JP7396208B2 - Ribosomal protein discrimination method, biological species identification method, mass spectrometer and program - Google Patents
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Description
本発明は、リボソームタンパク質の判別方法、生物種の同定方法、質量分析装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to a method for determining ribosomal proteins, a method for identifying biological species, a mass spectrometer, and a program.
質量分析法を利用してバクテリアの種を同定する方法として、リボソームタンパク質をバイオマーカーとして用いる方法が知られている。例えば非特許文献1および2には、マススペクトル上で観測されるバクテリアのリボソームタンパク質の観測質量と、タンパク質データベースに登録されているアミノ酸配列から求められる計算質量とを照合し、バクテリアの迅速な同定に適したバイオマーカーを選択する方法、およびそのアミノ酸配列情報を与えるバクテリアの種を同定する方法が開示されている。
A method using ribosomal proteins as a biomarker is known as a method for identifying bacterial species using mass spectrometry. For example, in
しかしながら、データベースから求められるタンパク質の計算質量と、実際の観測質量とは一致しないことも多い。この理由のひとつとして、データベースに登録されたアミノ酸配列は、遺伝子のDNA配列を機械的に翻訳したものであるため、タンパク質の翻訳後修飾は考慮されていないことが挙げられる。計算質量と観測質量とが一致し、リボソームタンパク質であると判別できるタンパク質は限定的であったため、バクテリアの種の同定精度は十分ではなかった。 However, the calculated mass of a protein obtained from a database often does not match the actually observed mass. One of the reasons for this is that the amino acid sequences registered in databases are mechanically translated DNA sequences of genes, so post-translational modifications of proteins are not taken into account. Because the calculated mass and the observed mass matched, and there were only a limited number of proteins that could be identified as ribosomal proteins, the accuracy of bacterial species identification was not sufficient.
ここで、翻訳後修飾を考慮してタンパク質の計算質量を求めれば、リボソームタンパク質を判別することができるとも考えられる。しかし、翻訳後修飾の種類やパターンは複雑に組み合わされ得るため、多くのリボソームタンパク質について、考え得る翻訳後修飾を考慮した計算質量を求め、観測質量と照合してリボソームタンパク質であるかどうかを判別することは妥当ではない。 Here, it is thought that ribosomal proteins can be identified if the calculated mass of the protein is calculated taking into account post-translational modifications. However, since the types and patterns of post-translational modifications can be complexly combined, we calculate the calculated masses of many ribosomal proteins that take into account possible post-translational modifications and compare them with the observed masses to determine whether they are ribosomal proteins. It is not reasonable to do so.
本発明は、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method by which it is possible to easily determine whether a protein shown as a peak on a mass spectrum is a ribosomal protein by mass spectrometry.
本発明は、リボソームタンパク質を含む試料を質量分析して検出されたマススペクトル上のピークが示す観測m/z値と、データベースに基づく第1計算m/z値とを照合し、検出されたピークの少なくとも一部をリボソームタンパク質に帰属させる帰属工程と、リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から得られる近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークに対応するタンパク質をリボソームタンパク質であると推定する推定工程と、を含む、リボソームタンパク質の判別方法に関する。 The present invention compares the observed m/z value of a peak on a mass spectrum detected by mass spectrometry of a sample containing ribosomal proteins with the first calculated m/z value based on a database, and calculates the detected peak. A protein corresponding to a peak with a relative intensity of 50 to 150% with respect to an approximate curve or an approximate straight line obtained from the attribution step of attributing at least a part of to ribosomal proteins and the relative intensity of the peaks assigned to ribosomal proteins. The present invention relates to a method for determining a ribosomal protein, including a step of estimating that the protein is a ribosomal protein.
本発明は、m/z値に基づいてイオンを分離する質量分離部と、質量分離部で分離されたイオンを検出する検出部と、検出部が検出したイオンに基づいてマススペクトルを作成するマススペクトル作成部と、マススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークを選択する判別部と、を備える質量分析装置にも関する。 The present invention includes a mass separator that separates ions based on m/z values, a detector that detects the ions separated by the mass separator, and a mass spectrometer that creates a mass spectrum based on the ions detected by the detector. In the spectrum creation section and the mass spectrum, determine the peaks attributed to ribosomal proteins based on the database, create an approximate curve or approximate straight line of the relative intensity of the peak, and calculate the relative intensity with respect to the approximate curve or approximate straight line. The present invention also relates to a mass spectrometer including a discriminator that selects a peak that is 50% to 150%.
本発明は、質量分析装置により取得されたマススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークを選択する処理を処理装置に行わせるプログラムにも関する。 The present invention determines peaks attributed to ribosomal proteins based on a database in a mass spectrum acquired by a mass spectrometer, creates an approximate curve or approximate straight line of the relative intensity of the peak, and On the other hand, the present invention also relates to a program that causes a processing device to select a peak whose relative intensity is 50% to 150%.
本発明によれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。 According to the present invention, it is possible to easily determine whether a protein shown as a peak on a mass spectrum is a ribosomal protein by mass spectrometry.
本発明に係るリボソームタンパク質の判別方法は、
リボソームタンパク質を含む試料を質量分析して検出されたマススペクトル上のピークが示す観測m/z値と、データベースに基づく第1計算m/z値とを照合し、検出されたピークの少なくとも一部をリボソームタンパク質に帰属させる帰属工程と、
リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から得られる近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークに対応するタンパク質をリボソームタンパク質であると推定する推定工程と、を含む。
The method for determining ribosomal proteins according to the present invention includes:
The observed m/z value shown by the peak on the mass spectrum detected by mass spectrometry of a sample containing ribosomal protein is compared with the first calculated m/z value based on the database, and at least part of the detected peak is an attribution step of attributing the protein to a ribosomal protein;
an estimation step of estimating that a protein corresponding to a peak with a relative intensity of 50% to 150% is a ribosomal protein with respect to an approximate curve or an approximate straight line obtained from the relative intensities of peaks assigned to ribosomal proteins; .
本発明に係るリボソームタンパク質の判別方法によれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。リボソームは、50種類以上のタンパク質から構成され、各タンパク質は概ね等モルずつ存在する。このため、リボソームタンパク質を含む試料を質量分析に供すると、理想的には、マススペクトル上の各リボソームタンパク質のピークは、同程度の相対強度を示すと考えられる。従って、リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度と同程度の相対強度を示すピークは、リボソームタンパク質である可能性が高いと判断することができる。 According to the method for determining ribosomal proteins according to the present invention, it is possible to easily determine whether a protein indicated by a peak on a mass spectrum is a ribosomal protein by mass spectrometry. Ribosomes are composed of more than 50 types of proteins, and each protein exists in approximately equal moles. Therefore, when a sample containing ribosomal proteins is subjected to mass spectrometry, ideally the peaks of each ribosomal protein on the mass spectrum are considered to exhibit similar relative intensities. Therefore, it can be determined that a peak showing a relative intensity comparable to that of a peak assigned to a ribosomal protein is likely to be a ribosomal protein.
以下、各工程について詳細に説明する。 Each step will be explained in detail below.
[帰属工程]
帰属工程では、リボソームタンパク質を含む試料を質量分析して検出されたマススペクトル上のピークが示す観測m/z値と、データベースに基づく第1計算m/z値とを照合し、検出されたピークの少なくとも一部をリボソームタンパク質に帰属させる。
[Attribution process]
In the attribution step, the observed m/z value shown by the peak on the mass spectrum detected by mass spectrometry of a sample containing ribosomal proteins is compared with the first calculated m/z value based on the database, and the detected peak is Attribute at least a portion of the protein to ribosomal proteins.
第1計算m/z値は、GenBank、RefSeq、TPA、SwissProt、PIR、PRFおよびPDB等のデータベースからアミノ酸配列情報を入手し、算出することができる。データベースには、タンパク質のアミノ酸配列および遺伝子のDNA配列から選択される少なくともひとつが登録されている。データベースは、細胞が属する分類群(科、属、種等)の情報を含む。第1計算m/z値は、翻訳後修飾を考慮して算出されてもよい。観測m/z値と第1計算m/z値とを一致させやすくなり、マススペクトル上に検出されたピークのうち、リボソームタンパク質に帰属されるピーク数を増やすことができるためである。翻訳後修飾は、好ましくはN末端メチオニン切断である。リボソームタンパク質は、翻訳後修飾としてN末端メチオニン切断を受けていることが多いためである。特に細菌においては、N末端メチオニン切断を考慮して算出された第1計算m/z値の多くは観測m/z値と一致し、リボソームタンパク質のピークのほとんどを帰属させることができる。N末端メチオニンは、2番目のアミノ酸残基がグリシン(G)、アラニン(A)、セリン(S)、プロリン(P)、バリン(V)、スレオニン(T)およびシステイン(C)である場合に切断されやすいことが知られている。これらのアミノ酸残基が2番目にあっても、N末端メチオニンの切断が起こらない場合もある。 The first calculated m/z value can be calculated by obtaining amino acid sequence information from databases such as GenBank, RefSeq, TPA, SwissProt, PIR, PRF, and PDB. At least one selected from amino acid sequences of proteins and DNA sequences of genes is registered in the database. The database includes information on taxonomic groups (family, genus, species, etc.) to which cells belong. The first calculated m/z value may be calculated taking into account post-translational modifications. This is because it becomes easier to match the observed m/z value and the first calculated m/z value, and it is possible to increase the number of peaks attributed to ribosomal proteins among the peaks detected on the mass spectrum. The post-translational modification is preferably an N-terminal methionine truncation. This is because ribosomal proteins often undergo N-terminal methionine cleavage as a post-translational modification. Particularly in bacteria, many of the first calculated m/z values calculated by considering N-terminal methionine cleavage agree with the observed m/z values, and most of the ribosomal protein peaks can be attributed. N-terminal methionine is defined when the second amino acid residue is glycine (G), alanine (A), serine (S), proline (P), valine (V), threonine (T) and cysteine (C). It is known to be easily cut. Even if these amino acid residues are in the second position, cleavage of the N-terminal methionine may not occur.
本明細書において、計算m/z値と観測m/z値との差が外部標準法の場合は500ppm以内であるとき、計算m/z値と観測m/z値とは一致すると判断する。一致したタンパク質の計算m/z値を用いて、帰属されたピークを自己キャリブレションし、計算m/z値と自己キャリブレーションに用いたピークの観測m/z値との差が200ppm以内になることを確認することが好ましい。 In this specification, when the difference between the calculated m/z value and the observed m/z value is within 500 ppm in the case of the external standard method, it is determined that the calculated m/z value and the observed m/z value match. The assigned peak is self-calibrated using the calculated m/z value of the matched protein, and the difference between the calculated m/z value and the observed m/z value of the peak used for self-calibration is within 200 ppm. It is preferable to confirm that.
リボソームを構成するリボソームタンパク質を等モルずつ含む観点からは、試料は細胞由来のリボソームタンパク質を含むことが好ましい。試料は、リボソームまたは細胞そのものを含んでいてもよい。 From the viewpoint of containing equimolar amounts of ribosomal proteins constituting ribosomes, the sample preferably contains cell-derived ribosomal proteins. The sample may contain ribosomes or the cells themselves.
試料は、原核生物由来であってもよく、真核生物由来であってもよい。試料は好ましくは微生物由来であり、未知の微生物を含んでもよい。原核生物には、細菌および古細菌が含まれる。細菌としては、エスケリキア属細菌(大腸菌等)、バシラス属細菌(枯草菌等)、ラクトバシラス属細菌(乳酸菌等)、シネコシスティス属細菌(シアノバクテリア等)、マイコバクテリア属細菌(放線菌等)等が含まれる。古細菌としては、メタノフィルス属、メタノコッカス属、サーモコッカス属、フィロコッカス属等が含まれる。真核生物には、動物、植物、菌類および原生生物が含まれる。菌類には、糸状菌、酵母、キノコ、カビ等が含まれ、ツボカビ門、接合菌門、子嚢菌門、担子菌門、グロムス菌門、微胞子虫門等が含まれる。子嚢菌門には、アスペルキルス属(コウジカビ等)、ペニシリウム属(アオカビ等)、サッカロマイセス属(出芽酵母等)等が含まれる。真核生物においては、N末端メチオニン切断のみを考慮してリボソームタンパク質に帰属できるピークは、細菌に比べて少ないと考えられる。菌類を始めとする真核生物のリボソームタンパク質は、原核生物のリボソームタンパク質に比べて、複雑な翻訳後修飾を受けていることが多く、データベースから算出される第1計算m/z値と、質量分析による観測m/z値との間に差が生じやすいためである。本発明に係るリボソームタンパク質の判別方法によれば、真核生物由来の試料であっても、マススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。 The sample may be of prokaryotic or eukaryotic origin. The sample is preferably of microbial origin and may contain unknown microorganisms. Prokaryotes include bacteria and archaea. Examples of bacteria include bacteria of the genus Escherichia (such as Escherichia coli), bacteria of the genus Bacillus (such as Bacillus subtilis), bacteria of the genus Lactobacillus (such as lactic acid bacteria), bacteria of the genus Synechocystis (such as cyanobacteria), and bacteria of the genus Mycobacteria (such as actinobacteria). It will be done. Archaea include Methanophilus, Methanococcus, Thermococcus, Phyllococcus, and the like. Eukaryotes include animals, plants, fungi and protists. Fungi include filamentous fungi, yeasts, mushrooms, molds, and the like, and include phylum Chytridomycota, Zygomycota, Ascomycota, Basidiomycota, Glomusmycota, Microsporidia, and the like. The phylum Ascomycota includes the genus Aspercillus (Aspergillus mold, etc.), the genus Penicillium (Blue mold, etc.), the genus Saccharomyces (budding yeast, etc.), and the like. In eukaryotes, there are fewer peaks that can be assigned to ribosomal proteins considering only N-terminal methionine cleavage than in bacteria. Ribosomal proteins of eukaryotes, including fungi, often undergo complex post-translational modifications compared to ribosomal proteins of prokaryotes, and the first calculated m/z value calculated from the database and the mass This is because a difference is likely to occur between the m/z value observed by analysis and the observed m/z value. According to the method for determining ribosomal proteins according to the present invention, it is possible to easily determine whether a protein represented by a peak on a mass spectrum is a ribosomal protein even in a sample derived from eukaryotes.
試料は、細胞から適宜調製されていてもよく、例えば細胞からタンパク質を抽出した画分であってもよく、好ましくはリボソームタンパク質を分画した画分である。試料として、リボソームタンパク質を分画した画分を用いると、試料に含まれるリボソームタンパク質の割合が増加するため、リボソームタンパク質をより精度よく判別することができる。リボソームタンパク質を分画する方法は、リボソームタンパク質を抽出または濃縮できる限り特に限定されないが、例えば細胞を破砕して限外ろ過処理する方法、超遠心分離法等が挙げられる。 The sample may be appropriately prepared from cells, for example, it may be a fraction obtained by extracting proteins from cells, and preferably it is a fraction obtained by fractionating ribosomal proteins. When a fraction obtained by fractionating ribosomal proteins is used as a sample, the proportion of ribosomal proteins contained in the sample increases, so that ribosomal proteins can be determined with higher accuracy. The method for fractionating ribosomal proteins is not particularly limited as long as ribosomal proteins can be extracted or concentrated, and examples thereof include a method of crushing cells and ultrafiltration, an ultracentrifugation method, and the like.
質量分析は、リボソームタンパク質を定量的に測定できる質量分析法であれば特に限定されないが、高分子量化合物の分解が生じにくいソフトなイオン化法を用いた質量分析法であることが好ましい。このような質量分析法としては、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析(MALDI-MS)、エレクトロスプレーイオン化質量分析(ESI-MS)等の分析方法が挙げられる。質量分析は好ましくはMALDI-MSである。リボソームタンパク質のほとんどはプロトン親和性が高い塩基性タンパク質であるため、MALDI過程で[M+H]+イオンを生成しやすい。また、リボソームタンパク質の分子量は、5000~20000程度であり、MALDI-MSによれば数Daの誤差範囲でリボソームタンパク質の質量を求めることができる。従って、質量分析がMALDI-MSであるとき、試料からリボソームタンパク質のピークが検出されやすく、また、観測m/z値と第1計算m/z値との誤差を小さくすることができる。 The mass spectrometry is not particularly limited as long as it is a mass spectrometry method that can quantitatively measure ribosomal proteins, but it is preferably a mass spectrometry method that uses a soft ionization method that does not easily cause decomposition of high molecular weight compounds. Such mass spectrometry methods include analysis methods such as matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry (MALDI-MS) and electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS). Mass spectrometry is preferably MALDI-MS. Since most ribosomal proteins are basic proteins with high proton affinity, [M+H] + ions are easily generated during the MALDI process. Furthermore, the molecular weight of ribosomal proteins is approximately 5,000 to 20,000, and MALDI-MS allows the mass of ribosomal proteins to be determined within an error range of several Da. Therefore, when mass spectrometry is MALDI-MS, ribosomal protein peaks can be easily detected from the sample, and the error between the observed m/z value and the first calculated m/z value can be reduced.
[推定工程]
推定工程では、リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から得られる近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークに対応するタンパク質をリボソームタンパク質であると推定する。
[Estimation process]
In the estimation step, proteins corresponding to peaks with relative intensities of 50 to 150% are estimated to be ribosomal proteins with respect to an approximate curve or an approximate straight line obtained from the relative intensities of peaks assigned to ribosomal proteins.
上述のとおり、リボソームを構成するリボソームタンパク質はほぼ等モルずつ存在するため、リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度は、理想的には同程度になる。例えばリボソーム画分からさらにリボソームサブユニットタンパク質を調製し、リキッドクロマトグラフィー(LC)によって各サブユニットタンパク質を分離し、各試料を濃度既知の標準試料とともに質量分析してマススペクトルを作成し、リボソームタンパク質に帰属されたピークを選択して、その相対強度を記した散布図について近似直線を作成すると、イオン化効率が一定であるという過程の下では近似直線は横に一直線(相対強度が定数)となる。しかしながら、等モルずつ存在するタンパク質を検出した場合であっても、検出方法によって、マススペクトル上のピークの相対強度が同程度にならないことがある。例えばMALDI-MSを行った場合には、マスディスクリミネーション効果により、m/z値が小さいときには相対強度が大きく、m/z値が大きいときには相対強度が小さく検出される。従って、試料をMALDI-MSで測定した場合には、等モルずつ存在するリボソームタンパク質は、m/z値が大きくなるほど相対強度が小さくなる直線または曲線に近似される。本明細書においては、近似曲線または近似直線は、相関係数(R2)が0.70以上、好ましくは0.80以上であれば、近似曲線または近似直線の精度が良好であると判断する。 As described above, since the ribosomal proteins constituting the ribosome exist in approximately equimolar amounts, the relative intensities of the peaks assigned to the ribosomal proteins are ideally at the same level. For example, ribosomal subunit proteins are further prepared from the ribosomal fraction, each subunit protein is separated by liquid chromatography (LC), and each sample is subjected to mass spectrometry along with a standard sample of known concentration to create a mass spectrum. When the assigned peaks are selected and an approximate straight line is created for a scatter diagram showing their relative intensities, the approximate straight line becomes a horizontal straight line (relative intensity is constant) under the process that the ionization efficiency is constant. However, even when proteins present in equal moles are detected, the relative intensities of the peaks on the mass spectrum may not be the same depending on the detection method. For example, when MALDI-MS is performed, due to the mass discrimination effect, when the m/z value is small, the relative intensity is detected to be large, and when the m/z value is large, the relative intensity is detected to be small. Therefore, when a sample is measured by MALDI-MS, ribosomal proteins present in equal moles are approximated by a straight line or curve in which the relative intensity decreases as the m/z value increases. In this specification, the accuracy of an approximated curve or an approximated straight line is determined to be good if the correlation coefficient (R 2 ) is 0.70 or more, preferably 0.80 or more. .
第1計算m/z値によってリボソームタンパク質に帰属されなかった未同定ピークのうち、相対強度が近似曲線または近似直線に近いピークをリボソームタンパク質と推定する。ピークの相対強度が近似曲線または近似直線に近いとは、近似曲線または近似直線の相対強度に対して、ピークの相対強度が50~150%であり、好ましくは60~140%であり、より好ましくは70~130%であり、さらに好ましくは80~120%であり、もっとも好ましくは90~110%であることをいう。 Among the unidentified peaks that are not assigned to ribosomal proteins by the first calculated m/z value, peaks whose relative intensity is close to an approximate curve or an approximate straight line are estimated to be ribosomal proteins. The expression that the relative intensity of the peak is close to the approximate curve or approximate straight line means that the relative intensity of the peak is 50 to 150%, preferably 60 to 140%, and more preferably 60 to 140% of the relative intensity of the approximate curve or approximate straight line. is 70 to 130%, more preferably 80 to 120%, and most preferably 90 to 110%.
[検証工程]
リボソームタンパク質の判別方法は、リボソームタンパク質であると推定されたタンパク質について、翻訳後修飾を考慮した第2計算m/z値を算出し、観測m/z値と照合する検証工程をさらに含むことが好ましい。リボソームタンパク質であると推定されたタンパク質について、翻訳後修飾を考慮して算出された第2計算m/z値と、観測m/z値とが一致するとき、ピークはリボソームタンパク質であるとより精度よく判別することができる。また、リボソームタンパク質のアミノ酸配列および翻訳後修飾の情報を得ることができる。
[Verification process]
The method for identifying ribosomal proteins may further include a verification step of calculating a second calculated m/z value that takes post-translational modification into account for the protein estimated to be a ribosomal protein, and comparing it with the observed m/z value. preferable. For a protein estimated to be a ribosomal protein, when the second calculated m/z value calculated by taking into account post-translational modification and the observed m/z value match, it is more accurate that the peak is a ribosomal protein. Can be distinguished well. Additionally, information on the amino acid sequence and post-translational modification of ribosomal proteins can be obtained.
第2計算m/z値は、翻訳後修飾を考慮して算出される。ここで考慮すべき翻訳後修飾としては、N末端メチオニン切断、アセチル化、メチル化、リン酸化、グリコシル化、酸化、ユビキチン化、SUMO化、脂質修飾およびこれらの組み合わせ等が挙げられる。検証工程においては、帰属工程における翻訳後修飾とは異なる修飾パターンを考慮する。例えば帰属工程においてN末端メチオニン切断の翻訳後修飾を考慮して第1計算m/z値を算出した場合、検証工程においてはN末端メチオニン切断を受けていないときの第2計算m/z値、またはN末端メチオニン切断に加えて他の翻訳後修飾を受けているときの第2計算m/z値を算出する。推定工程において、リボソームタンパク質であると推定されるマススペクトル上のピークが選別されているため、マススペクトル上の全てのピークについて、複雑な翻訳後修飾を考慮する必要がなく、より簡便にリボソームタンパク質の判別を行うことができる。 The second calculated m/z value is calculated taking into account post-translational modifications. Post-translational modifications to be considered here include N-terminal methionine cleavage, acetylation, methylation, phosphorylation, glycosylation, oxidation, ubiquitination, SUMOylation, lipid modification, and combinations thereof. In the verification process, modification patterns that are different from the post-translational modifications in the attribution process are considered. For example, if the first calculated m/z value is calculated in consideration of post-translational modification of N-terminal methionine cleavage in the attribution step, in the verification step, the second calculated m/z value when N-terminal methionine cleavage has not occurred, Alternatively, a second calculated m/z value is calculated when the protein is subjected to other post-translational modifications in addition to N-terminal methionine cleavage. In the estimation process, peaks on the mass spectrum that are estimated to be ribosomal proteins are selected, so there is no need to consider complex post-translational modifications for all peaks on the mass spectrum, making it easier to identify ribosomal proteins. can be determined.
[生物種の同定方法]
本発明に係る生物種の同定方法は、上述のリボソームタンパク質の判別方法を用いてリボソームタンパク質を判別し、リボソームタンパク質のアミノ酸配列情報を与える生物の種を同定する。
[Method for identifying biological species]
The biological species identification method according to the present invention identifies ribosomal proteins using the above-described method for determining ribosomal proteins, and identifies the species of organisms that provides information on the amino acid sequence of the ribosomal proteins.
リボソームタンパク質は、生命維持に関与し、種の違いを超えて非常によく保存されているハウスキーピング遺伝子である。リボソームタンパク質は、わずかなアミノ酸配列の違いとそれによる質量の違いにより、生物の種の違いを評価する決定的な指標になりうるため、生物種を同定するバイオマーカーとして使用される。また、リボソームは、細胞内に非常に多く存在する構造体であるため、質量分析した際にリボソームタンパク質は容易に検出される。 Ribosomal proteins are housekeeping genes that are involved in life support and are highly conserved across species. Ribosomal proteins are used as biomarkers to identify biological species because slight differences in amino acid sequences and resulting differences in mass can serve as decisive indicators for evaluating differences in biological species. Furthermore, since ribosomes are structures that exist in large numbers in cells, ribosomal proteins are easily detected by mass spectrometry.
上述のリボソームタンパク質の判別方法によれば、リボソームタンパク質であると判別されるタンパク質の数を増やすことができるため、生物種の同定をより簡便かつ正確に行うことができる。同定を行う生物は、好ましくは肉眼で識別が困難な大きさを有する微生物である。本発明に係る生物種の同定方法によれば、有用微生物のスクリーニングを行うこともできる。 According to the method for determining ribosomal proteins described above, it is possible to increase the number of proteins determined to be ribosomal proteins, so that identification of biological species can be performed more easily and accurately. The organism to be identified is preferably a microorganism whose size is difficult to identify with the naked eye. According to the biological species identification method according to the present invention, useful microorganisms can also be screened.
特に、質量分析としてMALDI-MSを用いた場合、リボソームタンパク質のアミノ酸配列のわずかな変異も、ピークシフトとして容易に検出することができる。本発明に係る生物種の同定方法によれば、種だけでなく、亜種および類縁性の高い株も識別することができる。 In particular, when MALDI-MS is used as mass spectrometry, even slight variations in the amino acid sequence of ribosomal proteins can be easily detected as a peak shift. According to the method for identifying biological species according to the present invention, not only species but also subspecies and highly related strains can be identified.
[質量分析装置]
リボソームタンパク質の判別方法の一例として、質量分析装置によるリボソームタンパク質の判別方法を説明する。
本発明の一態様に係る質量分析装置は、
m/z値に基づいてイオンを分離する質量分離部と、
質量分離部で分離されたイオンを検出する検出部と、
検出部が検出したイオンに基づいてマススペクトルを作成するマススペクトル作成部と、
マススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークを選択する判別部と、を備える。
本質量分析装置によれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。
[Mass spectrometer]
As an example of a method for determining ribosomal proteins, a method for determining ribosomal proteins using a mass spectrometer will be described.
A mass spectrometer according to one aspect of the present invention includes:
a mass separation unit that separates ions based on m/z values;
a detection unit that detects ions separated by the mass separation unit;
a mass spectrum creation unit that creates a mass spectrum based on the ions detected by the detection unit;
In the mass spectrum, determine the peaks assigned to ribosomal proteins based on the database, create an approximate curve or approximate straight line of the relative intensity of the peak, and compare the relative intensity with 50 to 150% of the approximate curve or approximate straight line. and a discrimination unit that selects a certain peak.
According to this mass spectrometer, it is possible to easily determine whether a protein shown as a peak on a mass spectrum is a ribosomal protein by mass spectrometry.
図1に、一実施形態に係る質量分析装置1の概略構成を示す。質量分析装置1は、測定部100と制御部40とを備える。制御部40の機能の一部または全部は、測定部100とは物理的に離れた電子計算機、サーバー等に配置してもよい。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
測定部100は、試料由来のタンパク質イオンSを生成するイオン化部10と、イオン加速部21と、質量分離部22と、検出部30とを備える。測定部100により測定される試料は、リボソームタンパク質を含む。イオン化部10で生成されたタンパク質イオンSの移動を矢印A1で模式的に示す。
The
制御部40は、入力部41と、通信部42と、記憶部43と、出力部44と、処理部50とを備える。処理部50は、装置制御部51と、マススペクトル作成部52と、判別部53と、好ましくは検証部54とを備える。測定部100の検出部30からのタンパク質イオンSの検出信号の流れを矢印A2で模式的に示す。装置制御部51による測定部100の制御を矢印A3で模式的に示す。
The
測定部100のイオン化部10は、試料プレートを支持する図示しない試料プレートホルダと、試料プレート上にレーザー光を照射する図示しないレーザー装置を備えるイオン源を備え、試料成分をマトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)法によりイオン化する。試料のイオン化の方法としては、MALDI法以外にもエレクトロスプレー(ESI)法等の任意のソフトイオン化法を用いることができる。ESI法によりイオン化を行う場合、質量分析装置1が液体クロマトグラフをさらに備え、液体クロマトグラフで分離された試料成分をイオン化部10がイオン化する構成にすると、高い分離能を得ることができるため好ましい。
The
試料プレートに試料が配置された後、試料にマトリックスが添加され、乾燥させられる。その後、試料プレートはイオン化部10の真空容器内の試料プレートホルダに設置される。マトリックスの種類は特に限定されないが、タンパク質試料を効率よくイオン化する観点からシナピン酸またはα-シアノ-4-ヒドロキシケイ皮酸(CHCA)等を用いることが好ましい。
After the sample is placed in the sample plate, the matrix is added to the sample and allowed to dry. Thereafter, the sample plate is placed in a sample plate holder within the vacuum container of the
イオン化部10は、試料プレートが設置された真空容器を減圧した後、レーザー光を試料プレート上の各試料に照射して順次イオン化を行う。レーザー光を照射するレーザー装置の種類は、選択したマトリックスに吸収される光を発振することができれば特に限定されず、例えばマトリックスがシナピン酸またはCHCAを含む場合には、N2レーザー(波長337nm)等を好適に用いることができる。イオン化部10でイオン化されたタンパク質イオンSは、図示しない引出電極等による電場により引き出され、イオン加速部21に導入される。
The
イオン加速部21は、加速電極210を備え、導入されたタンパク質イオンSを加速させる。加速されたタンパク質イオンSの流れは、図示しないイオンレンズにより適宜収束されて質量分離部22に導入される。
The
質量分離部22は、フライトチューブ220を備え、それぞれのタンパク質イオンSがフライトチューブ220の内部を飛行する際の、飛行時間の違いよりタンパク質イオンSを分離する。図1ではリニア型のフライトチューブ220が示されているが、リフレクトロン型やマルチターン型等でもよい。試料に含まれるタンパク質イオンSを分離して検出することができれば、質量分析の方法は特に限定されない。
The
検出部30は、マルチチャンネルプレート等のイオン検出器を備え、質量分離部22で分離されたタンパク質イオンSを検出し、検出部30に入射したイオンの数に応じた強度の検出信号を出力する。検出部30から出力された検出信号は、制御部40の処理部50に入力される。
The
制御部40の入力部41は、マウス、キーボード、各種ボタンおよび/またはタッチパネル等の入力装置を含んで構成される。入力部41は、測定部100の動作の制御に必要な情報、および処理部50の行う処理に必要な情報等を、ユーザから受け付ける。
The
制御部40の通信部42は、インターネット等の無線や有線接続により通信可能な通信装置を含んで構成される。通信部42は、判別部53および検証部54の処理に必要なデータを受信したり、判別結果等の処理部50が処理したデータを送信したり、適宜必要なデータを送受信する。
The
制御部40の記憶部43は、不揮発性の記憶媒体を備える。記憶部43は、データベースに基づく計算m/z値、マススペクトル作成部52が作成したマススペクトル、測定部100から出力された測定データおよび処理部50が処理を実行するためのプログラム等を記憶する。
The
制御部40の出力部44は、液晶モニタ等の表示装置、プリンター等を含んで構成され、測定部100の測定に関する情報や、判別部53および検証部54の結果等を、表示装置に表示したり、紙媒体に印刷したりする。
The
制御部40の処理部50は、CPU等のプロセッサを含んで構成され、質量分析装置1を制御する動作の主体として機能する。処理部50は、記憶部43等に記憶されたプログラムを実行することにより各種処理を行う。
The
処理部50の装置制御部51は、入力部41から入力された測定条件に関するデータに基づいて、測定部100の動作を制御する。
The
処理部50のマススペクトル作成部52は、検出部30が検出したタンパク質の検出量と、当該タンパク質の飛行時間とを含む測定データから、飛行時間をm/z値に換算し、各m/z値に対応する検出量を示すマススペクトルMSを作成する。
The mass
判別部53は、マススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークを選択する。
The
判別部53は、データベースに基づいて、リボソームタンパク質の第1計算m/z値を算出する。データベースには、タンパク質のアミノ酸配列および遺伝子のDNA配列から選択される少なくともひとつが登録されており、この情報に基に第1計算m/z値が算出される。第1計算m/z値は、翻訳後修飾を考慮して算出されてもよい。翻訳後修飾は好ましくはN末端メチオニン切断である。マススペクトル上に検出されたピークの観測m/z値をリスト化し、第1計算m/z値と照合し、一致した観測m/z値のピークをリボソームタンパク質に帰属させる。
The determining
判別部53は、リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から近似曲線または近似直線を作成する。試料をMALDI-MSで測定した場合には、等モルずつ存在するリボソームタンパク質は、m/z値が大きくなるほど相対強度が小さくなる直線または曲線に近似される。
The
判別部53は、第1計算m/z値によってリボソームタンパク質に帰属されなかった未同定ピークのうち、相対強度が近似曲線または近似直線に近いピークをリボソームタンパク質として選択する。ピークの相対強度が近似曲線または近似直線に近いとは、近似曲線または近似直線の相対強度に対して、ピークの相対強度が50~150%であり、好ましくは60~140%であり、より好ましくは70~130%であり、さらに好ましくは80~120%であり、もっとも好ましくは90~110%であることをいう。
The
検証部54は、選択されたピークを、さらに翻訳後修飾を考慮してリボソームタンパク質に帰属させる。
The
検証部54は、判別部53でリボソームタンパク質として選択されたピークについて、好ましくは翻訳後修飾を考慮した第2計算m/z値を算出する。ここで考慮すべき翻訳後修飾としては、N末端メチオニン切断、アセチル化、メチル化、リン酸化、グリコシル化、酸化、ユビキチン化、SUMO化、脂質修飾およびこれらの組み合わせ等が挙げられる。
The
検証部54は、翻訳後修飾を考慮して算出された第2計算m/z値と、観測m/z値とを照合する。翻訳後修飾を考慮して算出された第2計算m/z値と、観測m/z値とが一致するとき、ピークはリボソームタンパク質であるとより精度よく判別することができる。また、リボソームタンパク質のアミノ酸配列および翻訳後修飾の情報を得ることができる。
The
処理部50は、識別部を有していてもよい。識別部は、リボソームタンパク質と判別されたタンパク質について、データベース上でそのアミノ酸情報を与える生物の種を同定する。アミノ酸配列が求められたリボソームタンパク質が多いほど、同定の精度は向上する。識別部の行う処理は、遠隔に配置されたサーバーで行われてもよい。
The
リボソームタンパク質の判別方法の一例の流れを図2にフローチャートで示す。
まず、試料を測定部100にセットし、質量分析を実行する。ステップS110において、マススペクトル作成部52は、検出部30が取得した信号に基づいて、マススペクトルを作成する。
FIG. 2 shows a flowchart of an example of a method for determining ribosomal proteins.
First, a sample is set in the
ステップS120において、データベースに基づいて、第1計算m/z値を算出する。ステップS130において、算出された第1計算m/z値と、マススペクトル上のピークが示す観測m/z値とを照合し、一致したピークをリボソームタンパク質として帰属させる。 In step S120, a first calculated m/z value is calculated based on the database. In step S130, the first calculated m/z value is compared with the observed m/z value indicated by the peak on the mass spectrum, and the matched peak is assigned as a ribosomal protein.
ステップS140において、リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から近似曲線または近似直線を作成する。ステップS150において、第1計算m/z値によってリボソームタンパク質に帰属されなかった未同定ピークのうち、相対強度が近似曲線または近似直線に近いピークをリボソームタンパク質と推定する。ピークの相対強度が近似曲線または近似直線に近いとは、近似曲線または近似直線の相対強度に対して、ピークの相対強度が50~150%であり、好ましくは60~140%であり、より好ましくは70~130%であり、さらに好ましくは80~120%であり、もっとも好ましくは90~110%であることをいう。ステップS160において、結果を出力部44に表示させる。
In step S140, an approximate curve or an approximate straight line is created from the relative intensities of the peaks assigned to ribosomal proteins. In step S150, among the unidentified peaks that are not assigned to ribosomal proteins by the first calculated m/z value, peaks whose relative intensity is close to an approximate curve or an approximate straight line are estimated to be ribosomal proteins. The expression that the relative intensity of the peak is close to the approximate curve or approximate straight line means that the relative intensity of the peak is 50 to 150%, preferably 60 to 140%, and more preferably 60 to 140% of the relative intensity of the approximate curve or approximate straight line. is 70 to 130%, more preferably 80 to 120%, and most preferably 90 to 110%. In step S160, the results are displayed on the
リボソームタンパク質の判別方法の他の一例の流れを図3にフローチャートで示す。図3では、上述のステップS150の後に、さらにステップS170およびステップS180が行われる。ステップS170において、リボソームタンパク質であると推定されたタンパク質について、翻訳後修飾を考慮した第2計算m/z値を算出する。ステップS180において、翻訳後修飾を考慮した第2計算m/z値と、観測m/z値とを照合する。一致したピークは、リボソームタンパク質であると判別される。ステップS160において、結果を出力部44に表示させる。
FIG. 3 shows a flowchart of another example of the method for determining ribosomal proteins. In FIG. 3, after step S150 described above, step S170 and step S180 are further performed. In step S170, a second calculated m/z value is calculated for the protein estimated to be a ribosomal protein, taking post-translational modification into account. In step S180, the second calculated m/z value in consideration of the post-translation modification is compared with the observed m/z value. Matched peaks are determined to be ribosomal proteins. In step S160, the results are displayed on the
[プログラム]
質量分析装置1の情報処理機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録された、上述したリボソームタンパク質の判別方法および生物種の同定方法の処理およびそれに関連する処理の制御に関するプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行させてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、光ディスク、メモリカード等の可搬型記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバーやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持するものを含んでもよい。また上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせにより実現するものであってもよい。
[program]
A program for realizing the information processing function of the
上述の情報処理機能を実現するためのプログラムとして、質量分析装置1により取得されたマススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークを選択する処理を処理装置に行わせるプログラムが挙げられる。このプログラムによれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを簡便に判別することができる。
As a program for realizing the above-mentioned information processing function, in the mass spectrum acquired by the
プログラムは、選択されたピークを、さらに翻訳後修飾を考慮してリボソームタンパク質に帰属させる処理を処理装置に行わせてもよい。プログラムは、リボソームタンパク質として選択されたピークについて、好ましくは翻訳後修飾を考慮した第2計算m/z値を算出する。ここで考慮すべき翻訳後修飾としては、N末端メチオニン切断、アセチル化、メチル化、リン酸化、グリコシル化、酸化、ユビキチン化、SUMO化、脂質修飾およびこれらの組み合わせ等が挙げられる。第2計算m/z値と観測m/z値とを照合する。このプログラムによれば、リボソームタンパク質の判別精度を向上させることができる。また、リボソームタンパク質のアミノ酸配列および翻訳後修飾の情報を得ることができる。 The program may cause the processing device to perform a process of attributing the selected peak to a ribosomal protein, further taking post-translational modification into account. The program calculates a second calculated m/z value for the peak selected as a ribosomal protein, preferably taking into account post-translational modifications. Post-translational modifications to be considered here include N-terminal methionine cleavage, acetylation, methylation, phosphorylation, glycosylation, oxidation, ubiquitination, SUMOylation, lipid modification, and combinations thereof. Compare the second calculated m/z value and the observed m/z value. According to this program, the accuracy of ribosomal protein discrimination can be improved. Additionally, information on the amino acid sequence and post-translational modification of ribosomal proteins can be obtained.
プログラムは、判別されたリボソームタンパク質に基づいて、リボソームタンパク質のアミノ酸配列情報を与える生物の種を同定する処理を処理装置に行わせてもよい。 The program may cause the processing device to perform a process of identifying the species of the organism that provides the amino acid sequence information of the ribosomal protein, based on the determined ribosomal protein.
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
<実験1>
大腸菌(Escherichia coli NBRC 3301)をLB培地で、30度で8時間培養した。培養した菌体は、超純水を用いて遠心洗浄した後、ジルコニアシリカビーズ(直径0.1mm)を用いて3分間破砕した。ビーズと細胞断片とを遠心分離(遠心条件15000g、5分)して上清を回収し、細胞破砕液とした。細胞破砕液を限外ろ過(Amicon Ultra 0.5mL、NMWL 100KDa、Merck製)し、リボソームを濃縮した溶液を得た。
<
Escherichia coli (NBRC 3301) was cultured in LB medium at 30 degrees for 8 hours. The cultured bacterial cells were centrifugally washed using ultrapure water and then disrupted for 3 minutes using zirconia silica beads (diameter 0.1 mm). The beads and cell fragments were centrifuged (centrifugation conditions: 15,000 g, 5 minutes), and the supernatant was collected, which was used as a cell disruption solution. The cell disruption solution was ultrafiltered (Amicon Ultra 0.5 mL,
この溶液をリボソームタンパク質を含む試料として、MALDI-MSに供した。シナピン酸10mgを1%(v/v)トリフルオロ酢酸を含む50%(v/v)アセトニトリル溶液1mLに溶解して、マトリックス溶液を調製した。容量0.5mLのプラスチックチューブに、マトリックス溶液7μL、内部標準試薬1μLおよび試料1μLを加えて撹拌し、1.0μLをステンレス鋼製の試料プレートに滴下して風乾した。MALDI-MSは、島津製作所AXIMA-Performanceを用い、正イオンリニアーモード(飛行長1.2m)を用いて観測した。 This solution was subjected to MALDI-MS as a sample containing ribosomal proteins. A matrix solution was prepared by dissolving 10 mg of sinapinic acid in 1 mL of 50% (v/v) acetonitrile solution containing 1% (v/v) trifluoroacetic acid. 7 μL of matrix solution, 1 μL of internal standard reagent, and 1 μL of sample were added to a 0.5 mL plastic tube and stirred, and 1.0 μL was dropped onto a stainless steel sample plate and air-dried. MALDI-MS was observed using Shimadzu AXIMA-Performance in positive ion linear mode (flight length 1.2 m).
マススペクトルのキャリブレーションは、ミオグロビンの[M+H]+(m/z 16952.6)と[M+2H]2+(m/z 8476.8)、および副腎皮質刺激ホルモンclip18-39の[M+H]+(m/z 2465.7)の各ピークを用いて内部標準法により行った。次に、内部標準法により暫定的に帰属されたサブユニットタンパク質のピークの中で、比較的高強度かつ正規分布状の明確なピークを選択して、自己キャリブレーション法により、最終的なキャリブレーションを行った。各ピークのm/z値は、3回の繰り返し測定によって求めた。 Mass spectrum calibration was performed using [M+H] + (m/z 16952.6) and [M+2H] 2+ (m/z 8476.8) for myoglobin, and [M+H] + (m /z 2465.7) using the internal standard method. Next, among the subunit protein peaks tentatively assigned by the internal standard method, a clear peak with relatively high intensity and a normal distribution is selected, and the final calibration is performed using the self-calibration method. I did it. The m/z value of each peak was determined by three repeated measurements.
(帰属工程)
マススペクトル上のピークについて、アミノ酸配列から求めた各リボソームタンパク質の[M+H]+イオンの第1計算m/z値に対して、200ppmの誤差範囲内でピークが観測された場合に、そのタンパク質が観測されたものと見なした。各リボソームタンパク質の第1計算m/z値は、Swiss-Plot/TrEMBLからアミノ酸配列を入手し、N末端メチオニン切断のみを考慮して求めた。その結果、27本のピークをリボソームタンパク質として帰属することができた。
(Attribution process)
Regarding the peak on the mass spectrum, if the peak is observed within an error range of 200 ppm with respect to the first calculated m/z value of [M+H] + ion of each ribosomal protein determined from the amino acid sequence, the protein is considered to have been observed. The first calculated m/z value for each ribosomal protein was determined by obtaining the amino acid sequence from Swiss-Plot/TrEMBL and considering only the N-terminal methionine cleavage. As a result, 27 peaks could be assigned as ribosomal proteins.
(推定工程)
図4に、リボソームタンパク質として帰属できたピークおよび帰属できなかったピーク(未同定ピーク)の観測m/z値と、ピークの相対強度とを散布図として示す。各リボソームタンパク質は等モルずつ存在すると考えられるが、リボソームタンパク質として帰属されたピークの相対強度は、マスディスクリミネーション効果により、低質量側で高く、高質量側で低くなっていた。リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から近似曲線を作成し、図4中に破線で示す。近似曲線に近い相対強度を有するピークは、リボソームタンパク質であると推定された。
(Estimation process)
FIG. 4 shows the observed m/z values of peaks that could be assigned as ribosomal proteins and peaks that could not be assigned (unidentified peaks) and the relative intensities of the peaks as a scatter diagram. Although it is thought that each ribosomal protein exists in equal moles, the relative intensity of the peak assigned as a ribosomal protein was high on the low mass side and low on the high mass side due to the mass discrimination effect. An approximate curve was created from the relative intensities of the peaks assigned to ribosomal proteins, and is shown as a broken line in FIG. Peaks with relative intensities close to the fitted curve were presumed to be ribosomal proteins.
(検証工程)
ここで、リボソームタンパク質であると推定されるm/z 9191に観測ピークを有するタンパク質についてさらに検証を行った。まず、m/z 9191にピークを有すると期待されるリボソームタンパク質についてN末端メチオニン切断以外の翻訳後修飾を考慮して第2計算m/z値を算出したが、m/z 9191のピークはリボソームタンパク質に帰属させることができなかった。ここで、文献(V.Ryzhov and C.Fenselau,Anal.Chem.2001,73,746-750)の表1には、m/z 9191に観測されるピークがリボソームタンパク質S16であることが報告されている。S16の2番目のアミノ酸残基はバリン(V)であり、N末端則に従えばN末端メチオニン切断が起こり、第2計算m/z値は[M+H]+=9060.4となる。しかしながら、マススペクトル上のm/z 9060.4に想到するピークは観測されなかった。従って、S16は予想しない翻訳後修飾を受けており、m/z 9060.4にピークが観察される代わりにm/z 9191にピークが観察された可能性が考えられた。S16がN末端メチオニン切断を受けない場合の第2計算m/z値は9191.6である。従って、S16は、例外的にN末端メチオニン切断を受けていないと考えられ、m/z 9191のピークをS16に帰属させることができた。新たにリボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度を図5に示す。
(Verification process)
Here, a protein having an observed peak at m/z 9191, which is presumed to be a ribosomal protein, was further verified. First, a second calculated m/z value was calculated for the ribosomal protein expected to have a peak at m/z 9191, taking into account post-translational modifications other than N-terminal methionine cleavage, but the peak at m/z 9191 Could not be assigned to protein. Here, Table 1 of the literature (V. Ryzhov and C. Fenselau, Anal. Chem. 2001, 73, 746-750) reports that the peak observed at m/z 9191 is ribosomal protein S16. ing. The second amino acid residue of S16 is valine (V), and according to the N-terminal rule, N-terminal methionine cleavage occurs, and the second calculated m/z value is [M+H] + =9060.4. However, no peak corresponding to m/z 9060.4 on the mass spectrum was observed. Therefore, it was considered that S16 had undergone unexpected post-translational modification, and a peak was observed at m/z 9191 instead of the peak observed at m/z 9060.4. The second calculated m/z value if S16 does not undergo N-terminal methionine cleavage is 9191.6. Therefore, S16 was considered to be exceptionally not subjected to N-terminal methionine cleavage, and the peak at m/z 9191 could be assigned to S16. FIG. 5 shows the relative intensities of the peaks newly assigned to ribosomal proteins.
<実験2>
実験2では、菌体として酵母(Saccharomyces cerevisiae)を用いた以外は実験1と同じ方法でリボソームタンパク質の判別を試みた。酵母はYM培地(グルコース10g、ペプトン5g、酵母エキス3g、麦芽エキス3g、蒸留水1L)で、至適温度で8時間培養した。培養した菌体からリボソームを濃縮した試料をMALDI-MSに供した。
<Experiment 2>
In Experiment 2, an attempt was made to identify ribosomal proteins using the same method as in
(帰属工程)
Swiss-Plot/TrEMBLからアミノ酸配列を入手し、N末端メチオニン切断のみを考慮して求めた第1計算m/z値と、観測m/z値とを照合した結果、27本のピークをリボソームタンパク質として帰属することができた。
(Attribution process)
As a result of obtaining the amino acid sequence from Swiss-Plot/TrEMBL and comparing the first calculated m/z value obtained by considering only the N-terminal methionine cleavage with the observed m/z value, 27 peaks were identified as ribosomal proteins. could be attributed as such.
(推定工程)
図6に、リボソームタンパク質として帰属できたピークおよび帰属できなかったピーク(未同定ピーク)の観測m/z値と、ピークの相対強度とを散布図として示す。各リボソームタンパク質は等モルずつ存在すると考えられるが、リボソームタンパク質として帰属されたピークの相対強度は、マスディスクリミネーション効果により、低質量側で高く、高質量側で低くなっていた。リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から近似曲線を作成し、図6中に破線で示す。近似曲線に近い相対強度を有するピークは、リボソームタンパク質であると推定された。
(Estimation process)
FIG. 6 shows the observed m/z values of peaks that could be assigned as ribosomal proteins and peaks that could not be assigned (unidentified peaks) and the relative intensities of the peaks as a scatter diagram. Although it is thought that each ribosomal protein exists in equal moles, the relative intensity of the peak assigned as a ribosomal protein was high on the low mass side and low on the high mass side due to the mass discrimination effect. An approximate curve was created from the relative intensities of the peaks assigned to ribosomal proteins, and is shown as a broken line in FIG. Peaks with relative intensities close to the fitted curve were presumed to be ribosomal proteins.
(検証工程)
リボソームタンパク質であると推定される、近似曲線に近い相対強度を有するピークについて、さらに検証を行った。酵母のリボソームタンパク質は、N末端メチオニン切断以外にアセチル化の翻訳後修飾を受けることが知られている。そこで、リボソームタンパク質であると推定されたピークについて、N末端メチオニン切断とアセチル化とを考慮して第2計算m/z値を算出し、観測m/z値と照合したところ、9本のピークをリボソームタンパク質として新たに帰属させることができた。新たにリボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度を図7に示す。
(Verification process)
Further verification was performed on peaks with relative intensities close to the approximate curve, which are presumed to be ribosomal proteins. It is known that yeast ribosomal proteins undergo post-translational modification such as acetylation in addition to N-terminal methionine cleavage. Therefore, for the peaks estimated to be ribosomal proteins, a second calculated m/z value was calculated taking into account N-terminal methionine cleavage and acetylation, and when compared with the observed m/z values, nine peaks were found. was newly assigned as a ribosomal protein. FIG. 7 shows the relative intensities of the peaks newly assigned to ribosomal proteins.
<実験3>
実験3では、菌体としてカビ(Aspergillus Kawachi)の菌糸を用いた以外は実験1と同じ方法でリボソームタンパク質の判別を試みた。カビはポテトデキストロース培地で、至適温度で8時間培養した。培養した菌体からリボソームを濃縮した試料をMALDI-MSに供した。
<Experiment 3>
In Experiment 3, an attempt was made to identify ribosomal proteins using the same method as in
(帰属工程)
Swiss-Plot/TrEMBLからアミノ酸配列を入手し、N末端メチオニン切断のみを考慮して求めた第1計算m/z値と、観測m/z値とを照合した結果、16本のピークをリボソームタンパク質として帰属することができた。
(Attribution process)
As a result of obtaining the amino acid sequence from Swiss-Plot/TrEMBL and comparing the first calculated m/z value obtained by considering only the N-terminal methionine cleavage with the observed m/z value, 16 peaks were identified as ribosomal proteins. could be attributed as such.
(推定工程)
図8に、リボソームタンパク質として帰属できたピークおよび帰属できなかったピーク(未同定ピーク)の観測m/z値と、ピークの相対強度とを散布図として示す。各リボソームタンパク質は等モルずつ存在すると考えられるが、リボソームタンパク質として帰属されたピークの相対強度は、マスディスクリミネーション効果により、低質量側で高く、高質量側で低くなっていた。リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から近似曲線を作成し、図8中に破線で示す。近似曲線に近い相対強度を有するピークは、リボソームタンパク質であると推定された。
(Estimation process)
FIG. 8 shows the observed m/z values of peaks that could be assigned as ribosomal proteins and peaks that could not be assigned (unidentified peaks) and the relative intensities of the peaks as a scatter diagram. Although it is thought that each ribosomal protein exists in equal moles, the relative intensity of the peak assigned as a ribosomal protein was high on the low mass side and low on the high mass side due to the mass discrimination effect. An approximate curve was created from the relative intensities of the peaks assigned to ribosomal proteins, and is shown as a broken line in FIG. Peaks with relative intensities close to the fitted curve were presumed to be ribosomal proteins.
(検証工程)
リボソームタンパク質であると推定される、近似曲線に近い相対強度を有するピークについて、さらに検証を行った。カビのリボソームタンパク質は、N末端メチオニン切断以外にアセチル化およびメチル化の翻訳後修飾を受けることが知られている。そこで、リボソームタンパク質であると推定されたピークについて、N末端メチオニン切断とアセチル化とを考慮して第2計算m/z値を算出し、観測m/z値と照合したところ、8本のピークをリボソームタンパク質として新たに帰属させることができた。新たにリボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度を図9に示す。
(Verification process)
Further verification was performed on peaks with relative intensities close to the approximate curve, which are presumed to be ribosomal proteins. It is known that fungal ribosomal proteins undergo post-translational modifications such as acetylation and methylation in addition to N-terminal methionine cleavage. Therefore, for the peaks estimated to be ribosomal proteins, a second calculated m/z value was calculated taking into account N-terminal methionine cleavage and acetylation, and when compared with the observed m/z values, eight peaks were found. was newly assigned as a ribosomal protein. FIG. 9 shows the relative intensities of the peaks newly assigned to ribosomal proteins.
[様態]
上述した複数の例示的な実施形態および実施例は、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。
[Modern]
It will be appreciated by those skilled in the art that the exemplary embodiments and examples described above are specific examples of the following aspects.
(第1項)
一態様に係るリボソームタンパク質の判別方法は、リボソームタンパク質を含む試料を質量分析して検出されたマススペクトル上のピークが示す観測m/z値と、データベースに基づく第1計算m/z値とを照合し、前記検出されたピークの少なくとも一部をリボソームタンパク質に帰属させる帰属工程と、前記リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から得られる近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークに対応するタンパク質をリボソームタンパク質であると推定する推定工程と、を含む。
(Section 1)
A ribosomal protein discrimination method according to one aspect includes an observed m/z value indicated by a peak on a mass spectrum detected by mass spectrometry of a sample containing a ribosomal protein, and a first calculated m/z value based on a database. an attribution step of attributing at least a part of the detected peak to a ribosomal protein, and an approximated curve or an approximated straight line obtained from the relative intensities of the peaks assigned to the ribosomal protein, and the relative intensity is 50 to and an estimating step of estimating that a protein corresponding to a peak of 150% is a ribosomal protein.
第1項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。
According to the method for determining ribosomal proteins described in
(第2項)
第1項に記載のリボソームタンパク質の判別方法において、前記第1計算m/z値は、翻訳後修飾を考慮して算出される。
(Section 2)
In the ribosomal protein discrimination method according to
第2項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、観測m/z値と第1計算m/z値とを一致させやすくなり、マススペクトル上に検出されたピークのうち、リボソームタンパク質に帰属されるピーク数を増やすことができる。 According to the ribosomal protein discrimination method described in Section 2, it becomes easier to match the observed m/z value and the first calculated m/z value, and among the peaks detected on the mass spectrum, it is possible to identify which peaks are attributed to ribosomal proteins. The number of peaks detected can be increased.
(第3項)
第2項に記載のリボソームタンパク質の判別方法において、前記翻訳後修飾は、N末端メチオニン切断である。
(Section 3)
In the method for determining ribosomal proteins according to item 2, the post-translational modification is N-terminal methionine cleavage.
リボソームタンパク質の多くは、N末端メチオニン切断の翻訳後修飾を受けるため、第3項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、観測m/z値と第1計算m/z値とを一致させやすくなり、マススペクトル上に検出されたピークのうち、リボソームタンパク質に帰属されるピーク数を増やすことができる。 Since many ribosomal proteins undergo post-translational modification such as N-terminal methionine cleavage, according to the ribosomal protein discrimination method described in Section 3, the observed m/z value and the first calculated m/z value are matched. Among the peaks detected on the mass spectrum, the number of peaks attributed to ribosomal proteins can be increased.
(第4項)
第1項~第3項に記載のリボソームタンパク質の判別方法において、前記質量分析は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析である。
(Section 4)
In the method for determining ribosomal proteins according to
第4項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、試料からリボソームタンパク質のピークが検出されやすく、また、観測m/z値と第1計算m/z値との誤差を小さくすることができる。 According to the ribosomal protein discrimination method described in Section 4, the ribosomal protein peak can be easily detected from the sample, and the error between the observed m/z value and the first calculated m/z value can be reduced. .
(第5項)
第1項~第4項に記載のリボソームタンパク質の判別方法において、前記試料は、真核生物由来である。
(Section 5)
In the method for determining ribosomal proteins described in
第5項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、複雑な翻訳後修飾が行われていることが多い真核生物由来のタンパク質であっても、リボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。 According to the method for determining ribosomal proteins described in Section 5, it is possible to easily determine whether or not proteins derived from eukaryotes, which often undergo complex post-translational modifications, are ribosomal proteins. be able to.
(第6項)
第1項~第5項に記載のリボソームタンパク質の判別方法において、前記試料は、リボソームタンパク質を分画した画分である。
(Section 6)
In the method for determining ribosomal proteins described in
第6項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、試料に含まれるリボソームタンパク質の割合が増加するため、リボソームタンパク質をより精度よく判別することができる。 According to the ribosomal protein discrimination method described in Section 6, the proportion of ribosomal proteins contained in a sample increases, so that ribosomal proteins can be discriminated with higher accuracy.
(第7項)
第1項~第6項に記載のリボソームタンパク質の判別方法において、前記リボソームタンパク質であると推定されたタンパク質について、翻訳後修飾を考慮した第2計算m/z値を算出し、前記観測m/z値と照合する検証工程をさらに含む。
(Section 7)
In the ribosomal protein discrimination method described in
第7項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、リボソームタンパク質の判別精度を向上させることができる。また、リボソームタンパク質のアミノ酸配列および翻訳後修飾の情報を得ることができる。 According to the ribosomal protein discrimination method described in Section 7, the accuracy of ribosomal protein discrimination can be improved. Additionally, information on the amino acid sequence and post-translational modification of ribosomal proteins can be obtained.
(第8項)
一態様に係る生物種の同定方法は、第1項~第7項に記載のリボソームタンパク質の判別方法を用いてリボソームタンパク質を判別し、前記リボソームタンパク質のアミノ酸配列情報を与える生物の種を同定する。
(Section 8)
A biological species identification method according to one aspect includes determining a ribosomal protein using the ribosomal protein determination method described in
第8項に記載のリボソームタンパク質の判別方法によれば、生物種をより簡便かつ正確に同定することができる。
According to the ribosomal protein discrimination method described in
(第9項)
第8項に記載の生物種の同定方法において、前記生物は微生物である。
(Section 9)
In the method for identifying biological species according to
第9項に記載の生物種の同定方法は、微生物の種を同定するのに好適である。 The biological species identification method described in Section 9 is suitable for identifying microbial species.
(第10項)
一態様に係る質量分析装置は、m/z値に基づいてイオンを分離する質量分離部と、前記質量分離部で分離されたイオンを検出する検出部と、前記検出部が検出したイオンに基づいてマススペクトルを作成するマススペクトル作成部と、前記マススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、前記ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、前記近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークを選択する判別部と、を備える。
(Section 10)
A mass spectrometer according to one embodiment includes a mass separation section that separates ions based on m/z values, a detection section that detects ions separated by the mass separation section, and a detection section that detects ions based on the ions detected by the detection section. a mass spectrum creation unit that creates a mass spectrum based on the mass spectrum; and a mass spectrum creation unit that determines a peak attributed to a ribosomal protein based on a database in the mass spectrum, creates an approximate curve or an approximate straight line of the relative intensity of the peak, and creates an approximate curve or an approximate straight line of the relative intensity of the peak; Alternatively, a discriminator is provided that selects a peak having a relative intensity of 50 to 150% with respect to the approximate straight line.
第10項に記載の質量分析装置によれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかを容易に判別することができる。
According to the mass spectrometer described in
(第11項)
第10項に記載の質量分析装置において、前記選択されたピークを、さらに翻訳後修飾を考慮してリボソームタンパク質に帰属させる検証部を備える。
(Section 11)
The mass spectrometer according to
第11項に記載の質量分析装置によれば、リボソームタンパク質の判別精度を向上させることができる。また、リボソームタンパク質のアミノ酸配列および翻訳後修飾の情報を得ることができる。 According to the mass spectrometer described in Section 11, the accuracy of ribosomal protein discrimination can be improved. Additionally, information on the amino acid sequence and post-translational modification of ribosomal proteins can be obtained.
(第12項)
一態様に係るプログラムは、質量分析装置により取得されたマススペクトルにおいて、データベースに基づいてリボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、前記ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、前記近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークを選択する処理を処理装置に行わせる。
(Section 12)
The program according to one embodiment determines a peak attributed to a ribosomal protein based on a database in a mass spectrum obtained by a mass spectrometer, creates an approximate curve or an approximate straight line of the relative intensity of the peak, and A processing device is caused to select a peak having a relative intensity of 50 to 150% with respect to a curve or an approximate straight line.
第12項に記載のプログラムによれば、質量分析によってマススペクトル上にピークで示されたタンパク質がリボソームタンパク質であるかどうかをより簡便に判別することができる。 According to the program described in Section 12, it is possible to more easily determine whether a protein indicated by a peak on a mass spectrum is a ribosomal protein by mass spectrometry.
(第13項)
第12項に記載のプログラムにおいて、前記選択されたピークを、さらに翻訳後修飾を考慮してリボソームタンパク質に帰属させる処理を処理装置に行わせる。
(Section 13)
In the program described in item 12, the processing device causes the processing device to perform a process of attributing the selected peak to a ribosomal protein, further taking post-translational modification into account.
第13項に記載のプログラムによれば、リボソームタンパク質の判別精度を向上させることができる。また、リボソームタンパク質のアミノ酸配列および翻訳後修飾の情報を得ることができる。 According to the program described in Section 13, the accuracy of ribosomal protein discrimination can be improved. Additionally, information on the amino acid sequence and post-translational modification of ribosomal proteins can be obtained.
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the above description, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.
1 質量分析装置、10 イオン化部、21 イオン加速部、22 質量分離部、30 検出部、40 制御部、50 処理部、51 装置制御部、 52 マススペクトル作成部、53 判別部、54 検証部、100 測定部、S タンパク質イオン。 1 Mass spectrometer, 10 Ionization unit, 21 Ion acceleration unit, 22 Mass separation unit, 30 Detection unit, 40 Control unit, 50 Processing unit, 51 Device control unit, 52 Mass spectrum creation unit, 53 Discrimination unit, 54 Verification unit, 100 Measurement part, S protein ion.
Claims (14)
前記リボソームタンパク質に帰属されたピークの相対強度から得られる近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークに対応するタンパク質をリボソームタンパク質であると推定する推定工程と、
を含む、リボソームタンパク質の判別方法。 The observed m/z value of a peak on a mass spectrum detected by mass spectrometry of a sample containing a ribosomal protein and at least one selected from the amino acid sequence of the protein and the DNA sequence of the gene are obtained from a database that is registered. an attribution step of attributing at least a part of the detected peak to the ribosomal protein by comparing the value of the mass of the ribosomal protein calculated from the amino acid sequence or DNA sequence obtained ;
an estimation step of estimating that a protein corresponding to a peak with a relative intensity of 50 to 150% is a ribosomal protein with respect to an approximate curve or an approximate straight line obtained from the relative intensity of the peak attributed to the ribosomal protein;
A method for identifying ribosomal proteins, including
前記質量分離部で分離されたイオンを検出する検出部と、
前記検出部が検出したイオンに基づいてマススペクトルを作成するマススペクトル作成部と、
前記マススペクトル上のピークが示す観測m/z値と、タンパク質のアミノ酸配列および遺伝子のDNA配列から選択される少なくともひとつが登録されるデータベースから取得されたアミノ酸配列またはDNA配列から算出されるリボソームタンパク質の質量の値とを照合して、リボソームタンパク質に帰属されるピークを決定し、前記ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、前記近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークを選択する判別部と、
を備える質量分析装置。 a mass separation unit that separates ions derived from a sample containing ribosomal proteins based on m/z values;
a detection unit that detects ions separated by the mass separation unit;
a mass spectrum creation unit that creates a mass spectrum based on the ions detected by the detection unit;
Ribosomal protein calculated from the observed m/z value indicated by the peak on the mass spectrum and the amino acid sequence or DNA sequence obtained from a database in which at least one selected from the amino acid sequence of the protein and the DNA sequence of the gene is registered. The peak attributed to the ribosomal protein is determined by comparing it with the mass value of a discriminator that selects a peak that is ~150%;
A mass spectrometer equipped with.
前記ピークの相対強度の近似曲線または近似直線を作成し、前記近似曲線または近似直線に対して、相対強度が50~150%であるピークを選択する処理を処理装置に行わせるプログラム。 Based on the observed m/z value indicated by the peak on the mass spectrum obtained by separating ions from a sample containing ribosomal proteins based on the m/z value using a mass spectrometer, and the amino acid sequence of the protein and the DNA sequence of the gene. Determining the peak attributed to the ribosomal protein by comparing it with the value of the mass of the ribosomal protein calculated from the amino acid sequence or DNA sequence obtained from the database in which at least one selected one is registered ,
A program that causes a processing device to perform a process of creating an approximate curve or an approximate straight line of the relative intensity of the peak, and selecting a peak whose relative intensity is 50 to 150% with respect to the approximate curve or the approximate straight line.
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