KR20110121842A - A mass spectrometric method of peptide quantitation by labeling peptides with n-methylpiperazine acetic acid and its isotopologues - Google Patents

A mass spectrometric method of peptide quantitation by labeling peptides with n-methylpiperazine acetic acid and its isotopologues Download PDF

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KR20110121842A
KR20110121842A KR1020100041323A KR20100041323A KR20110121842A KR 20110121842 A KR20110121842 A KR 20110121842A KR 1020100041323 A KR1020100041323 A KR 1020100041323A KR 20100041323 A KR20100041323 A KR 20100041323A KR 20110121842 A KR20110121842 A KR 20110121842A
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이철주
강운범
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신동윤
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한국과학기술연구원
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Abstract

PURPOSE: A peptide quantitation using isotopologues of N-methylpiperazine acetic acid and a mass spectrometer is provided to purify and quantitate peptides with high reliability. CONSTITUTION: A peptide quantitation using N-methyl piperazine acetic acid substitution comprises: a step of treating a test sample with protease to cleave with peptide; a step of preparing isotopologue compounds in which entire or partial C, N, O, or H is substituted with ^13C, ^15N, ^18O or ^2H; a step of treating the cleaved peptide samples with isotopologue compounds for labeling; a step of mixing the labeled peptide samples; a step of scanning the samples using a mass spectrometer; and a step of analyzing MS/MS spectrum. The protease is trypsin.

Description

펩티드 아미노기 치환용 화합물 엔-메틸피페라진 아세트산의 동위 이성질체 및 질량 분석기를 이용한 펩티드 정량 방법{A mass spectrometric method of peptide quantitation by labeling peptides with N-methylpiperazine acetic acid and its isotopologues}A mass spectrometric method of peptide quantitation by labeling peptides with N-methylpiperazine acetic acid and its isotopologues}

본 발명은 엔-메틸피페라진 아세트산(N-methylpiperazine acetic acid)의 동위 이성질체(isotopologue) 및 질량 분석기를 이용한 펩티드 복합체의 상대 정량 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for relative quantification of peptide complexes using isopologues and mass spectrometers of N-methylpiperazine acetic acid.

시료 내에 존재하는 단백체의 프로필을 확인하는 "단백체 분석" 만큼 중요한 것이 "단백체 정량분석"이다. 시료에 어떤 특정 처리를 했을 때 그 결과는 단백체 프로필의 변화와 동시에 개개 단백질의 양적인 변화로도 나타나기 때문에, 정상세포와 암세포를 비교할 때 암세포 마커가 될 수 있는 어떤 특정 단백질은 정상 세포와 암세포 모두에 존재하지만 양적인 차이를 보일 수 있으며, 이런 경우 단백체의 정량분석법을 통한다면 차이를 보이는 단백질을 쉽게 찾아낼 수 있을 것이다. 이러한 단백질 정량을 위해 과거에는 2차원 전기영동 또는 2-D Fluorescence Difference Gel Electrophoresis(2-D DIGE) 방법 등이 사용되었으나, 최근에는 이러한 이차원 전기영동을 하지 않고, 동위원소가 치환된 화합물인 동위 이성질체(isotopologue)를 사용한 표지 치환법을 수행한 뒤 질량분석기에서 분석하는 방법이 널리 사용되고 있다."Protein quantitation" is as important as "protein analysis" to identify the profile of a protein present in a sample. When a particular treatment is performed on a sample, the result is a change in protein profile and a quantitative change in individual proteins, so when comparing normal cells to cancer cells, any particular protein that can be a cancer cell marker can be applied to both normal and cancer cells. There may be quantitative differences, but in this case, quantitative analysis of the protein will make it easier to identify the proteins that differ. In the past, two-dimensional electrophoresis or 2-D Fluorescence Difference Gel Electrophoresis (2-D DIGE) method was used to quantify these proteins, but recently, isotopes, which are compounds that are substituted for isotopes without two-dimensional electrophoresis, are used. After performing label substitution using (isotopologue), the mass spectrometry is widely used.

이러한 표지 정량법은 상대 비교할 펩티드 복합체를 각각 서로 다른 질량의 동위원소로 표지하고, 섞은 다음, 한 번의 질량분석을 수행하여 개별 펩티드를 동정하면서 동시에 정량할 수 있다. 질량만 다르고 화학적 성질은 같은 동위원소를 이용했기 때문에 각종 분리, 정제 과정에서 다른 질량으로 표지된 동일한 펩티드는 동일하게 행동하고, 이온화도 동일하게 되며, 마지막 스펙트럼에서만 달라지게 된다. 현재 널리 이용되고 있는 대표적인 동위 이성질체 화합물에는 ICAT(Isotopic Coded Affinity Tag), SILAC(Stable Isopope Labeling with Amino Acid in Cell culture) 및 iTRAQ(isobaric Tags for Relative and Absolute Quantitation)이 있다.
This labeling quantitative method can label each of the peptide complexes to be compared with different isotopes of different masses, mix them, and then perform one mass spectrometry to identify and quantify the individual peptides simultaneously. Because of the different masses and the same chemical properties of the same isotopes, the same peptides labeled with different masses behave identically in different separations and purifications, resulting in the same ionization, and only in the last spectrum. Representative isoisomeric compounds currently widely used include Isotopic Coded Affinity Tag (ITA), Stable Isopope Labeling with Amino Acid in Cell culture (SILAC), and isobaric Tags for Relative and Absolute Quantitation (iTRAQ).

ICAT은 -SH(thiol) 그룹에 특이적으로 반응한다. Thiol을 갖는 아미노산은 시스테인(cystein)뿐이므로, ICAT은 시스테인을 포함하는 펩티드에만 표지된다. 이러한 ICAT은 Thiol에 달라붙는 요오드아세트아미드(iodoacetamide) 부분, 동위원소를 도입하는 동위원소 코딩 테그(isotope coded tag), ICAT과 결합한 펩티드를 분리하기 위해 친화크로마토그래피를 이용할 수 있게 하는 바이오틴(biotin) 부분으로 구성되어 있다. ICAT 시약을 단백질과 반응시키면 시스테인 아미노산에 표지가 달라붙게 되고, 단백질을 분해효소로 자른 다음, 아비딘(avidin) 친화크로마토그래피로 ICAT 표지가 붙은 펩티드를 골라내어 액체크로마토그래피-질량분석기로 분석한다. 상대 정량하고자 하는 두 가지 시료는 똑같은, 그러나, 서로 다른 동위원소가 있는 ICAT 화합물로 붙인다. 이 두 가지 동위 이성질체(isotopologue)는 구조적, 화학적으로 동일하지만, isotope coded tag에 있는 9개의 탄소가 하나는 일반적인 12C로 다른 하나는 무거운 탄소 13C로 되어 있다. 따라서 각각의 동위 이성질체가 붙은 동일한 펩티드는 질량분석기에서 구분되고 상대적인 정량이 가능해진다(Gygi S. P. et al., Nat . Biotechnol .,17: 994-999, 1999). 하지만, ICAT은 그다지 흔하지 않은 아미노산인 시스테인을 선택적으로 표지하기 때문에 한 단백질에서 얻어질 수 있는 펩티드의 수가 그다지 많지 않아 낮은 농도로 존재하는 단백질에 대해서는 신뢰성 있는 정량분석을 하기 어렵고, ICAT 표지가 도입되면 텐덤질량분석 스펙트럼이 좋아지지 않는 경우가 발생하는 등의 단점이 있다.
ICAT specifically reacts with the -SH (thiol) group. Since only amino acids with Thiol are cysteine, ICAT is only labeled with peptides containing cysteine. This ICAT is a part of the iodoacetamide that clings to Thiol, an isotope coded tag that introduces isotopes, and biotin, which allows affinity chromatography to separate peptides bound to ICAT. It is composed of parts. When the ICAT reagent is reacted with the protein, the label is attached to the cysteine amino acid, the protein is cleaved with an enzyme, and the peptide with the ICAT label is selected by avidin affinity chromatography and analyzed by liquid chromatography-mass spectrometry. The two samples to be quantified relative are labeled with the same, but different, isotopic ICAT compounds. The two isotopes are structurally and chemically identical, but the nine carbons in the isotope coded tag are one of 12 C and the other heavy 13 C. Thus, the same peptides with each isotope are distinguished and can be quantified in mass spectrometry (Gygi SP et al., Nat . Biotechnol ., 17: 994-999, 1999). However, since ICAT selectively labels the rare amino acid cysteine, the number of peptides that can be obtained from one protein is not so high that it is difficult to quantitatively reliably analyze proteins present in low concentrations. There are disadvantages such as the case where the tandem mass spectrometry spectrum does not improve.

SILAC은 실험실에서 증식시킬 수 있는 세포시료를 정량분석하고자 개발되었다. 한 세포주는 일반적인 아미노산이 들어 있는 배지에서 키우고, 이것과 비교할 다른 세포주(종류가 다르거나, 처리조건이 다른 세포주)는 동위원소로 표지된 아미노산 배지에서 키운다. 예를 들자면, 배지를 만들 때 하나는 일반 리신으로 다른 것은 탄소 6개가 13C로 바뀐 무거운 리신으로 만들어 배양하게 되면, 세포가 성장하면서 단백질에 리신이 들어가게 된다. 이후, 서로 다른 배지에서 성장한 세포시료에서 단백질을 얻고, 이를 섞어 펩티드로 자른 다음 액체크로마토그래피-질량분석을 수행하게 되면, 결국 무거운 리신이 들어있는 배지에서 나온 단백질을 잘라 만든 펩티드 중에서 리신이 들어있는 펩티드는 상대 단백질에서 나온 펩티드보다 항상 6 Da이 무겁게 된다(Ong S. E. et al., Mol . Cell . Proteomics , 1: 376-386, 2002). 크기가 다른 아미노산을 표지하는 원리는 ICAT 방법과 동일하지만, ICAT에서는 단백질에 동위원소 표지를 화학반응으로 붙이지만, SILAC에서는 동위원소로 표지된 아미노산이 세포성장과 함께 단백질에 끼어들어가는 차이가 있다. 비록, SILAC에서는 화학적 방법으로 펩티드에 동위원소를 치환하지는 않지만 세포를 장시간 키워야 할 뿐 아니라, 인체조직과 같은 시료에는 사용할 수 없다는 단점이 있다.
SILAC was developed to quantify cell samples that can be grown in the laboratory. One cell line is grown in a medium containing common amino acids, and the other cell lines (cell types of different kinds or different treatment conditions) to be compared are grown in an isotopically labeled amino acid medium. For example, when making a medium, one is a normal lysine and the other is a heavy lysine with 6 carbons changed to 13 C. When the cells are grown, the cells grow and the lysine enters the protein. Subsequently, proteins obtained from cell samples grown in different mediums were mixed, cut into peptides, and subjected to liquid chromatography-mass spectrometry. Eventually, proteins from lysine containing heavy lysine were cut out of the peptides. Peptides are always 6 Da heavier than peptides from relative proteins (Ong SE et al., Mol . Cell . Proteomics , 1: 376-386, 2002). The principle of labeling amino acids of different sizes is the same as the method of ICAT. In ICAT, isotopic labeling is applied to proteins by protein reaction, whereas in SILAC, isotopically labeled amino acids are inserted into proteins with cell growth. Although SILAC does not chemically substitute isotopes for peptides, it does not only have to grow cells for a long time, but also cannot be used for samples such as human tissues.

iTRAQ 정량법은 아민-특이적 화학 테깅(tagging)방법으로 먼저 단백질을 효소로 가수분해한 후 모든 N-말단과 리신 아미노산기를 갖는 펩타이드에 아이소바릭 테그(isobaric tag)를 결합하는 방법으로 ICAT에 비해 많은 단백질의 정량 및 정성 분석이 가능하다. iTRAQ 정량법에 사용되는 tag는 크게 세 부분으로 나누어져 있는데, 이는 펩티드의 N-말단이나 리신 아미노산 잔기의 아미노기와 반응하는 N-하이드로시숙시니마이드 그룹(N-hydroxysuccinimide group), 정량에 이용하는 리포터 그룹(reporter group), 및 reporter group의 질량을 보정해주는 발란스 그룹(balance group)으로 구성되어 있다. 13C, 15N 동위원소를 적당히 사용하여 각 tag마다 reporter group의 질량이 114~117 Da으로 달라지게 하고, balance group의 질량은 반대로 31-28 Da으로 달라지게 만듦으로써, 각 tag의 전체 질량이 동일하고(isobaric) 화학적 성질도 동일하게 만들어, iTRAQ으로 표지된 펩티드는 동일한 질량 분석 스캔의 동일한 m/z를 나오게 되지만, 질량분석기에서 MS/MS 조각화될 때, reporter가 각각 114, 115, 116 또는 117 Da으로 나오게 되어 이 피크의 상대적인 세기가 각 시료에 있는 펩티드의 상대적인 양을 나타내게 되며, 이렇게 나타난 MS/MS 스펙트럼의 나머지 조각화 이온들은 펩티드의 동정에 활용된다. 이 방법은 기준시료를 포함하여, 4, 6 또는 8 가지 각기 다른 시료들의 단백질 발현 정도를 실험할 수 있는 장점을 가질 뿐 아니라, 동위원소가 치환된 펩타이드가 같은 질량을 갖기 때문에, MS 스캔에서 총 감도가 증가되는 장점이 있어 현재 가장 많이 사용되는 방법이다. 하지만, iTRAQ으로 표지된 펩티드는 MS1만으로는 정량하지 못하고, MS/MS 조각화를 통해서만 정량할 수 있으므로, MS/MS 조각화시 강한 에너지가 필요하게 되어, 조각화 후 정량시 신빙성이 떨어지고, 강한 에너지를 사용하는 질량분석기의 경우, 그 작동이 어려운 단점이 있다.
iTRAQ quantitation is an amine-specific chemical tagging method that first hydrolyzes proteins with enzymes and then binds isobaric tags to all N-terminal and lysine amino acid peptides compared to ICAT. Quantitative and qualitative analysis of many proteins is possible. The tag used in the iTRAQ quantification method is divided into three parts: the N-hydroxysuccinimide group which reacts with the amino group of the N-terminus or lysine amino acid residue of the peptide, and the reporter group used for quantification ( reporter group), and a balance group for correcting the mass of the reporter group. By using 13 C and 15 N isotopes appropriately, the mass of the reporter group varies from 114 to 117 Da for each tag, and the mass of the balance group varies from 31-28 Da to the contrary. Making the same isobaric chemistry identical, iTRAQ-labeled peptides will yield the same m / z of the same mass spectrometry scan, but when MS / MS fragmented in the mass spectrometer, the reporter would be 114, 115, 116 or The relative intensity of this peak is shown as 117 Da, indicating the relative amount of peptide in each sample, and the remaining fragmented ions in the MS / MS spectrum thus used are used to identify the peptide. This method not only has the advantage of testing the protein expression of 4, 6 or 8 different samples, including the reference sample, but because the isotopically substituted peptides have the same mass, Sensitivity is increased, making it the most widely used method today. However, since iTRAQ-labeled peptides cannot be quantified by MS1 alone, they can be quantified only through MS / MS fragmentation. Therefore, strong energy is required for MS / MS fragmentation. In the case of a mass spectrometer, its operation is difficult.

mTRAQ은 특정 단백질을 대표하는 펩티드에 대한 동위원소로 표지된 무거운(heavy) 합성 펩티드를 만드는 것과 기존 reporter 이온을 이용한 iTRAQ방법과는 달리, 모든 펩티드의 아민 그룹에 표지되는 non-isobaric 표지물질로, 4-8 Da의 질량 차이(각, Arg 및 Lys 펩티드)가 나게 하되, 화학적, 물리적으로 동일한 펩티드를 만들어, 가벼운(light) 시약을 사용한 후 전체 샘플의 평균값을 대표하는 global internal standard(GIS)를 만들고, heavy 시약을 사용하여, 각각의 샘플에 대한 MRM(multiple reaction monitoring: 다중반응탐색법) 분석을 GIS와 함께 수행하는 것이다. GIS를 사용하였기 때문에 다양한 샘플에 대한 정규화(normalization)가 쉽게 이루어지는 특성이 있어, 많은 샘플을 사용해야 하는 바이오마커 후보 단백질 및 펩타이드의 검증 연구에 응용가능하다. 하지만, mTRAQ을 적용하기 위해서는 MRM 적용이 가능한 QTRAP 혹은 triple quadrupole MS가 반드시 필요하기 때문에, 일반적인 질량 분석기에는 적용할 수 없다.
mTRAQ is a non-isobaric label that is labeled on the amine group of all peptides, unlike the creation of isotopically labeled heavy synthetic peptides for peptides representing specific proteins and the iTRAQ method using conventional reporter ions. Mass differences of 4-8 Da (each, Arg and Lys peptides) are generated, but the chemical and physically identical peptides are made, using a light reagent and a global internal standard (GIS) representing the mean value of the entire sample. And, using heavy reagents, multiple reaction monitoring (MRM) analysis with each GIS for each sample. Since GIS is used, it is easy to normalize various samples, and thus it is applicable to the validation studies of biomarker candidate proteins and peptides that require the use of many samples. However, since MTRAQ requires QTRAP or triple quadrupole MS with MRM, it is not applicable to general mass spectrometer.

이에, 본 발명자들은 mTRAQ 표지 화합물인 엔-메틸피페라진 아세트산(N-methylpiperazine acetic acid)의 구성원소를 치환하여, 2개 또는 3개의 동위 이성질체(isotopologue)를 만들고, 이를 질량분석기에 적용하여 펩티드 및 단백질을 동정하면서 동시에 상대정량할 수 있음을 확인하고, 기존의 ICAT 방법과 비교하여 단백질 복합체의 정량에 현저히 효과적임을 확인하였다. 또한, 이를 대장암 조직 시료에 적용하여 단백질 복합체의 정량에 효과적임을 재확인하고, 본 발명의 엔-메틸피페라진 아세트산 표지 치환을 통한 펩티드 정량 방법이 기존 방법에 비해 단백질의 동정과 정량에 대한 신뢰도를 높임을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors substituted two or three isotopes of the mTRAQ labeling compound N-methylpiperazine acetic acid to make two or three isotopologues, and applied them to a mass spectrometer to obtain peptides and It was confirmed that the protein can be identified and relative quantitative at the same time, and compared with the conventional ICAT method, it was found to be remarkably effective in quantifying protein complexes. In addition, this method was applied to colorectal cancer tissue samples to confirm that it is effective for the quantification of protein complexes, and the peptide quantification method using the en-methylpiperazine acetic acid label substitution of the present invention improves the reliability of protein identification and quantification compared to the conventional method. By confirming the elevation, the present invention was completed.

본 발명의 목적은 펩티드 아미노기에 엔-메틸피페라진 아세트산(N-methylpiperazine acetic acid)의 동위 이성질체(isotopologue) 표지 치환 및 질량분석기를 이용한 펩티드 정량 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide isotopic labeling substitution of N-methylpiperazine acetic acid and peptide quantification method using a mass spectrometer.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object, the present invention

1) 피검시료에 단백질 분해효소를 처리하여 펩티드로 절단하는 단계;1) treating the test sample with a protease and cleaving the peptide;

2) 하기의 [화학식 1]로 기재되는 화합물의 구성원소 중 C, N, O 또는 H의 일부 또는 전부가 13C, 15N, 18O 또는 2H로 치환된 동위 이성질체(isotopologue) 화합물을 제조하는 단계;2) preparing an isopologue compound in which part or all of C, N, O or H is substituted with 13 C, 15 N, 18 O or 2 H among the members of the compound represented by the following [Formula 1] Making;

Figure pat00001
Figure pat00001

이때, R은 카르복실산을 보호하는 보호기;In this case, R is a protecting group for protecting the carboxylic acid;

3) 단계 1)에서 절단된 두 가지 이상의 펩티드 시료에 서로 다른 상기 단계 2)에서 제조된 동위 이성질체 화합물을 각각 처리하여 표지하는 단계;3) labeling the two or more peptide samples cleaved in step 1) by treating the different isotope compounds prepared in step 2), respectively;

4) 표지된 펩티드 시료를 혼합하는 단계;4) mixing the labeled peptide sample;

5) 혼합된 시료를 질량분석장치를 이용하여 MS 스펙트럼 및 MS/MS 스펙트럼을 스캔하는 단계; 및5) scanning the mixed sample with MS mass spectrometry and MS / MS spectra using a mass spectrometer; And

6) MS/MS 스펙트럼을 분석하여 펩티드를 동정 및 정량하는 단계를 포함하는 엔-메틸피페라진 아세트산 표지 치환을 이용한 펩티드 정량 방법을 제공한다.
6) Provides a method for quantifying peptides using en-methylpiperazine acetic acid label substitution comprising the step of identifying and quantifying peptides by analyzing MS / MS spectra.

본 발명의 펩티드 아미노기 치환용 화합물 엔-메틸피페라진 아세트산의 동위 이성질체 및 질량 분석기를 이용한 펩티드 정량 방법은 단백질 복합체 정량에 현재까지 널리 이용되고 있는 ICAT 방법에 비해 많은 수의 펩티드를 이용하여 정량하게 되므로, 더 높은 신뢰도의 정량값을 줄 뿐만 아니라, 엔-메틸피페라진 아세트산(N-methylpiperazine acetic acid)으로 인한 b형 이온의 증가로 동정에 대한 신뢰도도 높다. 또한, 이온트랩형 질량분석기에서 큰 분자량(m/z > 1,500)의 펩티드에 대한 동정율도 증가시킬 수 있어, 기존 방법에 비해 신뢰도 높게 펩티드를 동정할 수 있다.
Peptide quantification method using the isomer and mass spectrometer of the compound en-methylpiperazine acetic acid for peptide amino group substitution of the present invention is quantified using a large number of peptides compared to the ICAT method widely used to quantify protein complexes As well as giving higher quantitative values, the reliability of the identification is high due to the increase in type b ions due to N-methylpiperazine acetic acid. In addition, in the ion trap mass spectrometer, the identification rate for peptides having a large molecular weight (m / z> 1,500) can also be increased, so that peptides can be identified with higher reliability than conventional methods.

도 1은 본 발명의 전체과정을 도식화하여 나타낸 그림으로, MS 스펙트럼으로는 정량을, MS/MS 스펙트럼으로는 동정을 수행하는 것을 일례로 나타낸 것이다.
도 2는 엔-메틸피페라진 아세트산으로 표지한 혈장과 표지하지 않은 혈장 시료를 액체크로마토그래피-질량분석을 수행한 결과를 나타낸 그림이다:
A: 동정된 펩티드와 단백질의 수를 비교하여 나타낸 그림; 및
B: 각 시료에서 공통으로 동정된 펩티드의 Xcorr 값을 전하량과 펩티드 말단의 아미노산에 따라 나타낸 그래프.
도 3은 엔-메틸피페라진 아세트산 표지로 치환한 이후 Xcorr 값이 증가한 펩티드와 감소한 펩티드의 b형 이온과 y형 이온의 matching 정도를 비교하여 그래프로 나타낸 그림이다.
도 4는 동일한 혈장시료를 light와 heavy mTRAQ으로 표지한 뒤 액체크로마토그래피-질량분석을 수행하여 정량분석한 결과를 log2로 치환하여 그래프로 나타낸 그림이다.
도 5는 ICAT 및 엔-메틸피페라진 아세트산으로 표지한 대장암 시료를 액체크로마토그래피-질량분석을 수행한 결과를 나타낸 그림이다:
A: 동정된 펩티드와 단백질의 수를 비교하여 그래프로 나타낸 그림; 및
B: 두 실험에서 동일하게 동정된 펩티드 및 단백질의 정량 결과를 비교하여 그래프로 나타낸 그림.
도 6은 ICAT 및 엔-메틸피페라진 아세트산으로 표지한 대장암 시료를 액체크로마토그래피-질량분석 결과에서 공통으로 동정된 펩티드의 Xcorr 값을 전하량과 펩티드 말단의 아미노산에 따라 그래프로 나타낸 그림이다.
도 7은 용출시간 12.61분에 나타나는 알파-락토알부민(alpha-lactalbumin)의 VGINYWLAHK(서열번호: 1)펩티드의 MS 스펙트럼 및 MS/MS 스펙트럼 결과를 나타낸 그림이다.
도 8은 용출시간 15.54분에 나타나는 세로트랜스페린(serotransferrin)의 GEADAMSLDGGYLYIAGK(서열번호: 2) 펩티드의 MS 스펙트럼 및 MS/MS 스펙트럼 결과를 나타낸 그림이다.
Figure 1 is a diagram showing the overall process of the present invention, showing an example of performing quantification in the MS spectrum, and identification in the MS / MS spectrum.
Figure 2 shows the results of liquid chromatography-mass spectrometry on plasma labeled and unlabeled plasma samples with N-methylpiperazine acetic acid:
A: Figure comparing the number of peptides and proteins identified; And
B: A graph showing Xcorr values of peptides commonly identified in each sample according to the amount of charge and amino acids at the terminal of the peptide.
FIG. 3 is a graph comparing the degree of matching between b-type and y-type ions of a peptide having increased Xcorr value and reduced peptide after substitution with N-methylpiperazine acetic acid label.
4 is a graphical representation of the same plasma sample labeled with light and heavy mTRAQ and then quantified by performing liquid chromatography-mass spectrometry to log 2 .
FIG. 5 shows the results of liquid chromatography-mass spectrometry of colorectal cancer samples labeled with ICAT and N-methylpiperazine acetic acid:
A: Graph showing a comparison of the number of peptides and proteins identified; And
B: Graphical comparison of quantitative results of peptides and proteins identically identified in both experiments.
FIG. 6 is a graph showing Xcorr values of peptides commonly identified in liquid chromatography-mass spectrometry of colorectal cancer samples labeled with ICAT and N-methylpiperazine acetic acid according to charge amount and amino acid at the end of peptide.
Figure 7 shows the MS spectrum and MS / MS spectrum results of VGINYWLAHK (SEQ ID NO: 1) peptide of alpha-lactalbumin appearing at 12.61 minutes of elution time.
FIG. 8 is a diagram showing MS spectra and MS / MS spectra of the GEADAMSLDGGYLYIAGK (SEQ ID NO: 2) peptide of serotransferrin at 15.54 min.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은The present invention

1) 피검시료에 단백질 분해효소를 처리하여 펩티드로 절단하는 단계;1) treating the test sample with a protease and cleaving the peptide;

2) 하기의 [화학식 1]로 기재되는 화합물의 구성원소 중 C, N, O 또는 H의 일부 또는 전부가 13C, 15N, 18O 또는 2H로 치환된 동위 이성질체(isotopologue) 화합물을 제조하는 단계;2) preparing an isopologue compound in which part or all of C, N, O or H is substituted with 13 C, 15 N, 18 O or 2 H among the members of the compound represented by the following [Formula 1] Making;

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00002
,
Figure pat00002
,

이때, R은 카르복실산을 보호하는 보호기;In this case, R is a protecting group for protecting the carboxylic acid;

3) 단계 1)에서 절단된 두 가지 이상의 펩티드 시료에 서로 다른 상기 단계 2)에서 제조된 동위 이성질체 화합물을 각각 처리하여 표지하는 단계;3) labeling the two or more peptide samples cleaved in step 1) by treating the different isotope compounds prepared in step 2), respectively;

4) 표지된 펩티드 시료를 혼합하는 단계;4) mixing the labeled peptide sample;

5) 혼합된 시료를 질량분석장치를 이용하여 MS 스펙트럼 및 MS/MS 스펙트럼을 스캔하는 단계; 및5) scanning the mixed sample with MS mass spectrometry and MS / MS spectra using a mass spectrometer; And

6) MS/MS 스펙트럼을 분석하여 펩티드를 동정 및 정량하는 단계를 포함하는 엔-메틸피페라진 아세트산 표지 치환을 이용한 펩티드 정량 방법을 제공한다.
6) Provides a method for quantifying peptides using en-methylpiperazine acetic acid label substitution comprising the step of identifying and quantifying peptides by analyzing MS / MS spectra.

상기 단계 1)의 피검시료는 세포, 혈청, 혈장 및 혈액, 또는 이로부터 유래한 단백질, 공지의 단백질의 일부 또는 전체 아미노산 서열을 이용하여 합성된 단백질 및 유전자 재조합 기술을 통해 제조된 재조합 단백질로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 공지된 해당 단백질은 아미노산 서열의 전부 또는 일부를 이용하여 합성하거나, 세포로부터 추출하거나, 유전자 재조합 기술을 이용하여 미생물로부터 생산하거나 혈액이나 조직, 세포 등 생체 시료 등에서 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The test sample of step 1) comprises cells, serum, plasma and blood, or proteins derived therefrom, proteins synthesized using some or all amino acid sequences of known proteins, and recombinant proteins prepared through genetic recombination techniques. It may be any one selected from the group, but is not limited thereto. The known protein may be synthesized using all or part of an amino acid sequence, extracted from a cell, produced from a microorganism using genetic recombination technology, or used in a biological sample such as blood, tissue, or cell, but is not limited thereto. .

상기 단계 1)의 단백질 분해효소는 다양한 생물종으로부터 직접 추출한 단백질이나 유전자 재조합 기술을 통해 제조된 단백질, 또는 단백질을 분해하는 임의의 합성화합물 중의 어느 하나 또는 복합물일 수 있고, 트립신(trypsin)임이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. The protease of step 1) may be any one or a combination of proteins extracted directly from various organisms, proteins prepared through genetic recombination technology, or any synthetic compound that degrades the protein, and is preferably trypsin. However, the present invention is not limited thereto.

상기 단계 2)의 화합물 엔-메틸피페라진 아세트산(N-methyl piperazine acetic acid)은 펩티드의 N-말단 및 리신의 아미노기에 치환되어 표지되는 것이 바람직하고, R 잔기는 카르복실산을 보호하는 보호기로써, 메틸, 벤질, t-부틸, 트리메디실린, 디클로로페놀(2,3-dichlorophenol), 테트라플로로페놀(2,3,5,6-tetrafluorophenol), 테트라플로로설포페놀(2,3,5,6-tetrafluoro-4-sulfophenol), 엔-하이드록시숙시마이드(N-hydroxysuccimide) 또는 엔-하이드록시설포숙시마이드(N-hydroxysulfosuccinimide)로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 엔-하이드록시숙시마이드(N-hydroxysuccimide)인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.N-methyl piperazine acetic acid (N-methyl piperazine acetic acid) of the step 2) is preferably substituted and labeled with the amino group of the N- terminal and lysine of the peptide, the R residue as a protecting group to protect the carboxylic acid , Methyl, benzyl, t-butyl, trimediline, dichlorophenol (2,3-dichlorophenol), tetrafluorophenol (2,3,5,6-tetrafluorophenol), tetrafluorosulfophenol (2,3,5 , 6-tetrafluoro-4-sulfophenol), N-hydroxysuccimide or N-hydroxysulfosuccinimide is preferably any one selected from the group consisting of, but not limited to And, more preferably, but is not limited to N-hydroxysuccimide (N-hydroxysuccimide).

상기 단계 2)의 동위 이성질체(isotopologue)는 엔-메틸피페라진 아세트산(N-methylpiperazine acetic acid)의 구성원소 중 C, N, O, H의 일부 또는 전부가 13C, 15N, 18O, 2H로 치환되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.Isotopologue of step 2) is a part or all of C, N, O, H in the element of N-methylpiperazine acetic acid is 13 C, 15 N, 18 O, 2 Preferably substituted with H, but is not limited thereto.

상기 단계 5)의 질량분석장치는 일반적인 질량분석장치는 모두 사용 가능하고, MALDI 또는 ESI을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The mass spectrometer of step 5) can be used as a general mass spectrometer, it is preferable to use MALDI or ESI, but is not limited thereto.

상기 단계 6)의 분석은 상업적으로 입수 가능한 소프트웨어 프로그램 또는 데이터베이스를 이용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
The analysis of step 6) preferably uses a commercially available software program or database, but is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시예에서, 엔-메틸피페라진 아세트산(N-methylpiperazine acetic acid; mTRAQ) 표지 치환에 따라 펩티드의 질량분석스펙트럼이 어떻게 달라지는지 확인하기 위해 사람의 혈장 단백질을 이용하여 펩티드 동정을 수행하였고, 그 결과 엔-메틸피페라진 아세트산을 표지한 시료와 표지하지 않은 시료, 각각에서 1,256 개와 1,452 개의 펩티드를 동정하였고, 이중 934개의 펩티드가 엔-메틸피페라진 아세트산 표지 유무에 관계없이, 두 개의 시료로부터 동일하게 동정되었음을 확인하였다(도 2의 A 참조). 동일하게 동정된 펩티드 중 전하량까지 동일한 펩티드에 대한 MS/MS 스펙트럼을 수집하고, 각 Xcorr값을 비교하여 엔-메틸피페라진 아세트산 치환에 따른 탠덤질량분석스펙트럼의 신뢰도를 비교한 결과, 엔-메틸피페라진 아세트산 펩티드 치환 후, 텐덤질량분석스펙트럼의 신뢰도가 상승하였음을 확인하였고, 이는 엔-메틸피페라진 아세트산으로 표지된 이후 b형 이온 파편의 증가로 인한 것임을 확인하였다(도 2의 B 참조).In a specific embodiment of the present invention, peptide identification is carried out using plasma proteins of humans to determine how the mass spectrometry of the peptide varies according to N-methylpiperazine acetic acid (mTRAQ) label substitution. As a result, 1,256 and 1,452 peptides were identified in samples labeled and unlabeled N-methylpiperazine acetic acid, respectively, of which 934 peptides were identified with or without N-methylpiperazine acetic acid labeled. It was confirmed that the same from the sample was identified (see A of Fig. 2). Collect MS / MS spectra for the same peptides up to the amount of charge among identically identified peptides, and compare the respective Xcorr values to compare the reliability of the tandem mass spectrometry according to the N-methylpiperazine acetic acid substitution. After substitution of the Razine acetic acid peptide, it was confirmed that the reliability of the tandem mass spectrometry spectrum was increased, which was due to the increase in type b ion fragment after labeling with N-methylpiperazine acetic acid (see FIG. 2B).

탠덤 질량분석스펙트럼을 이용하여 펩티드의 아미노산 서열을 분석하여 단백질을 동정하는데, 엔-메틸피페라진 아세트산 엔-하이드로숙시마이드 에스테르(N-methylpiperazine acetic acid N-hydroxysuccimide ester) 화합물을 이용하여 펩티드에 엔-메틸피페라진 아세트산(N-methylpiperazine acetic acid)이 치환되면 스펙트럼의 파편화 패턴이 향상되는 특징이 있다. 일반적으로 Collision Induced Dissociation(CID - 충돌에 의한 펩티드의 파편화 과정)에서 파편화된 펩티드에는 y형 딸이온이 많고 b형 딸이온의 양은 상대적으로 적게 나타난다(Yates J. R. et al., Anal. Chem., 70: 3557-3565. 1998). 하지만, 엔-메틸피페라진 아세트산이 N-말단과 리신 잔기에 치환된 펩티드에서는 b 형 이온도 증가하게 되는데, 이러한 현상은 b 형 딸이온의 안정성 증가와 움직이는 프로톤(mobile proton) 모델의 구성으로 해석할 수 있다. 단백질분해효소로 절단된 펩티드의 N-말단은 염기성이 높지 않고, C-말단으로부터 유래한 y형 이온에 비해 N-말단으로부터 유래한 b형 이온은 일반적으로 불안정하다. 이러한 특징으로 전자는 염기성 잔기로 이동하고 y 형 이온은 반대쪽의 b 형 이온에 비해서 상대적으로 안정화되므로, N-말단에 염기성 엔-메틸피페라진 아세트산이 붙는 경우에 프로톤(proton) 친화력이 증가하고, N-말단을 갖는 b 형 이온이 안정해지며 b 형 이온의 증가로 동정율이 증가하게 된다.Proteins are identified by analyzing the amino acid sequence of peptides using tandem mass spectrometry, using an N-methylpiperazine acetic acid N-hydroxysuccimide ester compound. Substitution of methyl piperazine acetic acid (N-methylpiperazine acetic acid) is characterized in that the fragmentation pattern of the spectrum is improved. In general, fragmented peptides during Collision Induced Dissociation (CID-fragmentation of peptides due to collisions) have higher y-type daughter ions and relatively smaller amounts of b-type daughter ions (Yates JR et al., Anal. Chem., 70) . : 3557-3565. 1998). However, in the peptide substituted N-terminal and lysine residues, N-methylpiperazine acetic acid also increases the b-type ion, which is interpreted as an increase in the stability of the b-type daughter ion and the construction of a mobile proton model. can do. The N-terminus of the peptide cleaved with the protease is not high in basicity, and the b-type ion derived from the N-terminus is generally unstable compared to the y-type ion derived from the C-terminus. Because of this characteristic, the electrons move to the basic moiety and the y-type ions are relatively stabilized compared to the opposite b-type ions, so that the proton affinity increases when the basic N-methylpiperazine acetic acid is attached to the N-terminus, The b-type ion having the N-terminus becomes stable and the identification rate increases with the increase of the b-type ion.

또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 피검시료에 트립신을 처리하여 펩티드로 절단하여 시료를 준비한 후, 시료의 절반은 일반적인 엔-메틸피페라진으로 반응하여 표지하여 light mTRAQ으로 칭하고, 다른 절반은 3개의 탄소가 13C로 한 개의 질소가 15N으로 치환되어 일반적인 화합물보다 4 Da가 큰 엔-메틸피페라진의 동위이성질체와 반응시켜 표지한 후, heavy mTRAQ으로 칭하였다. 반응이 끝난 시료는 서로 섞은 후에 역상 액체크로마토그래피가 장착된 질량분석기(Thermo Scientific의 LTQ XL-Orbitrap)을 사용하여 질량분석스펙트럼(MS spectrum)과 탠덤질량분석스펙트럼 (MS/MS spectrum)을 얻었고, 얻어진 MS/MS spectrum은 database search 프로그램(TurboSequest version 27, revision 12)을 사용하여 분석하였고, Database는 인체시료에 적용되는, human international protein index database(IPI, versions 3.44, European Bioinformatics Institute, http://www.ebi.ac.uk/IPI)를 사용하여 분석하여 표준 시료, 혈장 시료 및 대장암 시료에서 mTRAQ 표지 치환을 통한 펩티드 정량 분석을 수행하였다. Std1과 Std2의 표준시료로 정량분석을 수행한 결과, 모든 여섯 종류의 단백질이 최소 8개에서 51개의 단일 펩티드(unique peptide)로 동정되었고, 모든 관찰된 펩티드들은 N-말단과 리신 잔기에 표지가 붙어 있음을 확인하였다. 정량결과는 표준시료의 예상값과 같은 경향을 보였다. 여섯 종류의 단백질에 대한 관찰된 값과 예상 값의 차이 값은 4%에서 27.6%이며, CV 값은 0%에서 15.5%이었다. 인간 혈장 시료 분석 결과 펩티드 신뢰도 90% 이상인 867개의 펩티드를 동정할 수 있었고, 각 펩티드의 light/heavy 비율을 log2로 치환하여 그래프를 그리면, 평균 : 표준편차가 -0.0009 : 0.4537인 종모양의 분표를 보이고, light/heavy의 비율 평균은 0.9994이며, 95%의 펩티드들이 0.67에서 1.56에 분포하여 높은 신뢰도로 정량되었음을 알 수 있었다.
In addition, in a specific embodiment of the present invention, after preparing a sample by treating the test sample with trypsin and cutting it with a peptide, half of the sample is reacted with a general en-methylpiperazine and labeled as light mTRAQ, and the other half is 3 It is called heavy mTRAQ after reacting with the isomer of N-methylpiperazine having 4 carbons of 13 C and one nitrogen of 15 N substituted with 4 Da larger than a general compound. After completion of the reaction, the samples were mixed with each other to obtain a mass spectrometry (MS spectrum) and a tandem mass spectrometry (MS / MS spectrum) by using a mass spectrometer equipped with reversed phase liquid chromatography (Thermo Scientific's LTQ XL-Orbitrap). The obtained MS / MS spectrum was analyzed using a database search program (TurboSequest version 27, revision 12), and the database was applied to human samples. The human international protein index database (IPI, versions 3.44, European Bioinformatics Institute, http: // Peptide quantitation was carried out using mTRAQ label substitutions in standard samples, plasma samples and colorectal cancer samples by analysis using www.ebi.ac.uk/IPI). Quantitative analysis of Std1 and Std2 samples confirmed that all six proteins were identified as at least 8 to 51 unique peptides, and all observed peptides were labeled at the N-terminal and lysine residues. It was confirmed that it was stuck. The quantitative results showed the same trends as the expected values of the standard samples. The difference between the observed and predicted values for the six types of proteins ranged from 4% to 27.6% and the CV values from 0% to 15.5%. As a result of human plasma sample analysis, 867 peptides with over 90% of peptide reliability could be identified, and when the graphs were replaced with log2 of light / heavy ratio of each peptide, a bell-shaped fraction with mean: standard deviation of -0.0009: 0.4537 was identified. The ratio of light / heavy was 0.9994 and 95% of the peptides were quantified with high reliability, ranging from 0.67 to 1.56.

또한, 대장암 조직시료 분석 결과 13,250개의 단일한(unique) 펩티드를 동정하였고, 단백질의 수는 2,418개임을 확인하였고, 2,418개의 단백질 중 59%는 1개에서 4개의 단일한 펩티드(unique peptide)로 동정되었고, 44%는 1개에서 4개의 스펙트럼으로 동정되었음을 확인하였다. 이를 다시 ICAT 방법과 비교하여 확인한 결과, mTRAQ 표지 치환을 통해 ICAT 치환을 통한 실험보다 많은 수의 펩티드를 동정할 수 있음을 확인하였고, mTRAQ과 ICAT에서 공통으로 동정된 펩티드와 단백질의 정량결과를 log2로 치환하여 그래프로 그렸을 경우에도 mTRAQ과 ICAT을 통한 정량실험 결과가 서로 일치함을 알 수 있었다(도 5의 B 참조).In addition, 13,250 unique peptides were identified as a result of colorectal cancer tissue analysis, and the number of proteins was 2,418, and 59% of the 2,418 proteins were 1 to 4 unique peptides. 44% were identified as 1 to 4 spectra. In comparison with the ICAT method, it was confirmed that the mTRAQ label substitution can identify more peptides than the experiment through ICAT substitution, and the quantitative results of the peptides and proteins commonly identified in mTRAQ and ICAT are shown in log2. Even when the graph was replaced with a graph, it was found that the results of quantitative experiments using mTRAQ and ICAT were consistent with each other (see FIG. 5B).

이를 통해 앞서 언급한 mTRAQ 표지를 통한 텐덤질량분석스펙트럼의 신뢰도 상승효과를 ICAT 실험과 비교한 결과에서 재확인할 수 있었으며, mTRAQ과 ICAT에서 공통으로 동정된 947개의 펩티드 중에서 같은 전하량을 갖는 704개의 펩티드를 확인결과, 약 80%의 펩티드가 mTRAQ에서 XCorr 값의 증가를 보여, 리신으로 끝나는 펩티드가 아르기닌으로 끝나는 펩티드보다 더 많이 관찰됨을 확인하였다(도 6 참조). As a result, the synergistic effect of the tandem mass spectrometry with mTRAQ labeling was reconfirmed in comparison with the ICAT experiment. Among the 947 peptides identified in mTRAQ and ICAT, 704 peptides with the same charge amount were identified. As a result, about 80% of peptides showed an increase in XCorr value in mTRAQ, confirming that more peptides ending in lysine were observed than those ending on arginine (see FIG. 6).

또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 여러 종류의 펩티드 복합체를 동시에 상대정량할 수 있는지의 여부를 확인하고자 3 종류 펩티드 복합체를 이용한 동시 정량분석을 수행하여, 엔-메틸피페라진 아세트산 표지 치환은 2가지 시료에 포함된 단백질 및 펩티드의 상대정량뿐만 아니라, 적절한 동위 이성질체(isotopologue)의 조합에 따라 3가지 이상의 시료에 포함된 단백질 및 펩티드의 상대정량이 가능함을 확인하였다(도 7 및 8 참조).In addition, in a specific embodiment of the present invention, in order to confirm whether or not it is possible to simultaneously quantitate several peptide complexes, simultaneous quantitative analysis using three peptide complexes was carried out, and the N-methylpiperazine acetic acid label substitution was 2 In addition to the relative quantification of proteins and peptides included in the eggplant samples, it was confirmed that the relative quantification of proteins and peptides included in three or more samples was possible according to a combination of appropriate isopologues (see FIGS. 7 and 8).

따라서, 엔-메틸피페라진 아세트산(N-methylpiperazineacetic acid) 및 이의 동위이성질체(isotopologue)는 다양한 유래의 단백질 복합체를 서로 상대비교하는 데 유용하게 사용될 수 있고, 지금까지 단백질체를 정량하는 방법으로 잘 알려진 ICAT방법에 비해 단백질의 동정과 정량의 신뢰도를 향상시킴으로써 단백질 복합체 정량에 더 효과적임을 확인하였다.
Accordingly, N-methylpiperazineacetic acid and its isopologues can be usefully used to comparatively compare protein derivatives of various origins, and ICAT is well known as a method for quantifying protein bodies. Compared to the method, the protein identification and quantification reliability was improved, and thus it was confirmed that it was more effective in quantifying protein complexes.

이하, 본 발명을 하기 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples and experimental examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples and experimental examples are illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples and experimental examples.

<< 실시예Example 1> 피검 시료 준비 1> Test Sample Preparation

피검시료는 단백질 복합체가 들어 있는 임의의 시료를 7M 요소(urea), 2M 티오우레아(thiourea), 4% 챕스(CHAPS) 및 30 mM 트리스(Tris)로 구성된 용해 완충 용액(lysis buffer)에 녹인 후 아세톤으로 침전시켰다. 단백질 침전물은 3M 유레아(Urea)가 들어간 50 mM 트리스 완충 용액(Tris buffer, pH8.0)에 다시 녹이고, 50 mM tris(2-carboxyethyl phosphine)(TCEP)를 첨가한 다음, 60℃에서 한 시간 동안 환원시키고, 200 mM 메틸 메탄티오설포네이트(methyl methanethiosulfonate)를 첨가하여 25℃에서 10분 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 시료들을 50mM Tris(pH8.0)을 첨가해서 10배 희석시키고, 10:1(단백질:트립신) 비율로 트립신(Trypsin, Promega로부터 구입)을 처리하여 37oC에서 16시간 동안 반응시켰다. 이후, 반응이 종료된 시료는 C18 SPE 카트리지로 염을 제거하고 말려 시료를 준비하였다.
The test sample was dissolved in any sample containing the protein complex in a lysis buffer consisting of 7M urea, 2M thiourea, 4% CHAPS and 30 mM Tris. Precipitated with acetone. Protein precipitate was dissolved again in 50 mM Tris buffer (pH 8.0) containing 3M Urea, 50 mM tris (2-carboxyethyl phosphine) (TCEP) was added, and then at 60 ° C. for one hour. It was reduced, and 200 mM methyl methanethiosulfonate was added and reacted at 25 ° C. for 10 minutes. The reaction samples were diluted 10-fold by adding 50 mM Tris (pH 8.0) and treated with trypsin (Trypsin, purchased from Promega) at a ratio of 10: 1 (protein: trypsin) for 16 hours at 37 ° C. . Thereafter, the sample was completed by removing the salt and dried with a C18 SPE cartridge.

<< 실시예Example 2> 엔- 2> yen 메틸피페라진Methylpiperazine 아세트산 표지 치환 Acetic acid label substitution

상기 <실시예 1>에서 준비된 시료를 500 mM 트리에틸 암모늄 바이카보네이트(triethyl ammonium bicarbonate)로 녹인 후, 메틸피페라진(methylpiperazine, pH8.0)을 첨가하여 25℃에서 한 시간 동안 반응시켰다. 이때 비교하고자하는 두 가지 시료 중에 하나는 일반적인 엔-메틸피페라진(N-methylpiperazine, pH8.0)을 사용하여 반응시키고(이하 light mTRAQ으로 칭함), 다른 하나는 3개의 탄소가 13C로, 한 개의 질소가 15N으로 치환되어 일반적인 화합물보다 4 Da이 큰 동위이성질체(isotopologue, 이하 heavy mTRAQ으로 칭함)를 사용하여 반응시켰다.
The sample prepared in <Example 1> was dissolved in 500 mM triethyl ammonium bicarbonate, and methylpiperazine (methyl8.0) was added thereto and reacted at 25 ° C. for one hour. In this case, one of the two samples to be compared is reacted using a common N-methylpiperazine (N-methylpiperazine, pH 8.0) (hereinafter referred to as light mTRAQ), and the other one has three carbons of 13 C. Dogs were replaced with 15 N and isotopically reacted with an isopologue (hereinafter referred to as heavy mTRAQ) having 4 Da larger than the general compound.

<< 실시예Example 3> 질량 분석기를 이용한 질량분석스펙트럼 3> Mass spectrometry with mass spectrometer

반응이 끝난 시료는 서로 섞은 후에 역상 액체크로마토그래피가 장착된 질량분석기(예, Thermo Scientific의 LTQ XL-Orbitrap)를 사용하여 질량분석스펙트럼(MS spectrum)과 탠덤질량분석스펙트럼 (MS/MS spectrum)을 얻었다. 구체적으로, 액체크로마토그래피는 실리카(silica)가 코팅된 캐필러리(capillary)에 C18 레진(resin)을 충진한 컬럼에 10% ~ 40%의 아세토니트릴(acetonitrile) 그레디언트(gradient)를 흘려서 사용하였고, 질량분석은 MS 스펙트럼의 전체-스캔(full-scan)을 찍고 이중 가장 큰 세기의 피크(peak) 5개에 대해 연속적으로 MS/MS를 수행하였다.After the reaction, the samples are mixed with each other and a mass spectrometer equipped with reversed phase liquid chromatography (eg, Thermo Scientific's LTQ XL-Orbitrap) is used to perform mass spectrometry (MS spectrum) and tandem mass spectrometry (MS / MS spectrum). Got it. Specifically, liquid chromatography was used by flowing 10% to 40% of acetonitrile gradient in a column filled with C18 resin in a silica coated capillary. , Mass spectrometry, took a full-scan of the MS spectrum and performed MS / MS consecutively on five of the peaks of greatest intensity.

MS/MS 스펙트럼(spectrum)의 써치(search)는 데이터베이스 써치(database search) 프로그램(TurboSequest version 27, revision 12)을 사용하였고, 데이터베이스(Database)는 인체시료에 적용되는, 인간의 국제 단백질 인덱스 데이터베이스(human international protein index database; IPI, versions 3.44, European Bioinformatics Institute, http://www.ebi.ac.uk/IPI)를 사용하였다.
The MS / MS spectrum search was performed using a database search program (TurboSequest version 27, revision 12), which was applied to human samples. human international protein index database; IPI, versions 3.44, European Bioinformatics Institute, http://www.ebi.ac.uk/IPI).

<< 실험예Experimental Example 1> 엔- 1> yen 메틸피페라진Methylpiperazine 아세트산 표지 치환에 의한 펩티드 탠덤질량분석스펙트럼의 신뢰도 상승 효과 Reliability Improvement Effect of Peptide Tandem Mass Spectrometry by Acetic Acid Label Substitution

<1-1> <1-1> mTRAQmTRAQ 표지 치환에 따른 펩티드 동정 Peptide Identification by Label Substitution

엔-메틸피페라진 아세트산(N-methylpiperazine acetic acid; mTRAQ) 표지 치환에 따라 펩티드의 질량분석스펙트럼이 어떻게 달라지는지 확인하기 위해 사람의 혈장 단백질을 이용하여 펩티드 동정을 수행하였다. 구체적으로, mTRAQ을 표지한 혈장 시료와 표지하지 않은 혈장 시료를 40분간 액체크로마토그래피-질량분석을 수행하였다.Peptide identification was performed using human plasma proteins to determine how the mass spectrometry of peptides was changed by N-methylpiperazine acetic acid (mTRAQ) label substitution. Specifically, mTRAQ-labeled and unlabeled plasma samples were subjected to liquid chromatography-mass spectrometry for 40 minutes.

그 결과, mTRAQ을 표지한 시료와 표지하지 않은 시료, 각각에서 1,256 개와 1,452 개의 펩티드를 동정하였다. 이중 934개의 펩티드가 mTRAQ 표지 유무에 관계없이, 두 개의 시료로부터 동일하게 동정되었음을 확인하였다(도 2의 A).
As a result, 1,256 and 1,452 peptides were identified from samples labeled and labeled, respectively. Of these, 934 peptides were identified identically from the two samples, with or without mTRAQ labeling (FIG. 2A).

<1-2> <1-2> mTRAQmTRAQ 치환에 따른 탠덤질량분석스펙트럼의 신뢰도 비교 Reliability Comparison of Tandem Mass Spectrometry with Substitution

mTRAQ 치환에 따른 탠덤질량분석스펙트럼의 신뢰도를 비교하기 위해 동일하게 동정된 934개의 펩티드 중 전하량까지 동일한 625개 펩티드에 대한 MS/MS 스펙트럼을 수집하여 각 펩티드의 Xcorr(SEQUEST 서치 프로그램에서 동정의 신뢰도를 나타내는 척도) 값을 비교하였다. 하나의 펩티드가 하나 이상의 MS/MS 스텍트럼을 가지고 있는 경우에는 그 중에 높은 XCorr 값을 선택하였다. To compare the reliability of tandem mass spectrometry according to mTRAQ substitutions, MS / MS spectra were collected for the same 625 peptides up to the charge amount among the 934 peptides identically identified to determine the reliability of each peptide in the Xcorr (SEQUEST search program). Indicating scale) values were compared. If one peptide had more than one MS / MS spectrum, a high XCorr value was chosen among them.

그 결과, 625개의 펩티드 중 약 80%는 mTRAQ으로 표지된 시료에서 XCorr 값이 증가하였고, XCorr 값의 증가는 전하량 +3 보다 +2에서 주로 관찰되고, 아르기닌으로 끝나는 펩티드보다 리신으로 끝나는 펩티드에서 더 많이 관찰되었다(도 2의 B 참조). 또한, 일반적으로 CID로 파편화된 펩티드에서 y형 딸이온이 많고 b형 딸이온의 양은 상대적으로 적게 관찰되는 것에 비해, mTRAQ으로 표지된 펩티드는 b형 이온이 많이 관찰되었다 (도 3의 A).
As a result, about 80% of the 625 peptides had increased XCorr values in mTRAQ-labeled samples, and an increase in XCorr values was observed primarily at +2 rather than charge amount +3, and more on peptides ending in lysine than peptides ending with arginine. Much has been observed (see B of FIG. 2). In general, peptides labeled with mTRAQ showed more b-type ions, whereas cID fragmented peptides had higher y-type daughter ions and relatively smaller amounts of b-type daughter ions (FIG. 3A).

<1-3> <1-3> XcorrXcorr 값과 b형 이온 간 상관관계 확인 Correlation between value and b-type ion

앞에서 언급한 XCorr 값의 증가가 이렇게 증가된 b형 이온에서 기인하는 것인지를 확인하기 위해, 동정된 펩티드들의 b 이온과 y 이온의 매칭 정도를 모든 스펙트럼에서 확인하였고, 이를 위해 각 스펙트럼에 대해 b형 이온 또는 y형 이온만을 고려한 SEQUEST 서치를 수행하였다. In order to confirm whether the increase in the XCorr value mentioned above is due to this increased type b ion, the matching degree of b ion and y ion of the identified peptides was confirmed in all spectra, and for this, type b for each spectrum SEQUEST search was performed considering only ions or y-type ions.

그 결과, XCorr 값이 증가되었던 펩티드들의 경우 mTRAQ으로 표지된 펩티드가 그렇지 않은 펩티드에 비해 높은 b 이온 매칭을 보일 뿐 아니라, y 이온의 매칭 역시 mTRAQ으로 표지된 펩티드에서 증가하는 것이 확인되었다(도 3의 B). As a result, for peptides with increased XCorr values, not only did the mTRAQ-labeled peptide show higher b ion matching than the peptide that was not, and the matching of y ions also increased in the mTRAQ-labeled peptide (FIG. 3). B).

따라서, mTRAQ으로 표지된 이후 b형 이온 파편이 증가함으로써 전체적인 펩티드 텐덤질량분석스펙트럼의 신뢰도가 상승하였음을 알 수 있었다.
Therefore, it was found that the reliability of the overall peptide tandem mass spectrometry was increased by increasing the b-type ion fragment after labeling with mTRAQ.

<< 실험예Experimental Example 2> 엔-메틸피페라진 아세트산 표지 치환법을 이용한 표준 단백질 및 혈장 시료의 정량분석  2> Quantitative Analysis of Standard Protein and Plasma Samples Using N-Methylpiperazine Acetic Acid Label Substitution

<2-1> 표준 단백질 시료 분석<2-1> Standard Protein Sample Analysis

질량분석의 MS 스펙트럼을 통한 상대 정량에서 엔-메틸피페라진 아세트산(N-methylpiperazine acetic acid)의 유용성을 확인하고자, 소에서 얻은 표준 단백질 혼합물과 사람의 혈장 시료를 mTRAQ으로 표지하였다. To confirm the usefulness of N-methylpiperazine acetic acid in relative quantification through MS spectra of mass spectrometry, a standard protein mixture from bovine and human plasma samples were labeled with mTRAQ.

구체적으로, 표준 단백질 시료는 소에서 얻은 알파-락토알부민(alpha-lactalbumin), 베타-카제인(beta-casein), 세로트랜스페린(serotransferrin), 알파-에스1-카제인(alpha-S1-casein), 알파-에스2-카제인(alpha-S2-casein), 췌장의 리보뉴클레아제(pancreatic ribonuclease)를 섞어 준비하였다. 표준 시료 1(Std1)은 상기 단백질 순서대로 10 ug, 10 ug, 20 ug, 25 ug, 25 ug 및 10 ug을 섞어 준비하였고, 표준 시료 2(Std2)는 10 ug, 20 ug, 10 ug, 5 ug, 5 ug 및 50ug을 섞어 준비하였다. 이후, 상기 <실시예 1> 및 <실시예 2>의 방법에 따라, 표준시료 1(Std 1)과 표준시료 2(Std 2)를 각각 반으로 나누어 총 4개의 시료로 만든 뒤, light 또는 heavy mTRAQ으로 표지하여 light로 표지된 표준시료 1(Std1L), heavy로 표지된 표준시료 1 (Std1H), 마찬가지로 각각, light와 heavy로 표지된 표준시료 2(Std2L, Std2H)를 준비하여 상기 <실시예 3>과 같은 방법으로 질량분석스펙트럼을 수행하였다. Specifically, standard protein samples include alpha-lactalbumin, beta-casein, serotransferrin, alpha-S1-casein and alpha obtained from cattle. -S-casein (alpha-S2-casein), pancreatic ribonuclease was prepared by mixing. Standard sample 1 (Std1) was prepared by mixing 10 ug, 10 ug, 20 ug, 25 ug, 25 ug and 10 ug in the above protein sequence, and standard sample 2 (Std2) was 10 ug, 20 ug, 10 ug, 5 Prepared by mixing ug, 5 ug and 50ug. Thereafter, according to the method of <Example 1> and <Example 2>, the standard sample 1 (Std 1) and the standard sample 2 (Std 2) are divided into two and made into a total of four samples, and then light or heavy Standard sample 1 (Std1L) labeled with light and labeled with mTRAQ, Standard sample 1 (Std1H) labeled with heavy, likewise prepared standard sample 2 (Std2L, Std2H) labeled with light and heavy, respectively, Mass spectrometry was performed in the same manner as in 3>.

그 결과, 두 종류의 정량 실험(Std1L vs Std2H, Std2L vs Std1H)을 통해 여섯 종류의 단백질이 최소 8개에서 51개의 단일 펩티드로 동정되었음을 확인하였고, 관찰된 모든 펩티드의 N-말단과 리신 잔기의 아미노기에 mTRAQ이 표지되었음을 확인하였다. 또한, mTRAQ으로 표지된 표준 단백질의 정량결과는 표준시료의 예상 값과 같은 경향을 보였고, 여섯 종류의 단백질에 대한 관찰된 값과 예상 값의 차이 값은 4%에서 27.6%이며, CV 값은 0%에서 15.5%로 나타났다(표 1).
As a result, two kinds of quantitative experiments (Std1L vs Std2H, Std2L vs Std1H) confirmed that six proteins were identified as at least 8 to 51 single peptides, and the N-terminus and lysine residues of all observed peptides were identified. It was confirmed that mTRAQ was labeled with the amino group. In addition, the quantitative results of the mTRAQ-labeled standard protein showed the same tendency as the expected value of the standard sample. The difference between the observed value and the expected value for the six kinds of proteins was 4% to 27.6%, and the CV value was 0. The percentage was 15.5% (Table 1).

시료sample 표준시료 1(Light)
vs 표준시료 2(Heavy)
Standard Sample 1 (Light)
vs Standard Sample 2 (Heavy)
표준시료 1(Heavy)
vs 표준시료 2(Light)
Standard Sample 1 (Heavy)
vs Standard Sample 2 (Light)
단백질protein 실제
(observed)
비율
평균±표준편차
real
(observed)
ratio
Mean ± Standard Deviation
예상
(expected)
비율
prediction
(expected)
ratio
차이
(error)
(%)
Difference
(error)
(%)
실제
(observed)
비율
평균±표준편차
real
(observed)
ratio
Mean ± Standard Deviation
예상
(expected)
비율
prediction
(expected)
ratio
차이
(error)
(%)
Difference
(error)
(%)
알파-락트알부민
(Alpha-lactalbumin)
Alpha-lactalbumin
(Alpha-lactalbumin)
0.96 ± 0.030.96 ± 0.03 1One -4 -4 0.93 ± 0.060.93 ± 0.06 1One -7-7
베타-카제인
(Beta-casein)
Beta-casein
(Beta-casein)
0.43 ± 0.000.43 ± 0.00 0.50.5 -14 -14 1.56 ± 0.061.56 ± 0.06 22 -22-22
세로트랜스페린
(Serotransferrin)
Serotransferin
(Serotransferrin)
1.87 ± 0.131.87 ± 0.13 22 -6.5 -6.5 0.42 ± 0.040.42 ± 0.04 0.50.5 -16-16
알파-에스1-카제인
(Alpha-S1-casein)
Alpha-S1-casein
(Alpha-S1-casein)
3.93 ± 0.373.93 ± 0.37 55 -21.4 -21.4 0.18 ± 0.010.18 ± 0.01 0.20.2 -10-10
알파-에스2-카제인
(Alpha-S2-casein)
Alpha-S2-casein
(Alpha-S2-casein)
3.62 ± 0.233.62 ± 0.23 55 -27.6 -27.6 0.21 ± 0.020.21 ± 0.02 0.20.2 5
5
췌장 리보뉴클레아제
(Ribouclease
pancreatic)
Pancreatic ribonucleases
Ribouclease
pancreatic)
0.17 ± 0.020.17 ± 0.02 0.20.2 -15 -15 4.52 ± 0.74.52 ± 0.7 55 -9.6-9.6

<2-2> 사람 혈장 시료 분석<2-2> Human Plasma Sample Analysis

사람의 혈장 시료에서 mTRAQ 표지 치환 후 전체 스캐닝(full-scan)을 통한 정량 실험을 수행하였다. 구체적으로, 인간 혈장 시료는 Agilent사의 MARS 컬럼을 이용하여 혈장에 있는 양이 많은 6가지의 단백질을 제거하고, 한외여과(ultrafiltration)를 통하여 농축하였다. 동일한 시료를 반으로 나누어 하나는 light mTRAQ를 다른 하나는 heavy mTRAQ를 표지하기 위해 준비하였다. 이후, 혈장성분에서 상대적으로 양이 많은 6개의 단백질을 제거한 뒤 반으로 나누어 하나는 light mTRAQ으로 표지하고, 다른 하나는 heavy mTRAQ으로 표지한 뒤, 두 시료를 섞고 액체크로마토그래피-질량분석을 수행하였다.Quantitative experiments were performed by full-scan after mTRAQ label substitution in human plasma samples. Specifically, the human plasma sample was removed by using a MARS column of Agilent's MAR 6 large amounts of protein and concentrated through ultrafiltration (ultrafiltration). The same sample was divided in half and one was prepared to label the light mTRAQ and the other to label the heavy mTRAQ. Subsequently, after removing the six relatively large amounts of protein from plasma components, one was labeled in half with light mTRAQ and the other was labeled with heavy mTRAQ, and then the two samples were mixed and subjected to liquid chromatography-mass spectrometry. .

그 결과 신뢰도 90% 이상인 867개의 펩티드를 동정하였으며, 각 펩티드의 정량결과를 log2로 치환하여 그래프로 그렸을 때, 평균±표준편차가 -0.0009 ± 0.4537로 종 모양의 분포를 보이고, light/heavy의 비율 평균이 0.9994이며, 95%의 펩티드들이 0.67에서 1.56에 분포하여 높은 신뢰도로 정량되었음을 알 수 있다(도 4).
As a result, 867 peptides with more than 90% reliability were identified, and the mean ± standard deviation was -0.0009 ± 0.4537 and showed a bell-shaped distribution when the quantitative results of each peptide were replaced by log2. The average is 0.9994, it can be seen that 95% of the peptides were quantified with high reliability, ranging from 0.67 to 1.56 (Fig. 4).

<< 실험예Experimental Example 3> 대장암 조직 시료를 이용한 엔- 3> N- Using Colorectal Cancer Tissue Samples 메틸피페라진Methylpiperazine 아세트산 표지 치환법 정량분석과  Acetic acid label substitution method ICATICAT 정량분석의 비교 Comparison of Quantitative Analysis

대장암 조직과 주변 대장조직 추출물에 대하여 mTRAQ 표지 치환법에 의한 상대정량과 ICAT에 의한 상대정량을 비교분석하기 위하여 MSS형 대장암 환자로부터 얻은 암 조직과 주변 정상 조직들을 mTRAQ과 ICAT으로 표지하여 질량분석스펙트럼을 비교분석하였다.To compare and analyze the relative quantification by mTRAQ-labeled substitution and the relative quantification by ICAT, colorectal cancer and peripheral colon tissue extracts were labeled with mTRAQ and ICAT. Analysis spectra were compared.

구체적으로, 대장암 조직시료는 MSS형 암 조직과 그에 매칭되는 주변 대장조직을 3명의 환자에게 받아 사용하였다. 상기 얻어진 조직을 생리식염수로 세척한 후 7M urea, 2M thiourea, 4% CHAPS, 30mM Tris로 구성된 용해 완충 용액(lysis buffer)을 사용하여 녹이고 아세톤으로 침전한 후, 다시 3M Urea가 포함된 50 mM 트리스 완충 용액(Tris buffer, pH 8.0)에 녹인 다음, 암 조직은 heavy mTRAQ으로 표지하고 주변 대장조직은 light mTRAQ를 표지하였고, 이와 동일하게 각 시료를 ICAT으로 표지한 후, 액체크로마토그래피-정량분석을 수행하였다.Specifically, colorectal cancer tissue samples were used to receive the MSS type cancer tissue and the surrounding colon tissue matched to three patients. The obtained tissue was washed with physiological saline, dissolved using a lysis buffer consisting of 7M urea, 2M thiourea, 4% CHAPS, and 30 mM Tris, precipitated with acetone, and then 50 mM tris containing 3M Urea. After dissolving in buffer buffer (Tris buffer, pH 8.0), cancer tissues were labeled with heavy mTRAQ and surrounding colon tissues were labeled with light mTRAQ, and each sample was labeled with ICAT, followed by liquid chromatography-quantitative analysis. Was performed.

그 결과, mTRAQ 표지 치환법을 통해 13,250개, ICAT 방법을 통해 5,147개의 단일한 펩티드가 동정되었고, 그 중 947개는 두 실험에서 공통으로 동정되었다. 또한, 각 실험에서 2,418개와 1,955개의 단백질이 동정되었고, 두 실험을 통해서 총 3,290개의 단백질을 동정하였으며, 이중 1,083개의 단백질은 두 실험에서 공통으로 동정되었다(도 5의 A).As a result, 13,250 single peptides were identified by mTRAQ label substitution method and 5,147 single peptides were identified by ICAT method, of which 947 were identified in common in both experiments. In addition, 2,418 and 1,955 proteins were identified in each experiment, and a total of 3,290 proteins were identified through the two experiments, of which 1,083 proteins were commonly identified in both experiments (A of FIG. 5).

하지만, mTRAQ 치환법에서 시스틴을 가진 펩티드로 동정된 173개의 단백질은 ICAT에서는 동정되지 않았고, ICAT에서 동정된 펩티드의 18%는 mTRAQ에서 공통으로 동정되었으며, ICAT 실험을 통해 동정된 단백질의 55%는 mTRAQ에서도 공통으로 동정되었다. 또한, mTRAQ 치환법의 경우 519(21%)개의 단백질이 하나의 펩티드를 통해 동정되었고, 455(23%)개의 단백질은 ICAT 정량방법에서 공통으로 동정되었음을 확인하였다. 뿐만 아니라, mTRAQ 실험에서의 2,418개의 단백질 중에 59%는 1개에서 4개의 단일한 펩티드로 동정되었고, 44%는 1개에서 4개의 scan으로 동정되었으며, 그에 반해 ICAT 정량방법에서는 72%는 1개에서 4개의 단일한 펩티드로 동정되었고, 65%는 1개에서 4개의 scan으로 동정되었다. However, 173 proteins identified as peptides with cystine in mTRAQ substitutions were not identified in ICAT, 18% of peptides identified in ICAT were commonly identified in mTRAQ, and 55% of proteins identified in ICAT experiments. It was also commonly identified in mTRAQ. In addition, in the case of mTRAQ substitution method, 519 (21%) proteins were identified through one peptide, and 455 (23%) proteins were identified by ICAT quantification method in common. In addition, 59% of the 2,418 proteins in the mTRAQ experiment were identified as 1 to 4 single peptides, 44% as 1 to 4 scans, whereas 72% were 1 in the ICAT assay. Were identified as four single peptides, and 65% were identified from 1 to 4 scans.

따라서, mTRAQ 표지 치환을 통해 ICAT 치환을 통한 실험보다 많은 수의 펩티드를 동정할 수 있음을 확인하였고, mTRAQ과 ICAT에서 공통으로 동정된 펩티드와 단백질의 정량결과를 log2로 치환하여 그래프를 그려보았을 때, 펩티드간의 상관계수는 0.842, 단백질간의 상관계수는 0.707로 mTRAQ과 ICAT을 통한 정량실험 결과가 서로 잘 일치함을 알 수 있었다(도 5의 B).Therefore, it was confirmed that mTRAQ-labeled substitution could identify more peptides than experiments using ICAT substitution. When quantitative results of peptides and proteins commonly identified in mTRAQ and ICAT were substituted by log 2, a graph was drawn. , The correlation coefficient between peptides was 0.842, and the correlation coefficient between proteins was 0.707, which indicates that the results of quantitative experiments using mTRAQ and ICAT were in good agreement with each other (FIG. 5B).

이를 통해 앞서 언급한 mTRAQ 표지를 통한 텐덤질량분석스펙트럼의 신뢰도 상승효과를 ICAT 실험과 비교한 결과에서 재확인할 수 있었으며, mTRAQ과 ICAT에서 공통으로 동정된 947개의 펩티드 중에서 같은 전하량을 갖는 704개의 펩티드를 확인결과, 약 80%의 펩티드가 mTRAQ에서 XCorr 값의 증가를 보여, 리신으로 끝나는 펩티드가 아르기닌으로 끝나는 펩티드보다 더 많이 관찰됨을 확인하였다(도 6).
As a result, the synergistic effect of the tandem mass spectrometry with mTRAQ labeling was reconfirmed in comparison with the ICAT experiment. Among the 947 peptides identified in mTRAQ and ICAT, 704 peptides with the same charge amount were identified. As a result, about 80% of peptides showed an increase in XCorr value in mTRAQ, confirming that more peptides ending in lysine were observed than peptides ending in arginine (FIG. 6).

<< 실험예Experimental Example 4> 엔- 4> Yen 메틸피페라진Methylpiperazine 아세트산 표지 치환에 의한 3 종류의 펩티드 복합체 동시 정량분석 Simultaneous Quantitative Analysis of Three Peptide Complexes by Acetic Acid Label Substitution

상기 <실시예 2> 및 <실시예 3>에서 질량분석의 MS 스펙트럼을 통한 펩티드 복합체 2종류의 상대 정량에서 엔-메틸피페라진 아세트산(N-methylpiperazine acetic acid)의 표지 치환을 통한 정량의 정확성 및 동정의 우수성을 확인하였고, 동일한 방법에 의해 여러 종류의 펩티드 복합체를 동시에 상대정량할 수 있는지의 여부를 확인하고자 3 종류 펩티드 복합체를 이용한 동시 정량분석을 수행하였다.Accuracy of quantification by label substitution of N-methylpiperazine acetic acid in the relative quantification of two peptide complexes through MS spectra of mass spectrometry in <Example 2> and <Example 3> The superiority of the identification was confirmed, and simultaneous quantitative analysis using the three peptide complexes was performed to confirm whether or not relative quantification of several peptide complexes could be performed simultaneously by the same method.

구체적으로, 세 종류의 표준 복합시료를 준비하고, 각각을 트립신으로 절단한 후, light mTRAQ, heavy mTRAQ, 및 질소 원자 2개와 탄소 원자 6개가 각각 15N, 13C로 치환된 3번째 동위 이성질체(이하 Δ8 mTRAQ로 명명)로 표지하였다. 표준복합시료 1은 알파-락토알부민(alpha-lactalbumin), 베타-카제인(beta-casein), ㅅ세세로트랜스페린(transferrin), 알파-에스1-카제인(alpha-S1-casein), 알파-에스2-카제인(alpha-S2-casein) 및 판크리아틱 리보뉴클레이즈(pancreatic ribonuclease)가 각각 1 mg, 5 mg, 10 mg, 0.5 mg, 0.5 mg 및 3 mg이 들어있고, light mTRAQ로 표지하였다. 표준 복합시료 2는 상기 단백질이 순서대로 각각 5 mg, 10 mg, 1 mg, 0.5 mg, 0.5 mg 및 3 mg 들어 있고, heavy mTRAQ로 표지하였으며, 표준복합시료 3은 상기 단백질이 순서대로 각각 10 mg, 1 mg, 5 mg, 1.5 mg, 1.5 mg, 1 mg 들어 있으며, Δ8 mTRAQ으로 표지하였다. 이후, 표지한 표준복합시료 3 종류를 한데 섞은 후 트립신으로 절단하였지만 엔-메틸피페라진 아세트산으로 표지하지 않은 혈장 시료를 첨가하여 시료를 복잡하게 만든 다음, 액체크로마토그래피-질량분석을 수행하였다. Specifically, three standard composite samples were prepared, each cut with trypsin, and then light mTRAQ, heavy mTRAQ, and a third isotope in which two nitrogen and six carbon atoms were substituted with 15 N and 13 C, respectively ( Δ8 mTRAQ). Standard composite sample 1 is alpha-lactalbumin, beta-casein, ceserotransferrin, alpha-S1-casein, alpha-S2 -Casein (alpha-S2-casein) and pancreatic ribonuclease contained 1 mg, 5 mg, 10 mg, 0.5 mg, 0.5 mg and 3 mg, respectively, and were labeled with light mTRAQ. Standard complex sample 2 contained 5 mg, 10 mg, 1 mg, 0.5 mg, 0.5 mg and 3 mg of the protein in order, respectively, and was labeled with heavy mTRAQ. , 1 mg, 5 mg, 1.5 mg, 1.5 mg, 1 mg, and labeled with Δ8 mTRAQ. Thereafter, three kinds of labeled standard composite samples were mixed together, cut into trypsin, but plasma samples not labeled with N-methylpiperazine acetic acid were added to make the sample complex, and then liquid chromatography-mass spectrometry was performed.

그 결과, 표준단백질의 펩티드 절편 및 혈장의 펩티드 절편 등을 포함하여 총 779개의 펩티드 절편이 동정되었고, 단백질 수로는 79개가 동정되었으며, 표준단백질 6종은 모두 검출되었다. 알파-락토알부민(alpha-lactalbumin)은 30개의 펩티드로, 베타-카제인(beta-casein)은 3개의 펩티드로, 세로트랜스페린(serotransferrin)은 46개의 펩티드로, 알파-에스1-카제인(alpha-S1-casein)은 11개의 펩티드로, 알파-에스2-카제인(alpha-S2-casein)은 9개의 펩티드로, 판크리아틱 리보뉴클레이즈(pancreatic ribonuclease)는 8개의 펩티드로 동정되었음을 확인하였다. 이중 알파-락토알부민(alpha-lactalbumin)의 펩티드 VGINYWLAHK 및 세로트랜스페린(serotransferrin)의 펩티드 GEADAMSLDGGYLYIAGK를 도 7과 도 8에 나타내었다. As a result, a total of 779 peptide fragments were identified, including peptide fragments of standard protein and peptide fragments of plasma, 79 proteins were identified, and all six standard proteins were detected. Alpha-lactalbumin is 30 peptides, beta-casein is 3 peptides, serotransferrin is 46 peptides, alpha-S1-casein (alpha-S1) -casein was identified as 11 peptides, alpha-S2-casein was identified as 9 peptides, and pancreatic ribonuclease was identified as 8 peptides. Peptides VGINYWLAHK of alpha-lactalbumin and peptide GEADAMSLDGGYLYIAGK of serotransferrin are shown in FIGS. 7 and 8.

또한, 용출 시간 12.61분에 나타나는 세 쌍의 피크 (m/z= 740.93, 744.94, 748.94)는 MS/MS 스펙트럼에서 거의 모든 절단된 이온이 VGINYWLAHK(서열번호: 1) 펩티드의 절편 이론질량과 맞아떨어졌고, MS 스펙트럼에서 표준시료 1, 2, 3의 정량비 1 : 5 : 10이 제대로 구현되어 있음을 알 수 있었을 뿐 아니라, 용출시간 15.54분에 나타나는 세 쌍의 피크(m/z= 1056.04, 1060.04, 1064.05)도 MS/MS 스펙트럼에서 거의 모든 절단된 이온이 GEADAMSLDGGYLYIAGK(서열번호: 2) 펩티드의 절편 이론질량과 맞아떨어졌고, MS 스펙트럼에서 표준시 료1, 2, 3의 정량비 10 : 1: 5가 제대로 구현되어 있음을 알 수 있었다.In addition, three pairs of peaks (m / z = 740.93, 744.94, 748.94) appearing at 12.61 minutes of elution time showed that almost all cleaved ions in the MS / MS spectrum matched the fragment theoretical mass of the VGINYWLAHK (SEQ ID NO: 1) peptide. In addition, it was found that the quantitative ratios 1: 5: 10 of standard samples 1, 2, and 3 were correctly implemented in the MS spectrum, as well as three pairs of peaks (m / z = 1056.04, 1060.04) at 15.54 min. , 1064.05) Almost all cleaved ions in the MS / MS spectrum fit the fragmented theoretical mass of the GEADAMSLDGGYLYIAGK (SEQ ID NO: 2) peptide, and the quantitative ratios of standard samples 1, 2, and 3 in the MS spectrum were 10: 1: 5 Was found to be properly implemented.

따라서, 엔-메틸피페라진 아세트산 표지 치환은 2가지 시료에 포함된 단백질 및 펩티드의 상대정량뿐만 아니라, 적절한 동위 이성질체(isotopologue)의 조합에 따라 3가지 이상의 시료에 포함된 단백질 및 펩티드의 상대정량이 가능함을 알 수 있다.
Thus, N-methylpiperazine acetic acid label substitutions are not only relative quantities of proteins and peptides contained in the two samples, but also relative amounts of proteins and peptides contained in three or more samples depending on the appropriate isopologue combination. It can be seen that.

상기에서 보는 바와 같이, 본 발명의 펩티드 아미노기 치환용 화합물 엔-메틸 피페라진 아세트산의 동위 이성질체 및 질량 분석기를 이용한 펩티드 정량 방법은 기존 정량 방법에 비해 높은 신뢰도로 펩티드를 정량할 수 있으므로, 이를 이용하여 질환 바이오 마커 개발을 위한 펩티드 및 단백질 정량에 유용하게 이용할 수 있다.As described above, the peptide quantification method using the isomer and mass spectrometer of the compound en-methyl piperazine acetic acid for peptide amino group substitution of the present invention can quantitate peptides with higher reliability than conventional quantification methods. It can be usefully used for quantifying peptides and proteins for disease biomarker development.

<110> Korea Institute of Science and Technology <120> A mass spectrometric method of peptide quantitation by labeling peptides with N-methylpiperazine acetic acid and its isotopologue <130> 10p-03-17 <160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 10 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> alpha-lactalbumin peptide <400> 1 Val Gly Ile Asn Tyr Trp Leu Ala His Lys 1 5 10 <210> 2 <211> 18 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> serotransferrin peptide <400> 2 Gly Glu Ala Asp Ala Met Ser Leu Asp Gly Gly Tyr Leu Tyr Ile Ala 1 5 10 15 Gly Lys <110> Korea Institute of Science and Technology <120> A mass spectrometric method of peptide quantitation by labeling          peptides with N-methylpiperazine acetic acid and its isotopologue <130> 10p-03-17 <160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 10 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> alpha-lactalbumin peptide <400> 1 Val Gly Ile Asn Tyr Trp Leu Ala His Lys   1 5 10 <210> 2 <211> 18 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> serotransferrin peptide <400> 2 Gly Glu Ala Asp Ala Met Ser Leu Asp Gly Gly Tyr Leu Tyr Ile Ala   1 5 10 15 Gly lys        

Claims (6)

1) 피검시료에 단백질 분해효소를 처리하여 펩티드로 절단하는 단계;
2) 하기의 [화학식 1]로 기재되는 화합물의 구성원소 중 C, N, O 또는 H의 일부 또는 전부가 13C, 15N, 18O 또는 2H로 치환된 동위 이성질체(isotopologue) 화합물을 제조하는 단계;
[화학식 1]
Figure pat00003
,
이때, R은 카르복실산을 보호하는 보호기;
3) 단계 1)에서 절단된 두 가지 이상의 펩티드 시료에 서로 다른 상기 단계 2)에서 제조된 동위 이성질체 화합물을 각각 처리하여 표지하는 단계;
4) 표지된 펩티드 시료를 혼합하는 단계;
5) 혼합된 시료를 질량분석장치를 이용하여 MS 스펙트럼 및 MS/MS 스펙트럼을 스캔하는 단계; 및
6) MS/MS 스펙트럼을 분석하여 펩티드를 동정 및 정량하는 단계를 포함하는 엔-메틸피페라진 아세트산 표지 치환을 이용한 펩티드 정량 방법.
1) treating the test sample with a protease and cleaving the peptide;
2) preparing an isopologue compound in which part or all of C, N, O or H is substituted with 13 C, 15 N, 18 O or 2 H among the members of the compound represented by the following [Formula 1] Making;
[Formula 1]
Figure pat00003
,
In this case, R is a protecting group for protecting the carboxylic acid;
3) labeling the two or more peptide samples cleaved in step 1) by treating the different isotope compounds prepared in step 2), respectively;
4) mixing the labeled peptide sample;
5) scanning the mixed sample with MS mass spectrometry and MS / MS spectra using a mass spectrometer; And
6) Peptide quantification method using en-methylpiperazine acetic acid label substitution comprising analyzing MS / MS spectra to identify and quantify peptides.
제 1항에 있어서, 상기 단계 1)의 단백질 분해효소는 트립신(trypsin)인 것을 특징으로 하는 펩티드 정량 방법.
The method of claim 1, wherein the protease of step 1) is trypsin.
제 1항에 있어서, 상기 단계 2)의 [화학식 1]에서 R 잔기는 카르복실산을 보호하는 보호기로써, 메틸, 벤질, t-부틸, 트리메디실린, 디클로로페놀(2,3-dichlorophenol), 테트라플로로페놀(2,3,5,6-tetrafluorophenol), 테트라플로로설포페놀(2,3,5,6-tetrafluoro-4-sulfophenol), 엔-하이드록시숙시마이드(N-hydroxysuccimide) 또는 엔-하이드록시설포숙시마이드(N-hydroxysulfosuccinimide)로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 펩티드 정량 방법.
The method of claim 1, wherein in the formula (1) of step 2) as the protecting group to protect the carboxylic acid, methyl, benzyl, t-butyl, trimediline, dichlorophenol (2,3-dichlorophenol), Tetrafluorophenol (2,3,5,6-tetrafluorophenol), tetrafluorosulfophenol (2,3,5,6-tetrafluoro-4-sulfophenol), N-hydroxysuccimide or ethylene Peptide quantification method, characterized in that any one selected from the group consisting of N-hydroxysulfosuccinimide.
제 3항에 있어서, 상기 R 잔기는 엔-하이드록시숙시마이드(N-hydroxysuccimide)인 것을 특징으로 하는 펩티드 정량 방법.
The method of claim 3, wherein the R residue is N-hydroxysuccimide.
제 1항에 있어서, 단계 4)의 질량분석장치는 MALDI 또는 ESI인 것을 특징으로 하는 펩티드 정량 방법.
2. The method of claim 1, wherein the mass spectrometer of step 4) is MALDI or ESI.
제 1항에 있어서, 단계 6)의 분석은 상업적으로 입수 가능한 소프트웨어 프로그램 또는 데이터베이스를 이용하는 것을 특징으로 하는 펩티드 정량 방법.The method of claim 1, wherein the analysis of step 6) uses a commercially available software program or database.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102944604A (en) * 2012-07-18 2013-02-27 中国科学院上海有机化学研究所 Use of piperazinopyrimidine isotope labeling reagent
CN103884807A (en) * 2012-12-19 2014-06-25 中国科学院大连化学物理研究所 <18>O on-line marked protein quantitative analysis platform, and operation method thereof

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