JPWO2018061593A1 - Method for concentration and purification of alkyne-containing molecules - Google Patents

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Abstract

本発明は、銀イオンがカルボキシル基等のpKa2〜9の官能基を介して担持された不溶性担体を含有する、液体中の末端アルキン含有分子の濃縮精製用吸着剤;及び前記吸着剤に、末端アルキン含有分子を含む液体を接触させて、銀アセチリド形成反応により末端アルキン含有分子を捕捉する工程、及びハロゲン化物イオン、酸又は硫黄含有試薬により溶出する工程を含む、末端アルキン含有分子を濃縮精製する方法に関する。The present invention provides an adsorbent for concentration and purification of a terminal alkyne-containing molecule in a liquid, which comprises an insoluble carrier in which silver ions are supported via pKa 2-9 functional groups such as carboxyl groups; Condensing and purifying a terminal alkyne-containing molecule comprising contacting a liquid containing the alkyne-containing molecule and capturing a terminal alkyne-containing molecule by a silver acetylide forming reaction, and eluting with a halide ion, acid or sulfur containing reagent On the way.

Description

本発明は、アルキン含有分子を濃縮精製する方法、並びにそのための銀担持担体及び器具又は装置に関するもので、特にアルキンを部分構造として含有する生体関連分子あるいは合成分子を複雑な混合物から濃縮精製するのに適した方法、並びにそのための担体及び器具又は装置に関するものである。   The present invention relates to a method for concentrating and purifying an alkyne-containing molecule, and a silver-loaded carrier and device or apparatus therefor, and in particular, for concentrating and purifying a biorelated molecule or synthetic molecule containing an alkyne as a partial structure. Methods and suitable carriers and devices or apparatus therefor.

特定の化学構造を持つ分子を濃縮精製する方法としては、抗原抗体反応を利用した免疫沈降法やアビジン−ビオチン相互作用を利用した方法、HisタグとNi固定化固相の相互作用を利用した方法が古くから利用されてきた。しかしながら、Hisタグやビオチンはサイズが大きいタグであり、生理活性化合物や代謝物などの低分子化合物にタグとして導入することは望ましくない。また、抗体はタンパク質などの大きな分子に対しては有効であるが、アルキンを含めた小さな官能基や低分子化合物に対する抗体を作成するのは一般に容易ではなく、抗体がすでに作成された特定の低分子化合物を除き、低分子化合物の濃縮精製のための一般的な方法とはなりえない。更に、脂質やその代謝物のように、水溶液に溶けず、有機溶媒中で扱う必要がある化合物群には、抗体やアビジンといったタンパク質は有機溶媒中で変性するために使用できない。   Methods for concentrating and purifying molecules with specific chemical structures include immunoprecipitation using antigen-antibody reaction, a method using avidin-biotin interaction, a method using interaction between His tag and Ni-immobilized solid phase Has been used since ancient times. However, His tag and biotin are large size tags, and it is not desirable to introduce them as tags into low molecular weight compounds such as physiologically active compounds and metabolites. Also, while antibodies are effective against large molecules such as proteins, it is not generally easy to generate antibodies against small functional groups or small molecule compounds, including alkynes, and the specific lows for which antibodies have already been generated. Except for molecular compounds, it can not be a general method for concentration and purification of low molecular weight compounds. Furthermore, for a group of compounds that do not dissolve in aqueous solution and need to be handled in organic solvents, such as lipids and their metabolites, proteins such as antibodies and avidin can not be used for denaturation in organic solvents.

このような背景から、近年ではアルキンやアジドといった小さなタグを低分子化合物に導入し、後から銅触媒アジド−アルキン環化付加反応により二次的タグとしてビオチンやフルオラスタグなどを導入する方法が用いられるようになった。これにより、タグの大きさという問題は解決された。しかしながら、銅触媒を用いたタグの導入反応及び反応後の精製というステップが加わることで、プロセス全体としての簡便さ及び効率が低下するという問題がある。   From such a background, in recent years, small tags such as alkynes and azides have been introduced into low molecular weight compounds, and subsequently, biotin and fluorous tags etc. are introduced as secondary tags by copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition reaction. Came to be This solved the problem of tag size. However, there is a problem that the simplicity and the efficiency of the whole process are lowered by adding the steps of the introduction reaction of the tag using the copper catalyst and the purification after the reaction.

したがって、アルキンを直接的に濃縮精製する方法は、前記問題点を解決する方法となりうる。これまでに、ジコバルトオクタカルボニル錯体をホスフィン修飾したシリカゲルあるいはポリマー担体上に固定し、アルキンとコバルトの複合体形成反応を利用して、アルキン含有脂質、ペプチド、及びタンパク質を濃縮精製する方法が報告されている(非特許文献1〜3)。非特許文献1及び2の方法では、タンパク質を使用しないことで、水溶液でも有機溶媒でも使用が可能である。一方で、非特許文献3の方法では、有機溶媒中での使用に限られ、更に、捕捉したアルキンを溶出する段階で酸化処理を必要とするため、酸化処理に弱い化合物群には適用できなかった。また、非特許文献1及び2の方法では、水溶液中での使用が可能で、酸で溶出することもできるが、プロパルギルカーバメート構造にのみ適用可能な方法であった。また、共通の問題点として、アルキン−コバルト錯体の形成反応が遅いことや、0価コバルトの不安定性や、コバルトと固相上のホスフィンの相互作用が弱いこと、一つのコバルトに対して二つ以上のホスフィンが配位すると錯体形成能がなくなるという問題があった。   Therefore, the method of directly concentrating and purifying alkynes can be a method of solving the above problems. To date, methods have been reported in which a dicobalt octacarbonyl complex is immobilized on phosphine-modified silica gel or a polymer carrier, and a complex formation reaction of alkyne and cobalt is used to concentrate and purify alkyne-containing lipids, peptides, and proteins. (Non-patent documents 1 to 3). In the methods of Non-Patent Documents 1 and 2, it is possible to use either an aqueous solution or an organic solvent by not using a protein. On the other hand, the method of Non-Patent Document 3 is not limited to the use in organic solvents, and further, because it requires an oxidation treatment at the stage of eluting the captured alkyne, it can not be applied to a group of compounds weak to oxidation treatment. The Further, the methods of Non-Patent Documents 1 and 2 can be used in an aqueous solution and can be eluted with an acid, but are methods applicable only to propargyl carbamate structures. In addition, as common problems, the formation reaction of alkyne-cobalt complex is slow, instability of zero-valent cobalt, weak interaction between cobalt and phosphine on solid phase, two for one cobalt There is a problem that the complexing ability is lost when the above phosphines are coordinated.

また、1960年代にステロイド分析の分野において、アルキンを含むステロイドが硝酸銀処理したフロリジルあるいはシリカゲル上で銀アセチリドを形成することで捕捉され、塩化アンモニウム処理による銀アセチリドの分解反応で溶出可能であることが報告されている(非特許文献4及び5)。この方法は非常に温和な条件であり、かつサンプルを前記担体を詰めたカラムに通すことで、サンプル中のエチニルステロイド(アルキンを含む合成ステロイドホルモン剤)を捕捉し、塩化アンモニウムを含む溶媒を通すことでエチニルステロイドを回収するという簡便かつ迅速な濃縮精製が可能である。しかしながら、この方法は有機溶媒中でのみ使用可能で、ステロイド以外のサンプルに適用された例はなく、1980年以降の引用は銀イオンクロマトグラフィーに関する分析分野での総説一報のみである(非特許文献6)。また、1979年にはスルホン酸修飾セルロース担体に銀イオンを担持し、エチニルステロイドを捕捉し、過剰のヘキシンあるいはアセチレンで溶出した例が報告されているが(非特許文献7)、こちらも有機溶媒中でのみ使用されている。この論文も、銀イオンクロマトグラフィーの分野においては稀に引用されてはいるが、ケミカルバイオロジーなど生命科学分野では認知されていなかった。なお、銀イオンクロマトグラフィーは、銀イオンと不飽和結合のパイ電子の配位結合能を利用し、低分子化合物を不飽和度の違いにより分離する手法である。   Also, in the field of steroid analysis in the 1960s, steroids containing alkynes are captured by forming silver acetylide on silver nitrate-treated florisil or silica gel, and can be eluted by the decomposition reaction of silver acetylide by ammonium chloride treatment. It reports (nonpatent literature 4 and 5). This method has very mild conditions, and passes the sample through the column packed with the carrier to capture ethynyl steroid (synthetic steroid hormone agent containing alkyne) in the sample and pass the solvent containing ammonium chloride. It is possible to carry out convenient and rapid concentration and purification of recovering ethynyl steroids. However, this method can be used only in organic solvents, and there is no example applied to samples other than steroids, and citations since 1980 are only a review in the analytical field regarding silver ion chromatography (non-patent literature) 6). Also, in 1979, an example was reported in which silver ions were supported on a sulfonic acid-modified cellulose carrier, ethynyl steroids were captured, and excess hexine or acetylene was eluted (Non-Patent Document 7). It is only used in. Although this paper is also rarely cited in the field of silver ion chromatography, it has not been recognized in the life science field such as chemical biology. Silver ion chromatography is a method of separating low molecular weight compounds according to the difference in the degree of unsaturation, utilizing the coordination ability of silver ions and pi electrons of unsaturated bonds.

前記の非特許文献4、5及び7における銀イオン担持固相を用いたアルキンの濃縮精製法は、有機溶媒中で行われており、その対象もステロイドに絞られていた。水やバッファーを含む条件においては、銀担持フロリジルやシリカゲルは銀イオンを安定に保持できず、銀イオンが溶出することが知られている。特に、脂質代謝物やペプチドなどの生体サンプルに適用する場合、これらの分子自体が銀イオンに配位する能力を有し、銀イオンを溶出させるため、濃縮精製は困難である。よって、先行文献でスルホン酸修飾セルロースが用いられたように、より強固に銀イオンを担体上に固定する必要があった。しかしながら、スルホン酸修飾した担体は強酸性陽イオン交換樹脂などに代表されるように、カチオン性の分子や中性条件でも容易にプロトン化して陽電荷を持つ塩基性化合物の吸着に広く用いられている。つまり、カチオン性化合物や塩基性化合物はアルキンの有無にかかわらず担体に吸着され、アルキン選択的な濃縮精製の障害となるという問題がある。   The concentration purification method of the alkyne using the silver ion carrying | support solid phase in said nonpatent literature 4, 5, and 7 is performed in the organic solvent, The object was also narrowed down to the steroid. Under conditions including water and a buffer, it is known that silver-supported florisil and silica gel can not stably hold silver ions, and silver ions are eluted. In particular, when applied to biological samples such as lipid metabolites and peptides, these molecules themselves have the ability to coordinate to silver ions, and elution of silver ions makes it difficult to concentrate and purify them. Therefore, as in the prior art, sulfonic acid modified cellulose was used, it was necessary to fix silver ions on the carrier more firmly. However, as represented by strongly acidic cation exchange resins etc., sulfonic acid-modified carriers are widely used for the adsorption of cationic compounds or basic compounds which are easily protonated even under neutral conditions and have a positive charge. There is. That is, there is a problem that the cationic compound and the basic compound are adsorbed to the carrier with or without the alkyne, which causes an obstacle to selective concentration and purification of the alkyne.

金属イオンを担持・トラップする方法としては、前記アルキン−コバルト錯体の例で用いられるようなホスフィンを配位子として用いる方法もある。また、スカベンジャーレジンとして市販されているような、チオールやチオアミド、カルボン酸、アミン類で修飾した担体が、溶液中の金属イオンをトラップして除去する目的で一般に使用されている。しかしながら、これら銀イオンの配位子として働く官能基が銀イオンのアセチリド形成反応に与える影響は精査されていない。前記の非特許文献4、5及び7にも、担体上の官能基の配位子としての影響と銀アセチリド形成反応の効率の関係に関しては記載も示唆もなく、これらの担体が前記の非特許文献4、5及び7のフロリジルやシリカゲル、スルホン酸修飾セルロースと同様に使用可能であるのかも不明であった。   As a method of supporting and trapping metal ions, there is also a method of using phosphine as a ligand as used in the example of the alkyne-cobalt complex. In addition, carriers modified with thiols, thioamides, carboxylic acids and amines, which are commercially available as scavenger resins, are generally used for the purpose of trapping and removing metal ions in the solution. However, the influence of the functional group acting as a ligand of these silver ions on the acetylide formation reaction of silver ions has not been scrutinized. Also in the above non-patent documents 4, 5 and 7, there is no description or suggestion regarding the relationship between the effect of the functional group on the support as a ligand and the efficiency of the silver acetylide forming reaction, these supports are non-patent mentioned above It is also unclear whether it can be used as well as Florisil, silica gel and sulfonic acid modified cellulose described in Documents 4, 5 and 7.

関連する先行技術として、カルボン酸修飾ポリマーに銀イオンを担持したものを用いて、ガス中に含まれるアセチレンを除去するプロセスが報告されている(特許文献1)。しかしながら、低極性のガス中に含まれるアセチレンの除去のみに適用したものであり、この担体が溶液中で使用可能か、不明であった。使用後のフィルターは、希硝酸処理をすることでアセチレンガスと銀イオンを除去し、再度銀イオンを担持して再利用可能であることを報告しているが、このように強酸性かつ酸化的条件は、生体分子などには使用できないことが容易に予想される。   As a related prior art, there has been reported a process of removing acetylene contained in a gas using a carboxylic acid-modified polymer loaded with silver ions (Patent Document 1). However, it was applied only to the removal of acetylene contained in low polarity gas, and it was unclear whether this carrier could be used in a solution. It is reported that the filter after use removes acetylene gas and silver ion by treating with dilute nitric acid, and it is possible to support silver ion again to be reusable, and thus strongly acidic and oxidative It is easily expected that the conditions can not be used for biomolecules etc.

このように、銀イオン担持固相を用いたアルキンの濃縮精製法は、ステロイド分析及びガス中のアセチレンの除去の分野において1960から1970年代にかけて研究されていたが、応用対象は有機溶媒中のステロイドあるいはガス中のアセチレンに限られていた。また、化学的な見地から系統的な最適化はされておらず、溶媒や官能基許容性といった適用範囲に関しても精査されていなかった。   Thus, although the concentration purification method of the alkyne which used the silver ion loading solid phase was researched from 1960 to 1970 in the field of steroid analysis and removal of acetylene in gas, the object of application is the steroid in organic solvent Or it was limited to acetylene in the gas. Also, from the chemical point of view, systematic optimization has not been carried out, and no scrutiny has been made with respect to application scope such as solvent and functional group tolerance.

特許文献2には、イオン交換によって銀が担持されていることを特徴とする銀担持シリカゲルが記載されているが、この銀担持シリカゲルは、特にテルペン類や不飽和脂肪酸の分離を目的とするものであり、特許文献2はアセチレン等のアルキン類については何ら言及していない。また、この銀担持シリカゲルは、スルホン酸やカルボン酸で修飾したものではなく、銀は表面シラノール基に水素とイオン交換されて結合されていると記載されている。   Patent Document 2 describes a silver-supported silica gel characterized in that silver is supported by ion exchange, and the silver-supported silica gel is particularly intended to separate terpenes and unsaturated fatty acids. Patent Document 2 makes no mention of alkynes such as acetylene. The silver-supported silica gel is not modified with sulfonic acid or carboxylic acid, and it is described that silver is ion-exchanged with hydrogen to be bound to surface silanol groups.

米国特許第3,273,314号明細書U.S. Pat. No. 3,273,314 特開平5−317699号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 5-317699

Egami H, Kamisuki S, Dodo K, Asanuma M, Hamashima Y & Sodeoka M (2011) Catch and release of alkyne-tagged molecules in water by a polymer-supported cobalt complex. Org Biomol Chem 9: 7667-7670.Egami H, Kamisuki S, Dodo K, Asanuma M, Hamashima Y & Sodeoka M (2011) Catch and release of alkoxy-tagged molecules in water by a polymer-supported cobalt complex. Org Biomol Chem 9: 7667-7670. Miyazaki A, Asanuma M, Dodo K, Egami H & Sodeoka M (2014) A ‘Catch-and-Release’ Protocol for Alkyne-Tagged Molecules Based on a Resin-Bound Cobalt Complex for Peptide Enrichment in Aqueous Media. Chem. Eur. J. 20: 8116-8128.Miyazaki A, Asanuma M, Dodo K, Egami H & Sodeoka M (2014) A 'Catch-and-Release' Protocol for Alkyne-Tagged Molecules Based on a Resin-Bound Cobalt Complex for Peptide Enrichment in Aqueous Media. Chem. Eur. J. 20: 8116-8128. Milne SB, Tallman KA, Serwa R, Rouzer CA, Armstrong MA, Marnett LJ, Lukehart CM, Porter NA, and Brown HA. (2010) Capture and release of alkyne-derivatized glycerophospholipids using cobalt chemistry. Nature Chem. Biol. 6: 205-207.Milne SB, Tallman KA, Serwa R, Rouzer CA, Armstrong MA, Marnett LJ, Lukehart CM, Porter NA, and Brown HA. (2010) 205-207. Ercoli A, Vitali R & Gardi R (1964) Adsorbents for detection, isolation and evaluation of ethynyl steroids. Steroids 3: 479-485.Ercoli A, Vitali R & Gardi R (1964) Adsorbents for detection, isolation and evaluation of ethynyl steroids. Steroids 3: 479-485. Kulkarni BD & Goldzieher JW (1969) Isolation of 17α-ethynyl steroids by column chromatography on silver impregnated florisil. Steroids 13: 467-475.Kulkarni BD & Goldzieher JW (1969) Isolation of 17α-ethynyl steroids by column chromatography on silver impregnated florisil. Steroids 13: 467-475. Williams CM & Mander LN (2001) Chromatography with silver nitrate. Tetrahedron 57: 425-447.Williams CM & Mander LN (2001) Chromatography with silver nitrate. Tetrahedron 57: 425-447. Sjovall J & Axelson M (1979) General and selective isolation procedures for GC/MS analysis of steroids in tissues and body fluids. Journal of Steroid Biochemistry 11: 129-134.Sjovall J & Axelson M (1979) General and selective isolation procedures for GC / MS analysis of steroids in tissues and body fluids. Journal of Steroid Biochemistry 11: 129-134.

本発明の課題は、水溶液系を含めた幅広い溶媒系において、幅広いアルキン含有分子を温和な条件で迅速かつ高効率に濃縮精製する方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for rapidly and efficiently concentrating and purifying a wide range of alkyne-containing molecules under mild conditions in a wide range of solvent systems including aqueous solution systems.

前記課題を解決するためには、アルキンを銀アセチリドとして担体上に捕捉するための銀イオンの反応性を損なうことなく、溶媒やバッファーにより銀イオンが溶出しないよう強く銀イオンを担持することが必要である。このような観点から、本発明者らはまず、各種官能基化された担体を用いて、銀イオンを担持する能力と担体上での銀アセチリド形成能を精査し、担体と銀を担持する官能基の最適化を行った。鋭意検討の結果、銀イオンの担持力が強いだけではアルキン含有分子を濃縮精製するという目的には不十分であり、この目的に適した担体が存在することを見出した。この知見に基づき、有機溶媒のみならず水溶液系でも使用可能かつ細胞等由来の脂質代謝物やペプチドなどに適用可能な、アルキン含有分子の選択的な濃縮精製手法を確立し、本発明を完成させるに至った。   In order to solve the above problems, it is necessary to support silver ions strongly so that silver ions are not eluted by a solvent or buffer without impairing the reactivity of silver ions for capturing alkynes as silver acetylide on a carrier. It is. From such a point of view, the present inventors first examine the ability to support silver ions and the ability to form silver acetylide on the support using variously functionalized supports, and the function to support the support and silver. Group optimization was performed. As a result of intensive studies, it was found that a strong silver ion supporting ability is insufficient for the purpose of concentrating and purifying an alkyne-containing molecule, and that a carrier suitable for this purpose exists. Based on this finding, we will establish a selective concentration and purification method for alkyne-containing molecules that can be used not only in organic solvents but also in aqueous solutions and applicable to lipid metabolites and peptides derived from cells etc., and complete the present invention It came to

すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
(1)銀イオンがpKa2〜9の官能基を介して担持された不溶性担体を含有する、液体中の末端アルキン含有分子の濃縮精製用吸着剤。
(2)pKa2〜9の官能基がカルボキシル基、リン酸基又はスルホンアミド基である前記(1)に記載の吸着剤。
(3)前記不溶性担体が、銀イオンがカルボキシル基を介して担持されたシリカゲル系又は有機ポリマー系担体である前記(1)に記載の吸着剤。
(4)前記(1)〜(3)のいずれかに記載の吸着剤を用いた末端アルキン含有分子の濃縮精製用の器具又は装置。
(5)銀イオンがカルボキシル基を介して担持されたシリカゲルと、チオール又はチオウレアで修飾されたシリカゲルが二層構造で用いられている前記(4)に記載の器具又は装置。
(6)複数の層を有し、少なくとも一層が前記(1)〜(3)のいずれかに記載の吸着剤を含有し、及び少なくとも一層が逆相担体を含有する前記(4)又は(5)に記載の器具又は装置。
(7)器具又は装置が固相抽出カラム、キット、フィルター又はチップである前記(4)〜(6)のいずれかに記載の器具又は装置。
(8)前記(1)〜(3)のいずれかに記載の吸着剤に、末端アルキン含有分子を含む液体を接触させて、末端アルキン含有分子を捕捉する工程、及びハロゲン化物イオン、酸又は硫黄含有試薬により溶出する工程を含む、末端アルキン含有分子を濃縮精製する方法。
(9)前記(4)〜(7)のいずれかに記載の器具又は装置を用いる前記(8)に記載の方法。
(10)末端アルキン含有分子を含む液体における溶媒が有機溶媒又は水系溶媒である前記(8)又は(9)に記載の方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) An adsorbent for concentration and purification of a terminal alkyne-containing molecule in a liquid, containing an insoluble carrier in which silver ions are supported via a functional group of pKa 2-9.
(2) The adsorbent according to the above (1), wherein the functional group having a pKa of 2 to 9 is a carboxyl group, a phosphoric acid group or a sulfonamide group.
(3) The adsorbent according to (1), wherein the insoluble carrier is a silica gel or organic polymer carrier on which silver ions are supported via a carboxyl group.
(4) An apparatus or apparatus for concentration and purification of a terminal alkyne-containing molecule using the adsorbent according to any one of (1) to (3) above.
(5) The apparatus or the device according to (4), wherein the silica gel in which silver ions are supported via a carboxyl group and the silica gel modified with thiol or thiourea are used in a two-layer structure.
(6) The above (4) or (5) having a plurality of layers, at least one layer containing the adsorbent according to any one of the above (1) to (3), and at least one layer containing a reverse phase carrier. The apparatus or device as described in 4.).
(7) The device or device according to any one of (4) to (6), wherein the device or device is a solid phase extraction column, kit, filter or chip.
(8) a step of bringing a liquid containing a terminal alkyne-containing molecule into contact with the adsorbent according to any one of the above (1) to (3) to capture the terminal alkyne-containing molecule, and halide ion, acid or sulfur A method for concentrating and purifying a terminal alkyne-containing molecule, comprising the step of eluting with a containing reagent.
(9) The method according to (8), wherein the device or device according to any one of (4) to (7) is used.
(10) The method according to (8) or (9) above, wherein the solvent in the liquid containing the terminal alkyne-containing molecule is an organic solvent or an aqueous solvent.

本発明によれば、温和な条件かつ実用的な収率と簡便さで液体中の末端アルキン含有分子の濃縮精製が可能になる。これまで銅触媒アジド−アルキン環化付加反応などにより間接的に濃縮精製を行っていたサンプルが、直接的に濃縮精製可能になる。特に、抗体やアビジン−ビオチンを用いた濃縮精製が適用できず、かつ酸や酸化条件に弱い脂質サンプルに対しては非常に有効な方法となる。   According to the present invention, concentration purification of a terminal alkyne-containing molecule in a liquid is possible under mild conditions and a practical yield and convenience. A sample that has been subjected to indirect purification by copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition reaction or the like can be directly concentrated and purified. In particular, concentration purification using antibodies or avidin-biotin can not be applied, and it is a very effective method for lipid samples that are weak to acids and oxidation conditions.

末端アルキンを含む前駆体から代謝されて生じる代謝物群の網羅的解析や、アルキン化低分子化合物が結合するタンパク質とその結合部位の同定に加えて、特定の官能基と選択的に反応するアルキン化プローブを用いることで、特定の官能基を持つ内在性分子群の濃縮精製・解析が可能となる。   In addition to comprehensive analysis of metabolites generated by metabolism from precursors containing terminal alkynes, identification of proteins to which alkinated low molecular weight compounds bind, and their binding sites, alkynes selectively react with specific functional groups By using the probe, it is possible to carry out concentration purification and analysis of an endogenous molecule group having a specific functional group.

また、末端アルキン含有分子の精製法としても利用可能である。通常の順相・逆相クロマトグラフィーやサイズ排除クロマトグラフィー等、一般的な分離法で精製が困難な場合でも、末端アルキン含有分子を選択的に単離・精製することが可能である。よって、分析用途のみならず、有機合成における産物や酵素あるいは生物を利用した合成産物の精製など、末端アルキン含有分子の調製目的にも有用である。   It can also be used as a purification method for terminal alkyne-containing molecules. It is possible to selectively isolate and purify terminal alkyne-containing molecules, even when purification is difficult by general separation methods such as ordinary normal phase / reverse phase chromatography and size exclusion chromatography. Therefore, it is useful not only for analytical applications, but also for the purpose of preparing terminal alkyne-containing molecules, such as purification of products in organic synthesis and enzymes or synthetic products using organisms.

図1は本発明の末端アルキン含有分子の濃縮精製法及び器具又は装置の一例を示す。FIG. 1 shows an example of the method for concentration and purification of terminal alkyne-containing molecules and apparatus or apparatus of the present invention. 図2は官能基許容性を示す。FIG. 2 shows functional group tolerance. 図3は末端アルキン含有ペプチドの濃縮精製におけるカルボン酸修飾シリカゲル(COOHシリカゲル)とスルホン酸修飾シリカゲル(SOHシリカゲル)の比較を示す。FIG. 3 shows a comparison of carboxylic acid modified silica gel (COOH silica gel) and sulfonic acid modified silica gel (SO 3 H silica gel) in concentration purification of terminal alkyne-containing peptide. 図4は末端アルキン含有リン脂質の細胞脂質抽出物からの濃縮精製の結果を示す。FIG. 4 shows the results of concentrated purification from cellular lipid extracts of terminal alkyne-containing phospholipids. 図5は末端アルキン含有コリンの細胞中での代謝産物の濃縮精製の結果を示す。FIG. 5 shows the results of concentration and purification of metabolites of terminal alkyne-containing choline in cells. 図6は末端アルキン含有ペプチドの培養細胞酵素消化物からの濃縮精製の結果を示す。FIG. 6 shows the results of concentrated purification from cultured cell enzymatic digests of terminal alkyne-containing peptides. 図7は銀担持担体と逆相担体を組み合わせたスピンカラムを用いたアルキン化ペプチドの濃縮精製の結果を示す。FIG. 7 shows the results of concentration and purification of the alkynated peptide using a spin column combining a silver-supported carrier and a reverse phase carrier.

末端アルキン構造、すなわちエチニル基(H−C≡C−)を有する化合物は、銀イオン、銅イオン、金イオン等の金属イオンと反応して、金属アセチリドを形成する。金属アセチリドのうち、銀アセチリドは反応性が低いため、有機合成における応用例(反応)は限られているが、液体中で速やかに形成され、安定で単離も可能である。   A compound having a terminal alkyne structure, that is, an ethynyl group (H-C≡C-) reacts with metal ions such as silver ions, copper ions and gold ions to form metal acetylides. Among metal acetylides, silver acetylide is low in reactivity, so applications (reactions) in organic synthesis are limited, but it rapidly forms in a liquid, is stable, and can be isolated.

本発明は、前記の銀アセチリドの性質を利用して、銀イオンを固相担体に固定し、固相上に末端アルキン含有分子を銀アセチリドとして捕捉するとともに、銀アセチリドはハロゲン化物イオン、酸又は硫黄含有試薬と容易に反応し、末端アルキン含有分子を再生するという性質を利用し、アセチリドから末端アルキン含有分子を再生することで溶出させ、末端アルキン含有分子を濃縮精製するものである。   The present invention uses the above-mentioned properties of silver acetylide to immobilize silver ions on a solid phase carrier and capture terminal alkyne-containing molecules as silver acetylide on the solid phase, and silver acetylide is a halide ion, acid or acid. It utilizes the property of easily reacting with a sulfur-containing reagent to regenerate a terminal alkyne-containing molecule, and elution is carried out by regenerating the terminal alkyne-containing molecule from acetylide, and the terminal alkyne-containing molecule is concentrated and purified.

本発明は、銀イオンがpKa2〜9の官能基を介して担持された不溶性担体を含有する、液体中の末端アルキン含有分子の濃縮精製用吸着剤を提供する。   The present invention provides an adsorbent for concentration and purification of terminal alkyne-containing molecules in a liquid, which contains an insoluble carrier in which silver ions are supported via a functional group of pKa 2-9.

銀イオンを担持するために使用する官能基のpKaが2未満であると、正電荷を帯びやすい塩基性化合物は強く吸着され、溶出しにくくなり、一方、前記官能基のpKaが9を超えると、銀イオンを担持する効果が低くなる。   When the pKa of the functional group used to support silver ions is less than 2, a basic compound that is likely to be positively charged is strongly adsorbed and difficult to elute, while when the pKa of the functional group exceeds 9 The effect of supporting silver ions is reduced.

本願明細書において、「pKa」とは、化学便覧(II)(改訂4版、1993年、日本化学会編、丸善株式会社)に定義されている「酸解離定数Kaの逆数の対数値」を指す。   In the present specification, “pKa” means “the inverse logarithm of acid dissociation constant Ka” defined in Chemical Handbook (II) (revised 4th edition, 1993, edited by The Chemical Society of Japan, Maruzen Co., Ltd.) Point to.

pKa2〜9の官能基としては、例えばカルボキシル基(カルボン酸基)(pKa:3〜5程度)、リン酸基(pKa:2〜7程度)、スルホンアミド基(pKa:4〜9程度)が挙げられ、pKa3〜5の官能基が好ましい。   Examples of functional groups having a pKa of 2 to 9 include, for example, a carboxyl group (carboxylic acid group) (pKa: about 3 to 5), a phosphoric acid group (pKa: about 2 to 7), and a sulfonamide group (pKa: about 4 to 9) And are preferably pKa3-5 functional groups.

本発明に用いる不溶性担体としては、pKa2〜9の官能基、例えばカルボキシル基(カルボン酸基)、リン酸基又はスルホンアミド基で修飾できるものであれば、制限はなく、通常に、好ましくはクロマトグラフィー用として、市販されているものを用いることができ、例えばシリカゲル、活性アルミナ、活性炭、セルロース、樹脂(例えば、アンバーライトTM、ポリスチレン、スチレンジビニルベンゼン共重合体、メタクリレート系共重合体)が挙げられる。水・有機溶媒どちらにも使用可能な汎用性の高い担体を用いるのが好ましく、汎用性の高い担体の例には、シリカゲルが含まれる。The insoluble carrier used in the present invention is not particularly limited as long as it can be modified with a functional group having a pKa of 2 to 9, for example, a carboxyl group (carboxylic acid group), a phosphoric acid group or a sulfonamide group. for the chromatography, there can be used those which are commercially available, include for example silica gel, activated alumina, activated carbon, cellulose, resins (e.g., Amberlite TM, polystyrene, styrene-divinylbenzene copolymer, methacrylate copolymer) is Be It is preferable to use a highly versatile carrier that can be used for both water and organic solvents, and examples of highly versatile carriers include silica gel.

pKa2〜9の官能基で修飾されたシリカゲルとしては、エチルカルボン酸修飾シリカゲル(例えば、InertSepTMCBA(ジーエルサイエンス社製))、プロピルカルボン酸修飾シリカゲル、Chromatorex COOH(富士シリシア化学社製)、ISOLUTETMCBA(バイオタージ)、3−カルボキシプロピルシリカゲル(アルドリッチ)、SiliaMetSTMTAAcOH(SiliCycle)、SiliaBondTMCarboxylic Acid(SiliCycle)等のカルボン酸修飾シリカゲル;Disodium ethyl/butyl phosphonate silica(アルドリッチ)等のリン酸修飾シリカゲル;4−Ethylbenzene sulfoamide−functionalized silica gels(アルドリッチ)等のスルホンアミド修飾シリカゲルが挙げられる。The silica gel modified with a functional group PKa2~9, carboxylate modified silica gel (e.g., InertSep TM CBA (manufactured by GL Sciences Inc.)), propyl carboxylic acid modified silica gel, Chromatorex COOH (manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd.), ISOLUTE TM CBA (Biotage), 3-carboxypropyl silica gel (Aldrich), SiliaMetS TM TAAcOH (SiliCycle) , SiliaBond TM carboxylic acid (SiliCycle) carboxylic acid-modified silica gel such as; Disodium ethyl / butyl phosphonate silica (Aldrich) phosphoric acids such as Modified silica gel; 4-Ethylbenzene sulfoamide-f nctionalized silica gels (Aldrich) sulfonamide modified silica gel and the like.

シリカゲル以外の不溶性担体を用いた、pKa2〜9の官能基で修飾されたポリマー担体としては、例えば、カルボン酸修飾された多孔性ポリマー担体MacroPrepTMCM(Bio−Rad社製)、CM SepharoseTMFast Flow(GE Healthcare社製)、Ceramic HyperDTMCM(Pall Technologies社製)、ToyopearlTMCM−650S(Tosoh社製)が挙げられる。Using an insoluble carrier other than silica gel, (Bio-Rad) as the polymeric carrier modified with functional groups PKa2~9, for example, a carboxylic acid modified porous polymeric carrier MacroPrep TM CM, CM Sepharose TM Fast Flow (GE Healthcare Co., Ltd.), (manufactured by Pall Technologies, Inc.) Ceramic HyperD TM CM, include Toyopearl TM CM-650S (Tosoh Co., Ltd.).

本発明に用いる不溶性担体の形状としては、球状、破砕状、モノリス、繊維状等のいずれの形態でもよい。粒子径、細孔径、比表面積は、その用途に応じて適したものを選択すればよいが、平均粒子径として3μm〜1mm、細孔径として30Å〜5000Åのものが使用可能である。一般用途としては、細孔径60Å〜150Åのものが通常使用される。平均粒子径としては、高速液体クロマトグラフィー用には、5μm〜10μmのものが、カラムクロマトグラフィー用には、50μm〜100μmのものが通常使用される。   The form of the insoluble carrier used in the present invention may be any form such as spherical, crushed, monolith, fibrous and the like. The particle size, pore size and specific surface area may be selected depending on the application, but those having an average particle size of 3 μm to 1 mm and a pore size of 30 Å to 5000 Å can be used. For general use, those having a pore diameter of 60 Å to 150 Å are usually used. The average particle size is usually 5 μm to 10 μm for high performance liquid chromatography, and 50 μm to 100 μm for column chromatography.

本発明に用いるカルボン酸修飾シリカゲルのカルボキシル基密度は、通常0.2〜2mmol/g、好ましくは0.6〜1.5mmol/gである。   The carboxyl group density of the carboxylic acid modified silica gel used in the present invention is usually 0.2 to 2 mmol / g, preferably 0.6 to 1.5 mmol / g.

カルボン酸修飾シリカゲル等への銀イオンの担持は、水系溶媒、例えば、水又は、エタノール、メタノール、プロパノール、アセトニトリル及びジオキサンの1種類以上が水と混合してなる溶媒中、酢酸アンモニウム、炭酸アンモニウム等のアンモニウム塩、水酸化ナトリウム等で処理して、カルボン酸修飾シリカゲルにおけるカルボン酸をアンモニウム型又はナトリウム型に変換した後、銀化合物溶液と接触させることにより行うことができる。   The silver ion is supported on the carboxylic acid-modified silica gel by using an aqueous solvent such as water or a solvent in which one or more of ethanol, methanol, propanol, acetonitrile and dioxane are mixed with water, ammonium acetate, ammonium carbonate, etc. After conversion of the carboxylic acid in the carboxylic acid-modified silica gel into an ammonium form or a sodium form, followed by contacting with a silver compound solution.

銀化合物としては、水溶性で、化合物中の陰イオンが、銀担持後容易に除去できるものであれば特に制限はなく、例えば、硝酸銀、塩素酸銀、亜硝酸銀等が使用できるが、特に安定性が高く、水溶性の高い硝酸銀が好ましい。   The silver compound is not particularly limited as long as it is water-soluble and anions in the compound can be easily removed after supporting silver, and for example, silver nitrate, silver chlorate, silver nitrite and the like can be used, but it is particularly stable Silver nitrate, which has high character and high water solubility, is preferred.

溶媒、特に水系溶媒やバッファーによる銀イオンの溶出を防止する点から、カルボン酸修飾シリカゲルと、チオール又はチオウレアで修飾されたシリカゲルとを二層構造で組合せることが好ましい。   From the viewpoint of preventing elution of silver ions by a solvent, particularly an aqueous solvent or buffer, it is preferable to combine a carboxylic acid-modified silica gel and a thiol or thiourea-modified silica gel in a two-layer structure.

チオール修飾シリカゲルとしては、例えば、3−メルカプトプロピルシリカゲル(バイオタージ社製ISOLUTETMSi−Thiolや東京化成社製3−Mercaptopropyl silica gel)、2,4,6−トリメルカプトトリアジンシリカゲル(バイオタージ社製ISOLUTETMSi−TMT)が挙げられる。The thiol-modified silica gel, for example, 3-mercaptopropyl silica gel (Biotage ISOLUTE TM Si-Thiol and Tokyo Kasei 3-Mercaptopropyl silica gel), 2,4,6- trimercaptotriazine silica gel (Biotage ISOLUTE TM Si-TMT) and the like.

チオウレア修飾シリカゲルとしては、例えば、SillaMetSTMThiourea(SilliCycle)が挙げられる。The thiourea-modified silica gel, for example, SillaMetS TM Thiourea (SilliCycle) is.

なお、銀イオンの混入が問題にならない場合や、非極性溶媒中でバッファー等を用いない場合は、チオール又はチオウレアで修飾されたシリカゲルを使用する必要はない。   In the case where the mixing of silver ions is not a problem, or in the case where a buffer or the like is not used in a nonpolar solvent, it is not necessary to use a silica gel modified with thiol or thiourea.

細胞抽出物などをプロテアーゼで分解して得られるペプチド混合物のように、逆相担体を用いて脱塩処理後、質量分析法による解析を行う場合には、アルキン化ペプチドの濃縮精製の工程とその後の逆相担体の脱塩処理を一つのスピンカラムで行って、吸着によるサンプルのロスを抑えるため、銀担持担体(例えば、Bio−Rad社製MacroPrepTMCM)と、逆相担体(例えば、GL Science社製MonoSpinTMC18)とを二層構造で組合せることが好ましい。In the case of mass spectrometric analysis after desalting treatment using a reverse phase carrier, such as a peptide mixture obtained by decomposing cell extract and the like with a protease, the step of concentration purification of the alkinated peptide and thereafter desalting reverse phase carriers performed by a spin column, for suppressing the loss of the sample due to adsorption, silver loaded support (for example, MacroPrep TM CM manufactured by Bio-Rad) and reverse-phase carrier (e.g., GL it is preferable to combine Science Co. MonoSpin TM C18) and a two-layer structure.

本発明の対象となるアルキン含有分子は、液体中の末端アルキン含有分子である。したがって、アセチリドを形成しない内部アルキン含有分子は本発明の対象から除外される。   The alkyne-containing molecules targeted by the present invention are terminal alkyne-containing molecules in a liquid. Thus, internal alkyne-containing molecules that do not form acetylides are excluded from the subject matter of the present invention.

スルホン酸修飾シリカゲル(pKa:−3〜−2程度)は強く負に帯電しており、陽イオン交換作用が強いため、正電荷を帯びやすい塩基性化合物は強く吸着され、溶出できないが、pKa2〜9の官能基、例えばカルボキシル基(カルボン酸基)、リン酸基又はスルホンアミド基で修飾された不溶性担体を用いる本発明の吸着剤は陽イオン交換作用が弱く、酸性度も低いため、塩基性化合物、例えば、アミン、グアニジン類にも適用でき、アミノ酸誘導体(例えば、アルキンを有するアミノ酸、アルキンとともに、グアニジン、イミダゾール基等の塩基性基及び/又は後述の極性基を1以上有するアミノ酸誘導体)、脂質代謝物や水溶性代謝物、ペプチド、リン脂質、糖脂質等の複合脂質などの生体由来のサンプルへの適用にも適している。   Sulfonic acid-modified silica gel (pKa: about -3 to -2) is strongly negatively charged and has a strong cation exchange action, so a basic compound that is likely to be positively charged is strongly adsorbed and can not be eluted. The adsorbent of the present invention using an insoluble carrier modified with 9 functional groups such as a carboxyl group (carboxylic acid group), a phosphoric acid group or a sulfonamide group is weak in cation exchange activity and low in acidity, so that it is basic Compounds applicable to, for example, amines and guanidines, amino acid derivatives (for example, amino acids having alkynes, amino acids having alkynes, basic groups such as guanidine and imidazole and / or one or more polar groups described later), It is also suitable for application to samples of biological origin such as lipid metabolites, water-soluble metabolites, complex lipids such as peptides, phospholipids and glycolipids

本発明の対象となるアルキン含有分子としては、特に制限はなく、前記の塩基性化合物(例えば、アミン、グアニジン類)の他、カルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基、スルホンアミド基等の極性基を有する化合物にも適用することができる。   The alkyne-containing molecule to which the present invention is applied is not particularly limited, and in addition to the above-mentioned basic compounds (eg, amines, guanidines), carbonyl group, carboxyl group, hydroxyl group, cyano group, nitro group, sulfonamide It can apply also to the compound which has polar groups, such as a group.

末端アルキン含有分子を含む液体における溶媒としては、特に制限はなく、有機溶媒に限らず、水系溶媒、例えば、水又は、エタノール、メタノール、プロパノール、アセトニトリル及びジオキサンの1種類以上が水と混合してなる溶媒のいずれでもよく、また、水と水非混和性有機溶媒との混合溶媒も使用することができる。   The solvent in the liquid containing the terminal alkyne-containing molecule is not particularly limited, and is not limited to the organic solvent, and an aqueous solvent such as water or one or more of ethanol, methanol, propanol, acetonitrile and dioxane mixed with water Any solvent may be used, and a mixed solvent of water and a water immiscible organic solvent can also be used.

本発明は、対象となるアルキン含有分子及び夾雑物中に存在する官能基の許容性が高く、金属に強く結合するチオール基以外の官能基であれば、特に問題はなく、アルキン含有分子又は夾雑物がカルボキシル基等の酸性官能基、アミン、グアニジン類等の塩基性官能基、チオエーテル基を有する場合にも適用できる。ペプチドなどのチオール基を含むサンプルに対しても、ヨードアセトアミドなどによるアルキル化処理をあらかじめ行うことで、適用可能である。   The present invention is not particularly problematic as long as the functional group present in the object is highly tolerant of the alkyne-containing molecules and contaminants, and is a functional group other than the thiol group that strongly bonds to metals, and the alkyne-containing molecules or contaminants The present invention is also applicable to the case where the substance has an acidic functional group such as a carboxyl group, a basic functional group such as an amine and guanidines, and a thioether group. It is applicable by performing beforehand the alkylation process by an iodoacetamide etc. also with respect to the sample containing thiol groups, such as a peptide.

但し、末端アルキン含有分子を含む液体がハロゲン化物イオンを含む場合や、酸性条件(pH<5)は避けることが好ましい。   However, it is preferable to avoid acid conditions (pH <5) when the liquid containing the terminal alkyne-containing molecule contains a halide ion.

本発明は、本発明の吸着剤を用いた末端アルキン含有分子の濃度精製用器具又は装置にも関する。本発明の器具又は装置としては、末端アルキン含有分子を濃縮精製するための器具又は装置であれば、特に制限はなく、例えば、固相抽出カラム、キット、フィルター、チップ等の態様が挙げられる。本発明の器具の一例は、本発明の吸着剤を含有する層が、分離可能もしくは不可能に内部に固定されたチップである。当該チップは、前記層を通過した液状試料を保持する底部を有する。当該チップは、そのまま遠心分離機用のチップとして利用可能な大きさ及び形状であってもよい。   The invention also relates to an apparatus or device for the concentration purification of terminal alkyne-containing molecules using the adsorbent of the invention. The device or device of the present invention is not particularly limited as long as it is a device or device for concentrating and purifying terminal alkyne-containing molecules, and examples include a solid phase extraction column, a kit, a filter, a chip and the like. One example of the device of the present invention is a chip in which the layer containing the adsorbent of the present invention is separably or non-removably fixed inside. The chip has a bottom that holds the liquid sample that has passed through the layer. The chip may be of a size and shape that can be used as it is as a chip for a centrifuge.

本発明の銀担持固相抽出カラムの作成方法、及び前記銀担持固相抽出カラムを用いたアルキン含有分子の濃縮精製方法の概要を図1に示す。   An outline of a method for producing a silver-supported solid phase extraction column of the present invention and a method for concentrating and purifying an alkyne-containing molecule using the silver-supported solid phase extraction column is shown in FIG.

例えば、ガラス製パスツールピペット、プラスチック製のシリンジ・チップ、スピンカラム等のカラム類の細くなった部分に少量の脱脂綿、グラスウール、フィルター等を詰め、溶媒(例えば、メタノール)を加え、そこにチオウレア修飾シリカゲルを溶媒(例えば、メタノール)に懸濁したものを加え、カルボン酸修飾シリカゲルを同様に加え、シリカゲルを二層に積み重ね、次いで少量の脱脂綿、グラスウール、フィルター等をシリカゲル層の上に敷き、溶媒(例えば、メタノール)で洗浄する。次いで、酢酸アンモニウム、炭酸アンモニウム等のアンモニウム塩、又は水酸化ナトリウムを含有する水系溶媒で処理して、カルボン酸修飾シリカゲルにおけるカルボン酸をアンモニウム型又はナトリウム型に変換後、銀化合物を含有する水系溶媒と接触させた後、溶媒(例えば、メタノール)で洗浄して、銀担持固相抽出カラムを作成する。   For example, a small amount of cotton wool, glass wool, a filter, etc. is packed in a narrow part of columns such as glass Pasteur pipette, plastic syringe tip, spin column etc., a solvent (eg methanol) is added, and thiourea is added there A suspension of modified silica gel in a solvent (eg, methanol) is added, a carboxylic acid modified silica gel is similarly added, silica gel is stacked in two layers, and a small amount of cotton wool, glass wool, a filter, etc. is spread on the silica gel layer, Wash with solvent (eg, methanol). Then, the aqueous solvent contains a silver compound after conversion of the carboxylic acid in the carboxylic acid-modified silica gel to an ammonium form or a sodium form by treatment with an aqueous solvent containing ammonium acetate such as ammonium acetate or ammonium carbonate or sodium hydroxide. After being brought into contact with the solution, it is washed with a solvent (eg, methanol) to prepare a silver-supported solid phase extraction column.

本発明のアルキン含有分子の濃縮精製方法においては、本発明の吸着剤に、末端アルキン含有分子を含む液体を接触させて、銀アセチリド形成反応により末端アルキン含有分子を捕捉した後、ハロゲン化物イオン、酸又は硫黄含有試薬により溶出することにより、末端アルキン含有分子を濃縮精製することができる。   In the method for concentrating and purifying an alkyne-containing molecule of the present invention, the adsorbent of the present invention is brought into contact with a liquid containing a terminal alkyne-containing molecule to capture a terminal alkyne-containing molecule by a silver acetylide forming reaction, The terminal alkyne-containing molecule can be concentrated and purified by elution with an acid or a sulfur-containing reagent.

ハロゲン化物イオン源としては、塩化物(例えば、塩化アンモニウム、塩化ナトリウム)、臭化物(例えば、臭化アンモニウム、臭化ナトリウム)、ヨウ化物(例えば、ヨウ化アンモニウム、ヨウ化ナトリウム)が挙げられる。また、ペプチドなど、通常酸性条件で扱うサンプルに対しては、トリフルオロ酢酸(TFA)など、酸により溶出することも可能である。更に、前記試薬が好ましくない場合は、硫化ナトリウム、チオウレア、ジチオスライトール、メルカプトエタノール等の硫黄含有試薬により溶出することも可能である。   Sources of halide ions include chloride (eg, ammonium chloride, sodium chloride), bromide (eg, ammonium bromide, sodium bromide), iodide (eg, ammonium iodide, sodium iodide). In addition, it is also possible to elute with an acid such as trifluoroacetic acid (TFA) for a sample such as a peptide that is usually handled under acidic conditions. Furthermore, when the above-mentioned reagent is not preferable, it is possible to elute with a sulfur-containing reagent such as sodium sulfide, thiourea, dithiothreitol, mercaptoethanol and the like.

溶出に用いる試薬として塩化アンモニウムを用いれば、揮発性塩で済むため、溶出液を質量分析計に直接導入して測定することができる。   When ammonium chloride is used as a reagent used for elution, volatile salts are sufficient, and therefore, the eluate can be directly introduced into the mass spectrometer for measurement.

溶媒として水系溶媒を用いる場合、アルキン含有分子の捕捉も溶出も、酢酸アンモニウムバッファーや炭酸アンモニウムバッファー(pH7〜8)中など、中性条件で行うことが可能である。また、目的に応じて室温、非酸化条件という温和な条件で液体中の末端アルキン含有分子の濃縮精製が可能になる。   When an aqueous solvent is used as the solvent, both capture and elution of the alkyne-containing molecule can be performed under neutral conditions such as in an ammonium acetate buffer or an ammonium carbonate buffer (pH 7 to 8). In addition, depending on the purpose, concentration purification of the terminal alkyne-containing molecule in the liquid becomes possible under mild conditions of room temperature and non-oxidation conditions.

酢酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、塩化アンモニウム、TFAなどで溶出したアルキン含有分子は、LCMSなどの分析機器で直接分析することが可能である。本手法では、クリックケミストリーやビオチンを用いた方法と異なり、脱塩や余剰の試薬を除去するステップを省くことができる。この点は、アルキン含有分子の効率的な回収に寄与する。   Alkyne-containing molecules eluted with ammonium acetate, ammonium carbonate, ammonium chloride, TFA and the like can be analyzed directly with an analytical instrument such as LCMS. In this method, unlike the method using click chemistry or biotin, the step of desalting or removing the excess reagent can be omitted. This point contributes to the efficient recovery of the alkyne-containing molecule.

本発明の器具又は装置の一態様は、積層構造を有し、少なくとも一層が本発明の吸着剤を含有し、及び少なくとも一層が逆相担体を含有する態様である。試料を注入する側を上流とした場合、本発明の吸着剤を含有する層が、前記逆相担体を含有する層と比較して、より上流に配置されているのが好ましい。本態様の器具又は装置によれば、試料中のアルキン含有分子を本発明の吸着剤に吸着させ、濃縮し、その後、濃縮したアルキン含有分子を吸着剤から溶出させる際に、より下流に存在する逆相担体を含有する層を通過させることで、脱塩処理等を行うことができる。例えば、細胞抽出物をプロテアーゼ(例えばトリプシン)で分解して得られるペプチド混合物は、質量分析等の解析を行う前に、脱塩処理する必要がある。本実施態様の器具又は装置によれば、アルキン化ペプチドの濃縮精製と質量分析のために必要な脱塩処理等を同時に行うことができるので、試料が微量であっても実効性のある試料調製が可能である。本発明の吸着剤と組み合わせて使用可能な逆相担体については特に制限はない。例えば、シリカゲル系又は有機ポリマー系不溶性担体の表面を、非極性基(C18等の長鎖アルキル基等)で修飾した逆相担体等を用いることができる。また当該逆相担体は、多孔性であってもよい。本実施の形態の器具の一例は、銀担持担体(例えば、Bio−Rad社製MacroPrepTMCMのカルボキシル基アニオン(COO)に銀イオンを担持した銀担持担体)を含む層と、逆相担体(例えば、GL Science社製MonoSpinTMC18)を含む層とを有する積層構造を内部に有するチップである。前記積層構造のより下流側には、該積層構造を通過した液状試料を保持可能に構成されている。One aspect of the device or apparatus of the present invention is an embodiment having a laminated structure, at least one layer containing the adsorbent of the present invention, and at least one layer containing a reverse phase carrier. When the side to which the sample is injected is upstream, it is preferable that the layer containing the adsorbent of the present invention is disposed more upstream than the layer containing the reverse phase carrier. According to the apparatus or device of the present embodiment, the alkyne-containing molecule in the sample is adsorbed to the adsorbent of the present invention and concentrated, and then, the concentrated alkyne-containing molecule is present more downstream in elution from the adsorbent The desalting treatment and the like can be performed by passing the layer containing the reverse phase carrier. For example, a peptide mixture obtained by degrading a cell extract with a protease (for example, trypsin) needs to be desalted before analysis such as mass spectrometry. According to the apparatus or device of the present embodiment, concentration purification of the alkinated peptide and desalting treatment required for mass analysis can be simultaneously performed, so that effective sample preparation even if the amount of sample is small Is possible. There is no particular limitation on the reverse phase carrier that can be used in combination with the adsorbent of the present invention. For example, a reverse phase carrier or the like in which the surface of a silica gel or organic polymer insoluble carrier is modified with a nonpolar group (such as a long chain alkyl group such as C18 ) can be used. The reverse phase carrier may also be porous. An example of a device of the embodiment, the silver-supporting carrier (e.g., Bio-Rad Co. MacroPrep TM CM carboxyl group anion (COO -) silver supported carrier carrying a silver ion) and a layer containing a reversed phase carrier (e.g., GL Science Co. MonoSpin TM C18) is a chip having a layered structure having a layer containing therein. The liquid sample that has passed through the laminated structure can be held on the more downstream side of the laminated structure.

以下に実施例を示し、本発明を更に詳細に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例の範囲に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described in more detail by way of the following examples, but the scope of the present invention is not limited to the scope of the following examples.

[実施例1:銀担持固相抽出カラム作成及び使用例]
ガラス製パスツールピペットを用いたアルキン濃縮精製カラムの作成例を示す(図1参照)。
Example 1: Example of preparation and use of a silver-supported solid phase extraction column
An example of preparation of an alkyne concentration purification column using a glass Pasteur pipette is shown (see FIG. 1).

ガラス製パスツールピペットの細くなった部分に少量の脱脂綿を詰め、先をガラスカッターで切断した。メタノール500μLをパスツールピペットに加え、そこに20mgのチオウレア修飾シリカゲル(SiliCycle社製SiliaMetSTMThiourea)をメタノール500μLに懸濁したものを加えた。メタノール500μLで壁面に付着したシリカゲルを落とし、60mgのカルボン酸修飾シリカゲル(富士シリシア化学社製CHROMATOREX COOH、MB100−75/200)を同様に加え、シリカゲルを二層に積み重ねた。同様に壁面に付着したシリカゲルを落とし、少量の脱脂綿をシリカゲル層の上に敷き、メタノール500μLで洗浄した。100mM酢酸アンモニウム−90%メタノール水溶液を400μL加え、カルボン酸をアンモニウム型へ変換した。メタノール500μLで洗浄後、10mM硝酸銀−90%メタノール水溶液を200μL加えた。最後に、メタノール500μLで洗浄することで、アルキン濃縮精製カラムを完成させた。A small amount of cotton wool was packed in the narrowed portion of a glass Pasteur pipette, and the tip was cut with a glass cutter. Methanol was added 500μL Pasteur pipette, 20 mg of thiourea modified silica gel (SiliCycle Co. SiliaMetS TM Thiourea) was added which was suspended in methanol 500μL there. The silica gel adhering to the wall was removed with 500 μL of methanol, and 60 mg of carboxylic acid-modified silica gel (CHROMATOREX COOH, MB100-75 / 200 manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd.) was similarly added, and silica gel was stacked in two layers. Similarly, the silica gel adhering to the wall was removed, and a small amount of absorbent cotton was spread on the silica gel layer and washed with 500 μL of methanol. The carboxylic acid was converted to ammonium form by adding 400 μL of 100 mM ammonium acetate-90% methanol aqueous solution. After washing with 500 μL of methanol, 200 μL of 10 mM silver nitrate-90% methanol aqueous solution was added. Finally, the alkyne concentration purification column was completed by washing with 500 μL of methanol.

チオウレア修飾シリカゲルは、銀イオンの溶出を防ぐために使用するが、銀イオンの混入が問題にならない場合や、非極性溶媒中でバッファー等を用いない場合は、省略することができる。   Thiourea-modified silica gel is used to prevent elution of silver ions, but it can be omitted if mixing of silver ions is not a problem or if a buffer or the like is not used in a nonpolar solvent.

次に、アルキン濃縮精製の具体的な手順を示す(図1参照)。   Next, the specific procedure of alkyne concentration purification is shown (refer FIG. 1).

使用するサンプルを溶解した溶媒(下記実施例で示す脂質サンプルに対しては、7.5mM酢酸アンモニウムを添加したイソプロパノール−メタノール−クロロホルム(4:2:1)を使用している)500μLで洗浄後、サンプル1mLをカラムに通し、素通り画分を回収した。同溶媒で洗浄後、10mM塩化アンモニウムを加えた溶媒220μLを通し、続いて溶媒780μLを流し、1mLの溶出画分を回収する。なお、本実施例においては、すべての画分を1mLに揃えているが、より濃度の高い状態で溶出したい場合は、適宜量を減らすことが可能である。   After washing with 500 μL of a solvent in which the sample to be used is dissolved (for lipid samples shown in the following examples, isopropanol-methanol-chloroform (4: 2: 1) using 7.5 mM ammonium acetate is used) Then, 1 mL of the sample was passed through the column, and the flow-through fraction was collected. After washing with the same solvent, 220 μL of a solvent to which 10 mM ammonium chloride is added is passed, and then 780 μL of the solvent is poured to collect 1 mL of eluted fractions. In the present example, all fractions are made 1 mL, but if it is desired to elute in a higher concentration state, the amount can be appropriately reduced.

なお、Agとアルキンで処理したシリカゲルからのラマンシグナルにおいて、アルキンそのものの振動数(2120cm−1)は検出されず、別途調製した銀アセチリドとほぼ同じ振動数(2026cm−1)にシグナルが検出されたことから、アルキンが銀アセチリドとしてトラップされていることを確認した。In the Raman signal from silica gel treated with Ag and alkyne, the frequency (2120 cm -1 ) of the alkyne itself is not detected, and the signal is detected at almost the same frequency (2026 cm -1 ) as silver acetylide prepared separately. From the results, it was confirmed that the alkyne was trapped as silver acetylide.

[実施例2:担体の比較]
アルキン濃縮精製に適した担体をスクリーニングするため、各種シリカゲル等担体を用いて実施例1と同様にしてカラムを作成し、アルキン含有モデル化合物(N−プロパルギルダンシルアミド)を50%イソプロパノール水溶液に溶解したサンプルを用いて、銀の担持力及びアルキンの濃縮精製効率を調べた。各画分中のモデル化合物の量は、薄層クロマトグラフィー上での蛍光検出により定量し、銀イオンの各画分への溶出は薄層クロマトグラフィー上で4−ジメチルアミノベンジリデンロダニンで染色することで調べた。検討結果を表1に示した。
[Example 2: Comparison of Carriers]
In order to screen a carrier suitable for alkyne concentration purification, a column was prepared in the same manner as in Example 1 using various types of silica gel etc., and alkyne-containing model compound (N-propargyldansilamide) was dissolved in 50% isopropanol aqueous solution The sample was used to examine the silver loading capacity and the concentration purification efficiency of the alkyne. The amount of model compound in each fraction is quantified by fluorescence detection on thin layer chromatography, elution of silver ions into each fraction is stained with 4-dimethylaminobenzylidenerhodanine on thin layer chromatography I checked it out. The examination results are shown in Table 1.

Figure 2018061593
Figure 2018061593

表1に示した固相担体の詳細、並びに銀の担持能力、アルキンの濃縮精製効率及びバッファー・極性溶媒耐性の判定基準は以下のとおりである。   The details of the solid phase carrier shown in Table 1, and the silver loading ability, the concentration purification efficiency of the alkyne, and the criteria for the buffer / polar solvent resistance are as follows.

(固相担体)
Normal silica gels:無修飾のシリカゲル;関東化学社製シリカゲル60N(粒子径100−210μm)
C8(octyl):オクチル基修飾シリカゲル;和光純薬社製ワコーゲルTM50C18(破砕状、粒子径40−63μm)
SOH:スルホン酸修飾シリカゲル;富士シリシア化学社製CHROMATOREX SOH、MB100−75/200(粒子径75−200μm、平均細孔径100Å)Cyano:シアノプロピル基修飾シリカゲル;SiliCycle社製SiliaBondTMCyano(粒子径40−63μm、平均細孔径60Å、比表面積500m/g、修飾密度1.38mmol/g)
Diol:富士シリシア化学社製CHROMATOREX Diol、MB100−75/200(粒子径75−200μm、細孔径100Å)
NH:アミノプロピル修飾シリカゲル;関東化学社製、シリカゲル60(球状)NH(粒子径40−50μm、平均細孔径64Å、比表面積730m/g)
−NHCHCHNHCHCHNH:関東化学社製R−Cat−Sil TA(修飾密度1.0mmol/g)
Celite 545:バイオタージ社製CeliteTM545
Florisil:US Silica社製フロリジル
COOH:カルボン酸修飾シリカゲル;富士シリシア化学社製CHROMATOREX COOH、MB100−75/200(粒子径75−200μm、平均細孔径100Å)Thiourea:SiliCycle社製SiliaMetSTMThiourea(粒子径40−63μm、平均細孔径60Å、修飾密度1.0mmol/g)
Thiol:東京化成社製3-Mercaptopropyl silica gel(0.5−0.8mmol/g)
Imidazole:SiliCycle社製SiliaMetSTMImidazole(粒子径40−63μm、平均細孔径60Å、修飾密度1.2mmol/g
Piperazine:アルドリッチ社製3-(1-Piperazino)propyl functionalized silica gel(40−75μm、0.8mmol/g)
Phosphine:アルドリッチ社製2-Diphenylphosphinoethyl-functionalized silica gel(40−75μm、0.7mmol/g)
TAAcOH(EDTA型):SiliCycle社製SilliaMetSTMTAAcOH(粒子径40−63μm、平均細孔径60Å、修飾密度0.4mmol/g)
(Solid phase carrier)
Normal silica gels: unmodified silica gel; silica gel 60 N (particle diameter 100 to 210 μm) manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.
C8 (octyl): octyl group modified silica gel; Wakogel TM 50 C 18 (broken, particle size 40-63 μm) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
SO 3 H: sulfonic acid-modified silica gel; manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd. CHROMATOREX SO 3 H, MB100-75 / 200 ( particle size 75-200Myuemu, mean pore diameter 100 Å) Cyano: cyanopropyl modified silica gel; SiliCycle Co. SiliaBond TM Cyano (Particle diameter 40-63 μm, average pore diameter 60 Å, specific surface area 500 m 2 / g, modification density 1.38 mmol / g)
Diol: CHROMATOREX Diol manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., MB 100-75 / 200 (particle diameter 75-200 μm, pore diameter 100 Å)
NH 2 : aminopropyl modified silica gel; Kanto Chemical Co., silica gel 60 (spherical) NH 2 (particle diameter 40-50 μm, average pore diameter 64 Å, specific surface area 730 m 2 / g)
-NHCH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 NH 2 : Kanto Chemical Co., Ltd. R-Cat-Sil TA (Modified density: 1.0 mmol / g)
Celite 545: Biotage Celite TM 545
Florisil: US Silica Co. Florisil COOH: carboxylic acid-modified silica gel; manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd. CHROMATOREX COOH, MB100-75 / 200 (particle size 75-200Myuemu, mean pore diameter 100 Å) Thiourea: SiliCycle Co. SiliaMetS TM Thiourea (particle size 40-63 μm, average pore diameter 60 Å, modified density 1.0 mmol / g)
Thiol: 3-Mercaptopropyl silica gel (0.5-0.8 mmol / g) manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.
Imidazole: SiliCycle Co. SiliaMetS TM Imidazole (particle size 40-63Myuemu, average pore diameter 60 Å, modified density 1.2 mmol / g
Piperazine: Aldrich 3- (1-Piperazino) propyl functionalized silica gel (40-75 μm, 0.8 mmol / g)
Phosphine: 2-Diphenylphosphinoethyl-functionalized silica gel (40-75 μm, 0.7 mmol / g) manufactured by Aldrich
TAAcOH (EDTA type): SilliaMetS TM TAAcOH manufactured by SiliCycle (particle diameter 40-63 μm, average pore diameter 60 Å, modification density 0.4 mmol / g)

(銀の担持能力の判定基準)
強:銀イオン担持時の素通り画分において、4−ジメチルアミノベンジリデンロダニンの明確な発色反応がない。
中:銀イオン担持時の素通り画分において、4−ジメチルアミノベンジリデンロダニンの発色反応がみられる。
弱:銀イオン担持時の素通り画分において、4−ジメチルアミノベンジリデンロダニンの明確な発色が観察される。
無:銀イオン担持時の素通り画分において、4−ジメチルアミノベンジリデンロダニンの明確な発色が観察され、かつその後のバッファーを用いた洗浄などにおいては発色が観察されない(銀イオンが担持されていないことが疑われる場合)。
(Judging standard of silver carrying capacity)
Strong: There is no clear color reaction of 4-dimethylaminobenzylidenerhodanine in the pass-through fraction when silver ions are supported.
Medium: A coloring reaction of 4-dimethylaminobenzylidenerhodanine is observed in the pass-through fraction when silver ions are supported.
Weak: A clear color development of 4-dimethylaminobenzylidenerhodanine is observed in the flow-through fraction when silver ions are supported.
Absence: Clear color development of 4-dimethylaminobenzylidenerhodanine is observed in the flow-through fraction when silver ion is supported, and no color development is observed in subsequent washing with a buffer (silver ion is not supported) If that is suspected).

(アルキンの濃縮精製効率の判定基準)
良:アルキン化ダンシルアミドは、素通り及び洗浄画分には5%以下、溶出画分において90%以上回収されている。
可:アルキン化ダンシルアミドが、素通り及び洗浄画分に5%以上検出されているが、溶出画分に40%以上回収されている(溶出条件への切り替えに応じてアルキン化ダンシルアミドが溶出している)。
不可:前記以外。アルキン化ダンシルアミドが素通り及び洗浄画分に検出されるとともに、溶出条件に切り替えることで溶出が始まるという挙動が見られない。
(Judgment criteria of concentration purification efficiency of alkyne)
Good: Alkinated dansylamide is recovered at 5% or less in the pass-through and the wash fractions and 90% or more in the eluted fractions.
Acceptable: Alkinated dansylamide is detected at 5% or more in the pass-through and the wash fraction, but 40% or more is recovered in the eluted fraction (the alkinated dansylamide elutes when switching to the elution conditions) ing).
Impossible: Other than the above. While the alkinated dansylamide is detected in the flow through and the wash fraction, no behavior is observed that the elution starts by switching to the elution conditions.

(バッファー・極性溶媒耐性の判定基準)
強:素通り及び洗浄画分に銀イオンによる4−ジメチルアミノベンジリデンロダニンの明確な発色反応が見られない。
中:素通り及び洗浄画分に4−ジメチルアミノベンジリデンロダニンの発色反応が見られる。
弱:素通り及び洗浄画分に4−ジメチルアミノベンジリデンロダニンの発色反応が強く見られ、速やかに銀イオンが溶出されている。
(Judging criteria for buffer and polar solvent tolerance)
Strong: No clear color reaction of 4-dimethylaminobenzylidenerhodanine with silver ion is observed in the pass-through and wash fractions.
Medium: A color reaction of 4-dimethylaminobenzylidenerhodanine is observed in the pass-through and washed fractions.
Weak: A color reaction of 4-dimethylaminobenzylidenerhodanine is strongly observed in the pass-through and washed fractions, and silver ions are eluted rapidly.

検討の結果、カルボン酸修飾シリカゲルにおいて、良好な銀イオンの保持と良好なアルキンの濃縮精製効率が両立できることが明らかとなった。スルホン酸修飾シリカゲルも銀イオンを強く保持し、アルキンの濃縮精製も良好であったが、担体の酸性度が高く酸に弱い化合物に使用できない点で望ましくない。また、スルホン酸修飾シリカゲルは強く負に帯電しており、陽イオン交換作用が強い。そのため、正電荷を帯びやすい塩基性化合物は強く吸着され、溶出できないことが分かった。一方、カルボン酸修飾シリカゲルは陽イオン交換作用が弱く、酸性度も低いため、生体由来のサンプルへの適用に適している。   As a result of the investigation, it has been revealed that, in the carboxylic acid-modified silica gel, it is possible to achieve both good silver ion retention and good alkyne concentration purification efficiency. Sulfonic acid-modified silica gel also strongly retains silver ions, and concentration and purification of alkynes are also good, but it is undesirable in that it can not be used as a compound having high acidity of the carrier and being weak to acids. In addition, sulfonic acid modified silica gel is strongly negatively charged and has a strong cation exchange action. Therefore, it was found that basic compounds that tend to be positively charged are strongly adsorbed and can not be eluted. On the other hand, carboxylic acid modified silica gel is weak in cation exchange action and low in acidity, so it is suitable for application to samples of biological origin.

無修飾のシリカゲルやフロリジル、セライトといった担体は、銀イオンの担持量が少なく、かつ極性溶媒やバッファー(酢酸アンモニウムなど)により銀が容易に溶出することが分かった。また、各種アミン修飾シリカゲルは、銀イオンの担持能力は高いものの、アルキンの捕捉効率が低いことが明らかとなった。硫黄含有官能基を有するシリカゲルも同様に、銀イオンの担持能力は高いが、アルキンの捕捉能力が低いことが分かった。   It was found that carriers such as non-modified silica gel, florisil and celite had a low loading amount of silver ions, and that silver was easily eluted by polar solvents and buffers (such as ammonium acetate). Moreover, although various amine modification | denaturation silica gel has the high carrying capacity of silver ion, it became clear that the capture efficiency of an alkyne is low. Similarly, it was found that silica gel having a sulfur-containing functional group had high silver ion loading ability, but low alkyn trapping ability.

[実施例3:各種官能基を有するアミノ酸誘導体混合物からのアルキン化アミノ酸の濃縮精製]
各種官能基を有するアミノ酸誘導体(Fmoc保護体)の混合物から、アルキン含有アミノ酸を濃縮精製した例を示す(図2参照)。サンプルとしては、7.5mM酢酸アンモニウムを含む50%イソプロパノール−水混合溶媒中に25μMで溶解したものを使用し、前記で説明したアルキン濃縮精製用カラムに通し、同溶媒にて洗浄後、10mMヨウ化ナトリウムにて溶出を行った。検出は、逆相液体クロマトグラフィー及びUV検出器を用いて行った。なお、溶出に用いる方法は、その後の分析に影響を与えないものを適宜選択することができる。
Example 3 Enrichment and Purification of Alkynated Amino Acid from Amino Acid Derivative Mixture Having Various Functional Groups
The example which concentrated-purified the alkyne containing amino acid is shown from the mixture of the amino acid derivative (Fmoc protected body) which has various functional groups (refer FIG. 2). As a sample, one dissolved at 25 μM in a 50% isopropanol-water mixed solvent containing 7.5 mM ammonium acetate is used, passed through the column for alkyne concentration purification described above, and after washing with the same solvent, 10 mM iodine Elution was performed with sodium chloride. Detection was performed using reverse phase liquid chromatography and a UV detector. In addition, the method used for elution can select suitably what does not influence subsequent analysis.

濃縮精製前の溶液、カラムからの素通り画分と洗浄画分、そして溶出画分を分析したところ、アルキンを有するプロパルギルグリシン(PrgGly)以外のアミノ酸誘導体は素通り・洗浄画分に観測され、溶出画分に良好な収率でPrgGlyが濃縮精製されたことが確認された。特に、金属イオンに対して配位能を持つイミダゾールやチオエーテル、アミン、グアニジンなどの官能基を有するアミノ酸誘導体も問題なく洗浄されており、官能基許容性が高いことが示された。ただし、更なる検討の結果、ジスルフィド結合を有するアミノ酸誘導体も容易に洗浄可能であることがわかったが、チオールに関しては銀イオンに対して非常に強く結合するため、洗浄は困難であることも明らかとなった。この結果より、本発明の方法をペプチドや水溶性代謝物など、チオールを含みうる試料に対して用いる場合は、ジスルフィド結合を形成した状態で処理するか、あるいは、ヨードアセトアミド等によるキャッピング処理をする必要がある。タンパク質の質量分析においては、通常このようなキャッピング処理を行うことから、ケミカルバイオロジー分野における応用には大きな問題はないと考えられる。   The solution before concentration and purification, the flow-through fraction and the wash fraction from the column were analyzed, and amino acid derivatives other than propargylglycine (PrgGly) having an alkyne were observed in the flow-through and wash fraction, and the elution fraction It was confirmed that PrgGly was concentrated and purified in good yields for one minute. In particular, amino acid derivatives having functional groups such as imidazoles, thioethers, amines, and guanidines capable of coordinating to metal ions were also washed without problems, and it was shown that the functional group tolerance was high. However, as a result of further examination, it turned out that amino acid derivatives having a disulfide bond are also easily washable, but it is also evident that washing is difficult because of the very strong binding to silver ions with respect to thiols. It became. From this result, when the method of the present invention is used for a sample that may contain thiols, such as a peptide or a water-soluble metabolite, it is treated in the state of forming a disulfide bond or capped with iodoacetamide or the like. There is a need. In mass spectrometry of proteins, since such capping treatment is usually performed, it is considered that there are no major problems in applications in the field of chemical biology.

[実施例4:アルキン化ペプチドの濃縮精製への適用例]
前記実施例において、ペプチドに含まれうる各種官能基存在下においてもアルキン含有分子を濃縮精製できることを示した。本実施例では、アルキン含有モデルペプチドを濃縮精製した例を示す。
[Example 4: Application example to concentration purification of alkynated peptide]
In the above examples, it was shown that the alkyne-containing molecule can be concentrated and purified also in the presence of various functional groups that can be contained in the peptide. In this example, an example in which the alkyne-containing model peptide is concentrated and purified is shown.

図3に示すように、牛血清アルブミンのトリプシン消化物由来のペプチドをモデルペプチドとし、末端アルキン構造を導入したペプチドをアルキン化モデルペプチドとして調製し、それらの混合物からアルキン化ペプチドを選択的に濃縮精製できるか検討を行った。両ペプチドを1μMの濃度で7.5mM酢酸アンモニウムを含む25%イソプロパノール・水混合溶媒に溶解し、実施例1で作成した、銀イオン担持カルボン酸修飾シリカゲルを充填した固相抽出カラムに通し、同溶媒にて洗浄後、0.1%トリフルオロ酢酸(TFA)を含む同溶媒にて溶出し、液体クロマトグラフィーにて分析した。その結果、図3に示すように、末端アルキン構造を含まないペプチドは素通り・洗浄画分に回収され、アルキン含有ペプチドは溶出画分にほぼ定量的に回収された。この結果より、本発明は、ペプチドに対しても適用可能であることが示された。なお、ペプチドは一般的に溶解性が高いTFAあるいはギ酸を含む溶液で扱うのが一般的であり、同程度の濃度のTFAで溶出できることは、濃縮精製後にバッファー交換や脱塩処理を省くことができるという利点になる。このように、溶出にハロゲン化物塩を用いるか、酸を用いるかは、試料に応じて適したものを選ぶことができる。   As shown in FIG. 3, a peptide derived from a tryptic digest of bovine serum albumin is used as a model peptide, a terminal alkyne structure-introduced peptide is prepared as an alkynated model peptide, and the alkynized peptide is selectively concentrated from a mixture thereof We examined whether it could be refined. Both peptides were dissolved in a 25% isopropanol / water mixed solvent containing 7.5 mM ammonium acetate at a concentration of 1 μM, passed through the solid phase extraction column packed with silver ion-supported carboxylic acid modified silica gel prepared in Example 1, After washing with a solvent, it was eluted with the same solvent containing 0.1% trifluoroacetic acid (TFA) and analyzed by liquid chromatography. As a result, as shown in FIG. 3, the peptide not containing the terminal alkyne structure was recovered in the pass-through / washed fraction, and the alkyne-containing peptide was almost quantitatively recovered in the eluted fraction. From this result, it was shown that the present invention is also applicable to peptides. In general, peptides are generally handled as a solution containing highly soluble TFA or formic acid, and elution with a similar concentration of TFA means that buffer exchange and desalting treatment can be omitted after concentration and purification. It is an advantage of being able to As described above, whether to use a halide salt or an acid for elution can be selected according to the sample.

[実施例5:アルキン化リン脂質の細胞脂質抽出物からの濃縮精製]
本実施例では、本発明の方法が複雑な脂質混合物(培養細胞の脂質抽出物)の中から、アルキン化リン脂質(Hexynoyl PE, from avanti polar lipids)を濃縮精製できることを示す。
Example 5 Enrichment and Purification of Alkinated Phospholipids from Cellular Lipid Extracts
In this example, it is shown that the method of the present invention can concentrate and purify alkynated phospholipid (Hexynoyl PE, from avanti polar lipids) from complex lipid mixtures (lipid extracts of cultured cells).

細胞の総脂質の抽出は、Matyashらの報告した方法により行った(J Lipid Res 49: 1137-1146, 2008)。抽出した細胞の脂質抽出物を7.5mM酢酸アンモニウム−イソプロパノール−メタノール−クロロホルム(4:2:1)混合溶媒(以下、AmAc−IMCと呼ぶ)に溶解し、アルキン化リン脂質であるHexynoyl PEを1μMの終濃度で添加した。この溶液1mLを実施例1の方法で作成したアルキン濃縮精製カラムに通し、1mLのAmAc−IMCで2回洗浄後、10mMの塩化アンモニウムを含むAmAc−IMC(300μL)、ついでAmAc−IMC(700μL)で溶出し、合わせた1mLを溶出画分として回収した。   Extraction of total cellular lipids was performed according to the method reported by Matyash et al. (J Lipid Res 49: 1137-1146, 2008). The lipid extract of the extracted cells is dissolved in a 7.5 mM ammonium acetate-isopropanol-methanol-chloroform (4: 2: 1) mixed solvent (hereinafter referred to as AmAc-IMC), and the alkinated phospholipid Hexynoyl PE is dissolved. A final concentration of 1 μM was added. One mL of this solution is passed through the alkyne concentration purification column prepared by the method of Example 1, and after washing twice with 1 mL of AmAc-IMC, AmAc-IMC (300 μL) containing 10 mM ammonium chloride and then AmAc-IMC (700 μL) And the combined 1 mL was collected as an elution fraction.

回収した各画分は、直接質量分析による解析に供した。具体的には、5μLのサンプルをnanoSprayTip(HUMANIX)を用いて、LTQ−Orbitrap XL(Thermo Fischer Scientific)でネガティブモードで測定した。脂質種の同定は、data-dependent acquisitionモードにより測定したMS/MSスペクトルより、LipidXplorerソフトウェアを用いて行った(Genome Biol. 12: R8, 2011)。得られたスペクトルを図4に示した。   Each fraction collected was subjected to direct mass spectrometric analysis. Specifically, 5 μL of sample was measured in negative mode with LTQ-Orbitrap XL (Thermo Fischer Scientific) using nanoSprayTip (HUMANIX). Identification of lipid species was performed using LipidXplorer software from MS / MS spectra measured by data-dependent acquisition mode (Genome Biol. 12: R8, 2011). The spectrum obtained is shown in FIG.

細胞由来の複合脂質は、主にm/z 600−900の範囲に観測され、その中にはホスファチジルコリン(PC)やホスファチジルイノシトール(PI)、ホスファチジルセリン(PS)、ホスファチジルエタノールアミン(PE)など、様々な官能基を持った脂質種が含まれる(主なピークの一部には同定された脂質種を示した)。また、脂質を構成する脂肪酸鎖としては、主に炭素数14から22の脂肪酸が含まれ、二重結合の数も主に0から5程度の脂肪酸が含まれている。濃縮精製前のサンプルのスペクトルでは、モデル脂質であるHexynoyl PEのピーク(m/z 784.55)の他に、多数の脂質種が観測されている。これをアルキン濃縮精製カラムに通した素通り画分においては、Hexynoyl PEがカラムに捕捉されたためにこのピークは観測されない。一方、溶出画分においてはHexynoyl PEのピークが強く検出され、他の脂質群の大部分が除去されていることが確認できる。このように、本発明を用いることで、様々な官能基を持つ脂質存在下においても、効率よくアルキン化モデルリン脂質の濃縮精製が可能である。   Complex lipids derived from cells are mainly observed in the m / z 600-900 range, and among them, phosphatidylcholine (PC), phosphatidylinositol (PI), phosphatidylserine (PS), phosphatidylethanolamine (PE), etc. Lipid species with various functional groups are included (part of the main peaks indicated the identified lipid species). The fatty acid chain constituting the lipid mainly includes fatty acids having 14 to 22 carbon atoms, and the number of double bonds also mainly includes fatty acids of about 0 to 5. In the spectrum of the sample before concentration and purification, a number of lipid species are observed in addition to the peak (m / z 784.55) of the model lipid Hexynoyl PE. In the pass-through fraction in which this is passed through an alkyne-concentrated purification column, this peak is not observed because Hexynoyl PE is trapped on the column. On the other hand, in the eluted fraction, the peak of Hexynoyl PE is strongly detected, and it can be confirmed that most of the other lipid groups are removed. Thus, by using the present invention, concentration and purification of the alkinated model phospholipid can be efficiently performed even in the presence of a lipid having various functional groups.

[実施例6:アルキン化コリン代謝産物の濃縮精製・分析]
本実施例においては、アルキン化分子の細胞内における代謝産物を、それら代謝産物に代謝的に組み込まれるアルキンを利用して濃縮精製した例を示す。アルキンはサイズが小さいため、アルキンを導入した分子は、多くの場合、細胞内の代謝酵素等にも内在性の分子と同様に代謝される。よって、アルキンを導入した代謝産物の前駆体を細胞などに投与し、その代謝産物を本手法により濃縮精製し、質量分析などの手法により構造解析を行うことが可能である。ここでは、脂質前駆体となるコリンの代謝産物の濃縮精製を行った例を示す。
[Example 6: Enrichment purification / analysis of alkinated choline metabolite]
In this example, there is shown an example in which intracellular metabolites of alkynated molecules are concentrated and purified using alkynes which are metabolically incorporated into the metabolites. Due to the small size of alkynes, molecules into which they are introduced are often metabolized by intracellular metabolic enzymes as well as endogenous molecules. Therefore, it is possible to administer the precursor of the metabolite into which the alkyne has been introduced to cells and the like, concentrate and purify the metabolite by this method, and analyze the structure by a method such as mass spectrometry. Here, an example of performing concentration purification of a metabolite of choline, which is a lipid precursor, is shown.

プロパルギルコリン臭化物(300μM)でHEK293細胞を24時間処理し、脂質抽出を行った。抽出した脂質は、AmAc−IMC溶媒に溶解し、アルキン濃縮用カラムに通し、素通り画分を得た。カラムを同溶媒1mLにて3回洗浄し(洗浄画分)、10mM塩化アンモニウムを加えたAmAc−IMC(220μL)、続いてAmAc−IMC(780μL)を流すことで、溶出画分を得た。得られた画分は、LTQ−Orbitrap XL質量分析計にてポジティブモードで測定した。プロパルギルコリンの代謝物として、主にプロパルギルホスファチジルコリンとプロパルギルスフィンゴミエリンが予想される。よって、プロパルギルコリン由来の脂質代謝物が濃縮精製できていることを明確に示すため、これらのコリン含有脂質にターゲットを絞った測定を行った。具体的には、プリカーサーイオンスキャン法(本質量分析計においては、parent ion mappingメソッド、PQD法によるフラグメンテーション、そしてリニアイオントラップでの検出を組み合わせることで可能である)を使用することで、ホスファチジルコリンとスフィンゴミエリンの選択的検出を行った。結果を図5に示した。   HEK 293 cells were treated with propargyl choline bromide (300 μM) for 24 hours for lipid extraction. The extracted lipid was dissolved in AmAc-IMC solvent and passed through an alkyne concentration column to obtain a flow through fraction. The column was washed 3 times with 1 mL of the same solvent (washed fraction), and the eluted fraction was obtained by flowing AmAc-IMC (220 μl) to which 10 mM ammonium chloride was added, followed by AmAc-IMC (780 μl). The fractions obtained were measured in positive mode on a LTQ-Orbitrap XL mass spectrometer. As metabolites of propargyl choline, propargyl phosphatidyl choline and propargyl sphingomyelin are mainly expected. Therefore, to clearly show that propargyl choline-derived lipid metabolites can be concentrated and purified, targeted measurements were performed on these choline-containing lipids. Specifically, by using a precursor ion scan method (in the present mass spectrometer, it is possible by combining parent ion mapping method, PQD fragmentation, and detection with a linear ion trap), phosphatidylcholine and Selective detection of sphingomyelin was performed. The results are shown in FIG.

図5左側の列は、内在性のコリン脂質を選択的に検出(m/z 184.1のホスホコリンフラグメントを検出)した結果であり、右側の列はプロパルギルコリン由来のコリン脂質を選択的に検出(m/z 208.1のフラグメントを検出)した結果である。濃縮精製前のサンプルにおいては、プロパルギルコリン由来のコリン脂質は総コリン脂質のうち約44%ほどを占めていた。素通り画分においては、プロパルギルコリン脂質はわずか1%程度しか検出されず、効率的にカラムに捕捉されていることがわかる。そして、溶出画分においては、アルキンを含まないコリン脂質はわずかにしか検出されず(約1%)、99%ほどをプロパルギルコリン由来の脂質が占めていることがわかる。以上のように、本発明を用いることで、アルキン化前駆体由来の代謝物を濃縮精製できることが明確に示された。   The left row in FIG. 5 shows the results of selective detection of endogenous cholinelipid (detection of phosphocholine fragment of m / z 184.1), and the right row shows selective choline lipid derived from propargyl choline. It is the result of detection (detection of fragment of m / z 208.1). In the sample before concentration and purification, propargylcholine-derived choline lipids accounted for about 44% of the total choline lipids. In the pass-through fraction, only about 1% of propargyl choline lipid is detected, which indicates that the column is efficiently captured. Then, in the eluted fraction, only a little amount of an alkyne-free choline lipid is detected (about 1%), and it can be seen that about 99% of the lipid derived from propargyl choline is occupied. As described above, it was clearly shown that the metabolite derived from the alkynated precursor can be concentrated and purified by using the present invention.

[実施例7:アルキン化ペプチドの細胞酵素消化物からの濃縮精製]
生理活性物質の作用機序の解明には、その生理活性物質がどのようなタンパク質群に結合するのか、そのタンパク質上のどの部位に結合して作用しているのかを明らかにすることが重要である。また、タンパク質の機能にはアセチル化や脂質修飾などの翻訳後修飾が重要な役割を担うことが知られており、翻訳後修飾の解析はタンパク質の機能を解明する上で重要である。通常、結合タンパク質群の同定や化合物の結合部位の同定、翻訳後修飾部位の同定には質量分析法が用いられる。一般的な流れとしては、細胞抽出物など試料をトリプシンなどの酵素で消化し、ペプチド断片とし、得られたペプチド断片の質量電荷比及びフラグメンテーションのパターンをデータベースに照合することで、タンパク質及びペプチド配列を同定する。多くの場合、このような解析では細胞抽出物などのような複雑な混合物を用いられるが、複雑な混合物中ではイオン化抑制等が起こるため、量が少ないペプチド・タンパク質の同定は困難である。本発明は、複雑な混合物中からアルキンを持つペプチドを選択的に精製することを可能にし、イオン化抑制などの問題点の解決に資する。本実施例では、代表的な実験例として、細胞抽出物のトリプシン消化物にアルキン化ペプチドを混合し、そのアルキン化ペプチドを精製する例を示す。
[Example 7: Enrichment purification from cell enzyme digest of alkynated peptide]
In order to elucidate the mechanism of action of a physiologically active substance, it is important to clarify which protein group the physiologically active substance binds to and which site on the protein it acts upon. is there. In addition, post-translational modifications such as acetylation and lipid modification are known to play an important role in protein functions, and analysis of post-translational modifications is important for elucidating protein functions. Usually, mass spectrometry is used for identification of a binding protein group, identification of a binding site of a compound, and identification of a post-translational modification site. As a general flow, protein and peptide sequences are obtained by digesting a sample such as a cell extract with an enzyme such as trypsin to form peptide fragments, and collating mass-charge ratios and fragmentation patterns of the obtained peptide fragments with a database. Identify In such cases, complex mixtures such as cell extracts and the like are often used for such analysis, but in complex mixtures, ionization suppression and the like occur, so identification of peptide proteins and proteins in small amounts is difficult. The present invention makes it possible to selectively purify alkyne-bearing peptides from complex mixtures, and helps to solve problems such as ionization suppression. In this example, a tryptic digest of a cell extract is mixed with an alkynated peptide, and a typical experiment is performed to purify the alkynated peptide.

HEK293細胞(3×10細胞)を50mM HEPES−KOHバッファー(pH7.5)に懸濁し、氷冷下で超音波破砕した。破砕後、遠心分離(10000g、5分)し、上清を回収した。得られた細胞抽出物(総タンパク質100μg相当、50μL)にアルキン化モデルペプチド(BSA66alk、0.1μg)を混合し、トリフルオロエタノール(TFE)50μL及びジチオスライトール(DTT、10mM)を加えた。60℃で1時間加熱後、ヨードアセトアミドを40mMになるように加え、1時間室温でインキュベートした。その後、再度DTTを終濃度20mMになるように加え、10倍希釈した。リジルCエンドペプチダーゼを1μg加え、37℃で12時間インキュベートした。更に、トリプシンを1μg加え、6時間インキュベートした。3%TFA水溶液を1/10容加えて酸性とし、SepPak C18(ミリポア)で脱塩処理を行った。0.1%ギ酸−65%アセトニトリル溶液でSepPak C18から溶出した溶液を、Concentrator plus (Eppendorf)により溶媒を除去し、細胞の酵素消化物を得た。HEK 293 cells (3 × 10 7 cells) were suspended in 50 mM HEPES-KOH buffer (pH 7.5) and sonicated under ice cooling. After disruption, centrifugation (10000 g, 5 minutes) was carried out, and the supernatant was recovered. The resulting cell extract (total protein 100 μg equivalent, 50 μL) was mixed with the alkynated model peptide (BSA 66 alk, 0.1 μg), and 50 μL of trifluoroethanol (TFE) and dithiothreitol (DTT, 10 mM) were added. After heating at 60 ° C. for 1 hour, iodoacetamide was added to 40 mM and incubated at room temperature for 1 hour. Thereafter, DTT was again added to a final concentration of 20 mM and diluted 10-fold. 1 μg of lysyl C endopeptidase was added and incubated at 37 ° C. for 12 hours. Furthermore, 1 μg of trypsin was added and incubated for 6 hours. A 1/10 volume of a 3% TFA aqueous solution was added to make it acidic, and desalted with SepPak C18 (Millipore). The solution eluted from SepPak C18 with 0.1% formic acid-65% acetonitrile solution was subjected to solvent removal using a Concentrator plus (Eppendorf) to obtain an enzymatic digest of cells.

40mgのカルボン酸修飾シリカゲル(富士シリシア化学社製、CHROMATOREX COOH、MB100−75/200)をマイクロチューブに取り、200mM酢酸アンモニウムを含む80%メタノール水溶液で懸濁した。遠心分離後、上清を除去し、メタノール400μLで洗浄した。メタノール180μLと200mM硝酸銀水溶液20μLを加えて混合し、遠心分離後に上清を除去した。再度メタノールで洗浄し、スピンカラム(Bio−Rad社製Microbiospin、フィルターユニットをマイクロチューブの上に載せて使用する)のフィルターユニットに銀イオン担持カルボン酸修飾シリカゲルを移した。遠心分離することで、フィルター上に銀イオン担持カルボン酸修飾シリカゲルが残り、溶液は下のマイクロチューブに落ちた。溶液は廃棄し、フィルターユニットを別のマイクロチューブに移した。このシリカゲルに対して、前記で調製した酵素消化物を40mM炭酸アンモニウム−5%アセトニトリルバッファーに溶解したものをマイクロピペットで加え、吸引吐出を繰り返すことでシリカゲルを懸濁した。シリカゲルと溶液を遠心分離し、溶液は素通り画分として回収した。フィルターユニットを新たなマイクロチューブに移し、40mM炭酸アンモニウム−5%アセトニトリルバッファーを用いて同様の手順で4回洗浄した。洗浄後、新たなマイクロチューブに移し、10mM塩化アンモニウムを加えた前記バッファー200μLをシリカゲルに加え、懸濁した。遠心分離して得られる溶液を溶出画分とした。溶出は2回繰り返した。   40 mg of carboxylic acid modified silica gel (manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., CHROMATOREX COOH, MB 100-75 / 200) was taken in a microtube and suspended in 80% aqueous methanol solution containing 200 mM ammonium acetate. After centrifugation, the supernatant was removed and washed with 400 μL of methanol. 180 μL of methanol and 20 μL of 200 mM aqueous solution of silver nitrate were added and mixed, and the supernatant was removed after centrifugation. After washing again with methanol, the silver ion-supported carboxylic acid-modified silica gel was transferred to the filter unit of a spin column (Microbiospin manufactured by Bio-Rad, using a filter unit mounted on a microtube). By centrifuging, the silver ion-carried carboxylic acid-modified silica gel remained on the filter, and the solution was dropped into the lower microtube. The solution was discarded and the filter unit was transferred to another microtube. A solution of the enzyme digest prepared above in 40 mM ammonium carbonate-5% acetonitrile buffer was added to the silica gel with a micropipette, and the silica gel was suspended by repeating aspiration and discharge. The silica gel and the solution were centrifuged, and the solution was collected as a flow-through fraction. The filter unit was transferred to a new microtube and washed 4 times with the same procedure using 40 mM ammonium carbonate-5% acetonitrile buffer. After washing, it was transferred to a new microtube, and 200 μL of the above buffer containing 10 mM ammonium chloride was added to silica gel and suspended. The solution obtained by centrifugation was taken as an elution fraction. Elution was repeated twice.

得られた各画分に内部標準としてBSA66ペプチドを各画分に等量ずつ添加し、GLtip SDB(ジーエルサイエンス社製)により脱塩処理し、質量分析法による解析に供した。図6にMALDI−TOF質量分析計(Bruker Daltonics社製AutoflexSpeed)による解析結果(全体像及びBSA66alk周辺の拡大図)を示した。アルキン精製カラムによる精製前の試料では、細胞抽出物消化物由来のピークが多数観測された。添加したアルキン化ペプチド(BSA66alk)由来のピークは質量電荷比1145.6付近に観測されるものの、イオン化抑制及びピークの重なりの影響でシグナル−ノイズ比が低かった。アルキン精製カラムの素通り画分には、BSA66alk由来のペプチドは観測されなかった。溶出画分においては、細胞消化物由来のピークは大幅に減少し、BSA66alk由来のピークが内部標準ピークを除くと最も強いピークとして観測された。更に、LTQ−Orbitrap XL(Thermo Scientific社)を用いたLC−MS/MSによる解析から、アルキン化ペプチドはその他のペプチドに比べ、相対的に100倍ほど濃縮されていることが確認された。   To each of the obtained fractions, an equal amount of BSA 66 peptide was added as an internal standard to each fraction, desalted with GLtip SDB (manufactured by GL Sciences Inc.), and subjected to analysis by mass spectrometry. The analysis result (whole image and enlarged view around BSA 66 alk) by the MALDI-TOF mass spectrometer (AutoflexSpeed by Bruker Daltonics) is shown in FIG. In the sample before purification with the alkyne purification column, many peaks derived from the cell extract digest were observed. Although the peak derived from the added alkinated peptide (BSA 66 alk) is observed around the mass-to-charge ratio of 1145.6, the signal-to-noise ratio was low due to the influence of ionization suppression and peak overlap. In the pass-through fraction of the alkyne purification column, no peptide derived from BSA 66 alk was observed. In the eluted fraction, the peak derived from the cell digest was significantly reduced, and the peak derived from BSA66alk was observed as the strongest peak excluding the internal standard peak. Furthermore, it was confirmed from analysis by LC-MS / MS using LTQ-Orbitrap XL (Thermo Scientific) that the alkynated peptide is relatively 100-fold more concentrated than the other peptides.

[実施例8:銀担持担体と逆相担体を組み合わせたスピンカラムを用いたアルキン化ペプチドの濃縮精製]
通常、細胞抽出物などをトリプシンなどのプロテアーゼで分解して得られるペプチド混合物は、逆相担体を用いて脱塩処理を行った上で質量分析法による解析が行われる。微量サンプルを扱う場合、工程数が増えるとマイクロチューブなどの容器への吸着が問題となりうる。このような問題に対して、アルキン化ペプチドの濃縮精製の工程とその後の逆相担体の脱塩処理を一つのスピンカラムで行うことが、吸着によるサンプルのロスを抑えるために有効である。本実施例では、銀担持担体と逆相担体を二層構造としたスピンカラムを用いたアルキン含有分子の濃縮精製例を示す。また、銀を担持する担体として、シリカゲル型の担体だけでなく、カルボン酸修飾されたポリマー型の不溶性担体も利用可能であることを示す。代表的な実験例として、HeLa細胞抽出物をトリプシン消化したペプチド混合物から、アルキン化ペプチドを濃縮精製し、LC−MS/MS分析を行った実験例を示す。
[Example 8: Concentrated purification of alkynated peptide using spin column combining silver supported carrier and reverse phase carrier]
Usually, a peptide mixture obtained by decomposing a cell extract or the like with a protease such as trypsin is subjected to desalting treatment using a reverse phase carrier and then analyzed by mass spectrometry. When handling a small amount of sample, adsorption to containers such as microtubes can be a problem as the number of processes increases. For such problems, it is effective to reduce the loss of the sample due to the adsorption by performing the step of concentration and purification of the alkynated peptide and the subsequent desalting treatment of the reverse phase carrier in one spin column. In this embodiment, an example of concentration and purification of an alkyne-containing molecule using a spin column in which a silver-supported carrier and a reverse phase carrier have a two-layer structure is shown. Also, it is shown that not only a silica gel type carrier but also a carboxylic acid-modified polymer type insoluble carrier can be used as a carrier carrying silver. As a representative experiment example, an experiment example in which the alkynated peptide was concentrated and purified from a peptide mixture obtained by trypsin-digesting a HeLa cell extract and LC-MS / MS analysis is shown.

HeLa細胞(1×10細胞)をTNEバッファー(50mM Tris−HCl、50mM NaCl、1mM EDTA、pH8.0)に懸濁し、氷冷下で超音波破砕した。破砕後、遠心分離(15000g、20分)し、上清を回収した。得られた細胞抽出物(総タンパク質100μg相当、50μL)にTFE50μL及びDTT(10mM)を加え、混合した。60℃で1時間加熱後、ヨードアセトアミドを40mMになるように加えて混合し、1時間室温で遮光条件下インキュベートした。得られた反応液を100μLの5%TFEを含む10mM重炭酸アンモニウム水溶液(5%TFE−10mM AmBic)で希釈し、あらかじめ400μLの20%メタノールを含む水溶液で洗浄したAmicon Ultra−0.5 10Kフィルターユニット(ミリポア社製)に移し、遠心分離(14000g、20分)した。ろ液を捨て、フィルターユニットに5%TFE−10mM AmBicを200μL加え、同条件で遠心分離を行った。再度、フィルターユニットに5%TFE−10mM AmBicを200μL加え、同条件で遠心分離を行った。フィルター上に400μLの5%TFE−10mM AmBicを加え、1μgのリジルCエンドペプチダーゼを加え、37℃で12時間インキュベートした。更に、トリプシンを1μg加え、6時間インキュベートした。遠心分離(14000g、20分)により、ろ液を回収し、細胞の酵素消化物を得た。この消化物に対して、終濃度100nM(消化物のペプチド量に対する質量比で400ppm)になるようにアルキン化モデルペプチド BSA66alkを添加し、アルキン化ペプチド濃縮精製実験に用いた。HeLa cells (1 × 10 7 cells) were suspended in TNE buffer (50 mM Tris-HCl, 50 mM NaCl, 1 mM EDTA, pH 8.0) and sonicated under ice cooling. After disruption, centrifugation (15000 g, 20 minutes) was performed, and the supernatant was recovered. 50 μL of TFE and DTT (10 mM) were added to the obtained cell extract (equivalent to 100 μg of total protein, 50 μL) and mixed. After heating at 60 ° C. for 1 hour, iodoacetamide was added to 40 mM and mixed, and incubated for 1 hour at room temperature under light shielding. The resulting reaction solution is diluted with 100 μL of a 10 mM aqueous solution of ammonium bicarbonate (5% TFE-10 mM AmBic) containing 5% TFE, and washed beforehand with an aqueous solution containing 400 μL of 20% methanol Amicon Ultra-0.5 10 K filter It was transferred to a unit (manufactured by Millipore) and centrifuged (14000 g, 20 minutes). The filtrate was discarded, 200 μL of 5% TFE-10 mM AmBic was added to the filter unit, and centrifugation was performed under the same conditions. Again, 200 μL of 5% TFE-10 mM AmBic was added to the filter unit, and centrifugation was performed under the same conditions. Add 400 μL of 5% TFE-10 mM AmBic onto the filter, add 1 μg of Lysyl C endopeptidase and incubate at 37 ° C. for 12 hours. Furthermore, 1 μg of trypsin was added and incubated for 6 hours. The filtrate was collected by centrifugation (14000 g, 20 minutes) to obtain an enzymatic digest of the cells. To this digested product, the alkinated model peptide BSA66alk was added to a final concentration of 100 nM (400 ppm by weight ratio to the amount of digested peptide), and used for alkinated peptide concentration and purification experiments.

MonoSpinTMC18(GL Science社製)の逆相モノリスシリカゲルフィルターに400μLのイソプロパノールを加えて遠心分離(2000g、2分)後、カルボン酸修飾された多孔性ポリマー担体MacroPrepTMCM(Bio−Rad社製)を100μLフィルター上に添加した。同条件で遠心分離後、300μLのメタノールを加えて再度遠心した。100mM硝酸銀の90%メタノール水溶液を200μL加え、ピペッティングで混合し、3分室温でインキュベートした。遠心分離(1000g、1分)後、300μLのメタノールで2回洗浄し(遠心分離は1000gで1分)、銀担持固相担体と逆相固相担体が二層構造となったアルキン濃縮精製スピンカラムを調製した。MonoSpin TM C18 centrifugation by the addition of 400μL of isopropanol reversed-phase monolithic silica gel filter (GL Science Inc.) (2000 g, 2 min), porous polymer carrier is a carboxylic acid-modified MacroPrep TM CM (Bio-Rad Co. ) Was added onto a 100 μL filter. After centrifugation under the same conditions, 300 μL of methanol was added and centrifuged again. 200 μL of a 90% aqueous solution of 100 mM silver nitrate in methanol was added, mixed by pipetting, and incubated for 3 minutes at room temperature. After centrifugation (1000 g, 1 min), wash twice with 300 μL of methanol (centrifugation at 1000 g for 1 min), alkyne-concentrated and purified spins in which the silver-supported solid phase carrier and the reverse phase solid phase carrier have a two-layer structure The column was prepared.

調製したスピンカラムに90μLのアルキン化ペプチドを含むペプチド混合物を加え、吸入吐出を繰り返すことで混合し、遠心分離した(300g、3分)。その後、10mM重炭酸アンモニウムの50%イソプロパノール水溶液400μLで6回洗浄し(溶液を加えて1000g、2分の遠心分離)、続いて10mM重炭酸アンモニウムの5%イソプロパノール水溶液400μLで6回洗浄した。続いて、10mM重炭酸アンモニウムの80%イソプロパノール水溶液400μLで2回、10mM重炭酸アンモニウムの5%イソプロパノール水溶液400μLで1回洗浄した。次に、50mM塩化アンモニウムを含む10mM重炭酸アンモニウムの5%イソプロパノール水溶液400μLを3回カラムに通し(遠心分離は500g、3分)、5%イソプロパノール水溶液400μLで1回洗浄した。最後に、0.1%ギ酸及び0.0017%ドデシルマルトシドを含む80%アセトニトリル水溶液を50μL添加し、遠心分離(5000g、2分)して得られる溶液を回収した。この溶液に内部標準ペプチドとしてBSA66ペプチドを0.0045pmol/μL加え、遠心エバポレータにより溶媒を除去後、0.1%トリフルオロ酢酸を含む5%アセトニトリル水溶液に溶解し、逆相液体クロマトグラフィー−タンデム質量分析法(LC−MS/MS)による分析に供した。   To the prepared spin column, a peptide mixture containing 90 μL of alkinated peptide was added, mixed by repeated inhalation and discharge, and centrifuged (300 g, 3 minutes). After that, the plate was washed 6 times with 400 μL of 10 mM ammonium bicarbonate in 50% isopropanol aqueous solution (the solution was added to 1000 g, centrifugation for 2 minutes), followed by washing 6 times with 400 μL of 10 mM ammonium bicarbonate 5% isopropanol aqueous solution. Subsequently, the plate was washed twice with 400 μL of 80% aqueous solution of 10 mM ammonium bicarbonate in isopropanol and once with 400 μL of 5% aqueous solution of 10 mM ammonium bicarbonate in isopropanol. Next, 400 μL of a 5% aqueous solution of 10 mM ammonium bicarbonate in 50 mM ammonium chloride was passed through the column three times (500 g for 3 minutes) and washed once with 400 μL of a 5% aqueous solution of isopropanol. Finally, 50 μL of 80% aqueous acetonitrile solution containing 0.1% formic acid and 0.0017% dodecyl maltoside was added, and the solution obtained by centrifugation (5000 g, 2 minutes) was recovered. 0.0045 pmol / μL of BSA66 peptide as an internal standard peptide was added to this solution, the solvent was removed by a centrifugal evaporator, and then dissolved in a 5% aqueous acetonitrile solution containing 0.1% trifluoroacetic acid, reverse phase liquid chromatography-tandem mass It was subjected to analysis by analytical method (LC-MS / MS).

液体クロマトグラフィーとしてUltimate 3000(Dionex社製)を、カラム及びイオン化部としてTipColumn(日京テクノス社製)を、そして質量分析計としてLTQ−Orbitrap XL(ThermoFisher社製)を用いて測定を行った。測定はdata-dependent acquisitionモードで行い、ペプチドの同定はSearchGUI及びPeptideShakerソフトウェアを用いてX!TandemとMS−GF+アルゴリズムを使用して行った。また、同定された各ペプチド断片の定量はDinosaurソフトウェアを用いて行った。   The liquid chromatography was carried out using Ultimate 3000 (manufactured by Dionex), TipColumn (manufactured by Nikkei Technos) as a column and an ionization part, and LTQ-Orbitrap XL (manufactured by ThermoFisher) as a mass spectrometer. Measurement is performed in data-dependent acquisition mode, and peptide identification is performed using SearchGUI and PeptideShaker software. It was done using Tandem and MS-GF + algorithm. In addition, quantification of each identified peptide fragment was performed using Dinosaur software.

図7にアルキン濃縮精製カラムによる処理前のサンプルと、前記のアルキン濃縮精製処理を行ったサンプルのLC−MS/MS解析の結果を示した。アルキン濃縮精製操作前のサンプルでは、添加したアルキン化ペプチドBSA66alkはイオン量でわずか0.38%を占めるのみであったが、濃縮精製後には同定されたペプチドイオンのうち86%を占めるまで濃縮精製され、226倍の濃縮率でアルキン化ペプチドを濃縮することができた。また、BSA66alkペプチドの回収率も77%と高いことが確認された。   FIG. 7 shows the results of LC-MS / MS analysis of the sample prior to treatment with the alkyne concentration purification column and the sample subjected to the above alkyne concentration purification treatment. In the sample before the alkyne concentration purification procedure, the added alkinated peptide BSA66alk only accounted for only 0.38% of the ion amount, but after concentration and purification, it was concentrated and purified to 86% of the identified peptide ions. And was able to concentrate the alkinated peptide with a concentration of 226-fold. In addition, it was confirmed that the recovery rate of the BSA 66 alk peptide was as high as 77%.

ケミカルバイオロジー・生命科学研究の現場において、アルキンを濃縮精製する技術にはニーズがある。現時点では、銅触媒アジド−アルキン環化付加反応によりアルキンにビオチンを導入し、そのビオチンタグを利用して精製する方法が標準的手法となってきている。このような目的のためのキットは市販されており、汎用されている。本発明は、アルキン含有分子の濃縮精製をより短工程で可能にするものであり、かつ水溶液系・有機溶媒系の両者に対応可能であり、有用である。また、医薬品やファインケミカル等の有機合成において、アルキン含有化合物を精製する場合にも使用可能であろう。   In the field of chemical biology / life science research, there is a need for a technology for concentrating and purifying alkynes. At present, a method of introducing biotin into an alkyne by a copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition reaction and purifying it using its biotin tag has become a standard method. Kits for such purposes are commercially available and widely used. The present invention enables concentration and purification of alkyne-containing molecules in a shorter step, and is applicable to both aqueous solution systems and organic solvent systems, and is useful. It may also be used in the purification of alkyne-containing compounds in the organic synthesis of pharmaceuticals and fine chemicals.

Claims (10)

銀イオンがpKa2〜9の官能基を介して担持された不溶性担体を含有する、液体中の末端アルキン含有分子の濃縮精製用吸着剤。   An adsorbent for concentration and purification of terminal alkyne-containing molecules in a liquid, containing an insoluble carrier in which silver ions are supported via a functional group of pKa 2-9. pKa2〜9の官能基がカルボキシル基、リン酸基又はスルホンアミド基である請求項1記載の吸着剤。   The adsorbent according to claim 1, wherein the functional group having a pKa of 2 to 9 is a carboxyl group, a phosphoric acid group or a sulfonamide group. 前記不溶性担体が、銀イオンがカルボキシル基を介して担持されたシリカゲル系又は有機ポリマー系担体である請求項1記載の吸着剤。   The adsorbent according to claim 1, wherein the insoluble carrier is a silica gel type carrier or an organic polymer type carrier on which silver ions are supported via a carboxyl group. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の吸着剤を用いた末端アルキン含有分子の濃縮精製用の器具又は装置。   An apparatus or apparatus for concentration purification of terminal alkyne-containing molecules using the adsorbent according to any one of claims 1 to 3. 銀イオンがカルボキシル基を介して担持されたシリカゲルと、チオール又はチオウレアで修飾されたシリカゲルが二層構造で用いられている請求項4記載の器具又は装置。   5. The apparatus or device according to claim 4, wherein the silica gel supported by silver ions via a carboxyl group and the silica gel modified with thiol or thiourea are used in a two-layer structure. 複数の層を有し、少なくとも一層が請求項1〜3のいずれか1項に記載の吸着剤を含有し、及び少なくとも一層が逆相担体を含有する請求項4又は5記載の器具又は装置。
The apparatus or device according to claim 4 or 5, comprising a plurality of layers, at least one layer containing the adsorbent according to any one of claims 1 to 3 and at least one layer containing a reverse phase carrier.
器具又は装置が固相抽出カラム、キット、フィルター又はチップである請求項4〜6のいずれか1項に記載の器具又は装置。   The device or device according to any one of claims 4 to 6, wherein the device or device is a solid phase extraction column, a kit, a filter or a tip. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の吸着剤に、末端アルキン含有分子を含む液体を接触させて、末端アルキン含有分子を捕捉する工程、及びハロゲン化物イオン、酸又は硫黄含有試薬により溶出する工程を含む、末端アルキン含有分子を濃縮精製する方法。   A step of bringing a liquid containing a terminal alkyne-containing molecule into contact with the adsorbent according to any one of claims 1 to 3 to capture the terminal alkyne-containing molecule, and eluting with a halide ion, an acid or a sulfur-containing reagent A method for concentrating and purifying terminal alkyne-containing molecules, comprising the steps of 請求項4〜7のいずれか1項に記載の器具又は装置を用いる請求項8記載の方法。   A method according to claim 8, wherein the device or device according to any one of claims 4 to 7 is used. 末端アルキン含有分子を含む液体における溶媒が有機溶媒又は水系溶媒である請求項8又は9記載の方法。   The method according to claim 8 or 9, wherein the solvent in the liquid containing the terminal alkyne-containing molecule is an organic solvent or an aqueous solvent.
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