JP6222630B2 - 糖鎖構造の解析方法 - Google Patents
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Description
測定工程は、CIDエネルギーの値を変化させながら三連四重極質量分析測定を行う工程であって、CIDエネルギーの各値において、特定のプロダクトイオンを測定する工程である。
(i)プレカーサーイオンの相対強度が100(すなわちプレカーサーイオンのみが検出される)となるエネルギーから、プレカーサーイオンの相対強度が0となるエネルギーまで変化させる。
(ii)検出しようとする各プロダクトイオンの検出強度が最大となるエネルギーを含むように変化させる。
(iii)プロダクトイオンごとに、それが検出される最低限のエネルギーから、検出しようとする各プロダクトイオンの検出強度が最大となるエネルギーを含み、各プロダクトイオンの検出強度が0になるまでのエネルギーの範囲で変化させる。
作成工程では、特定のプロダクトイオンのそれぞれにおけるCIDエネルギーと測定量との関係を表す収量曲線を含む、エネルギー分解プロファイル(エネルギー分解オキソニウムイオンプロファイルともいう)を作成する。
準備工程では、糖鎖を有する構造既知の参照試料における、測定工程において測定される特定のプロダクトイオンと同種のプロダクトイオンの測定量とCIDエネルギーとの関係を表す収量曲線を含む、参照プロファイルを準備する。
同定工程では、作成工程により得られたエネルギー分解プロファイルを参照プロファイルと比較することにより、解析対象の試料の糖鎖構造を同定する。
本実施形態における糖鎖構造の解析方法は、上述の各工程に加え、濃度が既知の標準試料を用いて試料の定量を行う定量工程をさらに含んでいる。
三連四重極質量分析装置を用いた、オキソニウムイオンのエネルギー分解収量曲線の取得スキームを図1に示し、当該取得スキームの概略について説明する。まず、糖タンパク質試料(図1では免疫グロブリン)をトリプシン消化することによって、ペプチドおよび糖ペプチドの混合物を得る。これをHPLCにより分画し、三連四重極質量分析装置を用いた質量分析に供する。三連四重極質量分析装置では、第1の四重極(Q1)において、特定の質量を有する糖ペプチドイオンを単離する(filtering)。単離された糖ペプチドイオンは第2の四重極(Q2)に送られ、CIDが引き起こされる。プレカーサーイオンの運動エネルギーは、Q2におけるCIDの解離エネルギーおよび解離率に影響を及ぼすものであるが、Q2へ導入する際の電極電位(CIDエネルギーに相当)を変化させることにより制御することができる。第3の四重極では、プロダクトイオンにフィルターをかけ、例えば、図1中の枠A内に示した糖ペプチドのオリゴ糖由来のオキソニウムイオンを高感度で選択的に検出する。ここで、Q3における質量フィルターの設定それぞれについて、短い時間間隔をあけて段階的に、Q2へ導入する際の電極電位を変化させ、繰り返し測定を行う。これにより、オキソニウムイオン毎に、図1中の枠B内に示すような、横軸をQ2へ導入する際の電極電位、縦軸を測定されたイオン強度とするエネルギー分解収量曲線が得られる。また、MRM(Multiple Reaction Monitoring)モードにより、各オキソニウムイオンのエネルギー分解収量曲線を同時に取得することができる。ある特定のプレカーサーイオンについて、得られた各オキソニウムイオンのエネルギー分解収量曲線を1つにまとめたものを「エネルギー分解オキソニウムイオンプロファイル」とする。
本実施例では、糖鎖構造既知のサンプルについて実施例1と同様の測定およびデータ処理を行い、モデルデータを取得し、これを用いた線形回帰分析を行った。
ここで、X1〜X6は、それぞれ、m/z=366のプロダクトイオンにおけるCIDエネルギー=24eVの測定値、m/z=204のプロダクトイオンにおけるCIDエネルギー=27eVの測定値、m/z=204のプロダクトイオンにおけるCIDエネルギー=36eVの測定値、m/z=204のプロダクトイオンにおけるCIDエネルギー=42eVの測定値、m/z=366のプロダクトイオンにおけるCIDエネルギー=65eVの測定値、m/z=204のプロダクトイオンにおけるCIDエネルギー=39eVの測定値を示している。この推定式に、図11の(a)に示される糖鎖構造のデータが代入されれば、Yは0に近い値となり、図11の(b)に示される糖鎖構造のデータが代入されれば、Yは1に近い値となる。そして得られるYの値が本モデルにおける95%の信頼区間内におさまっているものであれば、有意な判定結果と判断することができる。
種々のエネルギー分解オキソニウムイオンプロファイルについて検討を行ったところ、m/z=138のオキソニウムイオンのエネルギー分解収量曲線の形状が、試験した糖鎖構造間で類似していることが判明した。このことをより明確にするため、以下の試験を実施した。
(材料)
ヒト免疫グロブリン(IgG)試料として、Cetuximabをメルク・セローノ社(日本、東京)から購入し、Trastuzumabを中外製薬株式会社(日本、大阪)から購入し、各々トリプシン消化に供することで多種類の糖ペプチドを含む標準試料を得た。具体的には、試料80μgを33μLの8M尿素溶液に溶解し、1.7μLのジチオトレイトール−重炭酸アンモニウム溶液(100mMジチオトレイトール、1M重炭酸アンモニウム)を加え、55℃で30分間還元処理した。次いで、3.5μLの0.5Mヨード酢酸を加え、室温暗所で30分間アルキル化処理した後、300μLのジチオトレイトール−重炭酸アンモニウム溶液(2.5mMジチオトレイトール、25mM重炭酸アンモニウム)で希釈した。そこへ、リジルエンドペプチダーゼ(和光純薬株式会社)を4μg加え、37℃で2時間反応させた後、Trypsin Gold(プロメガ株式会社)を4μg加えて、さらに4時間消化反応に供した。反応後、3%アセトニトリル溶液700μLを加えて希釈し、OASIS HLB固相抽出カートリッジ(日本ウォーターズ株式会社)にて脱塩精製を行った。その際、フロースルー画分および15%アセトニトリル溶出画分を別々に回収した。0.1%酢酸溶液により、フロースルー画分は2倍、溶出画分は5倍に希釈し、これらを標準測定試料とした。フロースルー画分には、アミノ酸配列EEQYNSTYR(配列番号1)をもつ糖ペプチド群が含まれ、15%アセトニトリル溶出画分にはアミノ酸配列MNSLQSNDTAIYYCAR(配列番号2)をもつ糖ペプチド群が含まれる(Cetuximabのみ)。
(機器設定および測定方法)
測定試料をナノHPLCに接続された三連四重極型質量分析装置4000 QTRAP(AB Sciex、Foster City、カリフォルニア)によるMRMモードにより測定した。測定条件は、実施例1に記載と同様である。ただし、Q3には138.05のみを設定し、その同じ組み合わせに対してCIDエネルギーのみ3V刻みまたは5V刻みで変えられた多数のトランジションを設定した(ソフトウェアの仕様として重複した質量を設定できないため、厳密には各質量の値を0.001ずつずらして設定しているが、測定には影響しない)。
(データの処理方法)
測定後のデータを、解析ソフトウェアMultiQuant ver.2.02にて読み込み、トランジションごとにスムージング幅1ポイントの条件でマスクロマトグラムのピーク積分を行った。積分値を表計算ソフトウェアにエクスポートし、CIDエネルギー設定値と積分値が対応した表を作成した。このとき、データセットの中で最大の積分値を用いて、各トランジションの積分値を、最大値の百分率として標準化した。同じ糖ペプチドに対する測定を3回繰り返し行い、標準化した積算値の平均値を求めた。このデータに基づき、各糖ペプチドについて、m/z=138のプロダクトイオンの生成効率が最大になるCIDエネルギー(最適CIDエネルギー)を求めた。最適CIDエネルギーの定義は、上述の平均ピーク積分値が最も100に近いトランジションのCIDエネルギー設定値とした。ただし、98〜100の間で同じ積分値が連続する場合は、それらのCIDエネルギーの平均値を最適CIDエネルギーとした。結果を表1に示す。
定量化のためのオキソニウムイオン(m/z=138)のモニタリング、および構造特定のためのエネルギー分解オキソニウムイオンプロファイル測定を組み合わせた、糖タンパク質の特定部位における糖鎖構造の解析を試みた。解析対象試料としては、治療用抗体であるcetuximab(メルク・セローノ社)を使用した。試料は、実施例2と同様にして、変性、および消化を行った。OASIS HLB固相抽出カートリッジを用いて、消化処理した試料から未消化のタンパク質を除去するとともに、脱塩精製した。ペプチド溶出物を希釈した後、ナノ−HPLCと接続した三連四重極質量分析装置を用いた質量分析に供した。三連四重極質量分析装置では、MRMモードにより、現時点で存在が予想されている40種全ての糖鎖形態についてオキソニウムイオン(m/z=138)を測定した(図6)。図6のクロマトグラムにおける横軸は、LCでの保持時間を示しており、縦軸はオキソニウムイオン(m/z=138)の強度をオキソニウムイオンのカウント数で示している。
<実施例5:治療用抗体のロット間での糖形態の不均質性解析>
本実施例では、上述の実施形態における解析方法による、糖鎖の不均質に関するロット間での品質管理への適用に関する評価をおこなった。対象試料としては、trastuzumab(中外製薬株式会社)の非連続の4つのロット、およびbevacizumab(中外製薬株式会社)の非連続の4つのロットを使用した。
本実施例では、ヒトトランスフェリン(Human Transferrin)由来のO型糖鎖を含む糖ペプチドについて解析を行った。
Claims (9)
- 糖鎖を有する試料における糖鎖構造の解析方法において、
CIDエネルギーの値を変化させながらMS/MS測定を行う工程であって、上記試料の特定のプロダクトイオンを、CIDエネルギーの各値において測定する測定工程と、
上記特定のプロダクトイオンのそれぞれにおけるCIDエネルギーと測定量との関係を表す収量曲線を含む、エネルギー分解プロファイルを作成する作成工程と、
糖鎖を有する構造既知の参照試料における、上記特定のプロダクトイオンと同種のプロダクトイオンの測定量と、CIDエネルギーとの関係を表す収量曲線を含む、参照プロファイルを準備する準備工程と、
上記作成工程により得られた上記エネルギー分解プロファイルを上記参照プロファイルと比較することにより、上記試料の糖鎖構造を同定する同定工程とを含み、
上記特定のプロダクトイオンは、プロトン化した単糖または二糖に由来する、少なくとも2種のプロダクトイオンを含み、
上記特定のプロダクトイオンは、m/zがそれぞれ163、204、274および366であるプロダクトイオンを含み、
上記測定工程では、Low−mass cutoffが生じない質量分析装置を用いてMS/MS測定を行うことを特徴とする糖鎖構造の解析方法。 - 上記特定のプロダクトイオンは、m/zが138であるプロダクトイオンをさらに含み、
上記作成工程では、m/zが138である上記プロダクトイオンの測定量を用いて各収量曲線を標準化して、上記エネルギー分解プロファイルを作成することを特徴とする請求項1に記載の糖鎖構造の解析方法。 - 上記試料には、濃度が既知である、糖鎖を有する標準試料が添加されており、
上記特定のプロダクトイオンは、m/zが138であるプロダクトイオンをさらに含み、
上記試料におけるm/zが138である上記プロダクトイオンの測定量と、上記標準試料におけるm/zが138である上記プロダクトイオンの測定量との比較により、上記試料の定量を行う定量工程をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の糖鎖構造の解析方法。 - 上記定量工程では、m/zが138である上記プロダクトイオンの上記測定量が最大となるCIDエネルギーにおける、上記試料および上記標準試料それぞれの、m/zが138であるプロダクトイオンの上記測定量に基づき、上記試料の定量を行うことを特徴とする請求項3に記載の糖鎖構造の解析方法。
- 上記最大となるCIDエネルギーの値は、糖鎖を有する複数の試料について、m/zが138であるプロダクトイオンをCIDエネルギーの値を変化させながらMS/MS測定により予め測定し、その測定量が最大となるCIDエネルギーの値と、該試料のプレカーサーイオンのm/zの値とを用いて線形回帰分析により作成された検量線から、解析対象である上記試料のプレカーサーイオンのm/zの値に基づき推定される値であることを特徴とする請求項4に記載の糖鎖構造の解析方法。
- 上記測定工程では、三連四重極質量分析計を用いてMS/MS測定を行うことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の糖鎖構造の解析方法。
- 上記試料は、糖ペプチドであることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の糖鎖構造の解析方法。
- 上記糖ペプチドは、N型糖鎖を有する糖ペプチドであることを特徴とする請求項7に記載の糖鎖構造の解析方法。
- 上記糖ペプチドは、O型糖鎖を有する糖ペプチドであることを特徴とする請求項7に記載の糖鎖構造の解析方法。
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