JP7444386B2 - Method for isolating and analyzing microvesicles from human urine - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 2019年4月30日、https://www.biorxiv.org/content/10.1101/623553v1Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act April 30, 2019, https://www. biorxiv. org/content/10.1101/623553v1
本発明は、ヒト尿中に存在するマイクロベシクルを効率的に分離及び分析する方法に関する。 The present invention relates to a method for efficiently separating and analyzing microvesicles present in human urine.
細胞から離出分離する微小膜画分として、エクソソーム(直径0.03~0.1μm)、マイクロベシクル(直径0.1~1μm)等が知られており、これらはそれぞれ異なるメカニズムで分泌され、正常条件下および病的条件下のいずれにおいても数多くの異なる細胞タイプから分泌されることが報告されている(非特許文献1)。 Exosomes (0.03 to 0.1 μm in diameter) and microvesicles (0.1 to 1 μm in diameter) are known as micromembrane fractions that separate from cells, and these are secreted by different mechanisms. It has been reported that it is secreted by many different cell types under both normal and pathological conditions (Non-Patent Document 1).
これらの微小膜画分はヒト体液中(血液、尿、髄液、他)に含まれるが、これらの微小膜画分が含有する内容物は、細胞や組織間相互作用におけるシグナル伝達機能において重要な役割を担うと考えられている。そして一方で、これらの微小膜画分は、非侵襲的な診断材料であるリキッドバイオプシとして罹患状態や疾病の有無を判別に用いられ得ることが期待されている(特許文献1、特許文献2、非特許文献2、非特許文献3)。 These micromembrane fractions are included in human body fluids (blood, urine, cerebrospinal fluid, etc.), and the contents contained in these micromembrane fractions are important in signal transduction functions in interactions between cells and tissues. It is believed that this role plays a role. On the other hand, it is expected that these micromembrane fractions can be used as liquid biopsy, which is a non-invasive diagnostic material, to determine the presence or absence of morbidity and disease (Patent Document 1, Patent Document 2, Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 3).
リキッドバイオプシとして使用される生体材料には、遊離核酸、微小膜画分、血中循環腫瘍細胞(circulating tumor cells:CTC)等が挙げられる。微小膜画分は、(I)エクソソーム(exosome):直径30~100nmの膜性小胞、(II)エクトソーム(ectosome)(マイクロベシクル(microvesicles)、シェディング・マイクロベシクル(SMVs:shedding microvesicles)ともいう):原形質膜(plasma membrane)から直接放出される、直径100~1,000nmの大きい膜性小胞、(III)アポトーシス性水疱(apoptotic blebs):死んで行く細胞から放出される直径50~5,000nmの小胞、を含む。 Biomaterials used as liquid biopsies include free nucleic acids, micromembrane fractions, circulating tumor cells (CTC), and the like. The micromembrane fraction is divided into (I) exosomes: membranous vesicles with a diameter of 30 to 100 nm, and (II) ectosomes (also referred to as microvesicles and shedding microvesicles (SMVs)). (iii) Apoptotic blebs: large membranous vesicles with a diameter of 100 to 1,000 nm that are released directly from the plasma membrane; (III) apoptotic blebs: large membranous vesicles with a diameter of 50 nm that are released from dying cells ~5,000 nm vesicles.
近年、これら微小膜画分の臨床的価値が注目されている。エクソソームにおいては臨床応用が進められており、小胞内のポリヌクレオチドを利用した乳がん診断方法が開発されている(特許文献3)。しかしながら、従来のエクソソームを使用した診断方法は、1個1個のキャラクタライズが困難でどういった組織や細胞に由来しているのかが簡便には判別しづらいという問題点がある。 In recent years, the clinical value of these micromembrane fractions has attracted attention. Clinical application of exosomes is progressing, and a method for diagnosing breast cancer using polynucleotides within vesicles has been developed (Patent Document 3). However, conventional diagnostic methods using exosomes have the problem that it is difficult to characterize each individual exosome and it is difficult to easily determine what tissue or cell it originates from.
マイクロベシクルは腫瘍の浸潤に極めて重要な役割を担っていることが知られており(非特許文献4)、尿中に存在するマイクロベシクルは糖尿病性腎症などへの疾患への関与が報告されている(非特許文献5)ことからも、その臨床的有用性が期待されている。マイクロベシクルは、CTCなどと比べてヒト体液中に多量に含まれること、腫瘍の浸潤に極めて重要な役割を担っていること(非特許文献4)や、血液中に存在するマイクロベシクルは生理的な血液凝固の因子であると同時に敗血症などへの疾患への関与が報告されている(非特許文献1)ことから、臨床検査材料としての有効利用が期待されているものの、未だ実現には至っていない。 Microvesicles are known to play an extremely important role in tumor invasion (Non-Patent Document 4), and microvesicles present in urine have been reported to be involved in diseases such as diabetic nephropathy. (Non-Patent Document 5), its clinical usefulness is expected. Microvesicles are found in large amounts in human body fluids compared to CTCs, play an extremely important role in tumor invasion (Non-Patent Document 4), and microvesicles present in blood have physiological effects. It has been reported that it is a major blood coagulation factor and is also involved in diseases such as sepsis (Non-Patent Document 1), so it is expected that it will be used effectively as a clinical test material, but it has not yet been realized. not present.
エクソソームとマイクロベシクルはその生成プロセスが異なり、別々の微小膜画分として定義されているものの、これまでの観測法では大きさやそれらを特徴づける膜に存在する表面抗原が非常に近接、類似しており、これらを厳密に区別して分離し観測することができなかった。例えば、特許文献1や特許文献2ではエクソソーム及びマイクロベシクルを両方含む形での分離方法及び分析方法について記述されており、両者の区別は不明瞭である。 Although exosomes and microvesicles have different production processes and are defined as separate micromembrane fractions, conventional observation methods show that their sizes and the surface antigens present on the membranes that characterize them are very close and similar. Therefore, it was not possible to strictly distinguish and separate and observe these. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 describe separation methods and analysis methods that include both exosomes and microvesicles, and the distinction between the two is unclear.
また、一般的に、体液中に存在する微小膜画分は、全身の臓器、組織、またはそれらを構成する各細胞に由来するため、診断や検査応用に価値を見出すには、特定の疾患にマッチングした特定の臓器、組織や細胞にフォーカスした微小膜画分の観測が必要とされている。従って、観測する微小膜画分がどういった臓器、組織や細胞に由来するかを簡便にカテゴライズする分析法が確立できれば、微小膜画分の臨床的有用性は更に高まると考えられる。 In addition, the micromembrane fraction present in body fluids is generally derived from organs and tissues throughout the body, or the cells that make them up, so in order to find value in diagnostic and testing applications, it is necessary to Observation of micromembrane fractions focused on specific matched organs, tissues, and cells is required. Therefore, the clinical usefulness of micromembrane fractions would be further enhanced if an analytical method could be established to easily categorize the organ, tissue, or cell from which the observed micromembrane fractions originate.
特に尿中においてもエクソソーム他、微小膜画分の存在は確認されており、これを抽出する方法や検出法についての知見がある。尿中にはTamm-Horsfall protein(uromodulin)(以下THPと略)が多量に含有され、これらは高分子ポリマーを形成することが知られている。これらの高分子ポリマーと微小膜画分を分別するために還元処理にて高分子ポリマーをあらかじめ分解したのちにエクソソームを抽出する手法などが考慮されている(非特許文献6)。 In particular, the presence of micromembrane fractions such as exosomes has been confirmed in urine, and there is knowledge about methods for extracting and detecting them. Urine contains a large amount of Tamm-Horsfall protein (uromodulin) (hereinafter abbreviated as THP), and it is known that these proteins form high molecular weight polymers. In order to separate these high molecular weight polymers and the micromembrane fraction, a method is being considered in which the high molecular weight polymers are previously decomposed by reduction treatment and then the exosomes are extracted (Non-Patent Document 6).
このように、マイクロベシクルを臨床検査材料等として有効利用するためには、エクソソームと区別して分離することに加えて、由来する臓器、組織や細胞を区別できる分離法及び分析法が必要である。 As described above, in order to effectively utilize microvesicles as clinical test materials, it is necessary to separate them from exosomes and to use separation and analysis methods that can distinguish the organs, tissues, and cells from which they originate.
上述したように、マイクロベシクルはリキッドバイオプシとして有効な臨床検査材料になりえると考えられるが、エクソソームとマイクロベシクルを明確に区別して分離することは非常に困難である上に、尿中に存在するマイクロベシクルは様々な細胞や組織に由来するマイクロベシクルが混在しており、尿中マイクロベシクル全体を抽出してリキッドバイオプシとして使用(例えば核酸などを抽出)しても、疾患部位の特定や診断目的にマッチした結果は獲得しがたいと考えられる。 As mentioned above, microvesicles are considered to be an effective clinical test material in the form of liquid biopsies, but it is extremely difficult to clearly distinguish and separate exosomes from microvesicles, and they are present in urine. Microvesicles are a mixture of microvesicles derived from various cells and tissues, and even if the entire urinary microvesicles are extracted and used as a liquid biopsy (for example, to extract nucleic acids, etc.), it will not be possible to identify disease sites or for diagnostic purposes. It is thought that it is difficult to obtain a result that matches.
そこで、特に尿中のマイクロベシクル(直径0.1~1μm)に注目し、これらを簡便にキャラクタライズし1個1個のマイクロベシクルがどういった細胞に由来するかを観測でき、また、これまで不明瞭であったエクソソームとマイクロベシクルとを区別して分離し、また観測するマイクロベシクルが由来する細胞や組織、臓器を明確にする方法を構築することを、本発明の課題とする。 Therefore, we focused on microvesicles (diameter 0.1 to 1 μm) in urine, and it is possible to easily characterize them and observe what kind of cells each microvesicle originates from. The purpose of the present invention is to construct a method for distinguishing and separating exosomes and microvesicles, which have been unclear until now, and also clarifying the cells, tissues, and organs from which the observed microvesicles originate.
そのためには、尿に含まれるマイクロベシクルを効率よく濃縮することが必要である。このことに加えて、本発明者は、尿中に存在するTHPポリマーが分子サイズとしてマイクロベシクルと近接するだけでなく、THPポリマーはIgGとも相互作用し、尿由来のマイクロベシクルに免疫化学的なキャラクタライズ方法を実施する際に問題となることから、THPポリマーを除去する必要があることを見出した。尿中のマイクロベシクルを効率よく濃縮したうえでTHPポリマーを除去することで、マイクロベシクルをサイズ分画し、更にその膜表面に存在するタンパク質にてキャラクタライズ分析することで1個1個のマイクロベシクルが由来する細胞や組織、臓器を推定できる測定系の構築が可能となる。
なお、本明細書において、分離とは、分画、検出などと同義で用いるものとする。
For this purpose, it is necessary to efficiently concentrate microvesicles contained in urine. In addition to this, the present inventors have discovered that THP polymers present in urine are not only in close proximity to microvesicles in terms of molecular size, but also that THP polymers also interact with IgG, leading to immunochemical effects on urine-derived microvesicles. It has been found that it is necessary to remove the THP polymer as it causes problems when carrying out the characterization method. By efficiently concentrating microvesicles in urine and removing the THP polymer, we can size-fractionate the microvesicles and further characterize and analyze the proteins present on the membrane surface. It becomes possible to construct a measurement system that can estimate the cells, tissues, and organs from which vesicles originate.
In addition, in this specification, separation shall be used synonymously with fractionation, detection, etc.
本発明者らは、前記の問題点を解決すべく鋭意検討した結果、尿からマイクロベシクルを遠心操作により濃縮し、還元処理にてTHPポリマーを分解除去する工程、フローサイトメーターを使用し、直径約0.1~1μmの画分に集約させて観測する工程、さらに観測像から残存するTHPポリマーを除去する工程、そしてマイクロベシクルが由来する細胞に特異的な表面抗原にてマイクロベシクルをキャラクタライズする工程により、1個1個のマイクロベシクルがどういった臓器、組織やそれを構成する細胞から放出されて尿中に存在していたのかを精度よく観測できることを見出した。本発明はこの知見に基づいて、尿中のマイクロベシクルを個々にキャラクタライズしうる測定法を完成させたものである。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have developed a process of concentrating microvesicles from urine by centrifugation, decomposing and removing THP polymers by reduction treatment, using a flow cytometer, and A step of collecting and observing a fraction of approximately 0.1 to 1 μm, a step of removing remaining THP polymer from the observed image, and a step of characterizing the microvesicles using surface antigens specific to the cells from which the microvesicles are derived. The researchers discovered that by using this process, it is possible to accurately observe which organs, tissues, and constituent cells each microvesicle was released from and present in urine. Based on this knowledge, the present invention has completed a measurement method that can individually characterize microvesicles in urine.
すなわち、本発明は、以下を提供する:
[1]尿検体中のマイクロベシクルを分離する方法であって、以下の工程を含む方法;
(工程1)採取された尿検体を、低速遠心分離し、細胞画分やデブリスを除去する工程、
(工程2)前記工程1で得られた上清を高速遠心して、マイクロベシクル画分を沈殿させる工程、
(工程3)前記工程2で得られた沈殿画分に還元剤を加える工程、
(工程4)前記工程3で得られた試料を高速遠心して、マイクロベシクル画分を濃縮するとともに還元剤を除去する工程、
(工程5)前記工程4で得られた尿検体処理物に、(1)染色試薬と(2)標識したIgGとを、この順に、若しくは逆の順に、又は同時に添加する工程、
(工程6)前記工程5で得られた反応物をフローサイトメーターの測定に供する工程、
[2]フローサイトメーターの測定において、以下の工程を含む、[1]の方法;
(工程A)取得したデータを解析し、(1)凝集したマイクロベシクルと、(2)標識したIgGに反応する粒子群とを、この順に、若しくは逆の順に、又は同時に観測像から除外する工程、
(工程B)由来する細胞のマイクロベシクル集団への分別、キャラクタライズを行う工程、
[3]還元剤が、1,4-ジチオトレイトール、トリス(2-カルボキシエチル)ホスフィン塩酸塩のいずれかから選択される、[1]又は[2]の方法、
[4]フローサイトメーターの測定における観測域が1μm以下、又は200nm以上1μm以下のいずれかである、[1]~[3]のいずれかの方法、
[5]フローサイトメーターの観測域に所望の直径の粒子群を収束させるためにフローサイトメーターのパラメータを設定する工程を実施する、[1]~[4]のいずれかの方法、
[6]粒径が0.22~1.35μmである、ポリスチレンビーズを使用して観測域における粒子径を推定する、[1]~[5]のいずれかの方法、
[7]分離されるマイクロベシクルの直径が1μm以下である、[1]~[6]のいずれかの方法、
[8]分離されたマイクロベシクルが、表4に記載の蛋白質を含む、[1]~[7]のいずれかの方法、
[9][1]~[8]のいずれかの方法によって得られた画分を使用して、尿に由来するマイクロベシクルに特異的に含まれる物質を探索する方法、
[10][1]~[9]のいずれかの方法によって得られた画分を使用して、対象における疾患、薬剤投与効果または他の医学的状態の検出を助ける方法
に関する。
That is, the present invention provides:
[1] A method for separating microvesicles in a urine specimen, which includes the following steps;
(Step 1) A step of centrifuging the collected urine sample at low speed to remove cell fractions and debris,
(Step 2) high-speed centrifugation of the supernatant obtained in Step 1 to precipitate the microvesicle fraction;
(Step 3) Adding a reducing agent to the precipitated fraction obtained in Step 2,
(Step 4) high-speed centrifugation of the sample obtained in Step 3 to concentrate the microvesicle fraction and remove the reducing agent;
(Step 5) Adding (1) a staining reagent and (2) labeled IgG to the urine sample processed product obtained in Step 4 in this order, in the reverse order, or at the same time;
(Step 6) a step of subjecting the reaction product obtained in step 5 to measurement with a flow cytometer;
[2] The method of [1], which includes the following steps in flow cytometer measurement;
(Step A) A step of analyzing the acquired data and excluding (1) aggregated microvesicles and (2) particles that react with labeled IgG from the observed image in this order, in the reverse order, or at the same time. ,
(Step B) A step of sorting and characterizing the derived cells into microvesicle populations,
[3] The method of [1] or [2], wherein the reducing agent is selected from 1,4-dithiothreitol and tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride;
[4] Any method of [1] to [3], wherein the observation range in flow cytometer measurement is either 1 μm or less, or 200 nm or more and 1 μm or less,
[5] The method of any one of [1] to [4], which includes the step of setting parameters of the flow cytometer in order to converge particles of a desired diameter in the observation area of the flow cytometer;
[6] Any method of [1] to [5], which uses polystyrene beads with a particle size of 0.22 to 1.35 μm to estimate the particle size in the observation area;
[7] Any method of [1] to [6], wherein the diameter of the microvesicles to be separated is 1 μm or less,
[8] The method of any one of [1] to [7], wherein the isolated microvesicles contain the proteins listed in Table 4;
[9] A method of searching for substances specifically contained in microvesicles derived from urine using the fraction obtained by any of the methods of [1] to [8],
[10] It relates to a method of assisting in the detection of a disease, drug administration effect, or other medical condition in a subject using the fraction obtained by any of the methods of [1] to [9].
本発明により、尿中に存在するマイクロベシクルを簡便に且つ特異的に分離、観測することができ、さらに膜に存在する表面抗原を用いて個々のマイクロベシクルをキャラクタライズ(どういった細胞や組織、臓器に由来するのか)することができる。その結果、特定の疾患にマッチングした特定の臓器、組織や細胞にフォーカスした診断や検査応用が可能な検査としての価値の向上が期待される。また、本発明により得られた画分を使用して分析することで、対象における疾患、薬剤投与効果または他の医学的状態を推定することが可能となる。 According to the present invention, microvesicles present in urine can be easily and specifically separated and observed, and furthermore, individual microvesicles can be characterized using surface antigens present on the membrane (what kind of cells and tissues are present). , whether it originates from an organ). As a result, it is expected that the value of the test will improve as a test that can be used for diagnosis and testing that focuses on specific organs, tissues, and cells that match specific diseases. Furthermore, by analyzing the fractions obtained according to the present invention, it becomes possible to estimate diseases, drug administration effects, or other medical conditions in a subject.
以下において、本発明の実施形態について詳細に説明するが、利用方法の態様についてはこれに限定されるものではない。 Although embodiments of the present invention will be described in detail below, the usage method is not limited thereto.
本発明は、ヒト尿中のマイクロベシクルの分離方法及び分析方法である。大別すると、ヒト尿において夾雑物を除去しマイクロベシクルを濃縮する工程と、尿マイクロベシクルに特化した観測条件を設定したフローサイトメーターによる工程とを含む。本明細書において、前処理は濃縮や回収の意味を含むものとし、濃縮と回収はほぼ同義の語として用いられることがある。 The present invention is a method for separating and analyzing microvesicles in human urine. Broadly speaking, it includes the process of removing impurities and concentrating microvesicles in human urine, and the process of using a flow cytometer with observation conditions specific to urine microvesicles. In this specification, pretreatment includes the meaning of concentration and recovery, and concentration and recovery are sometimes used as almost synonymous terms.
本明細書において尿とは、採取された尿をそのまま使用してもよいし、水、酸性溶液、アルカリ性溶液、緩衝液等に溶解または懸濁し、必要に応じてさらに処理を加えたものを使用してもよい。本発明で利用可能な酸性溶液、アルカリ性溶液、緩衝液は、当業者であれば適宜選択して使用することが可能である。 In this specification, urine refers to collected urine, which may be used as it is, or may be dissolved or suspended in water, acidic solution, alkaline solution, buffer solution, etc., and further processed as necessary. You may. Those skilled in the art can appropriately select and use the acidic solution, alkaline solution, and buffer solution that can be used in the present invention.
以下、尿中のマイクロベシクルを、フローサイトメーターを用いて分離、分析する条件の一例について説明をするが、本発明はこれに限定されるものではない。 An example of conditions for separating and analyzing microvesicles in urine using a flow cytometer will be described below, but the present invention is not limited thereto.
本発明で利用可能な、夾雑物を除去しマイクロベシクルを濃縮する前処理法は、遠心分離法を特徴とするが、例えば、以下の工程に従って実施することができる。 The pretreatment method for removing impurities and concentrating microvesicles that can be used in the present invention is characterized by centrifugation, and can be carried out, for example, according to the following steps.
採尿された尿検体を、低速遠心分離にて細胞画分やデブリスなどを分離し、上清を回収する(工程1)。このとき、低速遠心分離条件などは、公知の方法に従って実施することができ、室温で2,000×gで20分間遠心分離して得られた上清を使用することができる。
工程1により得られた上清をさらに低速遠心して、上清を回収する工程を実施してもよい。この遠心工程により、血小板由来の小胞やアポトーシス性水疱などを沈殿させることができるため、好ましい。工程1同様に、室温で2,000×gで20分間遠心分離して得られた上清を回収して使用することができる。
The collected urine specimen is subjected to low-speed centrifugation to separate cell fractions, debris, etc., and the supernatant is collected (Step 1). At this time, conditions such as low-speed centrifugation can be carried out according to known methods, and a supernatant obtained by centrifugation at 2,000 x g for 20 minutes at room temperature can be used.
The supernatant obtained in step 1 may be further centrifuged at low speed to collect the supernatant. This centrifugation step is preferable because platelet-derived vesicles, apoptotic blisters, and the like can be precipitated. As in step 1, the supernatant obtained by centrifugation at 2,000 xg for 20 minutes at room temperature can be collected and used.
工程1により得られた上清を高速遠心して,マイクロベシクル画分を沈殿させる(工程2)。当該工程の条件としては、例えば、室温で20,000×gで30分遠心分離して得られた沈殿を使用することができる。 The supernatant obtained in step 1 is centrifuged at high speed to precipitate the microvesicle fraction (step 2). As conditions for this step, for example, a precipitate obtained by centrifugation at 20,000 x g for 30 minutes at room temperature can be used.
工程2により得られた沈殿画分に還元剤(例えば、1,4-ジチオトレイトール(1,4-Dithiothreitol:DTT)、トリス(2-カルボキシエチル)ホスフィン塩酸塩(Tris(2-carboxyethyl)phosphinehydrochloride:TCEP)を含む緩衝液を加え、静置する(工程3)。この工程を実施することで、THPポリマーにおけるジスルフィド結合を還元開裂させて、THPポリマーを分解することができる。 A reducing agent (for example, 1,4-Dithiothreitol (DTT), Tris (2-carboxyethyl) phosphine hydrochloride) is added to the precipitate fraction obtained in Step 2. : TCEP) is added and left to stand (Step 3). By carrying out this step, the disulfide bonds in the THP polymer can be reductively cleaved and the THP polymer can be decomposed.
工程3で還元剤を添加した試料を高速遠心して、マイクロベシクル画分を濃縮するとともに還元剤を除去する(工程4)。この高速遠心により、マイクロベシクル画分を濃縮することができ、夾雑物を除去することができる。当該工程の条件としては、室温で20,000×gで30分遠心分離して得られた沈殿を使用することができる。必要に応じて、この工程4を繰り返してもよい。複数回高速で遠心分離をおこなうことにより、夾雑物を取り除いてマイクロベシクル画分の純度を高めることができ、好ましい。 The sample to which the reducing agent was added in step 3 is centrifuged at high speed to concentrate the microvesicle fraction and remove the reducing agent (step 4). This high-speed centrifugation allows the microvesicle fraction to be concentrated and impurities to be removed. As conditions for this step, a precipitate obtained by centrifugation at 20,000 xg for 30 minutes at room temperature can be used. This step 4 may be repeated as necessary. By performing centrifugation at high speed multiple times, impurities can be removed and the purity of the microvesicle fraction can be increased, which is preferable.
添加する還元剤は、ジスルフィド結合を切断する目的で添加するため、ジスルフィド結合を切断可能なものであればよい。例えば、ジチオスレイトール、2-メルカプトエタノール、2-メルカプトエチラミン塩酸、TCEP、システイン塩酸、トリブチルホスフィン(TBP)、ヨードアセトアミド、グルタチオン、ヒドラジンなどのような、タンパク質のSH基の保護や、ジスルフィド結合の切断、還元剤試薬として一般的に用いられるものの中から、当業者であれば適宜選択して使用することができる。これらの還元剤のうち、マイクロベシクルの測定に影響を与えないことが好ましく、かつ、脂質二重層を不安定化させる作用を持たないものであることが更に好ましい。これらの還元剤は単独でも、あるいは、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The reducing agent to be added is added for the purpose of cleaving disulfide bonds, so any reducing agent that is capable of cleaving disulfide bonds may be used. For example, protection of SH groups of proteins and disulfide bonds, such as dithiothreitol, 2-mercaptoethanol, 2-mercaptoethylamine hydrochloride, TCEP, cysteine hydrochloride, tributylphosphine (TBP), iodoacetamide, glutathione, hydrazine, etc. Those skilled in the art can appropriately select and use from among those commonly used as cutting and reducing agent reagents. Among these reducing agents, it is preferable that the reducing agent does not affect the measurement of microvesicles, and it is more preferable that the reducing agent does not have the effect of destabilizing the lipid bilayer. These reducing agents may be used alone or in combination of two or more.
本発明の一態様として利用可能な前処理方法は上記各工程を実施する以外にも、いくつか考えられる。例えば、水溶液およびタンパク質を含む溶液のろ過滅菌等に使用する各種孔径を有するメンブレンフィルターを組み合わせて、目的とするマイクロベシクル画分を抽出することができる。この場合孔径は直径0.1~10μmのものを使用した精密ろ過(Micro-Filtration)法に相当する方法が好適である。 In addition to carrying out each of the above steps, there are several other possible pretreatment methods that can be used as an embodiment of the present invention. For example, the desired microvesicle fraction can be extracted by combining membrane filters with various pore sizes used for filter sterilization of aqueous solutions and solutions containing proteins. In this case, a method equivalent to micro-filtration using pores with a diameter of 0.1 to 10 μm is suitable.
また、その他の前処理法として、密度勾配溶質とともに試料を遠心分画する平衡密度勾配遠心法、微小膜画分の表面抗原に特異的な抗体を利用し、微小膜画分を様ざまな担体に結合させて回収する免疫学的捕捉法、サイズ排除クロマトグラフィー(ゲルろ過法)により可溶性蛋白質よりも早く溶出してくる画分を回収する方法、微小膜画分の膜構成成分に対して金属イオン存在下で結合する担体を使用したリン脂質アフィニティー法、また高分子ポリマーと微小膜画分を混合し、目的の微小膜画分を沈殿させるポリマー沈殿法などがある。当業者であれば、適宜これらの方法を選択して実施することが可能であるが、これらの方法においても、試料に還元剤を添加する工程を実施することで、上記工程1~工程5に代替する方法として実施することができる。 Other pretreatment methods include equilibrium density gradient centrifugation, in which the sample is centrifugally fractionated together with a density gradient solute, and antibodies specific to the surface antigen of the micromembrane fraction are used to transfer the micromembrane fraction to various carriers. Immunological capture method in which the membrane components of the micromembrane fraction are collected using immunological capture methods, methods in which size exclusion chromatography (gel filtration method) is used to collect fractions that elute faster than soluble proteins, and metal There are phospholipid affinity methods that use carriers that bind in the presence of ions, and polymer precipitation methods that mix high molecular weight polymers and micromembrane fractions and precipitate the desired micromembrane fractions. Those skilled in the art can select and implement these methods as appropriate; however, in these methods as well, by performing the step of adding a reducing agent to the sample, steps 1 to 5 can be performed. It can be implemented as an alternative method.
以下、これらの方法によって濃縮し夾雑物を除去した試料を、尿検体処理物と称することがある。 Hereinafter, the sample concentrated and impurities removed by these methods may be referred to as a processed urine sample.
次にマイクロベシクルに特化したフローサイトメーターでの観測条件の一例について説明をするが、本発明はこれに限定されるものではない。 Next, an example of observation conditions using a flow cytometer specialized for microvesicles will be explained, but the present invention is not limited thereto.
本発明において使用できるフローサイトメーターは、特定の機器に限定されるものではなく、クオーツキュベット方式、ジェットインエアー方式などいずれのフローセルを採用したフローサイトメーターであっても使用することができる。 The flow cytometer that can be used in the present invention is not limited to a specific device, and any flow cytometer that employs any flow cell, such as a quartz cuvette type or a jet-in-air type, can be used.
本発明で利用可能なフローサイトメーターを用いた観測法は、例えば、以下の工程に従って実施することができる。 The observation method using a flow cytometer that can be used in the present invention can be carried out, for example, according to the following steps.
(1)マイクロベシクルの染色
本工程では、還元剤を添加し、濃縮された尿検体処理物と、染色試薬とを混和させて、マイクロベシクルを染色する(工程5)。より具体的には、尿検体処理物に、染色試薬、例えば、蛍光標識した、表面抗原に特異的な抗体を混和させて、マイクロベシクルを染色する。染色方法は、当業者であれば定法を採用し、場合によっては条件を適宜検討して実施することができる。マイクロベシクル中の複数の抗原ターゲッティングを行うために、マルチカラー分別として、多種類の標識抗体で染色して検出してもよい。例えば、マイクロベシクルの膜構成成分であるホスファチジルセリン(Phosphatidylserine:PS)に対して、金属イオン存在下で結合するタンパク質であるAnnexin5などを使用することができる。
(1) Staining of microvesicles In this step, a reducing agent is added and the concentrated processed urine specimen is mixed with a staining reagent to stain the microvesicles (Step 5). More specifically, microvesicles are stained by mixing a staining reagent, for example, a fluorescently labeled antibody specific to a surface antigen, with the processed urine specimen. As for the dyeing method, those skilled in the art can adopt a conventional method and, depending on the case, suitably examine the conditions. In order to target multiple antigens in microvesicles, detection may be performed by staining with multiple types of labeled antibodies as multicolor separation. For example, Annexin 5, which is a protein that binds to phosphatidylserine (PS), which is a membrane component of microvesicles, in the presence of metal ions, etc. can be used.
その他、マイクロベシクルに特異的に結合することができる物質としては、例えば、小胞マイクロベシクル表面に存在するタンパク質、脂質または糖に結合することができる物質であればよい。表面に存在する物質としては、例えばタンパク質の場合、CD235a、CD59、CD44、CD33、CD45、CD144、CD66a、CD66b、CD66c、CD66e、CD41、CD61、EP-CAM、CD324、CD14、CD81、CD31、CD274、CD63、Alix、CD105、CD133、CD279、CD15、TSG101、CD20、CD249、CD5、CD10、CD26、CD273、CD9、MUC-1、CD13、CD146、CD62Eまたはこれらの組み合わせを使用することができる。 Other substances that can specifically bind to microvesicles include, for example, any substance that can bind to proteins, lipids, or sugars present on the surface of microvesicles. Substances present on the surface include, for example, proteins such as CD235a, CD59, CD44, CD33, CD45, CD144, CD66a, CD66b, CD66c, CD66e, CD41, CD61, EP-CAM, CD324, CD14, CD81, CD31, CD274. , CD63, Alix, CD105, CD133, CD279, CD15, TSG101, CD20, CD249, CD5, CD10, CD26, CD273, CD9, MUC-1, CD13, CD146, CD62E or combinations thereof can be used.
上記以外のマイクロベシクルに特異的に結合することができる物質は、例えば、タンパク質に対して結合親和性を有する物質、酵素の基質、補酵素、調節因子、受容体と特異的に結合する物質、レクチン、糖、糖蛋白質、抗原、抗体若しくはその抗原結合断片、ホルモン、神経伝達物質、リン脂質結合タンパク質、プレクストリン相同(PH:pleckstrin homology、PH)ドメインを含むタンパク質、コレステロール結合タンパク質、またはこれらの組み合わせであってもよい。抗原結合断片は、抗原結合部位を含むものであり、例えば、単一ドメイン抗体(single-domain antibody)、Fab、Fab’またはscFvを使用してもよい。 Substances that can specifically bind to microvesicles other than those listed above include, for example, substances that have binding affinity for proteins, substrates for enzymes, coenzymes, regulatory factors, substances that specifically bind to receptors, Lectins, sugars, glycoproteins, antigens, antibodies or antigen-binding fragments thereof, hormones, neurotransmitters, phospholipid-binding proteins, proteins containing pleckstrin homology (PH) domains, cholesterol-binding proteins, or these It may be a combination. Antigen-binding fragments include antigen-binding sites, and may be, for example, single-domain antibodies, Fabs, Fab's, or scFvs.
例えば、多種類の膜型ペプチダーゼを有するマイクロベシクルとしてCD10、CD13、CD26全てが陽性になる画分を、上皮系の細胞に由来するマイクロベシクルとしてAnnexin5、CD227(MUC-1)陽性のように組み合わせて使用することで、より高精度な分離ができるため、好ましい。 For example, a fraction that is positive for all CD10, CD13, and CD26 as microvesicles containing multiple types of membrane peptidases is combined with a fraction that is positive for Annexin5 and CD227 (MUC-1) as microvesicles derived from epithelial cells. It is preferable to use this method because it allows for more accurate separation.
(2)IgGの添加
本工程では、還元処理で除去しきれなかったTHPポリマーを観測像において検出するためにIgGを蛍光標識したものを混和させてTHPポリマーと反応させる(工程5)。
先の工程で尿検体処理物と染色試薬とを混和させて得られた混和物に、あるいは、染色試薬と混和させる前の尿検体処理物に、IgGを蛍光標識したものを混和させて反応させる(工程5)。前記IgGの由来は特に限定されるものではなく、例えば、マウスIgG、ヒトIgG、ラットIgG、ウサギIgG、ヤギIgG、ウシIgGなどを用いることができる。マイクロベシクルの染色工程同様、当業者であれば定法に従って実施することができる。例えば、アロフィコシアニン(APC)標識マウスIgG、Mix-n-Stain APC Antibody Labeling kit(Biotium社)を使用して、定常プロトコールにて、室温で30分静置することで実施することができる。
(2) Addition of IgG In this step, fluorescently labeled IgG is mixed and reacted with the THP polymer in order to detect the THP polymer that could not be removed by the reduction treatment in the observed image (step 5).
Fluorescently labeled IgG is mixed with the mixture obtained by mixing the urine sample processed material and the staining reagent in the previous step, or with the urine sample processed material before being mixed with the staining reagent, and reacted. (Step 5). The origin of the IgG is not particularly limited, and for example, mouse IgG, human IgG, rat IgG, rabbit IgG, goat IgG, bovine IgG, etc. can be used. As with the microvesicle staining process, those skilled in the art can carry out the process according to standard methods. For example, it can be carried out by using allophycocyanin (APC)-labeled mouse IgG, Mix-n-Stain APC Antibody Labeling kit (Biotium), and allowing it to stand at room temperature for 30 minutes according to a regular protocol.
血液中には補体などイムノグロブリンを補足するタンパク質が存在し、イムノコンプレックスを形成することがある。このイムノコンプレックスは、マイクロベシクルと分子サイズが近接する場合がある。そのため、イムノコンプレックスはIgGとも相互作用するので血液由来のマイクロベシクルに免疫化学的なキャラクタライズ方法を実施する際には問題となりうる。従って、観測像においてIgGを捕捉する画分を検出し、それらを観測像から除去するためにIgGを蛍光標識したものを混和させてIgG捕捉画分と反応させる工程を実施することで、目的とするマイクロベシクル以外を除去することができ、夾雑物を含まないより正確な測定を行うことができるため、好ましい。
なお、上記の、表面抗原特異的な抗体によってマイクロベシクルを染色する工程とIgGを添加する工程とは、いずれを先に実施してもよく、両工程を同時に実施してもよく、当業者が実施する環境に合わせて、適宜選択することが可能である。
Proteins such as complement that supplement immunoglobulins exist in the blood, and immunocomplexes may be formed. This immunocomplex may be close in molecular size to microvesicles. Therefore, since the immunocomplex also interacts with IgG, it may pose a problem when performing an immunochemical characterization method on blood-derived microvesicles. Therefore, in order to detect the fraction that captures IgG in the observed image and remove it from the observed image, it is possible to achieve the objective by performing a step of mixing fluorescently labeled IgG and reacting with the IgG captured fraction. This method is preferable because it can remove substances other than microvesicles, and it is possible to perform more accurate measurements that do not include contaminants.
In addition, the above-mentioned step of staining microvesicles with a surface antigen-specific antibody and the step of adding IgG may be carried out first, or both steps may be carried out at the same time. It is possible to select an appropriate one according to the implementation environment.
(3)フローサイトメーターの設定
前方散乱光と側方散乱光の光電子増倍管の電圧(Voltage)と閾値(Threshold)を調節して観測域に特定の直径を持つ粒子群を収束させる。これらのパラメータ等条件設定に際しては、未染色サンプルおよび染色サンプルの測定を実施し、各標的を検出する上でのその検出感度を満たす電圧設定や及びシース流速度を決定することが好ましい。
(3) Flow cytometer settings Adjust the voltage and threshold of the photomultiplier tube for forward scattered light and side scattered light to converge particles with a specific diameter in the observation area. When setting conditions such as these parameters, it is preferable to measure unstained samples and stained samples, and determine voltage settings and sheath flow rates that satisfy the detection sensitivity for detecting each target.
フローサイトメーターのパラメータ設定としては、当業者であれば、最適な条件を探索して適宜設定することが可能であるが、例えば、流量(Flow rate)は12μL/min、前方散乱光の電圧は381、側方散乱光の電圧は340に設定し、それぞれの検出感度として、蛍光強度閾値を200に設定して実施することができる。各蛍光物質に対する励起光(Ex.)及び蛍光検出フィルター(Em.)の波長及び電圧は、使用する各々の蛍光物質に応じて適宜選択して設定することができる。 Those skilled in the art can search for the optimal conditions and set the parameters of the flow cytometer as appropriate; for example, the flow rate may be 12 μL/min, the voltage of forward scattered light may be The voltage of the side scattered light can be set to 381 and 340, and the fluorescence intensity threshold can be set to 200 as the respective detection sensitivity. The wavelength and voltage of the excitation light (Ex.) and fluorescence detection filter (Em.) for each fluorescent substance can be appropriately selected and set depending on each fluorescent substance used.
上記で設定したフローサイトメーターのパラメータを使用して、観測域における粒子径の推定を行う。サイズが均一なポリスチレンビーズ(例えば、SPHEROTM Nano Polystyrene Size Standard Kit、Spherotech)などを使用して定法に従って測定を実施することができる。観測域の粒子径を推定するためには、例えば、ポリスチレンビーズのサイズの粒径が0.22μm、0.45μm、0.88μm、1.35μmであることが好ましい。 Using the flow cytometer parameters set above, estimate the particle size in the observation area. Measurement can be performed according to a standard method using polystyrene beads of uniform size (eg, SPHEROTM Nano Polystyrene Size Standard Kit, Spherotech). In order to estimate the particle size in the observation area, the particle size of the polystyrene beads is preferably 0.22 μm, 0.45 μm, 0.88 μm, or 1.35 μm, for example.
観測域として設定する直径としては、マイクロベシクルを含む大きさであれば特に限定されるものではないが、例えば、約1μm以下が好ましく、100nm~1μmがより好ましく、200nm~1μmが更に好ましい。特にこれら微小粒子を観測する際に、側方散乱光が前方散乱光より分解能が高く粒子のサイズ検証などにも使用することができるため、好ましい。 The diameter set as the observation area is not particularly limited as long as it includes microvesicles, but for example, it is preferably about 1 μm or less, more preferably 100 nm to 1 μm, and even more preferably 200 nm to 1 μm. Particularly when observing these microparticles, side scattered light is preferable because it has higher resolution than forward scattered light and can be used for particle size verification.
なお、本工程は、前記染色工程及びIgG添加工程と、下記測定・分離工程との間に実施する態様に限定されず、例えば、パラメータを設定した後、染色工程、IgG添加工程、測定・分離工程を実施することもできるし、あるいは、一度設定できれば、測定毎にパラメータを設定することなく、一連の工程を繰り返し実施することができる。 Note that this step is not limited to the embodiment performed between the staining step and IgG addition step and the measurement/separation step described below; for example, after setting the parameters, the staining step, the IgG addition step, and the measurement/separation step are performed. Alternatively, once set, a series of steps can be performed repeatedly without setting parameters for each measurement.
(4)フローサイトメトリーによる測定・分離
フローサイトメーターでデータを取得する。マルチカラー測定を実施した場合は各蛍光から割り当てた検出器以外の検出器へ漏れこんだ蛍光の漏れこみ補正を実施し、その条件下にて測定結果を得る(工程6)。
(4) Measurement and separation by flow cytometry Obtain data with a flow cytometer. When multi-color measurement is performed, leakage correction is performed for the fluorescence leaking from each fluorescence to a detector other than the assigned one, and measurement results are obtained under that condition (Step 6).
(5)凝集したマイクロベシクル、IgG捕捉画分との複合体の除外(工程6-A)
マイクロベシクルが凝集する場合があるが、凝集したマイクロベシクルを観測像から除外するために、1)側方散乱光のパルス幅(Width)の値が集団から外れて非常に高いもの、2)前方散乱光と側方散乱光のプロットから両者が集団から外れて高い値となっているものをマーキングしてゲートアウトすることができる。特に、前処理法を加えてマイクロベシクルが凝集した場合などに有効である。
(5) Exclusion of aggregated microvesicles and complexes with IgG capture fraction (Step 6-A)
Microvesicles may aggregate, but in order to exclude aggregated microvesicles from the observed image, 1) the pulse width of the side scattered light is very high and deviates from the group, 2) the forward From the plot of scattered light and side scattered light, it is possible to mark and gate out those where both are out of the group and have high values. This is particularly effective when microvesicles aggregate due to pretreatment.
また、IgG捕捉画分との免疫複合体を除去するために、IgGを蛍光標識したものに反応する陽性集団をマーキングしてゲートアウトすることができる。この工程により、還元処理で除去しきれなかったTHPポリマーを観測像から除外するために、IgGを蛍光標識したものに反応する陽性集団をマーキングしてゲートアウトすることができるため、好ましい。 Furthermore, in order to remove immune complexes with the IgG capture fraction, a positive population that reacts with fluorescently labeled IgG can be marked and gated out. This step is preferable because the positive population that reacts with fluorescently labeled IgG can be marked and gated out in order to exclude THP polymers that could not be completely removed by the reduction treatment from the observed image.
なお、上記の、凝集したマイクロベシクルを除外する工程とIgGにより捕捉された免疫複合体を除去する工程とは、いずれを先に実施してもよく、両工程を同時に実施してもよく、当業者が実施する環境に合わせて、適宜選択することが可能である。 In addition, the above-mentioned step of excluding aggregated microvesicles and the step of removing immune complexes captured by IgG may be carried out first, or both may be carried out at the same time. It is possible to select an appropriate one according to the environment in which the vendor operates.
(6)得られたマイクロベシクル集団のキャラクタライズ(工程6-B)
マルチカラーで検出したマイクロベシクルをゲーティング操作により、それぞれが由来する細胞のマイクロベシクル集団への分別、キャラクタライズを行うことができる。この工程により、分離された尿中のマイクロベシクルであることを確認することができる。
(6) Characterization of the obtained microvesicle population (Step 6-B)
By performing a gating operation on the microvesicles detected using multicolor, it is possible to separate the cells from which they originate into microvesicle populations and characterize them. Through this step, it is possible to confirm that the microvesicles are isolated in urine.
本発明により尿中マイクロベシクルの分別、キャラクタライズを行うことができるが、これらのキャラクタライズした画分を、セルソーターを使用して更に分離することもできる。これらの分離した画分からその特異的なコンテンツ(核酸、代謝物、蛋白質、脂質)を分析し臨床応用することも可能である。分離された画分について、更に、各マイクロベシクル集団の頻度解析や標的分子の発現量解析に使用してもよい。 Although urinary microvesicles can be separated and characterized according to the present invention, these characterized fractions can also be further separated using a cell sorter. It is also possible to analyze the specific contents (nucleic acids, metabolites, proteins, lipids) from these separated fractions and apply them clinically. The separated fractions may be further used for frequency analysis of each microvesicle population and expression level analysis of target molecules.
マイクロベシクルを分離し観測しうる測定技術としては上記工程に加えて、例えば、ナノトラッキング粒子径測定装置NanoSight(ナノサイト、Malvern Panalytical社)は、NTA(Nano Tracking Analysis)技術とFFF(Field Flow Fractionation)技術を組み合わせて使用することもできる。NTA技術は、液中のナノ粒子のブラウン運動の様子をPC画面上で、リアルタイムに観察することができ、また、FFF技術は、薄いフロー・チャンネルの中で分離が行われるが、このチャンネルの特殊な幾何学的形状によって、このフローは放射状の断面をもつ層流をなしえ、この層流と直交することで、分離力が生じさせることにより、マイクロベシクルのような微小粒子をサイズで分離することができるため、より高精度な分離や分析が期待される。このような分離/観測法と個々のマイクロベシクルを特徴付ける表面抗原を組み合わせることでマイクロベシクルをキャラクタライズし、臓器特異性や疾患特異性を高め、臨床応用に利用できる。 In addition to the above steps, measurement techniques that can separate and observe microvesicles include, for example, the nanotracking particle size measuring device NanoSight (Malvern Panalytical), which uses NTA (Nano Tracking Analysis) technology and FFF (Field Flow Fractionation). ) techniques can also be used in combination. With NTA technology, the Brownian motion of nanoparticles in liquid can be observed in real time on a PC screen, and with FFF technology, separation is performed in a thin flow channel; Due to the special geometry, this flow forms a laminar flow with a radial cross section, and by perpendicular to this laminar flow, a separating force is generated, which separates small particles such as microvesicles by size. Therefore, more accurate separation and analysis are expected. By combining such separation/observation methods with surface antigens that characterize individual microvesicles, microvesicles can be characterized, increasing organ specificity and disease specificity, and can be used for clinical applications.
異なる本発明実施の一態様として、対象における疾患進行のモニタリングのための方法、個体における疾患再発のモニタリングのための方法として使用することもできる。これらの方法は、尿検体中からマイクロベシクルを分離する工程に加えて、マイクロベシクル中に含まれる物質を分析するプロファイル工程を含む。ある特定の医学的状態の対象個体において、プロファイルを分析することによって、例えば特定の疾患の存在を推定することに用いることができる。例えば、マイクロベシクルを分離するための試料採取の期間を、目的とする対象疾患の検出などに応じて適宜設定することで、より詳細なプロファイルを得て状態を観察し、診断を補助することが可能となる。また、これは、薬剤投与後の疾患状態をモニタリングする方法としても使用することができる。 In a different embodiment of the invention, it can also be used as a method for monitoring disease progression in a subject, and for monitoring disease recurrence in an individual. In addition to the step of separating microvesicles from a urine sample, these methods include a profiling step of analyzing substances contained in the microvesicles. By analyzing the profile of a subject with a particular medical condition, it can be used, for example, to estimate the presence of a particular disease. For example, by appropriately setting the sample collection period for isolating microvesicles depending on the target disease detection, etc., it is possible to obtain a more detailed profile, observe the condition, and assist in diagnosis. It becomes possible. It can also be used as a method of monitoring disease status after drug administration.
本発明により、マイクロベシクルを臨床検査材料としての有効利用できるようになるため、尿中に存在するマイクロベシクルを簡便に且つ特異的に抽出、観測することができ、さらに膜に存在する表面抗原を用いて個々のマイクロベシクルのキャラクタライズ(どういった細胞や組織、臓器に由来するのか)することができる。その結果、特定の疾患にマッチングした特定の臓器、組織や細胞にフォーカスした診断や検査応用が可能な検査としての価値の向上が期待される。また、本発明により得られた画分を使用して分析することで、対象における疾患、薬剤投与効果または他の医学的状態を推定することが可能となる。 The present invention makes it possible to effectively utilize microvesicles as clinical test materials, making it possible to easily and specifically extract and observe microvesicles present in urine, and to detect surface antigens present in membranes. It can be used to characterize individual microvesicles (what cells, tissues, and organs they originate from). As a result, it is expected that the value of the test will improve as a test that can be used for diagnosis and testing that focuses on specific organs, tissues, and cells that match specific diseases. Furthermore, by analyzing the fractions obtained according to the present invention, it becomes possible to estimate diseases, drug administration effects, or other medical conditions in a subject.
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples, but these are not intended to limit the scope of the present invention.
《実施例1:ヒト尿中からのマイクロベシクルの濃縮》
健常人から、~10mLの尿を採取した。尿試料を、20℃で2,000×gで10分間遠心分離して尿を得て、その後に約20℃で約2,000×gで10分間遠心分離し、尿内脂質及び細胞残余物、血液由来成分などを除去し、上澄み液を下記実験に使用した。なお、本採尿からの実験は、九州大学医系地区部局臨床研究倫理審査委員会の承認(許可番号29-340)の下、実施された。
《Example 1: Concentration of microvesicles from human urine》
~10 mL of urine was collected from a healthy individual. Urine samples were centrifuged at 2,000 x g for 10 minutes at 20°C to obtain urine, followed by centrifugation at about 2,000 x g for 10 minutes at about 20°C to remove intraurinary lipids and cellular debris. , blood-derived components, etc. were removed, and the supernatant liquid was used in the following experiment. The experiment from this urine collection was conducted under the approval of the Kyushu University Medical Department Clinical Research Ethics Review Committee (permit number 29-340).
得られた尿1200μLを20℃で18,900×gで30分間遠心分離した。遠心分離された結果物から上澄み液を除去し、ペレットにおいてマイクロベシクル画分を濃縮した。このペレットに対して、終濃度10mg/mLのDTTを含有するリン酸緩衝生理食塩水(PBS)180μLを添加した。ボルテックスにて撹拌後、37℃で10分間静置した。静置後、20℃で18,900×gで30分遠心分離した。遠心分離された結果物からペレットにおいてマイクロベシクル画分を濃縮した。 1200 μL of the resulting urine was centrifuged at 20° C. and 18,900×g for 30 minutes. The supernatant was removed from the centrifuged product and the microvesicle fraction was concentrated in a pellet. To this pellet, 180 μL of phosphate buffered saline (PBS) containing DTT at a final concentration of 10 mg/mL was added. After stirring with a vortex, the mixture was allowed to stand at 37°C for 10 minutes. After standing, it was centrifuged at 20° C. and 18,900×g for 30 minutes. The microvesicle fraction was concentrated in a pellet from the centrifuged product.
《実施例2:フローサイトメーターを用いた尿マイクロベシクルの観測》
A.尿から濃縮したマイクロベシクルの免疫蛍光染色
前記実施例1にてマイクロベシクル画分を濃縮したペレットに対してPBS60μLを添加し、ボルテックスにてマイクロベシクル画分を溶液中に分散させた。この溶液に対し、FITC-Annexin5(Becton Dickinson Biosciences)、APC/Cy7anti-human CD10(Biolegend)、Brilliant Violet421anti-human CD13(Biolegend)、PEanti-human CD26(Biolegend)、PE/Cy7anti-human CD227 MUC1(Biolegend)、APC標識mouseIgG(購入したNormal MouseIgG(Wako社)を、Mix-n-Stain APC Antibody Labeling kit(Biotium社)に添付の定常プロトコールにて標識したもの)を、各々1μL添加し、室温で30分静置した。
《Example 2: Observation of urine microvesicles using a flow cytometer》
A. Immunofluorescent staining of microvesicles concentrated from urine 60 μL of PBS was added to the pellet obtained by concentrating the microvesicle fraction in Example 1, and the microvesicle fraction was dispersed in the solution by vortexing. To this solution, FITC-Annexin5 (Becton Dickinson Biosciences), APC/Cy7anti-human CD10 (Biolegend), Brilliant Violet421anti-human CD13 (Biolegend) were added. nd), PEanti-human CD26 (Biolegend), PE/Cy7anti-human CD227 MUC1 (Biolegend) ) and APC-labeled mouse IgG (purchased Normal Mouse IgG (Wako) labeled according to the standard protocol attached to the Mix-n-Stain APC Antibody Labeling kit (Biotium)) were added, and the mixture was incubated for 30 minutes at room temperature. I left it for a minute.
B.フローサイトメーターでの尿中マイクロベシクルの観測
測定は、フローサイトメーターとしてBD FACSVerseTM(Becton Dickinson and Company)を用いて行った。測定手順とパラメータ設定は次のとおりである。サンプルは前記実施例2Aで各種蛍光染色した画分を750μLの10mmol/L Hepes(pH7.4)、0.14mol/L NaCl、2.5mmol/L CaCl2に懸濁したものを使用した。流量(Flow rate)は12μL/min、前方散乱光の電圧(Voltage)は381、側方散乱光の電圧は340に設定し、それぞれの閾値(Threshold)として200に設定した。各蛍光物質に対する励起光(Ex.)及び蛍光検出フィルター(Em.)の波長及び電圧は、FITC:Ex.488nm、Em.527/32nm、電圧442、PE:Ex.488nm、Em.586/42nm、電圧411、PerCP:Ex.488nm、Em.700/54nm、電圧556、PE/Cy7:Ex.488nm、Em.783/56nm、電圧564.3、APC:Ex.640nm、Em.660/10nm、電圧538.2、APC/Cy7:Ex.640nm、Em.783/56nm、電圧584.8、Brilliant Violet421:Ex.405nm、Em.448/45nm、電圧538.2とした。
B. Observation of urinary microvesicles using a flow cytometer Measurements were performed using a BD FACSVerse™ (Becton Dickinson and Company) as a flow cytometer. The measurement procedure and parameter settings are as follows. The samples used were those obtained by suspending the various fluorescently stained fractions in Example 2A in 750 μL of 10 mmol/L Hepes (pH 7.4), 0.14 mol/L NaCl, and 2.5 mmol/L CaCl 2 . The flow rate was set to 12 μL/min, the voltage of forward scattered light was set to 381, the voltage of side scattered light was set to 340, and the respective thresholds were set to 200. The wavelength and voltage of the excitation light (Ex.) and fluorescence detection filter (Em.) for each fluorescent substance are FITC:Ex. 488 nm, Em. 527/32 nm, voltage 442, PE: Ex. 488 nm, Em. 586/42 nm, voltage 411, PerCP: Ex. 488 nm, Em. 700/54 nm, voltage 556, PE/Cy7: Ex. 488 nm, Em. 783/56 nm, voltage 564.3, APC: Ex. 640nm, Em. 660/10 nm, voltage 538.2, APC/Cy7: Ex. 640nm, Em. 783/56 nm, voltage 584.8, Brilliant Violet421:Ex. 405 nm, Em. The wavelength was 448/45 nm and the voltage was 538.2.
C.設定した観測域におけるポリスチレンビーズによるサイズ検証測定
前記にて設定したフローサイトメーターのパラメータにおいて、観測域における粒子径を推定するためにサイズが均一なポリスチレンビーズ(SPHEROTM Nano Polystyrene Size Standard Kit、Spherotech)の測定を行った。ポリスチレンビーズのサイズはその粒子径が0.22μm、0.45μm、0.88μm、1.35μmのものを使用した。
C. Size verification measurement using polystyrene beads in the set observation area With the flow cytometer parameters set above, use polystyrene beads (SPHEROTM Nano Polystyrene Size Standard Kit, Spherotech) with a uniform size to estimate the particle size in the observation area. Measurements were taken. The polystyrene beads used had particle diameters of 0.22 μm, 0.45 μm, 0.88 μm, and 1.35 μm.
D.フローサイトメーターでのマイクロベシクル測定結果の解釈
測定データを横軸:側方散乱光(SSC)の強度、縦軸:FITC(Annexin5)強度にて展開した観測像を図1に示す。この図において蛍光強度の大きい領域をAnnexin5陽性集団とし、また蛍光強度の小さい領域をAnnexin5陰性集団とした。また側方散乱光の強度と0.22~1.35μmのポリスチレンビーズのサイズが観測域にて比例関係にあり、特に0.22μmと0.45μmの直径を有するポリスチレンビーズ間にマイクロベシクル画分の中央値が集積するように観測された。
D. Interpretation of Microvesicle Measurement Results with a Flow Cytometer Figure 1 shows an observation image in which the measurement data is expanded with the horizontal axis: side scattered light (SSC) intensity and the vertical axis: FITC (Annexin 5) intensity. In this figure, the region with high fluorescence intensity was defined as the Annexin5-positive population, and the region with low fluorescence intensity was defined as the Annexin5-negative population. In addition, there is a proportional relationship between the intensity of side scattered light and the size of polystyrene beads of 0.22 to 1.35 μm in the observation region, and in particular, there is a microvesicle fraction between polystyrene beads with diameters of 0.22 μm and 0.45 μm. It was observed that the median values of
《実施例3:尿から濃縮したマイクロベシクル画分の電子顕微鏡観測》
A.尿中マイクロベシクルの固定化
実施例1においてマイクロベシクル画分を濃縮したペレットに対してPBS100μLを添加し、これに対し固定液(4%パラフォルムアルデヒド、4%グルタルアルデヒド含有の0.1mol/Lリン酸緩衝液(pH7.4))100μLを添加し、撹拌後、4℃にて1時間静置した。
《Example 3: Electron microscopic observation of microvesicle fraction concentrated from urine》
A. Immobilization of urinary microvesicles 100 μL of PBS was added to the pellet obtained by concentrating the microvesicle fraction in Example 1, and a fixative solution (0.1 mol/L containing 4% paraformaldehyde and 4% glutaraldehyde) 100 μL of phosphate buffer (pH 7.4) was added, stirred, and left at 4° C. for 1 hour.
B.ネガティブ染色法
上記固定化したサンプルをグリッドがコートされたフォルムバールフィルム(formvar film)に吸着させて、2%のリン・タングステン酸(pH7.0)で30秒間染色した。
B. Negative Staining Method The fixed sample was adsorbed onto grid-coated formvar film and stained with 2% phosphotungstic acid (pH 7.0) for 30 seconds.
C.透過型電子顕微鏡での観測
上記のグリッドを透過型電子顕微鏡(JEM-1400;JEOL Ltd.)にて観測した。加速電圧(acceleration voltage)は100kVに設定した。デジタルイメージ(3296×2472pixels)はCCDカメラ(EM-14830RUBY2;JEOL Ltd.)にて取得した。観察画像を図2に示す。マイクロベシクルの大きさを有し、膜構造及びその内側に内部構造として含有されるもの(オルガネラ他)を含む微小膜画分が検出された。
C. Observation with a transmission electron microscope The above grid was observed with a transmission electron microscope (JEM-1400; JEOL Ltd.). Acceleration voltage was set at 100 kV. A digital image (3296×2472 pixels) was acquired with a CCD camera (EM-14830RUBY2; JEOL Ltd.). The observed image is shown in Figure 2. A micromembrane fraction having the size of a microvesicle and containing a membrane structure and internal structures (organelles, etc.) inside the membrane structure was detected.
《実施例4:ナノ粒子解析システムによる抽出画分の粒子計測》
実施例1においてマイクロベシクル画分を濃縮したペレットに対してPBS100μLを添加し、さらにPBSにて3倍希釈したものをNanosight(Malvern Panalytical社)にて測定した。装置の観測条件を表1に示す。ナノ粒子解析システムによる粒度分布ヒストグラムを図3に示す。本濃縮操作にて直径が1μm以上の画分は殆ど含まれず、直径が600μm以下の画分に濃縮され、その粒子径として200~300nm程度に均一な集団をメインに含有し、それ以下の粒子径(~100nm)を含む画分であることが確認された。
《Example 4: Particle measurement of extracted fraction using nanoparticle analysis system》
100 μL of PBS was added to the pellet obtained by concentrating the microvesicle fraction in Example 1, and the pellet was further diluted 3 times with PBS and measured using Nanosight (Malvern Panalytical). Table 1 shows the observation conditions of the device. Figure 3 shows a particle size distribution histogram obtained by the nanoparticle analysis system. In this concentration operation, the fraction with a diameter of 1 μm or more is hardly included, and the fraction with a diameter of 600 μm or less is concentrated, and the particle size mainly contains a homogeneous group with a particle size of about 200 to 300 nm. It was confirmed that the fraction contained a diameter (~100 nm).
《実施例5:ショットガンプロテオミクス解析による濃縮マイクロベシクル画分において検出された蛋白質》
A.尿の前処理により得られた濃縮マイクロベシクル画分から蛋白質画分の抽出
実施例1においてマイクロベシクル画分を濃縮した画分から、特に膜蛋白質を効率よく抽出するためにPTS(Phase Transfer Surfactant(相間移動可溶化剤))を用いた蛋白質可溶化法を実施した。この原理を用いた試薬キットとしてMPEX PTS Reagents for MS(GL Science Inc.)を使用した。実施例1においてマイクロベシクル画分を濃縮したペレットに対して250μLの当該キット試薬Bを添加し、超音波ホモジナイザー(Bioruptor:ソニック・バイオ社)にて稼働1分30秒、インターバル30秒からなるサイクルを10回、10℃の条件でソニケーション(パワー:MAX)した。破砕後、遠心式フィルター(Amicon ultra 3K、メルク)にて14,000g×15minを2回繰り返し、濃縮した。この画分をBCAアッセイ(PierceTM BCA Protein Assay kit(Thermo Fisher Scientific Inc.)を使用)にて蛋白質定量した。
《Example 5: Proteins detected in concentrated microvesicle fraction by shotgun proteomics analysis》
A. Extraction of protein fraction from concentrated microvesicle fraction obtained by pretreatment of urine In order to efficiently extract especially membrane proteins from the concentrated microvesicle fraction in Example 1, PTS (Phase Transfer Surfactant) was used. A protein solubilization method using a solubilizing agent) was performed. MPEX PTS Reagents for MS (GL Science Inc.) was used as a reagent kit using this principle. 250 μL of the kit reagent B was added to the pellet obtained by concentrating the microvesicle fraction in Example 1, and a cycle consisting of an operation of 1 minute 30 seconds and an interval of 30 seconds using an ultrasonic homogenizer (Bioruptor: Sonic Bio Inc.) was performed. was sonicated (power: MAX) 10 times at 10°C. After crushing, the mixture was concentrated using a centrifugal filter (Amicon ultra 3K, Merck) twice at 14,000 g for 15 min. Protein in this fraction was quantified by BCA assay (using Pierce ™ BCA Protein Assay kit (Thermo Fisher Scientific Inc.)).
B.蛋白質画分の酵素消化
BCAアッセイにて定量し、30μg/20μLの濃度になるように前記試薬Bに溶解したものを膜蛋白質消化のための試料とした。1μLの100mmol/Lジチオトレイトール(DTT)を加え(ジスルフィド結合の還元開裂のため)、室温で30分間インキュベートした。これに1μLの550mmol/Lヨードアセトアミドを加え(Cysのカルバミドメチル化のため)、遮光して室温で30分間インキュベートした。当該キットの試薬Aを77μL加え、1.5μLのトリプシン(TPCK-Trypsin(Thermo Fisher Scientific Inc.:Prod#20233))を加えた。室温で一晩インキュベートして蛋白消化を実施した。150μLの試薬Cと1.5μLの試薬Dを加えた。添加後1分間ボルテックスをして、25℃、15,600×gで2分間遠心し二相分離した。不要な可溶化剤は上相にくるので、これをピペットで吸引し除去した。残った試薬Cを除去するために、遠心濃縮を行った後に、50μLの5%アセトニトリル、0.1%トリフルオロ酢酸(TFA)を加えてボルテックスした。
B. Enzyme Digestion of Protein Fraction The protein fraction was quantified by BCA assay and dissolved in the reagent B to a concentration of 30 μg/20 μL, which was used as a sample for membrane protein digestion. 1 μL of 100 mmol/L dithiothreitol (DTT) was added (for reductive cleavage of disulfide bonds) and incubated for 30 minutes at room temperature. To this was added 1 μL of 550 mmol/L iodoacetamide (for carbamidomethylation of Cys), and the mixture was incubated at room temperature for 30 minutes in the dark. 77 μL of reagent A of the kit was added, and 1.5 μL of trypsin (TPCK-Trypsin (Thermo Fisher Scientific Inc.: Prod #20233)) was added. Protein digestion was performed by incubating overnight at room temperature. 150 μL of Reagent C and 1.5 μL of Reagent D were added. After the addition, the mixture was vortexed for 1 minute and centrifuged at 25° C. and 15,600×g for 2 minutes to separate the two phases. Unnecessary solubilizing agent was present in the upper phase and was removed by suction with a pipette. In order to remove the remaining Reagent C, after performing centrifugal concentration, 50 μL of 5% acetonitrile, 0.1% trifluoroacetic acid (TFA) was added and vortexed.
C.ペプチドの脱塩・濃縮
前記にて酵素消化したものを脱塩・濃縮するためにGL-Tip SDB(GL Science Inc)を使用した。当該チップをまず、80%アセトニトリル、0.1% TFA水溶液を20μL添加し、室温、3,000×gで2分間遠心することでコンディショニングした。これに5%アセトニトリル、0.1% TFA水溶液を20μL添加し、室温、3,000×gで2分間遠心することでカラムを平衡化した。これに対して、前記実施例5Bの操作で得られた試料を全量添加し、室温、3,000×gで5分間遠心することでペプチドをカラムに吸着させた。さらに5%アセトニトリル、0.1%TFA水溶液を20μL添加し、室温、3,000×gで2分間遠心することでカラムを洗浄後、80%アセトニトリル、0.1%TFA水溶液を50μL添加し、室温、3,000×gで2分間遠心することで、ペプチドを溶出させた。
C. Desalting and Concentration of Peptides GL-Tip SDB (GL Science Inc.) was used to desalt and concentrate the enzymatically digested peptides described above. The chip was conditioned by first adding 20 μL of 80% acetonitrile and 0.1% TFA aqueous solution and centrifuging at 3,000×g for 2 minutes at room temperature. 20 μL of 5% acetonitrile and 0.1% TFA aqueous solution was added thereto, and the column was equilibrated by centrifuging at 3,000×g at room temperature for 2 minutes. To this, the entire amount of the sample obtained in the procedure of Example 5B was added, and the peptide was adsorbed onto the column by centrifugation at 3,000×g at room temperature for 5 minutes. Furthermore, 20 μL of 5% acetonitrile and 0.1% TFA aqueous solution was added, and the column was washed by centrifugation at 3,000×g for 2 minutes at room temperature, and then 50 μL of 80% acetonitrile and 0.1% TFA aqueous solution was added. Peptides were eluted by centrifugation at 3,000 xg for 2 minutes at room temperature.
D.質量分析測定
上記サンプルを、nano-LCシステム(EASY-nLC1000:Thermo Fisher Scientific Inc.)を連結したフーリエ変換型Orbitrap質量分析計(Q-Exactive:Thermo Fisher Scientific Inc.)で、LC-MS/MS解析を行った。上記にて調製した質量分析測定用サンプルから2μLを測定に供した。なお、トラップカラムとしてAcclaimRTPepMap100(Thermo Fisher Scientific Inc.:C18、充填剤径3μm、内径75μm、カラム長2cm)、分析カラムとして、AcclaimRTPepMapRSLC(Thermo Fisher Scientific Inc.:C18、充填剤径2μm、内径50μm、カラム長15cm)を用いた。移動相Aは0.1%蟻酸水溶液、移動相Bは0.1%蟻酸/アセトニトリル、流量は200nL/分、グラジエントは、0-40%移動相B/200分間、40-100%移動相B/10分間、100%移動相B/10分間で測定した。
D. Mass spectrometry measurement The above sample was subjected to LC using a Fourier transform Orbitrap mass spectrometer (Q-Exactive: Thermo Fisher Scientific Inc.) connected to a nano-LC system (EASY-nLC1000: Thermo Fisher Scientific Inc.). -MS/MS An analysis was performed. 2 μL of the sample for mass spectrometry measurement prepared above was subjected to measurement. The trap column was Acclaim RT PepMap100 (Thermo Fisher Scientific Inc.: C18, packing diameter 3 μm, inner diameter 75 μm, column length 2 cm), and the analysis column was Acclaim RT PepMap RSLC (Thermo Fisher Sc). ientific Inc.: C18, filler diameter 2 μm , inner diameter 50 μm, column length 15 cm). Mobile phase A is 0.1% formic acid aqueous solution, mobile phase B is 0.1% formic acid/acetonitrile, flow rate is 200 nL/min, gradient is 0-40% mobile phase B/200 minutes, 40-100% mobile phase B /10 minutes, 100% mobile phase B/10 minutes.
MS測定のスキャン条件はFull MS/dd-MS2モードを使用しFull MSをスキャンした後に、強度が高いシグナルのMS/MSスペクトルを取得した。設定条件を表2に示す。 The scanning conditions for MS measurement were Full MS/dd-MS2 mode, and after scanning Full MS, an MS/MS spectrum of a signal with high intensity was obtained. Table 2 shows the setting conditions.
E.データ解析
得られたデータはProteome Discoverer 1.4ソフトウェア(Thermo Fisher Scientific Inc.)にて、ヒトタンパク質データベースHomo_sapiens_Uniprot_201210.fastに対してSequestHTアルゴリズムにより検索を行った。SequestHTでの検索条件を表3に示す。
E. Data analysis The obtained data were compiled into the human protein database Homo_sapiens_Uniprot_201210. A search was performed on ``fast'' using the SequestHT algorithm. Table 3 shows the search conditions in SequestHT.
検索結果からScore1.0以上のものをピックアップした。抽出したマイクロベシクル画分のショットガンプロテオミクス解析により検出できた蛋白質の一覧を表4に、その中で上位にスコアリングされたタンパク質の内、フローサイトメーターでのキャラクタライズに使用した表面抗原を表5に、それぞれ、示す。また、ショットガンプロテオミクス解析により検出した蛋白質からmetascape(Tripathi et al., Cell Host & Microbe (2015), 18: 723-735)を使用した蛋白質のエンリッチメント解析結果を図4に、そのエンリッチメント解析結果をクラスター毎にネットワーク解析した結果を図5に、それぞれ、示す。表4に示す蛋白質は細胞膜や細胞内にカテゴライズされるものが多いが、物質輸送や栄養素リサイクル、代謝、生合成といった機能を有すものが含まれ(図4)、これら検出された蛋白質はマイクロベシクルをキャラクタライズする表面マーカーとして、またその内容物をバイオマーカー利用として、臨床検査や診断に使用できる可能性がある。 We picked up items with a Score of 1.0 or higher from the search results. Table 4 lists the proteins detected by shotgun proteomics analysis of the extracted microvesicle fraction, and among the top-scoring proteins, the surface antigens used for characterization using a flow cytometer are shown. 5, respectively. In addition, Figure 4 shows the results of protein enrichment analysis using metascape (Tripathi et al., Cell Host & Microbe (2015), 18: 723-735) from proteins detected by shotgun proteomics analysis. The results of network analysis for each cluster are shown in FIG. 5. Many of the proteins listed in Table 4 are categorized as cell membranes or intracellular, but they also include proteins with functions such as mass transport, nutrient recycling, metabolism, and biosynthesis (Figure 4), and these detected proteins are microorganisms. It has the potential to be used as a surface marker to characterize vesicles, and its contents as a biomarker for clinical testing and diagnosis.
《実施例6:フローサイトメーターを用いた尿マイクロベシクルのキャラクタライゼーション》
A.パルス処理による凝集マイクロベシクルのゲートアウト(観測像からの除外)
実施例1においてマイクロベシクル画分を濃縮した画分を各表面抗原で染色し、実施例2のフローサイトメーターの観測条件にて測定した。このとき、観測像の中にはマイクロベシクルが凝集して複数個合体したような像が観測された(各種染色した表面抗原が全て陽性集団となるような集団)。これを観測像から除去するために、側方散乱光におけるパルス幅(縦軸)とパルスエリア(横軸)で展開した観察像(図6)を用意して、大きく外れた集団を観測像から除外した。
《Example 6: Characterization of urine microvesicles using a flow cytometer》
A. Gate out of aggregated microvesicles by pulse treatment (exclusion from observation image)
The concentrated microvesicle fraction in Example 1 was stained with each surface antigen and measured under the flow cytometer observation conditions of Example 2. At this time, an image in which multiple microvesicles appeared to aggregate together was observed (a group in which all of the various stained surface antigens were positive). In order to remove this from the observed image, we prepared an observed image (Figure 6) developed by the pulse width (vertical axis) and pulse area (horizontal axis) in side scattered light, and removed the groups that deviated greatly from the observed image. Excluded.
B. THPポリマーのゲートアウト(観測像からの除外)
上記実施例6Aの操作後に、側方散乱光とAPCマウスIgGの展開図からAPC陽性集団すなわち残存THPポリマーがキャプチャーしうるマウスIgG集団を抽出し、APC陽性となる集団を抽出し観測像から除外した(図7)。
B. Gate-out of THP polymer (exclusion from observation image)
After the operation in Example 6A above, the APC-positive population, that is, the mouse IgG population that can be captured by the residual THP polymer, is extracted from the side scattered light and the APC mouse IgG development diagram, and the APC-positive population is extracted and excluded from the observed image. (Figure 7).
C.CD10、CD13、CD26陽性となるマイクロベシクルのキャラクタライゼーション
上記実施例A、実施例Bの操作後に、CD10及びCD13の展開図からこれらが2種類ともに陽性となる集団を抽出し、さらにCD26陽性となる集団を選別した。この集団をCD10、CD13、CD26陽性マイクロベシクルとし、観測された全体における本集団の割合は66%であった。これら3種のCDマーカーは全て膜に存在するペプチダーゼであり、蛋白質を分解する機能を当該マイクロベシクルが有している可能性がある(図8)。
C. Characterization of microvesicles that are positive for CD10, CD13, and CD26 After the operations in Example A and Example B above, a population that is positive for both types of CD10 and CD13 is extracted from the development diagram, and the population is also positive for CD26. The group was selected. This population was defined as CD10-, CD13-, and CD26-positive microvesicles, and the proportion of this population in the entire observed population was 66%. These three types of CD markers are all peptidases present in the membrane, and it is possible that the microvesicles have the function of decomposing proteins (FIG. 8).
D.MUC1陽性マイクロベシクルのキャラクタライゼーション
上記実施例A、実施例Bの操作後に、CD227(MUC1)及び側方散乱光の展開図からMUC1陽性集団を抽出し、更にこの集団からAnnexin5陽性となる集団を選別した。この集団をMUC1陽性マイクロベシクルとし、観測された全体における本集団の割合は2.4%であった(図9)。
D. Characterization of MUC1-positive microvesicles After the operations in Example A and Example B above, a MUC1-positive population is extracted from the development diagram of CD227 (MUC1) and side scattered light, and a population that is Annexin5 positive is further selected from this population. did. This population was defined as MUC1-positive microvesicles, and the proportion of this population in the entire observed population was 2.4% (FIG. 9).
E.尿マイクロベシクルの2分類
上記において、それぞれが由来する細胞集団へのマイクロベシクルのキャラクタライゼーション後に側方散乱光とAnnexin5の展開図へ重ね合わせた図の一例を図10に示す。
E. Two Classifications of Urinary Microvesicles In the above, an example of a diagram superimposed on a developed diagram of side scattered light and Annexin 5 after characterizing the microvesicles to the cell populations from which they are derived is shown in FIG.
F.各細胞由来マイクロベシクルのAnnexin5陽性と陰性によるキャラクタライゼーション
前記実施例6Bの操作後に、側方散乱光とAnnexin5の展開図からAnnexin5陽性と陰性集団を抽出し、この集団から前記C、Dで示したCD抗原を用いた由来細胞からのマイクロベシクルキャラクタライゼーションも行った(図11)。由来するベシクルごとにAnnexin5陽性と陰性の割合を比較したところCD10、CD13、CD26陽性となるマイクロベシクルはAnnexin5陰性集団が多かった(図12)。なお、比較検定はウィルコクソンの符号順位検定を用いた(* p< 0.05, ** p < 0.01)。
従来より利用されているマイクロベシクルのマーカー(例えばAnnexin5)について、上記結果より、Annexin5陰性のマイクロベシクルが多数存在し、その割合も由来する細胞ごとに大きな違いがあることが明らかとなった。すなわち、各細胞に由来するマイクロベシクル中の物質の挙動が従来とは異なる可能性が見いだされた。このことは、従来より利用されている方法を利用したキャラクタライゼーションのみではマイクロベシクルの正確な性質を見落とす可能性がある。本発明を利用することで、疾患部位の特定や診断目的にマッチした結果を得るための臨床検査材料を入手することができる可能性があることが示唆された。
F. Characterization of each cell-derived microvesicle by Annexin5 positivity and negativity After the operation in Example 6B, Annexin5 positive and negative populations were extracted from the side scattered light and the Annexin5 development diagram, and from this population, the cells shown in C and D above were extracted. Microvesicle characterization from derived cells using CD antigen was also performed (Figure 11). When the proportion of Annexin5 positive and negative microvesicles were compared for each derived vesicle, many of the microvesicles positive for CD10, CD13, and CD26 were Annexin5 negative (FIG. 12). The comparison test used the Wilcoxon signed rank test (* p < 0.05, ** p < 0.01).
Regarding conventionally used microvesicle markers (for example, Annexin 5), the above results revealed that there are many Annexin 5-negative microvesicles, and the proportion thereof varies greatly depending on the cell of origin. In other words, it has been discovered that the behavior of substances in microvesicles derived from each cell may be different from the conventional behavior. This means that the exact nature of microvesicles may be overlooked by characterization using conventionally used methods. It has been suggested that by using the present invention, it may be possible to obtain clinical test materials for identifying disease sites and obtaining results that match diagnostic purposes.
《実施例7:尿マイクロベシクルのCD26(Dipeptidyl peptidase 4)のペプチド切断活性の測定》
実施例1においてマイクロベシクル画分を濃縮した画分に対して元々のサンプル量と同様の緩衝液を加えたもの(マイクロベシクル画分)、マイクロベシクル画分を除いた上清(上清画分)、元々の尿画分(ただし2000gx10分を2回実施して細胞残余物は除いたもの)の3画分を準備し、それぞれの画分を用いて、CD26(Dipeptidyl peptidase 4)のペプチド切断活性を測定した。活性測定には合成基質 H-Gly-Pro-7-amido-4-methylcoumarin hydrobromideを使用した。溶液中のペプチダーゼ活性によりH-Gly-Pro-7-amido-4-methylcoumarin hydrobromideが切断を受けて、7-Amino-4-methylcoumarinが産生されるとその蛍光発色する。3画分を測定し、元々の尿画分を100%とした場合、マイクロベシクル画分は30%程度の酵素活性が含有されることを見出した(図13)。
上記結果から、本発明を用いて分離・濃縮されたマイクロベシクル画分中に含まれるプロテアーゼ等の酵素類は元検体中の性状をそのまま維持・反映しているものであることが確認された。従って、実施例6-Fに加えて実施例7の結果からも、本発明を利用することで、疾患部位の特定や診断目的にマッチした結果を得るための臨床検査材料を入手することができる可能性があることが示唆された。
《Example 7: Measurement of peptide cleaving activity of CD26 (Dipeptidyl peptidase 4) in urine microvesicles》
The same buffer as the original sample amount was added to the concentrated microvesicle fraction in Example 1 (microvesicle fraction), and the supernatant after removing the microvesicle fraction (supernatant fraction) ), prepare 3 fractions of the original urine fraction (2000 g x 10 minutes twice to remove cell residue), and use each fraction to perform peptide cleavage of CD26 (Dipeptidyl peptidase 4). Activity was measured. The synthetic substrate H-Gly-Pro-7-amido-4-methylcoumarin hydrobromide was used for activity measurement. When H-Gly-Pro-7-amido-4-methylcoumarin hydrobromide is cleaved by peptidase activity in the solution and 7-Amino-4-methylcoumarin is produced, it develops a fluorescent color. Three fractions were measured, and it was found that when the original urine fraction was taken as 100%, the microvesicle fraction contained about 30% of the enzyme activity (FIG. 13).
From the above results, it was confirmed that enzymes such as protease contained in the microvesicle fraction separated and concentrated using the present invention maintain and reflect the properties of the original sample. Therefore, from the results of Example 7 in addition to Example 6-F, by using the present invention, it is possible to obtain clinical test materials for identifying disease sites and obtaining results that match diagnostic purposes. It was suggested that this is possible.
以上の結果より、尿中のマイクロベシクルを濃縮し、THPポリマーを分解、除去しうる方法により、マイクロベシクル画分にフォーカスした観測法が確立できて、個々のマイクロベシクルが表面に有している蛋白質を用いてキャラクタライゼーションできることが示された。本発明を用いることで、尿中に存在する個々のマイクロベシクルの由来する細胞や臓器を判別し、その増減や含有率などを測定することが可能になった。 From the above results, we were able to establish an observation method that focuses on the microvesicle fraction by concentrating microvesicles in urine and decomposing and removing THP polymers. It was shown that the protein can be used for characterization. By using the present invention, it has become possible to identify the cells and organs from which individual microvesicles present in urine originate, and to measure their increase/decrease and content rate.
本発明におけるマイクロベシクルを濃縮する前処理法は特に複雑な操作を伴うことなく、THPポリマーを上手く除去して、効率よくマイクロベシクル抽出することが可能である。当該、前処理法を実施することで、マイクロベシクルに含有されるバイオマーカーとなるべく候補物質(実施例では蛋白質の一覧を例示)を濃縮することができ、尿を直接測定するよりも高感度な測定を実施できる可能性がある。 The pretreatment method for concentrating microvesicles according to the present invention can successfully remove THP polymers and efficiently extract microvesicles without involving any particularly complicated operations. By implementing this pretreatment method, it is possible to concentrate candidate substances (a list of proteins is exemplified in the example) contained in microvesicles as a biomarker, which is more sensitive than directly measuring urine. There is a possibility that measurements can be carried out.
また、本発明によれば、簡便にマイクロベシクルの表面抗原によって個々の尿中マイクロベシクルのキャラクタライゼーションを行うことができ、どういった細胞や臓器に由来したマイクロベシクルが存在するのかを測定/定量/解析することができる。マイクロベシクルなどの微小膜画分には細胞や臓器間コミュニケーションに必要な伝達物質が含まれリキッドバイオプシとしての臨床応用が期待されているが、表面抗原そのものにも標的臓器や細胞との接着や相互作用としての臨床的、生理的な意味合いが含有されると思われる。特に尿中のマイクロベシクルは蛋白質分解作用のあるペプチダーゼをその表面に有しており、その機能活性が臨床的な意味合いを持つ可能性が高いと考えられる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to easily characterize individual urinary microvesicles using surface antigens of microvesicles, and it is possible to measure/quantitate what cells and organs the microvesicles are derived from. / Can be analyzed. Micromembrane fractions such as microvesicles contain transmitters necessary for communication between cells and organs, and are expected to be used clinically as liquid biopsies. It is thought that there are clinical and physiological implications as an effect. In particular, microvesicles in urine have peptidases on their surfaces that have proteolytic properties, and their functional activity is likely to have clinical significance.
これらのことは本発明によるマイクロベシクルの観測が特定の疾患や患者の状態を判定する検査法への応用や健康状態→未病(疾病予備軍)状態への個人の遷移などを日々管理しうる予防、予知マーカーとしての臨床応用なども考えられる。より微小な粒子をダイナミックレンジの広い性能にて、表面抗原と合わせて測定できる系があればエクソソーム、マイクロベシクルなどを含めて微小膜画分としての臨床応用価値を高めることができる。 These points indicate that the observation of microvesicles according to the present invention can be applied to testing methods for determining specific diseases and patient conditions, and can be used to manage the transition of individuals from a healthy state to a pre-diseased (pre-disease) state on a daily basis. Clinical applications as preventive and predictive markers are also possible. If there is a system that can measure smaller particles together with surface antigens with performance over a wide dynamic range, the clinical application value of micromembrane fractions, including exosomes and microvesicles, can be increased.
Claims (9)
(工程1)採取された尿検体を、低速遠心分離し、細胞画分やデブリスを除去する工程、
(工程2)前記工程1で得られた上清を高速遠心して、マイクロベシクル画分を沈殿させる工程、
(工程3)前記工程2で得られた沈殿画分に還元剤を加える工程、
(工程4)前記工程3で得られた試料を高速遠心して、マイクロベシクル画分を濃縮するとともに還元剤を除去する工程、
(工程5)前記工程4で得られた尿検体処理物に、(1)標識した、マイクロベシクルに特異的に結合することができる物質と(2)標識したIgGとを、この順に、若しくは逆の順に、又は同時に添加する工程、及び
(工程6)前記工程5で得られた反応物をフローサイトメーターの測定に供する工程
を含み、前記工程6において、
(工程A)取得したデータを解析し、(1)凝集したマイクロベシクルと、(2)標識したIgGに反応する粒子群とを、この順に、若しくは逆の順に、又は同時に観測像から除外する工程、及び
(工程B)由来する細胞のマイクロベシクル集団への分別、キャラクタライズを行う工程
を含む、前記方法。 A method for separating microvesicles in a urine sample, the method comprising:
(Step 1) A step of centrifuging the collected urine sample at low speed to remove cell fractions and debris,
(Step 2) high-speed centrifugation of the supernatant obtained in Step 1 to precipitate the microvesicle fraction;
(Step 3) Adding a reducing agent to the precipitated fraction obtained in Step 2,
(Step 4) high-speed centrifugation of the sample obtained in Step 3 to concentrate the microvesicle fraction and remove the reducing agent;
(Step 5) Add (1) a labeled substance that can specifically bind to microvesicles and (2) a labeled IgG to the urine sample treated product obtained in step 4 in this order or in the reverse order. and (Step 6) subjecting the reactant obtained in Step 5 to measurement with a flow cytometer, in Step 6,
(Step A) A step of analyzing the acquired data and excluding (1) aggregated microvesicles and (2) particles that react with labeled IgG from the observed image in this order, in the reverse order, or at the same time. and (Step B) the method described above, comprising the steps of separating the derived cells into microvesicle populations and characterizing them.
(工程2)前記工程1で得られた上清を高速遠心して、マイクロベシクル画分を沈殿させる工程、
(工程3)前記工程2で得られた沈殿画分に還元剤を加える工程、
(工程4)前記工程3で得られた試料を高速遠心して、マイクロベシクル画分を濃縮するとともに還元剤を除去する工程、
(工程5)前記工程4で得られた尿検体処理物に、(1)標識した、マイクロベシクルに特異的に結合することができる物質と(2)標識したIgGとを、この順に、若しくは逆の順に、又は同時に添加する工程、及び
(工程6)前記工程5で得られた反応物をフローサイトメーターの測定に供する工程
を含み、前記工程6において、
(工程A)取得したデータを解析し、(1)凝集したマイクロベシクルと、(2)標識したIgGに反応する粒子群とを、この順に、若しくは逆の順に、又は同時に観測像から除外する工程、及び
(工程B)由来する細胞のマイクロベシクル集団への分別、キャラクタライズを行う工程
を含み、更に、
(工程7)前記工程6でキャラクタライズを行った画分をセルソーターで分離する工程
を含む、尿検体中のマイクロベシクルを分離する方法によって分離されたマイクロベシクルを使用して、尿に由来するマイクロベシクルに特異的に含まれる物質を探索する方法。 (Step 1) A step of centrifuging the collected urine sample at low speed to remove cell fractions and debris,
(Step 2) high-speed centrifugation of the supernatant obtained in Step 1 to precipitate the microvesicle fraction;
(Step 3) Adding a reducing agent to the precipitated fraction obtained in Step 2,
(Step 4) high-speed centrifugation of the sample obtained in Step 3 to concentrate the microvesicle fraction and remove the reducing agent;
(Step 5) Add (1) a labeled substance that can specifically bind to microvesicles and (2) a labeled IgG to the urine specimen obtained in step 4 in this order or in the reverse order. a step of adding in order or at the same time; and
(Step 6) Step of subjecting the reaction product obtained in step 5 to measurement using a flow cytometer
In the step 6,
(Step A) A step of analyzing the acquired data and excluding (1) aggregated microvesicles and (2) particles that react with labeled IgG from the observed image in this order, in the reverse order, or at the same time. ,as well as
(Step B) Step of separating and characterizing the derived cells into microvesicle populations
including, and further,
(Step 7) A step of separating the fraction characterized in step 6 using a cell sorter.
A method for searching for substances specifically contained in microvesicles derived from urine using microvesicles separated by a method for separating microvesicles in a urine sample, including :
(工程2)前記工程1で得られた上清を高速遠心して、マイクロベシクル画分を沈殿させる工程、
(工程3)前記工程2で得られた沈殿画分に還元剤を加える工程、
(工程4)前記工程3で得られた試料を高速遠心して、マイクロベシクル画分を濃縮するとともに還元剤を除去する工程、
(工程5)前記工程4で得られた尿検体処理物に、(1)標識した、マイクロベシクルに特異的に結合することができる物質と(2)標識したIgGとを、この順に、若しくは逆の順に、又は同時に添加する工程、及び
(工程6)前記工程5で得られた反応物をフローサイトメーターの測定に供する工程
を含み、前記工程6において、
(工程A)取得したデータを解析し、(1)凝集したマイクロベシクルと、(2)標識したIgGに反応する粒子群とを、この順に、若しくは逆の順に、又は同時に観測像から除外する工程、及び
(工程B)由来する細胞のマイクロベシクル集団への分別、キャラクタライズを行う工程
を含み、更に、
(工程7)前記工程6でキャラクタライズを行った画分をセルソーターで分離する工程
を含む、尿検体中のマイクロベシクルを分離する方法によって分離されたマイクロベシクルを使用して、対象における疾患、薬剤投与効果または他の医学的状態の検出を助ける方法。 (Step 1) A step of centrifuging the collected urine sample at low speed to remove cell fractions and debris,
(Step 2) high-speed centrifugation of the supernatant obtained in Step 1 to precipitate the microvesicle fraction;
(Step 3) Adding a reducing agent to the precipitated fraction obtained in Step 2,
(Step 4) high-speed centrifugation of the sample obtained in Step 3 to concentrate the microvesicle fraction and remove the reducing agent;
(Step 5) Add (1) a labeled substance that can specifically bind to microvesicles and (2) a labeled IgG to the urine specimen obtained in step 4 in this order or in the reverse order. a step of adding in order or at the same time; and
(Step 6) Step of subjecting the reaction product obtained in step 5 to measurement with a flow cytometer
In the step 6,
(Step A) A step of analyzing the acquired data and excluding (1) aggregated microvesicles and (2) particles that react with labeled IgG from the observed image in this order, in the reverse order, or at the same time. ,as well as
(Step B) Step of separating the derived cells into microvesicle populations and characterizing them
including, and further,
(Step 7) A step of separating the fraction characterized in step 6 using a cell sorter.
A method of aiding in the detection of a disease, drug administration effect, or other medical condition in a subject using microvesicles isolated by a method of isolating microvesicles in a urine specimen, comprising :
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