JPH05501762A - ペプチド及び蛋白質の連続c末端分解 - Google Patents
ペプチド及び蛋白質の連続c末端分解Info
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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】
ペプチド及び蛋白質の連続C末端分解
本発明は1990年5月18日に出願されたPCT/US90102723号の
一部継続出願である1990年8月13日に出願されたベイソー(BailY)
の米国出願071576.943号の一部継続出願であり、両出願は参照により
本明細書に含まれる。
光咀Ω分野
本発明はカルボキシ末端からのペプチド及び蛋白質の連続分解に関する。より詳
細には、本発明は、カルボキシ末端配列決定方法においてカップリング剤として
シリルイソチオシアネートを用いたことにより達成された、誘導体化ペプチドか
らのC−末端チオヒダントインアミノ酸の開裂方法に関する。本発明はまた、配
列決定すべきペプチドの共有結合による固定化のための誘導体化され及び活性化
された支持体にも関する。
立方01景
A、¥1i
蛋白質及びペプチドのカルボキン末端からの連続的分解方法の開発は、いくつも
の研究の目的とされた。ワード(Wa r d) 、C,W のPractic
alProtein Chemistry−A Handbook(ダーブル(
Darbre)、A、Iff集)(1986)及びランガランヤン(Ranga
rajan)、M、のProtein/Peptide 5equence A
nalys i s :Current (1988)を参照。そのような方法
はエドマン法による現存のN末端分解法を補足する。エドマン(Edman)、
P、、ActaChemica 5candinavica、4:283−29
3(1950)。もっとも広く研究され及びおそらくそのエドマン分解法との類
似性のために簡便でもっとも魅力的な方法は、アミノ酸をチオヒダントインに変
換する方法である。この反応は、ジョンソン及びニコμ(Johnson an
d Nic。
1et)によりJ Δm、Chem、Soc、、33:1973−1978 (
1911)に最初に観察されたが、蛋白質のカルボキン末端からの連続的分解に
最初に応用したのはンユラック及びカンプ(Schlack and Kump
f)である(Z、Physiol、Chem、、154:125−170 (1
926))。これらの著者は、酢酸及び無水酢酸に溶解したチオンアン酸アンモ
ニウムを、N−ベンゾイル化ペプチドと反応させてカルボキシ末端に1−アシル
−2−チオヒダントインを形成した。このアミノ酸チオヒダントインを遊離させ
て新たなカルボキシ末端アミノ酸を生じさせるためには、強塩基への暴露が用い
られた。この方法の主な欠点は、C末端アミノ酸の誘導体化を完成させるのに要
する条件、及びその後にペプチジルチオヒダントイン誘導体をあらたな短縮ペプ
チドとアミノ酸チオヒダントイン誘導体に開裂させるために要する条件が過酷で
あることである。
この仕事か報告されて以来、多くのグループが要求される条件、特にペプチジル
チオヒダントインの開裂に要求される条件の過酷性を減少させて、この化学反応
を蛋白質のカルボキン末端から連続的に分解するために応用する試みを行った。
シュラツク及びカンブにより最初に用いられたよりも低い水酸化ナトリウム濃度
及び水酸化バリウム濃度かペプチジルチオヒダントインの開裂に有効であること
が見出された。ウエイリー(Wa I ey) 、S、G ら、J、Chem、
S。
c、、1951:2394−2397 (1951):クジエール(Kjaer
)、A、ら、Acta Chemica 5candinavica、6:44
8−450 (1952);ターナ−(Turner)、R,A、ら、Bioc
him、Biophys、Acta、13:553−559 (1954)。他
のグループは、アミノ酸チオヒダントインの脱アシル化のために、ジョンソン及
びニコμが用いた最初の方法に基づいて酸性条件を用いた。チップス(Tibb
s)。
J、、Nature、168:910 (1951):バブチスト(Bapti
st)、V、H,ら、J、Am、Chem、Soc、、75 :1727−17
29(1953)を参照。これらの著者は、ペプチジルチオヒダントイン結合の
開裂を行うために濃塩酸をカップリング溶液に添加した。水酸化物がチオヒダン
トインアミノ酸の分解を生じることが示されているのと異なり、塩酸はチオヒダ
ントインアミノ酸の分解を生じないことが示された。スコソフォン(Scoff
one)、E ら、Ric、Sci、26:865−871 (1956);フ
ォックス(Fox)、S、W ら、J、Am、Chem、Sac、、77 :3
119−3122 (1955);スターク(Stark)、G、R,、Bio
chem7 :1796−1807 (1968)参照。クロムウェル(Cro
mwe l l)、L、 D、ら、Biochem、8:4735−4740
(1969)は、濃塩酸は室温でチオヒダントインアミノ酸を開裂するために用
いることができることを示した。この方法のおもな欠点は、蛋白質に応用した時
、2または3サイクルより多く実行できないことである。
ヤマシタ(Yamashi ta)、S、、Biochem、’Biophys
Acta、229:301−309 (1971)は、プロトン化陽イオン交換
樹脂を用いて、繰り返しペプチジルチオヒダントインの開裂が可能なことを発見
した。この方法を100 、czmol量のパパイン及びリボヌクレアーゼに応
用したところ、それぞれ14及び10サイクルが可能であったと報告されている
が、その詳細は記載されていない。ヤマンタ(Yamashita)、S、ら、
ProcHoshi、Pharm、13:136−138 (1971)を参照
。スターク(S t a r k)は、ある種の有機塩基、例えばモルホリンま
たはピペリジンを水酸化ナトリウムの代わりに使用できることを報告し、そして
同様の考えに沿って、クボ(Kubo)、H,ら、Chem、Pharm、Bu
ll、、19:210−211 (1971)は、トリエチルアミン水溶液(0
,5M)がペプチジルチオヒダントインの開裂に有効に用いられ得ることを報告
した。スターク(Stark)は、開裂剤としてpH8,2のピリジン水溶液中
のアセトヒドロキサム酸を導入することにより、開裂の問題を解決した様に見え
た。この試薬は室温及び穏和なpHでペプチジルチオヒダントインを迅速且つ特
異的に開裂することが示された。
ペプチジルチオヒダントインの形成のための条件は、スターク及びドウレット(
Dwulet)、F、E ら、Int、J、Peptide and Pr。
tein Res、、13:122−129 (1979)により(これらの著
者らは、チオシアン酸塩でなく、チオシアン酸の使用について報告した)改良さ
れ、より最近ではカップリング剤としてトリメチルシリルイソチオシアネート(
TMS−ITC)の導入により改良された。ホーク(Hawke)、D、Hら。
Anal、Biochem、、166:298−307 (1987)参照。こ
の試薬のC−末端配列決定の用途は特許されている。ホーク(Hawke)の米
国特許4,837.165参照。この試薬はペプチジルチオヒダントイン形成の
収率を非常に向上させ、そして複雑な副生成物の数を減少させた。12N MC
Iによる(ホーク、1987)およびアセトヒドロキサメートによる(ミラー(
Mi l 1er)、C,G ら、Techniques in Protei
n Chemistry(フグリ(Hug l i) 、 T、E 編集)、6
7−68頁、アカデミツクプレス(1989))ペプチジルチオヒダントインの
開裂は、数サイクルの分解以上は不可能であった。
B 開鷲Ω間厘
シュラツク及びカンブ(Schlack and Kumpf)により1926
年に最初にC−末端分解のためのチオシアネート化学反応法が提唱されて以来、
開裂反応は精力的に研究されてきたが、分解の繰り返しを多くできる化学方法は
いまだ報告されていない。シュラツク及びカンブ(1926)により最初に提唱
されたIN水酸化ナトリウム中での開裂は、蛋白質およびペプチドの加水分解を
、C−末端ペプチジルチオヒダントインの開裂以外に他の部位でも行うことが、
よく知られている。遊離されたチオヒダントインアミノ酸誘導体は、水酸化物溶
液中で不安定であることも知られている。上記スコッフオンC3coffone
)参照。水酸化物での開裂は、アスパラギンおよびグルタミン残基の側鎖アミド
基をカルボキシル基に変換して、これらの基をそれぞれアスパラギン酸およびグ
ルタミン酸から区別することを不可能にすることが知られている。
12N MCIでのペプチジルチオヒダントインの開裂を、蛋白質およびペプチ
ドに応用すると、2または3サイクル以上は実施できなかった。上記クロムウェ
ルおよび上記ホーク参照。その原因はおそらく、異なるアミノ酸側鎖を含むペプ
チジルチオヒダントインの加水分解の速度の相違、および他の内部アミド結合の
加水分解によるものと考えられる。同様に、天然に存在するアミノ酸に相当する
標準アミノ酸チオヒダントイン誘導体の合成の間に、12NHCIによるN−ア
セチルチオヒダントインアミノ酸の脱アセチル化の速度は、アミノ酸の側鎖の性
質に依存することが観察された。ベイソー(Ba i l ey) 、J、 M
、ら。
Biochem、、29:3145−3156 (1990)。
上記ヤマシタの樹脂を用いた開裂法を再度用いることが、上記ドウレット(Dw
u I e t)により試みられたが不成功であったと報告された。メタンスル
ホン酸水溶液でのペプチジルチオヒダントインの開裂も、ドウレットによりおよ
びベイソーらにより試みられたが、両者とも失敗した。メタンスルホン酸を選択
した理由は、これがヤマシタ(1971)およびヤマンタら(1971)により
採用された樹脂上の酸性基と均等であるためである。
上記スタークにより最初に報告されたようなアセトヒドロキサメートによるペプ
チジルチオヒダントイン誘導体の開裂は、短縮されたペプチドのC−末端に安定
なヒドロキサメートエステルを形成することが見いだされた(上記ベイソーら)
。採用される条件によるが、68%ないし93%のペプチドがC−末端で誘導体
化され、そのためそれ以上の配列決定を阻害した。上記スタークはそのようなヒ
ドロキサメートエステルが開裂の間の中間体として形成されることは予測したが
、該エステルは開裂または連続配列決定に用いられる条件下で分解するであろう
と考えたのである。アセトヒドロキサメートでの開裂により形成されるペプチジ
ルヒドロキサメートエステルは、スチーグリソッ(Stieglitz)、J、
ら、J、Am、Chem、Soc 、36:272−301 (1914)およ
びスコツト(Sco t t)、A、W ら、J、Am、Chem、Soc、、
49・2545−2549 (1927)により研究されたヒドロキサメートエ
ステルと同様に、チオヒダントイン形成に用いられる酸性条件下で安定であり、
強塩基条件下においてのみ、加水分解されて配列決定を続行可能な遊離のペプチ
ジルカルボキシル基を生しる。おそらくこのことか、上記スターク:ミュース(
Meuth)、J、Lら、Biochem、、21 :3750−3757 (
1982)および上記ミラーにおいて、開裂試薬としてアセトヒドロキサメート
水溶液を採用したとき、繰り返し収率か低かった理由であろう。
トリエチルアミン水溶液によるペプチジルチオヒダントインの開裂は、最初にク
ボ(Kubo)、H,ら、Chem、Pharm、Bul 1.19:210−
211 (1971);上記ドウレットら、および上記ミュースらにより報告さ
れた。後者の研究グループは、トリエチルアミンが揮発性の面で自動配列決定の
ための開裂剤として有用であるとしているが、アセトヒドロキサメートによる開
裂の方が明らかに好ましいため、トリエチルアミン法を採用しなかった。液相に
おける2%トリエチルアミン水溶液でのペプチジルチオヒダントインの開裂は、
迅速で(37℃および22℃において、それぞれハーフタイムが1分および5分
である)、そして定量的であり、連続配列決定可能な短縮ペプチドおよびアミノ
酸チオヒダントイン誘導体のみを生じることが見いだされた。上記ベイソーら。
C−末端配列決定の自動化には室温において、装置内のガラス瓶内での長期間(
王ないし10日)の貯蔵が必要である。配列決定に使用する試薬はこの条件下で
安定でなければならない。水中でのトリエチルアミンの貯蔵は、トリエチルアミ
ンの急速な分解をもたらす。このような分解生産物は、第一および第二アミン類
を含み、これらは次に短縮されたペプチドをさらに配列決定することを妨げる。
トリエチルアミンの分解の間には遊離ラジカル化合物も生じる。そのような遊離
ラジカル化合物はしばしばUV吸収性で、放出されたチオヒダントインアミノ酸
を引続きHPLCで検出することを妨害する可能性が有る。出願人の経験ではト
リエチルアミン水溶液(5%水溶液)を用いて自動化C−末端配列決定を行うと
、常に60%より低い繰り返し収率しか得られず、このため、PVDFまたはポ
リエチレンの膜支持体に共有結合したペプチドで、C−末端分解は3回より多く
行うことが出来なかった。
Cペプチドサンプルの
本発明の好ましいC−末端配列決定の実施においては、ペプチドサンプルは固体
支持体に共有結合させる。出願人および他の研究者(イングリスら、Met。
Protein 5equence Analysis(ジョルナバール/ホー
グ/グスタブソン1編集)pp、23−24.Birkhaser−Verla
g、バーゼル(1991);ウィツトマン−リープオルトら、Met、Prot
ein 5equence Analysis(ジョルナバール/ホーグ/グス
タブソン9編集)pp、9−21.Bi rkhaser−Verlag、バー
ゼル(1991);ホークおよびボイド、Met、Protein 5eque
nCe Analysis(ジョルナバール/ホーグ/グスタブソン1編集)p
p35−45.Birkhaser−Verlag、バーゼル(1991))は
、C−末端配列決定はN−末端で固相へ共有結合したサンプルに適用するのが好
ましいことを認識した。サンプルの固体支持体への固定は、サンプルの洗浄損失
(ウォッシュアウト)を生ずることなく配列決定に最適の試薬と溶媒の使用を可
能にし、サンプルを十分に洗浄して反応副産物を除去する可能性を与え(そうし
ないと該副産物は放出されたチオヒダントインアミノ酸の同定を妨害する可能性
が有る)、さらには多くの液相法に伴う機械的ロスを防止する。一般に、自動化
固相法は手動の液相法に比べて効率が良く且つ労力も要しないと期待されている
。 ラウルセン、R,A、、J、Amer、Chem、、Soc、、88:53
44−5346 (1966)によりN−末端蛋白質配列決定に固相法が導入さ
れて以来、いくつかの異なるタイプの官能化支持体がポリペプチドサンプルの共
有結合による固定化のために報告された。それらには、ポリスチレン樹脂、ポリ
アクリルアミド樹脂およびアミノアルキルもしくはアミノフェニル置換基をもつ
ガラスピーズ支持体が含まれる(ラウルセンおよびマクライド、Methods
Biochem、Anal、26:201−284 (1980):マクライ
ト1閘odern Methods in Protein Chemistr
y(シエシエ、H,if集) pp、262−302.デグルイター、ベルリン
/ニューヨーク(1983))。典型的には、これらのアミノ官能化支持体はフ
ェニレン・ディッチオシアネート(D I T C)のような二官能性試薬によ
り、蛋白質のカプリングのために活性化される。DITC基は、支持体およびペ
プチドのN−末端アミノ基もしくは側鎖リジンのイプシロンアミノ基に対して安
定なチオウレアリンケージを形成することができる。近年、インチオンアナト、
アミノフェニルおよびアミノエチルアミノプロビル基で誘導体化したガラスピー
ズ(ソング−ピング リアフグおよびラウルセン、Anal、Biochem、
188:366−373 (1990))、アミノフェニル基で官能化したガラ
ス繊維シート(エーベルソルドら、Ana 1.Biochem、187 :5
6−65 (1990))、およびアリールアミンおよびDITCで誘導体化し
たPVDF (ポリビニリデン・ジフルオリド)膜(バビンら、Current
Re5earch 1nProtein Chemistry(ビラフランカ
、J、J、@集)pp、191−202.アカデミツク・プレス社(1990)
)が、N−末端配列決定のためにポリペプチドの共有結合による固定化に用いら
れている。ポリペプチドの固定化は、確立されたDITC化学法により、リジン
のイプシロンアミノ基と固体支持体のインチオシアネート基の間のカプリングで
、またはポリペプチドの活性化C−末端カルボキシル基とマトリクスのアミノ基
とのカップリングで行われる。
固相におけるC−末端配列決定のためのチオシアネート化学法の適用を含む初期
の多くの研究では、ペプチドサンプルの共有結合固定化のためにガラスピーズを
使用していた(ウィリアムスおよびカサール、FEBS Lett、54:35
3−357 (1975);ランガラジャンおよびダーブル、Biochem。
J、157:307−316 (1976);ミュースら、Biochem、2
1:3750−3757 (1982);ホークら、Anal、Biochem
、166 : 298−307 (1987);イングリスら、Methods
in Protein 5equence Anaysis(ウィックマン−
リープホルト、B1編集)pp、137−144.スプリンガーーフエアラーク
(1989)。より最近の研究ではカルボン酸修飾されたPVDF、(ベイソー
およびシベリ−,Techniques in Protein Chemis
try:II(ビラフランカ、J、J、編集)pp、115−129. アカデ
ミツクブレス社(1991) 、DITC−活性化アミノPVDF (ミラーら
、Techniques in Protein Chemistry(フグI
J、 T、 E、編集)pp、67−78.アカデミツクブレス社(1989)
、 イングリスら、Met。
Protein 5equence Analysis(ジョルンバール/ホー
グ/グスタブンン編集) pp、23−24.バークハウザ一一フエアラーク、
バーゼル(1991)) 、およびジスクシンイミドイル カーボネート ポリ
アミド樹脂(ホークおよボイド、Met、Protein 5equence
Analysis (ジョルンバール/ホーグ/グスタブソン編集)pp、35
−45、パークハウザー−フエアラーク、バーゼル(1991))の使用が含ま
れている。
C−末端配列決定のためにガラス支持体およびPVDF支持体を用いることには
不利がある。ガラス支持体の誘導体化においてシロキサン結合が形成される。
この結合は塩基にたいして不安定で、共有結合したペプチドサンプルの損失をも
たらす。カルボキン修飾PVDFおよびDITC−活性化アミノPVDFは、C
−末端配列決定の工程の間に用いられる塩基性開裂試薬によりひきおこされるデ
ヒドローフルオリネーションのため、物理的にも化学的にも好ましくない変化が
生じる。これらの膜は各C−末端配列決定サイクルのたびに徐々に褐色化及び脆
弱化する。
光皿Ω概1
本発明は、(i)低級トリアルキルンラノールのアルカリ金属塩および(ii)
hリアルキルアミン・N−オキシドを含む、新規C−末端ベブチド開裂試薬を
提供する。これらの新規開裂剤は、カップリング試薬とじてンリル・インチオン
アネートが用いられる配列決定法において特に有用であるか、用途はこれに限定
されるものではない。ソンウム・トリメチル・シラル−トおよびトリメチルアミ
ン・N−オキシドが好ましい。本発明の好ましい実施においては、ペプチドサン
プルのN−末端は活性化PE−C0OH固相に共有結合されている。
凹面二晩肋
図1はソジウム・トリメチルシラル−トの化学構造である。
図2はトリメチルアミン・N−オキシドの化学構造である。
図3はソジウム・トリメチルンラル−トによる開裂反応と、開裂反応に続く水性
酸例えばトリフルオロ酢酸(TFA)の使用における、推定されるメカニズムで
ある。
図3Aは開裂反応に続いてソジウム・トリメチルンラル−トを用いる類似のメカ
ニズムを示す。
図4はPVDFに共有結合したロインンーエンケファリン(YGGFL)の配列
決定を示す。
図5はPVDF膜に共有結合したKVILFのC−末端からの配列決定を示す図
6は活性化PE−C0OH膜に共有結合したベブチF(YGGFL)のC−末端
からの配列決定を示す。
図7は活性化PE−C0OH膜に共有結合したペプチド(RGYALG)のC−
末端からの配列決定を示す。
図8は活性化PE−C0OH膜に共有結合したペプチド(YGGFMRGL)の
C−末端からの配列決定を示す。
図9はリンカ−11−アミン・ウンデカン酸に共有結合したペプチド(YGGF
L)のC−末端からの配列決定を示す。
図10はC−末端配列決定に用いられた装置の模式図である。
主型の詳皿笠説胛
アシルチオヒダントインの酸および塩基による加水分解のメカニズムは、コング
ドンおよびニドワード(Congdon and Edward)、CanJ、
Chem、50:3767−3788 (1972)により詳細に研究されてお
り、そして多くの開裂剤が上記スタークにより試験されている。スタークは、酸
素を含有する親核剤かこの反応を行うために最適の試薬であることを見いだした
。最初のアミノ酸に対してはアセトヒドロキサメートは優れた開裂剤であるが、
これは安定で除去か困難なペプチジルヒドロキサメートエステルを形成し、その
ため短縮されたペプチドがそれ以上配列決定されることを不可能にする。この試
薬はまた、遊離されたチオヒダントインアミノ酸のHPLCによる同定を続いて
行う際に、高いUV吸収バックグラウンドをもたらす。一般に、良好な親核剤で
そのため良好な開裂剤である炭素系の試薬は、いずれも脱離基としての性質に乏
しいものであり、そのために短縮されたペプチドの多くをそれ以上配列決定する
ことから阻止すると思われる。
理想的には、開裂剤は次の特性を有する必要かある (1)ペプチジルチオヒダ
ントインを揮発性の水混和性有機溶媒中で開裂でき、これによりPVDF膜と水
の不適合性の問題を解消できること、(2)反応か迅速且つ特異的であること:
(3)短縮されたペプチドが連続的に分解できること:(4)遊離されたチオヒ
ダントインアミノ酸かこの試薬により破壊されないこと、および(5)この試薬
は遊離されたチオヒダントインアミノ酸誘導体の検出に用いられる範囲の光を吸
収しないこと。ベトラーチ(Petrarch)(Huts)から市販されてい
るソジウム・トリメチルンラル−ト(図1)は例えばアルコール性溶媒中で、お
よびアルドリッチ・ケミカル社(Aldrich Chemical Co、)
から市販されているトリメチルアミン・N−オキシド(図2)はアルコール性お
よびより広範な溶媒中で、上記の全ての性質を有するようである。100%メタ
ノールまたはトリメチルシリルエタノール中の0.05Mソジウムトリメチルシ
ラル−ト溶液による液相でのペプチジルチオヒダントインの開裂は、5分より短
時間で完了する。メタノールまたはトリメチルシリルエタノール中の0.05M
ソンウム・トリメチルシラル−ト溶液は、液相および固相のいずれにおいても、
ペプチジルチオヒダントインの開裂を5分より短時間で行う。
より詳細には、本発明は上記本発明の開裂剤を、メタノールまたはl・リメチル
シリルエタノールまたは類似のアルコール中で、あるいはトリメチルアミン・N
−オキシドの場合にはより広範な溶媒中で、約0025モルないし約0.25モ
ル、好ましくは約01ないし約02モルの濃度で使用する。
この開裂反応の最も可能性の高いメカニズムは、不安定なC−末端トリメチルン
リルエステルの形成を含み、このエステルは水またはアルコールの存在下で迅速
に所望のC−末端カルボキシル基を再形成する。図3を参照すると、開裂反応に
続くトリフルオロ酢酸(T F A)水溶液の使用を説明している。好ましくは
、この工程におけるTFAの濃度は、約001ないし約0.2Mである。この段
階でのTFAもしくは同等の酸の使用は開裂を著しく促進する。
この最も広い観点において、本発明は次式%式%
(式中、Rは約1〜10の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖の炭化水素残基で
あり、そしてXはアルカリ金属イオン、好ましくはナトリウムもしくはカリウム
イオンである)で表される開裂剤を包含する。
本発明の広い観点には、アルキル基が1ないし約4個の炭素原子を有するトリメ
チルアミン・N−オキシドを包含する。トリエチル−、トリプロピル−、トリイ
ソプロピル−、トリブチル−1またはトリイソブチル−アミン・N−オキシドが
使用可能である。それらの試薬は次式:(R,)sN”−0−(式中、R1は炭
素数1ないし約4のアルキル基である)で表される。
適当な支持体には、活性化カルボン酸で修飾された非多孔質の好ましくはポリエ
チレンフィルムまたは膜が含まれる。C−末端配列決定のためのこの支持体は、
以後本明細書中で一般的にPE−C0OHと記載するが、現存の支持体に比へて
多くの利点を提供する。それらの利点には、(1)C−末端配列決定に採用され
る条件に対する支持体の安定性、(2)表面基の親水性により、共有結合ポリペ
プチドサンプルに対する化学反応の実施において水性および有機性溶媒の両方か
使用可能であること:(3)ポリペプチドを共有結合する能力が大きいこと(3
,2nmole/mm2表面積):(4)配列決定に必要な支持体の都合よい寸
法(IX5mm)が、出願人の自動化N−末端配列決定のための連続フローリア
クターのものと似いてること、が含まれる。
本発明において支持体として有用なPE−C0OHフィルムの厚みの範囲は、0
.5ないし20ミル、典型的には1ミルである。このフィルムは非多孔質で天然
状態では疎水性である。ポリエチレンフィルムからPE−C0OHを製造する好
ましい方法は米国特許4,339,473号に詳細に記載されており、その内容
は本明細書に含まれるものとする。これらのPE−C0OHフィルムは、30ン
ー クリ7 アベニュー、グレン コープ、ニューヨーク 11542のボール
コーポレーション(Pail Corporation)から、PERMIO
Nの商品名で市販されている。
PE−C0OH,例エバポ−/L、:l−ホレーシ+ンノ製品PERMIONを
Iステル誘導体の形成により活性化し、これにペプチドサンプルのN−末端をカ
ップリングすることができる。適当な活性化試薬としては、1,3−ジシクロへ
キシルカルボジイミド(DCC) 、1.1−一カルボニルジイミダゾール(C
DI)、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸
塩(EDC) 、ベンゾトリアゾール−1−イル−オキシ−トリス(ジメチルア
ミノ)ホスホニウム・ヘキサフルオロホスフェート(BOP) 、1.3−ジイ
ソプロピルカルボジイミド(D I CD)が含まれる。
一般に、PE−C0OHの活性化は、適当な時間例えば約2時間、適当な溶媒中
の活性化試薬の溶液との反応により、はぼ室温で行われる。
表1は例示である。
表l
PE−C0OHにカップリングしたロイシン エンケファリンの収率に及ぼす種
々のカップリング試薬および溶媒の影響膜に共有結合した量nmol (%収率
)活性化
試薬 50%アセトニトリル 50%DMFDCC0,2(4,4) 1. 8
(39,6)CDI 0. 07 (1,5) 0. 23 (5,1)ED
C0,32(6,9) 0. 12 (2,6)BOP 0. 58 (12,
7) 0. 29 (6,4)DICD 0. 68 (15,0’) 0.
57 (12,6)DCC:1.3−シンクロへキシルカルボッイミドCDI:
1.1−一カルポニルジイミダゾールEDC・ 1−エチル−3−(3−ジメ
チルアミノプロピル)カルボンイミド塩酸塩
BOP : ベンツ゛トリアゾールー1−イルーオキシートリス(ジメチルアミ
ノ)ホスホニウム・ヘキサフルオロホスフェートDICD: 1,3−ジイソプ
ロピルカルボジイミドPE−Coo)(の片(1cmXO,1cm)を、一端を
封止した1 50の連続フローリアクター(CFR)(ンベリーら、1987)
に入れた。この膜を活性化試薬30μm (30mmol)と室温で30分間反
応させた。全ての場合、使用した溶媒は100%DMFであるが、EDCを活性
化試薬として用いたときのみは、水を溶媒とした。活性化反応の後、過剰の試薬
を活性化反応に用いた溶媒(3ml)で洗い流した。次に各サンプルをアセトニ
トリル(1ml)で洗浄し、そして真空遠心で乾燥した。次に活性化した膜を、
50%DMF水溶液もしくは50%アセトニトリル水溶液中のペプチド(YGG
FL)の30 μl (4,54nmol)の溶液と、一方の端を封止したCF
Rリアクター中で16時間反応させた。膜を50%アセトニトリルまたは50%
DMFで洗浄し、さらにアセトニトリルで洗浄し、そして真空遠心で乾燥した。
カップリングしたペプチドの量を、誘導体化した膜をアミノ酸組成分析して決定
した。
表■はYGGFLの共有結合による付着収率に対する活性化時間およびカップリ
ング時間の影響を示す。
表II
YGGFLの共有結合による付着収率に対する活性化時間およびカップリング時
間の影響
活性化時間 カップリング時間 カップリングした量(h r s) (h r
s) (nmol) 収率0、 5 20 5. 19 38. 41、 0
20 5. 57 41. 32、O45,2538,9
2、O207,253,3
4、010,523,9
4,020,523,9
これらの膜(IX12. 5+nm)を無水DMF中の過剰量のDCC(1g7
1ml)により2時間活性化した。活性化反応の最後に過剰量の試薬を無水DM
Fで除去し、活性化された膜片を真空遠心で乾燥した。活性化膜の各々を、50
%DMF水溶液中のロイシンエンケファリン溶液100μm (13,5nmo
l)を含有する連続フローリアクター(CFR) (シベリーら、Analyt
ical Biochemi s t ry (1987)163,517−5
29)+:入れ、指示した時間22℃に維持した。CFRの一方の端の細孔チュ
ーブを最初加熱し、次にプライヤーでひねって閉じた。カップリング反応の後、
膜をカップリング溶媒、つづいてアセトニトリルでゆすぎ、真空遠心で乾燥した
。共有結合でカップリングしたペプチドの量をアミノ酸分析で決定した。
多数のアミノ酸残基からなるペプチドのC−末端配列決定に好ましい、本発明の
重要な観点は、一般式:NH2(CH,)fiC○○H(式中、nは4ないし1
0の数である)で表されるリンカ−アームを、PE=C0OHのカルボキシルに
付加し、続いてペプチドサンプルをこのリンカ−アームカルボキシルに共有結合
させることを包含する。リンカ−アームを使用する場合には、PE−C0OHの
カルボキシルを、好ましくは2−フルオロ−1−メチルピリジンで活性化して、
リンカ−分子との結合を促進する。一般に、ムカイヤマ、Angewandte
Chemie 18ニア07−721 (1979)を参照。リンカ−カルボ
キシルは、PE−C0OHカルボキシルについて記載したと同様の方法で活性化
する。
大1船友
社料工 無水酢酸はFisher Chemical Co、から購入した。
トリメチルシリルイソチオシアネート(TMS−ITC) 、無水ジメチルホル
ムアミド(DMF) 、ベンゾトリアゾール−1−イル−オキシ−トリス(ジメ
チルアミノ)ホスホニウム−へキサフルオロホスフェート(BOP) 、1.3
−ジイソプロピルカルボンイミド(DIIC)、および1,1′−カルボニルジ
イミダゾール(CDI)は、アルドリッチ(Aldrich)から購入した。水
はミリポア(Mi l l i po re)のMilli Qシステムで精製
した。この試験に用いた全てのポリペプチドはBachemまたはSigmaか
ら購入した。1゜3−シンクロヘキシルカルボジイミド(DCC) 、1−エチ
ル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)−カルボジイミド(EDC) 、およ
びトリエチルアミン(配列分析規格)はPierceから購入した。カルボン酸
修飾ポリエチレン膜(PE−COOH)は、ポールコーポレーション(ロングア
イランド、ニューヨーク)製を用いた。この試験で用いたアミノ酸チオヒダント
イレは、文献記載の方法で合成した(ベイソーおよびシベリー、Biochem
istry 29:3145−3156 (1990)。
カルボン PVDFへのペプチドの、合カップリング: PVDF−C00H(
1cmXO11cm)の片を連続フローリアクター(CFR)(シベリーら、A
nalytical Biochemistry (1987)163. δ1
7−529)に入れ、N、 N−ジメチルホルムアミド(DMF)中の1.3−
ジシクロへキシルカルボジイミド(DCC)2μm (2mmol/ml)をハ
ミルトンシリンジを用いて添加した。CFHの一方の端の細孔チューブを最初加
熱し、次にプライヤーでひねって閉じた。このCFRを次に密閉したエツベンド
ルフチューブに入れた。2時間活性化(25℃)した後、活性化膜を2mlのD
MFでゆすぎ、そしてアルゴン気流中で乾燥した。乾燥膜上に、ロイシンエンケ
ファリン(DMF中の14nmol/μl溶液2μm)を注意深く重層して、−
夜反応させた。この膜をメタノール(5ml)で洗浄し、そしてアルゴン気流中
で乾燥した。カップリングしたペプチドの収率は、誘導体化膜を酸加水分解した
後、アミノ酸組成分析でめた。典型的収率は約50%であった。
カルボン ポリエチレンへのべ°チドの 合カップリング:PE−C00Hの片
(IX12,5龍)を連続フローリアクター(CFR)(シベリーら、(198
7)上記)に入れ、無水DMF中の過剰量の1,3−ジシクロへキシルカルボジ
イミド(Ig/ml)で活性化した。CFRの一方の端の細孔チューブを最初加
熱し、次にプライヤーでひねって閉じた。このCFRを次に密閉したエソベンド
ルフチューブに入れた。活性化反応の終了時に、過剰の試薬を無水DMFで洗浄
1.で除き、そして真空遠心で乾燥した。各活性化膜を再度、目的ペプチド溶液
を含む連続フローリアクター(CFR)(シベリーら、(1987)上記)に入
れ、22℃で一夜(20時間)インキュベートした。用いたCFRの容量は10
0μmであった。カップリング反応の後、膜をカップリング溶媒とアセトニトリ
ルでゆすぎ、真空遠心で乾燥した。
この新規開裂試薬を、メタノールとt−ブタ2ノールの1”1溶液を溶媒として
用いると、ポリエチレンまたはP V D F膜のような支持体に共有結合でカ
ップリングしたいくつかのペプチドの自動配列決定が可能であった。実施例は、
ペプチドとし7てKVII、FSYGGFMRGI−1YGGFLおよびRGY
ALGについて示4−0この場合、アルコール性のヂオヒダントインか唯一の主
要なバックグランドビークとして一緒に溶出される。シタノールと1−ブタノー
ルの組み合せか、開裂反応について好ましい溶媒である。本発明に有用な他のア
ルコール性溶媒には、1〜6原子を有するアルカノール、例えばエタノール、イ
ンプロパツール、2− トリメチルシリルエタ、ノールおよび・インブタノール
か含まれる。
夏i木端配列犬朋り例示
ここに記載する実施例は、ホークら、Anal、Biochem、147:31
.5−330 (1985)の設計を基にして改変したN−末端配列決定装置を
用いて、ンベリーらの米国特許用8072,754に記載された連続フローリア
クターを用いて、C−末端配列決定を行った例である。図9は全ての実施例の実
施に用いた装置の模式図であ乙。+オヒダント・インアミノ酸の遊離は、オンラ
イン接続したH P L Cにより検出し5た。ン・\リー、Ana1.Bio
chem、163:517−529 (1987)を参照。試薬および溶媒を供
給するシステムは全てペルフルオロエラストマーを用いて製造し、た。米国特許
4,530.586に一般的に記載されている、電磁的に作動するソレノイドを
有しプツトボリュームかセロの供給バルブを〔,・ニラ一方式で連結して、多−
インブ7 hに対(7て単一アウトプットのラインを作成(7た3、試薬と溶媒
の流れをコントロールするバルブは、この化学反応に適するプログラムでコノビ
コータ操作した。表Il+は図9に示され、ぞして実施例に記載する実験の実施
に用いたC−末端配列決定装置のためのプログラムの概要である。
表llI
C−末端配列決定装置プログラムの概要連続フローリアクター コンバージョン
フラスコ 時間(CFR)(65℃) (CF)(55℃) (秒)R4リンス
120
乾燥 乾燥 100
R1反応 1.80
R1反応 450
S4リンス 60
R1反応 ]80
R2反応 450
R2反応 450
R2反応 450
S4リンス ]20
R3反応 ! 200
R3反応 乾燥 240
R3反応 乾燥 240
大施世」−
PV±f1人旦p−比環井有肪合した口そ乞2王2グニニ丈zJY G G F
↓〕−工1−ス凹恒バpg2刀決定
試薬および溶媒の組成を表TVに示す。
表U
試薬および溶媒の組成
R1無水酢酸
R2アセトニトリル中の30%TMS−ITCR32−4リメチルシリルエタノ
ール中の0.05Mソジウム・トリメチルシS1 アセトニトリル
S2 水中の0.8%トリフルオロ酢酸米国特許5,611,861に記載され
ていると理解される活性化PVDF−COOHは、ポールコーポレーションから
入手した。チオヒダントインアミノ酸誘導体は逆相HPLCで分離した。この分
離は、Beckman 5ysternGold上のPhenomenex U
ltracarb 5 0DS (30)カラム(2,OmmX 25mm)に
より行い、Shimadzu (SPD−6A)検出器で検出した。カラムを溶
媒A(水中の0. 1%トリフルオロ酢酸)で2分間溶出し、次に22℃におい
て0.15m1/分の流速で溶媒B(水中の80%アセトニトリル、10%メタ
ノール)へ至る不連続勾配を適用した。使用した勾配は次のとおりである:0%
B2分間、3分間かけてO−6%B、35分間かけて6−35%B、10分間か
けて35−50%B、そして10分間かけて50−0%B0
図4は反応生成物のHPLC分析を示す。
X施皿旦
大葺精皇ヱヱVDF−COOHにカッ ゛リングしたムy」」」二l−名〜1晩
Uの配烈迭疋
試薬及び溶媒の組成は表■に示す。
表り
試薬及び溶媒の組成
R1無水酢酸
R2アセトニトリル中の30% TMS−ITCR3メタノール中の0.05M
ソジウム・トリメチルシラル−トR4メタノール
Sl アセトニトリル
S2 水中の0. 8%トリフルオロ酢酸チオヒダントインアミノ酸誘導体は逆
相HPLCで分離した。この分離は、島津5PD−6Aディテクターを用いて、
ベックマン・システム・ゴールド(Beckman System Gold)
上のフエノメ不ノクス・ウルトラカーブ(Phenomenex Ultrac
arb)5 0DS (30)カラム(2、OmmX 25mm)で行った。カ
ラムを溶媒A(0,1%トリフルオロ酢酸水溶液)で2分間溶出し、続いて溶媒
B(80%アセトニトリル、10%メタノ讃ル水溶液〕への不連続勾配で22℃
にて0.15rn2/分の流速で行った。用いた勾配は次のとおりである二〇%
B2分間、3分間で0−6%B135分間で6−35%B110分間で35−5
0%B及び10分間で50−0%80図5は反応生成物のHPLC分析を示す。
大施皿主
、合でポリエチレンにカップリングしたロインンエンケファリン YGGFLと
Ω配列決定
試薬と溶媒の組成を表Vlに示す。
表■
試薬と溶媒の組成
R1無水酢酸
R2アセトニトリル中の30% TMS−ITC(V/V)R350%メタノー
ル、5o%t−ブタノール中のO,OIM ソジウム・トリメチルシラル−ト
R4メタノール
Sl 5%トリエチルアミン水溶液
S2 水中の1.0%トリフルオロ酢酸83 50%メタノール、50%水
S4 アセトニトリル
チオヒダントインアミノ酸誘導体は逆相HPLCで分離した。この分離は、島津
5PD−6Aディテクターを用いて、ベックマン 126 ポンプ モジュール
(Beckman 126 Pump Module)上のフェノメネソクス・
ウルトラカーブ(Phenomenex Ultracarb) 5 0DS(
30)カラム(2,OwX 25mm)で行った。カラムを溶媒A (0,00
6%リン酸、0.006%トリエチルアミン、0.045%ペンタンスルホン酸
)で5分間溶出し、続いて溶媒B (0,03%リン酸、0.045%トリエチ
ルアミン、30%アセトニトリル、0.045%ペンタンスルホン酸)への不連
続勾配で22℃にて0.15m1/分の流速で行った。用いた勾配は次のとおり
であるO%B5分間、7分間で0−20%B125分間で20−100%B、1
00%B23分間、2分間で100%−〇%B。
図6は反応生成物のHPLC分析を示す。
大施皿人
PE−C0OHに共 合でカップリングさせたRGYALG 8.lnmol
の配列決定
RGYALGの配列決定は実施例3の記載と全く同様に行った。
図7にHPLC分析を示す。
大施員旦
PE−C0OHに−合でカップリングさせたYGGFMRGL 9.6nmol
L9配剋決定
YGGFMRGLの配列決定は実施例4の記載と全く同様に行った。
図8にHPLC分析を示す。
叉施勇旦
リンカ−11−アミノウンデカン R2N CH0CO2Hに共 合でカッ リ
ングさせたYGGFL 3. 7nmol の配l 足固9は、リンカ−11−
アミノウンデカン酸H2N (CH2)、。CO□Hに共有結合でカップリング
させたYGGFL (3,7nmol)の配列決定を示す。このリンカ−は前記
のとおりPE−C0OHのカルボキシル基をDCCで活性化してPE−C0OH
に結合させた。結合の後、リンカ−のカルボキシル基も同様にDCCで活性化し
、次いでペプチドを共有結合で結合させた。リンカ−の存在下でペプチドYGG
FLを配列決定した場合は、6サイクルの配列決定の後に、N末端アミノ酸、Y
、の5o%が依然として共有結合していた(図6)。同じペプチドの配列決定を
、上記リンカ−へ結合した後に同じ配列決定プロトコールを用いて行うとC図1
0)、N末端アミノ酸、Y、の12%のみが依然として共有結合していた。
YGGFLの配列決定は実施例3に記載したのと全く同様に行った。
CH3
FIG、 I
CH3
トリメチルアミンN−オキシド1
FIG、 2
ペプチドチオヒダントイン
短縮されたペプチド
FIG, 3
ペプチドチオヒタ“ントイン
FIG. 3A
溶出時間(分)
FIG. 5
アルコ゛ン供給
要約書
蛋白質およびペプチドのC末端配列決定に有用な試薬が開示されている。この試
薬は、ソジウム トリメチルシラ、ルート包含する.C末端配列決定すべきペプ
チドサンプルのための、誘導体化され活性化されたポリエチレン支持体が記載さ
れている6国際調査報告
Claims (12)
- 1.ベブチドのカルボキシ末端をシリル・イソチオシアネートカップリング剤と カップリングさせてベブチジルチオヒダントイン誘導体を形成し、そして該ベブ チジルチオヒダントイン誘導体をソジウム・トリメチルシラルートまたはトリメ チルアミン・N−オキシドで開裂させて、それまでベブチドのカルボキシ末端に 存在したアミノ酸のチオヒダントイン誘導体とそのアミノ酸を失ったペプチジル 基とを生じさせることよりなる、カルボキシ末端分解によるべブチドの配列決定 方法。
- 2.ベブチドをポリビニルジフルオリドまたはポリエチレンの膜にカップリング させる、請求項1記載の方法。
- 3.ベブチジルチオヒダントインの開裂を、炭素数1〜約4のアルカノール及び トリメチルシリルエタノールからなる群から選択される溶媒中で行う、請求項1 または2記載の方法。
- 4.シリルイソチオシアネートがトリメチルシリルイソチオシアネートである請 求項1または2記載の方法。
- 5.ベブチドのカルボキシ末端をシリル・イソチオシアネートカップリング剤と カップリングさせてベブチジルチオヒダントイン誘導体を形成し、そして該ベブ チジルチオヒダントイン誘導体を次式:R3SiO−X+(式中、Rは炭素数1 ないし約10の直鎖もしくは分枝鎖炭化水素基であり、そしてXはアルカリ金属 イオンである)または次式:(R1)3N+−O−(式中、R1は炭素数1ない し約4のアルキル基である)で表される試薬で開裂させて、それまでベブチドの カルボキシ末端に存在したアミノ酸のチオヒダントイン誘導体とそのアミノ酸を 失ったペプチジル基とを生じさせることよりなる、カルボキシ末端分解によりベ ブチドを配列決定する方法。
- 6.ベブチドをカルボン酸で修飾したポリビニルジフルオリドまたはポリエチレ ンの膜に共有結合でカップリングさせる請求項5記載の方法。
- 7.ベブチドのカルボキシ末端をカップリング剤とカップリングさせてベブチジ ルチオヒダントイン誘導体を形成し、そして該ベブチジルチオヒダントイン誘導 体を次式:R3SiO−X+(式中、Rは炭素数1ないし約10の直鎖もしくは 分枝鎖炭化水素基であり、そしてXはアルカリ金属イオンである)で表される試 薬で開裂させて、それまでベブチドのカルボキシ末端に存在したアミノ酸のチオ ヒダントイン誘導体とそのアミノ酸を失ったペプチジル基とを生じさせることよ りなる、カルボキシ末端分解によりベブチドを配列決定する方法。
- 8.ベブチドのN末端を、活性化されカルボン酸で修飾されたポリエチレン膜に 共有結合でカップリングさせる、請求項7記載の方法。
- 9.(i)ベブチドのN末端が、カルボン酸で修飾されたポリエチレン膜の活性 化エステルにカップリングされ、そして(ii)前記活性化エステルが、前記カ ルボン酸で修飾されたポリエチレン膜をDCC、CDI、EDC、BOPまたは DICDと反応させて製造される、請求項7記載の方法。
- 10.(i)表面にカルボキシル基を有するポリエチレン膜;(ii)前記ポリ エチレン膜の表面のカルボキシル基にアミド結合によりカップリングされたリン カーであって、該カップリングの前には次式:H2NC(CH2)/nCOOH (式中、nは約4ないし約10の数である)で表されるリンカー;からなり、該 リンカーのカルボン酸は2−フルオロ−1−メチルビリジンとの反応でエステル 化されている、活性化されたカルボン酸で修飾されたポリエチレン膜。
- 11.カルボン酸修飾ポリエチレン膜をDCC、CDI、EDC、BOP、DI CDまたは2−フルオロ−1−メチルピリジンと反応させることよりなる、C末 端から配列決定すべきベブチドのN末端と共有結合させるために、カルボン酸修 飾ポリエチレン膜のカルボキシル基を活性化エステルに変換する方法。
- 12.請求項11の方法で製造された活性化カルボン酸及び修飾ポリエチレン膜 。
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---|---|---|---|
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