JPH10501629A - モノマー：架橋剤の高い比を有する架橋ポリアクリルアミドゲル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ジアクリリル第三級アミド架橋剤を使用する改善されたポリアクリルアミド型ゲルは、従来のポリアクリルアミドゲルと比較して、高いモノマー：架橋剤比を有する。得られるゲルは、従来のポリアクリルアミドゲルと化学的および物理的に異なる孔構造を有し、モノマー：架橋剤の最適な比で製造された場合に、従来のポリアクリルアミドゲルよりも優れた分離および構造特性を示す。

Description

【発明の詳細な説明】 モノマー：架橋剤の高い比を有する架橋ポリアクリルアミドゲル 発明の背景 ポリアクリルアミド電気泳動は、核酸フラグメント、ＤＮＡ配列産生物、蛋白 質、およびペプチドを分離するための効果的な方法として久しく認められている (Stellwagen，Biochem.，22(1983): 6186; Hames et al.，eds.，Gel Electroph oresis of Proteins, Oxford University Press，New York 1981)。しかし、従 来のポリアクリルアミドゲルは、種々の分子量範囲物質の分離性能、類似した大 きさの低分子量フラグメントを適切に分離する性能、および、ＤＮＡ配列産生物 の分離、並びに、特に薄いＤＡＮ配列型ゲルのゲル強度に関して限界を有する。 さらに、銀染色による高バックグラウンド染色レベルを有し、これによって分離 が妨げられるという限界を有する。 Hochstrasserら（米国特許第５２８３１９６号、および、Analytical Biochem istry，173(1988):412-423）は、ポリアクリルアミドゲルの製造に使用される従 来の架橋剤であるＮ,Ｎ'−メチレンビスアクリルアミドに関して遭遇するいくつ かのバックグラウンド問題を取り除く働きをするジアクリリルピペラジンを包含 する新規架橋剤を開発した。Hochstrasserらは、新規架橋剤を用いることによっ て、ゲル強度および電気泳動分離において僅かな改善を達成したが、その改善は せいぜいどちらとも言えないという程度の改善にしか過ぎない。 Hochstrasserによって使用された最も高いモノマー：架橋剤比は、第７欄、第 ６８行に示されているように、３７.５：１（または３０：０.８）であった。Ho chstrasserに使用された比は、従来のポリアクリルアミドゲルに使用されている 比、即ち、約１９：１〜３７.５：１の範囲の比と一致している。より高い比は 、得られるゲルが実際の使用に対してあまりにも弱く、低い分離しか得られない ので、ほとんど使用されていない。 「アクリルアミドゲル濃度」として既知の第二の尺度は、ゲル中の全成分の合 計重量に対する、最終ゲルにおいて使用されているモノマーおよび架橋剤の重量 パーセンテージである。一般に、アクリルアミドゲル濃度４〜２０％が使用され るが、より一般的に使用される濃度は６〜１２％である。より低いアクリルアミ ドゲル濃度は一般に、機械的にあまりにも弱く、より高い濃度は、電気泳動移動 度を制限する。Hochstrasserに使用されているアクリルアミドゲル濃度は、従来 の濃度範囲内である。 Hochstrasserは主に従来のゲルの銀染色問題に関係しており、これはHochstra sserがジアクリルピペラジンを用いて解決した問題である。しかし、本明細書に 記載されているような発見がなされず、ジアクリリル第三級アミド型架橋剤の優 れた分離、ゲル強度、および染色特性が、従来になく高いモノマー：架橋剤比に おいて得られるということが予想されなかった。この発見は、先行文献の教示と 相反するものてある。 発明の要旨 意外なことに、本発明の発明者は、ポリアクリルアミドゲルに関して通常使用 される比、およびHochstrasserに使用されている比よりも高いモノマー：架橋剤 比で使用される場合に、ジアクリリル第三級アミド、特にジアクリリルピペラジ ンが、優れたポリアクリルアミドゲル（Hochstrasserによって示唆されているよ りもかなり優れている）を与えることを見い出した。それらの独特のＮ含有環構 造により、これら架橋剤は、ビスアクリルアミドに匹敵するゲル強度を、低濃度 において生じことができる。さらに、架橋剤がより低い濃度で使用されるので、 ゲル中により大きい孔寸法を得ることができ（従来のポリアクリルアミドゲルに 使用されている比較し得る合計ゲル濃度において）、その結果、類似した大きさ および分子量の分子においてさえも、向上した分子分離が得られる。 本発明の発明者は、ジアクリリル第三級アミド架橋剤が、本発明の高モノマー ：架橋剤比で使用される場合に、アクリルアミドゲル濃度が４％未満および２０ ％超過である場合でさえも、満足できるゲルを与えることをさらに見い出した。 満足できるゲルは、３.０％〜２５.０％の範囲の濃度から得られることが見い出 された。これらの利点は、Hochstrasserにおいて何らの開示も示唆もない。 図面の簡単な説明 図１は、本発明のゲル（Ａ）と従来のビスアクリルアミドゲル（Ｂ）の、類似 した大きさのフラグメントの分離の比較である。 図２は、本発明のゲル（Ａ）と従来のビスアクリルアミドゲル（Ｂ）を使用し たＤＮＡ配列から生じる電気泳動バンドパターンの比較である。 図３は、本発明のゲルを使用した蛋白質分子量標準から得られる電気泳動バン ドパターンを示す。 図４は、モノマー：架橋剤比（Ｘ軸）に対するゲル使用性能（Ｙ軸）のグラフ であり、本発明によって製造されたゲルの向上した使用性能を示す。 好ましい具体例の詳細な説明 本発明は、第三級アミド基を形成する少なくとも１つの第二級アミンを有する 化合物の重合性アミンアクリロイルおよびメタクリロイル誘導体である架橋剤か ら製造される向上したポリアクリルアミドゲルを含んで成る、分子を検出し分離 するための組成物であって、その組成物中のモノマー：架橋剤比が約１：４０〜 約１：４８０の範囲である組成物に関する。組成物におけるアクリルアミドゲル 濃度は、組成物に対して３.０重量％〜２５.０重量％の範囲である。 本発明の他の具体例は分子を検出する方法であって、少なくとも１つの第二級 アミン基を有するアミノ化合物のアミンアクリロイル誘導体によって架橋された アクリルアミドモノマーを含んで成るゲルを含んで成る組成物上に分子を含有す るサンプルを配置し、前記誘導体が少なくとも１つの第三級アミド基をも有し、 前記組成物において、アクリルアミドモノマー：アクリロイル誘導体の比が約４ ０：１〜約４８０：１の範囲であり、前記組成物において、組成物中のゲルの濃 度が組成物の３.０重量％〜２５.０重量％の範囲であり、その組成物を充分な時 間で溶媒と接触させて、分子が組成物中予め決められた距離を差動的に泳動する ようにし、組成物を銀溶液と接触させて、組成物を発色させてサンプル中の分子 の相対位置を検出すること、を含んで成る分子検出方法である。 架橋剤は、１つ以上のアクリロイル基または１つ以上の第三級アミド基を含ん でいてもよい。特に、ジアクリリル第三級アミド、特にジアクリリルピペラジン が、好ましい架橋剤である。架橋剤は、米国特許第５２８３１９６号（Hochstra sser）に示されているのと同様に製造することができ、この特許に開示の内容は 本発明の一部を構成するものとする。本発明におけるジアクリリル第三級アミド 型の架橋剤は下記式で示される： [式中、Ｒ基のそれぞれは、Ｈ、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ま たはブチルであってよい。]。 架橋ポリアクリルアミドゲルは、本明細書に記載の架橋剤を使用して、そのよ うなゲルを製造する標準的な方法によって製造される。例えば、電気泳動マトリ ックスが、式(II)で示されるアクリルアミド型モノマーの水溶液から製造される : Ｒ₄−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｃ（＝Ｒ₁）ＮＲ₃Ｒ₂ (II) [式中、Ｒ₁は、ＯまたはＳであり、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄はそれぞれ独立して、水素、 あるいは少なくとも１つの−ＯＨ基または少なくとも１つの＝Ｏ基で置換されて いてもよいＣ₁−Ｃ₅アルキルを表す。]。これらのマトリックスは、この分野で 既知の標準的ゲル製造法によって緩衝または非緩衝溶液中で製造することができ る。そのような溶液は、架橋ポリアクリルアミドゲルを製造するのに通常使用さ れるイオン、非イオン、または両性イオン洗浄剤、並びに他のケロトロピック剤 （chelotropic agents）または改質剤を包含する変性剤のいずれかの組み合わせ を有していてよい。 「モノマー：架橋剤比」という語は、ゲル中の架橋剤の重量に対するゲル中の モノマーの重量を意味する。本発明においては、モノマー：架橋剤比は、約４０ ：１〜約４８０：１の範囲である。好ましくは、この比は約５０：１〜約１５０ ：１の範囲である。さらに別の好ましい範囲は、約１０１：１〜約４８０：１で ある。 本発明の発明者は、広範囲な一連の試験によって、モノマー：架橋剤比が５０ ：１〜１５０：１の範囲で使用される場合に、ジアクリリル第三級アミド型の架 橋剤が、優れた分離水準およびゲル強度を与えることを見い出した。しかし、そ の比が４０：１の小ささ、または４８０：１の大きさである場合でも、満足でき る結果が観察された。 概して、観察された効果を「ベル型」応答曲線にたとえることができ、その曲 線中、特定の比の範囲において幅広い最大限効果が見られ、それに続いて、モノ マー：架橋剤比がその幅広い最適比から増加および減少するにつれて応答が減少 しているのが見られた。厳密な最適比範囲は、分析される分子の特性、最終アク リルアミド濃度、並びに、選択される緩衝液、電圧、時間、および変性剤に依存 する。 振り返って考慮すると、性能におけるいくつかの向上が、Hochstrasserによっ てある場合には見られ、他の場合には見られないのは何故かということが容易に 理解できる。ジアクリルピペラジン架橋剤に対してHochstrasserが用いた最も高 いモノマー：架橋剤比は、３７.５：１（または３０：０.８）であった。従って 、Hochstrasserはベル型応答曲線の下垂末端にあって、そこでは本発明の比較的 高い比において見られる優れた結果と比較して効果が最少である。図４参照。従 来比（初めは２９：１の比、後には１９：１の比）の範囲に比がさらに減少する につれて、約３７.５：１の付近において見られる最適未満の分離が事実上さら に低下する。図４参照。 本発明を下記実施例によってさらに説明するが、それら実施例はいかなる方法 においても本発明を制限するものではない。実施例１ 脱イオン水１０００ml中に超純粋アクリルアミド３９.５ｇおよびジアクリル ピペラジン０.５ｇを含有する４０％原液を製造した。この４０％原液を２０％ に希釈し、１Ｘ トリス／ボレート／ＥＤＴＡ（０.０８９Ｍトリス、０.０８９ Ｍボレート、および０.００２Ｍ ＥＤＴＡ）中で緩衝処理した。得られる溶液を ５分間真空圧（１００−５００トル）にかけて、重合を妨げる溶解ガスを除去し た。重合を開始するために、１０％過硫酸アンモニウム１mlおよびＮ,Ｎ,Ｎ',Ｎ '−テトラメチルエチレンジアミド（ＴＥＭＥＤ）１００μlを希釈されたゲル溶 液に加え、このゲルを０.８mmスペーサーによって隔てられた２枚のガラスプレ ートの間に流し込み、室温で１時間重合させた。 標準負荷緩衝液中、最終濃度１００μg／mlに希釈することによって、核酸分 子量標準を電気泳動のために準備した。分子量標準は、下記塩基対サイズ：５８ ７、４５８、４３４、２９８、２６７、２５７および１７４、の二本鎖ＤＮＡフ ラグメントから構成された。１０μl（１μgのＤＮＡ）を異なる２つのゲルに適 用した。前記マトリックスと従来のポリアクリルアミドゲルとの違いを例示する ために、ジアクリリル第三級ジアミド型架橋剤で架橋されたゲルおよびビスアク リルアミドで架橋された従来のゲル中で、サンプルを電気泳動にかけた。両方の ゲル系が、１Ｘ ＴＢＥで緩衝処理された。 電気泳動に続いて、ゲルプレートを取り外し、蒸留脱イオン水中１mg／mlの臭 化エチジウム中でゲルを３０分間染色した。次に、ＦＣＲ−１０カメラで写真を 撮る前に蒸留脱イオン水中で３０分間脱染色した。結果を図１に示す。明確に示 されているように、カラムＡ中のゲル、ジアクリリル第三級ジアミド架橋ゲルは 、同様のサイズ（２６７ｂｐおよび２５７ｂｐ）のフラグメントの優れた分離を 与え、一方、カラムＢ中のゲルであるビスアクリルアミド架橋ゲルは、これらの フラグメントを充分に分離することができなかった。本明細書において、分離と は、近似分子から明確に分離され区別される単一限定領域に、成分を分離する能 力であると定義される。カラムＡ中のゲルは、カラムＢ中のゲルと比較した場合 に、優れた弾性および破損抵抗性をも示した。実施例２ 脱イオン水１０００ml中に超純粋アクリルアミド３９.５ｇおよびジアクリリ ルピペラジン０.５ｇを含有する４０％原液を製造した。この４０％原液を１Ｘ トリス／ボレート／ＥＤＴＡ（０.０８９Ｍトリス、０.０８９Ｍボレート、およ び０.００２Ｍ ＥＤＴＡ）中で６％に希釈し、尿素を加えて最終濃度７.０Ｍに した。この溶液に真空を５分間適用し、次に、１０％過硫酸アンモニウム１mlお よびＴＥＭＥＤ１００μｌを加えて重合を開始した。 得られる溶液を、０.４mmスペーサーを有する２枚のガラスプレートの間に流 し込み、室温で１時間重合させた。ＤＮＡ配列反応を、改質Ｔ７ポリメラーゼお よびα−³²Ｐ−ｄＡＴＰを用いて、Sangerジデオキシ配列法によって準備した。 前記マトリックスと従来のポリアクリルアミドゲルとの違いを例示するために、 ジアクリリル第三級ジアミド型架橋剤で架橋されたゲルおよびビスアクリルアミ ドで架橋されたゲル中で、サンプルを電気泳動にかけた。両方のゲル系が、１Ｘ ＴＢＥで緩衝処理された。 ＤＮＡ配列産生物をオートラジオグラフによって視覚化した。図２に明確に示 されるように、カラムＡ中のゲル、ジアクリリル第三級ジアミド架橋ゲルは、カ ラムＢ中のゲル、ビスアクリルアミド架橋ゲルと比較した場合、判読できる塩基 の数を増加させた。ジアクリリル第三級ジアミド架橋剤で架橋されたゲルは、所 定の泳動領域においてより多くの分離バンドを与えるバンドパターンを示した。 本明細書において、分離とは、近似分子から明確に分離され区別される単一限定 領域に、成分を分離する能力であると定義される。カラムＡ中のゲルは、カラム Ｂ中のゲルと比較した場合に、優れた弾性および破損抵抗性をも示した。実施例３ 脱イオン水１０００ml中に超純粋アクリルアミド３９.５ｇおよびジアクリリ ルピペラジン０.５ｇを含有する４０％原液を製造した。この４０％原液を１Ｘ トリス／グリシン／ＳＤＳ（ＴＧ−ＳＤＳ：０.２５Ｍトリス塩基、０.１９２Ｍ グリシン、および０.１％ドデシル硫酸ナトリウム）中で１２％に希釈した。こ の溶液に真空を５分間適用し、次に、１０％過硫酸アンモニウム１mlおよびＴＥ ＭＥＤ１００μlを加えて重合を開始した。 得られる溶液を、１.０mmスペーサーを有する２枚のガラスプレートの間に流 し込み、室温で１時間重合させた。蛋白質分子量標準（１４ｋＤ−６６ｋＤ）を 、１Ｘ ＴＧ−ＳＤＳで緩衝処理した前記マトリックス中で電気泳動にかけた。 電気泳動に続いて、ゲルを酢酸中で固定し、次に硝酸銀で染色し、重炭酸ナトリ ウム／チオ燐酸ナトリウム溶液で発色させた。結果を図３に示す。 ジアクリリル第三級アミド型架橋剤を用いて製造されたゲルは、銀染色にかけ たときに、より少ないバックグラウンドを示す。さらに、グリシンフロント（gl ycine front）（ビスアクリルアミド架橋ゲルの特徴）が、ジアクリリル第三級 アミド型架橋剤で架橋したゲルには存在しなかった。実施例４ １９：１から３７.５：１ (モノマー：架橋剤比の従来の範囲)、さらに６０： １、７５：１、最終的に１５０：１の範囲の、様々なモノマー：架橋剤比におい て、濃縮原液を製造した。分離は、核酸サイズマーカーを種々のマトリックス中 で電気泳動にかけることを特徴とした。モノマー：架橋剤比が増加するとともに 、７５：１において分離が最適点に向上することが見い出された。 モノマー：架橋剤比１９：１および３７.５：１で製造されたゲルは、（実際 的な目的に対して）許容されない分離を示した。バンド形成が精密でなく、類似 サイズのフラグメントが明確に分離されなかった。しかし、モノマー：架橋剤比 が増加するにつれて、核酸フラグメントの分離およびバンド形成において顕著な 向上が見られた。図４に示すように、モノマー：架橋剤比の範囲７５：１〜１５ ０：１において、最高に達した。これら以外の比においては、ゲル強度および扱 い易さの点で妥協を要した。１５０：１を超過する比においては、ゲルを重合さ せるのは可能であったが、硬化時間および効率的にゲルを操作する性能が、あま り望ましいものではなかった。 本発明を、詳細に、かつ、特定の具体例に関連して記載したが、本発明の意図 および範囲を逸脱することなく、様々な変更および改良をなし得ることは、当業 者に明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベーム，スティーブン・エム アメリカ合衆国44011オハイオ州エイボン、 レイクランド・ドライブ36715番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの第二級アミン基を有するアミノ化合物のアミンアクサロ イル誘導体によって架橋されたアクリルアミドモノマーを含んで成るゲルを含ん で成る、分子を分離し検出するための組成物であって、前記誘導体が少なくとも １つの第三級アミド基をも有し、前記組成物において、アクリルアミドモノマー ：アクリロイル誘導体の比が約４０：１〜約１５０：１の範囲であり、前記組成 物において、組成物中のゲルの濃度が、組成物に対して３.０重量％〜２５.０重 量％である組成物。 ２．アクリルアミドモノマー：アクリロイル誘導体の比が約５０：１〜約１５ ０：１の範囲である請求項１に記載の組成物。 ３．組成物中のゲルの濃度が、３.０％〜１５.０％である請求項１に記載の組 成物。 ４．アクリルアミドモノマーが、式（ＩＩ）： Ｒ₄−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｃ(＝Ｒ₁)ＮＲ₃Ｒ₂ (II) ［式中、Ｒ₁は、ＯまたはＳであり、Ｒ₂、Ｒ₃、およびＲ₄はそれぞれ独立して、 水素、あるいは少なくとも１つの−ＯＨ基または少なくとも１つの＝Ｏ基で置換 されていてもよいＣ₁−Ｃ₅アルキルを表す。］ で示される化合物である請求項１に記載の組成物。 ５．アクリロイル誘導体が、下記式： ［式中、Ｒ基のそれぞれは、Ｈ、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ま たはブチルであってよい。］ の１つで示される化合物である請求項１に記載の組成物。 ６．アクリロイル誘導体がジアクリルピペラジンである請求項５に記載の組成 物。 ７．分子を検出する方法であって、 少なくとも１つの第二級アミン基を有するアミノ化合物のアミンアクリロイル 誘導体によって架橋されたアクリルアミドモノマーを含んで成るゲルを含んで成 る組成物上に分子を含有するサンプルを配置し、前記誘導体が少なくとも１つの 第三級アミド基をも有し、アクリルアミドモノマー：アクリロイル誘導体の比が 約４０：１〜約１５０：１の範囲であり、組成物中のゲルの濃度が組成物に対し ３.０重量％〜２５.０重量％の範囲であり； 前記組成物を充分な時間で溶媒と接触させて、分子が組成物中予め決められた 距離を差動的に泳動するようにし； 組成物を銀溶液と接触させて、組成物を発色させてサンプル中の分子の相対位 置を検出する； ことを含んで成る方法。 ８．アクリルアミドモノマー：アクリロイル誘導体の比が、約５０：１〜約１ ５０：１の範囲である請求項７に記載の方法。 ９．組成物中のゲルの濃度が、３.０％〜１５.０％である請求項７に記載の方 法。 １０．アクリルアミドモノマーが式（ＩＩ）： Ｒ₄−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｃ（＝Ｒ₁）ＮＲ₃Ｒ₂ (II) ［式中、Ｒ₁は、ＯまたはＳであり、Ｒ₂、Ｒ₃、およびＲ₄はそれぞれ独立して、 水素、あるいは少なくとも１つの−ＯＨ基または少なくとも１つの＝Ｏ基で置換 されていてもよいＣ₁−Ｃ₅アルキルを表す。］ で示される化合物である請求項７に記載の方法。 １１．アクリロイル誘導体が下記式： ［式中、Ｒ基のそれぞれは、Ｈ、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ま たはブチルであってよい。］ の１つで示される化合物である請求項７に記載の方法。 １２．アクリロイル誘導体がジアクリルピペラジンである請求項１１に記載の 方法。 １３．アクリルアミドモノマー：アクリロイル誘導体の比が、約４０：１〜約 １００：１の範囲である請求項１に記載の組成物。 １４．アクリルアミドモノマー：アクリロイル誘導体の比が、約４０：１〜約 １００：１の範囲である請求項７に記載の方法。