WO2012137806A1 - 質量分析装置及び質量分析方法 - Google Patents

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Definitions

  • the MS 2 spectrum obtained for an N-linked glycopeptide has three peaks (hereinafter referred to as “triplet peaks”) arranged at predetermined mass-to-charge ratio intervals, specifically, the low mass-to-charge ratio side.
  • a triplet peak corresponding to a peptide ion from which all sugars are eliminated, a 0,2X (83 Da) -added peptide ion generated by ring cleavage of the sugar HexNAc, and a HexNAc (203 Da) -added peptide ion appears characteristically.
  • the ion quantity detected in comparison with the mass spectrometry (MS 1 analysis) without CID operation is considerably reduced in MS 2 analysis, in order to create the MS 2 spectra of sufficient signal strength signal It is necessary to increase the number of integrations of MS2 and to increase the number of repetitions of MS 2 analysis accordingly. For this reason, not only does the time required to identify the peptide become long, but also when analyzing a very small amount of a biological sample, the sample may be depleted during the execution of the analysis, and the peptide may not be identified.
  • the first invention made in order to solve the above-mentioned problems is a mass analyzer for mass-analyzing ions derived from the compound to be analyzed, and ions separated according to the mass-to-charge ratio by the mass analyzer.
  • a mass spectrometer comprising a detector for detection, a) non-selective fragmentation promoting means for promoting fragmentation without ion selection operation for ions derived from the target compound; b) first analysis execution means for obtaining a first mass spectrum by performing mass analysis with the mass analyzer without performing fragmentation promotion operation by the ion non-selection fragmentation promotion means for ions derived from the target compound; c) second analysis execution means for executing a fragmentation promoting operation by the ion non-selective fragmentation promoting means for the ion derived from the target compound and performing a mass analysis by the mass analyzer to obtain a second mass spectrum; d) data processing means for judging the attribution of the peak derived from the target compound by comparing the first mass
  • the degree of increase in the intensity is larger than a predetermined threshold, it can be regarded as a peak corresponding to the backbone structure from which all the easily modified modifications are eliminated, and conversely, the increase degree is a predetermined threshold. If it is below, there is a high possibility that this is not a peak corresponding to the backbone structure. In this way, a peak corresponding to the basic structure of the target compound was found, and based on this, a part of the modified product was eliminated (some of the modified product is still bound). Find the peaks and determine the attribution of each peak.
  • the target compound to be analyzed is an N-linked glycopeptide
  • a characteristic triplet peak appears on the mass spectrum as described above. Therefore, in the mass spectrometer according to the first invention, when the N-linked glycopeptide is the target compound,
  • the data processing means extracts a triplet peak characteristic of an N-linked glycopeptide by comparing the first mass spectrum and the second mass spectrum, Furthermore, the ions originating from the target compound, and the pseudo MS 3 analysis executing means for executing MS 2 analyzes the the triplet peaks extracted was precursor ion by the data processing means as a pseudo MS 3 analysis, A peptide identification means for identifying a peptide constituting the target compound using a mass spectrum obtained by the pseudo MS 3 analysis; It is good to set it as a structure provided with.
  • the ion nonselective fragmentation promoting means can take various configurations.
  • the type of the cooling gas when performing the cooling in the ion trap has a great influence on the ease of detachment of the modified product and the functional group contained in the compound.
  • the sample contains a target compound in which one or more functional groups or one or more functional groups are easily bonded to the backbone structure, and helium is used as the cooling gas, There are relatively few modified products and functional groups leaving the backbone structure.
  • modified products and functional groups are actively desorbed from the backbone structure during the cooling process.
  • the second inert gas has a larger mass than the first inert gas, and preferably has a larger mass difference.
  • the first inert gas is helium, which is the lightest inert gas
  • the second inert gas is any one of nitrogen, neon, argon, krypton, xenon, or a mixture of two or more thereof. It ’s good.
  • the second inert gas is preferably krypton, xenon, etc., but these gases are very expensive and lack versatility. Therefore, generally argon or nitrogen is suitable as the second inert gas.
  • the ion source 1 is a MALDI ion source using a MALDI method.
  • the laser irradiation unit 11 emits a pulsed laser beam, the sample plate 12 to which the sample S containing the target compound is attached, and the sample S by irradiation with the laser beam. It includes an aperture 13 that draws out the emitted ions and limits the drawing direction, an ion lens 14 that guides the extracted ions, and the like.
  • the operator uses an input unit (not shown).
  • a characteristic analysis is executed according to each process shown in the flowchart of FIG.
  • modified products and functional groups that are easily removed include sialic acid, sulfate groups, and phosphate groups.
  • compounds to be analyzed include sialic acid-bonded sugar chains and sialic acid-bonded sugar chains. Typical examples include peptides, sulfated sugar chains, sulfated peptides, phosphorylated sugar chains, and phosphorylated peptides.
  • fetuin glycopeptide (bovine fetuin-GP3) having the structure shown in FIG. 3 is analyzed is taken as an example. As shown in the figure, this glycopeptide is obtained by binding three sialic acids to the end of the basic structure.
  • the control unit 6 After collecting the ions in the vicinity of the center of the trapping space by cooling for a predetermined time, the control unit 6 causes the main power supply unit 7 and the auxiliary power unit 7 so that ions having different mass-to-charge ratios are sequentially discharged from the ion trap 2.
  • the voltage applied to each electrode 21, 22, 24 from the power supply unit 8 is controlled.
  • the data processing unit 5 receives the ion intensity signal obtained by the detection unit 3 along with the mass scanning as described above, and the mass spectrum creation unit 51 creates a mass spectrum over a predetermined mass-to-charge ratio range.
  • FIG. 6A is an example of a mass spectrum obtained by actual measurement when helium is used as the cooling gas. Note that the matrix used in this measurement is DHB.
  • the peaks of (1), (2), (3), and (4) are arranged in a mass-to-charge ratio difference corresponding to sialic acid. Extracted as a set or peak group. Subsequently, the spectrum comparison processing unit 53 obtains the intensities of a plurality of peaks included in the peak group extracted by the neutral loss analysis as described above. In addition, on the other mass spectrum, a peak appearing at the same mass-to-charge ratio as each peak included in the peak group is extracted, and the intensity of the peak is also obtained.
  • a score indicating the reliability of the probability of peak assignment is obtained according to the magnitude of change in the intensity ratio when the type of cooling gas is changed, for example.
  • the attribution result and the score may be output together. Thereby, the analyst can recognize the probability of the peak assignment automatically performed according to the score, and can use it for identification and structural analysis.
  • This phosphorylated peptide is a peptide in which a phosphate group (—H 3 PO 4 ) is bonded to the serine side chain, and the structure from which the phosphate group is eliminated becomes the basic structure related to the target compound in this actual measurement example.
  • glycopeptide having the structure shown in FIG. 5 is fetuin 3-branched glycopeptide GP1 (bovine fetuine-GP1) having the same sugar chain as Fetuin-GP3 shown in FIG. 3 and having a different amino acid sequence.
  • the matrix used is 3AQ / CHCA.
  • Figure 8 (a) major ions peaks in (2) to (5), which has caused the elimination of the sugar from the target compound, each [M + H] + -Sia, [M + H] + -2Sia, It is a triplet peak composed of a peptide ion from which all sugars are eliminated, a HexNAc ring-cleavage-added peptide ion, and a HexNAc-added peptide ion, which are characteristic of [M + H] + -3Sia and N-linked glycopeptides.
  • the target compound is unknown, the assignment of these peaks is unknown.
  • the peptide identification unit 56 identifies the peptide by performing a protein database search on the peak information collected from the pseudo MS 3 spectrum (step S16).
  • the intensity of the fragment ions is increased as a whole because the precursor ion selection operation is less than in the normal MS 3 analysis. Therefore, the protein database search based on the peak information collected from the pseudo MS 3 spectrum improves the accuracy of peptide identification, and reduces false identification and identification omission.

Abstract

 クーリングガスとしてHeを用いた質量分析を実行して第1マススペクトルを取得するとともに(S1)、Heに比べて重いArをクーリングガスとして用いた質量分析を実行して同じ試料に対する第2マススペクトルを取得する(S2)。両ガスには修飾物の脱離を促進する作用に差異があるため、第2マススペクトルには修飾物が全て脱離した目的化合物由来のイオンピークが大きな強度で現れる。両マススペクトルのピークパターンを比較することで不要なピークを除去しつつ全脱離イオンピークを見出し(S3)、それに基づいて各ピークの帰属を決定する(S4)。これにより、シアル化糖鎖付加ペプチドなど、脱離容易な修飾物が結合した化合物を質量分析する際に、マススペクトル上のピークの帰属判定の精度を高めることで同定や構造解析の精度を向上させる。

Description

質量分析装置及び質量分析方法
 本発明は質量分析装置及び質量分析方法に関し、さらに詳しくは、糖ペプチドなどの高分子化合物の構造解析に有用な質量分析装置及び質量分析方法に関する。
 糖鎖やペプチドなどの高分子化合物の構造解析においては、MALDI(マトリクス支援レーザ脱離イオン化)イオン源と3次元四重極型イオントラップとを搭載したイオントラップ質量分析装置が広く用いられている。イオントラップに一時的に保持した各種イオンを質量分析する手法としては、イオントラップ自体の質量分離機能を利用する場合と、イオントラップからイオンを吐き出し、イオントラップ外部に設けた飛行時間型質量分析器によりイオンを質量分離して検出する場合とがあるが、以下の説明では、それらを包含してイオントラップ質量分析装置ということとする。
 イオントラップ質量分析装置を用いた高分子化合物に対する一般的な分析手法は次の通りである。
 分析対象の化合物をMALDI法によりイオン化して得られた各種イオンをイオントラップ内に捕捉したあと、特定の質量電荷比m/zを有するイオンをプリカーサイオンとして選択的にイオントラップ内に残し、他の不要なイオンをイオントラップ外部に排出するようなイオン選択操作を行う。その後、イオントラップ内に衝突誘起解離(Collision-Induced Dissociation:CID)ガスを導入し、プリカーサイオンを励振させてCIDガスに衝突させることで解離を促す。1回のCID操作だけで目的とする構造体が充分に解離しない場合には、プリカーサイオンの選択とCID操作とを複数回繰り返すこともある。そうして分析対象の化合物由来のイオンに対し1回以上のCID操作を行うことで細かく断片化させたプロダクトイオンについて、質量走査を伴うイオンの検出を実行してMSnスペクトルを取得し、このMSnスペクトルを解析して分析対象化合物の構造を推定する。
 イオントラップ質量分析装置では一般に、検出感度や質量分解能の向上を目的として、捕捉しているイオンをイオントラップの捕捉空間中心付近に集めるために、クーリングと呼ばれる操作が行われる。即ち、不活性ガスであるヘリウム(He)等のクーリングガスをイオントラップ内に導入し、捕捉しているイオンをこれらガスと接触させることにより、イオンが持つ運動エネルギを減衰させる。運動エネルギの小さなイオンは捕捉電場の影響を受け易いため、捕捉空間内での拡がりが抑えられ、捕捉空間中心付近に集まり易くなる。一般的に上述したような質量分析のための一連の行程の中では、外部からイオントラップ内にイオンが導入された後にクーリングが行われ、またCID操作によりプリカーサイオンが解離しそれにより生成されたプロダクトイオンが捕捉電場に捕捉された後にもクーリングが行われる。
 ところで、上述したようなイオントラップ質量分析装置による分析対象である高分子化合物には、脱離し易い修飾物や官能基が含まれる場合がよくある。修飾物や官能基として代表的なものは、シアル酸、硫酸基、リン酸基などである。MALDIイオン源を用いたイオントラップ質量分析装置において、酸性糖の一種であるシアル酸が結合している糖鎖やシアル酸結合糖鎖が付加した糖ペプチドを低エネルギCIDにより解離させると、シアル酸が優先的に脱離することが知られている。
 しかしながら、こうしたシアル酸の脱離はCIDの過程のみならず、インソース分解やクーリングガスとの衝突によって、さらに飛行時間型質量分析器を用いた場合にはポストソース分解によっても容易に生じる。そのため、CID操作を伴わない通常の質量分析でも、シアル酸の一部や全てが脱離したイオンのピークが観測される(非特許文献1など参照)。こうしたことから、特にMALDIイオン源を用いたイオントラップ質量分析装置では、上記のような脱離し易い修飾物が結合した化合物が未知試料に含まれていると、マススペクトル上には、修飾物が脱離したイオンピークと該修飾物が脱離していないイオンピークとが混在して現れ、イオンピークの帰属の判定が困難になるという問題がある。
 また、これら修飾物が結合した目的化合物を質量分析して得られたマススペクトルにおいて各ピーク間の質量電荷比差を利用してピークの帰属を決定する場合、目的化合物とは無関係であるものの脱離した修飾物の質量電荷比と偶然一致してしまうようなピーク(不純物ピークやノイズピークなど)が存在すると、ピークの帰属を誤ってしまい、目的化合物の同定が困難になったり誤同定を起こしたりするという問題もある。
 また、イオントラップ質量分析装置を利用してN-結合型糖ペプチドの同定や構造解析を行う場合には、次のような問題もある。即ち、N-結合型糖ペプチドに対して得られるMS2スペクトルには、所定の質量電荷比間隔で並ぶ3本のピーク(以下「トリプレットピーク」という)、具体的には、低質量電荷比側から、糖が全て脱離したペプチドイオン、糖HexNAcの環開裂により生じた0,2X(83Da)付加ペプチドイオン、及びHexNAc(203Da)付加ペプチドイオン、に対応するトリプレットピーク、が特徴的に現れる。そこで一般的には、まずMS2スペクトル上で糖のニュートラルロスを解析することによりトリプレットピークを見つけ、これらピークに対応するイオンをプリカーサイオンに設定してMS3分析を行う。そして、その結果得られたMS3スペクトルに基づいて、ペプチド及び糖鎖結合部位を同定する。
 しかしながら、一般的にMS2分析ではCID操作を伴わない質量分析(MS1分析)に比べて検出されるイオン量がかなり少なくなるため、充分な信号強度のMS2スペクトルを作成するためには信号の積算回数を多くする必要があり、それだけMS2分析の繰り返し回数を増やす必要がある。そのため、ペプチドを同定するのに要する時間が長くなるのみならず、微量な生体由来試料を分析する際には分析実行中にサンプルが枯渇してしまいペプチドを同定できなくなるおそれもある。また、MALDI法において糖ペプチドのイオン化に適しているとされている2,5-ジヒドロキシ安息香酸(2,5-dhydroxybenzoic acid:DHB)をマトリクスとして用いた場合、真空雰囲気下での分析時中にマトリクスが昇華してしまうためにサンプルであるペプチドがイオン化しなくなることが知られている。このため、ペプチド同定に至るまでの時間を短縮化することが、N-結合型糖ペプチド解析の際の大きな課題の1つとなっている。
特開2005-243426号公報
関谷、飯田、「質量分析による糖鎖解析」、トレンズ・イン・グリコサイエンス・アンド・グリコテクノロジー(Trends in Glycoscience and Glycotechnology)、第20巻、第111号、2008年1月、p.55-65
 本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その第1の目的は、脱離し易い修飾物や官能基などが含まれる高分子化合物の構造解析を行うに際し、マススペクトルに現れる目的化合物由来のピークの帰属を高い精度で行うことができる質量分析装置及び質量分析方法を提供することである。
 また、本発明の第2の目的は、従来法に比べて信号の積算回数を減らし分析時間を短縮しながら糖ペプチドを構成するペプチドを同定することができる質量分析装置及び質量分析方法を提供することである。
 上述したように、シアル酸、硫酸基、リン酸基などといった脱離し易い修飾物や官能基は、インソース分解、ポストソース分解、或いはイオントラップでのクーリング、などの際にも容易に脱離してしまう。例えば、MALDIイオン源を用いたイオントラップ質量分析装置においてクーリングガスとしては質量の小さな不活性ガスが好ましく、典型的にはヘリウムが利用されている。何故なら、質量の大きなガスをクーリングガスとして使用した場合、クーリングの過程で目的化合物由来のイオンの解離が起こり易く、上述したような修飾物や官能基が盛んに脱離してしまうためである(特許文献1など参照)。
 一般的に、こうしたクーリング時における目的化合物の意図しない解離は本来は望ましくない現象であるが、本願発明者はクーリングガスの種類によってクーリング時の解離作用に差があることに着目し、この解離作用をマススペクトル上のピークの帰属に積極的に利用することに想到した。また、クーリング時以外に起こる同様の解離作用を利用して目的化合物に含まれる修飾物等の脱離を促進させることにより、マススペクトル上のピークの帰属に積極的に利用することにも想到した。
 即ち、上記課題を解決するために成された第1発明は、分析対象である化合物由来のイオンを質量分析する質量分析器と、該質量分析器により質量電荷比に応じて分離されたイオンを検出する検出器と、を具備する質量分析装置において、
 a)目的化合物由来のイオンに対し、イオン選択操作を伴わずにフラグメンテーションを促進するイオン非選択フラグメンテーション促進手段と、
 b)前記目的化合物由来のイオンについて前記イオン非選択フラグメンテーション促進手段によるフラグメンテーション促進操作を行わずに前記質量分析器により質量分析を実行して第1のマススペクトルを取得する第1分析実行手段と、
 c)前記目的化合物由来のイオンについて前記イオン非選択フラグメンテーション促進手段によるフラグメンテーション促進操作を行った後に前記質量分析器により質量分析を実行して第2のマススペクトルを取得する第2分析実行手段と、
 d)前記第1のマススペクトルと前記第2のマススペクトルとを比較することにより、前記目的化合物由来のピークの帰属を判断するデータ処理手段と、
 を備えることを特徴としている。
 また上記課題を解決するために成された第2発明は、分析対象である化合物由来のイオンを質量分析する質量分析器と、該質量分析器により質量電荷比に応じて分離されたイオンを検出する検出器と、を具備する質量分析装置を用いた質量分析方法において、
 a)前記目的化合物由来のイオンに対し前記質量分析器により質量分析を実行して第1のマススペクトルを取得する第1分析実行ステップと、
 b)前記目的化合物由来のイオンに対し、イオン選択操作を伴わずにフラグメンテーションを促進するイオン非選択フラグメンテーション促進操作を行った後に前記質量分析器により質量分析を実行して第2のマススペクトルを取得する第2分析実行ステップと、
 c)前記第1のマススペクトルと前記第2のマススペクトルとを比較することにより、前記目的化合物由来のピークの帰属を判断するデータ処理ステップと、
 を有することを特徴としている。
 第1発明に係る質量分析装置は、第2発明に係る質量分析方法を実施するための装置である。また、第1発明に係る質量分析装置の典型的な一実施形態は、分析対象である化合物由来のイオンを捕捉可能なイオントラップを備え、イオントラップの内部空間に一旦捕捉したイオンを該イオントラップ自体で質量分析する、又は該イオントラップから吐き出して外部に配置された質量分析器により質量分析するイオントラップ質量分析装置である。
 第1発明及び第2発明において分析対象である化合物の1つは、典型的には、イオン化の過程や外部に設けられたイオン源からイオントラップ等のイオン光学要素までイオンが輸送される過程やイオントラップでのクーリングの過程などにおいて容易に脱離する、つまり遊離性の高い修飾物や官能基が基幹構造物に対し1乃至複数結合している化合物である。具体的には、こうした修飾物・官能基は、例えば上述したシアル酸、硫酸基、リン酸基などである。
 遊離性の高い物質(修飾物や官能基)が基幹構造物に対し1乃至複数結合している目的化合物が試料に含まれている場合、該試料から生成されたイオンに対してイオン非選択フラグメンテーション促進手段によるフラグメンテーション促進操作を行うと、基幹構造物から修飾物や官能基が盛んに脱離する。そのため、イオン非選択フラグメンテーション促進手段によるフラグメンテーション促進操作を経ない分析結果である第1のマススペクトルには、修飾物や官能基が残っている(未だ結合している)目的化合物由来のピークが充分な強度で現れるのに対し、イオン非選択フラグメンテーション促進手段によるフラグメンテーション促進操作を経た分析結果である第2のマススペクトルでは、修飾物や官能基が残っている化合物由来のピークの強度は大きく減少し、代わりに修飾物や官能基が全て脱離した目的化合物、つまりは該目的化合物の基幹構造物由来のピークが大きな強度で現れる。
 そこで、第1発明に係る質量分析装置においてデータ処理手段は、第1のマススペクトルと第2のマススペクトルとのピークパターンを比較し、同一質量電荷比におけるピーク同士の強度の比較、又は、いずれか1つのマススペクトル上で所定の質量電荷比差をもつ複数のピークの強度比の比較、の少なくともいずれかを実行することで、目的化合物から遊離性の高い物質が全て脱離した基幹構造物に対応するピークを見出すようにすることができる。
 例えば、第1のマススペクトル上で脱離し易い既知の修飾物に対応した質量電荷比差を有して並ぶ複数のピークを脱離イオンピークの候補群として抽出し、その中で最も質量電荷比が小さなピークに対応するピークが第2のマススペクトル上に存在するか否かを確認する。第2のマススペクトル上にこのピークが実質的に存在しない場合には、第1のマススペクトル上において上記脱離イオンピーク候補群の中の質量電荷比最小のピークは目的化合物由来のピークでない可能性が高い。そこで、第1のマススペクトル上でこのピークを除外し、脱離イオンピーク候補群の中で次に質量電荷比が小さいピークについて、イオン非選択フラグメンテーション促進操作を行ったときの信号強度の増加度合いを求める。この増加度合いを求める際には、脱離イオンピーク候補群に含まれる複数のピークの強度比を利用することができる。
 上記の強度の増加度合いが所定の閾値よりも大きければ、これは脱離容易な修飾物が全て脱離した基幹構造物に対応したピークであるとみなせるし、逆にその増加度合いが所定の閾値以下であればこれは基幹構造物に対応したピークでない可能性が高い。このようにして、目的化合物の基幹構造物に対応したピークを見出し、さらにこれに基づいて、一部の修飾物が脱離した(一部の修飾物は未だ結合している)目的化合物由来のピークを見つけ、各ピークの帰属を決定する。
 また、分析しようとしている目的化合物がN-結合型糖ペプチドである場合には、上述したようにマススペクトル上に特徴的なトリプレットピークが現れる。
 そこで、第1発明に係る質量分析装置では、N-結合型糖ペプチドが目的化合物である場合に、
 前記データ処理手段は、前記第1のマススペクトルと前記第2のマススペクトルとを比較することにより、N-結合型糖ペプチドに特徴的であるトリプレットピークを抽出し、
 さらに、前記目的化合物由来のイオンについて、前記データ処理手段により抽出されたトリプレットピークをプリカーサイオンとしたMS2分析を擬似的なMS3分析として実行する擬似MS3分析実行手段と、
 前記擬似MS3分析により得られたマススペクトルを利用して前記目的化合物を構成するペプチドを同定するペプチド同定手段と、
 を備える構成とするとよい。
 なお、擬似的なMS3分析又は擬似MS3分析(Pseudo-MS3)とは、プリカーサイオン選択とCID操作とを組とした操作回数からいえば、つまり名目的にはMS2分析であるものの、実質的にMS3分析を行った場合と類似した結果を得ることができるという意味で与えられた呼称である。
 擬似的なMS3分析は本来のMS3分析に比べるとプリカーサイオン選択操作回数が少ないので、分析の実行に要する時間が短くて済む。また、プリカーサイオン選択を経るとプリカーサイオン自体の量もかなり減ることになるが、プリカーサイオン選択操作回数が少ないことで検出されるイオン量も多くなり、信号の積算回数も少なくて済む。そのため、糖ペプチドを構成するペプチドを同定するための分析時間を短縮することができ、サンプルの消費量も抑えることができる。
 上記イオン非選択フラグメンテーション促進手段としては様々な構成を採り得る。上述したように、イオントラップ内でクーリングを実施する際のクーリングガスの種類は、化合物に含まれる修飾物や官能基の脱離のし易さに大きな影響を及ぼす。例えば、脱離容易な修飾物や官能基が基幹構造物に対し1乃至複数結合している目的化合物が試料に含まれている場合、ヘリウムをクーリングガスとしてクーリングを行ったときには、クーリングの過程で基幹構造物から脱離する修飾物や官能基は比較的少ない。それに対し、例えばヘリウムに比べて質量の大きなアルゴンをクーリングガスとしてクーリングを行うと、クーリングの過程で基幹構造物から修飾物や官能基が盛んに脱離する。
 そこで、第1発明に係る質量分析装置の第1の態様は、分析対象のイオンをイオントラップの内部空間に捕捉し、そのあとに前記イオントラップにより又は該イオントラップからイオンを吐き出して外部の質量分析器により質量分析を行う質量分析装置において、
 前記イオン非選択フラグメンテーション促進手段は、前記イオントラップの内部空間に捕捉したイオンをクーリングするためのクーリングガスとして、脱離作用が相対的に大きな不活性ガスを前記イオントラップ内に導入する構成とすることができる。
 より具体的な構成として、前記イオン非選択フラグメンテーション促進手段は、第1の不活性ガスと該第1の不活性ガスに比べて脱離作用が相対的に大きな第2の不活性ガスとを選択的にイオントラップに導入するガス選択供給手段を含み、
 前記第1分析実行手段は、前記ガス選択供給手段により選択した第1の不活性ガスをクーリングガスとしたクーリングを行い、前記目的化合物由来のイオンに対する質量分析を実行して第1のマススペクトルを取得するものであり、
 前記第2分析実行手段は、前記ガス選択供給手段により選択した第2の不活性ガスをクーリングガスとしたクーリングを行い、前記目的化合物由来のイオンに対する質量分析を実行して第2のマススペクトルを取得するものである構成とすることができる。
 第2の不活性ガスは第1の不活性ガスに比べて質量が大きなガスであり、好ましくはその質量差が大きいほうがよい。好ましい一態様として、第1の不活性ガスは最も軽い不活性ガスであるヘリウムであり、第2の不活性ガスは窒素、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン又はそれら2種以上を混合したガスのいずれかとするとよい。質量の点から言えば第2の不活性ガスとしてはクリプトン、キセノンなどがよいが、これらガスは非常に高価であり汎用性にも乏しい。したがって、一般的には第2の不活性ガスとしてアルゴン又は窒素が適切である。
 上記第1の態様によれば、修飾物や官能基が残存している目的化合物由来のピークが充分な強度で現れる第1マススペクトルと、修飾物や官能基が全て脱離した、つまりは目的化合物の基幹構造物由来のピークが大きな強度で現れる第2マススペクトルと、を取得することができ、ピークの帰属のための解析も容易となる。
 また第1発明に係る質量分析装置の第2の態様は、分析対象のイオンをイオントラップの内部空間に捕捉し、そのあとに前記イオントラップにより又は該イオントラップからイオンを吐き出して外部の質量分析器により質量分析を行う質量分析装置において、
 前記イオン非選択フラグメンテーション促進手段は、目的化合物由来のイオンを前記イオントラップ内に捕捉した状態で、プリカーサイオン選択を行うことなく衝突誘起解離操作を実行する構成とすることができる。
 衝突誘起解離操作に先立つプリカーサイオン選択を省略すると、プリカーサイオン選択のための時間が不要になるほか、プリカーサイオン選択によるイオン量の減少が生じないため信号強度の積算回数を減らすことができる。したがって、糖ペプチドを構成するペプチドを同定するための分析時間を短縮することができ、サンプルの消費量も抑えることができる。
 もちろん、上記第1の態様と第2の態様とを併用する構成を採用することもできる。即ち、前記イオン非選択フラグメンテーション促進手段は、脱離作用が相対的に大きな不活性ガスをクーリングガスとして前記イオントラップ内に導入するのに加え、目的化合物由来のイオンを前記イオントラップ内に捕捉した状態で、プリカーサイオン選択を行うことなく衝突誘起解離操作を実行する構成としてもよい。これによれば、脱離促進作用が一層顕著になり、ピーク帰属が容易になるほか、分析時間を短縮したり、従来と同程度のデータ積算回数による測定を実行することで、帰属されたピークに対する擬似MS3分析等に基づく同定性能を向上させたりすることができる。
 なお、分析対象であるイオンを生成する手法には様々な方法があるが、特にMALDIイオン源で目的化合物をイオン化し、生成されたイオンをイオントラップに導入して捕捉してクーリングする場合に、目的化合物由来のイオンからの修飾物や官能基の脱離が起こり易い。したがって、本発明に係る質量分析装置及び質量分析方法は、MALDIイオン源を用いたイオントラップ質量分析装置及び該装置を用いた質量分析方法に特に有用である。
 本発明に係る質量分析装置及び方法によれば、脱離し易い修飾物や官能基が基幹構造物に対し1乃至複数結合している化合物を質量分析する際に、修飾物や官能基が一部又は全て脱離した化合物由来のピーク或いは修飾物や官能基が全く脱離していない化合物由来のピークの帰属を高い精度・信頼度で行うことができる。それにより、目的化合物が未知である場合にその同定の精度を高めることができるとともに構造解析も容易になる。
 また本発明に係る質量分析装置及び方法によれば、従来の手法に比べて、より少ない分析回数及び信号の積算回数で以て糖ペプチドを構成するペプチドを同定することができる。これにより、分析時間を短縮することができるとともに、サンプル消費量を抑えることができ、従来よりも少ない量のサンプルで糖ペプチドの高精度の構造解析を行うことができる。
 さらにまた、本発明に係る質量分析装置及び方法を用いて、糖ペプチドの糖鎖構造解析を行う前に該糖ペプチドを構成するペプチドを同定するようにすれば、文献(ネイチャー・プロトコルズ(Nature Protocols)、2011、6(3)、p.253-269)で紹介されている糖鎖データベース検索ソフトウエアを用いて糖鎖構造同定を行うことが可能となる。これにより、ニュートラルロス解析として従来よく用いられるデノボシーケンシングでは有用な結果が得られないようなフラグメントイオンの少ないマススペクトルであっても、既知の糖ペプチド情報を用いた糖鎖構造同定が可能となる。
本発明の第1実施例であるイオントラップ質量分析装置の全体構成図。 第1実施例のイオントラップ質量分析装置を用いた特徴的な分析動作の処理手順を示すフローチャート。 分析対象物の一例である糖ペプチドの概略構造を示す図。 分析対象物の一例であるリン酸化ペプチドの概略構造を示す図。 分析対象物の一例である糖ペプチドの概略構造を示す図。 図3に示した糖ペプチドに対する実測のマススペクトルを示す図。 図4に示したリン酸化ペプチドに対する実測のマススペクトルを示す図。 図5に示した糖ペプチドに対する実測のマススペクトル及びMS2スペクトルを示す図。 本発明の第2実施例であるイオントラップ質量分析装置の概略構成図。 第2実施例のイオントラップ質量分析装置を用いた糖ペプチド構造解析の処理手順を示すフローチャート。 第2実施例のイオントラップ質量分析装置におけるプレCID実行後及び擬似MS2実行後のマススペクトルを示す図。 第2実施例のイオントラップ質量分析装置において実施されるプレCIDによりトリプレットピークのイオン量が増加した実測例を示す図。 図5に示した糖ペプチドに対しプレCIDを実施したときの実測のMS1スペクトル(a)、及びクーリングガスとしてアルゴンを使用し且つプレCIDを実施したときの実測のMS1スペクトルを示す図。 第2実施例のイオントラップ質量分析装置を用いた糖ペプチド構造解析においてクーリングガスとしてアルゴンを使用した場合の処理手順を示すフローチャート。
  [第1実施例]
 本発明の第1実施例であるイオントラップ質量分析装置と該装置により実施される特徴的な質量分析方法について、添付図面を参照して説明する。
 図1はこの第1実施例のイオントラップ質量分析装置の全体構成図である。このイオントラップ質量分析装置は、目的試料をイオン化するイオン源1と、イオンを保持するとともに質量電荷比に応じて分離する3次元四重極型のイオントラップ2と、イオンを検出する検出部3と、を備える。
 イオン源1はMALDI法を用いたMALDIイオン源であり、パルス状のレーザ光を出射するレーザ照射部11、目的化合物を含むサンプルSが付着されたサンプルプレート12、レーザ光の照射によってサンプルSから放出されたイオンを引き出すとともにその引き出し方向を限定するアパーチャ13、引き出されたイオンを案内するイオンレンズ14、などを含む。
 イオントラップ2は、円環状の1個のリング電極21と、これを挟むように対向して配置された、入口側エンドキャップ電極22及び出口側エンドキャップ電極24と、からなり、これら3個の電極21、22、24で囲まれた空間が捕捉領域となる。入口側エンドキャップ電極22の略中央にはイオン入射口23が穿設され、イオン源1から出射したイオンはイオン入射口23を経てイオントラップ2内に導入される。一方、出口側エンドキャップ電極24の略中央にはイオン出射口25が穿設され、イオン出射口25を経てイオントラップ2内から排出されたイオンは検出部3に到達して検出される。さらに、イオントラップ2には、ガス導入管41、ガス選択バルブ42、ヘリウム供給源43、アルゴン供給源44などを含むガス供給部4が付設されている。
 検出部3は、イオンを電子に変換するコンバージョンダイノード31と、コンバージョンダイノード31から到来する電子を増倍して検出する二次電子増倍管32とからなり、入射したイオンの量に応じた検出信号をデータ処理部5に送る。データ処理部5は、イオントラップ2において質量分離されつつ順次排出されるイオンに対して検出部3で得られる検出信号に基づいてマススペクトルを作成するマススペクトル作成部51のほか、特徴的なデータ処理を実行するニュートラルロス解析部52、スペクトル比較処理部53、ピーク帰属決定部54などの機能ブロックを含む。
 主電源部7は制御部6による制御の下に、イオントラップ2のリング電極21にイオン捕捉用の矩形波電圧を印加するものである。イオン捕捉用矩形波電圧は例えば振幅が±百[V]~1[kV]程度の範囲であり、また周波数fは通常数十[kHz]~数[MHz]程度の範囲である。補助電源部8は、イオントラップ2に捕捉されているイオンを低エネルギCIDする際に該当イオンを共鳴励振させたり、或いは、イオントラップ2からイオンを排出したりするために、エンドキャップ電極22、24にそれぞれ相違する矩形波低電圧を印加するものである。
 制御部6は主電源部7、補助電源部8のほか、レーザ照射部11、ガス選択バルブ42、データ処理部5などの各部を制御する機能も有する。また制御部6は分析を実行するために測定の手順、つまり測定シーケンスを制御プログラムとして備えているが、この第1実施例の質量分析装置では、後述する質量分析方法を実施するための特徴的な測定シーケンスを制御プログラムの一部に含む。なお、制御部6及びデータ処理部5はパーソナルコンピュータに予めインストールされた専用の処理・制御ソフトウエアを実行することにより、後述する各機能を実施する構成とすることができる。
 第1実施例のイオントラップ質量分析装置を用いて、脱離し易い(遊離性の高い)修飾物や官能基を含む高分子化合物である未知の化合物を分析する場合、オペレータが図示しない入力部で所定の操作を行うことで、図2のフローチャートに示した各処理に従って特徴的な分析が実行される。脱離し易い修飾物や官能基としては例えば、シアル酸のほか、硫酸基、リン酸基などがあり、分析対象である化合物としては、シアル酸結合糖鎖、シアル酸結合糖鎖が付加した糖ペプチド、硫酸化糖鎖、硫酸化ペプチド、リン酸化糖鎖、リン酸化ペプチドなどが代表的なものである。ここでは、図3に示した構造のフェツイン糖ペプチド(bovine fetuin-GP3)を分析した場合を例に挙げる。図示するように、この糖ペプチドは基幹構造物の末端に3個のシアル酸が結合したものである。
 分析が開始されると、まず、クーリングガスとしてヘリウムを用いた条件の下で目的試料に対する質量分析が実行され、その分析によって得られるデータに基づいてマススペクトルが作成される(ステップS1)。より詳しく説明すると、制御部6の制御の下にレーザ照射部11は短時間レーザ光を出射する。このレーザ光はサンプル(目的試料)Sに照射され、サンプルS中のマトリクスは急速に加熱されて目的化合物を伴い気化する。この際に目的化合物がイオン化される。これとほぼ同時に又は先行して、ガス供給部4ではヘリウム供給源43からのヘリウムがガス選択バルブ42により選択され、ガス導入管41を通してイオントラップ2内に供給される。レーザ照射により発生したイオンはイオンレンズ14により形成される静電場によって収束され、イオン入射口23を経てイオントラップ2内に導入される。そして、主電源部7から印加されるイオン捕捉用矩形波電圧に応じて形成される高周波電場によりイオントラップ2の内部空間に捕捉され、クーリングガスとして導入されているヘリウムに接触してクーリングされる。
 図3に示した構造の糖ペプチドに結合しているシアル酸は脱離し易いため、一部のシアル酸はイオン化時やイオン源1からイオントラップ2にまでイオンが輸送される間に脱離する。また、クーリング時にイオンがヘリウムに接触することでも一部のシアル酸は脱離するが、ヘリウムの質量は小さいため、脱離を促進させる作用はそれほど大きくない。そのため、イオントラップ2内には、シアル酸が脱離していない目的化合物由来のイオン[M+H]、1個のシアル酸が脱離したイオン[M+H]-Sia、2個のシアル酸が脱離したイオン[M+H]-2Sia、 3個の(全ての)シアル酸が脱離したイオン[M+H]-3Sia、という目的化合物分子由来の4種のイオンが主として捕捉される。
 所定時間クーリングを行うことによりイオンを捕捉空間の中央付近に集めた後に、制御部6は、イオントラップ2内から順次異なる質量電荷比を持つイオンが排出されるように、主電源部7及び補助電源部8から各電極21、22、24に印加される電圧を制御する。データ処理部5は上記のような質量走査に伴って検出部3で得られるイオン強度信号を受け取り、マススペクトル作成部51は所定の質量電荷比範囲に亘るマススペクトルを作成する。図6(a)は、クーリングガスとしてヘリウムを用いたときの実測で得られたマススペクトルの一例である。なお、この測定で使用したマトリクスはDHBである。図6(a)中で(1)、(2)、(3)、(4)はそれぞれ[M+H]、[M+H]-Sia、[M+H]-2Sia、[M+H]-3Siaに対応したピークであるが、目的化合物が不明である状況ではこれらピークの帰属は不明である。
 次に、クーリングガスとしてアルゴンを用いた条件の下で同じ目的試料に対する質量分析が実行され、その分析によって得られるデータに基づいてマススペクトルが作成される(ステップS2)。このときの分析条件は、ガス供給部4においてアルゴン供給源44からのアルゴンがガス選択バルブ42により選択され、ガス導入管41を通してイオントラップ2内に供給される以外は、ステップS1における分析時と同一である。
 このとき、イオン化時やイオン源1からイオントラップ2にまでイオンが輸送される間に一部のシアル酸が脱離することはステップS1の分析時と同じである。一方、クーリングガスとしてイオントラップ2に導入されたアルゴンの質量はヘリウムに比べて格段に大きいため、修飾物の脱離やフラグメンテーションを促進させる作用もそれだけ大きい。そのため、イオントラップ2内に導入された目的化合物由来の、[M+H]、[M+H]-Sia、[M+H]-2Siaといったイオンからはシアル酸の脱離が盛んに起こる。その結果、所定のクーリング時間が終了して時点でイオントラップ2に捕捉されている目的化合物由来イオンの中では、全てのシアル酸が脱離した[M+H]-3Siaが圧倒的に多く、それ以外のイオンは少なくなる。
 即ち、この実施例においては、クーリングガスとしてアルゴンをイオントラップ2内に導入するためのガス導入管41、ガス選択バルブ42、アルゴン供給源44などを含むガス供給部4が本発明におけるイオン非選択フラグメンテーション促進手段に相当する。
 図6(b)は、クーリングガスとしてアルゴンを用いたときの実測で得られたマススペクトルの一例である。図6(b)で明らかなように、このときにはシアル酸脱離なしのイオン[M+H]は観測されず、それ以外の3種のイオンは観測されるものの、全脱離のイオン[M+H]-3Siaの強度が極端に大きい。
 異なるクーリングガスの下での2つのマススペクトルが得られると、データ処理部5においてニュートラルロス解析部52及びスペクトル比較処理部53は2つのマススペクトルのピークパターンを比較し、ピーク帰属に利用可能な情報を収集する(ステップS3)。
 具体的には、ニュートラルロス解析部52及びスペクトル比較処理部53は例えば次のような処理を行う。遊離性の高い修飾物や官能基は限られておりそれらは既知であるので、1個の修飾物や官能基が脱離したときの質量差も既知である。そこで、ニュートラルロス解析部52は、取得されたマススペクトルに現れる複数のピークの質量電荷比差、つまりはニュートラルロスの質量を計算し、既知の修飾物又は官能基の質量と比較することで、1つの化合物に由来し脱離の有無や脱離の個数の相違により同じ質量電荷比差で並ぶ複数のピークの集合、つまりピーク群を探索する。例えば図6(a)に示したマススペクトルでは、(1)、(2)、(3)、(4)のピークがシアル酸に対応した質量電荷比差で並んでいるため、これらが1つの集合、ピーク群として抽出される。
 続いて、スペクトル比較処理部53は、上記のようなニュートラルロスの解析により抽出されたピーク群に含まれる複数のピークの強度をそれぞれ求める。また、もう一方のマススペクトル上で、上記ピーク群に含まれる各ピークと同じ質量電荷比に現れるピークを抽出して、そのピークの強度もそれぞれ求める。
 表1は、図6(a)、(b)に示すマススペクトルについて得られるピーク群中の各ピークの強度をまとめたものである。また、表2はそれぞれのピーク群の中で質量電荷比が最小であるピークの強度を基準とし、他のピークの強度を比率で示した表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2によれば、クーリングガスをヘリウムからアルゴンに変更したことにより、シアル酸が全て脱離した[M+H]-3Siaのピーク強度に対してシアル酸が少なくとも1個付加しているイオン[M+H]、[M+H]-Sia、[M+H]-2Siaのピーク強度比が激減していることが分かる。そこで、スペクトル比較処理部53は、例えばこのピーク強度比の変化の大きさを所定の閾値と比較することで判断し、これが有意な変化であると判断されたならば、ピーク群の中で質量電荷比が最小であるピークはシアル酸が全て脱離したイオンのピークであると判断する。また、この場合には、シアル酸が全て脱離したイオンのピークから質量電荷比の増加方向に同じ質量差で現れる複数のピークは、それぞれ1個ずつシアル酸が増えたイオンであると判断できる。
 一方、スペクトル比較処理部53により、ピーク強度比の変化が脱離作用の差異を判断する上で有意な変化でないと判断された場合には、ピーク群の中で質量電荷比が最小であるピークはシアル酸が全て脱離したイオンでない可能性が高いといえる。したがって、この場合には、異なるピークの組み合わせによるピーク群を探す等の処理へ速やかに移行すればよい。
 また、クーリングガスにヘリウムを用いて得られたマススペクトルから抽出したピーク群の中で質量電荷比が最小であるピークについて、クーリングガスにアルゴンを用いて得られたマススペクトル上で同一質量電荷比にピークが存在しない場合には、上記ピーク群の中で質量電荷比が最小であるピーク自体が目的化合物由来のピークでない可能性がきわめて高い。即ち、これは、不純物由来のピーク、目的化合物から偶然にシアル酸と質量が同一であるシアル酸以外の別の分子が脱離したイオンのピーク、或いはそれ以外の何らかのノイズによるピークである可能性が高いといえるから、ピーク群の中からこのピークを除外することで新たなピーク群を構成することにより、上記のようなピーク強度比に基づく処理を実行するとよい。
 以上のようにしてピークの帰属を決める情報を収集することができたならば、ピーク帰属決定部54がマススペクトルに現れているピークの帰属を決定する(ステップS4)。即ち、目的化合物由来で特定の修飾物や官能基の一部若しくは全部が脱離した又は全てが付加したイオンに対するピークである可能性が高いと判断されたものについては、それぞれ例えば[M+H]、[M+H]-Sia、[M+H]-2Sia、[M+H]-3Siaに帰属するものと決める。また、これらイオンに帰属していない又は帰属する可能性が低いとみなされたピークについては、帰属不明等の結果を出せばよい。これにより、ピーク帰属の精度が向上するため、未知である化合物の同定や目的化合物の構造解析の精度が向上する。
 また、例えばピーク強度比の比較判定において単に正否を判断するのではなく、例えばクーリングガスの種類を変えたときの強度比の変化の大きさに従ってピーク帰属の可能性の信頼度を示すスコアを求め、帰属結果とスコアとを併せて出力するようにしてもよい。これにより、分析者はスコアに応じて自動的に実施されたピーク帰属の確からしさを認識し、それを同定や構造解析に利用することができる。
 次に、第1実施例に関する別の実測例として、図4に示す構造を有するリン酸化ペプチドを測定した結果について説明する。このリン酸化ペプチドはセリン側鎖にリン酸基(-H3PO4)が結合したペプチドであり、当該リン酸基が脱離したものが本実測例の目的化合物に関する基幹構造物となる。
 図7(a)はクーリングガスとしてヘリウムを用いたときの実測で得られたマススペクトル、図7(b)はクーリングガスとしてアルゴンを用いたときの実測で得られたマススペクトルである。なお、マトリクスは上記実測例と同様にDHBである。図7(a)、(b)から分かるように、クーリングガスがヘリウムであるときにもプロトン付加イオン[M+H]のほかに該イオンからリン酸が脱離したイオン[M+H]-H3PO4、が観察されるが、クーリングガスをアルゴンにすると、リン酸が脱離したイオン[M+H]-H3PO4、の強度が大きく増加する。これは、ヘリウムに比べてアルゴンのリン酸脱離作用が大きいことを示している。
 表3は、図7(a)、(b)に示すマススペクトルについて得られるピーク群中の各ピークの強度をまとめたものである。表4は、それぞれのピーク群の中で質量電荷比が最小であるピークの強度を基準とし、他のピークの強度を比率で示した表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4によれば、この例においてもクーリングガスをヘリウムからアルゴンに変更したことにより、リン酸が脱離した[M+H]-H3PO4、のピーク強度に対してリン酸が付加しているイオン[M+H]のピーク強度比が激減していることが分かる。したがって、このようなリン酸化ペプチドについても、シアル化糖鎖が付加した糖ペプチドと同様に、クーリングガスの種類を変えて取得した複数のマススペクトルのピークパターンの比較により、目的化合物由来のピーク帰属の精度を高めることができる。
 また、第1実施例に関する別の実測例として、図5に示す構造を有する糖ペプチドを測定した結果について説明する。この糖ペプチドは、図3に示したFetuin-GP3と同じ糖鎖を有しアミノ酸配列が異なる、フェツイン3分岐糖ペプチドGP1(bovine fetuine-GP1)である。また、使用したマトリクスは3AQ/CHCAである。
 上記試料について、イオントラップ質量分析装置においてクーリングガスにヘリウムを用いて質量分析を行って得られたマススペクトルの一例を図8(a)に示す。なお、図8(及び後述の図13)は、サンプルに対しレーザ光を照射して得られたデータを25回積算した結果である。
 図8(a)中のピーク(1)は、目的化合物がイオン化して得られるプロトン付加イオンピーク[M+H]+である。ヘリウムによる弱い脱離促進作用によって、一部の糖は分析中に脱離する。図8(a)中の主要イオンピーク群(2)~(5)は、目的化合物からの糖の脱離により生じたものであり、それぞれ [M+H]-Sia、[M+H]-2Sia、[M+H]-3Sia、及びN-結合型糖ペプチドに特徴的な、糖が全て脱離したペプチドイオン、HexNAc環開裂付加ペプチドイオン、及びHexNAc付加ペプチドイオンで構成されるトリプレットピークである。当然、目的化合物が不明である状況では、これらのピークの帰属は不明である。
 クーリングガスにアルゴンを用いた場合に実測で得られたマススペクトルの一例を図8(b)に示す。アルゴンによる相対的に強い脱離促進作用により、図8(a)の(1)~(3)に対応する各イオンのピーク強度が減少する一方、(4)、(5)に相当するイオンのピーク強度が増加していることが分かる。図8中に示すように、(1)~(4)のピークの質量電荷比差がシアル酸のニュートラルロスとして生じる約291Da に一致することから、図8(a)の (2)~(4)は、図6に示した結果と同様の理由で、イオントラップ内でシアル酸が全く脱離していないイオン[M+H]+からシアル酸が脱離して生じたイオンである可能性が高いと判断できる。また(5)も同様に、イオントラップ内での脱離促進作用により[M+H]+から新たに生成されたイオンであり、そのピーク群を構成するピークの質量電荷比差からN-結合型糖ペプチドに特徴的な上記トリプレットピークである可能性が高いと判断できる。
 以上のように、アルゴンとヘリウムとの脱離促進作用の相違から、MS2分析で得られるMS2スペクトルと同等の情報が得られ、この情報からピークの帰属が可能であることが分かる。図8(c)は、図8(a)において(4)で示されるイオンピーク[M+H]-3SiaをプリカーサイオンとしてCID操作を伴うMS2分析を行って得られたMS2スペクトルである。[M+H]-3Siaよりも低質量電荷比側において、図8(b)と(c)とで共通のイオンピークが確認される。このことから、図8(b)は疑似的なMS2スペクトルとみなせることが分かる。さらに、スペクトル全体として図8(b)の方がイオンピーク強度が高く、優れていることが分かる。
 なお、上記実施例の説明では、質量の小さなクーリングガスとしてヘリウム、質量の大きなクーリングガスとしてアルゴンを使用した場合について説明したが、使用可能なクーリングガスの種類はこれに限らない。
 本発明の趣旨から鑑みれば、遊離性の修飾物や官能基を脱離する作用の差が大きな複数のクーリングガスを用いることが好ましいことは明らかであり、そのためには1つのガスとしては質量が最も小さく且つ入手が容易なヘリウムを用いるのが好ましい。もう一方のクーリングガスとしては大きな脱離作用を有するという点から言えば、アルゴンよりさらに質量の大きな不活性ガスであるクリプトン、キセノンでもよいが、これらはコスト等の点から採用しにくい。また、アルゴンよりも質量が小さなネオンもアルゴンに代えて用いることは可能であるが、アルゴンよりも高コストで且つ脱離作用の小さいネオンを用いることの利点は少ない。この点で、アルゴンに質量が近く且つ安価である窒素はアルゴンに代わるガスとして有用であると考えられる。
  [第2実施例]
 次に、本発明の第2実施例であるイオントラップ質量分析装置と該装置により実施される特徴的な質量分析方法について、添付図面を参照して説明する。この第2実施例のイオントラップ質量分析装置は、特に、遊離性の高い糖が付加した糖ペプチド(具体的にはN-結合型糖ペプチド)の構造解析を目的としたものであり、第1実施例とは本発明におけるイオン非選択フラグメンテーション促進手段に相当する手段が相違する。また、この第2実施例のイオントラップ質量分析装置では、単にマススペクトル上のピークの帰属を決定するのみならず、そのピーク帰属結果を利用してプリカーサイオンを決定し、さらにそのプリカーサイオンについてのMS2分析(擬似MS3分析)を実行して得られたマススペクトルを用いて糖ペプチドを構成するペプチドの同定及び糖鎖構造解析も行っている。
 図9は、第2実施例によるイオントラップ質量分析装置の概略構成図である。この図9に示した構成で図1に示した構成と同じ又は相当する構成要素には同じ番号を付している。ただし、図9中ではイオン源1及び検出部3を簡略化して記載してあるが、図1に示したような構成を採ることが可能であることは言うまでもない。
 図9に示すように、第2実施例のイオントラップ質量分析装置において制御部6は、機能ブロックとしてプレCID実行制御部61を備える。通常のCID操作では、CIDの対象となるプリカーサイオンの選択(分離)がまず実行され、選択的に残された特定の質量電荷比を有するイオンのフラグメンテーションがCIDにより実施される。これに対し、本発明におけるイオン非選択フラグメンテーション促進手段によるフラグメンテーション促進操作に相当するプレCID(preCID)では、実質的なCIDに先立つプリカーサイオンの選択は行われず、特定の質量電荷比又は特定の質量電荷比範囲のイオンをターゲットとしたフラグメンテーションがCIDにより実施される。プレCIDは通常のCIDと同様に、主電源部7及び補助電源部8がリング電極21及びエンドキャップ電極22、24にそれぞれ所定の電圧を印加することで実行される。
 また第2実施例のイオントラップ質量分析装置においてデータ処理部5は、マススペクトル作成部51、ニュートラルロス解析部52、スペクトル比較処理部53のほかに、擬似MS3分析のためのプリカーサイオンを選択するプリカーサイオン選択部55と、マススペクトルに基づいてペプチドを同定するペプチド同定部56と、糖鎖の構造を解析する糖鎖構造解析部57と、を機能ブロックとして含む。
 以下、この第2実施例のイオントラップ質量分析装置において糖ペプチドの構造解析を実施する際の制御・処理手順の一例を、図10及び図11を参照して説明する。図10は第2実施例のイオントラップ質量分析装置を用いた糖ペプチド構造解析処理手順を示すフローチャート、図11はプレCID実行後及び擬似MS3実行後のマススペクトルを示す図である。
 分析者の指示に応じて制御部6の制御の下に分析が開始されると、まず試料中の目的化合物である糖ペプチドに対する質量分析(MS1分析)が実行され、マススペクトル作成部51はその分析によって得られたデータに基づいてマス(MS1)スペクトルを作成する(ステップS11)。これが本発明における第1のマススペクトルに相当する。例えば図11(a)に示すようなマススペクトルが得られたものとする。
 次に、ニュートラルロス解析部52は、MS1分析により得られたマススペクトルについて各ピークの質量電荷比差、つまりニュートラルロスの質量と、既知の糖鎖(又は修飾物等)の質量とを比較することにより、糖鎖が脱離して生成されたフラグメントイオン(遊離性糖脱離イオン)を検出する(ステップS12)。これは実質的に、上記第1実施例のステップS3で実施された処理の一部と共通する。例えば図11(a)に示したマススペクトルには、質量電荷比差がシアル酸に相当する3本のピークが存在するから、その中で質量電荷比が最小であるピークが全ての糖鎖が脱離したフラグメントイオンであると判定される。
 続いて、同じ目的化合物に対し、ステップS12で求まった遊離性糖脱離イオンをターゲットとしたプレCID操作を行い、該イオンのフラグメンテーションを促進させた上でMS1分析を実行する。そして、マススペクトル作成部51はそのMS1分析で得られたデータに基づいてマススペクトルを作成する(ステップS13)。遊離性糖脱離イオンだけでなく遊離性糖付加イオンをプレCIDのターゲットに加えてもよい。即ち、図11の例では、シアル酸(Sia)が脱離した質量電荷比m/zがM1であるイオンがターゲットとされるか、或いは、これに加えてシアル酸が付加した(脱離していない)質量電荷比m/zがM1+Sia、M1+2SiaであるイオンがターゲットとされてプレCIDが実行される。ステップS13で得られるマススペクトルはMS1スペクトルであるが、目的化合物由来のイオンのフラグメンテーションがプレCIDにより促進された後のマススペクトルであるため、擬似的なMS2分析による擬似MS2スペクトルであるといえる。
 図11(c)は、シアル酸脱離イオン及びシアル酸付加イオンがともにターゲットであるプレCIDが実行された状態で得られたマス(擬似MS2)スペクトルである。プレCIDによってシアル酸脱離イオン及びシアル酸付加イオンのフラグメンテーションが促進されるため、それらイオンのピークは殆ど現れず、フラグメントイオンの強度が増加する。また、プレCIDでは通常のCIDとは異なりプリカーサイオン選択が実行されないため、ターゲットであるイオンの量は充分に多く、これから生成されるフラグメントイオンの強度も充分に高い。
 続いて、ニュートラルロス解析部52は、上記擬似MS2スペクトル上で検出されるピークの質量電荷比差を調べ、N-結合型糖ペプチドのプロダクトイオンに特徴的である、糖が全て脱離したペプチドイオン、HexNAc環開裂付加ペプチドイオン、及びHexNAc付加ペプチドイオンで構成されるトリプレットピークの候補を抽出する。一般に、質量電荷比差のみから判定した場合、トリプレットピークの候補は複数抽出される。それから、スペクトル比較処理部53は、上記抽出されたトリプレットピーク候補の中で、ステップS11で得られたMS1スペクトルと擬似MS2スペクトルとについて質量電荷比が同一であるピーク同士を比較し、プレCIDによりイオン強度が最も増加したものを信頼度の高いトリプレットピーク候補であると推定する。そして、プリカーサイオン選択部55は、高い信頼度で帰属されたトリプレットピークを構成するイオンを、擬似MS3分析のプリカーサイオンとして選択する(ステップS14)。
 図12は、プレCIDを行うことでN-結合型糖ペプチドに特徴的なトリプレットピークのイオン強度が増加した実測例である。これはトランスフェリン(Transferrin)の二分岐糖ペプチドから得られたマススペクトルであり、(a)がMS1スペクトル、(b)が通常のMS2スペクトル、(c)がプレCID後のMS1分析で得られた擬似MS2スペクトルである。いずれも20回の信号積算を行って得られた結果であり、積算回数条件は同一である。なお、通常のMS2スペクトルとは、図11(b)に示したように、遊離性糖脱離イオンをプリカーサイオンとして選択したあとにCIDを行い、それにより生成されたプロダクトイオンを質量分析して得られたマススペクトルである。
 図12(a)に示した通常のMS1スペクトル上でフラグメントイオンによるピークが観測された場合、それがイオントラップ2内での糖の脱離によって生じたものであるのか、或いはイオントラップ2にイオンが導入される前に既に存在していた(典型的にはインソース分解により生じた)ものであるのか、を判断することは困難である。しかしながら、イオントラップ2内でのプレCIDによって強度が増加したイオンは、イオントラップ2内における糖の脱離によって生じたものであると考えるのが妥当である。
 図12に示した例では、実際に、図12(a)中に(1)で示したシアル酸付加イオン及び(3)で示したシアル酸脱離イオンをターゲットとしてプレCIDを行うことで擬似的なMS2分析を行い、それにより得られた擬似MS2スペクトル(図12(c))上では、図12(a)中に(2)で示した、MS1スペクトルで認められるトリプレットピークのイオン強度が増加することを確認することができた。また、図12(a)中に(3)で示したシアル酸脱離イオンをプリカーサイオンとして得られた、図12(b)のMS2スペクトルと比べて、擬似MS2スペクトルは全体にイオン強度が高く優れていることが確認できる。これは、第1実施例の実測例として説明した図8(b)と(c)との比較結果と同様である。
 なお、ステップS14でトリプレットピークが抽出された段階で、検索パラメータの1つであるプリカーサイオン質量電荷比にトリプレットピークに対応した質量電荷比を設定するとともに、他の検索パラメータである修飾条件にHexNAc又は環開裂HexNAcを指定した上で、擬似MS2スペクトルから収集されたピーク情報に対するタンパク質データベース検索を実行してもよい。このデータベース検索の結果、高い信頼度でペプチドが同定された場合には、擬似MS3分析を実行するまでもないので、以下のステップS15、S16の処理を省略することができる。
 また、上記タンパク質データベース検索によってペプチドが一定以上の信頼度(相同性)で以てヒットした場合には、その検索に使用したトリプレットピークはより信頼度の高いトリプレットピーク候補であるとみなすことができる。また、トリプレットピークの中で質量電荷比が最大であるピークをプリカーサイオンであるとしてタンパク質データベース検索を行った結果、HexNAc付加ペプチドが1位(最上位)でヒットした場合、又は、トリプレットピークの中で2番目に大きな質量電荷比を持ったピークをプリカーサイオンとしてタンパク質データベース検索を行った結果、HexNAc環開裂付加ペプチドが1位でヒットした場合に、そのトリプレットピークが高い信頼度で以て帰属できたとみなすようにしてもよい。即ち、タンパク質データベース検索をペプチドの同定ではなく、トリプレットピークの信頼度の判定にのみ利用してもよい。
 ステップS14でプリカーサイオンが選択されたならば、その指示を受けた制御部6は、そのプリカーサイオンに対してMS2分析を実行し、それにより得られたデータに基づいてマススペクトル作成部51はマススペクトルを作成する。このマススペクトルは、実質的には2回のCIDを経た擬似的なMS3分析による擬似MS3スペクトルである(ステップS15)。図11(d)は、図11(c)に示した擬似MS2スペクトル上で抽出されたトリプレットピーク中の1つのピークをプリカーサイオンとした擬似MS3分析で得られる擬似MS3スペクトルである。
 擬似MS3スペクトルが得られたならば、ペプチド同定部56は、この擬似MS3スペクトルから収集されるピーク情報に対しタンパク質データベース検索を実行することにより、ペプチドを同定する(ステップS16)。上述したように擬似MS3分析では通常のMS3分析に比べてプリカーサイオン選択操作が少ない分、フラグメントイオンの強度が全体的に高くなる。そのため、擬似MS3スペクトルから収集されたピーク情報に基づくタンパク質データベース検索ではペプチド同定の正確性が向上し、誤同定や同定漏れも少なくなる。
 ステップS16においてペプチドが同定された場合には、糖鎖構造解析部57はMS1スペクトル上で観測される遊離性糖付加イオン(又は遊離性糖脱離イオン)をMS2分析のプリカーサイオンとして選択しMS2分析を行い、得られたMS2スペクトルから糖鎖構造解析を行う(ステップS17)。糖鎖構造解析方法としては、例えばデノボシーケンシングや糖鎖構造データベース検索などの周知の方法を用いればよい。糖鎖構造データベース検索を行う際には、ステップS16で同定されたペプチドを構造情報として与えればよい。ペプチドが既知である場合に利用可能な糖鎖構造データベース検索ソフトウエアとしては、例えば上記文献(ネイチャー・プロトコルズ)で紹介されている糖鎖構造データベース検索ソフトウエアなどがある。
 第2実施例に関する別の実測例として、図5に示す構造を有する糖ペプチドを測定した結果について説明する。図13(a)は、図8(a)に示すマススペクトルで観測されるイオンピーク(1)~(4)をターゲットとしてプレCIDを実施して得られたMS1スペクトルである。プレCIDを実行しない図8(a)の結果と比較すると、ピーク(4)よりも低質量電荷比側におけるイオンピークの強度、例えばトリプレットピークの強度、が全体的に増加していることが分かる。この増加したイオンは、イオントラップ2内における糖の脱離によって生じたものであると考えるのが妥当である。即ち、このプレCIDは、第1実施例においてクーリングガスとしてアルゴンを用いたときと同様の、強い脱離促進作用を有することが理解できる。
 以上のように、第2実施例のイオントラップ質量分析装置によれば、本発明におけるイオン非選択フラグメンテーション促進手段の一形態であるプレCIDを利用して、N-結合型糖ペプチドに特徴的であるトリプレットピークの帰属の信頼性を向上させ、さらにこれから精度の高いペプチド同定、糖鎖構造解析を実行することが可能となる。
 もちろん、第2実施例においてプレCIDの代わりに、第1実施例におけるクーリングガスの種類の相違を利用したフラグメンテーション促進を行ってもよいし、それらを併用してもよい。第1実施例においても同様に、クーリングガスの種類の相違を利用したフラグメンテーション促進に代えてプレCIDを行うか、或いは両方を併用してもよい。
 図14は、2実施例のイオントラップ質量分析装置を用いた糖ペプチド構造解析においてクーリングガスとしてアルゴンを使用した場合の処理手順を示すフローチャートである。この図14は図10に示したフローチャートと殆ど共通であるが、図10中のステップS11に相当するステップS11Bではクーリングガスとしてヘリウムが使用され、図10中のステップS13に相当するステップS13Bではクーリングガスとしてアルゴンが使用されている。即ち、糖鎖の脱離を促進するために、クーリングガスとしてアルゴンが使用され、且つ、プレCIDも実施されている。
 このように、クーリングガスとしてアルゴンを用い、且つプレCIDも実行した場合の実測例について説明する。図13(b)は、クーリングガスとしてアルゴンを使用し、しかも、図8(a)上のイオンピーク(1)~(4)をターゲットとしてプレCIDを実施して得られたMS1スペクトルである。図8(a)と比較すると、ピーク(4)よりも低質量電荷比側におけるイオンピークの強度が全体的に増加していることが分かる。さらに、クーリングガスとしてアルゴンを使用しプレCIDを実施しない場合(図8(b))や、クーリングガスはヘリウムでプレCIDを実施した場合(図13(a))のいずれと比べても、上述したトリプレットピークの強度が増加していることが確認できる。このことから、ピークの帰属の精度向上や、さらには帰属されたピークをプリカーサイオンとする擬似MS3分析結果に基づく化合物同定精度の向上には、アルゴン等の脱離促進作用の高いクーリングガスの使用とプレCIDの実行との併用が有効であることが分かる。
 なお、上記実施例のイオントラップ質量分析装置では、矩形波電圧により駆動されるデジタルイオントラップを利用しているが、正弦波電圧により駆動される一般的なイオントラップを利用してもよい。また、イオントラップは3次元四重極型のイオントラップでなくてもリニア型のイオントラップでもよい。
 さらにまた、上記実施例はいずれも本発明の一例にすぎないから、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加等を行っても本願請求の範囲に包含されることは当然である。
1…イオン源
11…レーザ照射部
12…サンプルプレート
13…アパーチャ
14…イオンレンズ
2…イオントラップ
21…リング電極
22…入口側エンドキャップ電極
23…イオン入射口
24…出口側エンドキャップ電極
25…イオン出射口
3…検出部
31…コンバージョンダイノード
32…二次電子増倍管
4…ガス供給部
41…ガス導入管
42…ガス選択バルブ
43…ヘリウム供給源
44…アルゴン供給源
5…データ処理部
51…マススペクトル作成部
52…ニュートラルロス解析部
53…スペクトル比較処理部
54…ピーク帰属決定部
55…プリカーサイオン選択部
56…ペプチド同定部
57…糖鎖構造解析部
6…制御部
61…プレCID実行制御部
7…主電源部
8…補助電源部

Claims (9)

  1.  分析対象である化合物由来のイオンを質量分析する質量分析器と、該質量分析器により質量電荷比に応じて分離されたイオンを検出する検出器と、を具備する質量分析装置において、
     a)目的化合物由来のイオンに対し、イオン選択操作を伴わずにフラグメンテーションを促進するイオン非選択フラグメンテーション促進手段と、
     b)前記目的化合物由来のイオンについて前記イオン非選択フラグメンテーション促進手段によるフラグメンテーション促進操作を行わずに前記質量分析器により質量分析を実行して第1のマススペクトルを取得する第1分析実行手段と、
     c)前記目的化合物由来のイオンについて前記イオン非選択フラグメンテーション促進手段によるフラグメンテーション促進操作を行った後に前記質量分析器により質量分析を実行して第2のマススペクトルを取得する第2分析実行手段と、
     d)前記第1のマススペクトルと前記第2のマススペクトルとを比較することにより、前記目的化合物由来のピークの帰属を判断するデータ処理手段と、
     を備えることを特徴とする質量分析装置。
  2.  請求項1に記載の質量分析装置であって、遊離性の高い物質が1又は複数結合した化合物が前記目的化合物である場合に、
     前記データ処理手段は、前記第1のマススペクトルと前記第2のマススペクトルとの間で、同一質量電荷比におけるピーク同士の強度の比較、又は、いずれか1つのマススペクトル上で所定の質量電荷比差をもつ複数のピークの強度比の比較、の少なくともいずれかを実行することにより、前記目的化合物から前記遊離性の高い物質が全て脱離した基幹構造物に対応するピークを見出すことを特徴とする質量分析装置。
  3.  請求項1に記載の質量分析装置であって、N-結合型糖ペプチドが前記目的化合物である場合に、
     前記データ処理手段は、前記第1のマススペクトルと前記第2のマススペクトルとを比較することにより、N-結合型糖ペプチドに特徴的であるトリプレットピークを抽出し、
     さらに、前記目的化合物由来のイオンについて、前記データ処理手段により抽出されたトリプレットピークをプリカーサイオンとしたMS2分析を擬似的なMS3分析として実行する擬似MS3分析実行手段と、
     前記擬似MS3分析により得られたマススペクトルを利用して前記目的化合物を構成するペプチドを同定するペプチド同定手段と、
     を備えることを特徴とする質量分析装置。
  4.  請求項1~3のいずれかに記載の質量分析装置であって、分析対象のイオンをイオントラップの内部空間に捕捉し、そのあとに前記イオントラップにより又は該イオントラップからイオンを吐き出して外部の質量分析器により質量分析を行う質量分析装置において、
     前記イオン非選択フラグメンテーション促進手段は、前記イオントラップの内部空間に捕捉したイオンをクーリングするためのクーリングガスとして、脱離作用が相対的に大きな不活性ガスを前記イオントラップ内に導入するものであることを特徴とする質量分析装置。
  5.  請求項4に記載の質量分析装置であって、
     前記イオン非選択フラグメンテーション促進手段は、第1の不活性ガスと該第1の不活性ガスに比べて脱離作用が相対的に大きな第2の不活性ガスとを選択的にイオントラップに導入するガス選択供給手段を含み、
     前記第1分析実行手段は、前記ガス選択供給手段により選択した第1の不活性ガスをクーリングガスとしたクーリングを行い、前記目的化合物由来のイオンに対する質量分析を実行して第1のマススペクトルを取得するものであり、
     前記第2分析実行手段は、前記ガス選択供給手段により選択した第2の不活性ガスをクーリングガスとしたクーリングを行い、前記目的化合物由来のイオンに対する質量分析を実行して第2のマススペクトルを取得するものであることを特徴とする質量分析装置。
  6.  請求項5に記載の質量分析装置であって、
     前記第1の不活性ガスはヘリウムであり、前記第2の不活性ガスは窒素、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン又はそれら2種以上を混合したガスのいずれかであることを特徴とする質量分析装置。
  7.  請求項4~6のいずれかに記載の質量分析装置であって、
     前記イオン非選択フラグメンテーション促進手段は、脱離作用が相対的に大きな不活性ガスをクーリングガスとして前記イオントラップ内に導入するのに加え、目的化合物由来のイオンを前記イオントラップ内に捕捉した状態で、プリカーサイオン選択を行うことなく衝突誘起解離操作を実行することを特徴とする質量分析装置。
  8.  請求項1~3のいずれかに記載の質量分析装置であって、分析対象のイオンをイオントラップの内部空間に捕捉し、そのあとに前記イオントラップにより又は該イオントラップからイオンを吐き出して外部の質量分析器により質量分析を行う質量分析装置において、
     前記イオン非選択フラグメンテーション促進手段は、目的化合物由来のイオンを前記イオントラップ内に捕捉した状態で、プリカーサイオン選択を行うことなく衝突誘起解離操作を実行することを特徴とする質量分析装置。
  9.  分析対象である化合物由来のイオンを質量分析する質量分析器と、該質量分析器により質量電荷比に応じて分離されたイオンを検出する検出器と、を具備する質量分析装置を用いた質量分析方法において、
     a)前記目的化合物由来のイオンに対し前記質量分析器により質量分析を実行して第1のマススペクトルを取得する第1分析実行ステップと、
     b)前記目的化合物由来のイオンに対し、イオン選択操作を伴わずにフラグメンテーションを促進するイオン非選択フラグメンテーション促進操作を行った後に前記質量分析器により質量分析を実行して第2のマススペクトルを取得する第2分析実行ステップと、
     c)前記第1のマススペクトルと前記第2のマススペクトルとを比較することにより、前記目的化合物由来のピークの帰属を判断するデータ処理ステップと、
     を有することを特徴とする質量分析方法。
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