WO2004019026A1 - レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法 - Google Patents

レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法 Download PDF

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Yoshihide Hayashizaki
Isao Tanihata
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Yoshihide Hayashizaki
Isao Tanihata
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Definitions

  • the present invention relates to a method for analyzing a protein using laser ablation.
  • the present invention relates to a method for analyzing a protein using laser ablation, which has made it possible to significantly improve the efficiency of analysis as compared with conventional methods.
  • the mass of a protein contained in a sample collected from a living body The present invention relates to a method for analyzing a protein using laser ablation suitable for analysis.
  • the principle of such mass spectrometry is that a sample is ionized by various methods, ions obtained by ionization are separated according to mass / charge, and the intensity of each separated ion is measured.
  • conventional mass spectrometry of proteins involves adding electrons to the protein itself and ionizing it, analyzing its mass, or converting high molecular weight molecules into low molecular weight molecules. Then, mass spectrometry was performed, and the constituent molecules were compared.
  • conventional ion generation methods in protein mass spectrometry include, for example, secondary ion mass spectrometry (S IMS) in which high-energy atomic ions collide with a protein to ionize it, and low-molecular-weight molecules by electron impact.
  • S IMS secondary ion mass spectrometry
  • ED electron ionization
  • MALD I matrix-assisted laser ionization
  • mass spectrometry of a sample labeled with an isotope during chemical analysis includes, for example, a laser atomization resonance ionization (LAR IMP) method in which a nanosecond laser is used for atomization. It has been known.
  • LAR IMP laser atomization resonance ionization
  • the present invention has been made in view of the various problems of the conventional technology as described above, and an object of the present invention is to convert various proteins such as proteins contained in a specimen collected from a living body. This is a method for analyzing proteins using laser ablation, which generates atomic ions of the constituent atoms and analyzes the generated atomic ions, so that it is not necessary to use a high-resolution analyzer.
  • An object of the present invention is to provide a method for analyzing proteins using laser ablation. More specifically, for example, when performing mass spectrometry of various proteins such as proteins contained in a specimen collected from a living body, it is possible to eliminate the possibility that mass spectrum analysis becomes difficult and to use a mass spectrometer.
  • the aim is to use a mass spectrometry method for proteins using laser ablation that does not require high resolution.
  • the aim of the present invention is to simultaneously realize the atomization and ionization of the constituent atoms constituting various proteins such as proteins contained in the specimen collected from the living body with a single laser source. It is intended to simulate a method of analyzing proteins using laser ablation, which has made it possible to greatly simplify laser irradiation control.
  • an object of the present invention is to use a laser application that enables efficient analysis even in a situation where various types of labeled isotopes are mixed. It tries to analyze the protein that was used. Disclosure of the invention
  • the protein analysis method using laser aspiration comprises ablating various proteins such as proteins contained in a specimen collected from a living body with an ultrashort pulse laser beam.
  • the proteins are atomized into atoms to generate atomic ions, and the generated atomic ions are analyzed.
  • chemical analysis of various proteins can be performed.
  • various proteins such as proteins contained in a specimen collected from a living body are ablated with an ultrashort pulse laser beam, whereby the proteins are separated. This is to decompose and atomize each atom that constitutes the protein, and at the same time ionize the atomized atom into a monovalent ion, and analyze the atomic ion generated by this ionization. This enables quantitative analysis.
  • mass spectrometry is performed on low-mass atomic ions, which makes it difficult to determine the angle of the mass spectrum. Not only can fear be eliminated, but there is no need to use a mass spectrometer with high resolution.
  • the protein is ablated with one type of ultrashort pulse laser light.
  • the atomization and ionization of the labeling element can be performed simultaneously with one type of ultrashort pulse laser light, so that the analysis work is significantly reduced.
  • the simplification is possible, and the efficiency of the analysis can be significantly improved as compared with the conventional method.
  • each labeled atom can be ionized, which makes it easy to apply to multi-labeled systems, and enables highly accurate and efficient analysis of macromolecules. That is, in the present invention, a protein to be analyzed is irradiated with a laser beam to ablate the protein, thereby atomizing the protein into its constituent elements, ionizing the atomized constituent elements, and ionizing it.
  • a method for analyzing a protein using laser ablation for analyzing constituent elements wherein a laser beam for irradiating a protein to be analyzed and ablating the protein is an ultrashort pulse laser beam,
  • the chip on which the protein is immobilized is irradiated with the ultrashort laser beam, and the protein immobilized on the chip is abraded with the ultrashort pulse laser beam.
  • the protein is atomized into constituent elements and ionized at the same time, and the ionized constituent elements are analyzed.
  • the present invention provides a method in which the above-mentioned protein-immobilized chip is bonded to a substance which specifically binds to the specific protein immobilized on the chip, by reacting the specific protein with the substance.
  • the specific protein was immobilized on a chip.
  • the substance that specifically binds to the specific protein is a molecule having a specific binding property to the protein.
  • the present invention provides a molecule having a specific binding property to the protein as a nucleic acid that specifically binds to a protein.
  • the substance that specifically binds to the specific protein is a protein that exhibits a specific binding action between proteins.
  • the present invention provides an antibody as a protein that exhibits a specific binding action between the above proteins.
  • the present invention provides a chip on which the protein is immobilized, wherein the chip on which the antibody is immobilized is coated with a solution containing the protein which reacts with the antibody, and the protein corresponding to the antibody is reacted with the antibody; It is prepared by binding a protein that reacts with the antibody and the antibody.
  • the present invention provides an element label for the protein immobilized on the chip.
  • the element label is a stable isotope label.
  • the element label is labeled using a puromycin derivative.
  • the element label is labeled by a sandwich method.
  • the element label is a label directly labeled on a protein in a sample.
  • the above-mentioned chip is a chip that has been made into a manolech.
  • the present invention provides a method of mixing a sample containing a protein to be analyzed and a labeled protein solution obtained by labeling the protein to be analyzed and applying the mixed solution to the chip, and A cometiti velocity assay for competitively binding a substance that specifically binds to the target protein and the labeled protein to the labeled protein was performed, and the specific protein was immobilized on the chip. Things.
  • the present invention provides an ultrashort pulse laser beam for irradiating a protein to be analyzed and applying the protein to the protein.
  • the pulse width is less than 10 picoseconds, and the peak output is 10 megawatts or more.
  • the present invention provides an ultrashort pulse laser beam that irradiates a protein to be analyzed and ablates the protein with a pulse time width of 1 femtosecond to 1 picosecond, and a peak value output. Is between 1 GW and 10 GW 6
  • the present invention provides a method for analyzing a protein by a short pulse laser beam for ablating the protein by moving at least one of a shear force and a shear force between the short pulse laser beam for ablating the protein and the protein to be analyzed.
  • the protein was ablated without omission and duplication.
  • the analysis of the ionized constituent elements is mass spectrometry by a time-of-flight method.
  • the present invention provides a method in which a substance to be fixed on the chip side is fixed as a mixture, and the mixture is allowed to react with a solution labeled with a different label for each substance to be measured, so that a plurality of types of substances are detected from the mixture. It was done.
  • the present invention provides a method for immobilizing a sample on the above-mentioned chip and multiplexing an antibody against a measurement object.
  • a protein may be irradiated with a plurality of shots (multiple pulses) of an ultrashort pulse laser beam, and the number of shots (pulses) of one light of an ultrashort pulse laser applied to the protein may be appropriately selected.
  • the pulse time width be 10 picoseconds or less. It is appropriate to use femtosecond laser light emitted from a laser called a femtosecond laser.
  • the peak output of the ultrashort pulse laser beam is preferably 10 megawatts or more, and more preferably, 1 GW or more and 10 GW or less. The reason is that if the peak value output of the ultrashort pulse laser beam is greater than 10 GW, multiply-charged ions may be generated, which may make it difficult to analyze the mass spectrum. If the peak value output is less than 10 megabits, the atomization ionization efficiency may decrease and it may be difficult to observe the atomic ion signal.
  • a protein sample labeled with an isotope or the like is irradiated with an ultrashort pulse laser beam such as a femtosecond laser beam capable of efficiently performing ionization simultaneously with atomization. Therefore, it is not necessary to selectively ionize the labeling element, and it becomes possible to use various various labeling elements. On the its, because the it is possible to increase the repetition rate of the laser irradiation until the number k H Z, is suitable for high speed Kaiori.
  • the present invention provides a method for analyzing proteins and the like contained in a specimen collected from a living body.
  • the short-pulse laser light By moving at least one of the short-pulse laser light that ablates various proteins of interest and the protein that is the subject of the analysis, the short-pulse laser light leaks or duplicates the protein that is the subject of the analysis.
  • the analysis is performed without abrasion. That is, in the present invention, for example, a large number of protein samples fixed over a large area are leaked or duplicated by moving a spot of a short pulse laser beam and a chip on which a protein to be analyzed is fixed as a sample. Ablation without the need to perform ablation. This is particularly effective because it enables the use of a chip on which a protein is immobilized by an antigen-antibody reaction or the like on a chip on which an antibody against a protein to be analyzed is immobilized.
  • the analysis speed is much faster than in the past.
  • a specific application example of the present invention for example, there is a protein analysis using a chip on which a protein is immobilized by an antigen-antibody reaction on a chip on which an antibody is fixed as described above. It is possible to speed up Kaku Zhe.
  • an element label can be used as the label. More specifically, many types of isotopes can be used as element labels. For example, if a stable isotope is used as an element label, the number of types of stable isotopes (270 types) ) Can also be increased. This is a dramatic improvement over conventional labeling methods such as the fluorescent method (2 to 6 types) and the radioisotope (about 10 types). This means that the amount of information can be reduced.
  • Group 1 is a stable isotope of 3 9 K, 4 1 kappa in the periodic table
  • 3 5 C 1 is a stable isotope of 1 group 7 in the periodic table
  • n is a stable isotope of the transition metal in the periodic table 1 1 8 S 11, 1 2 Q S
  • the target protein After binding the protein to the target protein on the chip, ablation with an ultrashort pulse laser to atomize the molecules, and then detecting the mass with a mass spectrometer, for example, The amount of the isotope contained in can be quantified. Therefore, the target protein can be analyzed by calculating the quantitative ratio of the labeled molecules.
  • the number of types of labels can be increased to 270 types.
  • the present invention provides a method for labeling with a fluorescent dye or a radioisotope. It can be applied to all research fields.
  • a stable isotope can be used without using a radioactive isotope
  • the substance to be fixed on the chip side for each type as in a microarray instead of spotting the substance to be fixed on the chip side for each type as in a microarray, the substance is fixed as a mixture, and each substance to be measured there is provided. By reacting differently labeled solutions with each other, multiple types of substances can be detected from one spot.
  • a sample can be placed on a substrate.
  • multiple substances can be measured by using various types of labeled antibodies against the target to be measured.
  • FIG. 1 shows a conceptual configuration of an example of the configuration of a mass spectrometry system for analyzing the mass of a protein, which is an example of an analysis system that can be used when performing the protein analysis method using laser ablation according to the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a method for analyzing a protein using laser ablation according to the present invention.
  • Figure 3 shows a method for labeling a protein to be measured using a sandwich using antibodies. It is explanatory drawing for demonstrating a Tsuchi method.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a target chip used in Experiment 1 by the present inventors.
  • FIG. 5 is a graph showing the experimental result of Experiment 1 by the inventor of the present application and showing the mass spectrum obtained by ablation of spot 1 and spot 2 measured by a quadrupole mass analyzer.
  • FIG. 6 is a graph showing only the mass spectrum measured by the ablation of the spot 2 shown in FIG.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of a target chip used in Experiment 2 performed by the present inventors.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the correspondence between the chips 1 and 2 used in Experiment 2 and the figures showing the measurement results.
  • FIG. 9 is a graph of the TOF spectrum measured by abrasion of spot 1 on chip 1.
  • FIG. 10 is a graph of the TOF spectrum measured by the ablation of the spot 2 on the chip 1.
  • FIG. 11 is a graph of TOF spectrum measured by ablation of spot 1 on chip 2.
  • FIG. 12 is a graph of a TOF spectrum measured by ablation of spot 2 on chip 2.
  • Fig. 13 shows the results of experiment 3 when the sample concentration in Experiment 3 was 0.2 mg / ml. It is a graph of TOF statistic measured by Chillon.
  • Fig. 14 is a chart showing the detected amount of samarium (Sm) calculated from the TOF spectrum.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the sample concentration and the detected amount of Sm. Explanation of reference numerals
  • FIG. 1 shows an example of a configuration of a mass spectrometry system for analyzing the mass of a protein as an example of an analysis system that can be used when performing a method for analyzing a protein using laser ablation according to the present invention.
  • a conceptual configuration explanatory diagram is shown.
  • the mass spectrometry system 1 0 is, for example a 1 0- 8 ⁇ 1 0- 6 T vacuum chamber 1 2 can be set to a vacuum degree of orr, a target 1 4 arranged in the vacuum chamber 1 2, the vacuum chamber 1 2 Quadrupole mass spectrometer 16 as mass spectrometer placed in 2 and target 1 Irradiation from rotation introduction terminal 18 for rotating 4, ultrashort pulse laser 20 for emitting ultrashort pulse laser light such as femtosecond laser light and irradiating target 14, and ultrashort pulse laser 20 And a focus lens 22 for condensing the obtained ultrashort pulse laser light on a target 14.
  • the ultrashort pulse laser 20 is, for example, a femtosecond laser or the like.
  • the time width of the laser beam is between 1 femtosecond and 1 picosecond, and the peak value output is 1 GW or more. Anything that can be irradiated with an ultrashort pulse laser beam of less than gigawatts can be used.
  • such an ultrashort pulse laser 20 may be constituted by, for example, a titanium sapphire laser and having the following parameters. That is,
  • the quadrupole mass spectrometer 16 is installed 90 degrees perpendicular to the irradiation direction of the ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser 20 and irradiated to the target 14. ing.
  • a mass spectrometer a time-of-flight mass spectrometer (TOF MASS) may, of course, be used instead of the quadrupole mass spectrometer 16 described above.
  • the focal length of the focus lens 22 that collects the ultrashort pulse laser light emitted from the ultrashort pulse laser 20 is set to, for example, 25 cm.
  • the protein analysis method using the laser ablation according to the present invention includes an ablation using an ultrashort pulse laser beam emitted from an ultrashort pulse laser 20 such as a femtosecond laser, and a quadrupole mass spectrometer. Analysis using mass spectrometers such as 16 and time-of-flight mass spectrometers is used to detect and analyze various protein samples such as proteins contained in specimens collected from living organisms. Is what you do.
  • the protein to be analyzed is irradiated with a laser beam to ablate the protein, thereby atomizing the protein into its constituent elements and atomizing the protein.
  • This is a method for analyzing proteins using laser ablation, which analyzes the ionized constituent elements by ionizing the constituent elements, and irradiates the protein to be analyzed with a laser beam that ablates the protein.
  • Laser light By irradiating the protein-immobilized chip with the ultrashort pulse laser light and ablating the protein immobilized on the chip with the ultrashort pulse laser light, the protein is atomized into constituent elements and simultaneously ionized. Then, the ionized constituent elements are analyzed.
  • a chip on which a protein is immobilized is placed in a vacuum chamber 12 as a target 14 and an ultrashort pulse such as a femtosecond laser beam emitted from an ultrashort pulse laser 20 is applied to the target 14 chip.
  • Ablation is performed by irradiating a laser beam, and analyzed by a mass analyzer such as a quadrupole mass analyzer 16 or a time-of-flight mass analyzer.
  • the chip on which the labeled protein is immobilized is placed in the vacuum chamber 12 as the target 14.
  • the target 14 is irradiated with an ultrashort pulse laser beam such as a femtosecond laser beam emitted from an ultrashort pulse laser 20 to the chip, which is a target, and then subjected to a quadrupole mass spectrometer 16 or flight time.
  • a mass spectrometer such as a mass spectrometer
  • the chip on which the protein is immobilized for example, is formed by reacting the protein with a substance (such as an antibody) that specifically binds to a specific protein immobilized on the chip, and the protein is immobilized on the chip.
  • a substance such as an antibody
  • a protein on which the protein is immobilized can be used.
  • a chip on which proteins are immobilized A chip on which a protein is immobilized by an antigen-antibody reaction can be used as a chip on which an antibody against an elephant protein is immobilized.
  • a chip on which a labeled protein is immobilized can be prepared, for example, as follows.
  • a solution of a labeled protein as a sample to a chip on which a substance (such as an antibody) that specifically binds to a specific protein is immobilized, a substance that specifically binds to the labeled protein as described above. And immobilize the specific protein in the labeled protein on the chip. Further, by washing the chip on which the specific protein among the labeled proteins is immobilized, a chip on which the labeled protein is immobilized can be obtained.
  • a substance such as an antibody
  • Examples of the substance that specifically binds to a specific protein immobilized on a chip include molecules having specific binding properties to proteins, and specificities between proteins such as antigens and antibodies. Proteins that exert a specific binding action can be used.
  • a nucleic acid called abtamer which has the same specific binding as an antibody
  • a Peptides can be created using a technique called SELEX, which selects from the pool of randomly synthesized oligonucleotides those that have high binding properties to target substances such as proteins.
  • proteins that exert a specific binding action between proteins such as antigen-antibodies, specifically bind in vivo, such as proteins that form ligands, levators, or complexes, in addition to antigen-antibodies. Anything that is known to be used can be used.
  • proteins that exert a specific binding action between proteins such as antigen-antibodies
  • proteins that form ligands, levators, or complexes in addition to antigen-antibodies. Anything that is known to be used can be used.
  • a chip 100 on which an antibody 102 for a protein to be detected is immobilized is prepared.
  • the protein to be detected is synthesized by in vitro translation (invitrotrans 1 ation) or the like, and labeled with an element not contained in the protein (eg, a stable isotope such as Se, Eu, Sm, Tb, or Fe). ) To produce labeled protein 104.
  • an element not contained in the protein eg, a stable isotope such as Se, Eu, Sm, Tb, or Fe.
  • the labeling method for example, the selemcheon method, the invitrovirus method using a puromycin derivative, and the like can be used.
  • labeling with a fluorescent dye or the like is common.However, an element-labeled substance is synthesized and labeled with the same method as in the case of using a fluorescent dye. can do.
  • a sample 106 for example, serum collected from a living body is mixed with a concentration-adjusted labeled protein solution, and the resulting mixture is applied to a chip 100 to be subjected to competitive assay.
  • Competitive assay was performed to competitively bind protein 104 and target protein 108 contained in sample 106 to antibody 102, target protein 104 contained in sample 106, and target protein 108 contained in sample 106.
  • the chip 100 on which the target protein 108 has been fixed is washed and dried, the chip 100 on which the target protein 108 is fixed is irradiated with femtosecond laser light from the ultrashort pulse laser 20 with the target 14 as the target 14.
  • Measurement of the labeling element with a quadrupole mass spectrometer 16 or a time-of-flight mass spectrometer, The amount of the protein 104 reacted with the antibody 102 is measured, and the concentration of the target protein 108 contained in the sample 106 is detected and analyzed.
  • a difference may occur in the detection depending on the condition of the chip, and in order to prevent such a difference, it is desirable to simultaneously perform the preparation of the test sample and the measurement of the sample on the same chip.
  • a chip in which the antibody is bound to the labeled protein and the target protein contained in the sample is made into a multi-channel.
  • the accuracy of the method according to the present invention described above can be further improved by the multi-channeling.
  • This manolech channel can be realized, for example, by the method described below.
  • a sample 206 is reacted with a chip 200 on which an antibody 202 for a target protein to be detected is immobilized, and the target protein 208 contained in the sample 206 and the antibody are reacted. And 202 are combined.
  • an antibody (labeled antibody) 2 12 labeled with a labeling element 2 10 is applied to the target protein 2 08 contained in the sample 2 0 6 bound to the antibody 2
  • the target protein 208 contained in Sampnore 206 reacts with the labeled antibody 212 to bind.
  • the chip 200 is removed.
  • Ablation is performed by irradiating femtosecond laser light from ultrashort pulse laser 20 as target 14 and measuring labeled element 210 with quadrupole mass analyzer 16 or time-of-flight mass analyzer.
  • the purpose is to detect and analyze the concentration of the target protein 208 contained in the sample 206.
  • the sandwich method is not limited to the above method.For example, when a target protein to be detected is sandwiched and sandwiched, a different animal from the antibody in which the animal producing the upper antibody is immobilized on the chip is selected and labeled.
  • the secondary antibody may be applied further from above for detection.
  • a technique for labeling the protein to be measured a technique for directly labeling the protein of the sump may be used.
  • the protein contained in the sample may be labeled with eod.
  • eodo for example,
  • the target protein to be detected contained in the sample is allowed to react with the antibody, and the protein and the target protein to be detected contained in the sample are bound by the antigen-antibody reaction.
  • the chip is used as a target 14 and a femtosecond laser beam from an ultrashort pulse laser 20 is used. Irradiation and ablation are performed, and the concentration of the target protein in the sample to be detected is detected and analyzed by measuring the labeled element with a quadrupole mass spectrometer 16 or a time-of-flight mass spectrometer Things.
  • a quadrupole mass spectrometer 16 or a time-of-flight mass spectrometer Things the results of an experiment of mass analysis performed by the present inventor using the above-described mass spectrometry system 10 will be described.
  • This chip serving as the target 14 will be described with reference to FIG. This chip is prepared as follows.
  • a poly L-lysine coated slide glass was used as the substrate 100.
  • the poly-L-lysine-coated slide glass was prepared by immersing the slide glass in a 3% poly-L-lysine solution for 1 hour after NaOH treatment, washing with water, and drying at 80 ° C.
  • a heron anti-human hemoglobin antibody manufactured by Sigma
  • a heron anti-human IgG antibody were each decomposed in PBS at a concentration of 0.2 mg / m1 and prepared as described above.
  • spot 1 is a egret anti-human IgG antibody
  • spot 2 is a egret anti-human hemoglobin antibody.
  • a substrate with high thermal conductivity provides higher ion detection efficiency.
  • a solid is used as the substrate, and the solid used as the substrate preferably has a thermal conductivity of 0.1 lW 'm-1 ⁇ ⁇ -1 or more.
  • a protein solution is prepared and reacted with the antibody immobilized on the chip.
  • the preparation and reaction of this protein solution are performed as follows.
  • Human hemoglobin (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was dissolved in PBS at a concentration of 2 mg / ml to prepare a protein solution. Excess PBS was shaken off from the chip on which the antibody was immobilized, and the protein solution was immediately placed on the surface of the chip on which the antibody was immobilized, a cover glass was gently covered from above, and the mixture was allowed to stand at 4 ° C for 2 hours. Then, the chip was immersed in PBS to remove the cover glass and the protein solution, treated with 0.005M Tris-HCl, 0.005% Tween 20, pH 7.8, and then treated with PBS. After drying, a chip serving as a target 14 was obtained.
  • the vacuum degree of the vacuum chamber 1 in 2 is equal to or less than 1 0- 6 T orr Set as follows.
  • the ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser 20 is focused on the target 14 using the focus lens 22, and the spot 1 or the spot 1 formed on the target 14 is formed. Ablate spot 2.
  • the pulse width of the ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser 20 is 110 fs, and the output is 23 J.
  • the ultra-short laser beam to the target 14 by the quadrupole mass spectrometer 16.
  • the mass of the monovalent ion generated by irradiation of the Luther Laser light was measured.
  • FIG. 5 shows a mass spectrum of the spot 1 and the spot 2 measured by the quadrupole mass spectrometer 16 by the above-described method.
  • FIG. 6 shows only the mass spectrum measured by the ablation of the spot 2 shown in FIG.
  • This chip serving as the target 14 will be described with reference to FIG. This chip is prepared as follows.
  • a poly-L-lysine coated slide glass was used as the substrate 2000.
  • This poly-L-lysine-coated slide glass was prepared by immersing the slide glass in a 3% poly-L-lysine PBS solution for 1 hour after NaOH treatment, washing with water for 15 minutes, and then drying.
  • an anti-streptavidin antibody manufactured by Cortex Biochem
  • an anti-mouse IgG antibody manufactured by Southern Biotechnology Associates
  • Streptavidin antibody, spot 2 is anti-mouse IgG antibody.
  • the dried poly-L-lysine-coated slides were then placed in a Tris-HCI solution (pH 7.8) containing 1.5% BSA, 0.1% sodium azide, and 0.05% Tween 40 for 15 minutes. Then, the substrate was immersed in a Tris-HC1 solution (pH 7.8) containing 1.5% BSA and 0.1% sodium azide, and allowed to stand at 4 ° C for 4 minutes. After centrifugation at 10,000 xg for 10 minutes, the plate was washed with PBS to remove the blocking solution. Two chips prepared as described above were prepared (see FIG. 8: chip 1 and chip 2).
  • Streptavidin (manufactured by Perkin Enolemer) rabenoleated with europium (Eu) is dissolved in a Tris-HCl solution (pH 7.8) at 0.2 mg / ml, and spot 1 and spot 2 on chip 1 are dissolved. Was added dropwise to the mixture and left at room temperature for 2 hours. Thereafter, the chip 1 was washed at room temperature for 30 minutes with a Tris-HC1 solution ( ⁇ 7.8) containing 0.1% Tween ⁇ 20 and air-dried (see FIG. 8).
  • mice IgG (manufactured by PerkinElmer Inc.) labeled with europium (Eu) was dissolved in Tris-HCl solution (pH 7.8) with 0.2 mgZml and placed on chip 1 spot 1 and spot 2. 3 One drop was added and left at room temperature for 2 hours. Thereafter, the chip 2 was washed with a Tris-HC1 solution (pH 7.8) containing 0.1% Tween 20 at room temperature for 30 minutes and air-dried (see FIG. 8).
  • the measurement method was the same as in Experiment 1, except that the output of the ultrashort pulse laser beam emitted from the ultrashort pulse laser 20 was set to 120 J, and the mass was measured using a time-of-flight mass analyzer. In this point, it differs from the measurement method of Experiment 1.
  • the experimental results of Experiment 2 are shown in FIGS.
  • Fig. 9 shows the results of spot 1 on chip 1
  • Fig. 10 shows the results of spot 2 on chip 1
  • Fig. 11 shows the results of spot 1 on chip 2
  • Fig. 12 shows the results of spot 1.
  • 2 shows the measurement results of spot 2 in FIG. From the experimental results shown in FIGS. 9 to 12, it was found that the protein contained in the sample solution can be detected using the label attached thereto.
  • a chip was prepared in the same manner as in Experiment 2, and the measured protein solution with a different concentration was reacted to investigate the quantitativeness.
  • streptavidin labeled with summary (Sm) ⁇ (Perkinje ⁇ "Mer Co., Ltd.") was prepared in the following manner: 0.002 mgZml, 0.02 mgZml, 0.1 mg / ml, 0.2 mg / m1, A Tris-HC1 solution (pH 7.8) containing 0.5 mg / ml was prepared, reacted with the chip on which the anti-streptavidin antibody was spotted under the same conditions as in Experiment 2, and the measurement was performed.
  • FIG. 13 shows the measurement results when the concentration of Sampnolet was ⁇ .2 mg / m 1
  • FIG. 14 shows the detected amount of Sm calculated from the mass spectrum. From the results, as shown in FIG. 15, it was found that by using the method according to the present invention, the amount of the measurement protein contained in the sample solution could be quantitatively measured.
  • ablation of proteins labeled with one or more isotopes by an ultrashort pulse laser completely converts the constituent elements into atomic ions and mass-analyzes the ionized labeled elements. Allows quantitative measurement of protein. This allows multiple isotopes to be used as labels. And be able to do it. Therefore, the range of proteins that can be subjected to mass spectrometry can be greatly expanded.
  • the present invention it is possible to ionize a protein itself labeled with an isotope element at the atomic level and detect the labeled element, so that the target range for mass spectrometry can be dramatically expanded.
  • an isotope as a label
  • the type of the label can be increased to, for example, 27 ° which is the number of stable isotopes. This can dramatically increase the amount of information compared to the conventional labeling method of fluorescence (2 types) and radioisotopes (about 10 types).
  • the quadrupole mass analyzer is used as the mass analyzer.
  • the present invention is not limited to this, and the flight time of the atoms is measured as described above.
  • a time-of-flight mass spectrometer that performs mass spectrometry can be used, and in that case, mass spectrometry of multiple atoms can be performed simultaneously with a single laser irradiation.
  • mass spectrometry of a plurality of atoms can be performed simultaneously.
  • mass spectrometry has been described as a method for analyzing a protein.However, the present invention is not limited to this, and the present invention may be used for analysis other than mass spectrometry. .
  • the rotation introducing terminal 18 for rotating the target 14 is used as the moving means for moving the target 14, but it is needless to say that the present invention is not limited to this.
  • an appropriate moving means such as a movable table on which the target 14 can be placed may be used.
  • the target 14 is rotated without using the rotation introduction terminal 18 so that the target 14 can be omitted without omission.
  • the target 14 may be ablated without omission or overlap by providing a moving means for moving the irradiation position of the ultrashort pulse laser light to the target.
  • the substance is fixed as a mixture, and each substance to be measured there is provided. By reacting differently labeled solutions with each other, multiple substances can be detected from one spot.
  • the present invention is configured as described above, a method for analyzing a protein using laser ablation in which atomic ions of constituent atoms constituting the protein are generated and the generated atomic ions are analyzed.
  • the present invention has an excellent effect that a protein mass spectrometry method using laser ablation that does not require a high-resolution analyzer can be performed.
  • mass spectrometry method using laser ablation that does not require a high-resolution analyzer can be performed.
  • mass spectrometry method using laser ablation that does not require a high-resolution analyzer can be performed.
  • mass spectrometry it is possible to eliminate the possibility that the analysis of the mass spectrum becomes difficult and to eliminate the need for a high-performance mass spectrometer. It has an excellent effect.
  • the present invention since the present invention is configured as described above, it has an excellent effect that an efficient analysis can be performed even in a situation where various kinds of labeled isotopes are mixed.

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Abstract

タンパク質を構成する構成原子の原子化とイオン化とを単一のレーザー源で同時に実現するために、分析の対象であるタンパク質にレーザー光を照射して該タンパク質をアブレーションすることにより、タンパク質を構成元素に原子化し、原子化した構成元素をイオン化し、イオン化した構成元素を分析するレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法であって、分析の対象であるタンパク質に照射して、該タンパク質をアブレーションするレーザー光は超短パルスレーザー光であり、タンパク質を固定したチップに対して該超短パルスレーザー光を照射して、該チップに固定されたタンパク質を超短パルスレーザー光でアブレーションすることによって、該タンパク質を構成元素に原子化すると同時にイオン化し、イオン化した構成元素を分析する。

Description

レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法 技術分野
本発明は、 レーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質の分析方法に関し、 さ 明
らに詳細には、 従来と比較すると分析の田効率を著しく向上することを可能にした レーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質の分析方法に関し、 例えば、 生体か ら採取した検体に含まれるタンパク質の質量分析に用いて好適なレーザーアブレ ーションを用いたタンパク質の分析方法に関する。 背景技術
近年、 質量分析法の応用範囲は、 物理や化学の分野から医学や生化学などのラ ィフサイエンスの分野へと急速に広がってきている。 特に、 タンパク質の分子量 の決定解析ゃァミノ酸配列の決定角晰などへの発展は著し 、。
こうした質量分析法の原理は、 試料を様々な方法でィオン化して、 イオン化に より得られたイオンを質量/電荷に従って分離し、 分離した各イオンの強度を測 定するというものである。 ところで、 従来のタンパク質の質量分析は、 タンパク質そのものに電子を付加 してイオン化し、 その質量を解析したり、 高分子量の分子を低分子量の分子ィォ ンに細分化して質量分析を行い、 構成分子を比較するというものであった。 ここで、 従来のタンパク質の質量分析におけるイオン生成方法としては、 例え ば、 タンパク質に高エネルギー原子イオンを衝突させてイオン化する 2次イオン 質量分析 （S IMS) 法や、 電子衝擊によって低分子量の分子イオンに細分化し て質量分析を行う電子イオン化 （ED) 法、 マトリックス支援レーザーイオンィ匕 (MALD I) 法などが知られている。
しかしながら、 上記したいずれの方法においても、 高分子イオンを質量分析す るため高 军能の質量分析装置が必要であるという問題点や、 中途半端に分解生 成したフラグメントイオンの存在が質量スぺクトルの解析を困難にするという問 題点などがあった。 一方、 従来より、 化学分析に際して同位元素で標識した試料の質量分析方法と しては、 例えば、 ナノ秒レーザーにより原子化おょぴイオンィ匕を行うレーザー原 子化共鳴イオンィ匕 （LAR IMP) 法が知られている。
しかしながら、 この LAR IMP法によれば、 レーザーとして、 標識元素を原 子化するための原子化レーザーと原子化された標識元素の原子をイオン化するた めの共鳴ィオン化レーザーとの 2台のレーザー源が必要となるため、 システム構 成が «になるという問題点があつた。
さらに、 LAR IMP法においては、 上記したように標識元素の原子を共鳴ィ オン化する必要があるため、 各標識元素の原子に対して固有の波長のレーザー光 を照射する必要があり、 多種類の標識同位体が混入した状況では効率の良い分析 を行うことが極めて困難であるという問題点があった。 本発明は、 上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされた ものであり、 その目的とするところは、 生体から採取した検体に含まれるタンパ ク質などの各種のタンパク質を構成する構成原子の原子イオンを生成し、 生成し た原子イオンを分析するようにしたレーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質 の分析方法であつて、 高 解能の分析装置を用いることを要しないようにしたレ 一ザ一アブレーションを用いたタンパク質の分析方法を提供しようとするもので ある。 より詳細には、 例えば、 生体から採取した検体に含まれるタンパク質など の各種のタンパク質の質量分析を行う場合には、 質量スぺクトルの解析が困難に なる恐れを排除するとともに、 質量分析装置に高分解能を要しないようにしたレ 一ザ一アブレーションを用いたタンパク質の質量分析方法を しょうとするも のである。
また、 本楽明の目的とするところは、 生体から採取した検体に含まれるタンパ ク質などの各種のタンパク質を構成する構成原子の原子化とイオン化とを 1台の レーザー源で同時に実現することを可能にして、 レーザーの照射制御を大幅に簡 潔にすることを可能にしたレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方 法を雕しょうとするものである。
さらに、 本発明の目的とするところは、 多種類の標識同位体が混入した状況に おいても、 効率の良い分析を行うことを可能にしたレーザーァプレーションを用 いたタンパク質の分析方法を «しょうとするものである。 発明の開示
上記目的を達成するために、 本発明によるレーザーァプレーションを用いたタ ンパク質の分析方法は、 生体から採取した検体に含まれるタンパク質などの各種 のタンパク質を超短パルスレーザー光でアブレーションすることにより、 それら タンパク質を原子イオン化して原子ィオンを生成し、 生成した原子ィオンを分析 するようにしたものである。 これにより、 各種のタンパク質の化学分析を行うこ とができるものである。
即ち、 本発明のレーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質の分析方法によれ ば、 生体から採取した検体に含まれるタンパク質などの各種のタンパク質を超短 パルスレーザー光でアブレーションすることにより、 タンパク質をバラバラに分 解して当該タンパク質を構成する各原子毎に原子化すると同時に、 原子化した原 子を 1価のイオンにィオン化するものであり、 このイオン化により生成された原 子イオンを分析することにより、 定量分析が可能となるものである。
従って、 本発明のレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法にお いて質量分析を行う場合には、 低質量の原子イオンを質量分析することになり、 質量スぺクトルの角? Iffが困難になる恐れを排除することができるのみならず、 高 分解能を備えた質量分析装置を用いる必要がなくなる。
また、 上記したように、 本発明のレーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質 の分析方法によれば、 一種類の超短パルスレーザー光でタンパク質をアブレーシ ヨンすることにより、 タンパク質の原子化と同時に、 原子化された原子の一価の イオンへのイオン化を効率良く行うことが可能となる。 従って、 レーザーの照射 制御が簡潔になるとともに、 例えば、 化学分析に際して多種類の標識元素を同時 に使用することが可能となるため、解析効率を著しく向上することができる。 つまり、 本発明のレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法にお いては、 標識元素の原子化とイオン化とを一種類の超短パルスレーザー光で同時 に行うことができるため、 分析作業を大幅に簡略化することが可能となり、 従来 と比較すると分析の効率を著しく向上することができるようになる。
さらに、 上記したィオン化は、 超短パルスレーザー光の高い尖頭値強度によつ て非共鳴過程によって行われるイオン化 （非共鳴イオン化） であるので、 多種類 の標識同位体が混入した状況においても各標識原子をそれぞれイオン化すること ができ、 多標識系への応用が容易であり、 高精度かつ高効率な高分子の分析を行 うことができるようになる。 即ち、 本発明は、 分析の対象であるタンパク質にレーザー光を照射して該タン パク質をアブレーシヨンすることにより、 タンパク質を構成元素に原子化し、 原 子化した構成元素をィオン化し、 ィオン化した構成元素を分析するレーザーアブ レ一ションを用いたタンパク質の分析方法であって、 分析の対象であるタンパク 質に照射して、 該タンパク質をアブレーシヨンするレーザー光は超短パルスレー ザ一光であり、 タンパク質を固定したチップに対して該超短ノ ルスレーザー光を 照射して、 該チップに固定されたタンパク質を超短パルスレーザー光でアブレ一 ションすることによって、 該タンパク質を構成元素に原子化すると同時にイオン 化し、 イオン化した構成元素を分析するようにしたものである。
また、 本発明は、 上記タンパク質を固定したチップを、 該チップに固定された 特定のタンパク質に対して特異的な結合をする物質に、 該特定のタンパク質が反 応して結合することにより、 該チップ上に該特定のタンパク質が固定されたもの としたものである。
また、 本発明は、 上記特定のタンパク質に対して特異的な結合をする物質を、 タンパク質と特異的な結合性を持つた分子としたものである。
また、 本発明は、 上記タンパク質と特異的な結合性を持った分子を、 タンパク 質と特異的な結合をする核酸としたものである。
また、 本発明は、 上記特定のタンパク質に対して特異的な結合をする物質を、 タンパク質同士の特異的な結合作用を発揮するタンパク質であるとしたものであ る。
また、 本発明は、 上記タンパク質同士の特異的な結合作用を発揮するタンパク 質を、 抗体としたものである。
また、 本発明は、 上記タンパク質を固定したチップは、 上記抗体を固定したチ ップに上記抗体と反応するタンパク質を含む溶液をかけて、 上記抗体と 応する タンパク質と上記抗体とを反応させ、 上記抗体と反応するタンパク質と上記抗体 とを結合させて作成するようにしたものである。
また、 本発明は、 上記チップに固定されたタンパク質に、 元素標識を付けるよ うにしたものである。 また、 本発明は、 上記元素標識を、 安定同位元素標識としたものである。 また、 本発明は、 上記元素標識を、 ピューロマイシン誘導体を用いて標識する ようにしたものである。
また、 本発明は、 上記元素標識を、 サンドイッチ法により標識するようにした ものである。
また、 本発明は、 上記元素標識は、 サンプル中のタンパク質に直接標識された ものであるようにしたものである。
また、 本発明は、 上記チップを、 マノレチチャンネノレ化したチップとしたもので ある。
また、 本発明は、 分析の対象であるタンパク質を含むサンプルと該分析の対象 であるタンパク質に標識を付けた標識タンパク質溶液とを混合して上記チップに かけて、 上記に固定された特定のタンパク質に対して特異的な結合をする物質と 上記分析の対象であるタンパク質と上記標識タンパク質とを競合的に結合させる c o m e t i t i V e a s s a yを行い、 上記チップ上に該特定のタンパク 質を固定するようにしたものである。
また、 本発明は、 分析の対象であるタンパク質に照射して、 該タンパク質をァ プレーシヨンする超短パルスレーザー光を、 ノ、。ルス時間幅が 1 0ピコ秒以下であ り、 尖頭値出力が 1 0メガワット以上であるようにしたものである。
また、 本発明は、 分析の対象であるタンパク質に照射して、 該タンパク質をァ ブレーションする超短パルスレーザー光を、 パルス時間幅が 1フェムト秒以上 1 ピコ秒以下であり、 尖頭値出力が 1ギガワ Vト以上 1 0ギガワット以下であるよ 6
8 うにしたものである。
また、 本発明は、 タンパク質をアブレーシヨンする短パルスレーザー光と分析 の対象であるタンパク質とは、少なくともレ、ずれ力一方を移動させることにより、 該タンパク質をアブレーションする短パルスレーザー光により該分析の対象であ るタンパク質を遺漏、 重複なくアブレーシヨンして分析を行うようにしたもので ある。
また、 本発明は、 上記イオン化した構成元素の分析は、 飛行時間法による質量 分析であるようにしたものである。
また、 本発明は、 上記チップ側に固定する物質を混合物として固定し、 該混合 物に測定したい物質ごとに異なる標識をつけた溶液を反応させ、 該混合物から複 数種類の物質を検出するようにしたものである。
また、 本発明は、 上記チップにサンプノレを固定し、 測定対象に対する抗体を複
.ものをかけ、 複数の物質を測定するようにしたものである。 ここで、 本発明において超短パルスレーザー光によりタンパク質をアブレーシ ョンする際には、 タンパク質に超短パルスレーザー光を 1ショッ ト （1ノ、 レス） 照射すれば十分である。 しかしながら、 タンパク質に超短パルスレーザー光を複 数ショット （複数パルス） 照射してもよく、 タンパク質へ照射する超短パルスレ 一ザ一光のショット数 （パルス数） は適宜に選択すればよい。
また、 超短パルスレーザー光とは、 ノヽ。ルス時間幅が 1 0ピコ秒以下であること が好ましく、 例えば、 パノレス時間幅が 1フェムト秒以上 1ピコ秒以下の通常はフ ェムト秒レーザーと称されるレーザーから照射されるフエムト秒レーザー光を用 いるのが適当である。
また、 超短パルスレーザー光の尖頭値出力としては、 1 0メガワット以上が好 ましく、 さらに詳細には、 1ギガワット以上 1 0ギガワット以下が好ましい。 その理由は、 超短パルスレーザー光の尖頭値出力が 1 0ギガワット以上に大き いと、 多価イオンが生成されて質量スぺク トルの解析が困難となる恐れがあり、 超短パルスレーザー光の尖頭値出力が 1 0メガヮット以下であると、 原子化■ィ オン化の効率が低下して原子イオン信号を観測することが困難となる恐れがある からである。
なお、 後述する本願発明者による実験によれば、 例えば、 パルス時間幅が 1 1 0フエムト秒、 尖頭値出力 2ギガワットの場合には、 極めて良好な結果を得るこ とができた。 また、 本発明によれば、 原子化と同時にイオン化を効率良く行うことのできる フェムト秒レーザー光などの超短パルスレーザー光を、 同位元素などで標識した タンパク質試料に照射するようにしている。 このため、 標識元素を選択的にィォ ンィ匕する必要が無くなり、 種々様々な標識元素を使用することが可能となる。 そ の上、 レーザー照射の繰り返しレートを数 k H Zまで上げることが可能であるた め、 高速解折に適している。 また、 本発明では、 生体から採取した検体に含まれるタンパク質などの分析の 対象の各種のタンパク質をアブレーションする短パルスレーザー光と当該分析の 対象であるタンパク質とは、 少なくともいずれか一方を移動させることにより、 当該短パルスレーザー光により当該分析の対象であるタンパク質を遺漏、 重複な くアブレーシヨンして分析を行うようにしている。 即ち、 本発明においては、 例 えば、 短パルスレーザー光のスポットと試料として分析の対象であるタンパク質 を固定したチップとの移動により、 広い面積にわたって固定された多数のタンパ ク質試料を遺漏 ·重複することなくアブレーションすることを可能にしている。 これは、 分析したい対象のタンパク質に対する抗体を固定したチップに、 抗原抗 体反応でタンパク質が固定されたチップなどを利用することを可能とするもので あって、 特に有効である。
本発明によれば、 これらの特徴から、 解析速度が従来と比較して格段に早くな る。 ここで、 本発明の具体的な応用例としては、 例えば、 上記したような抗体を固 定したチップに、 抗原抗体反応でタンパク質が固定されたチップを用いたタンパ ク質の解析があり、 その角浙を高速化することが可能となる。
この際に、 本発明によれば、 標識として元素標識を用いることが可能となる。 さらに詳細には元素標識として、 多種類の同位元素を用いることが可能となり、 元素標識として、 例えば、 安定同位元素を用いれば、 標識の種類は多種類の安定 同位体の数 （2 7 0種類） にも増やすことができる。 これは、 従来の標識法であ る蛍光法 （2〜6種類） や放射个生同位元素 （約 1 0種類） と比較して、 飛躍的に 情報量を增やすことができることを意味している。
より詳細には、 抗体を固定したチップに抗原抗体反応でタンパク質が固定され たチップを用いたタンパク質角？ ^の実験で使用する標識として、 例えば、 周期律 表において 1族の安定同位体である3 9 K、 4 1 Κなど、周期律表において 1 6族の 安定同位体である3 2 S、 3 5 Sなど、周期律表において 1 7族の安定同位体である 3 5 C 1、 3 7 C 1など、 周期律表において遷移金属の安定同位体である1 1 8 S 11、 1 2 Q S nなどの安定同位元素でタンパク質を標識して使うことが可能となる。 タンパク質を上記チップ上のターゲットとなるタンパク質と結合させたのち、 超短パルスレーザーでアブレーションし、分子の原子ィオン化を行い、その後に、 例えば、 質量分析器で質量を検出すれば、 結合したタンパク質内に含まれていた 同位元素の量を定量できる。 従って、 標識分子の量比を計算することによりター ゲットとなるタンパク質を分析することができる。
ここで、現在利用されている標識と比較すると例えば、安定同位元素を使えば、 標識の種類を 2 7 0種にも増やすことができる。
さらに、 別々の元素でラベルした 3種類以上の複数のタンパク質を混合し、 同 時にターゲットと結合反応させたマルチチャンネル化したチップを用いると、 複 数試料間のデータを比較することができる。
このように、 本発明によって、 多種類の安定同位元素標識による高感度'高速 質量分析法を確立することができるものであり、 従って、 本発明は、 蛍光色素や 放射性同位元素で標識を行つて 、る全ての研究分野へ応用可能である。
また、 本発明によれば、 標識元素に放射性同位元素を用いることなく、 安定同 位元素を用いることができるので、 その場合には使用される施設に制限を受けな いため、 医療施設や民間企業への設置も可能となる。
また、 本発明において、 一度に複数の標識を使うマルチチャンネル化について は、 チップ側に固定する物質をマイクロアレイのように種類ごとにスポットする のではなく、 混合物として固定し、 そこに測定したい物質ごとに異なる標識をつ けた溶液を反応させれば、 一つのスポットから複数種類の物質を検出することが できるようになる。
このようにすると、 マイクロアレイを作製する手間を大幅に省くことができる ようになり、 ユーザーが測定したい物質を含む溶液を調整するオーダーメィドの 基板が簡単に作れるようになる。
また、 逆にサンプルを基板上に載せることも可能であり、 例えば、 測定したい 対象に対する抗体をいろいろな種類でラベルしたものを力ければ、 複数の物質を 測定することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明によるレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法 を実施する際に用いることが可能な分析システムの一例たる、 タンパク質の質量 を分析するための質量分析システムの構成の一例の概念構成説明図である。 図 2は、 本発明によるレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法 の一例を示す説明図である。
図 3は、 測定したいタンパク質を標識する手法として、 抗体を使ったサンドィ ツチ法を説明するための説明図である。
図 4は、 本願発明者による実験 1に用いたターゲットとなるチップの説明図で ある。
図 5は、 本願発明者による実験 1の実験結果を示し、 四重極質量分析器によつ て測定されたスポット 1ならびにスポット 2のアブレーションによる質量スぺク トラムを示すグラフである。
図 6は、 図 5に示されたスポット 2のアブレーシヨンにより測定された質量ス ぺクトラムのみを抽出して示すグラフである。
図 7は、 本願発明者による実験 2に用いたターゲットとなるチップの説明図で ある。
図 8は、 実験 2で用いたチップ 1およびチップ 2と測定結果を示す図との対応 関係を示す説明図である。
図 9は、 チップ 1におけるスポット 1のアブレーシヨンにより測定された T O Fスぺク トノレのグラフである
図 1 0は、 チップ 1におけるスポット 2のアブレーシヨンにより測定された T O Fスぺクトノレのグラフである。
図 1 1は、 チップ 2におけるスポット 1のアブレーシヨンにより測定された T O Fスぺクトノレのグラフである、
図 1 2は、 チップ 2におけるスポット 2のアブレーシヨンにより測定された T O Fスペクトルのグラフである。
図 1 3は、 実験 3のサンプル濃度が 0 . 2 m g /m lの場合におけるアブレ一 シヨンにより測定された TOFスぺタトノレのグラフである。
図 14は、 TOFスぺクトルより算出したサマリウム （Sm) の検出量を示す 図表である c
図 15は、 サンプル濃度と検出された Sm量との関係を示すグラフである。 符号の説明
10 質量分析システム
12
14 ターゲット
16 四重極質量分析器
18 回転導入端子
20 超短パルスレーザー
22 フォーカスレンズ
100 チップ
102 饥体
104 標識タンパク質
106 サンプル
108 サンプル中に含まれる目的のタンパク質
200 チップ
202 抗体
206 2 0 8 サンプ Λ 3に含まれる目的のタンパク質
2 1 0
2 1 2 抗体 （標識抗体)
1 0 0 0
2 0 0 0 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付の図面を参照しながら、 本発明によるレーザーアブレーシヨンを用 いたタンパク質の分析方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。 本発明によるレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法によれば、 生体から採取した検体に含まれるタンパク質などの各種のタンパク質を分析する とができる。 図 1には、 本発明によるレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方 法を実施する際に用いることが可能な分析システムの一例として、 タンパク質の 質量を分析するための質量分析システムの構成の一例の概念構成説明図が示され ている。 この質量分析システム 1 0は、例えば 1 0— 8〜1 0— 6 T o r rの真空度に設定 可能な真空槽 1 2と、 この真空槽 1 2内に配置されたターゲット 1 4と、 真空槽 1 2内に配置された質量分析器としての四重極質量分析器 1 6と、 ターゲット 1 4を回転する回転導入端子 1 8と、 例えばフエムト秒レーザー光などの超短パル スレーザー光を出射してターゲット 1 4へ照射する超短パルスレーザー 2 0と、 超短パルスレーザー 2 0から照射された超短パルスレーザー光をターゲット 1 4 上へ集光するフォーカスレンズ 2 2とを有している。
ここで、超短パルスレーザー 2 0としては、フェムト秒レーザーなどのような、 例えば、 ノ、°ノレス時間幅が 1フエムト秒以上 1ピコ秒以下であり、 尖頭値出力が 1 ギガワット以上 1 0ギガワット以下である超短パルスレーザー光を照射可能なも のを用いることができる。
より詳細には、 こうした超短パルスレーザー 2 0は、 例えば、 チタンサフアイ アレーザ一により構成され、 以下に示すようなパラメータを備えているものを用 いることができる。 即ち、
ピーク幅 （パルス時間幅） ：〜 1 1 0 f s (フェムト秒）
出力 ： 5 0〜4 8 0 / J (マイクロジュール）
(尖頭値出力： 0 . 5〜4 GW (ギガワット） ）
波長 ：〜 8 0 O n m (ナノメートル）
繰り返し ： 1 k H z (キロへルツ）
である。 また、 四重極質量分析器 1 6は、 超短パルスレーザー 2 0から出射されてター ゲット 1 4に照射される超短パルスレーザー光の照射方向に対して、 9 0度垂直 方向に設置されている。 なお、 質量分析器としては、 上記した四重極質量分析器 1 6に代えて、 飛行時 間型質量分析器 (TO F MA S S ) を用いるようにしてもよいことは勿論であ る。
また、 超短パルスレーザー 2 0カゝら出射された超短パルスレーザー光を集光す るフォーカスレンズ 2 2の焦点距離は、 例えば、 2 5 c mに設定されている。 以上の構成において、 上記した質量分析システム 1 0などを用いて、 本発明に よるレーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質の分析方法により質量分析を行 う手法について説明する。
ここで、 本発明によるレーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質の分析方法 は、 フエムト秒レーザーなどの超短パルスレーザー 2 0から出射された超短パル スレーザー光によるアブレーシヨンと、 四重極質量分析器 1 6や飛行時間型質量 分析器などのような質量分析器などの分析器による分析とを用いて、 生体から採 取した検体に含まれるタンパク質などの各種のタンパク質の試料を検出して分析 を行うものである。
即ち、本発明によるレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法は、 分析の対象であるタンパク質にレーザー光を照射して当該タンパク質をアブレ一 シヨンすることにより、 タンパク質を構成元素に原子化し、 原子化した構成元素 をイオン化し、 ィオン化した構成元素を分析するレーザーアブレーションを用い たタンパク質の分析方法であって、 分析の対象であるタンパク質に照射して、 当 該タンパク質をアブレーションするレーザー光は超短パルスレーザー光であり、 タンパク質を固定したチップに対して当該超短パルスレーザー光を照射して、 当 該チップに固定されたタンパク質を超短パルスレーザー光でアブレーシヨンする ことによって、 当該タンパク質を構成元素に原子化すると同時にイオン化し、 ィ オン化した構成元素を分析するものである。
具体的には、 タンパク質を固定したチップをターゲット 1 4として真空槽 1 2 内に配置し、 ターゲット 1 4たるチップに超短パルスレーザー 2 0力 ら出射され たフエムト秒レーザー光などの超短パルスレーザー光を照射してアブレーション を行い、 四重極質量分析器 1 6あるいは飛行時間型質量分析器などの質量分析器 により分析するものである。
この際に、 分析の対象となるタンパク質に元素標識などにより標識を付してお くようにすると、 標識を付したタンパク質を固定したチップをターゲット 1 4と して真空槽 1 2内に配置し、 ターゲット 1 4たるチップに超短パルスレーザー 2 0から出射されたフエムト秒レーザー光などの超短パルスレーザー光を照射して 了ブレーションを行つて、 四重極質量分析器 1 6あるいは飛行時間型質量分析器 などの質量分析器により標識元素を測定することにより、 分析対象となるタンパ ク質を検出して分析することができる。 ここで、 タンパク質を固定したチップは、 例えば、 チップに固定された特定の タンパク質に対して特異的な結合をする物質 （抗体など） に、 タンパク質が反応 して結合することにより、 当該チップ上にタンパク質が固定されたものを用いる ことができる。 具体的には、 タンパク質を固定したチップは、 例えば、 分析の対 象であるタンパク質に対する抗体を固定したチップに、 抗原抗体反応でタンパク 質が固定されたチップを用いることができる。
従って、 標識したタンパク質を固定したチップは、 例えば、 以下のようにして 作成することができる。
即ち、 特定のタンパク質に対して特異的な結合をする物質（抗体など） を固定 したチップに、 サンプルたる標識したタンパク質の溶液をかけるなどして、 標識 したタンパク質と上記特異的な結合をする物質とを反応させ、 標識したタンパク 質の中の特定のタンパク質をチップに固定する。 さらに、 標識したタンパク質の 中の特定のタンパク質を固定したチップの洗浄を行うことにより、標識したタン パク質を固定したチップが得られる。
ここで、 D N Aチップと同様に、 一枚のチップ上にそれぞれ特定のタンパク質 と特異的な結合をする物質 （抗体など） を^ ¾類も固定したチップを用いて、 当 該何種類もの特異的な結合をする物質 （抗体など） とそれぞれ結合したタンパク 質を固定したチップを用いることにより、 同時に多種類のタンパク質について測 定することが可能となる。
また、 チップに固定する特定のタンパク質に対して特異的な結合をする物質と しては、 タンパク質と特異的な結合性を持った分子や、 さらには、 抗原抗体など のようにタンパク質同士の特異的な結合作用を発揮するタンパク質を用いること ができる。
なお、 タンパク質と特異的な結合性を持った分子としては、 例えば、 抗体と同 じょうな特異的結合をするアブタマ一と呼ばれる核酸を用いることができる。 ァ プタマ一は、 ランダムに合成したオリゴヌクレオチドのプールより、 タンパク質 などのターゲットとなる物質と結合性をの高いものを選択する SE LEXと称さ れる手法を使つて作成することができる。
また、 抗原抗体などのようにタンパク質同士の特異的な結合作用を発揮するタ ンパク質としては、 抗原抗体の他に、 リガンドとレブターや、 複合体を形成する タンパク質など生体内で特異的に結合することがわかっているものなどを用いる ことができる。 ここで、 上記した本発明によるレーザーアブレーションを用いたタンパク質の 分析方法の一例について、 図 2を参照しながらより詳細に説明する。
即ち、 上記した本発明によるレーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質の分 析方法においては、 まず、 検出したいタンパク質に対する抗体 102を固定した チップ 100を作成する。
次に、 検出したいタンパク質をインビトロ翻訳 （ i n v i t r o t r a n s 1 a t i on) などで合成し、 当該タンパク質に含まれない元素 （例えば、 S e, Eu, Sm, Tb， Feなどの安定同位元素） で標識 （ラベル） して標識タ ンパク質 104を作成する。
ここで、 標識方法としては、 例えば、 セレメチォェン法、 ピューロマイシン誘 導体を用いた i n v i t r o v i r u s法などを用いることができる。 なお、 i n v i t r o v i r u s法では、 蛍光色素による標識などが一般 的であるが、 元素標識体を合成し、 蛍光色素による場合と同様な方法で元素標識 することができる。
次に、合成した標識タンパク質 1 04の濃度を変えた溶液を何種類か測定して、 検量,線をとつておく。
次に、 生体から採取したサンプル 106 (例えば、 血清など） と濃度調整をし た標識タンパク質溶液を混合し、 混合したものをチップ 100にかけて c omp e t i t i v e a s s a yし、 抗原抗体反応により、 抗体 1 02と標識タンパ ク質 104ならびにサンプノレ 106中に含まれる目的のタンパク質 1 08とを競 合的に結合させる c o mp e t i t i v e a s s a yを行い、 抗体 102と標 識タンパク質 104ならびにサンプル 106中に含まれる目的のタンパク質 10 8とが結合して固定されたチップ 100を洗浄して乾燥させた後に、 この目的の タンパク質 108が固定されたチップ 100をターゲット 14として超短パルス レーザー 20からのフエムト秒レーザー光を照射してァプレーションを行い、 四 重極質量分析器 16や飛行時間型質量分析器により標識元素を測定することによ り、 標識タンパク質 104が抗体 102と反応した量を測定して、 サンプル 10 6中に含まれる目的のタンパク質 108の濃度を検出して分析するものである。 ここで、 チップの状態により検 锒に違いが生じる可能性があるので、 それを 防ぐためには、 検 41泉の作成とサンプルの測定とを同じチップ上で同時に行うこ とが望ましい。
即ち、 こうした問題点を解決するためには、 抗体と標識タンパク質ならびにサ ンプル中に含まれる目的のタンパク質とが結合したチップをマルチチヤンネル化 すればよく、 このマルチチヤンネル化により、 上記した本発明による手法の精度 をさらに上げることができる。
このマノレチチャンネノレ化は、 例えば、 以下に説明する手法により実現すること ができる。
つまり、 チップの状態により検量線に違いが生じる可能性があるので、 それを 防ぐためには、 検 *|泉の作成とサンプルの測定とを同じチップ上で同時に行うこ とが望ましいものであり、 そのために、 Aというタンパク質の測定をしょうとす るとき、 濃度毎に異なる標識 （例えば、 F eの同位体何種類かで標識する。 ) を した標識タンパク質の溶液を し、'これをサンプルと混合して抗体を固定した チップに反応させると、 検量線作成とサンプル測定を同時に行うことが可能とな る。 次に、 測定したいタンパク質を標識する手法としては、 上記したようなサンプ ルと混合する前に標識タンパク質を予め合成する方法の他に、 抗体を使ったサン ドイツチ法を用いるようにしてもよい。 このサンドイッチ法について、 図 3を参 照しながら説明する。
このサンドイッチ法においては、 まず、 検出したい目的のタンパク質に対する 抗体 2 0 2を固定したチップ 2 0 0にサンプル 2 0 6を反応させ、 サンプル 2 0 6中に含まれる目的のタンパク質 2 0 8と抗体 2 0 2とを結合させる。
次に、 抗体 2 0 2と結合したサンプル 2 0 6中に含まれる目的のタンパク質 2 0 8の上から、 標識元素 2 1 0により標識した抗体 （標識抗体） 2 1 2をかけ、 サンプノレ 2 0 6中に含まれる目的のタンパク質 2 0 8と標識抗体 2 1 2とを反応 させて結合する。
次に、 抗体 2 0 2とタンパク質 2 0 8と標識元素 2 1 0により標識した標識抗 体 2 1 2とが結合したチップ 2 0 0を洗浄して乾燥させた後に、 このチップ 2 0 0をターゲット 1 4として超短パルスレーザー 2 0からのフエムト秒レーザー光 を照射してアブレーシヨンを行い、 四重極質量分析器 1 6や飛行時間型質量分析 器により標識元素 2 1 0を測定することにより、 サンプル 2 0 6中に含まれる目 的のタンパク質 2 0 8の濃度を検出して分析するものである。 また、 サンドイッチ法としては、 上記に限られるものではなく、 例えば、 検出 したい目的のタンパク質をサンドィツチして挟み込む際の上側の抗体の産生動物 をチップに固定した抗体と違ったものを選ぴ、 標識 2次抗体をさらに上からかけ て検出するようにしてもよい。 また、 測定したいタンパク質を標識する手法としては、 サンプ のタンパク 質を直接標識する手法を用いてもよい。
具体的には、 例えば、 サンプル中に含まれるタンパク質をョードでラベルする ようにしてもよい。このタンパク質をョードでラベルする手法としては、例えば、
I o d o— B e a d法 （P i e r c e社の商標） を用いて行うことができる。 そして、 サンプル中のタンパク質を直接標識したサンプルを用いる場合には、 当該サンプルを、 検出したい目的のタンパク質に対する抗体を固定したチップに 10706
24 かけて、サンプル中に含まれる検出したい目的のタンパク質と抗体とを反応させ、 抗原抗体反応により、 サンプル中に含まれる検出したい目的のタンパク質と抗体 とを結合する。
次に、 サンプル中に含まれる検出したい目的のタンパク質と抗体とが結合した チップを洗浄して乾燥させた後に、 このチップをターゲット 1 4として超短パル スレーザー 2 0からのフエムト秒レーザー光を照射してアブレーシヨンを行い、 四重極質量分析器 1 6や飛行時間型質量分析器により標識元素を測定することに より、 サンプル中に含まれる検出したい目的のタンパク質の濃度を検出して分析 するものである。 以下に、 上記した質量分析システム 1 0を用いて、 本願発明者が行った質量分 析の実験結果について説明する。
( 1 ) 実験 1
( 1 - 1 ) チップの作成
まず、 ターゲット 1 4となるチップの作成について、 図 4を参照しながら説明 する。 このチップの作成は、 以下のようにして行う。
即ち、 ポリ L一リジンコートスライドガラスを基板 1 0 0 0として用いた。 こ のポリ L一リジンコートスライドガラスは、 スライドガラスを N a OH処理後に 3 %ポリ L—リジン溶液に 1時間浸漬し、 水で洗浄後に 8 0 °Cで乾燥させて作成 した。 次に、 ゥサギ抗ヒトヘモグロビン抗体 （シグマ社製） ， ゥサギ抗ヒト I g G抗体を P B Sに各々 0 . 2 m g /m 1の濃度で分解し、 上記のようにして作成 したポリ L一リジンコートスライドガラスにそれぞれスポッティングした （図 4 参照：スポット 1はゥサギ抗ヒト I g G抗体であり、 スポット 2はゥサギ抗ヒト へモグロビン抗体である。）。 そして、 30/on o n_ f a t m i l k, 0. 1 % Twe e n-20を含む P B S溶液で余分な抗体を除去した後に、 3 % n o n— f a t mi l k, 0. 020 /。アジ化ナトリゥムを含むプロッキング溶液に浸漬 し、 4°Cで一 B免静置した。 さらに、 10， 000 x g で 10分間遠心後に、 P B Sで洗浄してプロッキング溶液を除去し、抗体を固定したチップを作成した。 ここで、基板の材質はガラスである必要はなく、金属や絶縁体であつても良い。 超短パルスレーザー光を用いたレーザーアブレーションでは、 熱伝導度の高い基 板が、 より高いイオン検出効率を与える。 なお、 基板としては固体を用いるもの であり、 この基板として用いる固体の熱伝導率は 0. lW' m— 1 · Κ— 1以上 であることが好ましい。
(1-2) タンパク質溶液の調整と反応
次に、 タンパク質溶液の調製とチップに固定された抗体との反応を行う。 この タンパク質溶液の調製と反応は、 以下のようにして行う。
ヒトへモグ口ビン (和光純薬工業製)を PBSに 2mg/;mlの濃度で溶角 し、 タンパク質の溶液を調製した。 抗体を固定したチップから余分な PB Sを振り落 とし、 すぐにタンパク質溶液を抗体を固定したチップ表面に載せ、 上からカバー ガラスを静かに被せ、 4°Cで 2時間静置した。 その後、 当該チップを PBSに浸 漬してカバーガラスとタンパク溶液を除き、 0. 005M Tr i s—HC l、 0. 005%Twe e n 20, pH7. 8処理し、 続いて P B Sで処理した後に 乾燥して、 ターゲット 1 4となるチップを得た。
( 1 - 3 ) 測定
上記のようにして作成したターゲット 1 4を真空槽 1 2内に装着して、 真空槽 1 2内を真空に引いて、真空槽 1 2内の真空度が 1 0— 6 T o r r以下となるよう に設定する。
次に、 超短パルスレーザー 2 0から出射された超短パルスレーザー光を、 フォ 一カスレンズ 2 2を用いてターゲット 1 4上に集光して、 ターゲット 1 4上に形 成されたスポット 1またはスポット 2をアブレーシヨンする。
なお、 超短パルスレーザー 2 0から出射される超短パルスレーザー光のパルス 幅は 1 1 0フ ムト秒であり、 出力は 2 3 Jである。
そして、 四重極質量分析器 1 6によって、 ターゲット 1 4への超短ノヽ。ルスレー ザ一光の照射により発生した一価のィオンの質量を測定した。
図 5には、 上記した手法により、 四重極質量分析器 1 6によつて測定されたス ポット 1ならびにスポット 2のアブレーシヨンによる質量スぺクトラムが示され ている。 また、 図 6は、 図 5に示されたスポット 2のアブレーシヨンにより測定 された質量スぺクトラムのみを抽出して示すものである。
これら図 5ならびに図 6に示す実験結果から明らかなように、 スポット 2から は F eが検出され、 本発明の手法によりへモグロビンを検出することができた。 なお、 上記した実験 1においては、 検出しょうとするタンパク質に元素標識を 付さなかったが、 実験 2ならびに実験 3に示すように、 元素標識を付したものも 解析することができるのは勿論である。 以下、 実験 2ならびに実験 3について説 明する。
(2) 実験 2
(2- 1) チップの作成
まず、 ターゲット 1 4となるチップの作成について、 図 7を参照しながら説明 する。 このチップの作成は、 以下のようにして行う。
即ち、 ポリ L—リジンコートスライドガラスを基板 2000として用いた。 こ のポリ L—リジンコートスライドガラスは、 スライドガラスを N a OH処理後に 3 %ポリ L—リジン P B S溶液に 1時間浸漬し、水で 1 5分間洗浄後に乾燥させて 作成した。 次に、 抗ストレプトアビジン抗体 （C o r t e x B i o c h e m社 製） およぴ抗マウス I g G抗体 (S o u t h e r n B i o t e c h n o l o g y A s s o c i a t e s社製） をそれぞれ 0. lmgZm 1の濃度で PB S溶 液に溶角军したものを、 3 μ 1ノスポットで上記のようにして作成したポリ Lーリ ジンコートスライドガラス上にそれぞれ図 7に示すようにスポットし、 自然乾燥 した （図 7において、 スポット 1は抗ストレプトァビジン抗体であり、 スポット 2は抗マウス I g G抗体である。 ） 。 それから、 乾燥したポリ L—リジンコート スライドガラスを 1. 5%B SA、 0. 1 %アジ化ナトリウム、 0. 05%Tw e e n 40を含む T r i s -HC I溶液（pH7. 8)に 1 5分間浸して洗浄し、 続いて 1. 5%B SA、 0. 1%アジ化ナトリウムを含む T r i s— HC 1溶液 (pH7. 8) に浸漬し、 4°Cでー晚静置した。 1 0, 00 O x g で 1 0分 間遠心後に、 P B Sで洗浄し、 プロッキング溶液を除去した。 なお、 上記のようにして作成したチップを 2枚準備した '(図 8参照：チップ 1 およびチップ 2) 。
(2-2) タンパク質溶液の調整と反応
ユーロピウム （Eu) でラベノレしたストレプトアビジン （パーキンエノレーマー 社製） を 0. 2mg/mlで Tr i s—HC l溶液 (pH7. 8) に溶角 し、 チ ップ 1のスポット 1およびスポット 2上に 3/ί 1滴下し、室温で 2時間静置した。 その後、 0. l%Twe e η 20を含む T r i s— HC 1溶液 （ρΗ7. 8) に よりチップ 1を室温で 30分間洗浄し、 自然乾燥させた （図 8参照） 。
また、 ユーロピウム （Eu) でラベルしたマウス I gG (パーキンエルマ一社 製） を 0. 2mgZmlで Tr i s—HC l溶液 (pH7. 8) に溶解し、 チッ プ 2のスポット 1およびスポット 2上に 3 1滴下し、 室温で 2時間静置した。 その後、 0. l%Twe e n 20を含む T r i s— HC 1溶液 （pH7. 8) に よりチップ 2を室温で 30分間洗浄し、 自然乾燥させた （図 8参照） 。
(2— 3) 測定
測定方法は実験 1の場合と同様であるが， 超短パルスレーザー 20から出射さ れる超短パルスレーザー光の出力を 120 Jとし、 飛行時間型質量分析器を用 レ、て質量測定を行った点において、 実験 1の測定方法と異なる。 この実験 2の実 験結果が、 図 9乃至図 12に示されている。 ここで、 図 9はチップ 1におけるス ポット 1の測 果を示し、 図 10はチップ 1におけるスポット 2の測 果を 示し、 図 11はチップ 2におけるスポット 1の測定結果を示し、 図 12はチップ 2におけるスポット 2の測定結果を示している。 これら図 9乃至図 12に示す実験結果より、 サンプル溶液中に含まれるタンパ ク質をそれに付加されたラベルを用いて検出できることがわかった。
(3) 実験 3
実験 2と同様の方法でチップを作製し、 濃度を変えた測定タンパク質溶液を反 応させ、 定量性の検討を行った。
ここで、 タンパク質溶液の調整は、 以下のようにして行った。 即ち、 サマリゥ ム （Sm) でラベ^/したストレプトアビジン （パーキンェ Λ ^"マー社製） をそれ ぞれ 0. 002mgZm l、 0. 02mgZml、 0. lmg/ml、 0. 2m g/m 1、 0. 5mg/m 1含む T r i s一 HC 1溶液 (pH7. 8) を調整し、 実験 2と同様の条件で抗ストレプトアビジン抗体をスポットしたチップと反応さ せ、 測定を行なった。
図 13にはサンプノレ濃度が◦ .2 m g /m 1の場合の測定結果が示されており、 図 14には質量スぺクトルより算出した Smの検出量が示されている。 この結果 より、 図 15に示すとおり、 本発明による手法を用いることによって、 サンプノレ 溶液に含まれる測定タンパク質の量を定量的に測定できることが判った。 本亮明によれば、 超短パルスレーザーにより単数または複数の同位体元素で標 識したタンパク質をアブレーションすることにより、 構成元素を完全に原子ィォ ン化し、 イオン化した標識元素を質量分析することによりタンパク質の定量測定 を行うことができる。 これにより、 多種類の同位体元素を標識として使用するこ とができるようになる。 従って、 質量分析することができるタンパク質の対象範 囲を飛躍的に広げることができるようになる。
つまり、 本発明によって、 同位体元素で標識したタンパク質それ自体を原子レ ベルでイオン化し、 標識元素を検出することが可能となるから、 質量分析可能な 対象範囲を飛躍的に広げることができるようになる。 例えば、 標識として同位体 元素を用いることが可能となり、 標識の種類をたとえば安定同位体元素の数であ る 2 7◦にも増やすことができる。 これは、従来の標識法である蛍光法（2種類） や放射性同位元素 （約 1 0種類） と比較して、 飛躍的に情報量を増やすことがで ぎる。 なお、 上記した実施の形態においては、 質量分析器として四重極質量分析器を 用いるようにしたが、 これに限られるものではないことは勿論であり、 上記した ように原子の飛行時間を測定することにより質量分析を行う飛行時間質量分析器 を用いることができ、 その場合には、 一回のレーザー照射で複数の原子の質量分 析を同時に行う'ことができる。 また、 質量分析器としてイオンサイクロトロン型 フーリェ変換質量分析器を用いた場合にも、 複数の原子の質量分析を同時に行う ことが可能となる。 また、 上記した実施の形態においては、 タンパク質の分析方法として質量分析 に関して説明したが、 これに限られるものではないことは勿論であり、 質量分析 以外の分析に関して本発明を用いるようにしてもよい。 また、 上記した実施の形態においては、 ターゲット 1 4を移動する移動手段と して、 ターゲット 1 4を回転する回転導入端子 1 8を用いたが、 これに限られる ものではないことは勿論であり、 ターゲット 1 4を載置可能な移動自在のテープ ルなどの適宜の移動手段を用いるようにしてもよい。
また、 上記した実施の形態においては、 回転導入端子 1 8を用いてターゲット 1 4を回転することにより、 ターゲット 1 4を遺漏 ·重複なくァプレーションす るようにしたが、 これに限られるものではないことは勿論であり、 超短パルスレ 一ザ一光のターゲットへの照射位置を移動する移動手段を設けるようにして、 タ ーゲット 1 4を遺漏■重複なくアブレーションするようにしてもよい。 また、 本発明において、 一度に複数の標識を使うマルチチャンネル化について は、 チップ側に固定する物質をマイクロアレイのように種類ごとにスポットする のではなく、 混合物として固定し、 そこに測定したい物質ごとに異なる標識をつ けた溶液を反応させれば、 一つのスポットから複数 の物質を検出することが できるようになる。
このようにすると、 マイクロアレイを作製する手間を大幅に省くことができる ようになり、 ユーザーが測定したい物質を含む溶液を調整するオーダーメイドの 基板が簡単に作れるようになる。
また、 逆にサンプルを基板上に載せることも可能であり、 例えば、 測定したい 対象に対する抗体をいろいろな種類でラベノレしたものをかければ、 複数の物質を 0706
32 測定することができる。 産業上の利用可能性
本突明は、 以上説明したように構成されているので、 タンパク質を構成する構 成原子の原子イオンを生成し、 生成した原子イオンを分析するようにしたレーザ 一アブレーションを用いたタンパク質の分析方法であって、 高分解能の分析装置 を要しないようにしたレーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質の質量分析方 法を樹共することができるという優れた効果を奏する。 ここで、 より詳細には、 例えば、 質量分析を行う場合には、 質量スペクトルの解析が困難になる恐れを排 除することができるとともに、 高 ϋ能の質量分析装置を必要とすることがない という優れた効果を奏する。
また、 本宪明は、 以上説明したように構成されているので、 システム構成を大 幅に簡潔化することができるという優れた効果を奏する。
さらに、 本発明は、 以上説明したように構成されているので、 多種類の標識同 位体が混入した状況においても、 効率の良い分析を行うことができるようになる という優れた効果を奏する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 分析の対象であるタンパク質にレーザー光を照射して該タンパク質をアブレ ーシヨンすることにより、 タンパク質を構成元素に原子化し、 原子化した構成元 素をイオン化し、 イオン化した構成元素を分析するレーザーアブレーシヨンを用 いたタンパク質の分析方法であって、
分析の対象であるタンパク質に照射して、 該タンパク質をアブレーションする レーザー光は超短パルスレーザー光であり、
タンパク質を固定したチップに対して該超短パルスレーザー光を照射して、 該 チップに固定されたタンパク質を超短パルスレーザー光でアブレーションするこ とによって、 該タンパク質を構成元素に原子化すると同時にイオン化し、 イオン 化した構成元素を分析する
レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
2 . 請求項 1に記載のレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法に おいて、
前記タンパク質を固定したチップは、 該チップに固定された特定のタンパク質 に対して特異的な結合をする物質に、 該特定のタンパク質が反応して結合するこ とにより、 該チップ上に該特定のタンパク質が固定されたものである
レーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質の分析方法。
3 . 請求項 2に記載のレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法に おいて、 前記特定のタンパク質に対して特異的な結合をする物質は、 タンパク質と特異 的な結合性を持つた分子である
レーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質の分析方法。
4. 請求項 3に記載のレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法に おいて、
前記タンパク質と特異的な結合性を持つた分子は、 タンパク質と特異的な結合 をする核酸である
レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
5 . 請求項 2に記載のレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法に おいて、
前記特定のタンパク質に対して特異的な結合をする物質は、 タンパク質同士の 特異的な結合作用を発揮するタンパク質である
レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
6. 請求項 5に記載のレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法に おいて、
前記タンパク質同士の特異的な結合作用を発揮するタンパク質は、 抗体である レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
7. 請求項 6に記載のレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法に おいて、
前記タンパク質を固定したチップは、 前記抗体を固定したチップに前記抗体と 反応するタンパク質を含む溶液をかけて、 前記抗体と反応するタンパク質と前記 抗体とを反応させ、 前記抗体と反応するタンパク質と前記抗体とを結合させてな るものである
レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
8. 請求項 1〜 7のいずれか 1項に記載のレーザーアブレーションを用いたタン パク質の分析方法において、
前記チップに固定されたタンパク質は、 元素標識を付けたものである レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
9 . 請求項 8に記載のレーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法に おいて、
前記元素標識は、 安定同位元素標識である
レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
1 0. 請求項 8〜9のいずれか 1項に記載のレーザーアブレーシヨンを用いたタ ンパク質の分析方法にぉ 、て、
前記元素標識は、 ピュー口マイシン誘導体を用いて標識されたものである レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
1 1 . 請求項 8〜 9のいずれか 1項に記載のレーザーアブレーシヨンを用いたタ ンパク質の分析方法において、
前記元素標識は、 サンドィツチ法により標識されたものである
レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
1 2 . 請求項 8〜 9のいずれか 1項に記載のレーザーアブレーシヨンを用いたタ ンパク質の分析方法において、 前記元素標識は、 サンプノレ中のタンパク質に直接標識されたものである レーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質の分析方法。
1 3 . 請求項 8〜1 2のいずれか 1項に記載のレーザーアブレーシヨンを用いた タンパク質の分析方法において、
前記チップは、 マルチチャンネル化したチップである
レーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質の分析方法。
1 4 . 請求項 1〜： L 0または請求項 1 3のいずれか 1項に記載のレーザーアブレ ーションを用いたタンパク質の分析方法において、
分析の対象であるタンパク質を含むサンプルと該分析の対象であるタンパク質 に標識を付けた標識タンパク質溶液とを混合して前記チップにかけて、 前記に固 定された特定のタンパク質に対して特異的な結合をする物質と前記分析の対象で あるタンパク質と前記標識タンパク質とを競合的に結合させる c o m p e t i t i v e a s s a yを行い、 前記チップ上に該特定のタンパク質を固定する レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
1 5 . 請求項 1〜1 4のいずれか 1項に記載のレーザーアブレーシヨンを用いた タンパク質の分析方法において、
分析の対象であるタンパク質に照射して、 該タンパク質をアブレーションする 超短パルスレーザー光は、 パルス時間幅が 1 0ピコ秒以下であり、 尖頭値出力が 1 0メガヮット以上である
レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
1 6 . 請求項 1 5に記載のレーザーアブレーシヨンを用いたタンパク質の分析方 法において、
分析の対象であるタンパク質に照射して、 該タンパク質をアブレーションする 超短パルスレーザー光は、パルス時間幅が 1フエムト秒以上 1ピコ秒以下であり、 尖頭値出力が 1ギガワット以上 1 0ギガワット以下である
レーザーァプレーションを用いたタンパク質の分析方法。
1 7. 請求項 1〜1 6のいずれか 1項に記載のレーザーアブレーシヨンを用いた タンパク質の分析方法において、
タンパク質をアブレーシヨンする短パルスレーザー光と分析の対象であるタン パク質とは、 少なくともいずれか一方を移動させることにより、 該タンパク質を アブレーションする短パルスレーザー光により該分析の対象であるタンパク質を 遺漏、 重複なくアブレーシヨンして分析を行う
レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
1 8. 請求項 1〜 1 7のいずれか 1項に記載のレーザーアブレーションを用いた タンパク質の分析方法において、
前記イオン化した構成元素の分析は、 飛行時間法による質量分析である レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
1 9 . 請求項 1〜 6のいずれか 1項に記載のレーザーアブレーシヨンを用いたタ ンパク質の分析方法において、
前記チップ側に固定する物質を混合物として固定し、 該混合物に測定したい物 質ごとに異なる標識をつけた溶液を反応させ、 該混合物から複数種類の物質を検 出する レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
2 0 . 請求項 1〜6のいずれか 1項に記載のレーザーアブレーシヨンを用いたタ ンパク質の分析方法において、
前記チップにサンプルを固定し、 測定対象に対する抗体を複数種類でラベルし たものをかけ、 複数の物質を測定する
レーザーアブレーションを用いたタンパク質の分析方法。
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