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明細書 Specification
タンパク質複合体の精製方法、 アツセィ方法、 精製装置およびアツセィ装置 技術分野 Technical field
本発明は、 マイクロフルイデイクスもしくはナノフルイデイクスを用いたタン パク質複合体の精製方法またはアツセィ方法に関する。 本発明はまた、 マイクロ フルイディクスまたはナノフルイディクスを用いた夕ンパク質複合体の精製装置 またはアツセィ装置に関する。 背景技術 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for purifying a protein complex using microfluidics or nanofluidics, or an Atsuy method. The present invention also relates to an apparatus for purifying a protein complex using microfluidics or nanofluidics or an atsey apparatus. Background art
プロテオミクスの手法を用いて夕ンパク質が生体内でどのような相互作用をし ているかを知るためには、 既知の標的タンパク質を用い、 細胞抽出液等の試料中 ら、 前記既知の標的タンパク質と相互作用する未知のタンパク質複合体を精製 し、 これを質量分析等によって同定する方法が有効である。 この目的のために夕 ンパク質複合体を精製する方法としては、 カラムを利用したァフィ二テイクロマ トグラフィが知られているが、 比較的多量の試料が必要なため、 微量の試料しか 入手できない場合には不適当である。 In order to know how proteins interact with each other in vivo using proteomics techniques, it is necessary to use a known target protein and extract it from a sample such as a cell extract. It is effective to purify the interacting unknown protein complex and identify it by mass spectrometry or the like. As a method for purifying the protein complex for this purpose, affinity chromatography using a column is known.However, since a relatively large amount of a sample is required, only a small amount of a sample can be obtained. Is inappropriate.
また、 タンパク質複合体の精製の効率を高める方法としては、 タンデムァフィ 二ティ精製 (T A P ) 法が知られている (Rigaut, et al" Nature Biotechnology, 17, 1030-1032) 。 この方法は、 標的タンパク質を 2種類のァフィ二ティタグを 付けた融合タンパク質として発現させ、 この標的タンパク質に結合したタンパク 質複合体を 2段階のァフィ二ティ精製により回収する方法である。 しかし、 融合 タンパク質の発現量を制御する必要があることや、 2段目のァフィ二ティ精製に おいてカルシウムイオンを用いなければならないことから、 その応用範囲には制 限がある。 また、 多ステップの工程を経るために使用する容器や器具壁面への吸 着による試料の損失が大きく回収率が低いことも問題である。 加えて、 粒子状の ァフィ二ティ担体の遠心と手操作による担体と溶液の分離工程を繰り返すために、 ァフィ二ティ担体自体の損失もあり、 実験結果の再現性においても問題がある。 さらに、 カラムを利用したァフィ二テイク口マトグラフィでは、 分子間の相互
^ As a method for increasing the efficiency of protein complex purification, a tandem affinity purification (TAP) method is known (Rigaut, et al "Nature Biotechnology, 17, 1030-1032). Is expressed as a fusion protein with two types of affinity tags, and the protein complex bound to the target protein is recovered by two-step affinity purification, but the expression level of the fusion protein is controlled. And the use of calcium ions in the second-stage affinity purification has a limited range of applications. Another problem is that the sample loss is large due to adsorption to the container or the wall of the instrument, and the recovery rate is low. Since the affinity carrier itself is lost due to the repeated separation process of the carrier and the solution, there is a problem in the reproducibility of the experimental results. ^
作用をモニタしながら精製を行うことができないという欠点がある。 There is a disadvantage that purification cannot be performed while monitoring the action.
一方、 表面プラズモン共鳴により分子間の相互作用をモニタすることができる センサチップを利用して、 相互作用表面層によって標的とする分析物を捕捉し、 次にこの分析物の質量スぺクトルを測定する方法が報告されている (Natsume, et al., Anaに Chem. 2000, 72, 4193-4198) 。 この方法では、 微量な試料を扱うこ とはできるが、 細胞抽出液を扱う場合には、 対象である分析物とともに細胞抽出 液中の夾雑物が非特異的に捕捉されてしまう。 その結果、 タンパク質複合体のよ うに、 解析前に純度の高い精製がなされていなければならない対象については、 良好な結果を得ることができないという欠点があった。 容量が比較的大きいカラ ムァフィニテイク口マトグラフィと異なり、 マイクロフルイデイクスにおいて微 量の試料をァフィ二ティ精製する場合には、 流路ゃ担体に非特異的に吸着した夾 雑物、 あるいは系内の間隙へ滞留した夾雑物を十分に洗い流すことが困難である という特有の問題点がある。 この点に関して、 この文献の著者らは、 この夾雑物 は質量スぺクトル測定を行う前に逆相 H P L Cにおいて分離すると述べているが、 夕ンパク質性の夾雑物除去の解決策とはならない。 を用いて微量なタンパク質複合体を精製し、 アツセィするための方法、 ならびに これらの方法において用いるための精製装置またはアツセィ装置を提供すること を目的とする。 発明の開示 On the other hand, using a sensor chip that can monitor the interaction between molecules by surface plasmon resonance, the target analyte is captured by the interaction surface layer, and then the mass spectrum of this analyte is measured. (Natsume, et al., Ana Chem. 2000, 72, 4193-4198). This method can handle a very small amount of sample, but when handling a cell extract, non-specific capture of impurities in the cell extract together with the analyte of interest. As a result, there was a drawback that good results could not be obtained for a subject such as a protein complex that had to be highly purified before analysis. Unlike column chromatography with a relatively large capacity, when microfluidics is used to purify a small amount of a sample, impurities that are non-specifically adsorbed on the flow channel / carrier or in the system There is a unique problem that it is difficult to sufficiently wash away the contaminants remaining in the gap. In this regard, the authors of this document state that this contaminant separates in reversed-phase HPLC before performing mass spectral measurements, but does not provide a solution for the removal of proteinaceous contaminants. It is an object of the present invention to provide a method for purifying a small amount of a protein complex by using the method and performing an assay, and a purification device or an assay device for use in these methods. Disclosure of the invention
本発明者らは、 マイクロフルイデイクスまたはナノフルイデイクス上に設けら れたニ段階のトラップを用いて、 標的夕ンパク質と相互作用する夕ンパク質複合 体をァフィ二ティ精製することにより、 .目的とする微量なタンパク質複合体を容 易に精製できることを見いだし、 本発明を完成させた。 We have used two-step traps on microfluidics or nanofluidics to affinity purify the protein complex that interacts with the target protein. The present inventors have found that it is possible to easily purify a desired minute amount of protein complex, and have completed the present invention.
本発明は、 タンパク質の生体内における相互作用を解明するプロテオミクスの 分野において特に有用である。 生体内で複数の夕ンパク質がどのような相互作用 をしているかを知るためには、 既知の標的タンパク質を用い、 細胞抽出液等の試 料中から、 前記既知の標的タンパク質と相互作用する未知のタンパク質複合体を
精製し、 これを質量分析等によって同定する方法が有効である。 そのためには、 前記タンパク質複合体を精製する必要があるが、 本発明は、 その精製方法を提供 するものである。 本発明の方法は、 リアルタイム B I A c o r e (登録商標) 用 のセンサチップに容易に適用可能である。 The present invention is particularly useful in the field of proteomics for elucidating the interaction of proteins in vivo. In order to know how multiple proteins interact in vivo, a known target protein is used to interact with the known target protein from a sample such as a cell extract. Unknown protein complex It is effective to purify and identify this by mass spectrometry or the like. For that purpose, it is necessary to purify the protein complex. The present invention provides a method for purifying the protein complex. The method of the present invention is easily applicable to a sensor chip for a real-time BIA core (registered trademark).
すなわち、 本発明は、 第一のトラップ、 第二のトラップおよびこれらのトラッ プに液体を搬送し排出させるための流路を有するマイクロフルイデイクスまたは ナノフルイデイクスを用いて、 標的タンパク質と相互作用するタンパク質複合体 を精製する方法を提供し、 該方法は、 That is, the present invention provides a method for interacting with a target protein using microfluidics or nanofluidics having a first trap, a second trap, and a channel for transporting and discharging a liquid to and from these traps. A method of purifying the acting protein complex, comprising:
( a) 標的タンパク質と第一のタグと第二のタグとを含む融合タンパク質と、 夕 ンパク質複合体とを結合させ、 (a) binding the fusion protein containing the target protein, the first tag and the second tag to the protein complex,
( b ) 第一のタグと結合しうる第一のァフィ二ティ担体を含有する第一の卜ラッ プにより標的タンパク質とタンパク質複合体を捕捉し、 (b) capturing the target protein and the protein complex by a first trap containing a first affinity carrier capable of binding to the first tag,
( c ) 標的タンパク質と夕ンパク質複合体を第一のァフィ二ティ担体から分離し、 (c) separating the target protein and protein complex from the first affinity carrier,
( d ) 第二のタグと結合しうる第二のァフィ二ティ担体を含有する第二のトラッ プにより標的タンパク質とタンパク質複合体を捕捉し、 そして (d) capturing the target protein and the protein complex by a second trap containing a second affinity carrier capable of binding to a second tag; and
( e ) 夕ンパク質複合体を第二のァフィ二ティ担体から分離する、 (e) separating the protein complex from the second affinity carrier;
の各工程を含む。 Each step.
上述の方法は、 工程 (a) にかえて、 第一の標的タンパク質と第一のタグとを 含む融合タンパク質と、 第二の標的タンパク質と第二のタグとを含む融合タンパ ク質と、 前記タンパク質複合体とを結合させる工程を有していてもよい。 In the above method, instead of the step (a), a fusion protein containing a first target protein and a first tag; a fusion protein containing a second target protein and a second tag; The method may include a step of binding to a protein complex.
上述の方法において、 標的タンパク質とタンパク質複合体を第一のァフィニテ ィ担体から分離する工程 (c ) は、 好ましくは、 第一のタグと第一のァフィニテ ィ担体との結合を解離させるか、 または第一のタグと標的タンパク質との結合を 切断することにより行われる。 また、 タンパク質複合体を第二のァフィ二ティ担 体から分離する工程 (e ) は、 好ましくは、 第二のタグと第二のァフィ二ティ担 体との結合を解離させるか、 または第二のタグと標的タンパク質との結合を切断 するか、 またはタンパク質複合体を分解することにより行われる。 In the above method, the step (c) of separating the target protein and the protein complex from the first affinity carrier preferably comprises dissociating the bond between the first tag and the first affinity carrier, or This is performed by cleaving the bond between the first tag and the target protein. Further, the step (e) of separating the protein complex from the second affinity carrier preferably comprises dissociating the bond between the second tag and the second affinity carrier, or This is accomplished by cleaving the bond between the target tag and the target protein or by degrading the protein complex.
好ましい態様においては、 融合タンパク質はさらに第三のタグを含有し、 標的 タンパク質とタンパク質複合体は、 第一のァフィ二ティ担体と結合させる前に、
この第 Ξのタグを利用したァフィ二テイク口マトグラフィにより濃縮されている。 さらに好ましくは、 本発明の方法は、 第二のタグと結合しうる第二のァフィ二 ティ担体を含有する第二のトラップにより標的タンパク質とタンパク質複合体を 捕捉する工程 (d ) と、 タンパク質複合体を第二のァフィ二ティ担体から分離す る工程 (e ) との間に、 第一のトラップおよび流路に結合した夾雑物を除去する 工程をさらに含む。 このことにより、 目的とするタンパク質複合体の純度を高め ることができ、 さらにこの夕ンパク質複合体のアツセィの精度を高めることがで ぎる。 In a preferred embodiment, the fusion protein further comprises a third tag, wherein the target protein and the protein complex are combined before binding to the first affinity carrier. It is enriched by affinity take mouth chromatography using this second tag. More preferably, the method of the present invention comprises the steps of: (d) capturing a target protein and a protein complex with a second trap containing a second affinity carrier capable of binding to a second tag; The step (e) of separating the body from the second affinity carrier further comprises the step of removing contaminants bound to the first trap and the channel. As a result, the purity of the target protein complex can be increased, and the accuracy of the protein complex can be improved.
さらに好ましくは、 本発明の方法は、 第一のトラップおよび/または第二の卜 ラップにおける捕捉および分離をモニタしながら実施する。 表面プラズモン共鳴 により分子間の相互作用をモニタすることができるセンサチップが当該技術分野 において知られており、 このような目的のために適合させることができる。 More preferably, the method of the present invention is performed while monitoring capture and separation in the first trap and / or the second trap. Sensor chips that can monitor interactions between molecules by surface plasmon resonance are known in the art and can be adapted for such purposes.
別の観点においては、 本発明は、 第一のトラップ、 第二のトラップおよびこれ らのトラップに液体を搬送し排出させるための流路を有するマイクロフルイディ クスまたはナノフルイデイクスを用いて、 標的タンパク質と相互作用するタンパ ク質複合体をアツセィする方法を提供し、 該方法は、 In another aspect, the present invention uses a microfluidics or nanofluidics having a first trap, a second trap, and a channel for transporting and discharging liquid to and from these traps. Provided is a method of accessing a protein complex that interacts with a target protein, the method comprising:
( a ) 標的タンパク質と第一のタグと第二のタグとを含む融合タンパク質と、 夕 ンパク質複合体とを結合させ、 (a) binding a fusion protein comprising a target protein, a first tag and a second tag to a protein complex,
( b ) 第一のタグと結合しうる第一のァフィ二ティ担体を含有する第一のトラッ プにより標的タンパク質と夕ンパク質複合体を捕捉し、 (b) capturing the target protein and protein complex with a first trap containing a first affinity carrier capable of binding to the first tag;
( c ) 標的夕ンパク質とタンパク質複合体を第一のァフィ二ティ担体から分離し、 (c) separating the target protein and protein complex from the first affinity carrier;
( d) 第二のタグと結合しうる第二のァフィ二ティ担体を含有する第二の卜ラッ プにより標的タンパク質とタンパク質複合体を捕捉し、 (d) capturing the target protein and the protein complex by a second trap containing a second affinity carrier capable of binding to the second tag,
( e ) タンパク質複合体を第二のァフィ二ティ担体から分離し、 そして (e) separating the protein complex from the second affinity carrier; and
( f ) タンパク質複合体をアツセィする、 (f) Attaching the protein complex,
の各工程を含む。 Each step.
上述の方法は、 工程 (a) にかえて、 第一の標的タンパク質と第一のタグとを 含む融合タンパク質と、 第二の標的タンパク質と第二のタグとを含む融合タンパ ク質と、 前記タンパク質複合体とを結合させる工程を有していてもよい。
3 012063 In the above method, instead of the step (a), a fusion protein containing a first target protein and a first tag; a fusion protein containing a second target protein and a second tag; The method may include a step of binding to a protein complex. 3 012063
5 好ましくは、 タンパク質複合体を第二のァフイエティ担体から分離する工程 ( e ) は、 タンパク質複合体をタンパク質分解酵素でペプチドに分解することに より行われ、 タンパク質複合体をアツセィする工程 (f ) は、 分解によって生じ たべプチドを分析することにより行われる。 5 Preferably, the step of separating the protein complex from the second affinity carrier (e) is carried out by decomposing the protein complex into peptides with a proteolytic enzyme, and the step of fusing the protein complex (f) This is done by analyzing the peptides produced by the degradation.
さらに別の観点においては、 本発明は、 標的タンパク質と相互作用するタンパ ク質複合体を精製するための装置を提供する。 該装置は、 In yet another aspect, the present invention provides an apparatus for purifying a protein complex that interacts with a target protein. The device comprises:
標的タンパク質中の第一のタグと結合しうる第一のァフィ二ティ担体を含有する 第一のトラップと、 A first trap containing a first affinity carrier capable of binding to a first tag in the target protein;
標的タンパク質中の第二のタグと結合しうる第二のァフィ二ティ担体を含有する 第二のトラップと、 A second trap containing a second affinity carrier capable of binding to a second tag in the target protein;
これらのトラップに液体を搬送し排出させるための流路と、 A channel for conveying and discharging the liquid to these traps,
流路における液体の流れを制御する手段とを有しており、 Means for controlling the flow of liquid in the flow path,
ここで、 トラップおよび流路はマイクロフルイディクスまたはナノフルイディク ス上に配置されている。 制御手段は、 第一のトラップにより標的タンパク質と夕 ンパク質複合体を捕捉させ、 標的タンパク質と夕ンパク質複合体を第一のァフィ 二ティ担体から分離し、 第二のトラップにより標的タンパク質とタンパク質複合 体を捕捉させ、 そしてタンパク質複合体を第二のァフィ二ティ担体から分離する ように、 流路における夜体の流れを制御する。 Here, the trap and the channel are arranged on microfluidics or nanofluidics. The control means causes the target protein and the protein complex to be captured by the first trap, separates the target protein and the protein complex from the first affinity carrier, and the target protein and the protein protein are separated by the second trap. The night body flow in the flow path is controlled to capture the complex and separate the protein complex from the second affinity carrier.
好ましくは、 本発明の装置においては、 制御手段は第一および第二のトラップ におけるタンパク質および夕ンパク質複合体の捕捉および分離をモニタする手段 をさらに含む。 Preferably, in the device of the present invention, the control means further comprises means for monitoring the capture and separation of the protein and protein complex in the first and second traps.
本発明はまた、 上述の本発明の精製装置と、 第二のァフィ二ティ担体から分離 されたタンパク質複合体をアツセィする手段とを含む、 タンパク質複合体アツセ ィ装置を提供する。 図面の簡単な説明 The present invention also provides a protein complex assay device comprising the above-described purification device of the present invention and a means for assaying the protein complex separated from the second affinity carrier. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 マイクロフルイディクスの構成の 1つの例を示す。 Figure 1 shows one example of a microfluidics configuration.
図 2は、 本発明の方法において用いられるマイクロフルイデイクスの概略図を 示す。
図 3は、 標的タンパク質と第一のタグと第二のタグとを含む融合タンパク質と、 標的タンパク質と相互作用するタンパク質複合体との結合の一態様を示す。 FIG. 2 shows a schematic diagram of the microfluidics used in the method of the present invention. FIG. 3 shows one mode of binding of a fusion protein containing a target protein, a first tag, and a second tag to a protein complex that interacts with the target protein.
図 4は、 デキストランを介して第一のトラップに捕捉された標的夕ンパク質と タンパク質複合体の一態様を示す。 FIG. 4 shows one embodiment of the target protein and protein complex captured in the first trap via dextran.
図 5は、 第一のトラップにおいて、 T E Vプロテア一ゼを用いて標的タンパク 質とタンパク質複合体をァフィ二ティ担体から分離する工程の一態様を示す。 図 6は、 第一のトラップから分離された後に第二のトラップに捕捉された標的 タンパク質とタンパク質複合体の一態様を示す。 FIG. 5 shows one embodiment of a step of separating a target protein and a protein complex from an affinity carrier using TEV protease in the first trap. FIG. 6 shows one embodiment of a protein complex with a target protein that has been separated from the first trap and captured by the second trap.
図 7は、 タンパク質分解酵素を用いて標的タンパク質とタンパク質複合体を第 二のトラップから分離する工程の一態様を示す。 FIG. 7 shows one embodiment of a step of separating a target protein and a protein complex from the second trap using a protease.
図 8は、 トラップにおけるタンパク質の捕捉および分離をモニタした結果の例 である。 Figure 8 is an example of the results of monitoring the capture and separation of proteins in a trap.
図 9は、 トラップにおける夕ンパク質の捕捉をモニタした結果の例である。 図 1 0は、 本発明の方法を実現させるための装置を表す模式図である。 Figure 9 shows an example of the results of monitoring trapping of evening protein in a trap. FIG. 10 is a schematic diagram showing an apparatus for realizing the method of the present invention.
図 1 1は、 標的タンパク質と相互作用するタンパク質複合体の二段階精製およ び分析に用いるシステムの模式図である。 FIG. 11 is a schematic diagram of a system used for two-step purification and analysis of a protein complex that interacts with a target protein.
図 1 2は、 第一トラップ (カラム Fc1 とカラム Fc2) および第二トラップ (カラム Fc3とカラム Fc4) を有するセンサチップの概略図である。 FIG. 12 is a schematic diagram of a sensor chip having a first trap (column Fc1 and column Fc2) and a second trap (column Fc3 and column Fc4).
図 1 3は、 B I A c o r e (登録商標) 装置のセンサチップにより、 融合標的 タンパク質 Pin1 およびこれと相互作用するタンパク質複合体が第一トラップの アミロースに結合する過程をモニタした結果を示す。 FIG. 13 shows the results of monitoring the process in which the fusion target protein Pin1 and the protein complex interacting therewith bind to amylose in the first trap using the sensor chip of the BIAcore® device.
図 1 4は、 B I A c o r e (登録商標) 装置のセンサチップにより、 第一トラ ップ (Fc1 と Fc2) からの TEVプロテアーゼによるタンパク質複合体の分離と 第二卜ラップ (Fc3と Fc4) へのその結合をモニタした結果を示す。 Figure 14 shows the separation of the protein complex by TEV protease from the first trap (Fc1 and Fc2) and its separation into the second trap (Fc3 and Fc4) by the sensor chip of the BIAcore® device. The result of monitoring the binding is shown.
図 1 5は、 B I A c o r e (登録商標) 装置のセンサチップにより、 第二トラ ップ (Fc3と Fc4)におけるプロテアーゼ分解をモニタした結果を示す。 発明の詳細な説明 FIG. 15 shows the results of monitoring the protease degradation in the second trap (Fc3 and Fc4) using the sensor chip of the BIAcore® device. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、 図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
本発明の方法は、 マイクロフルイディクスまたはナノフルイディクス上におい て行われる。 マイクロフルイデイクスとは、 シリコンやガラス製のチップ上に、 imオーダーの寸法の微小な流路、 ポンプ、 バルブ、 溶液貯蔵部、 反応部等が形 成されたものであり、 微小分析システム、 微小反応システム用のチップとして開 発が進められている。 ナノフルイデイクスとは一般にはマイクロフルイデイクス よりさらに微小なサイズのものをいうが、 これらの間の明確な区分けはなく、 本 明細書においてはこれらの用語を特に区別せずに用いる。 マイクロフルイディク スの一例として、 表面プラズモン共鳴により分子間の相互作用をモニタすること ができるバイオセンサ用のセンサチップが実用化されており、 B I Ac o r e (登録商標) の商品名で、 B i a c o r eAB (Upp s a l a、 Swe d e n) から市販されている。 このようなチップ技術は、 USP5, 641, 640、 US P 5, 955, 729、 特許第 3294605号、 特表平 07— 50786 5に開示されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The method of the present invention is performed on microfluidics or nanofluidics. Microfluidics is a device in which micro channels, pumps, valves, solution storage units, reaction units, etc., with dimensions on the order of im, are formed on a silicon or glass chip. It is being developed as a chip for micro reaction systems. Nanofluids generally refers to those having a smaller size than microfluidics, but there is no clear division between them, and these terms are used in the present specification without any particular distinction. As an example of a microfluidics, a sensor chip for a biosensor that can monitor the interaction between molecules by surface plasmon resonance has been put into practical use. The product name of BIacore (registered trademark) is Biacor. It is commercially available from eAB (Upp sala, Sweden). Such a chip technology is disclosed in US Pat. No. 5,641,640, US Pat. No. 5,955,729, Japanese Patent No. 3294605, and Japanese Patent Publication No. 07-507865.
図 1は、 このようなマイクロフルイデイクスの構成の 1つの例を示す。 マイク 口フルイデイクス 1上には、 流路 2、 バルブ 3、 溶液ポート 4、 反応部 5, 反応 モニタ部 6、 および排出ポート 7が形成されている。 制御装置 (図示せず) によ つてポンプ (図示せず) とバルブの動作を制御することにより、 流路を通して 種々の物質を反応部に搬送し、 反応させ、 排出させる。 反応は反応モニタ部 6に よりモニタすることができる。 本発明の方法は、 このようなマイクロフルイディ クスを用いてタンパク質複合体の精製またはアツセィを行うのに有用である。 本 発明の方法は、 特にリアルタイム B I Ac o r e (登録商標) 用のセンサチップ に容易に適用可能である。 Figure 1 shows one example of such a microfluidics configuration. A channel 2, a valve 3, a solution port 4, a reaction section 5, a reaction monitor section 6, and a discharge port 7 are formed on the microphone opening fluidics 1. By controlling the operation of a pump (not shown) and a valve by a control device (not shown), various substances are transported to the reaction section through the flow path, reacted, and discharged. The reaction can be monitored by the reaction monitor 6. The method of the present invention is useful for purifying or assaying a protein complex using such microfluidics. The method of the present invention is readily applicable, especially to sensor chips for real-time BI Acore®.
本発明は、 マイクロフルイデイクスまたはナノフルイデイクスを用いて、 標的 タンパク質と相互作用するタンパク質複合体を精製およびアツセィする方法を提 供する。 図 2は、 本発明の方法において用いられるマイクロフルイデイクスの概 略図を示す。 マイクロフルイデイクス上に、 第一のトラップ 11、 第二のトラッ プ 12およびこれらの卜ラップに液体を搬送し排出させるための流路 13が設け られている。 流路 13は、 第一および第二のトラップに加えて、 トラップに供給 する液体を導入するための液体導入部 15およびトラップから排出される ί夜体を
g The present invention provides a method for purifying and accessing a protein complex that interacts with a target protein using microfluidics or nanofluidics. FIG. 2 shows a schematic diagram of the microfluidics used in the method of the present invention. On the microfluidics, a first trap 11, a second trap 12, and a flow path 13 for transferring and discharging a liquid to and from these traps are provided. The flow path 13 includes a liquid inlet 15 for introducing the liquid to be supplied to the trap and a body discharged from the trap in addition to the first and second traps. g
受け取るための排出部 16と連絡しており、 流路 13中の液体の流れは、 バルブ 14、 ポンプ、 これらの動作を制御する外部コンピュータ等により制御すること ができる。 It communicates with a discharge section 16 for receiving, and the flow of liquid in the flow path 13 can be controlled by a valve 14, a pump, an external computer for controlling the operation of these, and the like.
本発明の方法においては、 まず、 標的タンパク質と第一のタグと第二のタグと を含む融合タンパク質と、 標的タンパク質と相互作用するタンパク質複合体とを 結合させる。 遺伝子組換え手法により、 標的タンパク質と第一のタグと第二の夕 グとを含む融合タンパク質をコードするベクターを作製し、 大腸菌、 培養動物細 胞などの宿主において融合夕ンパク質を発現させることができる。 In the method of the present invention, first, a fusion protein containing a target protein, a first tag, and a second tag is bound to a protein complex that interacts with the target protein. To prepare a vector encoding a fusion protein containing a target protein, a first tag and a second protein by a gene recombination technique, and to express the fusion protein in a host such as Escherichia coli or cultured animal cells. Can be.
標的タンパク質としては、 例えば、 各種の輸送タンパク質、 貯蔵タンパク質、 触媒タンパク質、 代謝制御タンパク質、 各種のレセプター、 各種サイト力イン - 細胞増殖因子、 各種転写因子、 各種シグナル伝達因子、 細胞骨格因子、 各種ィォ ンチャネル、 各種 Gタンパク質、 細胞周期制御因子、 形態形成制御因子、 タンパ ク質合成関連タンパク質、 など、 ほぼ全てのカテゴリーに含まれるタンパク質、 あるいは、 機能未知で分類ができていないが、 cDNAあるいはゲノムの塩基配 列からのみ存在が予測されているタンパク質等を用いることができる。 Target proteins include, for example, various transport proteins, storage proteins, catalytic proteins, metabolic regulation proteins, various receptors, various site force-in cell growth factors, various transcription factors, various signal transduction factors, cytoskeleton factors, various types Proteins that belong to almost all categories such as on-channels, various G proteins, cell cycle regulators, morphogenesis regulators, protein synthesis-related proteins, etc. Proteins and the like whose presence is predicted only from the base sequence of the genome can be used.
標的タンパク質と融合させる第一または第二のタグとしては、 適当なァフィ二 ティ担体に結合することができる種々のタグを用いることができ、 例えば、 限定 されないが、 キチン結合タンパク質、 マルトース結合タンパク質、 各種レクチン タンパク質、 ダル夕チオン S—トランスフェラーゼ、 FK506—結合タンパク 質、 mTORラパマイシン結合ドメイン、 ピオチン化タンパク質、 l a cリプレ ッサ、 各種ェピトープ夕グ (FLAGタグ、 c_mycタグ、 ヒスチジンタグ、 HAタグ、 VSV— Gタグ等) 、 あるいは TAPタグ等を用いることができる。 また、 電気化学的に化学結合の形成及び切断を行うことができる物質 (例えば、 特願 2002- 241072に記載の物質) も融合タンパク質に結合させたタグ として利用することも可能である。 遺伝子組換え手法によりこのような融合タン パク質を生成する方法は当該技術分野においてよく知られている。 一例としては、 マルトース結合タンパク質を第一のタグとして、 ピオチン化夕ンパク質を第二の タグとして、 標的タンパク質との融合タンパク質として宿主細胞内で発現させる ことができる。
標的タンパク質と相互作用するタンパク質複合体は、 標的タンパク質と水素結 合、 静電的結合、 疎水的結合などにより強くまたは弱く相互作用する 1またはそ れ以上のタンパク質が含まれ、 さらに、 核酸 (D NA、 R NA) 、 酵素、 糖、 糖 鎖や、 ペプチド、 脂質、 ビタミン、 金属錯体、 ステロイド、 テルぺノイド (テル ペン) 、 ォ一夕コイド、 アルカロイド等の生体高分子、 生体低分子、 生理活性物 質等が含まれていてもよい。 As the first or second tag to be fused with the target protein, various tags capable of binding to an appropriate affinity carrier can be used, such as, but not limited to, chitin-binding protein, maltose-binding protein, Various lectin proteins, darubithion S-transferase, FK506-binding protein, mTOR rapamycin binding domain, pyotinylated protein, lac repressor, various epitope frags (FLAG tag, c_myc tag, histidine tag, HA tag, VSV- G tag etc.) or TAP tag etc. can be used. In addition, a substance capable of electrochemically forming and breaking a chemical bond (for example, a substance described in Japanese Patent Application No. 2002-241072) can also be used as a tag bound to the fusion protein. Methods for producing such fusion proteins by genetic recombination techniques are well known in the art. As an example, a maltose binding protein can be expressed as a first tag, a biotinylated protein as a second tag, and a fusion protein with a target protein in a host cell. Protein complexes that interact with the target protein include one or more proteins that interact strongly or weakly with the target protein by hydrogen bonding, electrostatic bonding, hydrophobic bonding, and the like. NA, RNA), enzymes, sugars, sugar chains, peptides, lipids, vitamins, metal complexes, steroids, terpenoids (terpenes), o-Ichigoids, alkaloids, etc. An active substance or the like may be contained.
標的タンパク質と、 これと相互作用するタンパク質複合体との結合は、 融合夕 ンパク質を発現する宿主内において自発的に生じさせてもよく、 タンパク質複合 体を含む試料、 例えば細胞抽出物と、 別途生成させた融合タンパク質とを混合す ることにより形成させてもよい。 あるいは、 タンパク質複合体を含む試料と融合 タンパク質の両方を第一のトラップに適用してもよい。 Binding of the target protein to the protein complex interacting therewith may occur spontaneously in the host expressing the fusion protein, and may be separated from the sample containing the protein complex, such as a cell extract. It may be formed by mixing the generated fusion protein. Alternatively, both the sample containing the protein complex and the fusion protein may be applied to the first trap.
図 3は、 標的タンパク質と第一のタグと第二のタグとを含む融合タンパク質と、 標的タンパク質と相互作用するタンパク質複合体との結合の実施例を示す模式図 である。 この例においては、 融合タンパク質は、 標的タンパク質 2 1として P 5 タンパク質、 第一のタグとしてマル! ^一ス結合タンパク質 2 2、 第二のタグとし てピオチン化タンパク質 2 3を含む。 この融合タンパク質をコードする遺伝子を 遺伝子組換え手法により作製し、 大腸菌に導入して融合タンパク質を発現させ、 それを精製した後、 例えば、 ヒト 2 9 3 E B NA培養細胞の破砕物と混合するこ とにより、 標的タンパク質 2 1と相互作用するタンパク質複合体 3 1を含む細胞 抽出物を調製する。 FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of binding of a fusion protein containing a target protein, a first tag, and a second tag to a protein complex that interacts with the target protein. In this example, the fusion protein includes a P5 protein as the target protein 21, a Mal! ^-Binding protein 22 as the first tag, and a biotinylated protein 23 as the second tag. A gene encoding this fusion protein is produced by a gene recombination technique, introduced into Escherichia coli to express the fusion protein, purified, and then mixed with, for example, crushed human 293 EBNA cultured cells. Thus, a cell extract containing the protein complex 31 interacting with the target protein 21 is prepared.
別の態様においては、 本発明の方法は、 上述の工程にかえて、 第一の標的タン パク質と第一のタグとを含む融合タンパク質と、 第二の標的タンパク質と第二の タグとを含む融合タンパク質と、 これらの標的タンパク質の両方と相互作用する タンパク質複合体とを結合させる工程を有していてもよい。 かかる態様において は、 2種類の標的タンパク質と相互作用するタンパク質複合体を精製する目的で、 2種類の標的夕ンパク質にそれぞれ異なるタグが結合している 2種類の融合夕ン パク質を用意し、 これらとタンパク質複合体とを結合させる。 In another embodiment, the method of the present invention comprises, instead of the above-mentioned steps, a fusion protein comprising a first target protein and a first tag, a second target protein and a second tag. The method may comprise a step of binding the containing fusion protein to a protein complex that interacts with both of these target proteins. In such an embodiment, in order to purify a protein complex that interacts with two types of target proteins, two types of fusion proteins in which different tags are respectively bound to two types of target proteins are prepared. These are combined with the protein complex.
本発明の好ましい態様においては、 本発明の方法において用いられる融合タン パク質はさらに第三のタグを含有する。 標的タンパク質とこれと結合したタンパ
^ In a preferred embodiment of the present invention, the fusion protein used in the method of the present invention further contains a third tag. Target protein and tamper bound to it ^
ク質複合体を、 第一のァフィ二ティ担体と結合させる前に、 この第三のタグを利 用したァフィ二ティクロマトグラフィで濃縮することにより、 夕ンパク質複合体 の精製効率をより高めることができる。 標的タンパク質に結合させる第三のタグ としては、 例えば、 各種のェピトープタグ (F L A Gタグ、 c一 my cタグ、 ヒ スチジンタグ、 HAタグ、 V S V—Gタグ等) を利用することができる。 ヒスチ ジンタグを用いる場合には、 細胞抽出物を調製した後、 N i— N TAァフィニテ イクロマ卜グラフィを用いて、 標的タンパク質とこれと相互作用するタンパク質 複合体とを含む画分を濃縮することができる。 Before the protein complex is bound to the first affinity carrier, the purification efficiency of the protein complex is further improved by concentrating the protein complex by affinity chromatography using the third tag. Can be. As the third tag to be bound to the target protein, for example, various epitope tags (FLAG tag, c-myc tag, histidine tag, HA tag, VSV-G tag, etc.) can be used. When a histidine tag is used, after preparing a cell extract, the fraction containing the target protein and the protein complex interacting with the target protein can be concentrated using Ni-NTA affinity chromatography. it can.
次に、 標的タンパク質とタンパク質複合体を、 第一のタグと結合しうる第一の ァフィ二ティ担体を含有する第一のトラップにより捕捉させる。 ァフイエティ担 体としては、 例えば、 タグとしてマル! ^一ス結合タンパク質を用いた場合にはァ ミロース等の糖を、 タグとしてピオチン化タンパク質を用いた場合にはストレブ トァビジンまたはアビジンを用いることができる。 第一の夕グと結合しうるァフ ィ二ティ担体および結合条件を選択する方法は当該技術分野においてよく知られ ている。 ァフィ二ティ担体は、 例えば、 卜ラップの壁面に設けられたデキストラ ン層を介してトラップに結合させることができる。 Next, the target protein and the protein complex are captured by a first trap containing a first affinity carrier capable of binding to a first tag. As the affinity carrier, for example, a sugar such as amylose can be used when using a mal! ^-Binding protein as a tag, and streptavidin or avidin can be used when using a biotinylated protein as a tag. . Methods for selecting affinity carriers and binding conditions that can bind to the first column are well known in the art. The affinity carrier can be bound to the trap, for example, via a dextran layer provided on the wall of the trap.
図 4は、 デキストランを介して第一のトラップに捕捉された標的夕ンパク質と タンパク質複合体の実施例を表す模式図である。 この例においては、 標的タンパ ク質と結合したタンパク質複合体 3· 1を捕捉するために、 第一のトラップの壁面 5 2にデキストラン 5 3を介してァフィ二ティ担体であるアミロース 5 4を結合 させてある。 第一のタグであるマル] ス結合タンパク質 2 2がアミロース 5 4 と結合することにより、 標的タンパク質 2 1とタンパク質複合体 3 1とが第一の トラップにおいて捕捉される。 なお、 このとき、 第一のトラップおよび流路には 試料中の夾雑物 5 5が非特異的に吸着すること、 あるいは系内の間隙へ滞留する ことが多い。 FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a target protein and protein complex captured in the first trap via dextran. In this example, the affinity carrier amylose 54 is bound via dextran 53 to the first trap wall 52 to capture protein complex 3.1 bound to the target protein. Let me do it. By binding of the first tag, malus-binding protein 22 to amylose 54, the target protein 21 and the protein complex 31 are captured in the first trap. At this time, impurities 55 in the sample are often non-specifically adsorbed to the first trap and the flow path, or stay in gaps in the system.
好ましくは、 捕捉の効率を高めるために、 捕捉工程においてはオシレーシヨン あるいは試料の流れを停止する方法を用いる。 オシレーシヨンとは、 試料を含む ΐ夜体をトラップに流入させるときに、 流れの方向を短時間で正方向と逆方向とに 切り替えながら行うことをいう。 オシレーシヨンにより、 微小管中の担体に微量
の試料を捕捉させる場合に、 担体への捕捉効率が高くなることが知られているPreferably, in order to increase the efficiency of capture, the capture step uses an oscillation or a method of stopping the flow of the sample. Oscillation means that when a night body including a sample flows into the trap, the flow direction is switched between forward and reverse in a short time. Oscillation enables traces of carriers in microtubules It is known that the efficiency of capturing on a carrier increases when capturing a sample of
(Abrantes, et al" Anal. Chem" 2001 , 73, 2828-2835) 。 また、 試料の流れを停 止することで捕捉効率が高くなることは当該技術分野においてよく知られている。 流れの方向の切り替えは、 1分間に数回から 1秒間に数回行うことができる。 次に、 標的タンパク質とタンパク質複合体を第一のァフィ二ティ担体から分離 する。 分離は、 第一のタグと第一のァフィ二ティ担体との結合を解離させるか、 または第一のタグと標的タンパク質との結合を切断することにより行われる。 解 離および切断の様式は、 用いられるタグとァフィ二ティ担体との組み合わせによ つて異なり、 適切な様式を選択する方法は当該技術分野においてよく知られてい る。 タグとァフィ二ティ担体との結合を解離させるためには、 例えば、 溶液の組 成、 イオン濃度、 : Hなどを変化させる。 タグと標的タンパク質との結合を切断 するためには、 予めタグと標的タンパク質との間に特定のタンパク質分解酵素認 識部位を含むように融合タンパク質を構築しておき、 分離する際にトラップにタ ンパク質分角军酵素を導入する。 このようなタンパク質分解酵素の例としては、 T E Vプロテアーゼ、 トロンビン、 ェンテロキナーゼ、 X a因子などが挙げられる。 あるいは、 電解切断性ァフィ二ティ担体を利用してタグを結合させている場合に は、 電解切断により標的タンパク質とタンパク質複合体とをァフィ二ティ担体か ら分離することも可能である。 (Abrantes, et al "Anal. Chem" 2001, 73, 2828-2835). It is well known in the art that stopping the flow of the sample increases the capture efficiency. The flow direction can be switched several times a minute to several times a second. Next, the target protein and the protein complex are separated from the first affinity carrier. The separation is performed by dissociating the bond between the first tag and the first affinity carrier, or cleaving the bond between the first tag and the target protein. The mode of dissociation and cleavage will depend on the combination of tag and affinity carrier used, and methods for selecting the appropriate mode are well known in the art. In order to dissociate the bond between the tag and the affinity carrier, for example, the composition of the solution, the ion concentration, and the amount of: H are changed. In order to break the bond between the tag and the target protein, a fusion protein is constructed in advance so as to include a specific protease recognition site between the tag and the target protein, and a tag is attached to the trap when separating. Introduce the enzyme. Examples of such proteolytic enzymes include TEV protease, thrombin, enterokinase, factor Xa, and the like. Alternatively, when the tag is bound by using an electrocleavable affinity carrier, the target protein and the protein complex can be separated from the affinity carrier by electrolytic cleavage.
図 5は、 第一のトラップにおいて、 T E Vプロテアーゼを用いて標的タンパク 質とタンパク質複合体をァフィ二ティ担体から分離する工程の実施例を示す模式 図である。 この例においては、 標的タンパク質 2 1とタンパク質複合体 3 1とが アミ口一ス 5 4を介して第一のトラップに捕捉された後、 第一のトラップに T E Vプロテアーゼ 6 1を導入する。 融合タンパク質は、 標的タンパク質 2 1とマル トース結合タンパク質 2 2の間に T E V切断部位を有しており、 T E Vプロテア —ゼ 6 1の作用により標的タンパク質 2 1とマル! ス結合タンパク質 2 2との 間のぺプチド結合が切断される。 FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a step of separating a target protein and a protein complex from an affinity carrier using TEV protease in the first trap. In this example, TEV protease 61 is introduced into the first trap after the target protein 21 and the protein complex 31 have been captured by the first trap via the amino acid 54. The fusion protein has a TEV cleavage site between the target protein 21 and the maltose binding protein 22, and the fusion between the target protein 21 and the maltose binding protein 22 is caused by the action of TEV proteinase 61. The peptide bond between them is broken.
次に、 第一のトラップから分離された標的タンパク質とタンパク質複合体を、 第二のタグと結合しうる第二のァフィ二ティ担体を含有する第二のトラップによ り捕捉する。 標的タンパク質とタンパク質複合体とを第二のトラップに捕捉する
工程の詳細は、 第一のトラップについて説明したとおりである。 Next, the target protein and the protein complex separated from the first trap are captured by a second trap containing a second affinity carrier capable of binding to a second tag. Capture target protein and protein complex in second trap Details of the process are as described for the first trap.
図 6は、 第一のトラップから分離された後に第二のトラップに捕捉された標的 タンパク質とタンパク質複合体の実施例を表す模式図である。 前工程において T E Vプロテア一ゼによって切断された試料を第二のトラップに導入する。 この例 においては、 標的タンパク質と相互作用するタンパク質複合体 3 1を捕捉するた めに、 第二のトラップの壁面 7 2にデキストラン 7 3を介してァフィ二ティ担体 であるストレプトアビジン 7 4を結合させてある。 第二のタグであるピオチン化 タンパク質 2 3がストレプトアビジン 7 3と結合することにより、 標的タンパク 質 2 1とタンパク質複合体 3 1とが第二のトラップにおいて捕捉される。 この例 においては、 第二のトラップに捕捉されたタンパク質の量は、 第一のトラップに 捕捉されたタンパク質の量を基準 (1 0 0 %) として 7 . 3 %であった。 FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a target protein and a protein complex captured by the second trap after being separated from the first trap. The sample cut by TEV protease in the previous step is introduced into a second trap. In this example, the affinity carrier streptavidin 74 is bound to the second trap wall 72 via dextran 73 to capture the protein complex 31 that interacts with the target protein. Let me do it. The binding of the second tag, biotinylated protein 23, to streptavidin 73 causes the target protein 21 and protein complex 31 to be captured in the second trap. In this example, the amount of protein captured in the second trap was 7.3% based on the amount of protein captured in the first trap (100%).
それぞれ異なるタグを有する 2種類の融合タンパク質を用いて 2種類の標的夕 ンパク質と相互作用するタンパク質複合体を精製する態様においては、 第一のト ラップにより第一の標的タンパク質と前記タンパク質複合体を捕捉し、 分離し、 次に、 第二のトラップにより第二の標的タンパク質と前記タンパク質複合体を捕 捉する。 In an embodiment in which two types of fusion proteins each having a different tag are used to purify a protein complex that interacts with two types of target proteins, the first trap and the protein complex are used by a first trap. The second target protein and the protein complex are captured by a second trap.
本発明の方法の特に好ましい態様においては、 第二のトラップにより標的タン パク質とタンパク質複合体を捕捉した後に、 第一のトラップおよび流路を洗浄す ることにより、 これらに結合あるいは滞留した夾雑物を除去する。 この除去工程 においては、 洗浄試薬が第二のトラップ中に流入しないため、 酸、 アルカリ、 界 面活性剤、 尿素、 タンパク質分解酵素などのタンパク質分解性の試薬あるいは夕 ンパク質変性剤を用いることができる。 好ましくは洗浄試薬として蟻酸を用いる。 この工程を加えることにより、 送液に使われる流路系に吸着あるいは滞留してい る夾雑物を除去することができるために、 回収されるタンパク質複合体中に含ま れる夾雑物の含有量を著しく低下させることができる。 したがって、 タンパク質 複合体の精製の効率を高めることができ、 さらにこのタンパク質複合体のアツセ ィの精度を高めることができる。 このことは、 二段階のトラップを用いることを 特 とする本発明の方法の利点である。 In a particularly preferred embodiment of the method of the present invention, the target protein and the protein complex are captured by the second trap, and then the first trap and the channel are washed to remove contaminants bound or retained therein. Remove objects. In this removal step, since a washing reagent does not flow into the second trap, it is necessary to use a proteolytic reagent such as an acid, an alkali, a surfactant, urea, or a protease, or a protein denaturant. it can. Preferably, formic acid is used as a washing reagent. By adding this step, it is possible to remove contaminants adsorbed or retained in the channel system used for the liquid sending, so that the content of the contaminants contained in the recovered protein complex is significantly reduced. Can be reduced. Therefore, the purification efficiency of the protein complex can be improved, and the accuracy of the protein complex can be improved. This is an advantage of the method of the invention, which features the use of a two-stage trap.
次に、 タンパク質複合体を第二のァフィ二ティ担体から分離する。 タンパク質
1 複合体を第二のァフィ二ティ担体から分離する工程は、 第一の卜ラップについて 説明したとおりである。 Next, the protein complex is separated from the second affinity carrier. protein 1 The step of separating the complex from the second affinity carrier is as described for the first trap.
あるいは、 この分離工程は、 タンパク質分解酵素によりタンパク質複合体を分 解することにより行ってもよい。 タンパク質分解酵素としては、 トリプシン、 リ シルエンドべプチダーゼ等を用いることができる。 このようにして得られるぺプ チドは、 続いて H P L Cによる分離、 タンデム質量スペクトルによる分析等に供 することができる。 すなわち、 別の観点においては、 上述の方法により精製した タンパク質複合体をアツセィすることにより、 標的タンパク質と相互作用する夕 ンパク質をアツセィする方法が提供される。 Alternatively, this separation step may be performed by decomposing the protein complex with a protease. As the proteolytic enzyme, trypsin, lysyl endopeptidase and the like can be used. The peptide thus obtained can be subsequently subjected to separation by HPLC, analysis by tandem mass spectrum, and the like. That is, in another aspect, there is provided a method for assaying a protein that interacts with a target protein by assaying the protein complex purified by the above-described method.
図 7は、 タンパク質分解酵素を用いて標的タンパク質とタンパク質複合体を第 二のトラップから分離する工程の実施例を示す模式図である。 リシルエンドぺプ チダーゼ 8 1の作用により、 捕捉されていたタンパク質複合体 3 1は分解されぺ プチド分子 8 2となる。 上述のように分解されたべプチド分子 8 2を回収し、 H P L Cおよび Zまたは質量分析により分析し、 これによつてタンパク質複合体 3 1の解析を行う。 なお、 この例では、 第二のトラップで捕捉されたタンパク質複 合体を分解して分析する方法を述べたが、 第二のトラップで捕捉された状態でレ 一ザ一等を使って分析することも可能である。 また、 第一のトラップと同様に、 第二のトラップで捕捉されたタンパク質複合体を分離した後、 精製されたタンパ ク質複合体を回収することも可能である。 FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a step of separating a target protein and a protein complex from a second trap using a protease. By the action of lysyl endopeptidase 81, the captured protein complex 31 is decomposed into peptide molecule 82. The peptide molecules 82 degraded as described above are collected and analyzed by HPLC and Z or mass spectrometry, whereby the protein complex 31 is analyzed. In this example, the method of decomposing and analyzing the protein complex captured by the second trap was described.However, analysis using a laser or the like in the state captured by the second trap is described. Is also possible. Further, similarly to the first trap, after separating the protein complex captured by the second trap, it is also possible to recover the purified protein complex.
さらに好ましくは、 本発明の方法は、 第一のトラップおよび/または第二の卜 ラップにおける捕捉および分離をモニタしながら実施する。 表面プラズモン共鳴 により分子間の相互作用をモニタすることができるセンサチップが当該技術分野 において知られており、 例えば、 B I A c o r e (登録商標) を利用することが できる。 かかるモニタによって得られた結合反応のグラフを図 8および図 9に示 す。 図 8は、 第一の卜ラップにおいてマルトース結合タンパク質を介してアミ口 —スに結合する標的タンパク質とタンパク質複合体の捕捉過程および分離過程を B I A c o r e (登録商標) システムを用いてモニタした結果を示す。 ァフィ二 ティ担体としてはアミロースを用い、 捕捉時には 2 0 0 i g /m lのマルトース 結合タンパク質含有融合タンパク質を、 分離時には 1 O mMのマルトースを注入
した。 図 9は、 第二のトラップにおいてピオチン化タンパク質を介してストレブ トァビジンに結合する標的タンパク質とタンパク質複合体の捕捉過程をモニタし た結果を示す。 図示されていないが、 タンパク質複合体がプロテア一ゼ分解によ つて分離して行く様子も図 8の分離モニタ部分と同様にモニタできる。 ァフィ二 ティ担体としてはストレプトアビジンを用い、 2 0 0 gZm 1のピオチン化夕 ンパク質含有融合夕ンパク質を注入した。 More preferably, the method of the present invention is performed while monitoring capture and separation in the first trap and / or the second trap. Sensor chips capable of monitoring the interaction between molecules by surface plasmon resonance are known in the art, and for example, BIA core (registered trademark) can be used. Graphs of the binding reaction obtained by such a monitor are shown in FIG. 8 and FIG. FIG. 8 shows the results of monitoring the capture and separation processes of the target protein and protein complex that bind to the protein via maltose-binding protein in the first trap using the BIA core® system. Show. Amylose was used as the affinity carrier, and 200 ig / ml fusion protein containing maltose-binding protein was injected during capture, and 1 OmM maltose was injected during separation. did. FIG. 9 shows the results of monitoring the capture process of a target protein and a protein complex that binds to streptavidin via a biotinylated protein in the second trap. Although not shown, the manner in which the protein complex is separated by protease degradation can also be monitored in the same manner as the separation monitor portion in FIG. Streptavidin was used as an affinity carrier, and 200 gZm1 of a fusion protein containing a biotinylated protein was injected.
図 1 0は、 本発明の方法を実現させるための装置を表す模式図である。 マイク 口フルイデイクス上に、 第一のトラップ 1 1、 第二のトラップ 1 2およびこれら のトラップに液体を搬送し排出させるための流路 1 3が設けられている。 第一の トラップ 1 1は、 標的タンパク質中の第一のタグと結合しうる第一のァフィニテ ィ担体を含有し、 第二のトラップ 1 2は、 標的タンパク質中の第二のタグと結合 しうる第二のァフィ二ティ担体を含有する。 流路 1 3は、 第一および第二のトラ ップに加えて、 トラップに供給する液体を保持する液体導入部 1 5、 トラップか ら排出される液体を受け取るための排出部 1 6、 およびトラップから分離された 試料を分析装置に送るための搬送部 1 7と連絡している。 本発明の方法の実施に 必要な試料、 試薬、 バッファ一等は液体導入部 1 5から流路 1 3に供給され、 排 出部 1 6において排出される。 本発明の方法により精製された試料は、 トラップ から搬送部 1 7を通って、 タンパク質複合体のアツセィ装置に送られる。 FIG. 10 is a schematic diagram showing an apparatus for realizing the method of the present invention. A first trap 11, a second trap 12, and a flow path 13 for transporting and discharging liquid to these traps are provided on the microphone opening fluidics. The first trap 11 contains a first affinity carrier that can bind to a first tag in the target protein, and the second trap 12 can bind to a second tag in the target protein. Contains a second affinity carrier. The flow path 13 includes, in addition to the first and second traps, a liquid introduction part 15 for holding liquid to be supplied to the trap, a discharge part 16 for receiving liquid discharged from the trap, and It is in communication with the transport unit 17 for sending the sample separated from the trap to the analyzer. Samples, reagents, buffers, and the like necessary for carrying out the method of the present invention are supplied from the liquid introduction unit 15 to the flow path 13 and discharged at the discharge unit 16. The sample purified by the method of the present invention is sent from the trap through the transport section 17 to the protein complex assay device.
流路 1 3中の液体の流れは制御手段により制御される。 制御手段は、 バルブ 1 4、 ポンプ (図示せず) 、 これらの動作を制御するコンピュータ 1 8により構成 される。 制御手段は、 コンピュータの制御下でバルブおよびポンプを操作して、 第一のトラップにより標的夕ンパク質とタンパク質複合体を捕捉させ、 標的夕ン パク質とタンパク質複合体を第一のァフィ二ティ担体から分離し、 第二の卜ラッ プにより標的タンパク質とタンパク質複合体を捕捉させ、 そしてタンパク質複合 体を第二のァフィ二ティ担体から分離するように、 流路における液体の流れを制 御する。 電解切断性ァフィ二ティ担体を適用する場合には、 制御手段は 1 1、 1 2のトラップ部への通電を制御する通電制御部をさらに含む。 The flow of the liquid in the channel 13 is controlled by the control means. The control means includes a valve 14, a pump (not shown), and a computer 18 for controlling these operations. The control means operates the valve and the pump under the control of the computer to cause the first trap to capture the target protein and the protein complex, and to cause the target protein and the protein complex to pass through the first affinity. Separate from the carrier, capture the target protein and protein complex by the second trap, and control the flow of liquid in the flow path so that the protein complex is separated from the second affinity carrier . In the case where the electrolytically cut affinity carrier is applied, the control means further includes an energization control unit for controlling energization to the 11 and 12 trap units.
好ましくは、 本発明の装置においては、 制御手段は第一および第二のトラップ における標識タンパク質およびタンパク質複合体の捕捉および分離をモニタする
03 012063 Preferably, in the device of the present invention, the control means monitors the capture and separation of the labeled protein and protein complex in the first and second traps. 03 012063
15 ためのモニタ部 1 9をさらに含む。 捕捉および分離に関する情報をモニタ部 1 9 からコンピュータに送ることにより、 流路における液体の流れをさらに正確かつ 精密に制御することが可能である。 すなわち、 モニタ部 1 9を含む本発明の装置 の構成は、 タンパク質複合体の精製および分析の自動化に特に適している。 15 further includes a monitor section 19. By sending information on capture and separation from the monitor 19 to the computer, it is possible to control the flow of liquid in the flow path more accurately and precisely. That is, the configuration of the device of the present invention including the monitor section 19 is particularly suitable for automation of protein complex purification and analysis.
なお、 図 1 0は本発明の装置の構成の一例を示すものであり、 種々の変形が可 能であることが理解されるべきである。 例えば、 トラップ、 液体導入部、 排出部、 モニタ部の数および配置、 ならびに流路およびバルブの組み合わせおよび配置は、 当業者が目的に応じて適宜変更することができる。 同様に、 上述した本発明の方 法ならびに装置の実施の形態にも種々の変更が可能であり、 これらの変形物もま た本発明の範囲内である。 FIG. 10 shows an example of the configuration of the device of the present invention, and it should be understood that various modifications are possible. For example, those skilled in the art can appropriately change the number and arrangement of the trap, the liquid introduction unit, the discharge unit, and the monitor unit, and the combination and arrangement of the flow path and the valve according to the purpose. Similarly, various modifications can be made to the above-described embodiments of the method and apparatus of the present invention, and these modifications are also within the scope of the present invention.
本明細書において明示的に引用される全ての特許および参考文献の内容は全て 本明細書の一部としてここに引用する。 また, 本出願が有する優先権主張の基礎 となる出願である日本特許出願 2 0 0 2 - 2 7 8 7 4 4号の明細書および図面に 記載の内容は全て本明細書の一部としてここに引用する。 実施例 The contents of all patents and references explicitly cited herein are hereby incorporated by reference. In addition, the entire contents described in the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 2002-27874, which is the application on which the priority claim of the present application is based, are incorporated herein by reference. To quote. Example
以下に実施例により本発明をより詳細に説明するが, これらの実施例は本発明 の範囲を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but these examples do not limit the scope of the present invention.
B I A c o r e (登録商標) 装置を用いて標的タンパク質と相互作用するタン パク質複合体の二段階精製と酵素消化を B I A c o r e (登録商標) センサチッ プ上で行い、 その消化物をオンラインで nano-LC-MS/MS (極微流量液体クロマ トグラフィータンデム質量分析) 装置 (Natsume et al., Anal. Chem. 74:4725- 4733, 2002) で分析することにより、 タンパク質複合体の構成成分を同定した。 図 1 1は、 この実験に用いたシステムの模式図である。 B I A c o r e (登録商 標) 装置と nano-LC-MS/MS装置をオンラインで連結させ、 B I A c o r e (登 録商標) センサチップ上でのタンパク質複合体の二段階ァフィ二ティ精製とオン チッププロテアーゼ消化、 そして、 LC-MS/MS 分析をオンラインで行った。 こ の実施例では、 標的タンパク質として細胞周期制御因子 Pin1 タンパク質を用い、 これに第一タグとしてマルトース結合タンパク質、 第二タグとしてピオチン化夕
ンパク質、 そして、 粗回収のためのヒスチジンタグを付加させたものを標的融合 タンパク質として生成させた。 この標的融合タンパク質 Ρίη1には TEVプロテア —ゼ切断部位を標的タンパク質とマルト一ス結合タンパク質の間に導入してある。 この標的融合タンパク質をコードする遺伝子を遺伝子組み換え手法により作製し、 大腸菌に導入して融合タンパク質を発現させ、 これを精製して、 以下の実験に用 いた。 Two-step purification and enzymatic digestion of a protein complex that interacts with the target protein using the BIA core® device is performed on a BIA core® sensor chip, and the digest is online using nano-LC. The components of the protein complex were identified by analysis with a -MS / MS (micro flow liquid chromatography tandem mass spectrometer) (Natsume et al., Anal. Chem. 74: 4725-4733, 2002). FIG. 11 is a schematic diagram of the system used in this experiment. The BIA core (registered trademark) device and the nano-LC-MS / MS device are connected online, and two-step affinity purification of protein complexes and on-chip protease digestion on the BIA core (registered trademark) sensor chip are performed. The LC-MS / MS analysis was performed online. In this example, a cell cycle regulator Pin1 protein was used as a target protein, a maltose binding protein was used as a first tag, and a biotinylated protein was used as a second tag. Protein and a histidine tag for crude recovery were generated as a target fusion protein. The target fusion protein Ρίη1 has a TEV protease cleavage site introduced between the target protein and the maltose binding protein. A gene encoding this target fusion protein was prepared by a genetic recombination technique, introduced into Escherichia coli to express the fusion protein, and purified, and used in the following experiments.
このようにして得られた融合標的タンパク質 Pin1 をヒト 293EBNA細胞抽出 液と混合し、 Ni2+キレートカラムで粗回収したものを、 上記のセンサチップをセ ットした B I A c o r e (登録商標) 装置に導入した。 B I A c o r e (登録商 標) 装置には、 市販の B I A c o r e (登録商標) センサチップ (research grade CM)の 2つの流路 (カラム Fc1とカラム Fc2) にアミロースを結合させ第 一トラップとし、 残りの 2つの流路 (カラム Fc3 とカラム Fc4) にストレプト アビジンを結合させ第二トラップとしたセンサチップを装着した (図 1 2 ) 。 図 1 3には、 融合標的タンパク質 Pin1 およびこれと相互作用するタンパク質複合 体が第一トラップ (Fc1 と Fc2) のアミロースに結合する過程をモニタした結果 が示されている。 Fc1 および Fc2を溶離液で洗浄後、 TEVプロテアーゼを含む 溶液を導入して、 第一トラップに結合した夕ンパク質複合体をマルトース結合夕 ンパク質から切断すると同時に、 これによつて遊離したタンパク質複合体を第二 トラップ (Fc3 と Fc4) に結合させた。 TEV プロテア一ゼによる切断と第二ト ラップへの結合の収率を上げるために、 TEV プロテアーゼを含む 2マイクロリ ットルの溶液を第一トラップと第二トラップ間に自動的にオシレーシヨン (前後 に反復させた) 操作を行わせた。 このオシレーション操作を 30秒に 1回行い、 これを 2時間繰り返した。 図 1 4は TEV プロテア一ゼによる第一トラップ (Fc1 と Fc2) からのタンパク質複合体の解離と第二トラップ (Fc3と Fc4) へ のその結合をモニタした結果を示す。 目的とするタンパク質複合体を第二トラッ プに結合させた後、 第一トラップ及び試料導入部から排出部までの流路系を蟻酸 で洗浄することにより、 細胞抽出液由来の非特異的結合夕ンパク質を流路系から 取り除いた。 流路系から蟻酸を十分除去した後に、 リジルエンドプロテアーゼ (LysC)を第二トラップに導入し、 Pin1 と相互作用するタンパク質複合体の構成
タンパク質をペプチドに分^した。 図 1 5はプロテアーゼ分解をモニタした結果 を示す。 分解ペプチドを図 1 1の電磁バルブ (E-バルブ) に送り、 nano-LC- MS/MS システムで自動的に分析することにより、 タンパク質の同定を行った。 その結果、 5 8種類のタンパク質が同定された。 Pin1 なしのタグタンパク質だ けの融合タンパク質で行った同様の実験結果と比較したところ、 Pin1 と相互作 用するタンパク質複合体に特異的に含まれると考えられる 2 4種類のタンパク質 が存在した。
The fusion target protein Pin1 thus obtained was mixed with a human 293EBNA cell extract, and crudely recovered with a Ni 2+ chelate column was transferred to a BIA core (registered trademark) device equipped with the above sensor chip. Introduced. In the BIA core (registered trademark) device, amylose is coupled to two flow paths (column Fc1 and column Fc2) of a commercially available BIA core (registered trademark) sensor chip (research grade CM) to form a first trap, and A sensor chip was attached to the two channels (column Fc3 and column Fc4), which was made by binding streptavidin and used as a second trap (Fig. 12). Figure 13 shows the results of monitoring the process by which the fusion target protein Pin1 and its interacting protein complex bind to the amylose of the first trap (Fc1 and Fc2). After washing Fc1 and Fc2 with the eluent, a solution containing TEV protease is introduced to cleave the protein complex bound to the first trap from the maltose-bound protein, and simultaneously release the protein complex released by this. The body was attached to a second trap (Fc3 and Fc4). To increase the yield of cleavage by TEV protease and binding to the second trap, 2 microliters of the solution containing TEV protease is automatically oscillated between the first and second traps (back and forth). Operation was performed. This oscillation operation was performed once every 30 seconds, and this was repeated for 2 hours. Figure 14 shows the results of monitoring the dissociation of the protein complex from the first trap (Fc1 and Fc2) by TEV protease and its binding to the second trap (Fc3 and Fc4). After binding the target protein complex to the second trap, the first trap and the channel system from the sample introduction part to the discharge part are washed with formic acid, so that non-specific binding derived from the cell extract is performed. Protein was removed from the channel system. After formic acid has been sufficiently removed from the channel system, lysyl endoprotease (LysC) is introduced into the second trap to form a protein complex that interacts with Pin1 The protein was separated into peptides. Figure 15 shows the results of monitoring protease degradation. The protein was identified by sending the degraded peptide to the electromagnetic valve (E-valve) shown in Figure 11 and automatically analyzing it with the nano-LC-MS / MS system. As a result, 58 proteins were identified. When compared with the results of a similar experiment performed with a fusion protein containing only the tag protein without Pin1, there were 24 types of proteins that were considered to be specifically contained in the protein complex that interacts with Pin1.