工程;および
(v)前記サンプル間の前記非蛋白質性基質についての前記酵素の親和性を比較する工程;
ここで、サンプル間の前記非蛋白質性基質についての前記酵素の親和性における相違は、サンプル間の前記酵素の活性の差を示している。
本発明の第1の態様の方法は、サンプルの間の二基質蛋白質修飾酵素の活性の差を同定するための方法である。本発明の方法は、二基質蛋白質修飾酵素の非蛋白質性基質の異なった濃度での第1のサンプルのポリペプチドの修飾を定量化することを含む。非蛋白質性基質の濃度を変えると、それぞれの修飾のための酵素の親和性の計算ができる。サンプルの間の親和性定数の差は、サンプルの間の酵素の活性、または活性化の差を示す。本発明の第1の態様の方法はin vitro法である。「二基質蛋白質修飾酵素」は2つの基質を有し、その1つが蛋白質である酵素をいう。本明細書においては他の基質を非蛋白質性基質と呼び、これは酵素によって触媒された反応で非蛋白質性基質から蛋白質性基質に転移される基を有する分子である。また、そのような酵素は蛋白質トランスフェラーゼ(protein transferase)とも呼ばれる。トランスフェラーゼは、1つの分子(しばしば供与体と呼ばれる)から、他のもの(しばしば受容体と呼ばれる)への官能基の転移を触媒する酵素である。したがって、蛋白質トランスフェラーゼは、供与体から蛋白質である受容体への官能基の転移を触媒する酵素である。したがって、二基質蛋白質修飾酵素では、非蛋白質性基質が供与体であり、蛋白質(または、ポリペプチドまたはペプチドなどの蛋白質の一部)は受容体である。
この実施態様では、本発明の第1の態様の方法は、以下の工程を含む、サンプルの間のプロテインキナーゼの活性の差を同定するための方法である:
(i)ATPのxの異なる濃度で第1のサンプルをインキュベートする工程、ここでxは2または2よりも大きい;
(ii)ATPのxの異なる濃度のそれぞれで、前記サンプル内のポリペプチドのリン酸化を定量化する工程;
(iii)ATPについての前記プロテインキナーゼの親和性を決定する工程;
(iv)第2または次のサンプルについて工程(i)から(iii)を繰り返す工程;および
(v)前記サンプル間でATPについての前記プロテインキナーゼの親和性を比較する工程;
ここで、サンプル間でATPについての前記プロテインキナーゼの親和性の相違がサンプルの間のプロテインキナーゼの活性の差を示している。
(a) 工程(i)で得られたペプチド類に参照修飾ペプチドを追加し、ペプチド類と参照修飾ペプチドの混合物を生成する工程;
(b) 前記ペプチド類と参照修飾ペプチドの混合物について質量分析(MS)を行い、サンプル内のペプチド類に関するデータを得る工程;および
(c) サンプル内のペプチド類に関するデータと、修飾ペプチドに関するデータベース中のデータとを、コンピュータプログラムを使用して比較する工程;
ここで、修飾ペプチドに関するデータベースが、以下を含む方法によってコンパイルされる;
i) サンプルからペプチド類を得ること;
ii) 工程iで得られたペプチド類からの修飾ペプチドを富化すること;
iii) 工程iiで得られた富化された修飾ペプチドについて、液体クロマトグラフィー−タンデム質量分析(LC−MS/MS)を行うこと;
iv)修飾ペプチドを同定するために、工程iiiで検出された修飾ペプチドを、公知のリファレンスデータベースと比較すること:および
v) 工程ivで同定された修飾ペプチドに関連するデータを、データベースにコンパイルすること。
本発明の方法では、リン酸化などの修飾は非断片化しているイオン類の強度を測定するLC−MSのテクニック、またはフラグメントイオンの強度を測定するLC−MS/MSのテクニック(たとえば、多重反応モニタリング(MRM)とも呼ばれる選択反応モニタリング(SRM))で定量化することができる。
a) ATPに対する高い親和性を有するプロテインキナーゼ活性(低いAc)、およびb)ATPに対する低い親和性を有するプロテインキナーゼ活性(高いAc)。
(a) 非蛋白質性基質の濃度が増加されたとき、ペプチドの修飾が増加しているかどうか決定すること;および非蛋白質性基質の濃度が増加されたとき、ペプチドの修飾が増加している場合には、
(b) 非蛋白質性基質に対する酵素の親和性定数(Ac)を計算する。
(a) 非蛋白質性基質の濃度が増加されたとき、ペプチドのリン酸化が増加しているかどうか決定すること;および非蛋白質性基質の濃度が増加されたとき、ペプチドのリン酸化が増加している場合には、
(b)非蛋白質性基質に対する、プロテインキナーゼの親和性定数(Ac)を計算する。
(i)第1の基質のxの異なる濃度に二基質蛋白質修飾酵素を露出する工程、
ここでxは2または2以上であり、第2の基質の濃度を一定とし、第1および第2の基質の1つは前記酵素の非蛋白質性基質であり、他方がポリペプチドの混合物である;
ii)前記第1の基質のxのそれぞれの濃度でポリペプチドの前記混合物中のポリペプチドの修飾を定量化する工程;および
(iii)前記第1の基質に対する前記酵素の親和性を決定する工程;
ここで、前記第1の基質に対する前記酵素の高親和性が、前記ペプチドが前記酵素の生体内の基質であることを示唆する。
i)第1の基質のxの異なる濃度にプロテインキナーゼを暴露する工程、ここでxは、2または2より大きく、第2の基質の濃度は一定とし、第1と第2の基質のひとつはATPであり、他方はポリペプチドの混合物である;
ii)前記第1の基質のxの異なる濃度のそれぞれにおいて、該ポリペプチドの混合物中のポリペプチドのリン酸化を定量化する工程;および
iii)前記第1の基質に対する前記プロテインキナーゼの親和性を決定する工程;
ここで、前記第1の基質に対する前記プロテインキナーゼの高親和性は、前記ペプチドが前記プロテインキナーゼの生体内の基質であることを示唆する。
(i)第1の基質のxの異なる濃度に二基質蛋白質修飾酵素を暴露する工程、ここでxは2または2より大きく、第2の基質の濃度は一定とされる、第1および第2の基質の1つは前記酵素の非蛋白質性基質であり、他方はポリペプチドの混合物であり、該ポリペプチドの混合物は未消化タンパクの混合物である;
前記未消化タンパクの混合物からペプチド類の混合物を得る工程;
(ii)前記第1の基質のxの異なる濃度のそれぞれで、前記ペプチド類の混合物中のペプチドの修飾を定量化する工程;および
(iii)前記第1の基質に対する前記酵素の親和性を決定する工程、
ここで、前記第1の基質に対する前記酵素の高親和性は、前記ペプチドが前記酵素の生体内の基質であることを示唆する。
(i)第1の基質のxの異なる濃度にプロテインキナーゼを暴露する工程、ここでxは2または2より大きく、第2の基質の濃度は一定とされる、第1および第2の基質の1つはATPであり、他方はポリペプチドの混合物であり、該ポリペプチドの混合物は未消化タンパクの混合物である;
前記未消化タンパクの混合物からペプチド類の混合物を得る工程;
(ii)前記第1の基質のxの異なる濃度で、前記ペプチド類の混合物中のペプチドのリン酸化を定量化する工程;および
(iii)前記第1の基質に対するプロテインキナーゼの親和性を決定する工程;
ここで、前記第1の基質に対する前記プロテインキナーゼの高親和性は、該ペプチドが前記プロテインキナーゼの生体内の基質であることを示唆している。
この実施態様では、本発明の第2の態様の方法は以下の工程を含む:
(i)蛋白質の消化でペプチド類の混合物を得る工程;
第1の基質のxの異なる濃度に二基質蛋白質修飾酵素を暴露する工程、ここでxは2または2より大きく、第2の基質の濃度は一定とされる、第1および第2の基質の1つは前記酵素の非蛋白質性基質であり、他方はペプチドの混合物である;
(ii)前記第1の基質のxの異なる濃度のそれぞれで、前記ペプチド類の混合物中のペプチドの修飾を定量化する工程;および
(iii)前記第1の基質に対する前記酵素の親和性を決定する工程、
ここで、前記第1の基質に対する前記酵素の高親和性は、前記ペプチドが前記酵素の生体内の基質であることを示唆する。
(i)蛋白質の消化でペプチド類の混合物を得る工程;
第1の基質のxの異なる濃度にプロテインキナーゼを暴露する工程、ここでxは2または2より大きく、第2の基質の濃度は一定とされる、第1および第2の基質の1つはATPであり、他方はペプチドの混合物である;
(ii)前記第1の基質のxの異なる濃度のそれぞれで、前記ペプチド類の混合物中のペプチドのリン酸化を定量化する工程;および
(iii)前記第1の基質に対する前記プロテインキナーゼの親和性を決定する工程、
ここで、前記第1の基質に対する前記プロテインキナーゼの高親和性は、前記ペプチドがプロテインキナーゼの生体内の基質であることを示唆する。
本発明において蛋白質の消化は、当技術分野で知られている任意の適当な薬剤を使用して行われることができる。
(a) 工程(i)で得られたペプチド類に参照修飾ペプチドを加え、ペプチド類と参照修飾ペプチドの混合物を製造する工程;
(b) 前記のペプチドと参照修飾ペプチドの混合物について質量分析(MS)を行い、サンプル中のペプチド類に関するデータを得る工程;および
(c) コンピュータプログラムを使用して、修飾ペプチドに関するデータベース中のデータとサンプル中のペプチド類に関するデータを比較する工程;
ここで、修飾ペプチドのデータベースは、以下を含む方法によってコンパイルされる;
i)サンプルからペプチド類を得る工程;
ii)工程iで得られたペプチド類から修飾ペプチドを富化する工程;
iii)工程iiで得られた富化された修飾ペプチドについて液体クロマトグラフィー−タンデム質量分析法(LC−MS/MS)を行う工程;
iv)工程iiiで検出された修飾ペプチドを、既知のリファレンスデータベースと比較し、修飾ペプチドを同定する工程;および
v)工程ivで同定された同定された修飾ペプチドに関するデータをデータベースにコンパイルする工程。
(a) 工程(i)で得られたペプチド類に参照りん酸化ペプチドを加え、ペプチド類と参照りん酸化ペプチドの混合物を製造する工程;
(b) 前記ペプチド類と参照りん酸化ペプチドの混合物について質量分析(MS)を行い、サンプル内のペプチド類に関するデータを得る工程;および
(c) コンピュータプログラムを使用して、リン酸化ペプチドに関するデータベース中のデータとサンプル中のペプチド類に関するデータを比較する工程;
ここで、リン酸化ペプチドのデータベースは、以下を含む方法によってコンパイルされる;
i)サンプルからペプチド類を得る工程;
ii)工程iで得られたペプチド類からりん酸化ペプチドを富化する工程;
iii)工程iiで得られた富化されたりん酸化ペプチドについて液体クロマトグラフィータンデム質量分析法(LC−MS/MS)を行う工程;
iv)りん酸化ペプチドを同定するために、工程iiiで検出されたりん酸化ペプチドを、既知のファレンスデータベースと比較する工程;および
v)工程ivで同定されたりん酸化ペプチドに関するデータをデータベースにコンパイルする工程。
本発明のひとつの実施態様では、本発明方法の工程(a)が、工程(a)で得たペプチド類と参照修飾ペプチド(典型的には参照りん酸化ペプチド)の混合物から修飾ペプチド(典型的にはりん酸化ペプチド)を富化し、富化された修飾ペプチド(典型的にはりん酸化ペプチド)の混合物を精製することをさらに含む場合に、工程(b)は富化された修飾ペプチド(典型的にはりん酸化ペプチド)の混合物に質量分析法(MS)を行い、典型的にはサンプルのMSデータファイルである、サンプル内のペプチド類に関するデータを得る。典型的に、質量分析法は液体クロマトグラフィー−質量分析法(LC−MS)である。その結果、工程(b)は典型的に、LC−MS データファイル(それぞれのサンプルから1つ)をもたらす。
i)サンプルからペプチド類を得る;
ii)工程iで得られたペプチド類から修飾ペプチドを富化する;
iii)工程iiで得られた富化された修飾ペプチドに液体クロマトグラフィータンデム質量分析法(LC−MS/MS)を行う;
iv)修飾ペプチドを同定するために、工程iiiで得られた修飾ペプチドと既知のリファレンスデータベースを比較する;および
v)工程ivで同定された修飾ペプチドに関連するデータをデータベースにコンパイルする。
i)サンプルからペプチド類を得る;
ii)工程iで得られたペプチド類からりん酸化ペプチドを富化する;
iii)工程iiで得られた富化されたりん酸化ペプチドに液体クロマトグラフィータンデム質量分析法(LC−MS/MS)を行う;
iv)りん酸化ペプチドを同定するために、工程iiiで得られたりん酸化ペプチドと既知のリファレンスデータベースを比較する;および
v)工程ivで同定されたりん酸化ペプチドに関連するデータをデータベースにコンパイルする。
(1)サンプルの細胞を溶解する;
(2)工程(1)で得られた溶解細胞から蛋白質を抽出する;および
(3)前記蛋白質をペプチド類まで切断する。
本発明の方法では、非断片化しているイオン類の強度を測定するLC−MSのテクニックまたはフラグメントイオンの強度を測定するLC−MS/MSのテクニック(たとえばセレクティド 反応モニタリング(SRM)、マルチプル反応モニタリング(MRM)とも呼ばれる)でリン酸化などの修飾が定量化できる。
a) ATPに対して高親和性を有するプロテインキナーゼ活性(低いAc)、およびb) ATPに対して低い親和性を有するプロテインキナーゼ活性(高いAc)
(a)第1の基質の濃度が増加されているとき、ペプチドの修飾が増加されているかどうか決定する;および
第1の基質の濃度が増加されているとき、ペプチドの修飾が増加されている場合には;
(b)第1の基質について、酵素の親和性定数(Ac)を計算する。
(a)第1の基質の濃度が増加されているとき、ペプチドのリン酸化が増加されているかどうか決定する;および
第1の基質の濃度が増加されているとき、ペプチドのリン酸化が増加されている場合には;
(b)第1の基質について、プロテインキナーゼの親和性定数(Ac)を計算する。
イントロダクション
本発明者は、Cartlidge et al (2005)[1]によるプロトコールから適合されたin vitroのキナーゼ分析と、MSベースのショットガンホスホプロテオミクスを結合する戦略を開発し、特定のキナーゼに依存するりん酸化事象の調査を可能にした。要約すれば、サイズ排除クロマトグラフィーを使用して全細胞溶解物から低分子(ATPを含む)を除去し、サンプルの内因のホスファターゼ活性化を利用することによって、脱ホスホリル化する。脱ホスホリル化されたサンプルは、in vitro分析基質として機能し、次に、制御された反応条件で、組換え型の、活性のキナーゼとインキュベートされた。サンプルは次いで溶液中のトリプシン消化に供され、次に、りんペプチドは、二酸化チタン粉末クロマトグラフィーを使用して部分的に精製された。富化されたりんペプチド(対象となるキナーゼによる修飾部位を含む)は、ThermoFisher LTQ-Orbitrap XLを使用するLC−MS/MSおよびLC−MS分析法により同定され、定量化された。 TIQUAS(Targeted In-Depth Quantification of Signalling)のアプローチは、これらの定量化を行うために行われ、異なる反応条件(ATP濃度)の下でリン酸化部位の動態を調査するために使用された。
細胞培養
MCF10Aヒト乳房上皮細胞は5%のCO2と37℃に保たれた湿潤インキュベータ内で、1%のペニシリンとストレプトマイシン、5%のウマ血清、20ng/mlのEGF、0.5マイクロg/mlのヒドロコーチゾン、100ng/mlのコレラトキシン、および10マイクロg/mlのインシュリンで補われたDMEM:Hams F12(1:1)培地を使用して行われた。
細胞は二度氷冷されたPBS洗浄された。次いでプロテアーゼインヒビタ(15mM DTT、1mM フェニルメチルスルホニル フルオライド(PMSF)、10マイクロg/ml アプロチニン、10マイクロg/ml ロイペプチン)が補われた40mM Tris−HCl pH7、1%Triton X−100および2.5mM EDTAで溶菌された。細胞は、インキュベーションの前に20分間氷の上に、徹底的にこすり落とされて、ボルテックスされた。得られた溶解物は10分間、4℃で1万3000rpmで遠心沈殿によって透明にされた。
セファデックスG−25(GEヘルスケア28−9180−07)カラム、40mM Tris−HCl pH7.0、1mM DTT、0.1mM EGTA、および0.1%のTritonX−100溶出緩衝液を使用してサイズ排除ろ過で細胞溶解物から低分子を除去した。そして、溶解物は20分間30℃に保持され、内因のホスファターゼによって蛋白質脱りん酸化された[3]。
蛋白質は、15分間10mM DTTで室温でインキュベートすることにより減少され、16.6mMヨードアセトアミド(IAM)と15分間室温でインキュベートすることによりアルキル化された。次にサンプルは、20mM HEPESバッファ(pH8)と1対4で希釈され、蛋白質は固定化されたTPCK処理されたトリプシン(Thermo Scientific)で16時間37℃でインキュベートされ、消化された。ペプチドのサンプルは私たちの実験室で最適化された条件を使用してOasis HLB Cartridges(Waters WAT094225)を使用する逆相固相抽出法で脱塩した。
エレクトロスプレイソースを備えたThermoFisher LTQ-Orbitrap XLと、Waters NanoAcquity UPLC Systemとの組み合わせを使用して、LC−MS、およびLC−MS/MS分析が行われた。ペプチド類は、このシステムで、1.7μmの粒子で充填されたWaters BEH130(Ethylene Bridged Hybrid)C18逆相カラム(100μmx100mm)とACNの増加する傾斜を使用して分離された。データ−依存モードでMSデータを取得した。オービトラップアナライザー(orbitrap analyzer)中でMSスキャンを実行して、LTQイオントラップにおける逐次的な分離、CIDフラグメンテーションおよび検出によって、5つの最も豊富なつのイオン類のMS/MSスキャンを取得した。
りんペプチド識別において、Mascot Distiller(Matrix Science)が、MSデータファイルからMSピークデータを抽出するのに使用された。次いで、サーチエンジンMASCOT(Matrix Science)を使用し、MS/MSスペクトルデータと、ヒトのSwissProtデータベースにおけるすべてのペプチドエントリーの理論上のMS/MSとを比較して、ペプチドと蛋白質を同定した。
Akt1へのホスホサイト依存性の識別
脱リン酸化MCF10A 細胞溶解物は、0、2または10マイクロgの組換え型のアクティブなAkt1 プロテインキナーゼおよび100マイクロMのATPを使用して説明された生体外のキナーゼ分析に供された。その後トリプシン消化、りんペプチド富化、およびMS分析が行われた。MSデータの定量分析は、Akt1に依存している傾向があるりん酸化事象を同定するのに使用された。
潜在的Akt1−依存性りん酸化事象のどれが生体内で最も起こりそうかを同定するために、アプローチは、それぞれのホスホサイトと関連してAkt1のATPに対する親和性を定量化するために工夫された。ATPに高親和性を示すりん酸化事象は、生体内で、より起こりそうである。その結果、それらの確率により候補基質を真の生理的基質として格付けすることを許容する。脱リン酸化MCF10A 細胞溶解物は、説明した生体外のキナーゼ分析に供された。ただし今回は0、10、50、100または500マイクロMのATPが、Akt1の2マイクロgで10分間インキュベートされた。従来と同様、キナーゼ反応の後に、トリプシン消化、りんペプチド富化、およびMS分析法を行った。MSデータの定量分析は、ミカエリスーメンテン速度論の原理に基づき行われ、ATPに対するAkt1の活性について、それぞれのホスホサイトについて親和性定数(Ac、Kmに関連する)を決定した(図2A)。
りんペプチド分類の妥当性を確認するために、Motif−Xが、低いAkt1−ATP Acと高いAkt1−ATP Acを有するりんペプチドについてコンセンサスリン酸化モチーフを分析するために使用された(図3)。分析は、Ac<50マイクロM(ATPに対する高親和性)を有するりんペプチドのグループが好塩基性モチーフで富化され、これは公知のAkt1 RxRxxS/Tのコンセンサスリン酸化モチーフに対応している[2]。したがって、モチーフ分析は、生体内で、高いAkt1−ATP親和性を有するりんペプチドが真実のAkt1基質であるより高い傾向があるという仮説の妥当性を確認した。
1.Cartlidge, R.A., et al., The tRNA methylase METTL1 is phosphorylated and inactivated by PKB and RSK in vitro and in cells. EMBO J, 2005. 24(9): p. 1696-1705.
2.Alessi, D. R. et al., Molecular basis for the substrate specificity of protein kinase PKB; comparison with MAPKAP kinase-1 and p70 S6 kinase. FEBS, 1996. 399: p. 333-338.
3.Knebel, A., N. Morrice, and P. Cohen, A novel method to identify protein kinase substrates: eEF2 kinase is phosphorylated and inhibited by SAPK4/p38[delta]. EMBO J, 2001. 20(16): p. 4360-4369.
材料と方法
材料
Invitrogenから細胞培養試薬を購入した。他の試薬を以下に示すように購入した:
組替えヒトEGF(Peprotech AF−100−15)
LY294002(メルク440202)
U0126(メルク662005)
PI103(メルク528100)
JAK 阻害剤 I(メルク420099)
アデノシン5’三リン酸二ナトリウム塩水化物(ATP)(Sigma A2383)
TLCK−トリプシン(Thermo Scientific 20230)
オアシスHLB抽出カートリッジ(Waters WAT094225)
TiO2 チタン球(GL Sciences Inc5020-75010)
PepClean C-18 Spin カラム(Thermo Scientific 89870)
MTSアッセイ(CellTiter 96RAQueous One Solution Cell Proliferation assay、Promega Corporation、G3581)。
すべての細胞が5%のCO2の湿気のある環境の中で37℃で維持された。白血病細胞ラインP31/FujとKasumi−1は10%のFBS、100単位/mLのペニシリン/ストレプトマイシンおよび50マイクロMのβメルカプトエタノールが補われたRPMI−1640培地体で育てられた。細胞は0.5から2x106細胞/mLで維持された。収穫の24時間前に、50×106の細胞が0.5x106細胞/mLの密度で新鮮培地にシードされた。MCF10Aヒト乳房上皮細胞は5%のウマ血清、100単位/mLのペニシリン/ストレプトマイシン、20ng/mlのEGF、0.5マイクロg/mlのヒドロコーチゾン、100ng/mlのコレラトキシン、および10マイクロg/mlのインシュリンで補われたDMEM:F12(1:1)培地を使用して行われた。成長因子と阻害剤での処理の前に、細胞は18時間、100単位/mLのペニシリン/ストレプトマイシンのみが補われたDMEM:F12(1:1)内で維持された。次いで細胞は、5マイクロMのLY294002または10マイクロMのU0126で1時間処理されて、その後10分間、100ng/mlの組換え型のEGFにより刺激された。
P31/FujとKasumi−1細胞ラインは1x105細胞/mL(1ウェルあたり1x104細胞)の濃度で96穴プレート内にシードされた。24時間の回復の後に、細胞はビヒクル(DMSO)、100nM PI−103、1−マイクロMのJAK 阻害剤 I、または10マイクロMのU0126で処理された。72時間の処理の後に、細胞生存率が、メーカーの実験計画書に従って、MTSアッセイを使用することで測定された。それぞれの条件は5回分析された。t−検定が、細胞ラインの相違を決定するために使用された。p−値が<0.05であるときに、相違は有意であると統計的に考えられた。
MCF10A 細胞と白血病細胞(遠心沈殿で、5分間の300x gで、集められた)は二度、ホスファターゼ阻害剤(1mM Na3VO4と1mM NaF)が補われた氷冷のリン酸緩衝溶液で洗浄された。そして、細胞は40mM Tris−HCl pH7.4、1%Triton X−100とプロテアーゼインヒビタ(0.05TIU/mgアプロチニン、10マイクロMのロイペプチン、0.7mMのペプスタチンA、27μMのTLCK、1mMのDTT、および1mMのPMSF)、およびホスファターゼ阻害剤(50mM NaF、1mM Na3VO4、および1マイクロMのオカダ酸)が補われた2.5mM EDTA中に溶解された。細胞溶解物はボルテキシングによってさらに均質化された。そして、不溶性物質は10分間の20,000x gで遠心沈殿によって取り除かれた。上澄の蛋白質濃度はブラッドフォード分析により計算された。
必要な量の蛋白質(示さなかった場合には50マイクロg)を含む全細胞溶解物は、反応バッファと1:1に混ぜられ、40mM Tris−HCl pH7.4、1.25mM EDTA、10mM MgCl2、および示された(0−500マイクロM)量のATPを含む最終的な反応混合物を生成した。アッセイ混合物は5分間、30℃で、撹はんしつつインキュベートされた。反応は8Mの最終濃度への尿素の添加により停止され、ホスホプロテオミクスLC−MS/MS分析法のためにさらに処理された。
MCF10A 細胞と白血病細胞(遠心沈殿で、5分間の300x gで、集められた)は二度、ホスファターゼ阻害剤(1mM Na3VO4と1mM NaF)が補われた氷冷のリン酸緩衝溶液で洗浄された。次に、細胞は溶解され、蛋白質は8M尿素と、ホスファターゼ阻害剤(1mM Na3VO4、1mM NaF、2.5mM Na4P2O7、1mM s−グリセロールリン酸)が補われた20mM HEPES(pH8.0)で変性された。細胞溶解物は超音波処理でさらに均質化され、そして、不溶性物質は10分間の20,000x gで遠心沈殿によって取り除かれた。上澄の蛋白質濃度はブラッドフォード分析で計算された。そして、蛋白質の500マイクロgを含む細胞溶解物のサンプルはホスホプロテオミクスLC−MS/MS分析のためにさらに処理された。
溶液中のトリプシン消化とTiO2親和性クロマトグラフィーを使用するりんペプチド富化が、モントヤ他[1]に記載されるように、実行された。要約すれば、サンプルは、16時間、TLCK−トリプシンでインキュベートする前に、DTTおよびヨードアセトアミドで逐次的なインキュベーションにより還元されアルキル化され、2M尿素まで20mM HEPES(pH8.0)バッファで希釈された。消化はトリフルオロ酢酸(TFA)の1%の最終濃度での添加により停止され、そして、サンプルは固相抽出法で脱塩された。りんペプチドは、次に、25マイクロlのTiO2ビーズ(50%のスラリー)がスピンカラムに充填された親和性クロマトグラフィで抽出されて、5%のNH4OH(pH 約11.0)で溶離された。りんペプチド富化サンプルは、次いでギ酸で酸性化され、Speedvacを使用して乾燥され、ペレットは−80℃で分析まで貯蔵された。
LC−MSとLC−MS/MS
LC−MSとLC−MS/MS分析が、先に説明したように、実行された[1,2]。
検索パラメータは以下を含む:酵素、トリプシン;見のがされた許容された分裂の数(number of missed cleavages permitted)、2;固定された修飾、カルバミドメチル(C);可変修飾、Gln−>pyro-Glu(N−ターム Q)、酸化(M)、ホスホ(ST)、ホスホ(Y);前駆イオンのマス許容度(mass tolerance)、5ppm;フラグメントイオンのマス許容度、0.6Da。それらの期待値が(Mascotによって返された時に)<0.05である場合に、ヒットは有意であると考えられている。社内のスクリプトがMascot結果を抽出するのに使用された。次に、結果は更なる分析のためにエクセルファイルに入力された。多発性潜在的リン酸化部位を有するペプチド類について、Mascotによって報告された第1と第2のヒットの間のデルタスコアは、正しい位置を同定するのに使用された[3]。Pescal[4]が、抽出されたイオンクロマトグラム(XIC)の生成を自動化して、サンプルのピーク高さを計算するのに使用された。XICsはそれぞれのペプチドイオンの第1の3つの同位体のために組み立てられ、質量/電荷数、tR、電荷および同位体分布の制限の応用を許容する。それぞれの個々のXICのピーク高さを決定することによって、強度が計算できるだろう。結果として得られる定量データは規格化と統計分析のためにエクセルファイルにされた。ATPでインキュベートされたサンプルのペプチド強度は、対照試料(インキュベートのないもの)中のそれらの強度に規格化された。
私たちは、in-vitroキナーゼ反応のための基質として全長プロテインを使用することにより、プロテインキナーゼ活性を、より効率的に、より包括的にアッセイすることができるという考えをテストすることを目指した。ここで報告されたテクニック(図4A)では、細胞溶解物中に存在しているプロテインキナーゼは無細胞抽出液へのATPの添加の後に細胞溶解物の中に存在している内部基質のリン酸化を許容する(補因子が、キナーゼを活性化するために必要である)。そして、定義された期間のインキュベーションの後に、反応生成物は、定量的な質量スペクトル法[1,2,3]に基づく、標準的なホスホプロテオミクスのテクニックを使用することで定量化される。また、ATPの異なった濃度でアッセイを実行することによって、これがモニターされるそれぞれの活性のための実験条件にわたるキナーゼの酵素特性の評価を許容すると想定した。
1. Montoya, A., Beltran, L., Casado, P., Rodriguez-Prados, J.C. & Cutillas, P.R.
Characterization of a TiO(2) enrichment method for label-free quantitative phosphoproteomics. Methods 54(4):370-378 (2011).
2. Casado, P. & Cutillas, P.R. A self-validating quantitative mass spectrometry method for assessing the accuracy of high-content phosphoproteomic experiments. Mol Cell Proteomics 10, Ml 10 003079 (2011).
3. Savitski, M.M. et al. Confident phosphorylation site localization using the Mascot Delta Score. Mol Cell Proteomics 10, Ml 10 003830 (2010).
4. Cutillas, P.R. & Vanhaesebroeck, B. Quantitative profile of five murine core proteomes using label-free functional proteomics. Mol Cell Proteomics 6, 1560-1573 (2007).
5.Bodenmiller B, Wanka S, Kraft C, Urban J, Campbell D, Pedrioli PG, Gerrits B,
Picotti P, Lam H, Vitek O, Brusniak MY, Roschitzki B, Zhang C, Shokat KM, Schlapbach R, Colman-Lerner A, Nolan GP, Nesvizhskii AI, Peter M, Loewith R, von Mering C, Aebersold R. Phosphoproteomic analysis reveals interconnected system-wide responses to perturbations of kinases and phosphatases in yeast. Sci
Signal. 2010 Dec 21;3(153):rs4. PubMed PMID: 21177495
6.Miller ML, Jensen LJ, Diella F, Jorgensen C, Tinti M, Li L, Hsiung M, Parker
SA, Bordeaux J, Sicheritz-Ponten T, Olhovsky M, Pasculescu A, Alexander J, Knapp S, Blom N, Bork P, Li S, Cesareni G, Pawson T, Turk BE, Yaffe MB, Brunak S, Linding R. Linear motif atlas for phosphorylation-dependent signaling. Sci
Signal. 2008 Sep 2;1(35):ra2. PubMed PMID: 18765831
7.Cutillas PR, Khwaja A, Graupera M, Pearce W, Gharbi S, Waterfield M, Vanhaesebroeck B. Ultrasensitive and absolute quantification of the phosphoinositide 3-kinase/Akt signal transduction pathway by mass spectrometry.Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Jun 13;103(24):8959-64.
8.Kubota K, Anjum R, Yu Y, Kunz RC, Andersen JN, Kraus M, Keilhack H, Nagashima K, Krauss S, Paweletz C, Hendrickson RC, Feldman AS, Wu CL, Rush J, Villen J, Gygi SP. Sensitive multiplexed analysis of kinase activities and activity-based kinase identification. Nat Biotechnol. 2009 Oct;27(10):933-40.
9.Cutillas PR, Jorgensen C. Biological signalling activity measurements using mass spectrometry. Biochem J. 2011 Mar 1;434(2):189-99.
Claims (15)
- 以下の工程を含む、少なくとも1つのポリペプチドを含む生物サンプル間の、蛋白質トランスフェラーゼの活性の差を決定するための方法:
(1−i)第1のサンプルを、前記トランスフェラーゼの非蛋白質性基質のxの異なる濃度に暴露する工程、ここでxは2であるかまたは2より大きい;
(1−ii)該非蛋白質性基質のxの異なる濃度のそれぞれにおいて前記サンプル内のポリペプチドの修飾を定量化する工程;
(1−iii)前記非蛋白質性基質についての前記トランスフェラーゼの親和性を決定する工程;
(1−iv)2番目のまたは次のサンプルに対する工程(1−i)から工程(1−iii)を繰り返す工程;および
(1−v)前記サンプルの間の前記非蛋白質性基質に対する前記トランスフェラーゼの親和性を比較する工程;
ここで、サンプルの間の前記非蛋白質性基質に対する前記トランスフェラーゼの親和性における相違は、サンプルの間の前記トランスフェラーゼの活性の差を示している。 - 前記サンプルが細胞溶解物である、請求項1記載の方法。
- 以下を含む、ポリペプチドの混合物内の蛋白質トランスフェラーゼの生体内の基質を決定するための方法:
(3−i)第1の基質のxの異なる濃度に蛋白質トランスフェラーゼを露出する工程、
ここでxは2または2より大きく、
第2の基質の濃度を一定とし、
第1および第2の基質の1つは前記トランスフェラーゼの非蛋白質性基質であり、他方がポリペプチドの混合物である;
(3−ii)前記第1の基質のxの異なる濃度のそれぞれで、前記ポリペプチドの混合物中のポリペプチドの修飾を定量化する工程;
(3−iii)前記第1の基質に対する前記トランスフェラーゼの親和性を決定する工程;および
(3−iv) 前記第1の基質に対する前記トランスフェラーゼの親和性に基づいて、前記ポリペプチドが前記トランスフェラーゼの生体内の基質であるかどうかを決定する工程;
ここで、前記第1の基質に対する前記トランスフェラーゼの高い親和性が、前記ポリペプチドが前記トランスフェラーゼの生体内の基質であることを示す。 - 前記ポリペプチドの混合物が、生物サンプル内の細胞を溶解して細胞溶解物を製造することにより生物サンプルから得られる未消化蛋白質の混合物である、請求項3記載の方法。
- 工程(3−i)を行う前に前記細胞溶解物内の蛋白質が、前記細胞溶解物内の他の成分から分離され、および/または工程(3−i)を行う前に前記細胞溶解物が脱リン酸化される、請求項4記載の方法。
- 工程(1−ii)又は工程(3−ii)の前にサンプル又は前記ポリペプチドの混合物から消化によりペプチドの混合物を得る、請求項1から5のいずれか1項記載の方法。
- 前記ポリペプチドの混合物が、蛋白質の消化で得られたペプチドの混合物であり、消化がトリプシン、キモトリプシン、Arg−C、ペプシン、V8、Lys−C、Asp−C、およびAsp−Nから成る群から選択されるプロテアーゼを使用して行われる、請求項3記載の方法。
- 該ペプチドの長さが5から30アミノ酸である、請求項6または7記載の方法。
- 前記ポリペプチドが工程(1−ii)または工程(3−ii)の前にクロマトグラフィーにより精製される、請求項1から8のいずれか1項記載の方法。
- (a)前記蛋白質トランスフェラーゼはプロテインキナーゼであり、前記非蛋白質性基質はATPであるか、または
(b)前記蛋白質トランスフェラーゼは蛋白質アセチルトランスフェラーゼであり、前記非蛋白質性基質は、アセチル基を持っている化合物であるか、または
(c)蛋白質トランスフェラーゼが蛋白質グリコシルトランスフェラーゼであり、該非蛋白質性基質が活性化ヌクレオチド糖であるか、または
(d)前記蛋白質トランスフェラーゼは蛋白質メチルトランスフェラーゼであり、前記非蛋白質性基質はメチル基を有する化合物であるか、または
(e)前記蛋白質トランスフェラーゼは蛋白質パルミトイルトランスフェラーゼであり、前記非蛋白質性基質は脂質パルミトイルを含む化合物である、請求項1から9のいずれか1項記載の方法。 - xが少なくとも3である、請求項1から10のいずれか1項記載の方法。
- 工程(1−ii)又は工程(3−ii)が、以下の工程を含む方法を使用して行われる、請求項1から11のいずれか1項記載の方法:
(12−a)前記サンプルまたは前記ポリペプチドの混合物について質量分析(MS)を行い、サンプルまたは前記ポリペプチドの混合物内のポリペプチドに関するデータを得る工程;および
(12−b)前記サンプルまたは前記ポリペプチドの混合物内のポリペプチドに関するデータと、修飾ポリペプチドに関するデータベース中のデータとを、コンピュータプログラムを使用して比較する工程;
ここで、修飾ポリペプチドに関するデータベースが、以下を含む方法によってコンパイルされる;
(12−i) サンプルからポリペプチドを得ること;
(12−ii) 工程(12−i)で得られたポリペプチドからの修飾ポリペプチドを富化すること;
(12−iii) 工程(12−ii)で得られた富化された修飾ポリペプチドについて、液体クロマトグラフィー−タンデム質量分析(LC−MS/MS)を行うこと;
(12−iv) 修飾ポリペプチドを同定するために、工程(12−iii)で検出された修飾ポリペプチドを、公知のリファレンスデータベースと比較すること:および
(12−v) 工程(12−iv)で同定された修飾ポリペプチドに関連するデータを、データベースにコンパイルすること。 - 工程(12−a)が前記サンプルまたは前記ポリペプチドの混合物から修飾ポリペプチドを富化し、富化された修飾ポリペプチドの混合物を製造し、該富化された修飾ポリペプチドの混合物に質量分析法(MS)を行い、前記サンプルまたは前記ポリペプチドの混合物中の変性ポリペプチドに関連したデータを得ることを含む、請求項12記載の方法。
- (14−a) 前記サンプルまたは前記ポリペプチドの混合物内のポリペプチドに関連するデータが、質量/電荷(m/z)比、電荷(z)、およびポリペプチドの相対保持時間から選択される;および/または
(14−b) 前記工程(12−a)における前記質量分析法(MS)は液体クロマトグラフィー−質量分析法(LC−MS)である;および/または
(14−c) 前記工程(12−ii)が、多次元クロマトグラフィーを使用することで行われる;および/または
(14−d) 前記工程(12−iv)が、MASCOTサーチエンジンを使用することで行われる;および/または
(14−e) 修飾ポリペプチドに関連するデータが、修飾ポリペプチドの同一性、質量/電荷(m/z)比、電荷(z)、およびポリペプチドの相対保持時間から成る群から選択される、請求項12または13記載の方法。 - 請求項14記載の工程(14−c)において、多次元クロマトグラフィーが以下を使用して行われる請求項14記載の方法;
(15−a)強カチオン交換高速液体クロマトグラフ(SCX−HPLC)、固定された金属イオンアフィニティークロマトグラフィー(IMAC)、および二酸化チタン粉末(TiO2)クロマトグラフィーを使用することで行われる;または
(15−b)強陰イオン交換高性能液体クロマトグラフ法(SAX−HPLC)、固定された金属イオンアフィニティークロマトグラフィー(IMAC)、および二酸化チタン粉末(TiO2)クロマトグラフィーを使用することで行われる。
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