JPH04501607A - 巨大分子の特性決定法 - Google Patents

巨大分子の特性決定法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 巨大分子の特性決定法 本発明は巨大分子特にタンパク質の特性決定に関し、より詳しくは種々なリガン ドとの反応を調べることにより巨大分子に関する構造的情報を得る方法に関する 。
現在タンパク質の特性決定は主として2群の方法によってなされ、すなわち1つ は組成情報法(アミノ酸分析、配列分析、分光測光法、質量分析法)でこれは化 学的存在物の含量を与えるが、これらが空間のどこに位置するかの情報はな(、 一方、特別構造法(X線結晶学、NIIR。
低温電子鏡検法、走査型電子トンネル鏡検法)は特定の方法により種々な程度の 構造的情報を提供する。X線結晶学により全空間構造は確かに得られるが、この 方法はタンパク質を結晶形態に変換することを要し、これは一般に困難であり、 又この方法は更に極めて時間がかかり、且つ面倒である。現在約400のタンパ ク質のみがその構造が原子分解を伴うX線結晶学により決定されていることが特 筆される。高分解の構造的情報はNIRによっても得られるが、タンパク質を溶 液にすることを要する。分解はこれまで装置の磁場により制限されたが、この磁 場は無制限に強(することはできず、又タンパク質の大きさと溶解度により制限 された。更にNIRとX線結晶学の両者は高品質及び比較的多量の純粋なタンパ ク質を必要とする。低温電子鏡検法は目視分析により固体形態におけるタンパク 質の表面構造情報を提供することができ、又走査型電子トンネル鏡検法は固体形 態におけるタンパク質のいくらかの情報を提供することが可能である。要約する とタンパク質の構造情報を得るためのこれらの方法は複雑で長時間を要するか、 又は限られた情報のみを提供するであろう。
タンパク質に関する構造的情報は問題のタンパク質の領域又は部分を特異的に指 向する抗体による免疫学的な分析方法によっても得られた。例えば、Furie  B等はMethods fn Enzy園o1ogy(1982年)84巻、 60〜63ページにタンパク質表面の特異的決定基に対する抗体によりプロトロ ンビンとX因子の配座変化の研究を記述している。
モノクローナル抗体とプロット法によるヒトαヨーマクログロブリンのエピトー プマツピング(すなわち巨大分子表面のエピトープの決定)はVan Leuv en等によりI。
Ismunol、 (1986年)90巻、 125〜130ページに記述され ており、一方璽azza M、IとRetegui L、^、は璽o1ec、I mmun。
(1989年)26巻、231〜240ページにモノクローナル抗体と固相RI A法によるヒト成長ホルモン(hGII)のエピトープマツピングを記述してい る。
最近固体表面の表層における変化例えば種々な表面へのテンサイド(tensi des)とタンパク質の吸着を測定するための光学的方法が化学及び生化学関連 で使用され始めた。これらの光学的方法の中に楕円偏光法及び表面プラスセン共 鳴法(SPR)がある。楕円偏光法は楕円偏光の成分が表面により反射される場 合受ける振幅とフヱーズの相互関係における変化を測定することにより屈折物質 の屈折率を測定することを可能にする古い光学的方法である。種々な物質を表面 に吸着させ、吸着層の厚さ並びに表面に吸着された量を計算することができる。
表面プラスセン共鳴法はやや簡単な表現を用いると薄い自由電子金属膜に近接す る層の屈折率の変化をこれらの屈折率変化により引き起こされる反射されたp− 偏光束の強さの変化により検出する方法であるといえる(例えばRaether  H,、I Physics of Th1n Films、 tlass G 、。
Francombe 1.及びHoffman R9編集、Academic  Press。
New York(1977年)、 145〜261ページが参照される)。以 下にこれらの方法を化学又は生化学分野で利用したいくつかの刊行物を説明する 。
Cu1len等はBiosensors(1987/ 88年)3巻、 211 〜225ページにおいて2つのモデル生化学系における免疫複合体形成の検出の ためにSPR法の使用を記述しており、この中でヒト免疫グロブリンG又はヒツ ジ抗血清の免疫グロブリン画分を金被覆回折格子に物理的に吸着させた。次いで それぞれアフィニティー精製したヤギ抗ヒトIgG又はヒト血清アルブミンを免 疫複合体形成により特異的に結合させ、結合反応を時間との関連で追跡すること ができた。
Danfels P、 B、等は5ensors and Actuators (1988年)15巻、 11〜18ページにおいて表面プラスモン共鳴におけ る濃度依存性変化が2つの系、アビジン固定化ビオチンとアルファーフェトプロ ティン固定化抗体−抗原について得られる実験を記述しており、これは溶液の直 接免疫化学的分析にSPRを使用する可能性を示している。
Elving Ho等はJ、 Co11oid Interface Sci、  (1988年)125巻、139〜145ページに天然分子中に隠されたエピ トープ指向抗体により親水性及び疎水性表面に吸着された補体因子の配座変化の 楕円偏光法による測定を記述している。
Jonsson U、等はJ、 Co11oid Interface Set 、 (1982年)90巻、148〜163ページに固体表面へのヒトフィブロ ネクチン(HFN)の吸着を調べるため楕円偏光法の使用を記述している。吸着 時タンパク質の配座変化が吸着タンパク質と抗HFN及びコンカナバリンとの相 互作用をそれぞれ調べることにより明らかにされた。
Borrisberger M、、Biochim、 Biophys、Act a(1980年)632巻、298〜309ページにはレクチンとガラス表面に 適用した多糖類、糖ペプチド及び糖タンパク質の膜との相互作用の研究に楕円偏 光法の使用が記述されている。
璽andenius、 C,F、等はAnal、 Biochet (1984 年)137巻、106〜114ページにタンパク質とシリコン表面に共有結合し たアフィニティーリガンドを持つ細胞との相互作用を調べるため楕円偏光法の使 用を記述している。調べた特異的系はコンカナバリンA−サツカロマイセス・セ レビシェ−細胞、免疫グロブリンG−スタフィロコックス・オーレウス細胞及び NADアナログ−ラクテート・デハイドロジェネースであった。
欧州特許出願公告箱26215号は液体試料中の抗原特異的抗体の量を測定する ための抗原の吸着された層を持つ圧電石英結晶発振機の使用を開示している。
上述の刊行物のいくつかは極めて主要なバイオセンサー法の例であると言える。
バイオセンサーは試料中の生体分子又は粒子の存在の測定が可能なセンサーであ り、分子認識のためのりセプターと変換器からなると定義することができる。バ イオセンサーの群又は種類はりセプターと周囲媒質との相互作用により表面層の 性質に起こる変化を例えば上述のSPR及び楕円偏光法により検出することに基 づく。しかしながら今日に至るまで適当な意味におけるバイオセンサーは試料中 の物質の検出又は濃度の測定にもっばら使用されてきた。
本発明は全く異なる目的のためのバイオセンサー法の使用、すなわち巨大分子と 種々なリガンドとの相互作用及びそれらの互いの間の相互の影響を調べることに より露出した構造的要素に関連して巨大分子例えばタンノくり質の特性決定に関 する。
本発明をより詳細に記述する前に本発明の定義に関連して使用する用語の一部に ついて説明する。
用語「巨大分子」は含めようとする分子の実際の大きさの何等かの限定を意味す るものではなく、一般に分子の構造的領域を確立することに関心があるすべての 大型分子を表す。その例はタンパク質(糖タンパク質、リポタンパク質なども含 む)、ポリペプチド、炭水化物、レクチン、ポリマー、DNA、RNAなどであ り、及びこの巨大分子は天然並びに合成的に作られたものであることができる。
「エピトープ」は巨大分子上の限定された表面に露出した構造要素を表す。ある 種のエピトープ、抗原決定基はそれらの抗体分子と結合する能力により特徴付け られる。他のエピトープは他の種類の巨大分子に結合することができる。例えば ある種のレクチンに結合するタンパク質のグリコジル化された部分、ある種の露 出したアミノ酸残基の金属イオンとのキレートであり、他のエピトープは分子の 生官能的構造を構成し例えばリセプターに結合するか、又はリセプター結合部位 を構成する。この例は容易に多重化されることができる。
「リガンド」は巨大分子のエピトープと相互作用することができる化学化合物で ある。リガンドはそれ自身1つ又はそれより多いエピトープを示すことがあり、 それにより相互作用が起こる。リガンドは巨大分子であることができるが、必要 ではない。リガンドの例として天然リガンド例えば酵素に対する基質及びリセブ ターに対するシグナル物質、表面上のアミノ酸残基に対するキレート化構造、ポ レート(糖と反応する)、アロメート(aro■ate) (芳香族部分と結合 する)、抗体(抗原性エピトープに対する)及びレクチン(グリコジル化工ビト −プとの反応)を挙げることができる。
「検出表面」はここでは表層の物理化学的性質の変化の検出に基づくバイオセン サー(上述の定義による)に存在することができる測定表面又は領域、又はその 種類に類似のそれを表す。そのような表面は以下でより詳しく論議されるであろ う。
従って本発明はリガンドとのその相互作用を調べることにより巨大分子の特性を 決定する方法に関し、及びそれは巨大分子が少なくとも1つのリガンドと相互作 用した後巨大分子を少なくとも1つの他のリガンドと接触させ、この場合巨大分 子又は他のリガンド(1つ又は複数)は検出表面に結合しており、検出表面の物 理化学的性質にその結果起こる変化を検出することにより相互作用を測定し、測 定したリガンド相互作用の間の相互の依存に基づいて巨大分子のエピトープを識 別し、それらの相対的な位置をマツピングすることによりリガンド相互作用の相 互の影響を測定することからなることにより特徴付けられる。
バイオセンサー法の使用に基づくこの方法により巨大分子の表面構造的要素の驚 くべき迅速且つ簡単な測定が達成される。更に、リガンド相互作用の「バイオセ ンサー」に基づく検出はりガント又は巨大分子を検出可能なマーカーで付標する 必要がないことを意味し、何故なら分子自体が検出表面の物理化学的変化に寄与 するからである。本発明の方法は例えばX線回折法と同じような構造的情報を与 えないが、それは実質的により少ない物質量で又多(の場合同等精製を先行させ ることなく実行することができ、及び未知物質の構造的情報を蓄積する作業の中 でそのような方法に対する優れた補足を形作る。
この方法はエピトープ構造の変化の確認例えば化学的変性の構造的影響の研究に おけるマーカーとして使用することもできる。
巨大分子又はリガンドは検出表面に生物異的リガンドを介し又は化学的に結合し 、この場合すべての種類の化学的結合例えば共有結合、イオン結合、双極子結合 、水素結合及びファンデルワール力を含むものである。従って巨大分子は例えば 調べる巨大分子と使用する検出表面によりいずれかの適当なカップリング基を介 して表面に共有結合させることができる。巨大分子をリガンドを介して結合させ る場合後者は調べるリガンドの1つであることができ、以下により詳しく説明さ れるであろう。カップリング基又はリガンドを介して巨大分子を表面へそのよう に生物異的結合させることにより、後者はハンドル又はスペーサーとして機能し 、巨大分子を表面からある距離におき、それにより巨大分子を表面に固定化させ るために使用されるエピトープの近傍のエピトープも露出され、追加の1つ又は 複数のリガンドとの相互作用のために近づくことができる。これにより巨大分子 の溶液条件がシミュレートされ、同時に巨大分子が結合した固相の利点を利用す ることができる。
本発明による上で定義した一般的方法の1つの具体例は a) リガンドを検出表面に結合させ、b)巨大分子を検出表面に結合させるた め巨大分子が検出表面に結合したリガンドと相互作用することを許容し、 C)1つ又はそれより多い追加のリガンドを検出表面に結合させた巨大分子と連 続的に接触させ、及びd)各々の追加のリガンドを巨大分子を持つ検出表面と接 触させた後それぞれのリガンドの巨大分子との相互作用を検出表面の物理化学的 性質にその結実現れる変化を検出することにより測定する段階からなる。
巨大分子の追加の機能的/構造的情報を得るため、段階C)とd)は変更した相 対的順序で添加した種々なリガンドを用いて1回又はそれより多い回数繰り返す ことができ、これについては以下により詳しく記述する。所望により結合させる リガンドは変化させることができる。変更したリガンドの順序で上の段階C)と d)を反復し、次いで結合させるリガンドを変更し、再び段階C)とd)の順序 を変更することなども可能である。
本発明による方法の他の具体例は a)巨大分子を検出表面に結合させ、 b)少なくとも2つのリガンドを検出表面に結合させた巨大分子に連続的に接触 させ、及び C)各々のリガンドを巨大分子を持つ検出表面と接触させた後それぞれのリガン ドの巨大分子との相互作用を検出表面の物理化学的性質にその結実現れる変化を 検出することにより測定する段階からなる。
先行の具体例におけるように巨大分子の追加の機能的/構造的情報はもちろん段 階b)とC)を変更した順序で添加した種々なリガンドと共に1回又はそれより 多い回数繰り返すことにより得ることができる。
本発明の方法の更に別の具体例は、 a) リガンドを検出表面に結合させ、b)巨大分子を少なくとも1つの他のリ ガンドと相互作用することを許容し、 C)前記少なくとも1つの他のリガンドと相互作用した巨大分子をリガンドを持 つ検出表面と接触させ、及び d)巨大分子の検出表面に結合させたりガントとの相互作用を検出表面の物理化 学的性質にその結実現れる変化を検出することにより測定する段階からなる。
先行の具体例におけるように巨大分子の追加の機能的/構造的情報はもちろん段 階b)とC)を変更した順序で添加した種々なリガンドと共に1回又はそれより 多い回数繰り返すことにより得ることができる。
最後に述べた具体例の変法においては、多数の検出表面又は領域を持つ例えば「 センサーユニットとそのバイオセンサーシステムにおける使用(Sensor  unit andits use in biosensor systems )J (スエーデン特許願第8804074−6号に基づ()という我々の係属 中のPCT出願に記述された種類の検出表面が使用され、前記特許の開示は参考 例としてここに組み入れるものであり、調べる種種なりガントの各々はそれぞれ の検出表面に結合させる。
そこに結合させた種々なリガンドの少なくとも1つを持つ巨大分子を得られる多 官能性検出表面に順次接触させ、巨大分子とセンサー表面の全ての検出領域との 相互作用を各々の巨大分子/リガンド組合せにつき測定する。測定はこの場合検 出表面に適合した多チヤンネル装置、例えば「光学的バイオセンサーシステム( Opticalbiosensor system月 (スエーデン特許願88 04075−3号に基づ()という我々の係属中のPCT出願に記述された種類 のそれで実行することができ、その開示は参考例としてここに組み入れる。
より多数のリガンドを調べる場合、上述の具体例のリガンド反応段階はより小さ い群のリガンドを用いて連続的に便利に実行することができる。
上の記述から明らかなように本発明の方法は巨大分子の機能的領域(機能は生機 能に限定されない)の研究に基づく。リガンドの特異性に基づいて巨大分子に関 する定性的並びに定量的情報を得ることができる。リガンドの巨大分子との相互 作用の連続的な実施により、この方法は1つのりガントの機能領域との相互作用 が他の機能領域の他のリガンドとの相互作用にいかに影響するかを研究すること をも伴う。影響が現れる場合相互作用に対する阻害及び増強効果の両者が問題と なることがある。
バイオセンサー法により相互作用における親和力変化を調べることによりより大 きな解答の得られることがある。
これらの研究に基づいて機能情報が得られ、それより巨大分子の構造要素の結論 を導き出すことができる。従って本発明の方法を用いて(1)巨大分子の1つま たはそれより多い機能的/構造的要素を確認すること及び(if)1つ又はそれ より多い他の確認された構造要素に関連して後者の位置を確認することが可能で ある。
この方法で同時に使用するリガンドは同じ種類例えばモノクローナル抗体である ばかりでな(,2つ又はそれより多い異なる種類例えば2つの抗体、レクチンと 天然りガントであることもできる。最初に述べた場合の例は一組の、好ましくは モノクローナルの抗体によるタンパク質の抗原性エピトープのマツピングであり 、一方第二の場合はタンパク質の機能領域の異なる種類、例えば抗原性エピトー プ、特異的なグリコジル化構造と活性部位の検出と位置の確認を例として示すこ とができる。機能的/構造的領域の相対的位置を得るため巨大分子に対する天然 リガンド(生物異的パートナ−)もリガンドとして使用することができる。
本発明の方法を実行する最も簡単な場合は、巨大分子を2つのリガンドのみとの 関連で調べる。上述の種々な具体例により1つのリガンドを検出表面に結合させ ようとする場合、検出表面における相互作用測定は巨大分子を最初に前記第1の リガンドを介して検出表面に結合させた後他のリガンドを添加するか、又は第2 のリガンドを最初に巨大分子に結合させた後巨大分子を添加することにより実行 することができる。もちろん相互作用でない情報も検出された相互作用と同様に 有用である。巨大分子の検出表面への他の結合が調べるリガンドの1つとのそれ の代わりに利用される場合、後者の相互作用は順次測定されるであろう。すなわ ち最初に述べた場合のように第2のリガンドは第1のリガンドが巨大分子に結合 したとき巨大分子と相互作用することができる。2つのりガントは巨大分子と相 互作用できることが既に知られている場合、巨大分子との連続的相互作用はりガ ント相互作用がいかに相互に影響するかについて情報を提供するであろう。これ からそれぞれのエピトープの相互関係について結論を引き出すことができる。場 合により問題の方法の段階をリガンド相互作用の順序を変えてくり返すことがで きる。1つのリガンドが最初に巨大分子を検出表面に結合させるために使用され た場合、そのような逆の順序はもちろん他のリガンドが代わりに巨大分子を検出 表面に結合させるために使用されることを意味する。
上述の2つのリガンドのみの関連で巨大分子を調べる具体例は本来例えばプロッ ト法、ELISA又はRIAで実行することができるが(しかしながら、相当に 複雑且つ時間を要する方法である)、これはより多くのリガンドを使用する場合 実際には不可能であろう。そのような場合本発明の方法の迅速性と単純性はなお より大きな程度に有利であると評価されるであろう。
本発明の方法において多数のリガンドを使用する例はタンパク質に対して生産さ れる多数のモノクローナルにより独立の抗原決定部位を決定する上述の場合を挙 げることができ、これは例えば問題のタンパク質のためのモノクローナルにに基 づく試験の組立てに有用であることができる。そのような場合1つのモノクロー ナルをタンパク質を検出表面に結合させるために使用し、その後他のモノクロー ナルの各々の1つを最初にモノクローナルの1つにより固定化させたタンパク質 に関して個別に試験することができる。この段階は2つのリガンドのみに関する 上述の測定の場合の反復する実施であるということができる。次いで正に相互作 用するモノクローナルは更に種々な相互組合せ例えば5つの群で分析され、これ は元の結合リガンドを介して既に固定化させたタンパク質と順々に相互作用させ ることができる。
この方法により前に結合した抗体が後続のそれの結合部位を妨げるか否かが直接 明らかになるであろう。先行する相互作用により、抗体は問題のエピトープすな わちタンパク質表面の抗原決定部位との相互作用を変化させるであろう。理想的 な場合この方法はもちろん、すべての抗体が互いに交差試験されるように実施す べきである。
しかしながらリガンドの数が多い場合測定の量は比較的多大となり、適当な情報 は実際には試験するりガントの組合せを適当に選択することにより得られる。リ ガンドの1つにより固定化されたタンパク質と負に相互作用したモノクローナル は、次いで同様な方法で但し他のモノクローナルを使用して表面に結合させて連 続的に分析される。場合により、結合モスクローナルは正に相互作用するモノク ローナルの分析において1回又はそれより多い回数変化させることもできる。
いくつかのモノクローナル組合せをそのような組織的な方法で実行した後、簡単 な論理と結果の有効な提示によりタンパク質の抗体結合表面が確認され、相互に 関連することが許容される。抗体相互作用との関連でタンパク質の特性決定のた めに記述された方法は、もちろん一般にそれらのエピトープ相互作用に高い特異 性を示すすべての種類のリガンドと巨大分子に適用することができる。
上に示した情報から明らかなように本発明の方法の重要な態様は巨大分子の改良 された機能的/構造的情報を得るためにリガンド相互作用の連続的分析を(1) 検出表面に供給されるリガンドの変更された順序、並びに(it)巨大分子上の 変更された結合部位を伴い、できれば組み合わせて反復する可能性である。添加 するリガンドの相対的順序を変更することは機能的及び構造的な点で相当するエ ピトープの相互関係のよりよい情報を得ることを可能にするが、分析の間巨大分 子の検出表面への固定化のための結合部位を変更することにより多少検出表面上 の巨大分子を回転させることができる。このようにして巨大分子のすべての部分 はリガンド相互作用に有効に露出され、それによりエピトープの検出表面への近 接がエピトープの機能に及ぼすことができる影響を除去することができる。
本発明の方法は完全に又は部分的に知られていない巨大分子に関する定性的機能 的/構造的情報を得るために使用できると理解されるであろう。しかしながらこ の方法の測定原理から、例えば巨大分子の1つ又はそれより多いエピトープがあ らかじめ知られている場合定量的情報を得ることも可能である。
本発明の方法の考えられる重要な用途は巨大分子の一次構造の変更の影響を調べ ることである。これにより例えばペプチド配列の点変異又は欠失が完成され、又 本発明によるエピトープマツピングをどちらのエピトープがそれらの結合特性が 変化するように構造的に影響を受けているかを実証するために使用することがで きる。そのような巨大分子構造の変更は分子の性質を1つの方向又は他に変化さ せるため所謂タンパク質工学のためのみならず、部分的に知られている巨大分子 の改良された構造情報を得るために実行することができる。
他の用途は巨大分子の断片を調べることによりエピトープを既知のユニットに位 置付けすることである。更に考えられる用途としてはエピトープが消失し又は新 しいエピトープ(ネオエピトープ)が形成される過程により巨大分子が受けるか も知れない影響の制御を挙げることができる。
本発明による構造分析は患者の血清/血漿/血液、尿、脳を髄液、唾液又は組織 内の巨大分子の研究に使用することもできる。従って本発明によるリガンドのサ ブセットを用いて患者からの巨大分子の特性決定により種々なエピトープパター ン又はエピトープ密度を重篤度又は病理的条件に関連して開示することができる 。患者の抗原構造におけるそのような差異は翻訳後修飾例えばグリコジル化又は タンパク分解的分裂の結果であり、異なる抗原用細胞起源を反映することがある 。この例は古典的モノクローナル抗体例えばCA 50、CA 19−9又はC A 242により定義される腫瘍付随抗原である。この抗原は約90%の炭水化 物と分子量が約100キロダルトンのコアタンパク質を持つ糖タンパク質である 。本発明の方法により腫瘍付随抗原が一連のリガンドにより特徴付けられ、又こ れらの異なるリガンドの結合がエピトープ密度と構造的関係について比較される 場合よりよい臨床的相関を得ることができる。
エピトープマツピングは又、所与の抗原に対する免疫応答を分析する場合診断的 興味がある。記述した方法とモノクローナル抗体のサブセット又は抗原上の限定 されたエピトープに対する他のリガンドにより、患者における免疫応答は患者の ポリクローナル抗血清を抗原に結合させた後、リガンドによりエピトープを特性 決定することにより分析することができる。患者の免疫応答の定量後限定された エピトープに対するリガンドの連続注入を伴う方法により患者のためのエピトー プレフ<−トリーが容易に特徴付けられ、この情報は病理的条件と相関を持つこ とがあり、及び予知的価値を持つ、この方法によるエピトープ特性決定が診断的 又は予知的価値を持つ他の場合は予防接種に関連する患者におけるエピトープ免 疫応答の分析である。自己抗原並びに外来抗原のためのエピトープレパートリ− は臨床的興味がある。
前に述べたように本発明の方法は少な(ともある程度まで不純な巨大分子標品に 適用することもできる。以下に不純な抗原で免疫する場合に得られるモノクロー ナル抗体により不純な抗原に関する構造情報を得るための本発明の方法の使用を 記述する。
簡単のため、不純抗原はタンパク質A、B及びCの混合物であり、その種々なエ ピトープに対するモノクローナル抗体は免疫化で得られると仮定する。本発明に より抗体の1つを検出表面に結合させ、次いでタンノ(り質混合物を検出表面に 生物異的に固定化させるために添加する。タンパク1tAは検出表面に結合した 抗体により指向される。次いで得られる検出表面をAに結合するそれに関連して 他の抗体を調査するために使用する。結合しない抗体は検出表面に結合させた抗 体のようにA上の同一エビトープを指向するか又はタンパク質B若しくはCを指 向することができる。
Aに結合する抗体を見出した場合、タンパク質Aを代わりにこの他の抗体を介し て検出表面に固定化させ、前に得られたタンパク質Aに対して負の抗体のすべて を抗体固定化タンパク質Aに対して選別し、タンパク質入上の同一エビトープに 結合する抗体を前記第一の抗体として見出す。見出された非結合抗体はタンパク 質B又はCを指向するに違いなく、上述の方法を同様に繰り返してこれらのタン パク質を確認する。種々なタンパク質に対するすべての抗体が一旦確認されると 、各タンパク質につき前に述べた様に本発明によるエピトープマツピングを行う ことができる。どちらの成分が生物学的効果に応答し得るかは抗体による阻害に より容易に確認することができる。
本発明の方法に使用するセンサー表面はその物理的又は化学的性質が問題のリガ ンド相互作用により測定可能な様式で変化するような表面であることができる。
例えばそれらは光学的性質例えば光の放射量又はその波長における変化、屈折率 などを測定することができる表層又は表面近くに位置する層を持つことができる 。屈折率における変化は例えば前に述べたSPR又は楕円偏光法により測定する ことができる。検出表面はリガンド相互作用がその光音響的性質に測定可能な変 化として現れるようなそれであることができる。他の例ではバイオセンサー表面 は圧電結晶又は電場効果トランジスターの一部である。
本発明の方法に使用するセンサー表面が含まれる全センサーシステムはもちろん 調べるセンサー表面と表面パラメーターの種類による。SPR法に基づ(適当な センサーシステムは「光学的バイオセンサーシステム」という我々の前述の係属 中のPCT出願に記述されている。そのより詳しい設計は以下の実施例に示され るであろう。
場合により本発明の方法により得られる情報は問題の巨大分子の表面特性の解釈 を単純化するためコンピューター処理することができ、その結果をグラフ形態で 便利に提供することができる。
本発明は次の実施例で更に詳しく例証する。これに関連して付随する図面を参考 として示すが、その中で第1a図と第1b図は本発明の方法の1つの具体例の異 なる段階を実行する場合に得られる表面変化応答を示すグラフであり、 第2a図と第2b図は本発明の方法の他の具体例により得られる表面変化応答を 示す第1a図及び第1b図と同様なグラフであり、及び 第3図は本発明の方法により得られる情報の模式的グラフ図の例である。
実施例 この実施例においては本発明の方法によるHIVタンパク質P24のエピトープ マツピングを記述する。このタンパク質はそれ自身又はそれに対する抗体の存在 がBIV感染の初期の兆候であると考えられることより現在極めて大きな関心を 持たれている。試験システムの組立てのためもちろんタンパク質のい(つかの独 立した結合部位を知ることが重要である。
エピトープマツピングのため「光学的バイオセンサーシステムjという我々の前 述のPCT出願に記述された光学的バイオセンサーシステムを使用する。このバ イオセンサーシステムは、その1つの具体例においては本来公知のSPR法に基 づいており、交換可能なセンサーユニット:センサーユニットの検出表面に試薬 と試料溶液を輸送する導管又はチャンネルシステムを持つ液体取扱い用ブロック ユニット;増感させた表面への入射光線と結合し、反射した放射線を検出する光 学ユニット:及び検量後検出器シグナルを検出表面における物質の量に比例する パラメーターに変換する評価ユニットとを持つ。測定を実行する場合、定められ た試料液量を定められたチャンネル部分に注入して導入し、次いでこの液量を溶 離液体により光学的分析のため検出表面を強制的に通過させる。
ここで使用した装置は0.5X0.O5X4mmの測定用チャンネルを持つてい た。ポンプはPhatvacia AH,Swedenから商品番号P500と して発売されているポンプの変更機種を用いた。50xlの外部ループを持つ自 動注入装置Gilsonmodel 231を装置に取り付けた。
センサーユニットは薄い金膜で被覆したガラス板からなり、前記金膜には「バイ オセンサーシステムに使用する選択的生体分子相互作用可能な検出表面(Sen singsurfaces capable of 5elective bi omolecular 1nter−actions to be used  in biosensor 5ystess) J (スエーデン特許願第88 04073−8号に基づく)という我々の係属中のPCT出願に記述されている ようにデキストランヒドロゲルの層が結合されており、前記開示は参考例として ここに組み入れるものであり、又これは「センサーユニットとそのバイオセンサ ーシステムにおける使用」という我々の係属中のPCT出願に記述されているよ うに変更されており、以下に明確に述べる。
検出器デバイスは幅80μで20μの間隔で置かれるフォトダイオードの形態の 一組の検出器要素からなる。下で測定表面における質量吸着(応答)に使用する ユニット「ダイオード(1つ又は複数)」とこの特定のフォトダイオード配置に 関連しており、検出表面の屈折率変化により引き起こされる角度における共鳴変 化に包含される連続的フォトダイオードの数を示す。
測定用として組換えDNA法により得られるタンパク質P24並びにこのタンパ ク質に対して反応性を持つ抗P24モノクローナルを含む54の培養培地を使用 した。
実際のエピトープ測定に先立ち、これらの54の培養培地のサブクラス及び濃度 測定を以下に記述するように実施した。
溶離剤として10sll Hepeslo、15 NaC4,3,4all E DT^、0.1%FT 229、pl= 7.4を使用した。試薬と試料は20 11の量ヲ注入シ、再生ハ0.1Mり!J シン−HCI、 pH=2.5.0 .1%FT 229C2011>で実行した。
A、 サブクラスの測定 この測定のためデキストランで処理した検出表面をカルボキシメチル化により修 飾し、次いで反応性エステル基をN−ヒドロキシスクシンイミド及びN−(3− ジメチルアミノプロピル)−N′−エチルカルボジイミド塩酸(EDC)と共に インキュベートすることにより導入した。
このように誘導体化した検出表面に免疫吸着精製した標品からウサギ抗マウス軽 鎖を結合させた。
次の抗マウスIgGサブクラス試薬を使用した。
ラットモノクローナル抗Gl、ラットモノクローナル抗G 2 a sラットモ ノクローナル抗G2b及びラットモノクローナル抗G3は菖■^B、 Upps ala、 Swedenから入手した。この試薬を10m1l Hepes ( p11=7.4)に100IIIF/II7に希釈した。
抗サブクラス試薬は抗G3、抗G2a、抗G2b及び抗Glの順に連続的に実施 し、54の培養培地を連続的に分析した。
流速は20trl/ml、注入の間の時間は2分間であった。
培養培地は抗G1に対する応答が少な(とも0.1ダイオードに達した場合61 と定義した。No、g、51.27.35.38.39.40.4143及び4 6を除(すべての培養培地は0.1を越える応答値を示した。抗G3、抗G2a 、及び抗G2bに対する応答はいずれの培養培地も0.02ダイオードを越えな かった。精製したIgl (110Ox/ ml)の注入によりすべての抗サブ クラス試薬について0.03より少ない応答を示す結果となった。
B、 濃度測定 すべての培養培地は培養培地(5%FC3)中でそれぞれ2.5.10.20. 30.40.50.60.80及び100μg/窮lの濃度に希釈したG1モノ クローナル(抗ベーター2−ミクログロブリン)の混合物で得られる応答値に基 づいて確立した01基準標準曲線と相関を持っていた。
標準点は繰返し2で実施し、各点の平均値に基づく標準曲線を2〜301q/m lの間で確立した。上のサブクラス測定におけると同じ検出表面を使用した。流 速は20sl1分であり、注入の間の時間は3分であった。培養培地の測定は単 一試料につき実行した。培養培地8.27.35.38.40及び41は極めて 低い濃度を示した。
C9エピトープ調査 上で実行したサブクラス及び濃度測定に基づいて次の培養培地、8.16.27 .35.38.39及び40はエピトープ調査から除いた。他の培養培地は下で 記述する相互エピトープ反応性の点で特性決定した。これらの測定のためデキス トランで処理した検出表面を次のように修飾した。
C1,ヒドラジド機能の導入 3.5gのブロモ酢酸を279の2M水酸化ナトリウム溶液に溶解した。混合物 をデキストラン処理しカルボキシメチル化したセンサー表面に注ぎ、振盪インキ ュベーターし、次いで上述の方法を一度繰り返した。洗浄後表面を20謂lの水 中0.89のN−(3−ジメチルアミノプロピル)−N’−エチルカルボジイミ ド塩酸(EDC)で5分間処理し、次いで20翼lの水中4. Owlのヒドラ ジン塩酸を添加した。
表面を25℃の振盪インキュベーター中で16時間インキュベートし、次いで水 で洗浄した。
C2,誘導体化した測定表面へのウサギ抗マウス−Fcγの結合 10■蓋酢酸緩衝液(pH5,5)中免疫吸着精製したウサギ抗マウス−Fcγ を上で得られたヒドラジド表面に20分間結合させ、次いで未結合抗体を表面を PBS緩衝液(pH1,4)及び0.1Mグリシン(pH2,5)中で洗浄する ことにより除いた。得られた結合は約2.5ダイオードの測定装置中応答に相当 した。
流速は2hA’/分であり、注入の間は3分を実験に使用した。
G3. エピトープマツピング 第一段階として培養培地No、 12 (1: 4に希釈)を検出表面上に相当 するモノクローナルを固定化させるため注入した。次に検出表面上の残りの結合 部位をすべて封鎖するためこの状況に不適当なG1モノクローナルすなわち抗ベ ーター2−ミクログロブリン(40gg/ml)を注入し、次いでHIVタンパ ク質P24 (10pg/舅りを注入した。
このタンパク質をモノクローナル12を介して表面に生物異的に結合させ、シス テムの他のモノクローナルとの相互作用の分析をする準備が整った。最初の分析 系列で各モノクローナルの結合を個別に各測定の間にシステムの再生をしながら 調べた。
結果として培養培地は下記のように2群に分布した。
a)培地No、12から独立してP24と反応する培養培地:1.17.19. 20.21.22.23.24.25.26.28.29.30.31.32. 33.34.36.37.41.43.44.45.47.48.49.50. 51.52.53及び54b)培地No、12が結合した場合P24と反応しな い培養培地;2.3.4.5.6.7.9.1O111,12,13,14,1 5,18及び42 上のケースa)は添付の第1a図及びケースb)は第1b図に示すが、この場合 Y軸は相対的応答及びX軸は時間(秒)を示す。両図において数字1は培養培地 No、 12の注入を示しく技術的理由から注入は各サイクルの最後に行った。
次いで再生は行わず、従ってモノクローナルNo、2注入を実行した時既に表面 に結合されていた);2は抗ベーター2−ミクログロブリンの注入を示し、3は P24の注入を示し、4は培地No、 12から独立してP24に結合するか( 第1a図)、又は培地No、12と競合する(第1b図)124反応性培養培地 の注入を示し、及び5は再生を示す。この測定において正の応答は0.13ダイ オ−・ドより大きいダイオードの読みと定義し、負のシグナル0.02ダイオー ドを越えてはならない。
次いで更に正の培地を種々な相互組合せ、連続的に注入するい(つかの培地につ き分析した。種々な組合せと得られたその結果を下の第1表に示す。表には0. 13ダイオードを越える応答を「+」で、0.02ダイオードより少ない応答を 「−」で示す。ある場合応答は2つの限界の間を示す(半生)。
1)1 + 2)l + 3)22 +17 + 1 − 23 + 19 + 21 − 24 − 4)23 + 5)25 + 6)23 +24 + 26 + 26 − 25− 23− 25 + 7)28 + 8)29 + 9)33 +29 +30 − 34 + 30 − 31 − 36 7京 32 − 28 + 41 − 第1表(続き) 10)36 + 11)37 + 12)41 +33 + 41 + 36  − 34 + 36 − 33 + 13)43 + 14)44 + 15)49 +44 + 45 − 50  + 45 − 48 + 51 + 47 + 47 − 52 − 16)51 + 17)53 + 18)54 +52 + 51 + 53  + 19)1 + 20)22 + 21)29 +22 + 43 + 22 − 28 + 17 + 43 − 33 + 29 − 43 + 34 + 第1表(続き) 22)17 + 23)22 + 24)19 +29 + 43 + 36  − 49 + 49 + 25)22 + 26)43 + 27)29 +19 半+ 19 半+ 1 9− 28)49 + 29)20 + 30)23 +43 + 43 + 43  + 34 + 34 + 34 + 17 + 17 + 17 + 22 + 22 + 22 + 31)44 + 32)47 + 33)20 +43 + 43 + 23  + 34 + 34 + 44 + 17 + 17 − 50 − 22 − 22 + 34)50 + 35)1 + 36)28 +23 + 43 + 43 + 44 − 34 + 34 + 20 + 17 + 17 + 22 + 22 + 第1表(続き) 37)33 + 38)51 + 39)49 +43 + 43 + 1 − 34 +34 + 28 + 40)1 + 41)20 + 42)23 十49 − 49 − 1 + 33 + 28 + 33 + 43)20 + 44)51 + 第2a図及び第2b図はそれぞれ、そのような実験における検出器応答を示し、 ここでは5つのモノクローナルを連続的に注入し、それらのすべては先行するモ ノクローナルを結合させた事実と無関係に結合させた。第2b図においては第1 と第2モノクローナルは結合(+)しており、−万能の3つのモノクローナルの 他の結合部位は封鎖(−)されている。
負の培地は正の培地と類似の方法で、但し第一段階において培地No、 f2の 代わりに固定化させた培地No、 30を用いて分析した。当初の実験において 正の応答で反応した個別培地、培地No、 12と培地No、 42は設定限度 を外れる応答で反応することが確認された。これらの2つの培地は第一段階で固 定化させた培地No、 34を用いる系列で分析して同じ結果が得られた。次い で培地を組み合わせて分析し、下の第2表に示す結果が得られた。上の第1表と 同じ判断基準を適用する。
第2表 クローン30に対して試験したr12−Jクローン培地No 応答 培地No  応答 培地No 応答1)14 + 2)2 + 3)15 +4)18 +  5)42 半+ 6)18+クローン34に対して試験したr12−Jクローン 培地No 応答 培地No 応答 7)42 半+ 8)3+ すべての結果をまとめると、実行した特性決定は第3図のように図形的に示すこ とができる。図の培地番号に下線が付しである場合、その培地がすべての他の下 線を付した培地に対して試験されたことを示す。第3図に見られるように独立し た結合部位を含む6つの主要な領域が確認された。特性決定はすべての個々の培 地がすべての他の培地に対して試験されていないことから不完全であることに注 意しなければならない。これはある培地においては極めて近接しているが同一で ないエピトープに対してその反応性を持つ結果となることがある。
上述のエピトープ調査は驚くほど多数のエピトープがP24分子上にあり、同時 に少なくとも6つの抗体のための部屋があるこらとを明らかにしている。この調 査の結果は例えば診断試験用の適当なモノクローナル組合せの開発に使用するこ とができる。
本発明はもちろん上述の特定の具体例に限定されるものではな(、多(の修正と 変更が添付の請求の範囲に定義した一般的な発明の思想の範囲の中にある。
FIC;−1a FI(,1b 300 600 900 1200 、、 (81゜FIG+ 2a 相対的応答 FI(,2b FIC,3 国際調査報告 Is會−圓−1i111111内−1−^−―ト一一に一111内−―・PCT /Sε89100644T1m ae+wt m +1w p呻簀I−晰一−m m+el 1611w pmm m(m+411I +1w mM?−Wm i me香|m 0m ++

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.リガンドとの相互作用を調べることによる巨大分子の特性決定の方法であっ て、 前記方法は巨大分子を少なくとも1つのリガンドと相互作用させた後、巨大分子 を少なくとも1つの追加のリガンドと接触させ、巨大分子又は追加のリガンド( 1つ又は複数)はセンサー表面に結合しており、センサー表面の物理化学的性質 に結果として起こる変化を検出することにより相互作用を測定し、及び測定した リガンド相互作用の間の相互依存に基づいて巨大分子のエピトープを識別し及び それらの相対的位置をマッピングすることによりリガンド相互作用の相互の影響 を測定することを特徴とする巨大分子の特性決定の方法。
  2. 2.a)巨大分子をセンサー表面に結合させ、b)少なくとも2つのリガンドを センサー表面に結合させた巨大分子に連続的に接触させ、及びc)各リガンドを 巨大分子を持つセンサー表面と接触させた後それぞれのリガンドの巨大分子との 相互作用をセンサー表面の物理化学的性質に結果として起こる変化を検出するこ とにより測定する段階からなることを特徴とする請求の範囲第1項記載の方法。
  3. 3.a)リガンドをセンサー表面に結合させ、b)巨大分子をセンサー表面に結 合させる巨大分子がセンサー表面に結合させたリガンドと相互作用することを許 容し、 c)1つ又はそれより多い追加のリガンドをセンサー表面に結合させた巨大分子 と連続的に接触させ、及び d)各々の追加のリガンドを巨大分子を持つセンサー表面と接触させた後、それ ぞれのリガンドの巨大分子との相互作用をセンサー表面の物理化学的性質に結果 として起こる変化を検出することにより測定する段階からなることを特徴とする 請求の範囲第1項記載の方法。
  4. 4.a)リガンドをセンサー表面に結合させ、b)巨大分子が少なくとも1つの 他のリガンドと相互作用することを許容し、 c)前記少なくとも1つの他のリガンドと相互作用させた巨大分子をリガンドを 持つセンサー表面と接触させ、及び d)巨大分子のセンサー表面に結合させたリガンドとの相互作用をセンサー表面 の物理化学的性質に結果として起こる変化を検出することにより測定する段階か らなることを特徴とする請求の範囲第1項記載の方法。
  5. 5.変更した順序で少なくとも2つのリガンドの複数のリガンドとの相互作用を 繰り返すことからなることを特徴とする請求の範囲第1項〜第4項のいずれか一 項記載の方法。
  6. 6.段階b)と段階c)を変更した順序で複数のリガンドと1回又はそれより多 い回数繰り返すことを特徴とする請求の範囲第2項及び第5項のいずれか一項記 載の方法。
  7. 7.段階c)と段階d)、及び場合によりa)を変更した順序で複数のリガンド と1回又はそれより多い回数繰り返すことを特徴とする請求の範囲第3項及び第 5項のいずれか一項に記載の方法。
  8. 8.段階a)〜段階d)を変更した順序で複数のリガンドと1回又はそれより多 い回数繰り返すことを特徴とする請求の範囲第4項及び第5項のいずれか一項記 載の方法。
  9. 9.方法をリガンドのより小さい群で繰り返して実行することを特徴とする多数 のリガンドを使用する請求の範囲第1項〜第8項のいずれか一項記載の方法。
  10. 10.多数のリガンドの各々の1つをセンサー表面のそれぞれのサブ領域に結合 させ、及びそれに結合した少なくとも1つのリガンドを持つ巨大分子を得られる 多機能性センサー表面に結合させ、巨大分子の前記センサー表面のサブ領域のす べてとの相互作用を各巨大分子/リガンド組合せにつき測定することを特徴とす る請求の範囲第4項記載の方法。
  11. 11.センサー表面の物理化学的性質の変化はセンサー表面の屈折率の変化であ ることを特徴とする請求の範囲第1項〜第10項のいずれか一項記載の方法。
  12. 12.巨大分子ハタンパク質であることを特徴とする請求の範囲第1項〜第11 項のいずれか一項記載の方法。
  13. 13.リガンドは抗体からなることを特徴とする請求の範囲第1項〜第12項の いずれか一項記載の方法。
  14. 14.リガンドの数は少なくとも3つであることを特徴とする請求の範囲第1項 〜第13項のいずれか一項記載の方法。
  15. 15.巨大分子の構造修飾のそれへのリガンド結合性質に与える影響を調べるた めの請求の範囲第1項〜第14項のいずれか一項記載の方法の使用。
  16. 16.診断的又は予知的臨床目的のための請求の範囲第1項〜第14項のいずれ か一項記載の方法の使用。
  17. 17.巨大分子上の異なる可能性のあるエピトープを限定するリガンドのサブセ ットを用いて巨大分子又はその複合体、病理学的条件の指標である巨大分子上の 1つ又はそれより多い数の前記エピトープのそれぞれ存在又は不存在を特性決定 することからなることを特徴とする請求の範囲第16項記載の使用。
  18. 18.患者の試料で限定されたエピトープを持つ巨大分子を最初に接触させ、次 いで巨大分子を前記エピトープに結合させてリガンドのサブセットに接触させる ことにより試料中に存在する巨大分子による1つ又はそれより多い数のエピトー プの可能な封鎖を測定することによる免疫応答を文するための請求の範囲第16 項記載の使用。
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