JP7861925B2 - 糖鎖調製方法及び糖鎖分析方法 - Google Patents
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Description
本願は、2023年9月29日に出願された日本国特願2023-169184号、2024年4月26日に出願された日本国特願2024-072974号、2024年7月16日に出願された日本国特願2024-113192号、2023年9月29日に出願された日本国特願2023-168984号、2024年4月26日に出願された日本国特願2024-072852号、2024年7月16日に出願された日本国特願2024-113238号、に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
また、糖鎖を得るためには、上記可視化のために用いた成分の分離が必要となる。
さらに、得られた糖鎖を分析する際には、分析に適した標識基で糖鎖を修飾する標識工程が必要となる。
(1)分離に用いるキャピラリーに前記試料を充填した後、キャピラリーの下流端からキャピラリー内に先行電解質液を充填する工程
(2)キャピラリーの両端を泳動液に浸漬させた状態で、キャピラリーの下流側を正、上流側を負として電圧を印加して、前記試料に含まれる複数の前記標識体をキャピラリーの上流側に濃縮する工程
(3)濃縮された複数の前記標識体を、キャピラリー電気泳動法により前記標識体のそれぞれを分離する工程
(1)分離に用いるキャピラリーに前記試料を充填した後、キャピラリーの下流端からキャピラリー内に先行電解質液を充填する工程
(2)キャピラリーの両端を泳動液に浸漬させた状態で、キャピラリーの下流側を正、上流側を負として電圧を印加して、前記試料に含まれる複数の前記標識体をキャピラリーの上流側に濃縮する工程
(3)濃縮された複数の前記標識体を、キャピラリー電気泳動法により前記標識体のそれぞれを分離する工程
《糖鎖調製方法》
本実施形態の糖鎖調製方法は、容器内で、固相に固定された糖タンパク質に糖鎖遊離酵素を作用させ、糖鎖を含む遊離生成物を得る遊離工程と、容器内の遊離生成物に標識反応試薬を加え、糖鎖の標識体を含む標識生成物を得る標識工程と、を含む。
以下、順に説明する。
遊離工程では、固相に固定された糖タンパク質に糖鎖遊離酵素を作用させて糖鎖を遊離し、遊離生成物を得る。好ましくは、脱糖鎖促進剤の存在下で糖鎖遊離酵素を作用させる。本工程は、化学的断片化又は酵素学的断片化等によるタンパク質の断片化工程を実質的に含まない。
《糖タンパク質》
第1実施形態において、糖タンパク質は、少なくともN型糖鎖(N結合型糖鎖)を複合成分として含むタンパク質であればよい。すなわち、糖タンパク質は、N型糖鎖を含む「糖鎖部分」と、「タンパク質部分」とで構成されている。
糖タンパク質において、糖鎖部分は、天然の構造を有していてもよいし、人工的に改変されていてもよい。また、糖鎖部分は、中性糖鎖であってもよいし、酸性糖鎖であってもよい。
IgG、IgM、IgA、IgD、IgE等の免疫グロブリン;
Fab、F(ab’)、F(ab’)2、一本鎖抗体(scFv)、二重特異性抗体(diabody)等の低分子抗体;
Fc領域と他の機能性タンパク質又はペプチドとの融合により構成されるFc融合タンパク質又はペプチド等のFc含有分子;
放射性同位元素配位性キレート、ポリエチレングリコール等の化学修飾基を付加した化学的修飾抗体等が挙げられる。
また、抗体は、モノクローナル抗体であってもよく、ポリクローナル抗体であってもよい。
抗体医薬品候補は、抗体医薬品の開発途上にある物質であり、抗体医薬品としての活性及び安全性等の評価に供される物質である。抗体医薬品候補から糖鎖遊離を行う場合は、抗体医薬品の開発を迅速化することができ、抗体医薬品から糖鎖遊離を行う場合は、抗体医薬品の品質管理を迅速化することができる。
本実施形態の方法において、糖タンパク質は、固相に固定されている。固定の態様としては、特異的結合による非共有結合(水素結合及びイオン結合)、並びに共有結合が含まれ、例えば泳動ゲルにアプライ又はブロッティングメンブレンに転写されることより単に保持されるに過ぎない態様は含まれない。非共有結合による固定である場合、結合速度定数ka(単位M-1s-1)が、例えば103以上、例えば104以上、例えば103~105、例えば104~105の親和性を有することが好ましい。
担体がその表面に有するリンカーとしては、例えば、糖タンパク質のタンパク質部分を捕捉可能なリガンドが挙げられる。リガンドとしては、
(i)糖タンパク質のタンパク質部分に親和性のある分子(以下、単に糖タンパク質に親和性のある分子という場合がある。)、(ii)イオン交換基、(iii)疎水性基が挙げられる。
糖タンパク質に親和性のある分子は特に限定されず、捕捉すべき糖タンパク質に応じて当業者が容易に決定することができる。例えば、ペプチド性又はタンパク質性リガンド、アプタマー(糖タンパク質に特異的に結合可能な合成DNA、合成RNA又はペプチド)、化学合成性リガンド(チアゾール誘導体等)が挙げられる。
それらのリガンドの組換え発現により得られる機能的改変体(類縁物質);
抗体のFcレセプター等の組換えタンパク質等が挙げられる。
これにより、糖鎖解析の重要性が特に高い抗体について、スループット性の高い糖鎖試料調製及び解析が可能となる。なかでも、リガンドとしては、微生物由来リガンドが好ましい。
イオン交換基は、イオン交換機能により糖タンパク質を捕捉可能であり、かつ、カウンターイオンによってイオン強度依存的に糖タンパク質を脱離可能である官能基であれば特に限定されない。好ましくは、カルボキシル基(より具体的には、カルボキシメチル基等)、スルホン酸基(より具体的には、スルホエチル基、スルホプロピル基等)等の陽イオン交換基が挙げられ、四級アミノ基等の陰イオン交換基であってもよい。
疎水性基としては、例えば、炭素数2~8のアルキル基又はアリール基が挙げられる。
より具体的には、ブチル基、フェニル基、オクチル基等が挙げられ、これらの基は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
担体は、水に不溶な基材であって、上記のリンカーを固定化できるものであれば特に限定されず、有機担体、無機担体及びそれらの複合担体が挙げられる。有機担体としては、架橋ポリビニルアルコール、架橋ポリアクリレート、架橋ポリアクリルアミド、架橋ポリスチレン等の合成高分子;架橋セファロース、結晶性セルロース、架橋セルロース、架橋アミロース、架橋アガロース、架橋デキストラン等の多糖類からなる担体が挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
糖タンパク質を含む試料(以下、「試料」と略称することがある)を、上記の固相に接触させることにより、試料に含まれる糖タンパク質を固相に捕捉する(固定する)ことができる。
糖タンパク質を固定した固相は、容器内に用意される。糖タンパク質を固定した固相は、当該容器内で調製されることが効率的で好ましい。容器は、液体及び固相の保持並びに固相を保持した状態での液体の分離(通液)が可能な容器であれば特に限定されず、例えば、カラム、マルチウェルプレートの各ウェル、フィルタープレートの各ウェル、マイクロチューブ等が挙げられる。
固相に固定された糖タンパク質に作用させる糖鎖遊離酵素としては、ペプチドN-グリカナーゼ(PNGase F、PNGase A)、エンド-β-N-アセチルグルコサミニダーゼ(Endo-H、Endo-F、Endo-A、Endo-M)等が挙げられる。
遊離工程は、脱糖鎖促進剤の存在下で行われてもよい。これによって、糖タンパク質からの糖鎖の遊離を促進し、糖鎖の回収率を向上させることができる。
脱糖鎖促進剤は、水又は緩衝液中に酸由来型陰イオン性界面活性剤が溶解又は分散された状態で用意されてもよい。
遊離工程では、糖鎖遊離酵素の至適条件(温度及びpH)が満たされた、糖タンパク質と糖鎖遊離酵素とを含む遊離反応液が調製されればよい。
また、糖鎖遊離酵素と糖タンパク質との反応時間は、例えば5秒~24時間であってもよい。
遊離工程によって得られる遊離生成物は、遊離糖鎖と、固相に結合したタンパク質とを含む。遊離糖鎖は、糖タンパク質における糖鎖部分に対応し、固相に結合したタンパク質は、糖タンパク質におけるタンパク質部分に対応する。
本実施形態の方法では、糖鎖が遊離する一方、タンパク質部分は固相に固定されたままであるため、当該固相を分離するだけでタンパク質部分が除去される。そのため、遊離工程の後、固液分離によって固相を分離し、遊離生成物(遊離糖鎖)を含む分離液を得る分離工程(分離工程1)を有してもよい。
本実施形態の方法において、遊離工程の前に前処理工程を更に備えていてもよい。これにより、タンパク質部分の分解処理を行うことなく、糖タンパク質からの糖鎖の遊離が容易になる。その結果、糖鎖遊離処理に要する時間を大幅に短縮することができる。
標識工程では、遊離工程を行った容器内の遊離生成物に標識化合物を含む標識反応試薬(標識反応液)を加え、糖鎖の標識体(以下、糖鎖標識体と称することがある)を含む標識生成物を得る。
標識化合物は、糖鎖に対する反応性基と、糖鎖に付すべき修飾基とを有する。本実施形態において、標識化合物は、いずれも反応性基としてアミノ基を有し、修飾基として芳香族基を有する。アミノ基及び芳香族基を有する標識化合物を用いると、糖鎖に対して還元アミノ化による修飾が行われる。
標識反応試薬は、標識化合物の他、標識化合物を溶解させる溶液、還元剤を含む。
緩衝液としては、前述の遊離工程で用いられるものと同様の緩衝剤の水溶液が挙げられる。
標識工程では、遊離生成物に対して標識反応試薬を加える。標識工程においては、遊離工程が行われた容器を引き続いて用いるが、標識反応試薬を加える際に、遊離生成物に対して洗浄等、その相対的組成(溶媒以外の成分比)を変化させる処置は行われない。なお、遊離生成物に対して、水、緩衝液及び/又は有機溶媒を加えて溶解又は希釈することは許容される。
標識工程後の容器内には、糖鎖標識体が存在する。また、上記分離工程1を実施しない場合、標識工程後の容器内には、固相に結合したタンパク質が存在する。したがって、標識工程によって得られる標識生成物は、糖鎖標識体及び固相に結合したタンパク質を含むということもできる。固相に結合したタンパク質は、糖タンパク質を構成していたタンパク質部分におけるアミノ酸残基間のペプチド結合が依然として切断されていない。標識生成物は、水、緩衝液及び/又は有機溶媒中に含まれていてよい。
(糖鎖標識体の溶出)
上記分離工程1を実施しない場合、標識工程の後、標識生成物から固液分離によって糖鎖の標識体を含む分離液を得る分離工程(分離工程2)を行ってもよい。これにより、糖鎖標識体を容易に分離することができる。例えば、標識生成物に溶離液を通液することで、糖鎖標識体を溶出することができる。この場合に用いる溶離液は、水、水溶液、コロイド溶液等の水系溶液であってよい。溶離液として、固相とタンパク質部分との結合に対する切断能を有する性質を具備するものを選択してもよい(糖鎖標識体の分析を例えばクロマトグラフィーによって行う場合等)し、そのような性質を具備しないものを選択してもよい(糖鎖標識体の分析を例えば質量分析によって行う場合等)。これによって、糖鎖の標識体を含む分離液が得られる。
糖鎖の分析手法によっては、分離液から不要物を除去することで糖鎖標識体を精製してもよい。不要物の除去は、分離液を精製用固相に通液して糖鎖標識体を捕捉し、捕捉された糖鎖標識体を再溶出することで行われてよい。
精製用固相の一例として、糖鎖標識体を非共有結合によって捕捉する固相が挙げられる。具体的には、シリカゲルカラム、アミノカラム、その他の順相固相を用いることができる。
これによって、タンパク質が混在している場合等において糖鎖標識体の精製度を向上させることができる。具体的には、ヒドラジド基を有するポリマーを精製用固相担体として用いることができる。分離液中では、遊離糖鎖は環状のヘミアセタール型と非環状のアルデヒド型との平衡状態を生じているため、このアルデヒド基-CHOとヒドラジド基-NH-NH2とが特異的に反応し、安定な結合-C=N-NH-を形成する。これによって、精製用固相担体に遊離糖鎖を捕捉することができる。
精製用固相に糖鎖標識体を捕捉させる際には、糖鎖標識体及び余剰の標識化合物を含む混合物にイオン性水溶液を添加して、分離液を再調製してもよい。このような操作により、分離液に含まれる余剰の標識化合物の除去が促進される。
上記精製においては、糖鎖標識体を精製用固相担体に捕捉させた後、精製用固相担体を溶媒で洗浄するとよい。このとき、用いる溶媒は、有機溶媒及び水を含む混合溶媒が好ましく、アセトニトリルと水とアルコールとの混合溶媒がより好ましい。アルコールとして、メタノール又はエタノールのいずれか一方又は両方を採用することができる。
本実施形態の方法によって調製された糖鎖標識体は、質量分析法(例えば、MALDI-TOF MS)、クロマトグラフィー(例えば、高速液体クロマトグラフィーやHPAE-PADクロマトグラフィー)、電気泳動(例えば、キャピラリー電気泳動)等の公知の方法により、定性的及び/又は定量的に分析することができる。糖鎖の分析においては、各種データベース(例えば、GlycoMod、Glycosuite、SimGlycan(登録商標)等)を利用することができる。本実施形態の方法によって調製された糖鎖標識体は、特に、キャピラリー電気泳動に適している。
(1)分離に用いるキャピラリーに試料を充填した後、キャピラリーの下流端からキャピラリー内に先行電解質液を充填する工程
(2)キャピラリーの両端を泳動液に浸漬させた状態で、キャピラリーの下流側を正、上流側を負として電圧を印加して、試料に含まれる複数の糖鎖標識体をキャピラリーの上流側に濃縮する工程
(3)濃縮された複数の糖鎖標識体を、キャピラリー電気泳動法により糖鎖標識体のそれぞれを分離する工程
先行電解質液には、電解質が含まれる。先行電解質液に含まれる電解質の電気泳動速度は、同じ印加条件で比較したときに、糖鎖標識体の電気泳動速度よりも速い。このような先行電解質液として、Cl-イオンを含む電解質液が好ましい。例えば、先行電解質液としては塩化ナトリウム水溶液が好ましい。
工程(2)では、例えば、泳動液を充填したバイアル瓶にキャピラリーの両端を浸漬させ、キャピラリーに電圧を印加する。これにより、キャピラリーの下流側に充填した先行電解質液がキャピラリーの上流側に移動するとともに、試料中の糖鎖標識体もキャピラリーの上流側に移動し濃縮される。
工程(3)では、公知のキャピラリー電気泳動法により糖鎖標識体を分離する。
本実施形態において、糖タンパク質を固定するための固相、固相を保持し糖鎖の遊離及び標識を行うための容器、並びに糖鎖遊離酵素を備える、糖タンパク質の糖鎖を調製するキットを提供する。
図1は、本実施形態の糖鎖調製方法を実施する装置の一例を説明する模式図である。装置100は、固相10に固定された糖タンパク質が収容される容器15を保持する保持部20と、容器15に試薬を導入する導入部30と、を備える。
《糖鎖調製方法》
本実施形態の糖鎖調製方法は、糖タンパク質を含む試料に糖鎖遊離試薬を作用させ、糖鎖を含む遊離生成物を得る遊離工程と、遊離生成物を含む混合液に精製剤を接触させ、精製剤に糖鎖を吸着させる吸着工程と、精製剤から糖鎖を溶出させる溶出工程と、得られた溶出液と、標識反応試薬とを反応させ、前記糖鎖の標識体を含む標識生成物を得る標識工程と、を含む。
以下、順に説明する。
遊離工程では、糖タンパク質を含む試料(以下、単に試料と称することがある)に糖鎖遊離酵素を作用させて糖鎖を遊離し、遊離生成物を得る。本工程は、化学的断片化又は酵素学的断片化等によるタンパク質の断片化工程を実質的に含まない。
第2実施形態において、糖タンパク質は、少なくともO型糖鎖(O結合型糖鎖)を複合成分として含むタンパク質であればよい。すなわち、糖タンパク質は、O型糖鎖を含む「糖鎖部分」と、「タンパク質部分」とで構成されている。
糖鎖遊離試薬は、糖タンパク質における糖鎖結合部位に作用し、糖タンパク質から糖鎖を遊離させる。糖鎖遊離試薬は、ヒドロキシルアミン化合物と塩基性試薬とを含む。
(i)糖タンパク質にヒドロキシルアミン類を添加した後、塩基性試薬を添加。
(ii)糖タンパク質に塩基性試薬を添加した後、ヒドロキシルアミン類を添加。
(iii)ヒドロキシルアミン類と塩基性試薬とを混合した後、糖タンパク質に添加。
ヒドロキシルアミン類としては、ヒドロキシルアミン、ヒドロキシルアミンの塩、O置換ヒドロキシルアミン、O置換ヒドロキシルアミンの塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を挙げることができる。
ヒドロキシルアミン塩酸塩、ヒドロキシルアミン硫酸塩、ヒドロキシルアミンリン酸塩;
O-(テトラヒドロ-2H-ピラン-2-イル)ヒドロキシルアミン、O-ターシャルブチルジメチルシリルヒドロキシルアミン、O-トリメチルシリルヒドロキシルアミン;
O-メチルヒドロキシルアミン塩酸塩、O-エチルヒドロキシルアミン塩酸塩、ニトロベンジルヒドロキシルアミン塩酸塩;
からなる群より選択される少なくとも一つの化合物を挙げることができる。
塩基性試薬としては、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ金属の弱酸塩、アルカリ土類金属の水酸化物、アンモニア水に溶解したアルカリ土類金属の塩、及び、有機塩基からなる群より選択される少なくとも一つの化合物を挙げることができる。
DBU:1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene)
TBD:1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカン-5-エン(1,5,7-Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene)、
MTBD:7-メチル-1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エン(7-Methyl-1,5,7-triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene)、
TMG:1,1,3,3-テトラメチルグアニジン(1,1,3,3-Tetramethylguanidine)、
t-BuTMG:2-tert-ブチル-1,1,3,3-テトラメチルグアニジン(2-tert-Butyl-1,1,3,3-tetramethylguanidine)、
DBN:1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノン-5-エン(1,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-ene)、
CTAH:セチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(cetyltrimethylammonium hydroxide)
等を挙げることができる。
糖鎖遊離試薬に、アミン類を更に加えてもよい。アミン類としては、以下に限定されないが、例えば、アンモニア水、メチルアミン水溶液、ジメチルアミン水溶液、エチルアミン、ジエチルアミン、エタノールアミン、エチレンジアミン、ブチルアミン、モルホリン、DABCO、アントラニル酸からなる群より選択される少なくとも一つの化合物を挙げることができる。
上記した通り、特にO結合型糖鎖を遊離させる場合には、ヒドロキシルアミン類の最終濃度はできるだけ高いことが好ましい。しかしながら、糖タンパク質と反応液との混合液が、高濃度のヒドロキシルアミン類を含む場合、糖鎖を遊離後の混合液に未反応のヒドロキシルアミン類が残存する場合がある。未反応のヒドロキシルアミン類は、糖鎖を標識して分析する場合に標識反応を阻害してしまうため、除去することが好ましい。
遊離工程によって得られる遊離生成物は、糖タンパク質における糖鎖部分に対応した遊離糖鎖と、糖タンパク質におけるタンパク質部分に対応したタンパク質とを含む混合物である。
吸着工程では、遊離生成物を含む混合液に精製剤を接触させ、精製剤に糖鎖(遊離糖鎖)を吸着させる。
精製剤は、「糖鎖に親和性を有する固相」である。精製剤は、混合液に接触することで、混合液に含まれる糖鎖を吸着することができる。
(A)ベタイン構造を有するポリマー
(B)ベタイン構造を有するポリマーと、当該ポリマーを担持する支持体と、を有する複合体
(a)正電荷と負電荷を同一分子構造内の隣り合わない位置に有する。
(b)正電荷を持つ原子には解離しうる水素が結合していない。
(c)分子構造全体としては電荷を持たない。
-Z-L-A …(1)
-A-L-Z …(2)
[式(1)(2)中、Zは、2級アミノ基、3級アミノ基、4級アンモニウム基、イミノ基及びイミニウム基からなる群より選択されるカチオン基を表す。
Lは、炭素数1~10のアルキレン基を表す。
Aは、リン酸基、カルボキシル基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、スルホン酸基、スルフィン基、スルフェン基、水酸基、チオール基及びボロン酸基からなる群より選択されるアニオン基を表す。]
アルキル基は直鎖状であってもよく、分岐していてもよい。カチオン基が複数のRを有する場合、複数のRはそれぞれ異なっていてもよく同一であってよい。Rは、例えば炭素数1~3のアルキル基が好ましい。
さらに、精製剤が有するベタイン構造において、ベタイン構造を示す部分は、ホスホリルコリン基であると好ましい。
精製剤は、上記式(1)又は(2)で表されるベタイン構造を有するポリマー(高分子)であってもよい。以下の説明では、「ベタイン構造を有するポリマー」を「ポリマーA」と称することがある。
2-(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、
2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシエチルホスホリルコリン、
6-(メタ)アクリロイルオキシヘキシルホスホリルコリン、
10-(メタ)アクリロイルオキシエトキシノニルホスホリルコリン、
2-(メタ)アクリロイルオキシプロピルホスホリルコリン、
2-(メタ)アクリロイルオキシブチルホスホリルコリンが挙げられる。以上の単量体は、式(2)におけるAがリン酸基、Zが4級アンモニウム基、Lがエチレン基であるベタイン構造を有する。
・ジメチル(2-メタクリロイルオキシエチル)(ホスホナトメチル)アミニウム、ジメチル(2-アクリロイルオキシエチル)(ホスホナトメチル)アミニウム(上記式(1)のAがホスホン酸基、Zが4級アンモニウム基、Lがメチレン基)
・ジメチル(2-メタクリロイルオキシエチル)(2-ホスホナトエチル)アミニウム、ジメチル(2-アクリロイルオキシエチル)(2-ホスホナトエチル)アミニウム(上記式(1)のAがホスホン酸基、Zが4級アンモニウム基、Lがエチレン基)
・ジメチル(2-メタクリロイルオキシエチル)(3-ホスホナトプロピル)アミニウム、ジメチル(2-アクリロイルオキシエチル)(3-ホスホナトプロピル)アミニウム(上記式(1)のAがホスホン酸基、Zが4級アンモニウム基、Lがプロピレン基)
・ジメチル(2-メタクリロイルオキシエチル)(4-ホスホナトブチル)アミニウム、ジメチル(2-アクリロイルオキシエチル)(4-ホスホナトブチル)アミニウム(上記式(1)のAがホスホン酸基、Zが4級アンモニウム基、Lがブチレン基)
が挙げられる。
・ジメチル(2-メタクリロイルオキシエチル)(カルボキシラトメチル)アミニウム、ジメチル(2-アクリロイルオキシエチル)(カルボキシラトメチル)アミニウム(上記式(1)のAがカルボキシル基、Zが4級アンモニウム基、Lがメチレン基)
・ジメチル(2-メタクリロイルオキシエチル)(2-カルボキシラトエチル)アミニウム、ジメチル(2-アクリロイルオキシエチル)(2-カルボキシラトエチル)アミニウム(上記式(1)のAがカルボキシル基、Zが4級アンモニウム基、Lがエチレン基)
・ジメチル(2-メタクリロイルオキシエチル)(3-カルボキシラトプロピル)アミニウム、ジメチル(2-アクリロイルオキシエチル)(3-カルボキシラトプロピル)アミニウム(上記式(1)のAがカルボキシル基、Zが4級アンモニウム基、Lがプロピレン基)
・ジメチル(2-メタクリロイルオキシエチル)(4-カルボキシラトブチル)アミニウム、ジメチル(2-アクリロイルオキシエチル)(4-カルボキシラトブチル)アミニウム(上記式(1)のAがカルボキシル基、Zが4級アンモニウム基、Lがブチレン基)
が挙げられる。
・ジメチル(2-メタクリロイルオキシエチル)(スルホナトメチル)アミニウム、ジメチル(2-アクリロイルオキシエチル)(スルホナトメチル)アミニウム(上記式(1)のAがスルホン酸基、Zが4級アンモニウム基、Lがメチレン基)
・ジメチル(2-メタクリロイルオキシエチル)(2-スルホナトエチル)アミニウム、ジメチル(2-アクリロイルオキシエチル)(2-スルホナトエチル)アミニウム(上記式(1)のAがスルホン酸基、Zが4級アンモニウム基、Lがエチレン基)
・ジメチル(2-メタクリロイルオキシエチル)(3-スルホナトプロピル)アミニウム、ジメチル(2-アクリロイルオキシエチル)(3-スルホナトプロピル)アミニウム(上記式(1)のAがスルホン酸基、Zが4級アンモニウム基、Lがプロピレン基)
・ジメチル(2-メタクリロイルオキシエチル)(4-スルホナトブチル)アミニウム、ジメチル(2-アクリロイルオキシエチル)(4-スルホナトブチル)アミニウム(上記式(1)のAがスルホン酸基、Zが4級アンモニウム基、Lがブチレン基)
が挙げられる。
精製剤としては、上記ポリマーAを単独で用いてもよく、ポリマーAを不溶性の支持体に担持させた複合体として用いてもよい。上記ポリマーAを不溶性の支持体に担持させた複合体は、糖鎖を吸着させた後、混合液から分離しやすく、精製操作が簡便になるため好ましい。
図2では、支持体2を、球状であることとして示したがこれに限らない。例えば、支持体の形状は、基板やマルチウェルプレート等の板状、シートやフィルム、メンブレン等の膜状、繊維状であってもよい。
これらの材料は1種のみで用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの材料は1種のみで用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
支持体2の材料としては、シリカが特に好ましい。
溶出工程では、糖鎖を吸着した精製剤から糖鎖を溶出させる。精製剤から糖鎖を溶出させる溶離液には、有機溶媒、又は、有機溶媒と水の混合溶媒を用いることができ、溶出対象となる糖鎖や精製剤の種類等により適宜選択することができる。
バッチ法では、まず、遊離工程で得た遊離生成物と上記精製剤とを、適当な容器(例えば、マイクロチューブや遠心管、マイクロプレート等)中で接触させ、当該精製剤に糖鎖を吸着させる(吸着工程)。
スピンカラム法による場合には、フィルター等を内蔵した容器、例えば、フィルターカップ等を用いて行うことができる。フィルターカップとしては、例えば上部と下部に開口部を有し、下部の開口部がフィルターで被覆されているものを用いることができる。
標識工程では、溶出工程で得られた溶出液と、標識化合物を含む標識反応試薬とを反応させ、糖鎖の標識体(以下、糖鎖標識体と称することがある)を含む標識生成物を得る。
標識化合物は、糖鎖に対する反応性基と、糖鎖に付すべき修飾基とを有する。本実施形態において、標識化合物は、いずれも反応性基としてアミノ基を有し、修飾基として芳香族基を有する。アミノ基及び芳香族基を有する標識化合物を用いると、糖鎖に対して還元アミノ化による修飾が行われる。
本実施形態で用いる標識反応試薬は、標識化合物1の他、標識化合物1を溶解させる溶液、還元剤を含む。
標識反応試薬における溶液は、アルコール、有機酸、超純水の混合液である。
第1工程では、溶出工程で得られた溶出液を乾固させた後に、第1試薬を加えて加熱する。
また、第1工程の加熱時間は、例えば、10分以上24時間以下とすることができる。
第2工程は、第1工程で得られた反応液に第2試薬を加え加熱する。
また、第2工程の加熱時間は、例えば、1時間以上24時間以下とすることができる。
上記標識工程により、糖鎖標識体を含む反応液が得られる。
得られた反応液には、糖鎖標識体とともに、標識工程で用いた余剰の標識化合物1等の不要物が存在している。そのため、反応液(標識生成物を含む試料溶液)から不要物を除去することで糖鎖標識体を精製してもよい。不要物の除去は、試料溶液を精製用固相に通液して糖鎖標識体を捕捉し、捕捉された糖鎖標識体を再溶出することで行われてよい。
本実施形態の方法によって調製された糖鎖標識体は、第1実施形態の《糖鎖分析方法》に記載の方法にて分析することができる。そのため、低濃度のサンプルから好適に糖鎖標識体を検出することができる。
本実施形態の糖鎖調製方法は、第2実施形態の糖鎖調製方法と遊離工程、吸着工程が共通し、溶出工程及び標識工程が異なっている。そのため、以下の説明では、第2実施形態と共通する操作については省略し、異なる操作について詳述する。
溶出工程では、糖鎖を吸着した精製剤から糖鎖を溶出させる。精製剤から糖鎖を溶出させる溶離液には、上述の有機溶媒、又は、有機溶媒と水の混合溶液を用いることができ、溶出対象となる糖鎖や精製剤の種類等により適宜選択することができる。
本実施形態の標識工程においては、標識反応試薬に含まれる標識化合物として、2-aminobenzoic acid(2-AA)及び3-aminobenzoic acidからなる群から選ばれる少なくとも1種を用いる。これらの標識化合物は、カルボキシ基を含む。以下の説明においては、これらの標識化合物を「標識化合物2」とする。
本実施形態にかかる精製キットは、糖タンパク質から糖鎖を遊離させる糖鎖遊離試薬と、遊離させた糖鎖を精製する精製剤と、糖鎖を標識する標識反応試薬とを有する。
N型糖鎖分析に係る実施例においては、市販の抗体糖鎖分析キット(住友ベークライト製、品番:BS-X4410)を用いた。キットには、本実施例において用いる以下の構成が含まれていた。
カラム1:Antibody Capturing Column(抗体捕捉カラム)
試薬2:Antibody Capturing Solution(捕捉溶液)
試薬3:Washing Buffer(洗浄溶液)
試薬4:Glycan Release Enhancer(促進溶液、脱糖鎖促進剤)
試薬5A:PNGase F溶液(糖鎖遊離酵素)
試薬5B:Diluting Buffer(希釈用緩衝液)
(遊離工程)
カラム1を2.0mLのチューブに挿し、遠心力500×gで3分遠心した。次いで、カラム1に試薬2を600μL加え、遠心力500×gで3分遠心した。
8-Aminopyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium(3ナトリウム塩、APTS)(BIOSYNTH製、品番:FA45174)と、500mmol/Lクエン酸水溶液とを混合し、濃度400mmol/Lの標識化合物溶液1を調製した。クエン酸は、本発明における「有機酸」に該当する。
APTSと500mmol/Lクエン酸水溶液とを混合し、濃度250mmol/Lの標識化合物溶液2を調製した。
上記(遊離工程)の後のカラム1に標識化合物溶液2を添加し、遠心力3000×gで1分遠心した。次いで、カラム1に還元剤溶液2を添加し、遠心力3000×gで1分遠心した。
加熱後のサンプルに超純水を30μL添加した後、アセトニトリル600μLを添加した。得られた溶液をクリーンアップカラム(住友ベークライト製、品番:BS-X4410に付属)に全量添加してクリーンアップカラムに糖鎖標識体を捕捉させた後、クリーンアップカラムを遠心力500×gで1分遠心して溶液を除去した。クリーンアップカラムは、本発明における精製用固相に該当する。
(条件)
CE装置:P/ACE MDQ Plus(エービー・サイエックス社)
キャピラリー:N-CHOキャピラリー(エービー・サイエックス製、品番:477601)
緩衝液 :N-Linked Carbohydrate Separation Gel Buffer(エービー・サイエックス製。品番:477623)
蛍光検出 :励起波長488nm、蛍光波長520nm
キャピラリー電気泳動分析において用いた緩衝液を50mmol/L HEPES(pH7.25)とし、試料を0.3psiで3秒間にわたってキャピラリー中に注入したこと以外は実施例1-2と同様にして分析を行った。実施例1-3のCE分析は、キャピラリーゾーン電気泳動分析である。
実施例1-4においては、APTS標識された市販品を用い、モデル実験を行った。
購入したNA2F Glycan, APTS Labeled(Ludger製、品番:CAPTS-NA2F-01)を純水に再溶解し、0.25pmol/μLのモデル試料を調製した。
(条件)
CE装置:P/ACE MDQ Plus(エービー・サイエックス社)
キャピラリー:N-CHOキャピラリー(エービー・サイエックス製、品番:477601)
緩衝液 :50mmol/L HEPES(pH7.25)
先行電解質液:12mmol/L塩化ナトリウム水溶液
蛍光検出 :励起波長488nm、蛍光波長520nm
その後、キャピラリーの下流側を正、上流側を負として30kVの電圧を印加し試料の濃縮を22分間にわたって行った。続いてキャピラリー電気泳動を18分間にわたって行った。
実施例1-4で調製したモデル試料を、実施例1-3の条件にてキャピラリー電気泳動分析を行った。
(標識工程、分離工程)
上記(遊離工程)の後のカラム1に標識化合物溶液2を添加し、遠心力3000×gで1分遠心した。次いで、カラム1に還元剤溶液2を添加し、遠心力3000×gで1分遠心した。
加熱後のサンプルに超純水を60μL添加した後、エタノール600μLを添加した。得られた溶液をクリーンアップカラム(住友ベークライト製、品番:BS-X4410に付属)に全量添加後、クリーンアップカラムを遠心力500×gで1分遠心して溶液を除去した。その後、95%エタノール/水混合溶液600μLを加え、クリーンアップカラムを遠心力500×gで1分遠心して溶液を除去した。さらに、再度95%エタノール/水混合溶液600μLを加え、クリーンアップカラムを遠心力3000×gで1分遠心して溶液を除去した。
実施例1-5で調製したモデル試料を、実施例1-3の条件にてキャピラリー電気泳動分析を行った。
(糖鎖標識体の準備)
実施例1-2と同様に、上記(遊離工程)の後のカラム1に標識化合物溶液2を添加し、遠心力3000×gで1分遠心した。次いで、カラム1に還元剤溶液2を添加し、遠心力3000×gで1分遠心した。得られた溶液をチューブの蓋を開けた状態(開放系)で、50℃で2時間加熱し反応混合液を得た。得られた反応混合液には、糖鎖標識体の他、未反応の標識化合物が含まれる。
上記反応混合液に超純水を30μL添加した後、エタノール600μLを添加した。得られた溶液をクリーンアップカラム(住友ベークライト製、品番:BS-X4410に付属)に全量添加後、クリーンアップカラムを遠心力500×gで1分遠心して溶液を除去した。その後、有機溶媒及び水を含む混合溶液600μLを加え、クリーンアップカラムを遠心力500×gで1分遠心して溶液を除去した。混合溶液の混合割合を表2に示す。さらに、再度下表2に示す混合溶液600μLを加え、クリーンアップカラムを遠心力3000×gで1分遠心して溶液を除去した。
表3における「残存率」は、予備実験1(アセトニトリルと水との混合溶媒)の結果を100としたときの割合を示す。表3に示すように、洗浄時の混合溶媒をアセトニトリルと水との混合溶媒から、アルコールと水との混合溶媒に変更すると、未反応の標識化合物は大きく低減することが確認できた。一方で、目的とする糖鎖標識体も大きく減少してしまうことが確認できた。微量の糖鎖を測定可能とするためには、得られたサンプル溶液において未反応の標識化合物は低減し、且つ糖鎖標識体は多く残る洗浄条件が好ましい。
上記(糖鎖標識体の準備)と同様にして得た反応混合液に超純水を60μL添加した後、エタノール600μLを添加したこと、洗浄を下表4に記載の混合溶媒を用いたこと以外は、上記予備実験と同様にしてサンプル溶液を調製し、キャピラリー電気泳動分析を行った。結果を表5に示す。ただし、No.5,6,12は参考例とする。
(糖鎖標識体の準備)
実施例1-2と同様に、上記(遊離工程)の後のカラム1に標識化合物溶液2を添加し、遠心力3000×gで1分遠心した。次いで、カラム1に還元剤溶液2を添加し、遠心力3000×gで1分遠心した。得られた溶液をチューブの蓋を開けた状態(開放系)で、50℃で2時間加熱し反応混合物を得た。得られた反応混合物には、糖鎖標識体の他、未反応の標識化合物が含まれる。
上記反応混合物に炭酸水素アンモニウム水溶液(pH約8)を60μL添加した後、アセトニトリル600μLを添加した。得られた溶液をクリーンアップカラム(住友ベークライト製、品番:BS-X4410に付属)に全量添加後、クリーンアップカラムを遠心力500×gで1分遠心して溶液を除去した。「炭酸水素アンモニウム水溶液」は、本発明におけるイオン性水溶液に該当する。
上記反応混合物に250mmol/L塩化アンモニウム水溶液(pH約5)60μL添加したこと以外は実施例1-7と同様にして、サンプル溶液をマイクロチューブに回収した。
上記反応混合物に250mmol/L塩化ナトリウム水溶液(pH約7)60μL添加したこと以外は実施例1-7と同様にして、サンプル溶液をマイクロチューブに回収した。
上記反応混合物に250mmol/Lアンモニア水溶液(pH約11)60μL添加したこと以外は実施例1-7と同様にして、サンプル溶液をマイクロチューブに回収した。
上記反応混合物に250mmol/L炭酸ナトリウム水溶液(pH約11)60μL添加したこと以外は実施例1-7と同様にして、サンプル溶液をマイクロチューブに回収した。
上記反応混合物に250mmol/L水酸化ナトリウム水溶液(pH約13)60μL添加したこと以外は実施例1-7と同様にして、サンプル溶液をマイクロチューブに回収した。
上記反応混合物に純水60μL添加したこと以外は実施例1-7と同様にして、サンプル溶液をマイクロチューブに回収した。
O型糖鎖分析に係る実施例においては、市販の抗体糖鎖分析キット(住友ベークライト製、品番:BS-41601))を用いた。キットには、本実施例において用いる以下の構成が含まれていた。
試薬1:Glycan Reagent A(50%濃度のヒドロキシルアミン溶液を含む溶液)
試薬2:Glycan Reagent B(ジアザビシクロウンデセン(有機塩基)を含む溶液)
精製剤:Glycan Capturing Beads
カラム1:フィルターカラム
カラム2:クリーンアップカラム
試薬7:Reducing Reagent(還元剤 ピコリンボラン)
(遊離工程)
ウシ胎児fetuin(シグマアルドリッチ製、品番:F3004)を超純水に溶解させ、10mg/mLのfetuin溶液を調製した。この溶液を1.5mLチューブに10μL添加した後、糖鎖遊離溶液15μLを添加して混合した。得られた混合溶液を37℃で75分加熱した。
遊離工程の後、混合溶液にアセトニトリル(富士フイルム和光純薬製。製品コード:018-19853、純度99.9%)を1000μL加えてよく混合した。
カラムに残留した固体(精製剤)に超純水50μLを加え、精製剤から糖鎖を溶出させた。その後、糖鎖を溶出させた溶出液(糖鎖溶液)を、遠心によりPCRチューブに回収した。
8-Aminopyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium(3ナトリウム塩、APTS)(BIOSYNTH製、品番:FA45174)と、500mmol/Lクエン酸水溶液とを混合し、濃度250mmol/Lの第1試薬を調製した。クエン酸は、本発明における「有機酸」に該当する。
標識工程において、溶出液を乾固させたPCRチューブに、第1試薬と第2試薬とを添加して混合し、70℃で3時間して標識生成物を得たこと以外は、実施例2-1と同様にしてサンプル溶液を調製した。
ウシ胎児fetuin(シグマアルドリッチ製、品番:F3004)を超純水に溶解させ、2mg/mLのfetuin溶液を調製した。調製したfetuin溶液を用い、実施例2-1と同様に、遊離工程、吸着工程を行った。
2-Aminobenzoic Acid(2-AA)(東京化成製、品番:A0497)をメタノール:酢酸:超純水=49:2:49である混合溶液に溶解させ、濃度300mmol/Lの溶液1を調製した。
マイクロチューブに回収した溶液を50℃で3時間加熱し、標識生成物を得た。加熱後のマイクロチューブにアセトニトリル1mLを加え、攪拌した。
得られた溶液をカラム2(クリーンアップカラム)に全量添加してクリーンアップカラムに糖鎖(糖鎖標識体)を捕捉させた後、遠心力500×gで1分遠心して溶液を除去した。次いで、クリーンアップカラムにアセトニトリル600μLを加え、遠心力500×gで1分遠心して溶液を除去した。その後、クリーンアップカラムに再度アセトニトリル600μLを加え、遠心力3000×gで1分遠心して溶液を除去した。クリーンアップカラムは、本発明における精製用固相に該当する。
標識反応試薬における還元剤の濃度が25mmol/Lであったこと以外は実施例2-2と同様にして、糖鎖標識体を含む水溶液(サンプル溶液)を調製した。
標識反応試薬における還元剤の濃度が0.05mmol/Lであったこと以外は実施例2-2と同様にして、糖鎖標識体を含む水溶液(サンプル溶液)を調製した。
実施例2-1のサンプル溶液を超純水で2倍に希釈し、以下の条件にてキャピラリー電気泳動(CE)分析を行った。以下の条件のCE分析は、キャピラリーゲル電気泳動分析である。
(条件)
CE装置:P/ACE MDQ Plus(エービー・サイエックス社)
キャピラリー:N-CHOキャピラリー(エービー・サイエックス製、品番:477601)
緩衝液 :N-Linked Carbohydrate Separation Gel Buffer(エービー・サイエックス製。品番:477623)
蛍光検出 :励起波長488nm、蛍光波長520nm
市販のO型糖鎖標品Sialylated Core 1 O Glycan(Ludger製。品番:CO-C1(S3)1-20U)10ugを上述の第1試薬5μLに溶解させ、PCRチューブに移し替えた。PCRチューブに第2試薬を5μL添加して、70℃で3時間加熱し、標識生成物を得た。加熱後のチューブの内容物に超純水を40μL添加し、希釈したサンプル溶液を調製した。
キャピラリー電気泳動分析において用いた緩衝液を50mmol/LのHEPES(pH7.25)とし、試料を0.3psiで3秒間にわたってキャピラリー中に注入したこと以外は実施例2-3と同様にして分析を行った。実施例2-4のCE分析は、キャピラリーゾーン電気泳動分析である。
キャピラリー電気泳動分析において用いた緩衝液を50mmol/LのHEPES(pH7.25)とし、試料を0.3psiで3秒間にわたってキャピラリー中に注入したこと以外は参考例2-1と同様にして分析を行った。参考例2-2のCE分析は、キャピラリーゾーン電気泳動分析である。
(糖鎖標識体の準備)
実施例2-1と同様の手順で標識生成物を含む反応混合物を得た。得られた反応混合物には、糖鎖標識体の他、未反応の標識化合物が含まれる。
上記反応混合物に超純水を60μL添加した後、エタノール600μLを添加した。得られた溶液をクリーンアップカラム(住友ベークライト製、品番:BS-X4410に付属)に全量添加後、クリーンアップカラムを遠心して溶液を除去した。その後、下表8に示す混合溶液600μLを加え、クリーンアップカラムを遠心して溶液を除去した。さらに、再度下表8に示す混合溶液600μLを加え、クリーンアップカラムを遠心して溶液を除去した。
Claims (11)
- 容器内で、固相に固定された糖タンパク質に糖鎖遊離酵素を作用させ、糖鎖を含む遊離生成物を得る遊離工程と、
前記容器内の前記遊離生成物に標識反応試薬を加え、固液分離により前記糖鎖の標識体を含む標識生成物を得る標識工程と、
前記標識生成物を含む溶液を精製用固相に通液して前記標識体を前記精製用固相に捕捉させ、前記精製用固相を混合溶媒で洗浄した後に、前記精製用固相に超純水を加え捕捉された前記標識体を前記超純水に溶出させる精製工程と、を含み、
前記糖タンパク質が抗体であり、
前記固相が、プロテインA、プロテインG、プロテインL、プロテインH、プロテインD、プロテインArpからなる群より選ばれるリガンドを表面に有し、
前記標識反応試薬は、8-aminopyrene-1,3,6-trisulfonic acid、8-aminopyrene-1,3,6-trisulfonic acidのナトリウム塩及び9-aminopyrene-1,4,6-trisulfonic acidからなる群から選ばれる少なくとも1種と、還元剤と、溶液とを含み、
前記混合溶媒は、有機溶媒及び水を含み、
前記混合溶媒の混合割合は、体積割合でアセトニトリル:アルコール:水=20~65:30~60:2~15(合計100体積%)であり、
前記アルコールは、メタノールまたはエタノールである糖鎖調製方法。 - 容器内で、固相に固定された糖タンパク質に糖鎖遊離酵素を作用させ、糖鎖を含む遊離生成物を得る遊離工程と、
前記容器内の前記遊離生成物に標識反応試薬を加え、固液分離により前記糖鎖の標識体を含む標識生成物を得る標識工程と、
前記標識生成物を含む溶液を精製用固相に通液して前記標識体を前記精製用固相に捕捉させ、前記精製用固相を混合溶媒で洗浄した後に、前記精製用固相に超純水を加え捕捉された前記標識体を前記超純水に溶出させる精製工程と、を含み、
前記糖タンパク質が抗体であり、
前記固相が、プロテインA、プロテインG、プロテインL、プロテインH、プロテインD、プロテインArpからなる群より選ばれるリガンドを表面に有し、
前記標識反応試薬は、8-aminopyrene-1,3,6-trisulfonic acid、8-aminopyrene-1,3,6-trisulfonic acidのナトリウム塩及び9-aminopyrene-1,4,6-trisulfonic acidからなる群から選ばれる少なくとも1種と、還元剤と、溶液とを含み、
前記混合溶媒は、有機溶媒及び水を含み、
前記混合溶媒の混合割合は、体積割合でアセトニトリル:アルコール:水=20~65:30~60:2~15(合計100体積%)であり、
前記精製工程では、前記標識生成物をイオン性水溶液に溶解させた溶液を前記精製用固相に通液する糖鎖調製方法。 - 前記還元剤がピコリンボランである、請求項1又は2に記載の糖鎖調製方法。
- 前記溶液が有機酸を含む、請求項1又は2に記載の糖鎖調製方法。
- 前記溶液が、前記有機酸とは異なる極性溶媒を更に含む、請求項4に記載の糖鎖調製方法。
- 前記遊離工程の後に、固液分離によって前記遊離生成物を含む分離液を得る分離工程を更に含む、請求項1又は2に記載の糖鎖調製方法。
- 前記遊離工程を、酸由来型陰イオン性界面活性剤を含む脱糖鎖促進剤の存在下で行う請求項1又は2に記載の糖鎖調製方法。
- 請求項1又は2に記載の糖鎖調製方法で調製された試料を分析する分析工程を有する、糖鎖分析方法。
- 前記分析工程は、以下の(1)~(3)の工程を含む、請求項8に記載の糖鎖分析方法。
(1)分離に用いるキャピラリーに前記試料を充填した後、キャピラリーの下流端からキャピラリー内に先行電解質液を充填する工程
(2)キャピラリーの両端を泳動液に浸漬させた状態で、キャピラリーの下流側を正、上流側を負として電圧を印加して、前記試料に含まれる複数の前記標識体をキャピラリーの上流側に濃縮する工程
(3)濃縮された複数の前記標識体を、キャピラリー電気泳動法により前記標識体のそれぞれを分離する工程 - 前記分析工程において、レーザー励起蛍光により前記標識体を分析する請求項9に記載の糖鎖分析方法。
- 前記先行電解質液に含まれる電解質の泳動速度は、前記標識体の泳動速度よりも速い請求項9に記載の糖鎖分析方法。
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