JP2015004659A - プレート表面上に二酸化チタンを有するプレート、その製造方法及び使用 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プレートは(A)基板、(B)基板の少なくとも1つの表面上のポリジメチルシロキサン(PDMS)層、及び(C)ポリジメチルシロキサン層上の二酸化チタン粒子の1以上の凝集、を含む。プレートはリン酸化ペプチドの精製に有用である。
【選択図】図2
Description
タンパク質リン酸化は一般的なタンパク質翻訳後修飾であり、それは可逆的なタンパク質修飾過程である。タンパク質リン酸化は、細胞の成長、代謝、及びアポトーシス、並びに細胞内でのシグナル送達における制御など、生体内での多くの生化学反応の制御に関連していることが知られている。
生体内における特定のタンパク質の過剰リン酸化は病気を引き起こす可能性がある。例えば、人間の脳内の微小管結合タンパク質であるタウの過剰リン酸化は、細胞内での異常なタンパク質の蓄積を引き起こす恐れがあり、それは神経原線維変化の原因となり、かつアルツハイマー病をもたらすことが調査により示されている。したがって、リン酸化タンパク質の研究はプロテオミクスにおける重要な課題である。
さらに、非リン酸化ペプチドの酸性度と比較するとリン酸化ペプチドの酸性度は高いため、リン酸化ペプチドは陽イオンの形成において効率が低く、それ故、MSによるリン酸化ペプチドの特定は非常に困難である。したがって、MSによりリン酸化ペプチドを検出する感度を向上させるため、タンパク質混合物からリン酸化ペプチドを精製することが、MS分析の前に極めて重要である。
しかしながら、IMAC手法はイオン相互作用に基づくため、その選択性は酸性の非リン酸化ペプチドの非特異的結合によって通常制限される。リン酸化ペプチドを精製するための他の知られている手法は、金属酸化物アフィニティークロマトグラフィー(MOAC)であり、それは非リン酸化タンパク質とリガンドとの間の非特異的結合を防止するために、精製の際に酸性緩衝液を使用する。
精製手順の後、溶出試料をMS試料プレート上に載せ、MS分析が行われる。したがって、リン酸化ペプチドを精製するためのTiO2チップなどのピペットチップの使用からは、ハイスループットの試料分析をもたらすことができず、かつ複数の処理段階の間、時間がかかり、多大な労力を要し、試料を消費するという不利益を有し、実験再現性は、試料の溶出速度などの操作変数により影響を受ける可能性がある。
(A)基板、
(B)基板の少なくとも1つの表面上のポリジメチルシロキサン(PDMS)層、及び
(C)PDMS層上のTiO2粒子の1以上の凝集。
(a)基板を提供する段階、
(b)基板の少なくとも1つの表面上にPDMS層を形成する段階、
(c)PDMS層の少なくとも一部分にTiO2粒子の水性懸濁液を適用する段階、及び
(d)適用したTiO2懸濁液を乾燥させることで、PDMS層上にTiO2粒子の1以上の凝集を形成する段階。
(i)リン酸化ペプチド含有溶液を、前述のプレート表面上にTiO2を有するプレート上のTiO2粒子の凝集と、1分〜60分の範囲の時間接触させる段階、
(ii)TiO2粒子の凝集を洗浄溶液で洗い流す段階、及び、
(iii)TiO2粒子の凝集を溶出溶液と1分〜30分の範囲の時間接触させて、リン酸化ペプチドを溶出する段階。
さらに、本明細書において別段の定めがある場合を除き、本発明の明細書(特に特許請求の範囲)に記載の表現「a」、「the」等は、単数形及び複数形の両方を含むべきである。本明細書で使用される用語は、すぐ下に記載の例示的な定義と一致するその通常の意味が与えられる。
さらに、基板は実際の必要性に応じて、平面又は非平面(例えば基板の表面上に溝を有する基板)とすることができる。本発明の一実施形態では、円盤状のステンレス鋼基板が使用される。
水素官能性PDMSの例としては、限定されるものではないが、ポリ(メチルヒドロシロキサン)、トリメチルシリル末端のポリ(メチルヒドロシロキサン)、トリメチルシリル末端のポリ(ジメチルシロキサン‐メチルヒドロシロキサン共重合体)、ヒドロキシ末端のポリ(ジメチルシロキサン)、及び水素化物末端のポリ(ジメチルシロキサン)が挙げられる。
ビニル官能性PDMSの例としては、限定されるものではないが、ビニル末端のポリ(ジメチルシロキサン)、及びジビニル末端のポリ(ジメチルシロキサン‐ジフェニルシロキサン共重合体)が挙げられる。Pt触媒の例としては、限定されるものではないが、ヘキサクロロ白金酸、二酸化白金、塩化白金酸カリウム、二塩化白金、及び四塩化白金が挙げられる。
本発明の一実施形態では、PDMSエラストマー基剤(試薬A)及びPDMSエラストマー硬化剤(試薬B)を含む、市販のSylgard(登録商標)184有機ケイ素エラストマーキット(Dow Corning Inc.,米国)を使用してPDMS層を提供する。PDMS層を提供するためのSylgard(登録商標)184有機ケイ素エラストマーキットを用いた操作段階は、下記を含む:(1)試薬A及び試薬Bを3:1〜15:1の範囲の体積比、好ましくは約10:1の体積比で混合する段階、(2)得られた混合溶液を基板の少なくとも1つの表面上に適用する段階、及び(3)基板を40℃〜200℃の温度範囲で5分〜120分間乾燥させて、基板表面上にPDMS層を形成する段階。
図1(b)は本発明のプレート表面上にTiO2粒子を有するプレートの他の実施形態における、光学式走査器で走査された画像を示している。TiO2粒子はPDMS層の表面上に複数の凝集として分布しており、それ故、得られたプレート表面上にTiO2を有するプレートに複数のリン酸化ペプチド試料の精製を同時に行わせることができる。
本発明の方法において、段階(a)に含まれる基板の種類及び性質、段階(b)に含まれるPDMS層の製造方法、及び段階(c)におけるTiO2粒子の粒径は、本発明によるプレート表面上にTiO2を有するプレートに関して本明細書の上記に記載された通りである。
当業者に周知のあらゆる方法を用いて、水性懸濁液をPDMS層の少なくとも一部分に適用することができる。例えば、本発明の一実施形態では、TiO2粒子の水性懸濁液は約2μl〜5μlの量をピペットチップで繰り返し吸い上げられ、その後PDMS層上に滴下されて1以上の個々の液滴を形成することで、乾燥後にPDMS層上にTiO2粒子から成る1以上の凝集が形成される。
水の極性よりも低い極性を有する有機溶媒は、限定されるものではないが、アセトニトリル、メタノール、エタノール、n‐プロパノール、イソプロパノール、n‐ブタノール、イソブタノール、アクリロニトリル、アセトン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、ベンゼン、メチルベンゼン、n‐ヘキサン、n‐ペンタン、又はそれらの組み合わせであってもよい。本発明のいくつかの実施形態では、アセトニトリルがTiO2粒子の水性懸濁液に添加されることで、PDMS層とより大きな接触面積を有するTiO2粒子の凝集がもたらされる。
したがって、本発明はまた、本発明のプレート表面上にTiO2を有するプレートを用いたリン酸化ペプチドを精製する方法を提供し、該方法は下記の段階を含む:(i)リン酸化ペプチド含有溶液を、本発明によるプレート表面上にTiO2を有するプレート上のTiO2粒子の凝集と、1分〜60分の範囲の時間接触させる段階、(ii)TiO2粒子の凝集を洗浄溶液で洗い流す段階、及び(iii)TiO2粒子の凝集を溶出溶液と、1分〜30分の範囲の時間接触させて、リン酸化ペプチドを溶出する段階。
DHBは酸性アミノ酸残基(例えばアスパラギン酸及びグルタミン酸)とTiO2との間の静電相互作用を減少させることが可能であるため、リン酸化ペプチドのリン酸基とTiO2粒子との間の結合親和性を高め、かつ非特異的な結合反応の減少が可能であることが知られている。
好ましくは、洗浄溶液は有機相及び酸を含み、有機相の例としては、アセトニトリル、メタノール、エタノール、n‐プロパノール、イソプロパノール、n‐ブタノール、イソブタノール、アクリロニトリル、アセトン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、ベンゼン、メチルベンゼン、n‐ヘキサン、n‐ペンタン、及びそれらの組み合わせが挙げられ、かつ酸の例としては、置換又は非置換のギ酸、置換又は非置換の酢酸、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
本発明の一実施形態によれば、水溶液は60wt%〜90wt%のアセトニトリルを含み、1wt%〜5wt%のTFAが洗浄溶液として使用される。
分析は、質量スペクトル分析、液体クロマトグラフィ、又は液体クロマトグラフィと質量スペクトル分析との組み合わせ、例えばLC‐MS、HPLC‐MS/MS、及びナノLC‐MS/MSを含むあらゆる適した分析方法であり得る。
その後プレートは乾燥され、適したMALDI‐TOFマトリックス溶液が各試料ウェル中に添加されて、直接MALDI‐TOF実験を行うことで、他のMALDI‐TOFプレートに精製リン酸化ペプチドの試料を載せることなく精製リン酸化ペプチドを分析する。
さらに、上述したように、リン酸化ペプチドは本発明によるプレート表面上にTiO2を有するプレートにより複雑な遠心分離段階なしで精製することが可能であるため、試料損失の割合を低減することができる。したがって、従来のTiO2チップを用いたリン酸化ペプチドの精製と比較して、本発明によるプレート表面上にTiO2を有するプレートは、ハイスループット、容易な操作、低い試料損失、高い実験再現性、及びその基板は容易に再生することができるという利点を有する。
最初に、10重量部のPDMSエラストマー基剤(Sylgard(登録商標)184 試薬A、Dow Corning, Inc.,米国、から購入)及び1重量部のPDMSエラストマー硬化剤(Sylgard(登録商標)184 試薬B、Dow Corning, Inc.,米国、から購入)を混合して、PDMS混合溶液を形成した。PDMS混合溶液をMALDI‐TOFプレート(Bruker Daltonics Inc.,米国、から購入)の表面上に被覆し、任意にグラススライド又はローラー(Bio‐Rad Inc.,米国、から購入)で平滑化し、オーブンにて80℃で60分間乾燥した。その後、5μmの粒径を有する10mgのTiO2粒子(GL Sciences Inc.,日本、から購入)及び150nm未満の粒径を有する10mgのTiO2粒子(Sigma‐Aldrich Inc.,米国、から購入)をそれぞれ60%アセトニトリルの100μl水溶液中に懸濁させて、振盪して混合した。
TiO2粒子の水性懸濁液を約2μl〜5μlの量でピペットチップを用いて繰り返し吸い上げ、PDMS層上に滴下して液滴を形成し(滴下段階において、各液滴は間隔をあけている)、その後、オーブンにて80℃で10分間乾燥させてプレート表面上にTiO2を有するプレートの調製を完成した。
(1)タンパク消化
オボアルブミン(Sigma‐Aldrich Inc.,米国、から購入)を50mMの炭酸アンモニウム溶液に溶解し、90℃で20分間加熱した。ジチオスレイトール(DTT)(10mM)を試料に添加し、56℃で20分間加熱した。ヨードアセトアミド(IAA)(55mM)を試料に添加し、25℃で暗中に30分間放置した。その後、酵素対基質の割合が1:50(w/w)でトリプシンをタンパク質溶液に添加し、37℃で12時間タンパク質を加水分解した。加水分解されたペプチド溶液を遠心濃縮器内で乾燥した。
上記のペプチド試料をローディング緩衝液(80%ACN、2%TFA、及び20〜200mg/mlDHBを含む)に溶解した。ペプチド溶液(2μl)をピペットチップで吸い上げ、実施例1で調製したプレートのTiO2粒子の凝集上に滴下して、2分〜5分の範囲の時間インキュベートした。その後、TiO2粒子の凝集を洗浄溶液(80%ACN、2%TFA)で洗浄し、未結合の非リン酸化ペプチドを除去した。TiO2粒子の凝集と結合したリン酸化ペプチドを3μl〜5μlの0.05%NH4OHで溶出した。
TiO2粒子の凝集が乾燥した後、MALDI‐TOFマトリックス溶液(2mg/mlDHB/25%ACN、1%リン酸)をTiO2粒子の凝集上に添加し、続いてMALDI‐TOF分析を行った。
試料をMALDI‐TOF/TOF‐MS(Ultraflex III TOF/TOF、Bruker Daltonics Inc.,独国、から購入)で分析した。MALDI‐TOFに対するペプチド質量較正を、ペプチド較正標準キット(Bruker Daltonics Inc.から購入)を用いて実施した。スペクトルを下記の実験パラメータで取得した:反射モード、25kV 加速電圧、26.3kV 反射電圧、及び20nsパルスイオン抽出時間。
図2(a)、2(b)、及び2(c)は、オボアルブミンのトリプシン消化物のMALDI‐TOF分析を示す質量スペクトルである。
図2(a)は未精製のオボアルブミントリプシンペプチド(対照群)のスペクトルであり、未精製のオボアルブミンペプチドの多数のピークシグナルを示している。リン酸化ペプチドのピークシグナル(2088.908m/z)のシグナル強度は、非リン酸化ペプチドの他の主要ピークシグナルのシグナル強度よりも著しく低かった。
図2(b)は、プレート表面上に5μmの粒径のTiO2粒子を有するプレートにより精製されたオボアルブミン消化物のMALDI‐TOF質量スペクトルであり、リン酸化ペプチドの主要ピークシグナル(2088.879m/z)を示している。
図2(c)は、プレート表面上に150nm未満の粒径のTiO2粒子を有するプレートにより精製されたオボアルブミンのMALDI‐TOF質量スペクトルであり、リン酸化ペプチドのピークシグナル(2088.937m/z)及び非リン酸化ペプチドの他のピークシグナルの両方を示している。図2(b)及び2(c)における円形記号(すなわちO)は、86ダルトンのリン酸化ペプチド断片を失ったペプチドのピークシグナルを表している。
一方、リン酸化ペプチドがプレート表面上に150nm未満の粒径のTiO2を有するプレートで精製されるとき、非特異的な結合が起こり得る。非特異的な結合は、リン酸化ペプチド及び非リン酸化ペプチドの結合に対するナノTiO2粒子中のより多くの反応部位に起因しているであろうことが推測されている。
図3(b)は、プレート表面上にTiO2を有するプレートにより精製した複雑なペプチド混合物の溶液のMALDI‐TOF分析を示す質量スペクトルであり、各記号の意味を下記に示す:「●」はα‐S1‐カゼインのリン酸化ぺプチドのピークシグナルを示している、「◆」はα‐S2‐カゼインのリン酸化ぺプチドのピークシグナルを示している、「★」はβ‐カゼインのリン酸化ぺプチドのピークシグナルを示している、「■」はオボアルブミンのリン酸化ぺプチドのピークシグナルを示している、及び「○」は86ダルトンのリン酸化ペプチド断片を失ったペプチドのピークシグナルを示している。
上記の結果は、本発明のプレート表面上にTiO2を有するプレートは、複数のタンパク質混合物の溶液からリン酸化ペプチドを効果的に精製するのに実際に使用することができるため、MS分析の際に、リン酸化ペプチドのMSシグナルが非リン酸化ペプチドにより抑制されることの防止が可能であることを示している。
本発明の方法により精製されたリン酸化ペプチド試料の回収率を評価するために、下記の2つの20fmolリン酸化ペプチドを混合した:(1)VNQIG(pT)LSESIK (SEQ ID NO:8)、1368.68m/z、及び(2)VNQIGTL(pS)E(pS)IK(SEQ ID NO:9)、1448.64m/z(配列中の小文字「p」はリン酸化部位を表している)。
前述のリン酸化ペプチド混合物を、実施例2に示される方法により、本発明のプレート表面上にTiO2を有するプレート(5μmの粒径を有するTiO2粒子)により精製した。未精製リン酸化ペプチド混合物を対照群として使用した。そして、精製したペプチド試料及び内部標準(2fmoleアンジオテンシンII、1046.54m/z)を混合して、MALDI‐TOF分析を実施した。
本発明の方法の検出限界を評価するため、かつ上記方法を従来の精製方法と比較するために、2fmole、5fmole、10fmole、及び20fmoleのβ‐カゼインを、それぞれ実施例2に示される方法によりトリプシンで消化した。その後、試料をプレート表面上にTiO2を有するプレート(5μmの粒径を有するTiO2粒子)により精製し、質量分析で分析した。
前述の試料のローディング、洗浄、及び溶出の段階は、遠心分離を用いて実施かつ操作した(TiO2チップの製造方法は、Larsen MRら、Highly selective enrichment of phosphorylated peptides from peptide mixtures using titanium dioxide microcolumns.Molecular & cellular proteomics:MCP 2005;4:873−86で確認することができ、その全体が参照により本明細書に援用される。)
図5(b)はトリプシンにより加水分化され、かつ従来のTiO2チップにより精製された20fmoleのβ‐カゼインのMALDI−TOF分析を示す質量スペクトルであり、2061.8m/zのリン酸化ペプチドピークのS/Nは12.6である(3回反復測定して平均化した)。本発明のプレート表面上にTiO2を有するプレートによるリン酸化ペプチドを精製する方法はより高い検出感度を有することが、上記の結果から示される。
本発明の実施例1で調製したプレート表面上にTiO2を有するプレート(各TiO2円形領域の直径は約2.5mm)で精製されるリン酸化ぺプチドに対する試料容量を評価するために、β−カゼイン試料(0.5μg、1μg、5μg、10μg、50μg、及び100μg)を本発明の実施例2に記載の方法によりプレート表面上にTiO2を有するプレートで精製し、その後ACDHペプチド試料(100fmole、200fmole、1pM、2pM、10pM、及び20pM)(配列RPVKVYPNGAEDESAEAFPLEF(SEQ ID NO:10)、2464.2Daを有する副腎皮質刺激ホルモン断片、内部標準として作用する)とそれぞれ混合し、その後MALDI−TOFで分析した。
50μgのβ‐カゼインを本発明のプレート表面上にTiO2を有するプレートで精製すると、2061.8m/z対2465.2m/zのピーク強度比は約5に大幅に降下した。100μgのβ‐カゼインを本発明のプレート表面上にTiO2を有するプレートで精製すると、2061.8m/z対2465.2m/zのピーク強度比は約2に大幅に降下した。
本発明のプレート表面上にTiO2を有するプレート上の各TiO2円形領域の直径が約2.5mmであるとき、各TiO2円形領域の試料容量は、β‐カゼイン精製に対して、最大で約10μgであることが上記の結果から示される。
さらに、本発明の態様及び様々な実施形態の部分は、全体的又は部分的に組み合わせ、又は入れ替え可能であることが理解されるべきである。そのうえ、上記の記載は単に例示を目的としており、本発明の制限を意図するものではないことを当業者は理解するであろう。
Claims (20)
- プレート表面上に二酸化チタンを有するプレートであって、
(A)基板、
(B)前記基板の少なくとも1つの表面上のポリジメチルシロキサン(PDMS)層、及び、
(C)前記ポリジメチルシロキサン層上の二酸化チタン粒子の1以上の凝集、を含む、プレート。 - 前記二酸化チタン粒子は0.5μm〜10μmの範囲の粒径を有することを特徴とする、請求項1に記載のプレート。
- 前記二酸化チタン粒子は1μm〜5μmの範囲の粒径を有することを特徴とする、請求項1に記載のプレート。
- 前記基板は、金属基板、ガラス基板、ポリメタクリレート基板、ポリカーボネート基板、ポリエチレンテレフタレート基板、及び木材基板から成る群より選択されることを特徴とする、請求項1〜3のうちいずれか一項に記載のプレート。
- プレート表面上に二酸化チタンを有するプレートの製造方法であって、該方法は下記の段階:
(a)基板を提供する段階、
(b)前記基板の少なくとも1つの表面上にポリジメチルシロキサン層を形成する段階、
(c)前記ポリジメチルシロキサン層の少なくとも一部分に二酸化チタン粒子の水性懸濁液を適用する段階、
(d)適用した前記二酸化チタン懸濁液を乾燥させることで、前記ポリジメチルシロキサン層上に二酸化チタン粒子の1以上の凝集を形成する段階、を含む、請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記段階(c)は、前記水性懸濁液を前記ポリジメチルシロキサン層上に滴下して、水性懸濁液の1以上の個々の液滴を形成する段階を含むことを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 前記二酸化チタン粒子は0.5μm〜10μmの範囲の粒径を有することを特徴とする、請求項5又は6に記載の方法。
- 前記二酸化チタン粒子は1μm〜5μmの範囲の粒径を有することを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 前記水性懸濁液は水の極性よりも低い極性を有する有機溶媒をさらに含むことを特徴とする、請求項5〜8のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記有機溶媒は、アセトニトリル、メタノール、エタノール、n‐プロパノール、イソプロパノール、n‐ブタノール、イソブタノール、アクリロニトリル、アセトン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、ベンゼン、メチルベンゼン、n‐ヘキサン、n‐ペンタン、及びそれらの組み合わせから成る群より選択されることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 前記段階(d)における前記乾燥段階は10℃〜100℃の温度範囲で実施されることを特徴とする、請求項5〜10のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記段階(d)における前記乾燥段階は20℃〜80℃の温度範囲で実施されることを特徴とする、請求項11に記載の方法。
- 前記基板は、金属基板、ガラス基板、ポリメタクリレート基板、ポリカーボネート基板、ポリエチレンテレフタレート基板、及び木材基板から成る群より選択されることを特徴とする、請求項5〜12のうちいずれか一項に記載の方法。
- リン酸化ペプチドを精製する方法であって、該方法は下記の段階:
(i)リン酸化ペプチド含有溶液を、請求項1〜4のうちいずれか一項に記載のプレート上の前記二酸化チタン粒子の凝集と、1分〜60分の範囲の時間接触させる段階、
(ii)前記二酸化チタン粒子の凝集を洗浄溶液で洗い流す段階、及び、
(iii)前記二酸化チタン粒子の凝集を溶出溶液と1分〜30分の範囲の時間接触させて、リン酸化ペプチドを溶出する段階、を含む、方法。 - 前記段階(ii)における前記洗浄溶液は有機相及び酸を含むことを特徴とする、請求項14に記載の方法。
- 前記有機相は、アセトニトリル、メタノール、エタノール、n‐プロパノール、イソプロパノール、n‐ブタノール、イソブタノール、アクリロニトリル、アセトン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、ベンゼン、メチルベンゼン、n‐ヘキサン、n‐ペンタン、及びそれらの組み合わせから成る群より選択され、かつ前記酸は、置換又は非置換のギ酸、置換又は非置換の酢酸、及びそれらの組み合わせから成る群より選択されることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 前記有機相はアセトニトリルであり、かつ前記酸はギ酸であることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
- 前記段階(iii)における前記溶出溶液は、アンモニア溶液、アンモニウム塩の水溶液、ギ酸の水溶液、及びそれらの組み合わせから成る群より選択されることを特徴とする、請求項14〜17のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記段階(iii)における前記溶出溶液はアンモニア溶液であることを特徴とする、請求項18に記載の方法。
- 前記段階(i)における接触時間は2分〜20分であり、かつ前記段階(iii)における接触時間は2分〜10分であることを特徴とする、請求項14〜19のうちいずれか一項に記載の方法。
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