JP7380501B2 - 分子構造解析システム及び分子構造解析方法 - Google Patents

Description

本発明は、質量分析を利用して有機化合物の分子構造を解析する分子構造解析システムに関する。本発明に係る分子構造解析システムは、特に、糖タンパク質、糖脂質などの糖鎖修飾された化合物の分子構造の解析に好適である。

生体中には多数のタンパク質や脂質が存在しているが、その多くは、何らかの修飾を受けることでその機能が発現・制御されることが近年の研究で解明されている。特に、タンパク質や脂質に糖鎖が結合した糖タンパク質や糖脂質は複合糖質とも呼ばれ、細胞間相互作用やシグナル伝達、発生・分化、さらには受精、疾病など、様々な生体内現象に重要な役割を果たすことが分かってきている。

タンパク質や脂質を修飾している糖鎖の構造は非常に多様性に富んでおり、その構造がタンパク質や脂質の機能に大きな影響を及ぼしている。そのため、糖タンパク質や糖脂質において糖鎖構造の相違を区別して分析することは非常に重要であり、近年、そうした分析には質量分析、特にＭＳⁿ分析（ｎは２以上の整数）が広く利用されている。

例えば糖タンパク質が解析対象である場合、一般には、糖タンパク質から糖鎖を切り出して得られた遊離糖鎖混合物や、タンパク質分解酵素を用いて糖タンパク質を分解することで得られた糖ペプチド混合物が、質量分析の対象となる。糖ペプチド混合物を分析する際には、予め、イオン交換や逆相液体クロマトグラフ（ＬＣ）などを利用して、同一のアミノ酸配列を持つペプチド毎に糖ペプチドを分離したり精製したりしたうえで、分析対象の試料を調製するのが一般的である。

非特許文献１に開示されているように、上述のように調製された糖ペプチド混合物試料を質量分析すると、マススペクトルには、互いに糖由来の質量差を有する複数のピークが観測される。それらピークは、一つの共通のペプチドにそれぞれ異なる構造の糖鎖が結合している糖ペプチド由来のピークである。ペプチドという主要な構造が共通であることから、これら糖ペプチドは類似構造分子ということができる。上記非特許文献１では、一つの糖ペプチドの糖鎖由来のプロダクトイオンを確認するために、マススペクトルにおいて糖由来であると推定される一つのピークを選択し、そのピークの質量電荷比（厳密には斜体字の「m/z」であるが、本明細書中では慣用的に用いられている「質量電荷比」又は「m/z」と記す）についてのＭＳ²分析を実施している。これにより、糖ペプチドの構造解析に有用なプロダクトイオン情報を得ることができる。

「小型MALDIデジタルイオントラップ 質量分析計"MALDIminiTM-1"を用いた糖ペプチド解析」、［Online］、［2020年7月7日検索］、株式会社島津製作所、インターネット＜URL: https://www.an.shimadzu.co.jp/apl/vaccine/b100.pdf＞

非特許文献１に記載の例でも分かるように、糖ペプチド混合物試料に対して得られたマススペクトルには、多くの糖ペプチド由来ピークが現れる。糖ペプチドの網羅的な構造解析を行うには、マススペクトルにおいて観測される全ての糖ペプチド由来ピークについてＭＳ²分析を実施し、ＭＳ²スペクトルを取得することが望ましい。しかしながら、一般に、時間的な制約や試料の量の制約から、ＭＳ²分析を実施可能な糖ペプチド由来ピークの数は限定される。

即ち、非特許文献１に記載の質量分析装置では、マトリックス支援レーザー脱離イオン化（Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization：ＭＡＬＤＩ）法を用いたイオン源が用いられているが、ＭＡＬＤＩ法では、レーザー光の照射によって生成されるイオンの量があまり多くなく、しかもそのイオン量のばらつきが大きい。そのため、試料に対してレーザー光を照射して質量分析を行うという作業を多数繰り返し、その１回の質量分析毎に得られたデータを積算することでマススペクトルを取得している。レーザー光を試料に照射する毎に該試料の一部が蒸発するため、質量分析の実行回数が多くなると、用意された試料が枯渇してしまうおそれがある。これが試料の量が制約される理由である。

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その主たる目的は、同一の試料からできるだけ多くの類似構造分子についてのプロダクトイオン情報を収集することができる分子構造解析システム及び分子構造解析方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、限られた時間内に同一の試料から多くの類似構造分子についてのプロダクトイオン情報を収集することができる分子構造解析システム及び分子構造解析方法を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る分子構造解析システムの一態様は、試料に含まれる、互いに構造が類似している複数の類似構造分子の構造を解析するための分子構造解析システムであって、
ＭＳⁿ分析（ｎは２以上の整数）が可能である質量分析部と、
試料について得られたマススペクトルにおいて、目的とする類似構造分子由来であると推定される一つ以上のピークを選定するピーク選定部と、
前記ピーク選定部により選定された又は選定されるピークにそれぞれ対応する一つ以上の参照ＭＳⁿスペクトルを、予め用意された情報源から取得する参照スペクトル取得部と、
前記試料に対し、前記ピーク選定部により選定されたピークのうちの一つのピークにおける質量電荷比を有するイオンをプリカーサーイオンとするＭＳⁿ分析を繰り返し実行するとともに、後記スペクトル判定部による指令を受けたときに該ＭＳⁿ分析の繰り返しを終了するように、前記質量分析部を制御する制御部と、
前記制御部による制御の下でＭＳⁿ分析が実施される毎に得られるデータを積算し、その積算によって求まる実測ＭＳⁿスペクトルと、前記参照スペクトル取得部で取得されたＭＳⁿ分析対象のピークに対応する参照ＭＳⁿスペクトルとの類似性を判定し、類似性が高いと判定されたときに前記制御部に対し分析終了の指令を出すスペクトル判定部と、
を備えるものである。

また、上記課題を解決するために成された本発明に係る分子構造解析方法の一態様は、試料に含まれる、互いに構造が類似している複数の類似構造分子の構造を解析するための分子構造解析方法であって、
試料について得られたマススペクトルにおいて、目的とする類似構造分子由来であると推定される一つ以上のピークを選定するピーク選定ステップと、
前記ピーク選定ステップにおいて選定された又は選定されるピークにそれぞれ対応する一つ以上の参照ＭＳⁿスペクトルを、予め用意された情報源から取得する参照スペクトル取得ステップと、
前記試料に対し、前記ピーク選定ステップにおいて選定されたピークのうちの一つのピークにおける質量電荷比を有するイオンをプリカーサーイオンとするＭＳⁿ分析（ｎは２以上の整数）を繰り返し実行する分析実行ステップと、
前記分析実行ステップにおいてＭＳⁿ分析が実施される毎に得られるデータを積算し、その積算によって求まる実測ＭＳⁿスペクトルと、前記参照スペクトル取得ステップにおいて取得されたＭＳⁿ分析対象のピークに対応する参照ＭＳⁿスペクトルとの類似性を判定し、類似性が高いと判断されたときに、前記ＭＳⁿ分析の繰り返しを終了させるスペクトル判定ステップと、
を含むものである。

ここで、「互いに構造が類似している複数の類似構造分子」とは、分子の主要な構造が共通であり、その主要な構造と結合している付帯的な構造が異なるような分子群のことをいう。上述した、アミノ酸配列が同一であるペプチドやタンパク質が主要な構造であり、糖鎖が付帯的な構造である糖ペプチド、糖タンパク質は上記の類似構造分子の一例である。また、それ以外の、糖脂質などの複合糖鎖も類似構造分子の一例である。

また、本発明に係る分子構造解析システムにおいて「ＭＳⁿ分析が可能である質量分析部」は、例えばＭＡＬＤＩ法、レーザー脱離イオン化（Laser Desorption/Ionization：ＬＤＩ）法、表面支援レーザー脱離イオン化 （Surface Assisted Laser Desorption/Ionization：ＳＡＬＤＩ）法などのレーザー光を試料に照射するイオン化法、或いは、イオン線、中性粒子線などの粒子線を試料に照射するイオン化法によるイオン源を用いた質量分析装置とすることができる。

また、本発明において、「前記ピーク選定部により選定された又は選定されるピーク」及び「前記ピーク選定ステップにおいて選定された又は選定されるピーク」との表現は、ピーク選定部によるピークの選定が参照スペクトル取得部による参照ＭＳⁿスペクトルの取得に先立って行われる場合と、参照スペクトル取得部による参照ＭＳⁿスペクトルの取得の実行後に行われる場合とがあるからである。即ち、前者の場合には、ピーク選定部によるピークの選定が先に実施され、ピーク選定部により選定されたピークにそれぞれ対応する一つ以上の参照ＭＳⁿスペクトルが取得される。他方、後者の場合には、参照スペクトル取得部により参照ＭＳⁿスペクトルが取得され、そのあとに、取得された参照ＭＳⁿスペクトルに対応するピークの選定がピーク選定部により実施される。いずれの場合にも、結果として、ピーク選定部により選定されたピークと、参照スペクトル取得部により取得された参照ＭＳⁿスペクトルとは互いに対応したものである。

本発明に係る分子構造解析システム及び分析構造解析方法の上記態様では、或るイオンをプリカーサーイオンとするＭＳⁿ分析が繰り返し実行され、１回のＭＳⁿ分析毎に所定の質量電荷比範囲のマススペクトルデータが得られると、そのデータが積算されて実測ＭＳⁿスペクトルが作成される。この場合、実測ＭＳⁿスペクトル上の各ピークの信号強度は、ＭＳⁿ分析が実施される毎に徐々に大きくなる。ＭＳⁿ分析の対象であるピーク（プリカーサーイオンとして選択されたピーク）に対応する化合物分子が、そのピークに対して参照ＭＳⁿスペクトルとして決定された化合物分子と同じである場合、或る程度データの積算が進んで実測ＭＳⁿスペクトルのスペクトルパターンが明確になると、実測ＭＳⁿスペクトルと参照ＭＳⁿスペクトルとの類似性が高いと判定される。それを受けて、ＭＳⁿ分析の繰り返しは終了される。

従来一般的に、データの積算回数は予め決まっており、その決められた回数だけ積算されたあとの実測ＭＳⁿスペクトルが構造解析に供される。これに対し、本発明では、通常、予め決められた回数よりも少ない回数だけデータが積算された実測ＭＳⁿスペクトルにおいて参照ＭＳⁿスペクトルとの類似性が高いと判定されるので、構造解析に必要なプロダクトイオン情報を収集するために必要なデータ積算回数、つまりはＭＳⁿ分析の実行回数が少なくて済む。マススペクトル上で観測される或る一つのピークについてのプロダクトイオン情報が収集されたならば、同じマススペクトル上で観測される別のピークについてのＭＳⁿ分析の繰り返しを実行すればよい。時間が許す限り、或いは、試料の量が許す限り、こうしたＭＳⁿ分析の繰り返しを続けることができる。

したがって、本発明に係る分子構造解析システム及び分析構造解析方法の上記態様によれば、同一の試料から、できるだけ多くの類似構造分子についてのプロダクトイオン情報を収集することができる。また、限られた時間内に、同一の試料から多くの類似構造分子についてのプロダクトイオン情報を収集することができる。それにより、糖ペプチドや糖脂質などの化合物の構造解析を効率良く行うことができる。

本発明の一実施形態である分子構造解析システムのブロック構成図。 本実施形態の分子構造解析システムにおける解析手順を示すフローチャート。 本実施形態の分子構造解析システムにおける解析手順を示すフローチャート。 本実施形態の分子構造解析システムにおける解析動作の説明図。

以下、本発明に係る分子構造解析システムの一実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の分子構造解析システムの要部のブロック構成図である。

この分子構造解析システムは、試料に対し質量分析（ＭＳ¹分析及びＭＳ²分析）を実行してデータを収集する質量分析部１と、質量分析部１の動作を制御するとともに該質量分析部１で収集されたデータを解析処理する制御・処理部２と、事前に各種化合物分子の標準的なマススペクトルなどが格納されたスペクトルデータベース（ＤＢ）３と、ユーザーインターフェイスである入力部４及び表示部５と、を備える。

質量分析部１は、ＭＡＬＤＩイオントラップ型質量分析装置やＭＡＬＤＩイオントラップ飛行時間型質量分析装置などのＭＡＬＤＩ質量分析装置である。質量分析部１は、図示しない真空ポンプにより真空排気されるチャンバー１０を有し、その内部に、試料ステージ１１、引出電極を含むイオン光学系１５、ミラー１３、ＭＳⁿ分析が可能であるイオン解離・分離部１６、及び、検出部１７、が配置されている。また、チャンバー１０の外側にはレーザー光照射部１４が配置されている。質量分析部１がＭＡＬＤＩイオントラップ型質量分析装置である場合、イオン解離・分離部１６はイオントラップである。また、質量分析部１がＭＡＬＤＩイオントラップ飛行時間型質量分析装置である場合、イオン解離・分離部１６はイオントラップと飛行時間型質量分離器である。

制御・処理部２は、機能ブロックとして、分析制御部２０、スペクトル積算部２１、イオンピーク検出部２２、スペクトル類似度算出部２３、表示処理部２４、指示受付部２５、及び、構造解析部２６、を含む。表示処理部２４は、下位の機能ブロックとして、実測ＭＳ¹スペクトル表示処理部２４０、実測ＭＳ²スペクトル表示処理部２４１、参照ＭＳ²スペクトル表示処理部２４２、を含む。

本装置において、制御・処理部２の実体は汎用のパーソナルコンピューター又はより性能の高いワークステーションであり、そうしたコンピューターにインストールされた専用の制御・処理用プログラムを該コンピューターにおいて動作させることで上記各機能ブロックの機能が実現されるものとすることができる。但し、スペクトルＤＢ３は制御・処理部２に含むようにしてもよいし、制御・処理部２には含まれない外部のデータベースであってもよい。後者の場合には、例えばインターネット等のネットワーク回線を通してデータベースサーバーにアクセスし、必要なデータのみを該データベースサーバーから取得する構成とすればよい。

なお、質量分析部１としては、ＭＡＬＤＩイオン源を用いた質量分析装置に限らず、ＬＤＩ法やＳＡＬＤＩ法など、ＭＡＬＤＩ法以外の、レーザー光を用いたイオン化によるイオン源を搭載した質量分析装置を用いることができる。また、例えば２次イオン質量分析法に用いられるイオン源など、イオン線、或いは中性粒子線などの粒子線を利用したイオン化によるイオン源を搭載した質量分析装置を用いることもできる。

また、イオン解離・分離部１６におけるイオン解離操作は、典型的には低エネルギー衝突誘起解離（Collision-Induced Dissociation：ＣＩＤ）を利用することができるが、これに限らず、高エネルギーＣＩＤや、光、ラジカル種などを利用したイオン解離の手法を用いることもできる。

次に、本実施形態の分子構造解析システムを用いた解析動作の一例を、図１に加え、図２乃至図４を参照しつつ説明する。図２及び図３は解析手順を示すフローチャートである。図４は解析動作の説明図である。

ここでは、一例として解析対象は糖タンパク質であるものとする。糖タンパク質をタンパク質分解酵素を用いて分解処理することにより糖ペプチド混合物を得る。そして、この糖ペプチド混合物に対し逆相ＬＣやイオン交換などを用い、同一のアミノ酸配列を有するペプチド毎に分離又は精製し糖ペプチド混合物試料を得る。この糖ペプチド混合物試料は、アミノ酸配列が同一であるペプチドに様々な構造の糖鎖が結合している糖ペプチドを含む。この試料に所定のマトリックスを添加してサンプルプレート１２上にサンプルＳを調製する。

図１に示すように、サンプルＳが形成されているサンプルプレート１２が試料ステージ１１上に載置され、ユーザーが入力部４から分析の実行を指示すると、図示しない真空ポンプは真空排気を行い、チャンバー１０の内部を所定の真空状態にする。そのあと、分析制御部２０は質量分析部１の各部を制御し、サンプルＳに対する通常の質量分析（ＭＳ¹分析）を実行する（ステップＳ１）。

即ち、レーザー光照射部１４からパルス的に出射されたレーザー光は、ミラー１３を経てサンプルプレート１２上のサンプルＳに照射される。レーザー光の照射を受けて、サンプルＳ中の化合物はイオン化され、発生したイオンはイオン光学系１５を経てイオン解離・分離部１６に導入される。このときにはイオンの解離は実施されず、イオン解離・分離部１６は導入された各種イオンを質量電荷比に応じて分離する。検出部１７は質量電荷比に応じて分離されたイオンを順次検出し、イオン量に応じたイオン強度信号を出力する。

サンプルＳに対する上述したような質量分析は複数回（通常はかなり多くの回数）行われ、その１回の質量分析毎に、所定の質量電荷比範囲に亘る質量電荷比とイオン強度との関係を示すマススペクトルデータがスペクトル積算部２１に入力される。スペクトル積算部２１は、マススペクトルデータを次々に積算することで、サンプルＳに対する最終的なマススペクトルを作成する。イオンピーク検出部２２は、マススペクトルにおいて所定のアルゴリズムに従ってピークを検出して各ピークの質量電荷比値を求め、さらに、多数のピークの中で特定の質量電荷比差を有するイオンピークを検出する（ステップＳ２）。

分析対象である糖ペプチド混合物試料は、主として、アミノ酸配列が同一であるペプチドを共通の主要構造として、この主要構造に、糖鎖の非還元末端の構造が相違する、或いは、糖鎖に対する修飾物が相違する等、構造が相違する糖鎖が結合した多様な糖ペプチドを含む。そのため、一般に、上記マススペクトルには、既知である糖鎖の非還元末端の構造の差異や糖鎖に対する修飾物の差異に対応する質量電荷比差を持つ２以上のイオンピークが観測される。そこで、既知である糖鎖の構成成分由来である質量電荷比差を有するピークを探索することで、類似構造分子、つまりはペプチドが共通である糖ペプチドに対応するイオンピーク群を検出することができる。

実測ＭＳ¹スペクトル表示処理部２４０は、作成された実測のマススペクトル上に、ステップＳ２で検出されたイオンピーク群を明示して表示部５の画面上に表示する（ステップＳ３）。図４（Ａ）は、このときに表示される実測のマススペクトルの一例である。図４（Ａ）において、ピークトップ近傍に〇印が付されているピークが、類似構造分子の候補であるイオンピークである。また、図中の〇、△印は、既知である糖鎖の構成成分由来である質量電荷比差である。

ユーザー（オペレーター）はこのマススペクトルを表示画面上で確認し、１個以上のピークをプリカーサーイオンに選定して入力部４で指示する（ステップＳ４）。図４（Ａ）の例では、矢印で示す１個のピークをユーザーが選定したものとする。指示受付部２５はこの指示を受け付け、参照ＭＳ²スペクトル表示処理部２４２に指示されたピークの質量電荷比値を指示する。参照ＭＳ²スペクトル表示処理部２４２は、指示されたピークが複数ある場合には所定の条件に従って（例えば質量電荷比が大きい順に）その中の１個を抽出し、また指示されたピークが１個のみである場合には無条件にその１個を抽出する（ステップＳ５）。

参照ＭＳ²スペクトル表示処理部２４２は、スペクトルＤＢ３にアクセスし、指示された質量電荷比値に基いて、抽出された上記１個のピークに対応する１個以上の化合物分子（この場合には糖ペプチド）を検索し、その化合物分子に対応付けられている標準的なＭＳ²スペクトルを取得する。そして、化合物分子の情報をＭＳ²スペクトルとともに表示部５の画面上に表示する（ステップＳ６）。検索結果である化合物分子が複数であって、表示されたＭＳ²スペクトルが複数である場合には、ユーザーがその複数のＭＳ²スペクトルの中から１個を、参照ＭＳ²スペクトルとして選定する（ステップＳ７）。検索結果であるＭＳ²スペクトルが１個のみである場合には、それがそのまま参照ＭＳ²スペクトルとなる。

図４（Ｃ）は、この参照ＭＳ²スペクトルの一例である。参照ＭＳ²スペクトルには、プリカーサーイオンが解離して生成される各種のプロダクトイオンのピークが観測される。なお、図４（Ｃ）では、プリカーサーイオンは点線で示されているが、衝突誘起解離の際にイオンに付与されるエネルギー等の解離条件によっては、プリカーサーイオンを全て解離させずにその一部を残すこともできる。

ステップＳ５で抽出されたピークの質量電荷比の情報は分析制御部２０に送られ、分析制御部２０はその質量電荷比をプリカーサーイオンとしたＭＳ²分析を開始するように質量分析部１の各部を制御する（ステップＳ８）。

これにより、質量分析部１では、レーザー光がサンプルＳに照射され、サンプルＳから発生した化合物由来のイオンがイオン解離・分離部１６に導入される。このとき、イオン解離・分離部１６では、まずプリカーサーイオンが選択され、それ以外のイオンは排除される。選択された特定の質量電荷比を有するイオンは衝突誘起解離により解離され、種々のプロダクトイオンが生成される。このプロダクトイオンが質量電荷比に応じて分離され、検出部１７はプロダクトイオンを順に検出して、イオンの量に応じたイオン強度信号を出力する。

１回のレーザー光の照射に対応して所定の質量電荷比範囲に亘るＭＳ²スペクトル（プロダクトイオンスペクトル）を表すデータが得られる。１回のレーザー光照射によって生成されるイオンの量は比較的少ないし、さらに特定のプリカーサーイオンに対応するプロダクトイオンの量はさらに少ない。そのため、ＭＳ²スペクトルにおいて各プロダクトイオンピークの強度はあまり高くない。そこで、スペクトル積算部２１は、１回のＭＳ²分析毎に得られるＭＳ²スペクトルデータを積算し実測ＭＳ²スペクトルを作成する。したがって、ＭＳ²分析が実行される毎に、実測ＭＳ²スペクトルは更新される（ステップＳ９）。実測ＭＳ²スペクトル表示処理部２４１は、データ積算によって更新される実測ＭＳ²スペクトルを、図４（Ｂ）に示すように、表示部５の画面上に表示する。表示される実測ＭＳ²スペクトル上の各ピークの信号強度は時間経過と共に徐々に上昇していく。

スペクトル類似度算出部２３は、実測ＭＳ²スペクトルが更新される毎に、その更新後の実測ＭＳ²スペクトルと一つの参照ＭＳ²スペクトルとのスペクトルパターンの類似度を、既知である適宜のアルゴリズム（ドット積法など）に従って計算する（ステップＳ１０）。類似度は、ペプチドや代謝物のライブラリ検索手法として知られるスコアリング手法のいずれかを用いることでスコア値として示される。そして、スペクトル類似度算出部２３は、算出されたスコア値が予め決められた閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

類似度を計算する際には、スペクトルのピークパターン形状が重要であり、各ピークの強度値自体は重要でないため、例えば、実測ＭＳ²スペクトル上でイオン強度が最大であるピークを利用して各ピークの強度を規格化したうえで類似度を算出することができる。また、実測ＭＳ²スペクトル表示処理部２４１は、算出された類似度のスコア値を、表示部５の画面上に表示している実測ＭＳ²スペクトル中に表示する。もちろん、実測ＭＳ²スペクトルとは別に類似度のスコア値を表示してもよい。

ステップＳ５において抽出されたピーク、つまりはＭＳ²分析の対象であるプリカーサーイオンが参照ＭＳ²スペクトルとして選定された化合物由来のイオンである場合でも、データの積算回数が少ない間は、バックグラウンドノイズの影響などにより、類似度はあまり大きくならず、閾値を下回る。ステップＳ１１においてＮｏと判定されると、スペクトル積算部２１は、データの積算回数が予め定められた上限値に達したか否かを判定し（ステップＳ１２）、達していなければステップＳ９へと戻る。したがって、ＭＳ²スペクトルの類似度が閾値を超えるまで、又は、データの積算回数が上限値に達するまでは、ステップＳ９～Ｓ１２の処理を繰り返す。

ＭＳ²分析の対象であるプリカーサーイオンが参照ＭＳ²スペクトルとして選定された化合物由来のイオンである場合、データ積算回数が増えて実測ＭＳ²スペクトルにおける各ピークの強度が或る程度以上に高くなると、類似度はかなり大きくなり閾値を超える。類似度が閾値を超えると、スペクトル類似度算出部２３はその結果を記録し、分析制御部２０に対し分析終了を通知する。これにより、ステップＳ１１からＳ１３へと進み、分析制御部２０はＭＳ²分析の繰り返しを終了する。

他方、例えば、ＭＳ²分析の対象であるプリカーサーイオンが参照ＭＳ²スペクトルとして選定された化合物由来のイオンと異なる場合には、データの積算回数が増えても類似度はあまり大きくならず、その類似度が閾値を超えないままデータの積算回数が上限値に達する。つまり、ステップＳ１２においてＹｅｓと判定されると、スペクトル積算部２１はその結果を記録し、分析制御部２０に対し分析終了を通知する。これにより、ステップＳ１２からＳ１３へと進み、分析制御部２０はＭＳ²分析の繰り返しを終了する。

つまり、ステップＳ１１でＹｅｓと判定されてＭＳ²分析の繰り返しが終了されるのは、サンプルＳ中の一つの化合物分子の構造解析に必要なプロダクトイオン情報が得られたときである。一方、ステップＳ１２でＹｅｓと判定されてＭＳ²分析の繰り返しが終了されるのは、サンプルＳ中の一つの化合物分子の構造解析に必要なプロダクトイオン情報の取得に失敗したときである。

参照ＭＳ²スペクトル表示処理部２４２は、ステップＳ４で選定されたプリカーサーイオンがほかにもあるか否かを判定し（ステップＳ１４）、ある場合にはステップＳ５に戻り、別のプリカーサーイオンについてステップＳ５以降の処理を再度実行する。それにより、ユーザーがＭＳ¹スペクトル上で複数のピークとプリカーサーイオンとして指定した場合には、そのプリカーサーイオンが１個ずつＭＳ²分析の対象とされて構造解析に必要なプロダクトイオン情報が収集されることになる。即ち、サンプルＳに含まれる複数の疑似構造分子についてのプロダクトイオン情報が順番に収集される。

また、上述したように、ステップＳ１２でＹｅｓと判定されたときには、指定されたプリカーサーイオンに対応する化合物分子の構造解析に必要な情報が取得できていない。そこで、同じプリカーサーイオンに対して別の参照ＭＳ²スペクトルをユーザーに選定させるようにして、ステップＳ８以降の処理を再度実施するようにすることもできる。これにより、実測ＭＳ²スペクトルと別の参照ＭＳ²スペクトルとの類似度が計算されるので、選定したプリカーサーイオンがこの別の参照ＭＳ²スペクトルに対応する化合物に由来するイオンであれば、プリカーサーイオンに対応する化合物分子の構造解析に必要なプロダクトイオン情報を取得することができる。

但し、同様の結果は、ステップＳ７でユーザーに複数の参照ＭＳ²スペクトルの選定を許容し、その複数の参照ＭＳ²スペクトルと一つの実測ＭＳ²スペクトルとのそれぞれの類似度を算出して、その複数の類似度のうちの一つが閾値以上となったときにＭＳ²分析を終了するようにしても得ることができる。この方法によれば、実際のＭＳ²分析の回数が少なくとなるので、分析時間の短縮、試料の消費量の削減、のいずれにも有利である。

なお、上記ステップＳ１１において類似度を判定する基準となる閾値は、類似度として採用したスコアに依存する。したがって、類似度のスコアに応じて予め閾値を決めるとよい。そこで、例えば、特定の糖ペプチドのＭＳ²スペクトルとそのほかのピーク（類似構造を有する糖ペプチドと非類似構造分子を含む）をターゲットとしたＭＳ²スペクトルとの類似度のスコアの分布を予め実験的に調べておき、そのスコア分布において類似構造分子への特異度や感度が低くないように、適宜に閾値を定めるとよい。

上述したような一連の処理が終了したならば、構造解析部２６は、プリカーサーイオン毎に、類似度が閾値以上であると判定された参照ＭＳ²スペクトル又はそれから求まるプロダクトイオン情報を用いて、そのプリカーサーイオンに対応する化合物分子の構造を推定することができる。

以上のように、本実施形態の分子構造解析システムでは、ＭＳ²分析により得られるデータの積算回数を減らしながら構造解析に必要なプロダクトイオン情報を収集することができる。一つの化合物分子（上記例では糖ペプチド）の構造解析に必要なプロダクトイオン情報を収集するためのＭＳ²分析の回数を減らすことができるので、サンプルＳが枯渇しない限り、決まった時間内に数多くの化合物分子のプロダクトイオン情報を取得することができる。また、サンプルＳを同じ量だけ消費する間に、より多くの数の化合物分子のプロダクトイオン情報を取得することができる。

なお、上記説明では、実測のマススペクトル上でユーザーがプリカーサーイオンとして１個以上のピークを指定したあとに、ユーザーが参照ＭＳ²スペクトルを選定していたが、その順序は入れ替え可能である。即ち、ユーザーが目的とする化合物の参照ＭＳ²スペクトルを選定し、そのあと、実測のマススペクトル上で上記目的とする化合物に対応すると推定されるピークを指定するようにしてもよい。

また、上記実施形態の説明では、糖ペプチドの構造解析を実施していたが、これに限らず、例えば糖脂質など、主要構造が共通である類似構造分子の構造解析全般に本発明を適用することができる。

また、上記実施形態及び変形例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加等を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。

［種々の態様］
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項）本発明に係る分子構造解析システムの一態様は、試料に含まれる、互いに構造が類似している複数の類似構造分子の構造を解析するための分子構造解析システムであって、
ＭＳⁿ分析（ｎは２以上の整数）が可能である質量分析部と、
試料について得られたマススペクトルにおいて、目的とする類似構造分子由来であると推定される一つ以上のピークを選定するピーク選定部と、
前記ピーク選定部により選定された又は選定されるピークにそれぞれ対応する一つ以上の参照ＭＳⁿスペクトルを、予め用意された情報源から取得する参照スペクトル取得部と、
前記試料に対し、前記ピーク選定部により選定されたピークのうちの一つのピークにおける質量電荷比を有するイオンをプリカーサーイオンとするＭＳⁿ分析を繰り返し実行するとともに、後記スペクトル判定部による指令を受けたときに該ＭＳⁿ分析の繰り返しを終了するように、前記質量分析部を制御する制御部と、
前記制御部による制御の下でＭＳⁿ分析が実施される毎に得られるデータを積算し、その積算によって求まる実測ＭＳⁿスペクトルと、前記参照スペクトル取得部で取得されたＭＳⁿ分析対象のピークに対応する参照ＭＳⁿスペクトルとの類似性を判定し、類似性が高いと判定されたときに前記制御部に対し分析終了の指令を出すスペクトル判定部と、
を備えるものである。

（第６項）また、本発明に係る分子構造解析方法の一態様は、試料に含まれる、互いに構造が類似している複数の類似構造分子の構造を解析するための分子構造解析方法であって、
試料について得られたマススペクトルにおいて、目的とする類似構造分子由来であると推定される一つ以上のピークを選定するピーク選定ステップと、
前記ピーク選定ステップにおいて選定された又は選定されるピークにそれぞれ対応する一つ以上の参照ＭＳⁿスペクトルを、予め用意された情報源から取得する参照スペクトル取得ステップと、
前記試料に対し、前記ピーク選定ステップにおいて選定されたピークのうちの一つのピークにおける質量電荷比を有するイオンをプリカーサーイオンとするＭＳⁿ分析（ｎは２以上の整数）を繰り返し実行する分析実行ステップと、
前記分析実行ステップにおいてＭＳⁿ分析が実施される毎に得られるデータを積算し、その積算によって求まる実測ＭＳⁿスペクトルと、前記参照スペクトル取得ステップにおいて取得されたＭＳⁿ分析対象のピークに対応する参照ＭＳⁿスペクトルとの類似性を判定し、類似性が高いと判断されたときに、前記ＭＳⁿ分析の繰り返しを終了させるスペクトル判定ステップと、
を含むものである。

ここで、ｎは理論的には２以上の整数を採り得るものの、通常、ｎは２である。

例えばＭＡＬＤＩイオン源を搭載した質量分析装置では、ＭＳⁿスペクトルに限らず、通常のマススペクトルについても、複数回の質量分析によって得られたデータを積算することで作成する。一般的に、質量分析の実行回数つまりはデータの積算回数は予め決まっており、その決められた回数だけ積算されたあとの実測マススペクトルや実測ＭＳⁿスペクトルが解析に供される。これに対し、本発明では、データ積算中にも実測ＭＳⁿスペクトルと参照ＭＳⁿスペクトルとの類似性が判定され、類似性が高いと判定されるとそのときのプリカーサーイオンに対するＭＳⁿ分析の繰り返しが打ち切られる。

第１項に記載の分子構造解析システム及び第６項に記載の分析構造解析方法によれば、同一の試料から、できるだけ多くの類似構造分子についてのプロダクトイオン情報を収集することができる。また、限られた時間内に、同一の試料から多くの類似構造分子についてのプロダクトイオン情報を収集することができる。それによって、糖ペプチドや糖脂質などの化合物の構造解析を効率良く行うことができる。

（第２項）第１項に記載の分子構造解析システムにおいて、前記ピーク選定部は、
試料について得られたマススペクトルにおいて、類似構造分子由来であると推定されるピークを明示して表示部に表示するマススペクトル表示処理部と、
表示されたマススペクトル上で、ユーザーに一つ以上のピークを指定させ、指定されたピークを目的とする類似構造分子由来のピークとして選定する指示受付部と、
を含むものとすることができる。

（第７項）同様に、第６項に記載の分子構造解析方法において、前記ピーク選定ステップは、
試料について得られたマススペクトルにおいて、類似構造分子由来であると推定されるピークを明示して表示部に表示するマススペクトル表示ステップと、
表示されたマススペクトル上で、ユーザーに一つ以上のピークを指定させ、指定されたピークを目的とする類似構造分子由来のピークとして選定する指示受付ステップと、
を含むものとすることができる。

例えば試料が精製された糖ペプチド混合物である場合、通常、マススペクトルには糖鎖の構造の相違による質量電荷比差を有する複数のピークが観測される。第２項に記載の分子構造解析システム及び第７項に記載の分析構造解析方法によれば、ユーザーはこのマススペクトルを確認したうえで、例えば質量電荷比差を参照して注目するピークを選択し、ピークを絞ってプロダクトイオン情報を収集することができる。それにより、ユーザーが関心を持たないピークについてＭＳⁿ分析が実行されることを回避することができ、試料の無駄な消費を抑えることができるとともに分析時間も短縮することができる。

（第３項）第１項又は第２項に記載の分子構造解析システムにおいて、前記参照スペクトル取得部は、
解析目的である化合物分子に関連する類似構造分子のＭＳⁿスペクトルが収録されているデータベースを前記情報源とし、
前記ピーク選定部により選定された又は選定されるピークに対応するＭＳⁿスペクトルをユーザーに前記データベースから選択させる、又は、前記データベースから抽出された複数のＭＳⁿスペクトルの中からユーザーに一つ以上のＭＳⁿスペクトルを選択させるものとすることができる。

（第８項）同様に、第６項又は第７項に記載の分子構造解析方法において、前記参照スペクトル取得ステップは、
解析目的である化合物分子に関連する類似構造分子のＭＳⁿスペクトルが収録されているデータベースを前記情報源とし、
前記ピーク選定ステップにおいて選定された又は選定されるピークに対応するＭＳⁿスペクトルをユーザーに前記データベースから選択させる、又は、前記データベースから抽出された複数のＭＳⁿスペクトルの中からユーザーに一つ以上のＭＳⁿスペクトルを選択させるものとすることができる。

なお、データベース自体は本システムに含まれていてもいなくてもよい。即ち、一般に提供されている外部のデータベースを利用することもできる。
第３項に記載の分子構造解析システム及び第８項に記載の分析構造解析方法によれば、ユーザーが構造を把握したい化合物を決めることができるので、目的の化合物分子が試料に含まれるかどうかを迅速に把握することができる。また、質量電荷比が同一又は近い類似構造分子がデータベース上に複数存在する場合に、ユーザーの判断で、どの分子のプロダクトイオン情報との類似性を判定するのかを決めることができる。

（第４項）また、第１項～第３項のいずれか１項に記載の分子構造解析システムにおいて、前記参照ＭＳ ⁿ スペクトルと前記実測ＭＳ ⁿ スペクトルとを表示部の画面上に表示する表示処理部、をさらに備えるものとすることができる。

（第９項）同様に、第６項～第８項のいずれか１項に記載の分子構造解析方法において、前記参照ＭＳ ⁿ スペクトルと前記実測ＭＳ ⁿ スペクトルとを表示部の画面上に表示する表示ステップを、をさらに含むものとすることができる。

第４項に記載の分子構造解析システム及び第９項に記載の分析構造解析方法によれば、ユーザーは、参照ＭＳ ⁿ スペクトルと、時間が経過するに伴って変化する実測ＭＳ ⁿ スペクトルとを画面上で見比べることができる。それにより、例えば実測ＭＳ ⁿ スペクトルが明らかに意図と異なるような場合や、逆に視覚上で類似であることが確認できるような場合に、ユーザー自身がＭＳⁿ分析の繰り返しの打ち切りを指示することができる。

（第５項）また、第１項～第４項のいずれか１項に記載の分子構造解析システムにおいて、前記スペクトル判定部はＭＳⁿスペクトルの類似性を数値で示す類似度を算出し、該類似度を前記マススペクトル又は前記実測ＭＳ ⁿ スペクトルに関連付けて表示する表示処理部、をさらに備えるものとすることができる。

（第１０項）同様に、第６項～第９項のいずれか１項に記載の分子構造解析方法において、前記スペクトル判定ステップではＭＳⁿスペクトルの類似性を数値で示す類似度を算出し、該類似度を前記マススペクトル又は前記実測ＭＳ ⁿ スペクトルに関連付けて表示する表示ステップ、をさらに含むものとすることができる。

第５項に記載の分子構造解析システム及び第６項に記載の分析構造解析方法によれば、ユーザーは、参照ＭＳ ⁿ スペクトルと実測ＭＳ ⁿ スペクトルとの類似性を数値で確認することができる。それにより、ユーザー自身が類似性を判断して、ＭＳⁿ分析の繰り返しの打ち切りを的確に指示することができる。

１…質量分析部
１０…チャンバー
１１…試料ステージ
１２…サンプルプレート
１３…ミラー
１４…レーザー光照射部
１５…イオン光学系
１６…イオン解離・分離部
１７…検出部
２…制御・処理部
２０…分析制御部
２１…スペクトル積算部
２２…イオンピーク検出部
２３…スペクトル類似度算出部
２４…表示処理部
２４０…実測ＭＳ¹スペクトル表示処理部
２４１…実測ＭＳ²スペクトル表示処理部
２４２…参照ＭＳ²スペクトル表示処理部
２５…指示受付部
２６…構造解析部
３…スペクトルＤＢ
４…入力部
５…表示部

Claims (10)

1. 試料に含まれる、互いに構造が類似している複数の類似構造分子の構造を解析するための分子構造解析システムであって、
   ＭＳⁿ分析（ｎは２以上の整数）が可能である質量分析部と、
   試料について得られたマススペクトルにおいて、目的とする類似構造分子由来であると推定される一つ以上のピークを選定するピーク選定部と、
   前記ピーク選定部により選定された又は選定されるピークにそれぞれ対応する一つ以上の参照ＭＳⁿスペクトルを、予め用意された情報源から取得する参照スペクトル取得部と、
   前記試料に対し、前記ピーク選定部により選定されたピークのうちの一つのピークにおける質量電荷比を有するイオンをプリカーサーイオンとするＭＳⁿ分析を繰り返し実行するとともに、後記スペクトル判定部による指令を受けたときに該ＭＳⁿ分析の繰り返しを終了するように、前記質量分析部を制御する制御部と、
   前記制御部による制御の下でＭＳⁿ分析が実施される毎に得られるデータを積算し、その積算によって求まる実測ＭＳⁿスペクトルと、前記参照スペクトル取得部で取得されたＭＳⁿ分析対象のピークに対応する参照ＭＳⁿスペクトルとの類似性を判定し、類似性が高いと判定されたときに前記制御部に対し分析終了の指令を出すスペクトル判定部と、
   を備える分子構造解析システム。
2. 前記ピーク選定部は、
   試料について得られたマススペクトルにおいて、類似構造分子由来であると推定されるピークを明示して表示部に表示するマススペクトル表示処理部と、
   表示されたマススペクトル上で、ユーザーに一つ以上のピークを指定させ、指定されたピークを目的とする類似構造分子由来のピークとして選定する指示受付部と、
   を含む、請求項１に記載の分子構造解析システム。
3. 前記参照スペクトル取得部は、
   解析目的である化合物分子に関連する類似構造分子のＭＳⁿスペクトルが収録されているデータベースを前記情報源とし、
   前記ピーク選定部により選定された又は選定されるピークに対応するＭＳⁿスペクトルをユーザーに前記データベースから選択させる、又は、前記データベースから抽出された複数のＭＳⁿスペクトルの中からユーザーに一つ以上のＭＳⁿスペクトルを選択させるものである、請求項１又は２に記載の分子構造解析システム。
4. 前記参照ＭＳ ⁿ スペクトルと前記実測ＭＳ ⁿ スペクトルとを表示部の画面上に表示する表示処理部、をさらに備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の分子構造解析システム。
   
5. 前記スペクトル判定部はＭＳⁿスペクトルの類似性を数値で示す類似度を算出し、該類似度を前記マススペクトル又は前記実測ＭＳ ⁿ スペクトルに関連付けて表示する表示処理部、をさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の分子構造解析システム。
   
6. 試料に含まれる、互いに構造が類似している複数の類似構造分子の構造を解析するための分子構造解析方法であって、
   試料について得られたマススペクトルにおいて、目的とする類似構造分子由来であると推定される一つ以上のピークを選定するピーク選定ステップと、
   前記ピーク選定ステップにおいて選定された又は選定されるピークにそれぞれ対応する一つ以上の参照ＭＳⁿスペクトルを、予め用意された情報源から取得する参照スペクトル取得ステップと、
   前記試料に対し、前記ピーク選定ステップにおいて選定されたピークのうちの一つのピークにおける質量電荷比を有するイオンをプリカーサーイオンとするＭＳⁿ分析（ｎは２以上の整数）を繰り返し実行する分析実行ステップと、
   前記分析実行ステップにおいてＭＳⁿ分析が実施される毎に得られるデータを積算し、その積算によって求まる実測ＭＳⁿスペクトルと、前記参照スペクトル取得ステップにおいて取得されたＭＳⁿ分析対象のピークに対応する参照ＭＳⁿスペクトルとの類似性を判定し、類似性が高いと判断されたときに、前記ＭＳⁿ分析の繰り返しを終了させるスペクトル判定ステップと、
   を含む分子構造解析方法。
7. 前記ピーク選定ステップは、
   試料について得られたマススペクトルにおいて、類似構造分子由来であると推定されるピークを明示して表示部に表示するマススペクトル表示ステップと、
   表示されたマススペクトル上で、ユーザーに一つ以上のピークを指定させ、指定されたピークを目的とする類似構造分子由来のピークとして選定する指示受付ステップと、
   を含む、請求項６に記載の分子構造解析方法。
8. 前記参照スペクトル取得ステップは、
   解析目的である化合物分子に関連する類似構造分子のＭＳⁿスペクトルが収録されているデータベースを前記情報源とし、
   前記ピーク選定ステップにおいて選定された又は選定されるピークに対応するＭＳⁿスペクトルをユーザーに前記データベースから選択させる、又は、前記データベースから抽出された複数のＭＳⁿスペクトルの中からユーザーに一つ以上のＭＳⁿスペクトルを選択させるものである、請求項６又は７に記載の分子構造解析方法。
9. 前記参照ＭＳ ⁿ スペクトルと前記実測ＭＳ ⁿ スペクトルとを表示部の画面上に表示する表示ステップを、をさらに含む、請求項６～８のいずれか１項に記載の分子構造解析方法。
   
10. 前記スペクトル判定ステップではＭＳⁿスペクトルの類似性を数値で示す類似度を算出し、該類似度を前記マススペクトル又は前記実測ＭＳ ⁿ スペクトルに関連付けて表示する表示ステップ、をさらに含む、請求項６～９のいずれか１項に記載の分子構造解析方法。
    

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