明 細 書 Specification
酵素チップ及びその利用 Enzyme chip and its use
技術分野 Technical field
[0001] 本発明は、酵素チップ、および、酵素チップに固定化された酵素の酵素活性をァフ ィ-ティーラベルを利用して測定する固定ィ匕酵素の活性測定方法に関し、さらに、本 発明は、該活性測定方法に基づぐカイネテイクスの測定方法、及び、酵素活性を調 節する物質のスクリーニング方法、及び、これらの方法を実施するための自動化シス テムに関する。 The present invention relates to an enzyme chip and a method for measuring the activity of an immobilized enzyme, wherein the enzyme activity of the enzyme immobilized on the enzyme chip is measured using an affinity label. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for measuring kinetics based on the method for measuring activity, a method for screening a substance that regulates enzyme activity, and an automated system for performing these methods.
背景技術 Background art
[0002] 酵素は、細胞内において生物を構成する物質の合成や分解、エネルギーの創生さ せる役割を担う、生命の維持や活動に不可欠な触媒機能を持った蛋白質の一種で ある。したがって、酵素は、多種多様な生体反応のほとんどすべてに関与することか ら、生体内代謝反応とその調節機構を解明する上で必須の要素である。そして、酵 素は特定の反応だけを触媒する選択性 (反応特異性)と特定の物質だけを触媒する 選択性 (基質特異性)など極めて高!ヽ触媒特異性を有して!/ヽることから、この酵素の 特異性を活用することで目的とする有用生成物だけを選択的かつ高収率に生産する ことが可能になる。それ故に、酵素活性の測定は、酵素の有効量に関する知見を得 ることであり、生体機能の解明や有用生産物の製造の分野等において必須の事項で ある。 [0002] Enzymes are a type of protein having a catalytic function that is indispensable for the maintenance and activity of life and plays a role in the synthesis and decomposition of substances that make up living organisms in cells and the creation of energy. Therefore, enzymes are involved in almost all of a wide variety of biological reactions, and are essential elements in elucidating metabolic reactions in vivo and their regulatory mechanisms. Enzymes have extremely high selectivity (reaction specificity) to catalyze only specific reactions and selectivity (substrate specificity) to catalyze only specific substances!ヽ With catalyst specificity! Therefore, by utilizing the specificity of this enzyme, it becomes possible to selectively produce only the desired useful product in a high yield. Therefore, the measurement of the enzyme activity is to obtain knowledge on the effective amount of the enzyme, and is essential in the field of elucidation of biological functions and production of useful products.
[0003] 従来において、酵素活性の単位は、単位時間に一定量の酵素により生成物に変換 される基質量で定義されることから、酵素の活性の測定方法は測定対象とする酵素 により異なるが、基質の減少量、または、生成物の増加量を分析することにより測定さ れていた (例えば、非特許文献 1を参照。 ) o例えば、溶液中で酵素と基質とを混合さ せた反応溶液の吸光度を測定し、基質もしくは生成物量の変化量を分析することに より、もしくは、 P—-トロア-リン基質、 4 メチルクマリン 7アミド基質などの発色性基 質を用いて、酵素作用による発色量変化を分析することにより、酵素活性を測定する ことが行われていた。また、合成酵素、転移酵素等の場合には、標識化基質と酵素を
反応させ、その生成物を電気泳動や種々のクロマトグラフィーにより分離したのち、生 成物中の標識量を分析することも広く行われていた。また、プロテアーゼにおいては 、イン サイチュ ザィモグラフィ一による活性測定が報告されている(例えば、特許文 献 1を参照。 ) o予めコラーゲン、もしくは、カゼイン等を溶解させた電気泳動ゲル上で[0003] Conventionally, the unit of enzyme activity is defined by the base mass that is converted into a product by a certain amount of enzyme per unit time. Therefore, the method of measuring the activity of the enzyme differs depending on the enzyme to be measured. Was measured by analyzing the amount of decrease in the substrate or the amount of increase in the product (see, for example, Non-Patent Document 1) .o For example, a reaction in which an enzyme and a substrate were mixed in a solution. By measuring the absorbance of the solution and analyzing the change in the amount of substrate or product, or by using a chromogenic substrate such as P-troia-phosphorus substrate or 4-methylcoumarin 7amide substrate, It has been practiced to measure the enzyme activity by analyzing the change in the amount of coloring. In the case of synthase, transferase, etc., the labeled substrate and enzyme After reacting and separating the products by electrophoresis or various types of chromatography, it has been widely practiced to analyze the amount of label in the products. For proteases, activity measurement by in situ zymography has been reported (for example, see Patent Document 1). O On an electrophoresis gel in which collagen or casein, etc., has been dissolved in advance.
、酵素をその分子量等に基づき分離後、ゲル上で分離された酵素がその分解作用 によりコラーゲン等を融解することから、ゲルを染色した際に確認される白く抜けたバ ンドに基づき酵素活性の測定を行うものである。 After the enzyme is separated based on its molecular weight, etc., the enzyme separated on the gel melts collagen etc. by its decomposition action. The measurement is performed.
特許文献 1:国際公開第 97Z32035号パンフレット Patent Document 1: International Publication No. 97Z32035 pamphlet
非特許文献 1:「生化学辞典」第 1版東京化学同人 1984年第 452頁 Non-Patent Document 1: "Biochemical Dictionary," 1st Edition, Tokyo Chemical Dojin, 1984, p.452
発明の開示 Disclosure of the invention
発明が解決しょうとする課題 Problems to be solved by the invention
[0004] し力しながら、従来の方法は、一つの反応系にお 、て、一種類の酵素の活性を測 定することを想定したものであり、複数の酵素活性を測定する場合、各々の酵素毎に 個別の反応系を構築しなければならな力つた。 [0004] However, the conventional method is supposed to measure the activity of one type of enzyme in one reaction system. We had to build a separate reaction system for each enzyme.
また、複数の酵素を同一反応系で反応させ電気泳動により、生成物を分離して判 別を行うことも行われていたが、測定対象の酵素が同一もしくは類似のファミリーに属 するような場合には、その性質等が類似するため、ゲル上で夫々の酵素に対応する 生成物を判別して夫々の酵素毎の酵素活性を判別解析することは困難であり、また 、上記したザィモグラフィ一法を利用する場合においても、同様に測定対象の酵素が 同一もしくは類似のファミリーに属するような場合には、その分子量、性質等が類似 するため、ゲル上で夫々の酵素を判別することは困難であった。 In some cases, multiple enzymes are reacted in the same reaction system, and the products are separated by electrophoresis for discrimination.However, when the enzymes to be measured belong to the same or similar families, It is difficult to discriminate products corresponding to each enzyme on a gel and discriminate and analyze the enzyme activity of each enzyme, because the properties and the like are similar. Similarly, when enzymes to be measured belong to the same or similar families, it is difficult to distinguish each enzyme on a gel because their molecular weights and properties are similar. there were.
[0005] また、電気泳動、クロマトグラフィー等を利用する場合は、煩雑な工程を要するため 、手間と時間がかかり、迅速に実験結果を得るのは困難であった。 [0005] In addition, when electrophoresis, chromatography, and the like are used, complicated steps are required, so that labor and time are required, and it is difficult to obtain experimental results quickly.
[0006] そして、従来の方法にお!、ては、ある程度の量のサンプル、試薬を要することから、 高価な、微量なサンプル、試薬の取り扱いには適していないという問題点もあった。 [0006] In addition, the conventional method requires a certain amount of sample and reagent, and thus has a problem that it is not suitable for handling expensive, minute samples and reagents.
[0007] そこで、近年、高価で貴重なサンプルや試薬の消費量が少な!/、ため低コストで、か つ迅速、簡便なスクリーニング技術として有用性が高いとして、複数のタンパク質を基 板上に固定ィ匕したプロテインチップが実用化に向けて研究されている。つまり、 DNA
チップ作製技術を用いて、同じプラットフォームに数千ものタンパク質をプリントしたプ 口ティンチップを作製することが試みられている。し力しながら、一般にタンパク質は 熱等の外的要因に非常に不安定であり、し力も、その立体構造が核酸と比べて非常 に複雑であるとの性質に起因して、プロテインチップは現在においても発展途上の技 術であり、巿場に供給され一般に普及するに至っていないという問題点があった。 [0007] Therefore, in recent years, the consumption of expensive and valuable samples and reagents has been reduced! / Therefore, it has been suggested that a low cost, high speed, and simple screening technique is highly useful, and that multiple proteins can be used on a substrate. Fixed protein chips have been studied for practical use. That is, DNA Attempts have been made to use a chip-making technology to produce a small chip that prints thousands of proteins on the same platform. However, proteins are generally very unstable to external factors such as heat, and protein chips are nowadays difficult due to their three-dimensional structure, which is much more complex than nucleic acids. However, there is a problem that it is a developing technology, and it has not been supplied to the factory and spread to the general public.
[0008] また、酵素は上記したように、多種多様な生体反応に関与する生命活動の維持に 重要な役割を果たすことから、酵素活性変化が種々の疾患の病態に関与する。した がって、酵素活性を調節可能な物質は、疾患を治療する、若しくは、予防する医薬候 補物として潜在的価値を有し、このような酵素活性調節物質のスクリーニング方法は 、疾患治療薬、予防薬の開発上極めて重要である。し力しながら、従来の酵素活性 方法に基づ!/、たスクリーニング方法では、検定対象の酵素の種類と酵素活性調節物 質の候補物質である試験物質の数の組合わせに応じた反応系を構築しなければな らな力つた。特に、近年において、新規の医薬ィ匕合物探索においては、コンビナトリ アルケミストリーの登場により、一挙に多様性を有する化合物群を合成することが可 能となったことから、新薬候補物質の探索を効率かつ迅速に行うことを可能とする高 スループットなスクリーニング方法の構築が望まれている。 [0008] Further, as described above, enzymes play an important role in maintaining vital activities involved in various biological reactions, so that changes in enzyme activities are involved in the pathology of various diseases. Therefore, a substance capable of modulating enzyme activity has potential value as a pharmaceutical candidate for treating or preventing a disease. It is extremely important in the development of preventive drugs. In addition, the screening method is based on the conventional enzyme activity method, and the reaction method is based on the combination of the type of enzyme to be assayed and the number of test substances that are candidate substances for the enzyme activity regulator. I had to build the power. In particular, in recent years, in the search for new drug conjugates, the advent of combinatorial chemistry has made it possible to synthesize a diverse group of compounds at once. There is a need for a high-throughput screening method that can be performed efficiently and quickly.
[0009] 従って、本発明の目的は、複数の酵素活性を同時に効率よく測定することを可能と する酵素チップ、および、該酵素チップを利用した酵素特異的かつ活性依存的な酵 素活性測定方法を提供することにある。更に、本発明の目的は、酵素活性を調節可 能な物質を、効率よく探索できる高スループットな酵素活性調節物質のスクリーニン グ方法を提供することにある。そして、本発明は、これらの方法を実施する自動化シ ステムの提供を目的とするものである。 [0009] Accordingly, an object of the present invention is to provide an enzyme chip capable of simultaneously and efficiently measuring a plurality of enzyme activities, and an enzyme-specific and activity-dependent enzyme activity measurement method using the enzyme chip. Is to provide. It is a further object of the present invention to provide a high-throughput method for screening enzyme activity regulating substances that can efficiently search for substances capable of regulating enzyme activity. The present invention aims at providing an automated system for performing these methods.
課題を解決するための手段 Means for solving the problem
[0010] 本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究した結果、酵素の生物活性を損 なうことなく酵素を基板上に固定ィ匕した酵素チップを構築することに成功した。そして 、更に鋭意研究を重ねた結果、ァフィユティーラベルを用いて固定ィ匕酵素の生物活 性を感度良ぐかつ、網羅的に検出することに成功し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, have succeeded in constructing an enzyme chip in which an enzyme is immobilized on a substrate without impairing the biological activity of the enzyme. Further, as a result of further intensive studies, they succeeded in detecting the biological activity of the immobilized enzyme with good sensitivity and comprehensively using an affinity label, and completed the present invention.
[0011] つまり、本発明はァフィユティーラベルを用いて、チップ上で、酵素活性を測定する
方法を提供するものであり、具体的には、強固な共有結合で基板 酵素ーァフィニテ ィーラベルーレポーター分子で連結することにより、特異的、かつ、活性依存的に酵素 と結合できる、ァフィユティーラベルを使用してチップ上で高スループットに酵素活性 を測定する方法を提供するものである。 [0011] In other words, the present invention measures an enzyme activity on a chip using an affinity label. Specifically, an affinity can be specifically and activity-dependently linked to an enzyme by linking with a substrate enzyme-affinity label-reporter molecule through a strong covalent bond. An object of the present invention is to provide a method for measuring enzyme activity at high throughput on a chip using a label.
そして、チップ上で、初めてカイネテイクスを測定する方法を提供するものである。 Further, the present invention provides a method for measuring kinetics for the first time on a chip.
[0012] 具体的には、本発明の第 1特徴構成は、 [0012] Specifically, a first characteristic configuration of the present invention is:
異なる複数の酵素を、基板上の複数の異なる位置に各別に配置させた、酵素活性 測定用酵素チップとした点にあり、好ましくは、酵素がシスティンプロテアーゼである A plurality of different enzymes are separately arranged at a plurality of different positions on the substrate, and this is in the form of an enzyme chip for measuring enzyme activity. Preferably, the enzyme is a cysteine protease.
[0013] そして、本発明の第 2の特徴構成は、 [0013] The second characteristic configuration of the present invention is as follows.
異なる複数の酵素を基板上の複数の異なる位置に配列させて酵素チップを作製す る酵素チップ作製工程、 An enzyme chip preparation step in which a plurality of different enzymes are arranged at a plurality of different positions on a substrate to form an enzyme chip;
前記酵素チップに、リポーター分子が付されたァフィユティーラベルを接触させ、ァ フィ-ティーラベルと酵素を反応させる、反応工程、 A reaction step of contacting the enzyme chip with an affinity label to which a reporter molecule is attached, and reacting the affinity label with the enzyme;
前記酵素チップ上に固定ィ匕された酵素と結合したァフィユティーラベルのリボータ 一シグナルを検出する検出工程とを有し、 A detection step of detecting a signal of an affinity label attached to the enzyme immobilized on the enzyme chip and a revoter signal.
前記検出工程で検出されたシグナル強度をもって酵素活性を解析する、 酵素活性の測定方法、とした点にあり、好ましくは、前記酵素はシスティンプロテア ーゼであり、活性測定対象の酵素がシスティンプロテアーゼの場合には、好ましくは 、リポーター分子が付されたァフィユティーラベル力 一般式 (I):エポキシドー Leu— X aa— Lys—スぺーサ一基 リポーター分子〔式中、 Xaaは、 Tyr、 Lys、または Argを表 し、スぺーサ一基は Amino— hexanoic acidである〕で示される化合物として構成さ れる。 Analyzing the enzyme activity based on the signal intensity detected in the detection step; and measuring the enzyme activity. Preferably, the enzyme is a cysteine protease, and the enzyme whose activity is to be measured is a cysteine protease. In this case, preferably, the affinity labeling force attached to the reporter molecule is represented by the general formula (I): Epoxide compound Leu—Xaa—Lys—Supha single reporter molecule [where Xaa is Tyr, Lys Or Arg, and one spacer is Amino-hexanoic acid].
[0014] 上記特徴構成によれば、異なる複数の酵素を配置させた酵素チップを提供できると 共に、酵素チップに基づく 1の反応系において、異なる複数の酵素活性を調べること ができ、従来のように、酵素の種類に応じた多くの反応系を構築する必要はなぐ迅 速かつ効率よく高スループットに実験結果を得ることができる。また、本発明のァフィ 二ティーラベルは、一の酵素ファミリーに属する酵素の活性部位に対して反応性を示
す力 他の酵素ファミリーに属する、いずれの酵素にも反応性を示さないものであるこ とから、特異的かつ、活性依存的な酵素活性の測定を達成することが可能となる。 また、上記目的を達成するための本発明の第 3の特徴構成は、 [0014] According to the above characteristic configuration, it is possible to provide an enzyme chip in which a plurality of different enzymes are arranged, and to examine a plurality of different enzyme activities in one reaction system based on the enzyme chip. In addition, experimental results can be obtained quickly and efficiently at high throughput without the need to construct many reaction systems according to the types of enzymes. Further, the affinity label of the present invention shows reactivity with the active site of an enzyme belonging to one enzyme family. Since it has no reactivity with any enzyme belonging to another enzyme family, it is possible to achieve a specific and activity-dependent measurement of enzyme activity. Further, a third characteristic configuration of the present invention for achieving the above object is as follows:
異なる複数の一定単位の酵素を基板上の複数の異なる位置に配列させて酵素チ ップを作製する酵素チップ作製工程、 An enzyme chip manufacturing step of arranging a plurality of different fixed units of enzymes at a plurality of different positions on a substrate to form an enzyme chip;
前記酵素チップに、リポーター分子が連結された一定濃度のァフィ二ティーラベル を接触させ、ァフィユティーラベルと酵素を反応させる、反応工程、 A reaction step of contacting the enzyme chip with a constant concentration of an affinity label to which a reporter molecule is linked, and reacting the affinity label with the enzyme;
前記酵素チップ上に固定ィ匕された酵素と結合したァフィユティーラベルのリボータ 一シグナルを検出する検出工程とを有し、 A detection step of detecting a signal of an affinity label attached to the enzyme immobilized on the enzyme chip and a revoter signal.
固定ィ匕酵素のァフィユティーラベル接触前のリポーターシグナル力も増強されたシ グナル強度の時間変化から、酵素とァフィユティーラベル間のカイネテイクスを測定 する方法とした点にあり、更に、 The reporter signal strength of the immobilized enzyme before contact with the affinity label is also a method of measuring the kinetics between the enzyme and the affinity label from the time change of the enhanced signal intensity.
力かる酵素カイネテイクス測定方法で得られたカイネテイクスに基づ ヽて、カイネテ イクス定数を解析する方法とした点にある。 This method is based on the kinetic data obtained by the powerful enzyme kinetic measurement method.
上記特徴構成によれば、初めてチップを用いたカイネテイクス解析方法を提供でき 、複数の酵素の動力学的動態を、同時にかつ、網羅的に、また、高スループットに把 握することが可能となる。 According to the above feature configuration, a kinetic analysis method using a chip can be provided for the first time, and it is possible to simultaneously, comprehensively, and at a high throughput grasp the kinetic dynamics of a plurality of enzymes. .
さらに、上記目的を達成するための本発明の第 4の特徴構成は、 Furthermore, a fourth characteristic configuration of the present invention for achieving the above object is:
異なる複数の酵素を基板上の複数の異なる位置に配列させて酵素固定ィ匕チップを 作製する酵素チップの作製工程、 A step of preparing an enzyme chip for arranging a plurality of different enzymes at a plurality of different positions on a substrate to prepare an enzyme-immobilized chip;
前記酵素チップに、試験物質を接触させてプレインキュベーションする、試験物質 接触工程、 A test substance contacting step, in which a test substance is brought into contact with the enzyme chip and pre-incubated,
前記試験物質接触工程後の前記酵素チップに、リポーター分子が付されたァフィ 二ティーラベルを接触させ、ァフィユティーラベルと酵素を反応させる、反応工程、 前記酵素チップ上に固定ィ匕された酵素と結合したァフィユティーラベルのリボータ 一シグナルを検出する検出工程とを有し、 A reaction step in which an affinity label attached with a reporter molecule is brought into contact with the enzyme chip after the test substance contacting step to cause the affinity label to react with the enzyme. An enzyme immobilized on the enzyme chip And a detection step of detecting a signal of the affinity label riboter,
試験物質を接触させない酵素におけるシグナル強度と比較して、前記異なる複数 の酵素に対する前記試験物質によるシグナル強度の変化を見て、酵素活性を調節
する調節物質としての特性を調べ、所定の調節物質のスクリーニングに使用する、 酵素活性を調節する物質のスクリーニング方法、とした点にあり、好ましくは、前記 酵素はシスティンプロテアーゼであり、活性測定対象の酵素がシスティンプロテア一 ゼの場合には、好ましくは、リポーター分子が付されたァフィユティーラベル力 一般 式(I):エポキシドー Leu— Xaa— Lys—スぺーサ一基 リポーター分子〔式中、 Xaaは、 Tyr、 Lys、または Argを表し、スぺーサ一基は Amino— hexanoic acidである〕で 示される化合物として構成される。 The enzyme activity is regulated by observing a change in the signal intensity of the test substance for the different enzymes compared with the signal intensity of the enzyme without contacting the test substance. A screening method for a substance that regulates an enzyme activity, which is used for screening for a predetermined regulatory substance. Preferably, the enzyme is a cysteine protease, and In the case where the enzyme is cysteine protease, the affinity label attached to a reporter molecule is preferably represented by the general formula (I): Epoxide compound Leu-Xaa-Lys-spacer reporter molecule [wherein Xaa represents Tyr, Lys or Arg, and one spacer is Amino-hexanoic acid].
[0016] 上記特徴構成によれば、試験物質を、異なる複数の酵素を配置させた酵素固定ィ匕 プロテインチップに 1度接触 (反応)させるだけで、酵素活性を調節可能な調節物質と しての、異なる複数の酵素との反応特性を調べることができる。つまり、従来行われて いた手法のように、酵素の種類と試験物質の数との組み合わせに応じた多くの実験 系を構築する必要はなぐ迅速かつ効率よく実験結果を得ることができる。 [0016] According to the above-mentioned characteristic configuration, the test substance can be adjusted only once by contacting (reacting) the test substance once with the enzyme-immobilized protein chip on which a plurality of different enzymes are arranged. Can be examined for its reaction characteristics with a plurality of different enzymes. In other words, it is possible to obtain experimental results quickly and efficiently without the need to construct many experimental systems according to the combination of the type of enzyme and the number of test substances as in the conventionally performed method.
従って、本発明は、酵素活性を調節可能な物質を、迅速かつ網羅的に直接評価で き、酵素活性を調節可能な調節物質を高スループットにスクリーニングするのに有効 である。 Therefore, the present invention is capable of directly and rapidly evaluating a substance capable of regulating an enzyme activity, and is effective for screening a modulator capable of regulating an enzyme activity at a high throughput.
[0017] 上記目的を達成するための、本発明の第 5の特徴構成は、 [0017] To achieve the above object, a fifth feature of the present invention is:
異なる複数の酵素を基板上の複数の異なる位置に配列させて酵素チップを作製す る酵素チップ作製工程、 An enzyme chip preparation step in which a plurality of different enzymes are arranged at a plurality of different positions on a substrate to form an enzyme chip;
前記酵素チップに、酵素活性阻害物質を接触させてプレインキュベーションする、 酵素活性阻害物質接触工程 Contacting the enzyme chip with an enzyme activity inhibitor and preincubating the enzyme chip;
前記酵素活性阻害物質接触工程後の前記酵素チップに、リポーター分子が付され たァフィユティーラベルを接触させ、ァフィユティーラベルと酵素を反応させる、反応 工程、 Contacting the enzyme chip with the reporter molecule-attached affinity label with the enzyme chip after the enzyme activity inhibitor contacting step, and reacting the affinity label with the enzyme;
前記酵素チップ上に固定ィ匕された酵素と結合したァフィユティーラベルのリボータ 一シグナルを検出する検出工程とを有し、 A detection step of detecting a signal of an affinity label attached to the enzyme immobilized on the enzyme chip and a revoter signal.
前記試験物質を接触させない酵素由来のシグナル強度力 変化するシグナル強 度の阻害剤添加変化を測定して、酵素活性阻害剤の阻害定数を解析する、酵素活 性阻害剤の阻害定数解析方法。
上記特徴構成によれば、複数の酵素に対する酵素活性阻害剤の評価を、同時に かつ、網羅的に、また高スループットに行うことが可能となる。 A method for analyzing the inhibitory constant of an enzyme activity inhibitor, wherein the inhibitory constant of an enzyme activity inhibitor is analyzed by measuring a change in the signal intensity of an enzyme that does not come into contact with the test substance and a change in signal intensity. According to the above configuration, it is possible to simultaneously, comprehensively, and at a high throughput evaluate an enzyme activity inhibitor for a plurality of enzymes.
[0018] そして、上記目的を達成するための、本発明の第 6の特徴構成は、 [0018] In order to achieve the above object, a sixth characteristic configuration of the present invention is as follows.
異なる複数の酵素を基板上の複数の異なる位置に配列させて酵素チップを作製す る酵素チップ作製手段、 Means for preparing an enzyme chip by arranging a plurality of different enzymes at a plurality of different positions on a substrate,
前記酵素チップに、ァフィユティーラベルを接触させ、ァフィユティーラベルと酵素 を反応させる、反応手段、 Reacting an affinity label with the enzyme chip and reacting the affinity label with the enzyme;
前記酵素チップ上に固定ィ匕された酵素と結合したァフィユティーラベルのリボータ 一シグナルを検出する検出手段、 A detection means for detecting a revoter signal of an affinity label bound to the enzyme immobilized on the enzyme chip,
前記検出手段により検出されたシグナル強度をもって酵素活性を解析する手段と を有する、 Means for analyzing enzyme activity based on the signal intensity detected by the detection means,
酵素活性測定自動化システム、とした点にあり、好ましくは、前記酵素はシスティン プロテアーゼである。 An automated system for measuring enzyme activity is provided. Preferably, the enzyme is cysteine protease.
また、上記目的を達成するための、本発明の第 7の特徴構成は、 In order to achieve the above object, a seventh characteristic configuration of the present invention is:
異なる複数の酵素を基板上の複数の異なる位置に配列させて酵素チップを作製す る酵素チップ作製手段、 Means for preparing an enzyme chip by arranging a plurality of different enzymes at a plurality of different positions on a substrate,
前記酵素チップに、リポーター分子が付されたァフィユティーラベルを接触させ、ァ フィ-ティーラベルと酵素を反応させる、反応手段、 A reaction means for contacting the enzyme chip with an affinity label to which a reporter molecule is attached, and reacting the affinity label with the enzyme;
前記酵素チップ上に固定ィ匕された酵素と結合したァフィユティーラベルのリボータ 一シグナルを検出する検出手段、 A detection means for detecting a revoter signal of an affinity label bound to the enzyme immobilized on the enzyme chip,
前記固定ィ匕酵素の前記ァフィユティーラベル接触前のリポーターシグナル力 増強 されたシグナル強度の時間変化から、前記酵素と前記ァフィ二ティーラベル間のカイ ネテイクスを測定する測定手段、および、 Measurement means for measuring the kinetics between the enzyme and the affinity label, from a time change in the signal intensity of the reporter signal of the immobilized enzyme before contacting the affinity label, and
前記カイネテイクス測定手段で得られたカイネテイクスに基づ 、て、力イネテイクス定 数を解析するデータベースを有する、 A database for analyzing a force kinetics constant based on the kinetics obtained by the kinetics measuring means;
カイネテイクス定数の計算自動化システムとした点にある。 The point is that it is a system that automates the calculation of kinetic constants.
[0019] 更に、上記目的を達成するための、本発明の第 8の特徴構成は、 Further, in order to achieve the above object, an eighth feature of the present invention is:
異なる複数の酵素を基板上の複数の異なる位置に配列させて酵素チップを作製す
る酵素チップ作製手段、 Producing enzyme chips by arranging different enzymes at different positions on a substrate Means for making enzyme chips,
前記酵素チップに、試験物質を接触させてプレインキュベーションする、試験物質 接触手段、 A test substance contact means for pre-incubating the enzyme chip by contacting the test substance with the enzyme chip;
前記試験物質接触手段によって試験物質を接触させた前記酵素チップに、リボー ター分子が付されたァフィユティーラベルを接触させ、ァフィユティーラベルと酵素を 反応させる、反応手段、 A reaction means for bringing an affinity label attached with a revoluter molecule into contact with the enzyme chip contacted with the test substance by the test substance contact means, and reacting the affinity label with the enzyme;
前記酵素チップ上に固定化された酵素と結合したリポーター分子が付されたァフィ 二ティーラベルのリポーターシグナルを検出する検出手段、 A detection means for detecting a reporter signal of an affinity label attached to a reporter molecule bound to the enzyme immobilized on the enzyme chip,
試験物質を接触させない酵素におけるシグナル強度と比較して、前記異なる複数 の酵素夫々に対する前記試験物質によるシグナル強度の変化を見て、酵素活性を 調節する調節物質としての特性を解析する解析手段とを有する、 An analysis means for analyzing a characteristic as a modulator regulating the enzyme activity by observing a change in the signal intensity due to the test substance for each of the plurality of different enzymes compared with the signal intensity of the enzyme not contacting the test substance. Have,
酵素活性の調製物質の自動スクリーニングシステムとした、点にあり、好ましくは、前 記酵素はシスティンプロテアーゼである。 In this regard, an automatic screening system for the preparation of enzymatic activity was used, and preferably the enzyme is a cysteine protease.
そして、上記目的を達成するための本発明の第 9の特徴構成は、 And the ninth characteristic configuration of the present invention for achieving the above object is:
異なる複数の酵素を基板上の複数の異なる位置に配列させて酵素チップを作製す る酵素チップ作製手段、 Means for preparing an enzyme chip by arranging a plurality of different enzymes at a plurality of different positions on a substrate,
前記酵素チップに、試験物質を接触させてプレインキュベーションする、試験物質 接触手段、 A test substance contact means for pre-incubating the enzyme chip by contacting the test substance with the enzyme chip;
前記試験物質接触手段によって試験物質を接触させた前記酵素チップに、リボー ター分子が付されたァフィユティーラベルを接触させ、前記ァフィユティーラベルと前 記酵素を反応させる、反応手段、 A reaction means for contacting the enzyme label contacted with the test substance by the test substance contact means with an affinity label attached with a revoluter molecule, and reacting the affinity label with the enzyme;
前記酵素チップ上に固定ィ匕された酵素と結合した前記ァフィユティーラベルのリポ 一ターシグナルを検出する検出手段、 Detecting means for detecting a reporter signal of the affinity label bound to the enzyme immobilized on the enzyme chip,
前記試験物質を接触させない酵素由来のシグナル強度力 変化するシグナル強 度の阻害剤添加変化を測定する測定手段、および、 A measuring means for measuring the change in the signal intensity of the enzyme derived from the enzyme which is not brought into contact with the test substance;
前記記測定手段によって測定された測定値に基づいて酵素活性阻害剤の阻害定 数を解析するデータベースを有する、 Having a database for analyzing the inhibition constant of the enzyme activity inhibitor based on the measurement value measured by the measurement means,
酵素活性阻害剤の阻害定数算出自動化システムとした点にある。
[0021] また、上記目的を達成するための本発明の第 10の特徴構成は、リポーター分子が 付されたァフィユティーラベルを包含し、固定ィ匕酵素の酵素活性を測定するために 使用される固定ィ匕酵素活性測定用試薬、とした点にあり、固定化システィンプロテア ーゼの活性測定試薬として構成される場合には、好ましくは、前記リポーター分子が 付されたァフィ-ティーラベル力 一般式(I):エポキシドー Leu— Xaa— Lys—スぺーサ 一基 リポーター分子〔式中、 Xaaは、 Tyr、 Lys、または Argを表し、スぺーサ一基は Amino— hexanoic acidである〕で示される化合物として構成される。 In other words, the system is an automatic system for calculating the inhibition constant of an enzyme activity inhibitor. [0021] Further, a tenth feature of the present invention for achieving the above object includes an affinity label to which a reporter molecule is attached, and is used for measuring the enzyme activity of the immobilized enzyme. When used as a reagent for measuring the activity of immobilized cysteine protease, it is preferable that the affinity label to which the reporter molecule is attached is generally used. Formula (I): Epoxide Leu—Xaa—Lys—Sposa One Reporter Molecule (where Xaa represents Tyr, Lys, or Arg, and one spacer is Amino-hexanoic acid) It is constituted as the compound shown.
[0022] 上記目的を達成するための本発明の第 11の特徴構成は、異なる複数の酵素を基 板上の複数の異なる位置に配列固定してある酵素チップに、リポーター分子が付さ れたァフィ-ティーラベルと複数種の化合物とを接触させて酵素活性阻害剤をスクリ 一二ングし、前記酵素活性阻害剤の阻害定数を算出する方法であって、前記算出方 法は、以下の工程、 1.異なる複数の前記固定ィ匕酵素と前記ァフィユティーラベルと の間のカイネテイクス定数を測定しそのカイネテイクス定数をもとに阻害定数を算出す る工程、 2.異なる複数の前記固定ィヒ酵素に前記ァフィユティーラベルと複数種の前 記化合物とを接触させて、一時点にお!、て測定した前記ァフィユティーラベルのリポ 一ターシグナル力も酵素活性阻害剤をスクリーニングし、さらにその阻害定数を算出 する工程、 3.複数種の前記化合物のうち所定範囲内のリポーターシグナルを得られ な力つたィ匕合物についてその最適濃度を探索し、前記最適濃度において測定され た前記ァフィユティーラベルのリポーターシグナルから阻害定数を算出する工程;に 記載される工程のうち少なくともいずれ力 1つの工程を包含する阻害定数の算出方 法とした点にある。 [0022] An eleventh feature of the present invention for achieving the above object is that a reporter molecule is attached to an enzyme chip in which a plurality of different enzymes are arranged and fixed at a plurality of different positions on a substrate. A method of contacting an affinity label with a plurality of compounds to screen an enzyme activity inhibitor and calculating an inhibition constant of the enzyme activity inhibitor, wherein the calculation method comprises the following steps: 1. a step of measuring a kinetic constant between a plurality of different immobilization enzymes and the affinity label and calculating an inhibition constant based on the kinetic constant; 2. a plurality of different immobilizations A) contacting the affinity label with a plurality of the above-mentioned compounds with the enzyme enzyme; screening the enzyme activity inhibitor for the reporter signal power of the affinity label measured at a time; Further Calculating the inhibition constant; 3. searching for an optimal concentration of a powerful compound which cannot obtain a reporter signal within a predetermined range among a plurality of the compounds, and searching for the optimal concentration measured at the optimal concentration. Calculating the inhibition constant from the reporter signal of the futility label; a method for calculating the inhibition constant that includes at least one of the steps described in the step of:
[0023] 上記目的を達成するための本発明の第 12の特徴構成は、前記阻害定数の算出方 法により算出された阻害定数をデータベース化する計算自動化システムとした点に ある。 [0023] A twelfth characteristic configuration of the present invention for achieving the above-mentioned object is that a calculation automation system for making a database of the inhibition constants calculated by the method for calculating the inhibition constants.
[0024] 上記目的を達成するための本発明の第 13の特徴構成は、前記阻害定数の算出方 法が、異なる複数の前記固定化酵素と複数種の前記酵素活性阻害剤との間に前記 酵素チップ上において形成される複数種の酵素-阻害剤複合体の各濃度を同時に 算出することが可能なアルゴリズムにより算出される阻害定数の算出方法とした点に
ある。 [0024] A thirteenth feature of the present invention for achieving the above object is that the method of calculating the inhibition constant is such that the method of calculating the inhibition constant is different between a plurality of the immobilized enzymes and a plurality of the different enzyme activity inhibitors. The method used to calculate the inhibition constant calculated by an algorithm that can simultaneously calculate each concentration of multiple types of enzyme-inhibitor complexes formed on the enzyme chip is there.
[0025] 上記目的を達成するための本発明の第 14の特徴構成は、第 12の特徴構成に記 載される阻害定数の算出方法により算出された阻害定数をデータベース化する計算 自動化システムとした点にある。 [0025] A fourteenth feature of the present invention for achieving the above object is a calculation automation system for making a database of the inhibition constants calculated by the inhibition constant calculation method described in the twelfth feature. On the point.
発明の効果 The invention's effect
[0026] 本発明により、酵素の生物活性を損なうことなく酵素を基板上に固定ィ匕した酵素チ ップの提供が可能となり、更に、ァフィ二ティーラベルを利用することにより、一の反応 系で固定ィ匕酵素の生物活性を、特異的、かつ、活性依存的に、感度良ぐそして、網 羅的に検出することができる酵素活性の測定方法を提供することが可能となり、生体 機能の解明、および、有用生産物の製造の分野において、有用な情報を提供するこ とがでさる。 [0026] According to the present invention, it is possible to provide an enzyme chip in which an enzyme is immobilized on a substrate without impairing the biological activity of the enzyme. Further, by utilizing an affinity label, one reaction system can be provided. Thus, it is possible to provide a method for measuring the enzymatic activity in which the biological activity of the immobilized enzyme can be detected specifically and activity-dependently, with good sensitivity, and can be detected wirelessly. It will provide useful information in the field of elucidation and production of useful products.
また、本発明の酵素活性測定方法に基づいた、チップ上でのカイネテイクスの測定 方法を提供するものであり、従来においては、チップ上でカイネテイクスを測定する方 法は存在せず、酵素の動力学的性質の解析において有用な情報を提供することが できる。 Further, the present invention provides a method for measuring kinetics on a chip based on the method for measuring enzyme activity of the present invention.There is no method for measuring kinetics on a chip, and there is no method for measuring kinetics on a chip. It can provide useful information in the analysis of kinetic properties.
また、本発明の酵素活性測定方法に基づき、酵素活性を調節する物質を高スルー プットで探索でき、酵素活性調節物質の、簡便かつ迅速なスクリーニング方法を提供 することができ、医薬品開発の分野において有用な情報を提供することができる。 また、本発明の阻害定数算出方法によれば、インヒビターを迅速かつ大量に (高ス ループット)探索し得、尚且つその阻害定数を正確に算出することができる。その結 果、入手した情報 (阻害定数等)を電子データとしてデータベース化し、製薬企業や 各種研究機関等において共有することも可能となるので、重複研究が避けられると共 にデータそのものの信頼性も向上し、医薬品開発が飛躍的に進歩し得る。 Also, based on the enzyme activity measurement method of the present invention, a substance that regulates the enzyme activity can be searched with a high throughput, and a simple and rapid screening method for the enzyme activity regulating substance can be provided. Useful information can be provided. Further, according to the method for calculating an inhibition constant of the present invention, it is possible to search for an inhibitor quickly and in a large amount (high throughput), and it is possible to accurately calculate the inhibition constant. As a result, the obtained information (inhibition constants, etc.) can be converted into a database as electronic data, which can be shared by pharmaceutical companies and various research institutions, so that duplicate research can be avoided and the reliability of the data itself can be improved. And drug development can advance dramatically.
本発明により、スクリーニングされた酵素活性調製物質は、酵素活性の異常に起因 する疾患の治療および予防に有用である。 According to the present invention, the enzymatically active substance screened is useful for treating and preventing diseases caused by abnormal enzyme activity.
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0027] 本発明は、新規な酵素活性測定方法および、該測定方法に基づく酵素活性を調 整する物質のスクリーニング方法、および、該方法を実施する自動化システムを提供
する。詳しくは、酵素を基板上に固定ィ匕した酵素チップを作製し、該酵素チップ上に 固定化された固定ィ匕酵素の活性をァフィユティーラベルを利用して検出するという新 規な測定原理に基づくものである。 [0027] The present invention provides a novel method for measuring enzyme activity, a method for screening a substance that regulates enzyme activity based on the measurement method, and an automation system for performing the method. To do. More specifically, a new measurement principle of preparing an enzyme chip in which an enzyme is immobilized on a substrate and detecting the activity of the immobilized enzyme immobilized on the enzyme chip using an affinity label. It is based on.
[0028] 本発明における酵素チップとは、プロテインアレイの原理に基づくものであり、プロ ティンアレイは、基板の表面に複数のタンパク質またはペプチド断片を固着させたも のであり、本発明における酵素チップは、基板の表面に、酵素が固定されてある。 [0028] The enzyme chip according to the present invention is based on the principle of a protein array. The protein array has a plurality of protein or peptide fragments fixed to the surface of a substrate. The enzyme is immobilized on the surface of the substrate.
[0029] そして、プロテインアレイは、 DNAマイクロアレイと同様に、高価で貴重なサンプル や試薬の消費量が少ないため低コストで、かつ迅速、簡便なスクリーニング技術とし て有用性が高いとして、実用化に向け現在多大の努力がなされており、生物活性を 保持した機能性タンパク質の基板への固定化、及び、ノックグランドノイズの低減等 の課題を解決することがプロテインアレイ実用化の鍵を握っている。 [0029] Then, like DNA microarrays, protein arrays are low cost, consume little valuable reagents and reagents, and are highly useful as a rapid and simple screening technique. A great deal of effort is currently being made for this purpose, and the key to the practical application of protein arrays is to solve issues such as immobilization of functional proteins that retain biological activity on substrates and reduction of knock ground noise. .
[0030] また、本発明は、例えば、ヒトを含む動物、植物、あるいは微生物に由来する酵素 の活性測定に適用することができ、酸化還元酵素、転移酵素、加水分解酵素、脱離 酵素、異性化酵素、合成酵素のいずれにも適用可能であるが、特に、加水分解酵素 の一つであるプロテアーゼが好適に利用される。ここで、プロテアーゼとは、タンパク 質分解酵素の総称であり、活性発現に必要な残基、金属などでいくつかに分類され ており、消化酵素トリプシン、血液凝固関連酵素群を含むセリンプロテアーゼ、カル ノ《イン、カテブシン B等を含むシスティンプロテアーゼ、ペプシン等を含むァスパラギ ン酸プロテアーゼ、コラーゲナーゼ、マトリックスメタ口プロテア一ゼ等を含むメタロプ 口テアーゼ等が含まれる。 The present invention can be applied to, for example, the activity measurement of enzymes derived from animals including humans, plants, or microorganisms, and includes oxidoreductases, transferases, hydrolases, lyases, Although it can be applied to both a synthetase and a synthase, a protease, which is one of hydrolases, is particularly preferably used. Here, protease is a general term for proteolytic enzymes, which are classified into several groups according to residues, metals, and the like necessary for the expression of activity. And cysteine proteases including inn, cathepsin B, etc., aspartic proteases including pepsin, etc., collagenase, metallo-oral proteases including matrix meta-oral protease and the like.
[0031] これらの酵素は、細胞、微生物等から抽出、精製された、天然の抽出産物であって もよ!/、し、また遺伝子組換え技術によって原核宿主又は真核宿主 (例えば培養され た大腸菌、枯草菌等の細菌細胞、酵母細胞、高等植物細胞、昆虫細胞及び哺乳類 細胞など)から生産されるものであってもよぐ更に、市販の精製品を利用してもよい。 細胞、微生物からの酵素の抽出は、公知 (例えば、新生化学実験講座 1 タンパク質 1 分離 '精製'性質 (東京化学同人)等を参照。)であり、酵素の局在性に対応した 抽出精製方法を選択して行われる。また、また、組換え体の製造に関しても公知 (例 えば、 Molecular Cloning ; 2ndEd. , Cold Spring Harbor Laboratory等を
参照のこと。)であり、通常の遺伝子組換え技術に従って調製することができる。具体 的には、所望の酵素タンパク質をコードする遺伝子が宿主細胞内で発現できる組換 え DNAを作製し、これにより宿主細胞を形質転換し、形質転換体を培養し、得られ た培養物から、所望の酵素を抽出することにより行われる。また、オリゴヒスチジンタグ のような、タグが付加された酵素をも好適に利用でき、タンパク質を発現させる際に、 所望のタグを付加することにより調製することができる。タグを介して基板にタンパク 質を固定ィ匕することで、基板上にタンパク質がその配向を揃えることが可能となり、ま た、基板への固定ィ匕反応がタンパク質の本体とは別個の箇所で起こることから酵素 活性に与える影響も最小限に抑えることが可能となる。 [0031] These enzymes may be natural extract products extracted and purified from cells, microorganisms, etc.! /, Or may be prokaryotic or eukaryotic hosts (for example, cultured Bacterial cells such as Escherichia coli and Bacillus subtilis, yeast cells, higher plant cells, insect cells, mammalian cells, etc.) and commercially available purified products may be used. Extraction of enzymes from cells and microorganisms is known (see, for example, Shinsei Kagaku Kenkyusho 1 Protein 1 Separation 'Purification' Properties (Tokyo Kagaku Dojin), etc.). This is done by selecting. In addition, the production of recombinants is also known (eg, Molecular Cloning; 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory, etc.). See also. ), Which can be prepared according to a conventional gene recombination technique. Specifically, a recombinant DNA capable of expressing a gene encoding a desired enzyme protein in a host cell is prepared, the host cell is transformed with the recombinant DNA, and the transformant is cultured. By extracting the desired enzyme. In addition, an enzyme to which a tag is added, such as an oligohistidine tag, can also be suitably used, and can be prepared by adding a desired tag when expressing a protein. By immobilizing the protein on the substrate via the tag, it becomes possible for the protein to align its orientation on the substrate, and the immobilization reaction on the substrate is performed at a location separate from the main body of the protein. As it happens, the effect on enzyme activity can be minimized.
[0032] ここで、酵素活性の検出に使用される、ァフィユティーラベルは、タンパク質と親和 性を有する部分を有し、その親和性のためにタンパク質の修飾が特異的に起こること を利用したタンパク質の化学修飾の一つであり、本発明において、ァフィユティーラ ベルは酵素活性部位に特異的、かつ、酵素活性依存的に結合し、その結合したァフ ィ-ティーラベル量をもって酵素活性を解析するために使用するものである。したが つて、ここで使用されるァフィユティーラベルとして以下の 3つの部分、つまり、[0032] Here, the affinity label used for detection of the enzyme activity has a portion having an affinity for a protein, and utilizes the fact that the protein is specifically modified due to the affinity. In the present invention, affinity label is a type of chemical modification of protein. In the present invention, affinity label binds to an enzyme active site specifically and in an enzyme activity-dependent manner, and the enzyme activity is analyzed based on the amount of the bound affinity label. Is what you use for Therefore, the following three parts of the affinity label used here:
1.酵素の活性部位と反応する部分 1. The part that reacts with the active site of the enzyme
2.酵素の活性部位と結合する部分 2. The part that binds to the active site of the enzyme
3.リポーター分子とリポーター分子と上記 1、 2の部分を連結する部分 3. Reporter molecule and the part connecting reporter molecule and the above 1 and 2
力 構成されて 、ることが必要である。 It is necessary to be structured and composed.
[0033] 次に上記各構成部分について詳細に説明する。 Next, each of the above components will be described in detail.
1.酵素の活性部位と反応する部分 1. The part that reacts with the active site of the enzyme
好ましくは、化学修飾試薬として活性な化学反応性基を含んで構成されるものであ り、エポキシド等が例示されるが、活性測定対象の酵素に応じて、適宜設計されるも のである。 Preferably, it is configured to contain an active chemically reactive group as a chemical modification reagent, and epoxides and the like are exemplified. However, it is appropriately designed according to the enzyme whose activity is to be measured.
2.酵素の活性部位と結合する部分 2. The part that binds to the active site of the enzyme
好ましくは、酵素の活性部位と特異的な親和性を示す基質類似な構造を有して構 成されるものである。つまり、一のファミリーに属する全ての酵素に対して特異的であ る力 他のファミリーに属する!/、ずれの酵素をも認識しな 、ように構成されものであり、
ペプチドとして構成されることが例示されるが、活性測定対象の酵素に応じて適宜べ プチドの以外の構成を有するものとして構成することも可能である。 Preferably, it is configured to have a substrate-like structure showing a specific affinity for the active site of the enzyme. In other words, a force that is specific to all enzymes belonging to one family belongs to another family! / Although exemplified as a peptide, it can also be configured as having a configuration other than a peptide as appropriate depending on the enzyme whose activity is to be measured.
3.リポーター分子とリポーター分子と上記 1、 2の部分を連結するスぺーサ基を有す る部分 3. A reporter molecule and a portion having a spacer group connecting the reporter molecule and the above 1 and 2
リポーター分子は、酵素の活性部位に結合したァフィユティーラベル量を検出する ためのマーカーであり、スぺーサを介して上記 1、 2の部分と連結される。これらは、測 定対象酵素に応じて新たに設計、もしくは、既知の構築物の利用、のいずれをも利 用可能である。 The reporter molecule is a marker for detecting the amount of the affinity label bound to the active site of the enzyme, and is linked to the above-mentioned portions 1 and 2 via a spacer. These can be either newly designed according to the enzyme to be measured or use of a known construct.
そして、リポーター分子は、分光学的、生化学的、免疫化学的、化学的手段等によ り検出可能な分子を意味し、例えば、有用なリポーター分子として、ピオチン、 Cy3の ような蛍光性色素、 32P、 35s等の放射性物質、ナノゴールド等の金属粒子、ハプテンThe reporter molecule means a molecule that can be detected by spectroscopic, biochemical, immunochemical, chemical means, and the like.For example, useful reporter molecules include fluorescent dyes such as biotin and Cy3. , 32 P, 35 s radioactive materials, metal particles such as nano gold, hapten
、 DNA、 PNA、 RNA、モノクローナル抗体が入手可能であるタンパク質、抗体等の リポーター分子として使用できる公知の物質を適宜選択して使用できる。 Known substances that can be used as reporter molecules such as DNA, PNA, RNA, proteins and antibodies for which monoclonal antibodies are available can be appropriately selected and used.
[0034] これらのリポーター分子の検出は直接的、または間接的に検出することができる。リ ポーター分子自体が検出可能な物質により構成される場合には、リポーター分子の 種類に応じて適宜、分光学的、生化学的、免疫化学的、化学的手段等により直接的 に検出される。また、リポーター分子を間接的に検出する場合には、例えば、リボータ 一分子を検出可能な部分を有する物質により認識して間接的に検出される。 [0034] These reporter molecules can be detected directly or indirectly. When the reporter molecule itself is composed of a detectable substance, it is directly detected by spectroscopic, biochemical, immunochemical, chemical means or the like as appropriate according to the type of the reporter molecule. When the reporter molecule is indirectly detected, for example, one reporter molecule is recognized indirectly by recognizing it by a substance having a detectable portion.
具体的には、リポーター分子がピオチンの場合には、放射性物質若しくは蛍光性色 素等で標識化されたストレプトアビジンを用いて検出することができ、また、リポーター 分子が、タンパク質の場合には、蛍光性色素で標識化されたモノクローナル抗体を 使用して検出することができ、リポーター分子が DNAである場合には、標識化核酸 分子とのハイブリダィゼーシヨンにより検出することができる。しかし、これらに限定さ れるものではない。 Specifically, when the reporter molecule is biotin, it can be detected using streptavidin labeled with a radioactive substance, a fluorescent dye, or the like.When the reporter molecule is a protein, it can be detected. Detection can be performed using a monoclonal antibody labeled with a fluorescent dye, and when the reporter molecule is DNA, it can be detected by hybridization with a labeled nucleic acid molecule. However, it is not limited to these.
[0035] ここで、システィンプロテアーゼの酵素活性の測定に際しては、以下のように構成さ れるァフィ-ティーラベルが好適に使用できる。 Here, in measuring the enzyme activity of cysteine protease, an affinity label having the following structure can be suitably used.
一般式(I):エポキシドー Leu— Xaa— Lys—スぺーサ一基 リポーター分子(ここで、 Xaaは、 Tyr、 Lvsおよび Argから選択される、スぺーサ一基は Amino— hexanoic
acidである)で表され、そして、リポーター分子は蛍光性物質として構成された、ァフ ィ-ティーラベルが好適に使用できる。 General formula (I): Epoxide Leu— Xaa— Lys—one spacer A reporter molecule (where Xaa is selected from Tyr, Lvs and Arg, one spacer is Amino— hexanoic and the reporter molecule is configured as a fluorescent substance, and an affinity label can be suitably used.
システィンプロテアーゼで検出のためのァフィユティーラベルにおいては、化学反 応基は、エポキシドして構成される。エポキシドは、酵素活性部位に存在する SH基と よく反応する性質を有して 、るが、酵素活性部位以外の SH基との反応性は弱 、た め、酵素活性部位と特異的に反応し、結合することができる。したがって、 SH基と反 応できる化学反応基としては多種多様な反応基が存在するが、酵素活性部位への 特異的反応と 、う観点から、エポキシドの使用が好まし 、。 In the affinity label for detection with cysteine protease, the chemical reaction group is composed of an epoxide. Epoxides have the property of reacting well with SH groups present in the enzyme active site, but have low reactivity with SH groups other than the enzyme active site, and therefore react specifically with the enzyme active site. , Can be combined. Accordingly, there are a wide variety of reactive groups capable of reacting with the SH group, but the use of epoxide is preferred from the viewpoint of specific reaction to the enzyme active site and the like.
具体的には、実施例 1において使用したような、 Specifically, as used in Example 1,
[化 1]
[Chemical 1]
が好ましく利用される。 Is preferably used.
上記に示したァフィユティーラベルは、システィンプロテアーゼファミリーに属する各 酵素の活性を特異的に検出することができる。つまり、システィンプロテアーゼファミリ
一に属する酵素の活性部位に特異的に結合するが、他のファミリー、例えばセリンブ 口テアーゼファミリ一等に属する酵素の活性部位を認識することはないものである。 The affinity label described above can specifically detect the activity of each enzyme belonging to the cysteine protease family. In other words, the cysteine protease family It specifically binds to the active site of an enzyme belonging to one family, but does not recognize the active site of an enzyme belonging to another family, for example, one of the serine mouth thease families.
[0037] このようなァフィユティーラベルを使用することにより、活性測定対象酵素が認識基 を基質として誤って認識して活性部位にァフィユティーラベルを取り込み、次 、でィ匕 学反応基が活性部位近傍にある官能基を攻撃して共有結合を形成して、酵素の活 性部位にァフィユティーラベルが特異的に集積することとなる。この反応は、酵素が 活性の場合にのみしか生じな ヽことから、酵素と共有結合を形成したァフィユティーラ ベル量を測定することにより、酵素の活性を測定することが可能となる。 [0037] By using such an affinity label, the enzyme whose activity is to be measured erroneously recognizes the recognition group as a substrate and incorporates the affinity label into the active site. By attacking the functional group near the site to form a covalent bond, the affinity label is specifically accumulated at the active site of the enzyme. Since this reaction occurs only when the enzyme is active, the activity of the enzyme can be measured by measuring the amount of an affinity label that forms a covalent bond with the enzyme.
また、ァフィ二ティーラベルと酵素活性部位の結合は共有結合的に結合することか ら、例えば、タンパク質-タンパク質、抗体-抗原、リガンドーレセプターのような非共有 結合的な結合様式に基づ!/、た公知のプロテインチップと比較して、シグナルを感度 よく検出することが可能となる。特に、後で説明する反応後の洗浄工程において、高 ストリンジェントな条件での洗浄が可能となることから、プロテインチップにお 、て殊に 問題となる、ノ ックグラウンドノイズを効果的に低減でき、検出対象である酵素活性シ グナルの高感度な検出を可能とする。 In addition, since the affinity label and the enzyme active site are covalently bonded, they are based on non-covalent bonding modes such as protein-protein, antibody-antigen, and ligand-receptor! In comparison with known protein chips, signals can be detected with higher sensitivity. In particular, in the post-reaction washing step described later, it is possible to wash under high stringency conditions, effectively reducing knock ground noise, which is particularly problematic for protein chips. This enables highly sensitive detection of the enzyme activity signal to be detected.
[0038] 以下、本発明の具体的な実施の形態を図面に基づいて説明する。しかしながら、 本発明の範囲はこれらの実施の形態により限定的に解釈されるものではない。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.
[0039] (本発明の第 1の実施の形態) (First Embodiment of the Present Invention)
本発明の第 1の実施の形態は、酵素活性測定方法である。 The first embodiment of the present invention is a method for measuring an enzyme activity.
より、具体的には、次の工程を有する酵素活性測定方法であり、図 1を参照して説 明する。 More specifically, this is an enzyme activity measuring method having the following steps, which will be described with reference to FIG.
[0040] 第 1工程:異なる酵素を基板上の複数の異なる位置に配置させて酵素チップを作 成する酵素チップ作製工程 (以下、酵素チップ作製工程と称する。)、 [0040] First step: an enzyme chip preparation step (hereinafter referred to as an enzyme chip preparation step) in which different enzymes are arranged at a plurality of different positions on a substrate to form an enzyme chip.
第 2工程:前記酵素チップ上への非特異反応を回避するブロッキング処理を行うプロ ッキング工程 (以下、ブロッキング工程と称する。)、 Second step: a blocking step of performing a blocking treatment to avoid a non-specific reaction on the enzyme chip (hereinafter, referred to as a blocking step),
第 3工程:前記酵素チップ上の不必要なブロッキング剤を除去する洗浄工程 (以下、 洗浄工程 1と称する。 ) Third step: a washing step of removing an unnecessary blocking agent on the enzyme chip (hereinafter, referred to as washing step 1).
第 4工程:前記酵素チップをプレインキュベーションする工程 (以下、プレインキュべ
ーシヨン工程と称する。 ) Step 4: Step of pre-incubating the enzyme chip (hereinafter referred to as pre-incubation) This is referred to as a process step. )
第 5工程:前記酵素チップに、リポーター分子が付されたァフィユティーラベルを接触 させ、ァフィユティーラベルと酵素を反応させる、反応工程 (以下、反応工程と称する 。;)第 6工程:前記酵素チップを洗浄して前記酵素チップ上の酵素と共有結合を形成 していない、ァフィユティーラベルを洗浄除去する洗浄工程 (以下、洗浄工程 2と称す る。)、 Fifth step: a reaction step (hereinafter, referred to as a reaction step) in which an affinity label attached with a reporter molecule is brought into contact with the enzyme chip, and the affinity label is reacted with an enzyme. A washing step of washing and removing the affinity label which has not formed a covalent bond with the enzyme on the enzyme chip by washing the enzyme chip (hereinafter referred to as washing step 2);
第 7工程:前記酵素チップ上の固定ィ匕酵素と結合したァフィユティーラベルのリボー ターシグナルを検出し、検出されたシグナルを定量ィ匕して解析する検出、解析工程( 以下、検出、解析工程と称する。)を、含んでいる。 Seventh step: a detection and analysis step in which a reporter signal of an affinity label bound to the immobilized enzyme on the enzyme chip is detected, and the detected signal is quantitatively analyzed. ).
以下に、各工程について詳細に説明する。 Hereinafter, each step will be described in detail.
[0041] 第 1工程:酵素チップ作製工程 [0041] First step: Enzyme chip preparation step
酵素チップ作製工程は、適当な基板に酵素をプリンティング、固定化することにより 行われる。基板上への酵素の固定は、タンパク質の有する立体構造 (つまり、 2次構 造、 3次構造)、さらに、酵素の有する生物活性を維持しつつ行われる。また、理想的 には、固定化された酵素の反応性の同一性を担保するため、基板上に酵素がその 配向を揃えて固定化される。機能性酵素を固定ィ匕しうることは、上記で説明したが、 酵素チップ開発のための重要なポイントである。 The enzyme chip preparation step is performed by printing and immobilizing the enzyme on an appropriate substrate. The enzyme is immobilized on the substrate while maintaining the three-dimensional structure of the protein (that is, the secondary structure and tertiary structure) and the biological activity of the enzyme. Also, ideally, the enzyme is immobilized on the substrate with its orientation aligned to ensure the same reactivity of the immobilized enzyme. The ability to immobilize a functional enzyme, as described above, is an important point for enzyme chip development.
[0042] ここで、固定ィ匕に用いられる基板の種類は、例えば、ガラス基板、シリコン基板、ま たは石英ガラス基板等、特には、ガラスが好適に使用でき、また、下記で説明する実 施例にお ヽて使用されたフッ素榭脂マスクにより分割された 12 X 4サブアレイを有す るスライドガラスも好ましく利用可能である。 Here, as the type of the substrate used for the fixing device, for example, a glass substrate, a silicon substrate, a quartz glass substrate, or the like, particularly, glass can be preferably used. A slide glass having a 12 × 4 subarray divided by the fluororesin mask used in the examples is also preferably usable.
[0043] 酵素のプリンティングは適当な基板に、例えば、インクジェット方式のマイクロアレイ ヤーを使用して行われ、プリンティング後、アレイは適当な条件下でインキュベートさ れるものである。高密度にプリンティングするためのマイクロアレイヤーロボット等は巿 販 れており、 High Precision ink— jet microarryer (じ artesian Technologi es社製)等の市販品を使用することができる。し力しながら、酵素を基板表面に吸着 させるだけでは機械強度の面力 問題があるため、化学的に共有結合を介して基板 上に酵素を固定ィ匕すべぐ予め基板表面をィ匕学的に表面処理される。具体的には、
基板表面は以下に示す 3つの化学的性質を有していることが必要である。 [0043] Printing of the enzyme is carried out on a suitable substrate using, for example, an ink-jet type microarrayer. After printing, the array is incubated under suitable conditions. Microarrayer robots for high-density printing are commercially available, and commercially available products such as High Precision ink—jet microarryer (manufactured by Artesian Technologies) can be used. However, simply adsorbing the enzyme on the surface of the substrate while applying force causes a problem of surface strength of the mechanical strength. Therefore, the enzyme is immobilized on the substrate through a chemical covalent bond. Surface treated. In particular, The substrate surface must have the following three chemical properties.
a)活性基と反応することなく酵素を付着できること。 a) The ability to attach enzymes without reacting with active groups.
b)酵素を活性状態に、折畳み構造内に保持できること。 b) The enzyme can be kept in an active state in the folded structure.
c)可能な限り、大量の酵素を付着できること。 c) Be able to attach as much enzyme as possible.
カゝかる性質を有するガラス基板としては、上記 a)の性質を具備する基板表面として 、アルデヒド機能化が特に好ましぐまた、 N— Hydroxysuccinimide ( As a glass substrate having the above-mentioned properties, aldehyde functionalization is particularly preferred as a substrate surface having the above-mentioned property a), and N-hydroxysuccinimide (
以下、 NHSと略する。)機能化も好ましく利用でき、上記 b)の性質を具備する基板表 面としては、ハイド口ゲル機能化が特に好ましく利用でき、ハイド口ゲル機能化基板上 でのみ酵素活性を保持できる酵素が存在する。そして、上記 c)の性質を具備する基 板表面としては、ハイド口ゲルの 3次元構造は、基板表面の表面積を増加させ、それ により、より多くの酵素の取り込みを可能とすることから、ハイド口ゲル機能化が特に好 ましい。上記 a)、 b)および c)の性質を具備する基板表面として、例えば、システィン プロテアーゼの酵素活性測定にぉ 、ては、ハイド口ゲル アルデヒド機能化が特に好 ましぐまた、ハイド口ゲル BSA— NHS機能化力 好ましく利用可能である。 Hereinafter, it is abbreviated as NHS. ) Functionalization can also be preferably used, and as the substrate surface having the property of the above b), there is an enzyme capable of retaining the enzyme activity only on the hide-mouthed gel-functionalized substrate, especially when the hide-mouthed gel is functionalized. I do. For the substrate surface having the property of c) above, the three-dimensional structure of the hide-opening gel increases the surface area of the substrate surface, thereby allowing more enzyme to be taken up. Mouth gel functionalization is particularly preferred. As a substrate surface having the above properties a), b) and c), for example, for measurement of the enzyme activity of cysteine protease, a aldehyde functionalized aldehyde is particularly preferred. NHS functionalization capability Can be used preferably.
[0044] 酵素をプリンティングする際、好ましくは、 85%湿度雰囲気下で行うことが好ましい 。高湿度雰囲気(90%以上)下では基板表面上に結露が生じ好ましくなぐまた、低 湿度雰囲気 (60%以下)下では乾燥および酵素の変性を導く可能性があり好ましく なぐ好ましくは、上記条件下に調節されるものである。そして、プリンティングバッファ 一は、酵素活性を維持できるバッファーの使用が必要であり、基板表面の化学的機 能性を破壊しないように、使用される基板の表面に適合したものであることが必要で ある。例えば、システィンプロテアーゼの酵素活性測定においては、酢酸バッファー もしくはマロン酸バッファー(pH5. 5)が好ましく使用することができる力 pH7におい ては、酵素の種類 (カテブシン L)よっては酵素活性が失活するため、本発明におけ る使用は適さない。 When printing the enzyme, it is preferable to perform the printing under an atmosphere of 85% humidity. Under a high humidity atmosphere (90% or more), dew condensation may occur on the substrate surface, which is not preferable. In a low humidity atmosphere (60% or less), drying and enzyme denaturation may be caused. It is adjusted to. The printing buffer must use a buffer that can maintain enzyme activity, and must be suitable for the surface of the substrate to be used so as not to destroy the chemical functionality of the substrate surface. is there. For example, in measuring the enzyme activity of cysteine protease, an acetate buffer or a malonic acid buffer (pH 5.5) is preferably used. At a pH of 7, the enzyme activity is inactivated depending on the type of the enzyme (cathepsin L). Therefore, it is not suitable for use in the present invention.
[0045] そして、基板にプリンティングされる酵素濃度は、低濃度の場合には検出可能な十 分なシグナル強度を確保することができな 、ので好ましくなぐ高濃度の場合は検出 スポットが拡散するため好ましくない。両者を勘案した結果、 0. lmgZmlから lmgZ mlの範囲に調製することが好ましい。また、スポットの形状、面積等は特に制限はな
ぐ適宜決定できる。 [0045] When the concentration of the enzyme printed on the substrate is low, a detectable signal intensity cannot be ensured at a low concentration, and the detection spot is diffused at an undesirably high concentration. Not preferred. As a result of both considerations, it is preferable to adjust the range from 0.1 mgZml to 1mgZml. The shape and area of the spot are not particularly limited. Can be determined appropriately.
[0046] また、陰性コントロールとして、 BSAを基板上にプリンティングしたものを用いること ができ、この BSAスポットが下記において説明する検出工程において、シグナルを発 するものとして確認されな力つた場合、後の検出工程で検出されるシグナル力 基板 表面上に非特異的に結合したァフィユティーラベルに起因するものではないことを示 すことができ、チップ上での反応の有効性を立証できるものである。 As a negative control, BSA printed on a substrate can be used. If the BSA spot is not confirmed to emit a signal in the detection step described below, Signal strength detected in the detection process It is possible to show that the signal is not due to the affinity label non-specifically bound on the substrate surface, and to prove the effectiveness of the reaction on the chip .
また、プリンティング後のインキュベーションは、アレイされた酵素の乾燥を防止す ベく高湿度雰囲気下、および、低温下、例えば 4°Cで行うことが好ましい。また、酵素 の種類によっては、室温下でインキュベーションを行うことも可能である。 Incubation after printing is preferably performed in a high humidity atmosphere to prevent drying of the arrayed enzymes and at a low temperature, for example, at 4 ° C. In addition, depending on the type of enzyme, incubation can be performed at room temperature.
[0047] 尚、基板上に一旦プリンティング(固定)された酵素は、適当な保存条件下におい て安定である。この所見は、基板表面及び実施条件の選択の重要性を確認するもの であるが、基板上に固定されたタンパク質の脆弱性に関する一般的な認識と矛盾す るものであり、従って、前記所見は本発明を実施可能にする理由として非常に重要で ある。 [0047] The enzyme once printed (fixed) on the substrate is stable under appropriate storage conditions. Although this observation confirms the importance of the choice of substrate surface and operating conditions, it contradicts the general perception of the fragility of proteins immobilized on a substrate, and therefore, is not This is very important as a reason for enabling the present invention.
[0048] 第 2工程:ブロッキング工程 [0048] Second step: blocking step
ブロッキング工程は、非プリント領域への非特異結合は、高いバックグラウンドノイズ を発生させるため、基板上の酵素が固定化されていない領域における、非特異的結 合を阻害するべぐ例えば、ブロッキング剤を使用して、非特異的結合に耐性の基板 表面を提供することより行われ、これによりバックグラウンドノイズを低減することが可 能となる。ブロッキング工程で用いられる、ブロッキング剤は、以下の性質を有するこ とが必要である。 In the blocking step, non-specific binding to the non-printed area generates high background noise, so that non-specific binding should be inhibited in the area on the substrate where the enzyme is not immobilized. Is used to provide a substrate surface that is resistant to non-specific binding, which allows for a reduction in background noise. The blocking agent used in the blocking step needs to have the following properties.
a)ガラス基板上の化学機能基と迅速に反応する。 a) Reacts quickly with chemical functional groups on glass substrates.
b)酵素の構造を改変しな!、。 b) Do not modify the structure of the enzyme!
c)酵素を変性させない。 c) Do not denature the enzyme.
d)使用されるァフィユティーラベルと低反応性である。 d) Low reactivity with the affinity label used.
e)抵蛍光性である。 e) It is fluorescent.
力かる性質を具備するブロッキング剤として、例えば、システィンプロテア一ゼの酵 素活性測定においては、ブロックエース/マロン酸バッファー 1/2 (pH5. 5)が特に
好ましく利用できる。また、 2% BSAも高いバックグラウンドの要因とならないことから 、好ましく利用できる。一方、例えば、システィンプロテアーゼの酵素活性測定におい ては、トリスバッファー単独、エタノールァミン、ポリエチレングリコールの使用は、酵素 活性の失活、もしくは、プリンティングされた酵素が基板表面上での拡散を導くため 好ましくない。そして、ブロッキング時間、ブロッキング温度、ブロッキング剤の添カロ量 等は、活性測定対象の酵素の種類、使用されるブロッキング剤の種類等に応じて適 宜設定される。 As a blocking agent having a powerful property, for example, in the measurement of the enzymatic activity of cysteine protease, Block Ace / malonic acid buffer 1/2 (pH 5.5) is particularly preferable. It can be used preferably. Also, 2% BSA is preferably used because it does not cause a high background. On the other hand, for example, in measuring the enzyme activity of cysteine protease, the use of Tris buffer alone, ethanolamine, or polyethylene glycol may cause inactivation of the enzyme activity or diffusion of the printed enzyme on the substrate surface. Not preferred. The blocking time, blocking temperature, calorie content of the blocking agent, and the like are appropriately set according to the type of the enzyme whose activity is to be measured, the type of the blocking agent used, and the like.
ブロッキング剤の添加手段および除去手段についても、特に制限はなぐ例えば、 添加に際しては、ブロッキング剤にアレイを浸漬することにより、また、ブロッキング剤 をアレイ上に滴下することにより行うこと、除去に際しては、ブロッキング剤を吸引除去 することにより行うことが例示される力 これらに限定されるものではない。 There are no particular restrictions on the means for adding and removing the blocking agent.For example, when the addition is performed, the array is immersed in the blocking agent, and the blocking agent is dropped on the array. The force exemplified by performing the suction removal of the blocking agent is not limited thereto.
第 3工程:洗浄工程 1 Step 3: Cleaning process 1
洗浄工程 1は、上記ブロッキング工程後、適当な洗浄液を用いてアレイを洗浄し、 不必要なブロッキング剤を除去するものである。ここで用いられる洗浄液は、以下の 性質を有することが必要である。 In the washing step 1, after the blocking step, the array is washed with an appropriate washing solution to remove unnecessary blocking agents. The cleaning solution used here must have the following properties.
a)基板表面と反応することなぐブロッキング剤に含有される成分を効果的に除去で さること。 a) To effectively remove components contained in the blocking agent without reacting with the substrate surface.
b)プリンティングされた酵素をィ匕学的に改変させな 、こと。 b) The printed enzyme must not be modified in a danitorial manner.
c)プリンティングされた酵素を変性させな 、こと c) Do not denature the printed enzyme
上記 a)— c)の性質を具備する洗浄剤として、例えば、システィンプロテア一ゼの酵 素活¾測定においては、マロン酸バッファー、又はトリスバッファー (PH5. 5)が好適 に利用できる。また、洗浄時間、洗浄温度、洗浄溶液の添加量等は、活性測定対象 の酵素の種類、除去対象となるブロッキング剤の種類、洗浄溶液の種類等に応じて 適宜設定される。 Above a) -. As a cleaning agent having a property of c), for example, in the enzyme Motokatsu ¾ measurement of cis Ting Protea Ichize, malonic acid buffer or Tris buffer, (P H5 5) can be suitably used. The washing time, washing temperature, amount of washing solution to be added and the like are appropriately set according to the type of enzyme whose activity is to be measured, the type of blocking agent to be removed, the type of washing solution, and the like.
洗浄溶液の添加手段および洗浄後のアレイの乾燥手段にっ ヽても、特に制限はな ぐ例えば、添カロに際しては、洗浄液にアレイを浸漬することにより、また、洗浄液をァ レイ上に滴下することにより行うこと、乾燥に際しては、洗浄後のアレイを遠心乾燥す ることにより行うことが例示されるが、これらに限定されるものではない。但し、乾燥に
際しては、乾燥状態に酵素チップを維持することは酵素変性を引き起こすことから、 酵素を変性させることのない短時間で施される。好ましくは 30分以下とする。 The means for adding the washing solution and the means for drying the array after washing are not particularly limited.For example, in the case of added calories, the array is immersed in the washing solution, and the washing solution is dropped on the array. For example, the drying may be performed by centrifugally drying the washed array, but is not limited thereto. However, for drying In this case, since the enzyme chip is maintained in a dry state, the enzyme is denatured. Therefore, the enzyme chip is applied in a short time without denaturing the enzyme. Preferably, it is 30 minutes or less.
[0050] ここで、酵素が固定化された酵素チップは、後の使用まで、保存することが可能で あり、保存のための、保存溶液、保存温度、保存時間は、固定化酵素の種類等を勘 案して適宜設定される。 [0050] Here, the enzyme chip on which the enzyme is immobilized can be stored until later use, and the preservation solution, preservation temperature, and preservation time for preservation are determined by the type of immobilized enzyme and the like. It is set appropriately in consideration of
[0051] 第 4工程:プレインキュベーション工程 [0051] Fourth step: pre-incubation step
プレインキュベーション工程で用いられるプレインキュベーション溶液は、酵素を活 性ィ匕できる性質を有するものであることが必要である。また、低バックグラウンドで、か つ、反応系のいずれの成分とも反応性を有しないものが好ましい。ここで、例えば、 実施例にぉ 、て使用したシスティンプロテアーゼに適応する場合には、還元剤が必 要であり、例えば、 2mMの DTTを含有するプレインキュベーション溶液が好適に利 用できる。また、プレインキュベーション時間は、重要であり、プレインキュベーション 時間が短い場合には、酵素が十分に活性化されず、また、長時間のプレインキュべ ーシヨンは、酵素の活性を失活させることとなるため、好ましくない。 20分一 1時間で のプレインキュベーションが特に好ましい。そして、インキュベーション温度、インキュ ベーシヨン溶液の添加量等は、活性測定対象の酵素の種類、インキュベーション溶 液の種類、必要に応じて添加される前記物質の種類等に応じて適宜設定される。た だし、プレインキュベーション工程は湿雰囲気下で行うことが必要である。 It is necessary that the preincubation solution used in the preincubation step has a property capable of activating the enzyme. Further, those having a low background and having no reactivity with any component of the reaction system are preferable. Here, for example, when adapting to the cysteine protease used in Examples, a reducing agent is required, and for example, a preincubation solution containing 2 mM DTT can be suitably used. In addition, the preincubation time is important.If the preincubation time is short, the enzyme will not be sufficiently activated, and a long preincubation will inactivate the enzyme activity. Is not preferred. Preincubation for 20 minutes to 1 hour is particularly preferred. The incubation temperature, the amount of the incubation solution to be added, and the like are appropriately set according to the type of the enzyme whose activity is to be measured, the type of the incubation solution, and the type of the substance to be added as necessary. However, the pre-incubation step needs to be performed in a humid atmosphere.
インキュベーション溶液の添加手段およびインキュベーション溶液の除去手段につ いても、特に制限はなぐ例えば、添カ卩に際しては、洗浄液にアレイを浸漬することに より、また、洗浄液をアレイ上に滴下することにより行うことが、除去に際しては、吸引 等により行うことが例示される力 これらに限定されるものではない。そして、乾燥によ り酵素活性は不可逆的に失活することから、プレインキュベーション工程後において は、マイクロアレイを表面の乾燥を避ける必要がある。 There are no particular restrictions on the means for adding the incubation solution and the means for removing the incubation solution.For example, in the case of adding syrup, the immersion of the array in the washing solution or the dropping of the washing solution onto the array is performed. However, in the removal, a force exemplified to be performed by suction or the like is not limited to these. Since the enzyme activity is irreversibly inactivated by drying, it is necessary to avoid drying the surface of the microarray after the preincubation step.
[0052] 第 5工程:反応工程 [0052] Fifth step: Reaction step
反応工程は、基板に固定された酵素と、酵素活性を検出するためのァフィユティー ラベルを接触させ、ァフィユティーラベルと酵素を反応させる。具体的方法は特に限 定されないが、例えば、酵素を固定ィ匕した基板を、試験物質を適当な溶媒に溶解さ
せた検出溶液に浸漬するか、基板上の酵素を固定ィ匕した領域に検出溶液をスポット すること〖こより行われる。反応時間は、固定化される酵素の種類に応じて適宜設定さ れる。ここでの反応は、基板に固定化された酵素を活性依存様式でァフィユティーラ ベルにより修飾するものであり、ここで用いられる反応溶液の組成は、低バックグラウ ンドで、かつ、反応系のいずれの成分とも反応性を有しないものであり、例えば、シス ティンプロテアーゼの酵素活性測定にぉ 、ては、 DTTのような還元剤の存在が必要 であり、更に pHを例えば 5. 5のように酸性側に調製する必要がある。了フィユティー ラベルの添加濃度は、ノ ックグラウンドとの反応は、アレイされた酵素との反応に比べ てゆっくりと進むものであるが、高濃度のァフィユティーラベルを添加すると迅速にァ フィ-ティーラベルの反応が進行することから、正確な酵素活性を検出することができ ない。一方で、低濃度のァフィユティーラベルの添加では十分な検出可能なシグナ ル強度を検出することができない。したがって、正確かつ、検出可能な酵素活性シグ ナルの検出を達成するため、例えば、システィンプロテアーゼの酵素活性測定にお いては、添加するァフィユティーラベル濃度を 10— 6から 10— 8Mの範囲に調製すること が好ましい。また、反応処理時間、温度、反応溶液の添加量等は、活性測定対象の 酵素の種類等に応じて適宜設定される。 In the reaction step, the enzyme immobilized on the substrate is brought into contact with an affinity label for detecting the enzyme activity, and the affinity label is reacted with the enzyme. Although a specific method is not particularly limited, for example, a test substance is dissolved in an appropriate solvent on a substrate on which an enzyme is immobilized. This is performed by immersing the detection solution in the soaked detection solution or by spotting the detection solution on the region where the enzyme is immobilized on the substrate. The reaction time is appropriately set according to the type of the enzyme to be immobilized. In this reaction, the enzyme immobilized on the substrate is modified by an affinity label in an activity-dependent manner, and the composition of the reaction solution used here has a low background and can be used in any of the reaction systems. The components have no reactivity.For example, the measurement of the enzyme activity of cystine protease requires the presence of a reducing agent such as DTT, and furthermore, the pH is adjusted to an acidic value such as 5.5. Need to be prepared on the side. The concentration of the added affinity label is such that the reaction with the knock ground progresses more slowly than the reaction with the arrayed enzymes, but the addition of a high concentration of the affinity label results in a rapid reaction of the affinity label. As a result, accurate enzyme activity cannot be detected. On the other hand, addition of an affinity label at a low concentration does not allow detection of a sufficiently detectable signal intensity. Therefore, accurate and, to achieve the detection of the detectable enzymatic activity signaling null, for example, you Itewa enzyme activity measurement cis Ting protease range § Fiyu tea label concentration from 10-6 to 10- 8 M to be added It is preferable to prepare it. The reaction time, the temperature, the amount of the reaction solution to be added, and the like are appropriately set according to the type of the enzyme whose activity is to be measured.
反応溶液の添加手段および除去手段についても、特に制限はなぐ例えば、添カロ に際しては、反応溶液にアレイを浸漬することにより、また、反応溶液をアレイ上に滴 下することにより行うこと、また、吸引等により行うことが例示されるが、これらに限定さ れるものではない。 There are no particular restrictions on the means for adding and removing the reaction solution.For example, in the case of adding caroten, the reaction solution is immersed in the array, and the reaction solution is dropped on the array. Examples of the method include suction, but the present invention is not limited thereto.
第 6工程:洗浄工程 2 Step 6: Cleaning step 2
洗浄工程 2は、基板上に固定化された酵素と共有結合により結合していないァフィ ユティーラベルの存在は高 ヽバックグラウンドノイズを発生させるため、上記標識化反 応工程後、適当な洗浄液を用いてアレイを洗浄し、アレイ上に固定化された酵素と共 有結合的に結合していない、前記ァフィ二ティーラベルを除去するものである。ここで 用いられる洗浄液は、酵素 ァフィユティーラベル間の結合を開裂せず、ノ ックグラウ ンドノイズの要因となる基板表面上に存在する非共有結合分子を除去できるものであ ることが好ましいが、酵素へのァフィユティーラベルの付着は、共有結合的であり、ま
た、酵素と基板の結合、ァフィ二ティーラベルの結合も共有結合的であることから、高 ストリンジェントな条件下での洗浄が可能となる。つまり、酵素とァフィユティーラベル が共有結合的に結合するので、高ストリンジヱントな条件での洗浄によっても、シグナ ル強度に影響を与えることがな 、一方で、ノ ックグラウンドノイズの低減を効果的に図 る事が可能となる。かかる点で、低ストリンジェント条件での洗浄を要するがために検 出されるシグナル強度の再現性が低ぐまた、比較的高いバックグラウンドノイズを示 すと!/、う望ましくな!/、結果を導ぐ従来にお!、て想定されてあつた他のプロテインチッ プ (タンパク質-タンパク質、抗体-抗原、リガンド-レセプター等)とは相違する。唯一 の制限は、ソ-ケーシヨンは、表面基板の破壊、もしくは、蛍光物質等のレポーター 分子の破壊を導くため、ソ-ケーシヨンの適用は好ましくない。したがって、例えば、 システィンプロテアーゼの酵素活性測定にぉ 、ては、特に好ま 、洗浄溶液として S DS含有バッファーでの pH5. 5、 70。C、 30分での洗浄が例示される。また、洗浄時 間、洗浄温度、洗浄溶液の添加量等は、固定ィ匕された酵素とァフィユティーラベルと の結合強度、洗浄溶液の種類等に応じて適宜設定される。 In washing step 2, the presence of an affinity label that is not covalently bonded to the enzyme immobilized on the substrate causes high background noise.Therefore, after the above-mentioned labeling reaction step, an appropriate washing solution is used. To wash the array to remove the affinity label that is not covalently bound to the enzyme immobilized on the array. The washing solution used here is preferably one that does not cleave the bond between enzyme affinity labels and can remove non-covalently bound molecules present on the substrate surface that cause knock ground noise. The attachment of the affinity label to the In addition, since the bond between the enzyme and the substrate and the bond between the affinity labels are also covalent, washing under highly stringent conditions becomes possible. In other words, since the enzyme and the affinity label are covalently bonded, the signal intensity is not affected even by washing under high stringent conditions, while the knock ground noise is effectively reduced. It is possible to achieve this objectively. In this regard, low reproducibility of the detected signal intensity due to the necessity of washing under low stringency conditions, and showing relatively high background noise! / It is different from other proteins that were previously assumed (protein-protein, antibody-antigen, ligand-receptor, etc.). The only limitation is that the application of the so- cation is not preferred, as it can destroy the surface substrate or the reporter molecules such as the fluorescent material. Therefore, for example, when measuring the enzyme activity of cysteine protease, pH 5.5 and 70 in a buffer containing SDS as a washing solution are particularly preferred. C, washing in 30 minutes is exemplified. The washing time, washing temperature, amount of washing solution to be added and the like are appropriately set according to the binding strength between the immobilized enzyme and the affinity label, the type of washing solution, and the like.
洗浄溶液の添加手段および洗浄後のアレイの乾燥手段にっ ヽても、特に制限はな ぐ例えば、添カロに際しては、洗浄液にアレイを浸漬することにより、また、洗浄液をァ レイ上に滴下することにより行うこと、乾燥に際しては、洗浄後のアレイを遠心乾燥す ることにより行うことが例示される力 これらに限定されるものではない。 The means for adding the washing solution and the means for drying the array after washing are not particularly limited.For example, in the case of added calories, the array is immersed in the washing solution, and the washing solution is dropped on the array. In the drying, the force exemplified by centrifugally drying the washed array is not limited to these.
第 7工程:検出、解析工程 Step 7: Detection and analysis steps
検出工程は、アレイ上に固定ィ匕した酵素と結合したァフィユティーラベルを検出す るものであり、ァフィ二ティーラベルに付された標識の種類に応じた検出がなされる。 好ましくは蛍光測定により行われる。 The detection step is to detect an affinity label bound to the enzyme immobilized on the array, and the detection is performed according to the type of the label attached to the affinity label. It is preferably performed by fluorescence measurement.
例えば、ピオチン標識を導入した場合、ストレプトアビジン フィコエリトリン (Strept avidin Phycoerythrin :以下、 SAPEと略する場合がある。)が検出に用いられる。 つまり、 SAPEを含んだ染色液を、前記洗浄工程後のプロテインチップに接触させ、 洗浄後、マイクロスキャナ一等を用いて、上記標識が発するシグナルを検出する。検 出は、例えば、 White light Scanner-Array Work (Applied Precision社製) 等の巿販のマイクロアレイスキャナーを用いて行うことができる。
[0055] 続 、て、解析工程にぉ 、て、検出されたシグナルを、例えば、 IMAGENE™ソフト ウェアー (バイオディスカバリー社製)等の市販のソフトウェアーを用いて定量ィ匕し、デ ータを解析する。ここで、検出されるリポーターシグナルは、酵素に結合するァフィ- ティーラベル量に相当する。そして、酵素が活性の場合のみ、酵素とそれの活性部 位に対応するァフィユティーラベルが共有結合を形成する事から、ァフィユティーラ ベル量を検出することにより、酵素活性量を酵素活性依存的かつ、特異的に測定す ることが可能となる。 For example, when a biotin label is introduced, streptavidin phycoerythrin (hereinafter sometimes abbreviated as SAPE) is used for detection. That is, the staining solution containing SAPE is brought into contact with the protein chip after the washing step, and after washing, the signal emitted by the label is detected using a microscanner or the like. The detection can be performed using a commercially available microarray scanner such as White light Scanner-Array Work (manufactured by Applied Precision). Subsequently, before the analysis step, the detected signal was quantified using commercially available software such as, for example, IMAGENE ™ software (manufactured by Bio Discovery), and the data was analyzed. To analyze. Here, the detected reporter signal corresponds to the amount of the affinity label bound to the enzyme. Only when the enzyme is active, the enzyme and the affinity label corresponding to the active site form a covalent bond.Therefore, by detecting the amount of the affinity label, the amount of the enzyme activity is dependent on the enzyme activity. It becomes possible to measure specifically.
[0056] (本発明の第 2の実施の形態) (Second Embodiment of the Present Invention)
本発明の第 2の実施の形態は、酵素活性を調節する調節物質のスクリーニング方 法に関する。本発明に基づぐ酵素活性の測定方法は、酵素活性の調節物質のスク リーニング方法に利用することができる。 The second embodiment of the present invention relates to a method for screening a regulatory substance that regulates an enzyme activity. The method for measuring enzyme activity based on the present invention can be used for a method for screening a substance for regulating an enzyme activity.
[0057] 酵素は、生体内で、多種多様な生体反応に関与していることから、酵素活性を調節 可能な酵素活性調節物質は、酵素活性の異常に起因する疾患の治療薬、又は、予 防薬となり得、本発明における酵素活性調節物質とは、酵素活性を阻害、あるいは、 促進する物質を総称するものである。本発明のスクリーニング方法は、新規の、このよ うな物質を探索、同定するものである。 [0057] Enzymes are involved in a variety of biological reactions in a living body. Therefore, an enzyme activity regulator capable of regulating enzyme activity is used as a therapeutic or prophylactic agent for diseases caused by abnormal enzyme activity. The enzyme activity-regulating substance of the present invention, which can act as a drug inhibitor, is a generic term for substances that inhibit or promote enzyme activity. The screening method of the present invention searches for and identifies a novel such substance.
[0058] 具体的な酵素を例に挙げて説明すると、本発明の実施例において、活性測定の対 象として使用したプロテアーゼは、生体内で生体防御や情報伝達機構などの多くの 生理現象に関与しており、プロテアーゼとその調節機構のバランスに異常が生じると 様々な疾患の病態に多大な影響を与えることが知られており、詳細には、癌の浸潤、 転移機構、感染症の発生機構、炎症反応の発生機構、血液凝固反応、細胞死、筋 ジストロフィー、リュウマチ性関節炎、アルツハイマー病等と密接な関連を有する事が 報告されている。したがって、プロテアーゼ活性を調節する物質は、癌、感染症、炎 症、血栓症を初めとする多様な疾患の治療薬、予防薬としての潜在的価値を有して いる。 [0058] Explaining by taking a specific enzyme as an example, in the examples of the present invention, the protease used as a target of activity measurement is involved in many physiological phenomena such as biological defense and information transmission mechanism in a living body. It is known that abnormalities in the balance between proteases and their regulatory mechanisms have a significant effect on the pathology of various diseases. Specifically, cancer invasion, metastasis, and infection It has been reported that it is closely related to the mechanism of inflammatory response, blood coagulation reaction, cell death, muscular dystrophy, rheumatoid arthritis, Alzheimer's disease and the like. Therefore, substances that regulate protease activity have potential value as therapeutic and prophylactic agents for various diseases, including cancer, infectious diseases, inflammation, and thrombosis.
[0059] 本発明の第 2の実施の形態の酵素活性を調節する調節物質のスクリーニング方法 は以下の工程を有する。 [0059] The method for screening for a modulator that regulates enzyme activity according to the second embodiment of the present invention includes the following steps.
第 1工程:異なる酵素を基板上の複数の異なる位置に配置させて酵素チップを作製
する酵素チップ作製工程 (以下、酵素チップ作製工程と称する。)、 First step: enzyme chips are prepared by placing different enzymes at different positions on the substrate Enzyme chip preparation step (hereinafter referred to as enzyme chip preparation step),
第 2工程:前記酵素チップ上への非特異反応を回避するブロッキング処理を行うプロ ッキング工程 (以下、ブロッキング工程と称する。)、 Second step: a blocking step of performing a blocking treatment to avoid a non-specific reaction on the enzyme chip (hereinafter, referred to as a blocking step),
第 3工程:前記酵素チップ上の不必要なブロッキング剤を除去する洗浄工程 (以下、 洗浄工程 1と称する。 ) Third step: a washing step of removing an unnecessary blocking agent on the enzyme chip (hereinafter, referred to as washing step 1).
第 4工程:前記酵素チップを試験物質の存在下でプレインキュベーションする、試験 物質接触工程 (以下、試験物質接触工程 (第 1の実施の形態における、プレインキュ ベーシヨン工程と対応する)と称する。 ) Fourth step: a test substance contacting step in which the enzyme chip is pre-incubated in the presence of a test substance (hereinafter, referred to as a test substance contacting step (corresponding to a preincubation step in the first embodiment))
第 5工程:前記酵素チップに、リポーター分子が付されたァフィユティーラベルを接触 させ、ァフィユティーラベルと酵素を反応させる、反応工程 (以下、反応工程と称する 。;)第 6工程:前記酵素チップを洗浄して前記酵素チップ上の酵素と共有結合を形成 していない、ァフィユティーラベルを洗浄除去する洗浄工程 (以下、洗浄工程 2と称す る。)、 Fifth step: a reaction step (hereinafter, referred to as a reaction step) in which an affinity label attached with a reporter molecule is brought into contact with the enzyme chip, and the affinity label is reacted with an enzyme. A washing step of washing and removing the affinity label which has not formed a covalent bond with the enzyme on the enzyme chip by washing the enzyme chip (hereinafter referred to as washing step 2);
第 7工程:前記酵素チップ上の固定ィヒ酵素と結合したリポーター分子が付されたァフ ィ-ティーラベルのシグナルを検出し、検出されたシグナルを定量ィ匕して解析する解 析工程 (以下、検出、解析工程と称する。)を、含んでなり、前記試験物質を接触させ ない酵素におけるシグナル強度と比較して、前記異なる複数の酵素 (E2)夫々に対 する前記試験物質によるシグナル強度の変化を見て、酵素活性を調節する調節物 質としての特性を調べることにより、所定の調節物質のスクリーニングを行うものであ る。 Seventh step: an analysis step of detecting the signal of an affinity label attached with a reporter molecule bound to the immobilized enzyme on the enzyme chip, quantitatively analyzing the detected signal, and analyzing the signal ( The signal intensity of the test substance for each of the plurality of different enzymes (E2) is compared with the signal intensity of the enzyme not contacted with the test substance. By examining the change in the activity, the characteristics of the regulatory substance that regulates the enzyme activity are examined, thereby screening for a predetermined regulatory substance.
[0060] 以下、各工程について具体的に説明するが、第 1の実施の形態の酵素活性測定方 法と同様にして実行可能な工程に関しては、説明を省略する。 Hereinafter, each of the steps will be described in detail, but steps that can be performed in the same manner as the enzyme activity measuring method of the first embodiment will not be described.
[0061] インキュベーション工程にぉ 、て、試験物質として、酵素活性の量を、また、酵素反 応スピードを調節する物質、もしくは、これらの候補物質を添加して、本工程を行う。 ここで、本発明のスクリーニング方法に適用可能な試験物質は、有機合成された有 機化合物や、タンパク質のライブラリー、あるいは、細胞、細菌抽出物、および培養上 清等の動植物や細菌に由来する成分等である。 [0061] In the incubation step, this step is carried out by adding a substance that regulates the amount of enzyme activity and a rate of enzyme reaction, or a candidate substance thereof, as a test substance. Here, the test substance applicable to the screening method of the present invention is derived from an organic compound synthesized organically, a library of proteins, or animals, plants and bacteria such as cells, bacterial extracts, and culture supernatants. Components.
また、水に対して難溶解性を示す物質を試験物質を本発明のスクリーニング方法
に適用する場合に、 DMSO等の適当な有機性溶媒に溶解させた高濃度溶解液を 調整後、インキュベーション溶液により所定濃度になるように希釈したものを、試験物 質含有溶液として、酵素チップにアプライすることも可能である。希釈の際には、 DM SO濃度も酵素活性に影響を与えない程度に希釈されるよう調製される。 In addition, the screening method of the present invention is carried out by using a test substance as a substance having poor solubility in water. When applying to an enzyme chip, prepare a high-concentration solution dissolved in an appropriate organic solvent such as DMSO, and dilute it to a predetermined concentration with an incubation solution. It is also possible to apply. At the time of dilution, the DMSO concentration is adjusted so as not to affect the enzyme activity.
そして、また、固定ィ匕酵素スポットを、試験物質と接触させることなぐその後の反応 工程において被検スポットと同様にしてァフィユティーラベルと接触させたものをコン トロールとして好適に利用できる。コントロールスポットの存在により、コントロールにお V、て検出されるシグナル強度と、試験物質との接触スポットにて検出されるシグナル 強度とを比較することにより、試験物質の酵素活性調節能の評価を行うことができる。 Further, in the subsequent reaction step without bringing the immobilized enzyme spot into contact with the test substance, the one that has been brought into contact with the affinity label in the same manner as the test spot can be suitably used as a control. Due to the presence of the control spot, the ability of the test substance to regulate the enzyme activity is evaluated by comparing the signal intensity detected at the control with the signal intensity detected at the contact spot with the test substance. be able to.
[0062] 検出後、試験物質を接触させな 、酵素スポットにおけるシグナル (コントロール)と比 較して、シグナル強度を変化させる試験物質を、酵素活性を調節可能な酵素活性調 節物質として選択する。つまり、基板の酵素が固定された位置において、ァフィ-ティ 一ラベルが検出されない場合、また、コントロールと比較して検出量が減少した場合 には、試験物質が、酵素活性を阻害する酵素活性阻害物質と判定され、一方、コント ロールと比較して検出量が増カロした場合には、該試験物質は、酵素活性を活性ィ匕す る酵素活性活性化物質と判定される。そして、このようにしてスクリーニングされた調 整物質は、酵素活性の異常を要因とする疾患の有力な治療薬、予防薬となり得る。 [0062] After the detection, the test substance which changes the signal intensity as compared with the signal (control) in the enzyme spot without contacting the test substance is selected as an enzyme activity regulating substance capable of controlling the enzyme activity. In other words, when the affinity label is not detected at the position where the enzyme is immobilized on the substrate, or when the detection amount is reduced compared to the control, the test substance inhibits the enzyme activity, which inhibits the enzyme activity. If it is determined that the substance is a substance and the amount of detection increases compared to the control, the test substance is determined to be an enzyme-activating substance that activates the enzyme activity. The modulator screened in this way can be a potential therapeutic or prophylactic agent for diseases caused by abnormal enzyme activity.
[0063] (本発明の第 3の実施の形態) (Third Embodiment of the Present Invention)
本発明の第 3の実施の形態は、上述の第 1及び第 2の実施形態を組み合わせて、 酵素活性を調節し得るインヒビター (調節物質)を高スループット (HTS)でスクリー- ングすると同時に、そのインヒビターの各酵素に対する阻害定数を算出する方法であ る。 The third embodiment of the present invention combines the first and second embodiments described above to screen inhibitors (regulators) capable of regulating enzyme activity at high throughput (HTS), and at the same time, In this method, the inhibitory constant of each inhibitor for each enzyme is calculated.
[0064] より詳細には、主として第 1の実施形態に示される方法に沿って、酵素チップ上に 固定した複数の酵素について、ァフィユティーラベルに対する各々の酵素力イネティ タス定数を測定する。そして、第 2の実施形態に示される要領で、それらの酵素の酵 素活性を調節し得る調節物質 (例えば、インヒビター)をスクリーニングし、前述の酵 素カイネテイクス定数と合わせて、そのインヒビターの阻害定数を算出する。 More specifically, for each of a plurality of enzymes immobilized on an enzyme chip, the enzymatic potency-initiative constant for each of the affinity labels is measured mainly in accordance with the method described in the first embodiment. Then, in the manner described in the second embodiment, a regulator (eg, an inhibitor) capable of regulating the enzyme activity of the enzyme is screened, and the inhibitor of the inhibitor is combined with the enzyme kinetics constant described above. Calculate the constant.
[0065] 図 10は、本発明の第 3の実施形態をまとめたものであり、大きく分けて以下の 3つの
工程カゝら構成されている。工程 (a):ァフィ-ティーラベルと酵素チップ上に固定され た各酵素との反応メカニズム及び各酵素のカイネテイクス定数(Kinetic constants)を 解析する。工程 (b):複数種の試験物質をそれぞれ各サブアレイに作用させて、イン ヒビターとして機能し得る試験物質をスクリーニングし、そのインヒビターの阻害定数 を測定する。工程 (c):工程 (b)において、スクリーニングの際、適当な強度のシグナ ルを得られな力つた試験物質について、その試験物質の濃度を種々に変更して、適 当なシグナルを得られる濃度を検索し、その結果をもとに再度阻害定数を測定する。 以下、工程 (a)—(c)について具体的に説明する。 FIG. 10 summarizes the third embodiment of the present invention. The process is configured. Step (a): The reaction mechanism between the affinity label and each enzyme immobilized on the enzyme chip and the kinetic constants of each enzyme are analyzed. Step (b): A test substance capable of functioning as an inhibitor is screened by applying a plurality of test substances to each subarray, and the inhibitory constant of the inhibitor is measured. Step (c): In step (b), an appropriate signal can be obtained by changing the concentration of the test substance for a powerful test substance that cannot obtain a signal of appropriate strength during screening. The concentration is searched, and the inhibition constant is measured again based on the result. Hereinafter, the steps (a) to (c) will be specifically described.
[0066] 〈工程(a)〉 <Step (a)>
工程 (a)は、上述の第 1実施形態に従い、ァフィユティーラベルと酵素チップ上に固 定された各酵素との反応メカニズム及び各酵素のカイネテイクス定数 (Kinetic constants)を解析する工程である。 Step (a) is a step of analyzing the reaction mechanism between the affinity label and each enzyme fixed on the enzyme chip and the kinetic constants of each enzyme according to the first embodiment. .
[0067] 図 10の工程 (a)に示すように、第 1実施形態に従い、酵素チップをブロッキング処 理およびプレインキュベーション処理 (好ましくは 5— 90分間)し、次いで複数 (好まし くは 4種以上)の異なるァフィユティーラベル濃度を有するァフィユティーラベル含有 溶液を接触させて反応を開始する。つまり、例えば、図 12に示されるように、酵素チッ プ上に、 48 (4列 X 12行)のサブアレイが存在する場合、 1列毎に異なる濃度 (この場 合は 4種類)のァフィユティーラベル溶液を使用する。次いで、 1行毎にそれぞれ所定 の時間が来たら SDS含有バッファーで洗浄し、マイクロスキャナ一等を用いてァフィ 二ティーラベルの発するシグナル強度 (好ましくは、蛍光シグナル)を検出する。つま りスポット毎に時間経過に伴うシグナル強度の変化を測定する。 As shown in step (a) of FIG. 10, according to the first embodiment, the enzyme chip is subjected to a blocking treatment and a pre-incubation treatment (preferably for 5 to 90 minutes), and then to a plurality (preferably four kinds). The above-mentioned) is contacted with the affinity label-containing solutions having different affinity label concentrations to initiate the reaction. That is, for example, as shown in Fig. 12, when 48 (4 columns x 12 rows) subarrays are present on an enzyme chip, each column has a different concentration (in this case, 4 types) of affinity. Use the tea label solution. Next, when a predetermined time comes for each line, the column is washed with an SDS-containing buffer, and the signal intensity (preferably, a fluorescent signal) generated by the affinity label is detected using a microscanner or the like. In other words, the change in signal intensity over time is measured for each spot.
[0068] 次!、で、検出されたシグナルを、例えば、 IMAGENE™ソフトウェアー(バイオディ スカノ リー社製)等の市販のソフトウェア一を用いて反応産物の濃度に換算する。な おここでいう反応産物とは、ァフィ二ティーラベルが共有結合した酵素をいう(以下同 様)。 In the next step, the detected signal is converted into the concentration of the reaction product using a commercially available software such as IMAGENE ™ software (manufactured by BioDiscovery). Here, the reaction product refers to an enzyme to which an affinity label is covalently bonded (the same applies hereinafter).
[0069] 各反応時間で得られた反応産物の濃度 (実測値)につ!、てデータ解析を行う。デー タ解析は、例えば、 DYNAFIT™プログラム等を用いて、縦軸を反応産物濃度とし、 そして横軸を経過時間として前記実測値をプロットしたものに対して、計算により理論
的に導き出されるプログレスカーブ(時間変化曲線)をフィッティングさせること (カー ブフィッティング)により行われる。 [0069] Data analysis is performed on the concentration (actually measured value) of the reaction product obtained at each reaction time. For data analysis, for example, using the DYNAFIT ™ program or the like, plotting the measured values on the vertical axis as the reaction product concentration and the horizontal axis as elapsed time It is performed by fitting a progress curve (time change curve) that is automatically derived (curve fitting).
[0070] 簡単に説明すると、プログレスカーブは、基本的にはミカエリス-メンテン( [0070] In brief, a progress curve is basically a Michaelis-Menten (
Michaelis-Menten)の反応速度論に従って導き出される。つまり、以下の〔化 2〕 [0071] [化 2]
Michaelis-Menten). That is, the following [Formula 2]
に示される酵素反応モデルから、以下の〔化 3〕 From the enzyme reaction model shown in
[0072] [化 3] 一[0072] [Formula 3] Ichi
max max
に示されるミカエリス-メンテン (Michaelis-Menten)の反応速度式が導かれることは周 知である。 It is well known that the Michaelis-Menten reaction rate equation shown in the following equation is derived.
[0073] つまり、ミカエリス-メンテン (Michaelis-Menten)の式に従う反応速度式は、速度定 数 (k+l、 k-l、 k2)が求められることによって定められ、さらにその反応速度式力 プ ログレスカーブを算出することができる。 That is, the reaction rate equation according to the Michaelis-Menten equation is determined by determining the rate constant (k + l, kl, k2), and furthermore, the reaction rate equation A curve can be calculated.
[0074] 従って、各速度定数を最適化することにより、実測値にフィットするプログレスカーブ を導き出すことが可能である。
[0075] ただし、本発明の酵素チップ上における酵素反応は、ミエリス-メンテンの式に類似 しているが、厳密には異なるものである。つまり、本来のミエリス-メンテンの式におい ては、上述の〔化 2〕に示されるように酵素基質複合体 (ES)から酵素 (E)及び反応産 物 (P)が生成されるが、本発明の酵素チップにおける酵素基質複合体 (ES)からは 反応産物(P)のみが生成される。そこで、本発明においては、以下便宜的にミカエリ ス-メンテン由来 (Michaelis-Menten derived)の式と称する。また、本発明にお!/、て は非酵素的副反応(side reaction)も生じ得るので、そうした場合には新たな酵素 反応モデルを想定して (酵素反応のモデリング)、カーブフィッティングを実行しなけ ればならない。 Therefore, by optimizing each rate constant, it is possible to derive a progress curve that fits the actually measured value. [0075] However, the enzyme reaction on the enzyme chip of the present invention is similar to the Myelis-Menten equation, but strictly different. In other words, in the original Myelis-Menten equation, the enzyme (E) and the reaction product (P) are produced from the enzyme-substrate complex (ES) as shown in the above [Chemical Formula 2]. Only the reaction product (P) is produced from the enzyme-substrate complex (ES) in the enzyme chip of the present invention. Therefore, in the present invention, the formula is hereinafter referred to as Michaelis-Menten derived formula for convenience. Also, in the present invention! / In some cases, non-enzymatic side reactions can occur. In such cases, curve fitting must be performed by assuming a new enzyme reaction model (enzyme reaction modeling).
[0076] 図 14は、酵素反応モデリングの一例を示し、ここでは 3つの反応式(1一 3)を想定し ている。詳細には、反応式 1及び反応式 2は、ミカエリス-メンテン由来の式に従うもの であるが、反応式 3は、非酵素的副反応を示すものであり、例えば、基質 (ァフィニテ ィーラベル)が酵素の活性中心以外の部分 (例えば、酵素表面など)に存在し得る反 応基と共有結合してしまうような反応を想定したものである。尚図 14中、 E :酵素、 S : 基質 (本発明にお ヽてはァフィユティーラベル)、 ES:酵素基質複合体 (本発明にお いては、ァフィ二ティーラベルが酵素の活性部位中に存在する状態)、 P :反応産物( 本発明においては、ァフィユティーラベルが酵素と共有結合した状態)、 k (+l、 -1、 c at、 side):それぞれの反応式の速度定数 (カイネテイクス定数)を示す。 FIG. 14 shows an example of enzymatic reaction modeling, in which three reaction equations (113) are assumed. In detail, Reaction Schemes 1 and 2 follow the equation derived from Michaelis-Menten, while Reaction Scheme 3 shows a non-enzymatic side reaction, for example, when the substrate (affinity label) is an enzyme. This reaction is intended to covalently bond with a reactive group that may be present in a portion other than the active center (for example, an enzyme surface). In FIG. 14, E: enzyme, S: substrate (affinity label in the present invention), ES: enzyme-substrate complex (in the present invention, the affinity label is in the active site of the enzyme). ), P: reaction product (in the present invention, an affinity label is covalently bound to an enzyme), k (+ l, -1, cat, side): rate constant of each reaction formula (Kinetics constant).
[0077] 酵素反応のモデリングとは、ある酵素と基質 (本発明においては、ァフィユティーラ ベル)との間で生じている反応のメカニズムを想定することであり、酵素毎に異なり得 る(例えば、もちろんある種の酵素においては、反応式 3に示されるような非酵素的副 反応が生じて ヽな ヽ場合も想定され得る)。 [0077] The modeling of an enzymatic reaction refers to assuming a mechanism of a reaction occurring between a certain enzyme and a substrate (affinity label in the present invention), and may differ for each enzyme (for example, of course, For some enzymes, non-enzymatic side reactions such as those shown in Reaction Scheme 3 may occur.
[0078] このように本実施形態のカーブフィッティングにおいては、実測値データとフィットす るように、酵素毎に酵素反応のモデリングが実施され、同時に各反応における速度定 数 (カイネテイクス定数)(k+l、 k- 1、 kcat、 ksideなど)の最適値が算出される。尚、こ の工程 (a)において得られた結果から、以下の工程 (b)を実施するための諸条件 (使 用するァフィユティーラベル濃度 (A)及び反応させる所定反応時間 (T) )が決定され る。ァフィユティーラベル濃度 (A)及び所定反応時間 (T)の決定については、好まし
くは、同一のサブアレイ中に固定されている全種類の酵素の初速度が算出可能な範 囲(例えば、酵素全種類のプログレスカーブが、初期段階つまり反応時間とシグナル 強度との関係が比例関係 (直線)に近い状態にある範囲)で選択されることが望まし い。 As described above, in the curve fitting of the present embodiment, modeling of the enzyme reaction is performed for each enzyme so as to fit the actually measured value data, and at the same time, the rate constant (kinetic constant) (k + l, k-1, kcat, kside, etc.) are calculated. From the results obtained in this step (a), the various conditions for carrying out the following step (b) (the concentration of the affinity label to be used (A) and the predetermined reaction time for the reaction (T)) Is determined. The determination of the affinity label concentration (A) and the prescribed reaction time (T) is preferred. In other words, the range in which the initial velocities of all kinds of enzymes fixed in the same subarray can be calculated (for example, the progress curves of all kinds of enzymes are in the initial stage, ie, the relationship between the reaction time and the signal intensity is proportional. (A range close to (straight line)).
[0079] 〈工程(b)〉 <Step (b)>
工程 (b)は、上述の第 2実施形態に従い、複数の試験物質 (候補物質)を高スルー プットでスクリーニングして、酵素活性を制御 (抑制)し得る調節物質 (インヒビター)を 発見し、酵素に対するインヒビターの阻害定数(Inhibition constant) Kiを解析す る工程である。 In the step (b), according to the second embodiment described above, a plurality of test substances (candidate substances) are screened at a high throughput, and a modulator (inhibitor) capable of controlling (suppressing) the enzyme activity is discovered. This is a step of analyzing the inhibitory constant Ki of the inhibitor to the enzyme.
[0080] 図 10の工程 (b)に示すように、第 2実施形態に従い、酵素チップをブロッキング処 理し、次いでそれぞれ所定の濃度 (好ましくは、 80nM— 300 /z Mであり、例えば、も しインヒビターの濃度が 3 μ Μの場合、 KfPPの範囲は 80ηΜ— 2 μ Μであると正確に 計算できる)を有する複数の試験物質含有溶液を接触させてプレインキュベーション 処理する。つまり、例えば図 12に示されるように、酵素チップ上に 48 (4列 X 12行)の サブアレイが存在する場合、 1枚の酵素チップにつき最大 48種の試験物質をスクリ 一-ングすることができる。次いで工程 (a)にて決定された濃度を有するァフィ-ティ 一ラベル含有溶液を接触させて反応を開始する。そして、工程 (a)にて決定された所 定反応時間 (T)が来たら SDS含有バッファーで洗浄し、マイクロスキャナ一等を用い てァフィユティーラベルの発するシグナル強度 (好ましくは、蛍光シグナル)を検出す る。検出されたシグナルを、例えば、 IMAGENE™ソフトウェアー(バイオディスカバリ 一社製)等の市販のソフトウェア一を用いて反応産物の濃度 (d)に換算する。 As shown in step (b) of FIG. 10, according to the second embodiment, an enzyme chip is subjected to a blocking treatment, and then each is subjected to a predetermined concentration (preferably 80 nM-300 / zM, for example, If the concentration of the inhibitor is 3 μ K, the range of Kf PP can be accurately calculated to be 80 η 2-2 μ)). In other words, if there are 48 (4 columns x 12 rows) subarrays on an enzyme chip as shown in Figure 12, for example, a maximum of 48 test substances can be screened per enzyme chip. it can. Next, the reaction is initiated by contacting the solution containing the affinity label having the concentration determined in step ( a ). Then, when the predetermined reaction time (T) determined in step (a) comes, the plate is washed with an SDS-containing buffer, and the signal intensity (preferably, the fluorescent signal) generated by the affinity label is measured using a microscanner or the like. Is detected. The detected signal is converted into the concentration (d) of the reaction product by using a commercially available software such as IMAGENE ™ software (manufactured by Biodiscovery Inc.).
[0081] まず、図 10に示されるように、工程 (a)にて得られた結果と工程 (b)にて得られた結 果とを比較 (シグナル強度の比較)することにより、各試験物質がどのような性質を有 する物質であるかが解析される。つまり、各試験物質は、全ての酵素についてシグナ ル強度の減少が見られた場合 (非特異的にいずれの酵素にも反応阻害を生じさせる 物質 (非特異的インヒビター))、逆に全ての酵素についてシグナル強度の変化が見 られない場合 (いずれの酵素にも何の反応阻害も生じさせない物質)、又は、ある特 定の酵素の固定してあるスポットのみシグナル強度の減少が見られた場合 (ある酵素
に対して特異的に反応阻害を生じさせる物質 (特異的インヒビター))のいずれかに 分類される。 First, as shown in FIG. 10, by comparing the results obtained in step (a) with the results obtained in step (b) (comparison of signal intensities), each test was performed. The nature of the substance is analyzed. In other words, if each test substance shows a decrease in signal intensity for all enzymes (a substance that nonspecifically inhibits the reaction of any enzyme (nonspecific inhibitor)), conversely, all the enzymes No change in signal intensity is observed (substance that does not cause any reaction inhibition by any enzyme), or a decrease in signal intensity is observed only in spots where a specific enzyme is immobilized ( An enzyme (Specific inhibitors)).
[0082] 医薬的な見地力 見ると、特異的インヒビターをスクリーニングすることが望ましいの で、その特異的インヒビターがどの程度の阻害効果を有するのかを評価するために 阻害定数 (Ki)を算出する。 [0082] From the viewpoint of pharmaceutical potential, it is desirable to screen for a specific inhibitor. Therefore, the inhibition constant (Ki) is calculated in order to evaluate the degree of inhibitory effect of the specific inhibitor.
[0083] 阻害定数の算出には、工程 (a)にて得られたカイネテイクス定数と、工程 (b)にて測 定された 1つの実測値 (候補物質存在下で生成された反応産物の濃度)から、 2種類 のアルゴリズム(以下、それぞれをアルゴリズム 1及びアルゴリズム 2と称する)の!、ず れかを使用して算出される。 [0083] To calculate the inhibition constant, the kinetic constant obtained in step (a) and one actual measurement value measured in step (b) (the reaction product generated in the presence of the candidate substance) Concentration) is calculated using either! Of two types of algorithms (hereinafter referred to as algorithm 1 and algorithm 2).
[0084] アルゴリズム 1は、各サブアレイにて使用されたインヒビターの初濃度 (総数) Iが、各 サブアレイに固定された酵素全体の濃度 (総数) E の 5倍よりも大き 、場合 (すなわ [0084] Algorithm 1 is based on the case where the initial concentration (total number) I of the inhibitors used in each subarray is larger than 5 times the concentration (total number) E of the whole enzyme immobilized on each subarray.
total total
ち、 I> 5E に使用される。一方、アルゴリズム 2は、 Iく 5E である場合に使用さ Used for I> 5E. Algorithm 2, on the other hand, is used when I <5E.
total total total total
れる。 K 5E である場合、サブアレイに固定された酵素の中にはインヒビターに対 It is. In the case of K5E, some of the enzymes immobilized on the subarray
total total
する親和性が非常に高い酵素も存在し得るため、反応中のサブアレイにおけるインヒ ビターが不足する場合が想定され得る。従って、その場合には、アルゴリズム 2を使 用して計算値を補正する必要がある。 Since there may be an enzyme having a very high affinity, a case where the inhibitor in the subarray during the reaction is insufficient may be assumed. Therefore, in that case, it is necessary to correct the calculated value using algorithm 2.
[0085] 1.アルゴリズム 1についての詳細 [0085] 1. Details of Algorithm 1
アルゴリズム 1は、 I> 5E である場合に実施される。 Algorithm 1 is implemented when I> 5E.
total total
まず、工程(a)にて得られたカイネテイクス定数 (k+l、 k_l、 kcat、 kside)及び、ェ 程 (b)もしくは工程 (c)にて得られた所定反応時間 (T)における反応産物濃度 dから 、以下に記載されるワンポイントカーブフィッティング法力、、又は初速度法によって、 酵素毎(一つのサブアレイ中に固定された酵素が N種類であるとする)に見掛けの阻 害定数 (Ki, napp;n= l— N)を算出する。 First, the kinetic constants (k + l, k_l, kcat, kside) obtained in step (a) and the reaction at a predetermined reaction time (T) obtained in step (b) or step (c) From the product concentration d, the apparent inhibition constant for each enzyme (assuming that N enzymes are immobilized in one subarray) is determined by the one-point curve fitting method described below or the initial velocity method ( Ki, n app ; n = l—N) is calculated.
[0086] 〈ワンポイントカーブフィッティング法〉 [0086] <One-point curve fitting method>
このアルゴリズムにお 、て実施されるワンポイントカーブフィッティング法は、上述の 工程 (a)にて実施されるカーブフィッティング法とは少し異なるものである。 The one-point curve fitting method performed in this algorithm is slightly different from the curve fitting method performed in step (a) described above.
インヒビターの存在下における酵素反応モデルは、図 15 (a)に示されるように、 4つ の反応式からなるものと想定され、新たに k+i及び k-iと ヽぅカイネテイクス定数が追カロ
される。 As shown in Fig. 15 (a), the enzyme reaction model in the presence of the inhibitor is assumed to consist of four reaction equations, and k + i, ki, and ヽ ぅ kinetic constants are newly added. Is done.
[0087] 上述の工程 (a)にお!/、て実施されるカーブフィッティングにお 、ては、プログレス力 ーブが、測定された複数の実測値データにフィットするようにそれぞれの力イネテイク ス定数が最適化されるが、工程 (b)において入手される実測値データは 1つだけであ る。 [0087] In the curve fitting performed in step (a) described above, each force kinetics is set so that the progress force is fitted to a plurality of measured data. The constants are optimized, but only one measured data is obtained in step (b).
従って、このアルゴリズムにおいて実施されるカーブフィッティング法においては、 6 つのカイネテイクス定数のうち、 4つのカイネテイクス定数(k+l、 k- 1、 kcat、 kside)に ついては、工程 (a)において得られた値と同値とし、さらに便宜的に、 k+l =k+iと仮 定し、工程 (b)において入手された 1つの実測値データにフィットするように k-iを最適 化する。このようにして得られた 2つのカイネテイクス定数 (k+i及び k-i)から見掛けの 阻害定数 Ki,n app=k+i,n/k- i,nを算出する。 Therefore, in the curve fitting method performed in this algorithm, among the six kinetic constants, four kinetic constants (k + 1, k-1, kcat, kside) are obtained in step (a). Then, assuming that k + l = k + i for convenience, ki is optimized so as to fit the single measured value data obtained in step (b). From the two kinetic constants (k + i and ki) obtained in this way, an apparent inhibition constant Ki, n app = k + i, n / ki, n is calculated.
[0088] く初速度法〉 [0088] Initial velocity method>
図 15 (b)は、インヒビターの非存在下におけるプログレスカーブ 1と、インヒビターの 存在下におけるプログレスカーブ 2とを模式的に示したものである。プログレスカーブ 1については、工程 (a)によるカーブフィッティング法によって導き出され得る力 プロ ダレスカーブ 2については、工程 (b)において入手されるのはただ一つの実測値デ ータのみであるため工程 (a)によるカーブフィッティング法によって導き出すことが出 来ない。従って、プログレスカーブ 2は仮想の曲線を点線にて示している。 FIG. 15 (b) schematically shows a progress curve 1 in the absence of the inhibitor and a progress curve 2 in the presence of the inhibitor. For progress curve 1, the force that can be derived by the curve fitting method in step (a) For producer curve 2, only one actual measurement data is obtained in step (b), ) Cannot be derived by the curve fitting method. Therefore, the progress curve 2 shows a virtual curve by a dotted line.
[0089] 尚、本来、初速度は反応開始時におけるプログレスカーブの接線の傾き力も算出さ れるものであるが、このアルゴリズムにおいて実施される初速度法においては、便宜 上、所定反応時間 (T)における反応産物の濃度 (プログレスカーブ 1においては D、 プログレスカーブ 2にお 、ては d)を Tで除した値をそれぞれの初速度 V (0) (=D/T) 、及び V(I) (=d/T)とみなして、見掛けの阻害定数 Ki,napp={I— En(l— V(I,n) /V (0 ,11) )}/{¥(1,11) /¥(0,11)—1}を算出する(11= 1ー? 。ここで、 En(n= l—N)は各酵素 の初濃度である。 Note that, originally, the initial speed is also calculated by calculating the inclination force of the tangent to the progress curve at the start of the reaction. However, in the initial speed method implemented in this algorithm, a predetermined reaction time (T) is used for convenience. The initial product V (0) (= D / T) and V (I) are the values obtained by dividing the concentration of the reaction product at T (D for progress curve 1 and d for progress curve 2) by T. (= d / T), and the apparent inhibition constant Ki, n app = {I—En (l—V (I, n) / V (0,11))} / {¥ (1,11) / Calculate ¥ (0,11) -1} (11 = 1-?), Where En (n = l-N) is the initial concentration of each enzyme.
[0090] 次いで、上述のように算出された見掛けの阻害定数 Ki,napp等を用いて各酵素に対 するインヒビターの阻害定数 Ki,n (n= 1— N)を求める。 [0090] Then, determine the inhibition constant Ki apparent calculated as described above, the inhibition constant Ki for inhibitors against each enzyme using the n app like, n and (n = 1- N).
アルゴリズム 1における各酵素に対するインヒビターの阻害定数 Ki,n (n= 1— N)の
ソリューション(solution)を以下に示す。 Inhibition constant Ki, n (n = 1—N) of inhibitor for each enzyme in Algorithm 1 The solution is shown below.
[0091] 0)アルゴリズム 1は以下の〔化 4〕を満たす場合に実施される。 [0091] 0) Algorithm 1 is performed when the following [Formula 4] is satisfied.
[0092] [化 4]
[0092] [Formula 4]
[0093] 1)開始条件(Start condition)を以下の〔ィ匕 5〕に示す。 [0093] 1) The start conditions are shown in the following [Dani 5].
[0094] [化 5] [0094] [Formula 5]
Εη·ΙΕ η · Ι
'0 一 ι+κζρ !〜 Ν) ' 0 one ι + κζ ρ ! ~ Ν)
[0095] 2)以下の〔化 6〕に示される計算式につ!、て、 k= 1から計算を実施して、 λと Ν個 [0095] 2) According to the following formula shown in [Chemical formula 6], calculation is performed from k = 1, and λ and Ν
k の構成要素からなるベクター% kとを順次算出していきえ kの値が十分に収束するまで 計算(iteration)を繰り返す (k=l, 2, 3, ···)。
The vector% k consisting of the components of k is sequentially calculated. The calculation (iteration) is repeated until the value of k sufficiently converges (k = l, 2, 3,...).
[0096] [化 6] [0096] [Formula 6]
: = +1: : = +1:
3) 2)において十分に収束した λ に対応するベクター% が求める解であり、以下 3) The vector% corresponding to λ that converged sufficiently in 2) is the solution to be found.
k k k k
の〔化 7〕に示すように、そのベクター X の N個の各構成要素が、各酵素とインヒビタ 一との間に形成されたそれぞれの複合体濃度% (n= 、N)である。 As shown in [Chemical formula 7], each of the N components of the vector X is the concentration of each complex (n =, N) formed between each enzyme and the inhibitor.
[0098] [化 7] [0098] [Formula 7]
[0099] 4)次いで、 3)にて算出された各酵素についての%n(n= l— N)を以下の〔ィ匕 8〕に 代入し、各酵素における阻害定数 Ki,n (n= 1一 N)を算出する。 [0099] 4) Next, the% n (n = l-N) for each enzyme calculated in 3) was substituted into the following [Idani 8], and the inhibition constant Ki, n (n = 1) N) is calculated.
[0100] [化 8] [0100] [Formula 8]
V 、Ln ~ Xn ) ' ( ~ n ) V , L n ~ Xn) '(~ n)
λ η λ η
[0101] ここで、 Εη (η= 1—Ν);各酵素の初濃度、 I;各サブアレイにて使用されたインヒビ ターの初濃度、 X (η= 1— N) ;各酵素とインヒビターとの間に形成された複合体濃 度、 Ki,napp (n= l— Ν);上述のくワンポイントカーブフィッティング法〉又はく初速度法 〉により算出された各酵素のインヒビターに対する見掛けの阻害定数。 [0101] Here, Εη (η = 1-Ν); initial concentration of each enzyme, I; initial concentration of inhibitor used in each subarray, X (η = 1-N); each enzyme and inhibitor Concentration of the complex formed during Ki, n app (n = l-Ν); apparent inhibition of each enzyme to the inhibitor calculated by the one-point curve fitting method or the initial velocity method described above. constant.
[0102] 2.アルゴリズム 2についての詳細 [0102] 2. Details on Algorithm 2
アルゴリズム 2についても、上述のアルゴリズム 1と同様にワンポイントカーブフイツテ イング法力、、又は初速度法によって、酵素毎(一つのサブアレイ中に固定された酵素 力 種類であるとする)に見掛けの阻害定数 (Ki,napp;n= l— N)を算出する。 As for Algorithm 2, the apparent inhibition for each enzyme (assumed to be the type of enzyme fixed in one subarray) by the one-point curve fitting method or the initial velocity method as in Algorithm 1 described above. Calculate the constant (Ki, n app ; n = l—N).
次いで、算出された見掛けの阻害定数 Ki,napp等を用いて各酵素に対するインヒビ ターの阻害定数 Ki,n (n= 1一 N)を求める。 Then, determine the inhibition constant Ki of the calculated apparent inhibition constant Ki of Inhibi coater for each enzyme using n app like, n and (n = 1 one N).
アルゴリズム 2における各酵素に対するインヒビターの阻害定数 Ki,n (n= 1— N)の ソリューション(solution)を以下に示す。 The solution of the inhibitory constant Ki, n (n = 1-N) of the inhibitor for each enzyme in Algorithm 2 is shown below.
[0103] 0)アルゴリズム 2は以下の〔化 9〕を満たす場合に実施される。 [0103] 0) Algorithm 2 is implemented when the following [Formula 9] is satisfied.
[0104] [化 9]
[0104] [Formula 9]
v= 1 v = 1
[0105] 1)以下の〔化 10〕に示される方程式についてコンピュータを使用して解き、 λにつ いて N+1個の解を得る。
[0106] [化 10] [0105] 1) Solve the equation shown in the following [Chemical Formula 10] using a computer, and obtain N + 1 solutions for λ. [0106] [Formula 10]
[0107] 2)次いで、 λについて得られた Ν+1個の解のうち、 I又は Σ Ε ( = Ε )よりも大きい [0107] 2) Next, among Ν + 1 solutions obtained for λ, I or 解 = (= Ε)
total total
解については除外される。 Solutions are excluded.
[0108] 3)次 、で、 2)にて除去されな力つた残りの解 λ につ!/、て、以下の〔化 11〕に示され [0108] 3) Next, with respect to the remaining solution λ that was not removed in 2)! /, And shown in the following [Formula 11]
k k
るように N個の構成要素力 なるベクター% を算出する。
Thus, the vector% of the N component powers is calculated as follows.
[0109] [化 11] [0109] [Formula 11]
[0110] 4)次いで、ベクター% の Ν個全ての構成要素が [0...min (En, 1)]という範囲内にあ [0110] 4) Next, all the Ν components of the vector% are within the range of [0 ... min (En, 1)].
k k
る力否かを判断する。 N個の構成要素の中に [0...min (En, 1)]という範囲内にない構 成要素が一つでもある場合、そのベクター% ( λ ) Judge whether the power is good or not. If any of the N components does not fall within the range [0 ... min (En, 1)], its vector% (λ)
k kは除外される。 kk is excluded.
[0111] 5)上述の 2)及び 4)を満たす λ が必ず一つだけ存在し、そのえ に対応するべクタ [0111] 5) There is always only one λ that satisfies 2) and 4) above, and the vector corresponding to that
k k k k
一% が求める解であり、以下の〔化 12〕に示すように、そのベクター% の N個の各構 k k 成要素が、各酵素とインヒビターとの間に形成されたそれぞれの複合体濃度% (n= 1一 N)である。
1% is the solution sought, and as shown in [Chemical Formula 12] below, each of the N constituents of the vector% is replaced by the concentration of each complex formed between each enzyme and the inhibitor. (n = 1-N).
[0112] [化 12] [0112] [Formula 12]
[0113] 6)次いで、 5)にて算出された各酵素についての%n(n= l— N)を以下の〔化 13〕 に代入し、各酵素における阻害定数 Ki,n (n= 1一 N)を算出する。 6) Then,% n (n = l−N) for each enzyme calculated in 5) was substituted into the following [Chemical Formula 13], and the inhibition constant Ki, n (n = 1 One N) is calculated.
[0114] [化 13] [0114] [Formula 13]
[0115] ここで、 Εη (η= 1—Ν);各酵素の初濃度、 I;各サブアレイにて使用されたインヒビ ターの初濃度、 X (η= 1— N) ;各酵素とインヒビターとの間に形成された複合体濃 度、 Ki,napp (n= l— Ν);上述のくワンポイントカーブフィッティング法〉又はく初速度法 〉により算出された各酵素のインヒビターに対する見掛けの阻害定数。 [0115] Here, = η (η = 1- 濃度); initial concentration of each enzyme, I; initial concentration of inhibitor used in each subarray, X (η = 1-N); each enzyme and inhibitor Concentration of the complex formed during Ki, n app (n = l-Ν); apparent inhibition of each enzyme to the inhibitor calculated by the one-point curve fitting method or the initial velocity method described above. constant.
[0116] 〈工程(c)〉 [0116] <Step (c)>
図 10に示される工程 (c)は、工程 (b)において、適当な強度のシグナル強度 (濃度 )を得られな力つた試験物質について、その試験物質の濃度を種々に変更して、適 当なシグナルを得られる濃度 (最適濃度)を検索し、その結果をもとに再度阻害定数 を測定する工程である。 In step (c) shown in FIG. 10, in step (b), for a test substance that cannot obtain an appropriate signal intensity (concentration), the concentration of the test substance is variously changed, and This is the step of searching for the concentration (optimal concentration) at which a high signal can be obtained, and measuring the inhibition constant again based on the results.
[0117] 工程 (b)は、実施者により任意に設定される所定濃度の試験物質含有溶液を使用 して実施されるので、その設定濃度が必ずしも適当でない場合がある。例えば、設定
濃度が低く過ぎて十分な阻害効果が得られず、インヒビターとしての効果を有しな!/、 と判定されてしまう場合、もしくは設定濃度が高すぎて阻害効果が過剰になり、阻害 定数を算出するために必要なシグナル強度を得ることができな 、場合である。こうし た状況を踏まえて、本発明者らは、便宜的にある基準を設けている。つまり、工程 (b) にて得られたシグナル強度 (濃度)が、ある所定の範囲内にある場合には、その結果 を基に上述したアルゴリズムを使用して阻害定数を算出する。しかし、工程 (b)にて 得られたシグナル強度 (濃度)がその所定の範囲内に存在しない場合には、図 10の 工程 (c)に示されるように、その試験物質の濃度を種々に変更して、適当なシグナル を得られる濃度 (最適濃度)を検索し、その結果をもとに阻害定数を再測定する。 [0117] Since step (b) is performed using a test substance-containing solution having a predetermined concentration arbitrarily set by an operator, the set concentration may not always be appropriate. For example, setting If the concentration is too low, a sufficient inhibitory effect cannot be obtained and the inhibitor does not have an effect! /, Or if the set concentration is too high, the inhibitory effect becomes excessive and the inhibition constant is calculated. This is the case when the signal intensity required to perform the measurement cannot be obtained. In view of such a situation, the present inventors have set a certain standard for convenience. That is, if the signal intensity (concentration) obtained in step (b) is within a certain predetermined range, the inhibition constant is calculated based on the result using the above-described algorithm. However, if the signal intensity (concentration) obtained in step (b) is not within the predetermined range, the concentration of the test substance may be varied as shown in step (c) of FIG. After changing, search for the concentration (optimal concentration) that can obtain an appropriate signal, and then re-measure the inhibition constant based on the result.
[0118] 詳細には、まず、工程 (b)において、スポット(酵素)毎に得られたシグナル強度力 所定範囲内にある力否かが判断される。 [0118] Specifically, first, in step (b), it is determined whether or not a signal intensity force obtained for each spot (enzyme) is within a predetermined range.
[0119] 例えば、酵素 Iについて判断される場合を説明する。工程 (b)にて得られたシグナ ル強度は、所定のァフィユティーラベル濃度 (A)及び所定反応時間 (T)で得られた シグナル強度であり、このときのシグナル強度を仮に fとする。また、工程 (a)において 酵素 Iについてはすでに種々のカイネテイクス定数(すなわちプログレスカーブ)が求 められているので、試験物質の非存在下における所定のァフィユティーラベル濃度( A)及び所定反応時間 (T)でのシグナル強度 Fを算出することができる。 [0119] For example, a case where the determination is made for enzyme I will be described. The signal intensity obtained in step (b) is the signal intensity obtained at the specified affinity label concentration (A) and the specified reaction time (T), and the signal intensity at this time is assumed to be f. . Also, since various kinetic constants (ie, progress curves) have already been determined for enzyme I in step (a), the specified affinity label concentration (A) and the specified reaction The signal intensity F at time (T) can be calculated.
[0120] ここで、所定範囲とは、 0.9F>f>0. IFを満たす範囲をいう。従って、 0.9F≤fか、 又は 0. lF≥fである場合には、工程 (c)を実施し、適当な試験物質濃度を探索する Here, the predetermined range refers to a range satisfying 0.9F> f> 0.IF. Therefore, if 0.9F≤f or 0.lF≥f, perform step (c) to search for an appropriate test substance concentration.
[0121] 工程 (c)は、図 10に示すように、酵素チップをブロッキング処理し、次いで、一行毎 に濃度を変えた (代表的には、 120 /z M—O. l lnM)試験物質含有溶液(図 10にお いては、向力つて左側力も順にその濃度を低くしている)を接触させてプレインキュべ ーシヨン処理する。つまり、図 10に示されるように、酵素チップ上に 48 (4列 X 12行) のサブアレイが存在する場合、 1枚の酵素チップにつき、例えば、最大 4種の試験物 質について、最大 12種類の試験物質濃度について試験することができる(実施され る試験物質の数及び測定濃度についてはこれに限定されるものではない)。なお、試 験される酵素については、サブアレイ上に合計 8種類の酵素が固定されている場合、
例えば、工程 (b)において、 8種類の酵素のうち、 2種類し力適当なシグナル強度が 得られて!/、な!/、場合は、残り 6種類の酵素にっ 、て工程 (c)が実施される。 [0121] In step (c), as shown in Fig. 10, the enzyme chip was subjected to a blocking treatment, and then the concentration was changed for each line (typically, 120 / z M-O. LlnM). The pre-incubation treatment is carried out by contacting the contained solution (in Fig. 10, the concentration of the left side force is also reduced in order of the direction force). In other words, as shown in Fig. 10, when there are 48 (4 columns x 12 rows) subarrays on an enzyme chip, for example, up to 12 kinds of up to 4 kinds of test substances per enzyme chip (The number of test substances to be performed and the measured concentrations are not limited to this). For the enzyme to be tested, if a total of eight enzymes were immobilized on the subarray, For example, in step (b), out of the eight enzymes, two of them are used to obtain an appropriate signal intensity! /, Na! /, And in the case of step (c), the remaining six enzymes are used. Is performed.
[0122] 次 、で工程 (b)と同様に、工程 (a)にて決定された濃度を有するァフィユティーラベ ル含有溶液を接触させて反応を開始する。そして、所定反応時間 (T)が来たら SDS 含有バッファーで洗浄し、マイクロスキャナ一等を用いてァフィユティーラベルの発す るシグナル強度 (好ましくは、蛍光シグナル)を検出する。 [0122] Next, in the same manner as in step (b), the reaction is initiated by contacting an affinity label-containing solution having the concentration determined in step (a). Then, when a predetermined reaction time (T) comes, the plate is washed with an SDS-containing buffer, and the signal intensity (preferably, a fluorescent signal) generated by the affinity label is detected using a microscanner or the like.
[0123] 図 16は、工程 (c)を実施したときの、 1種類の酵素について得られ得る結果を模式 的に示したものである。図 16に示される曲線は、逆シグモイド曲線となり、試験物質 濃度が高くなるにつれて、ァフィユティーラベルのシグナル強度が減少していく様子 が示されている。 FIG. 16 schematically shows the results that can be obtained for one type of enzyme when step (c) is performed. The curve shown in FIG. 16 is an inverse sigmoid curve, and shows that the signal intensity of the affinity label decreases as the test substance concentration increases.
[0124] 試験物質を接触させて!/ヽな ヽスポット (試験物質濃度 OnM)にて検出されたシグナ ル強度を 1として、試験物質濃度を高めていったときに検出されたシグナルを順次プ ロットしていき、シグナル強度が 0. 1-0. 9の範囲内にある試験物質濃度 (N— Ν') 力 適当な試験物質濃度であると判断される。次いで、上述と同様に、この濃度範囲 (Ν— Ν')にあるいずれかのシグナル強度を、例えば、 IMAGENE™ソフトウェアー( ノ ィオデイスカノくリー社製)等の市販のソフトウェアーを用いて反応産物の濃度に換 算し、その実測値を用いて上述のアルゴリズム 1又は 2により阻害定数の再計算を行 う。なお、図 17に、上述した本発明の第 3の実施形態をまとめたフローチャートを示 す。 [0124] Contact the test substance and set the signal intensity detected at the ヽ spot (test substance concentration OnM) to 1, and sequentially increase the signal detected when the test substance concentration was increased. Test lot concentration (N-Ν ') with signal intensity in the range of 0.1-0.9 is judged to be appropriate test substance concentration. Next, in the same manner as described above, any of the signal intensities within this concentration range (Ν-Ν ') was analyzed using a commercially available software such as IMAGENE ™ software (manufactured by Biodisc Company). The inhibition constant is recalculated by the above algorithm 1 or 2 using the measured value. FIG. 17 shows a flowchart summarizing the above-described third embodiment of the present invention.
[0125] (本発明のその他の実施の形態) (Other Embodiments of the Present Invention)
1.本発明は、上記で説明した通りの、酵素活性測定方法を用いて、上記各工程を 順次自動的に実施するための手段を有する、酵素活性を測定するための自動化シ ステムを提供する。このようなシステムを構築することにより、酵素活性測定が簡便か つ、迅速に実施できる。また、コンピューターと接続することにより、酵素活性に関す るデータベースを構築することが可能となる、生体機能の解明や有用生産物の製造 現場において有用な情報を提供することが可能となる。 1. The present invention provides an automated system for measuring enzyme activity, comprising means for automatically performing each of the above steps sequentially using the enzyme activity measurement method as described above. . By constructing such a system, enzyme activity measurement can be performed easily and quickly. In addition, by connecting to a computer, it becomes possible to construct a database on enzyme activity, to elucidate biological functions and to provide useful information in the production site of useful products.
2.本発明は、上記で説明した通りの、酵素活性の調節物質のスクリーニング方法を 用いて、上記各工程を順次自動的に実施するための手段を有する、酵素活性の調
節物質のスクリーニングするための自動化システムを提供する。このようなシステムを 構築することにより、酵素活性の調節物質のスクリーニングが簡便かつ、迅速に実施 できる。また、コンピューターと接続することにより、各スポットからシグナルの測定値 をコンピューターで解析して、全シグナルパターンを作成し、コントロールスポット由来 のシグナルと試験物質と接触させた被検スポット由来のシグナルを比較して、酵素活 性調節物質としての可能性の判定を出力するように構成する事も可能となることから 、医薬品開発の分野において有用な情報を提供することが可能となる。 2. The present invention provides a method for controlling an enzyme activity, comprising means for automatically performing each of the above steps sequentially using the method for screening a substance for regulating an enzyme activity as described above. An automated system for screening nodal substances is provided. By constructing such a system, screening for a modulator of enzyme activity can be performed easily and quickly. In addition, by connecting to a computer, the measured values of the signals from each spot are analyzed by the computer to create an entire signal pattern, and the signal from the control spot is compared with the signal from the test spot contacted with the test substance. Then, since it is possible to output the determination of the possibility as an enzyme activity regulator, it is possible to provide useful information in the field of drug development.
3.本発明は、上記で説明した通りの、酵素活性測定方法を応用して、酵素とァフィ 二ティーラベル間の酵素カイネテイクスを測定する方法を提供する。具体的には、一 定単位の酵素を基板上に固定ィ匕し、一定濃度のァフィユティーラベルを接触させ、シ グナル強度の時間変化を酵素チップ上で検出することにより酵素のカイネテチイクス を測定するものである。従来においてはチップ上で、酵素カイネテイクスを測定する 技術は存在せず、本発明により始めて達成された課題である。そして、かかるチップ 上における酵素カイネテイクスを測定する方法の構築により、複数の酵素を固定ィ匕す ることで、複数の酵素のカイネテイクスを同時に、かつ、網羅的に、また、高スループ ットに測定することが可能となる。 3. The present invention provides a method for measuring enzyme kinetics between an enzyme and an affinity label by applying the method for measuring enzyme activity as described above. Specifically, a fixed unit of enzyme is immobilized on a substrate, and a constant concentration of an affinity label is brought into contact with the enzyme chip, and the time change of the signal intensity is detected on the enzyme chip to measure the kinetics of the enzyme. Is what you do. Conventionally, there is no technique for measuring enzyme kinetics on a chip, and this is a problem first achieved by the present invention. By constructing a method for measuring enzyme kinetics on such a chip, a plurality of enzymes can be immobilized to simultaneously, comprehensively, and at a high throughput. It becomes possible to measure.
そして、ァフィユティーラベルは酵素に対して、特異性かつ活性依存性を有する。 酵素とァフィ二ティーラベルが反応すると、反応の初期段階では一定速度で進行し、 その後、徐々に反応速度は低下する。そして、反応の初期段階での反応速度とァフ ィ-ティーラベルとの間には当業者において公知の Michaelis— Menten Kinetics モデルが最も適合し、力かる酵素の反応速度論に従って、ァフィユティーラベル濃度 [S]と反応速度 (V)の関係から、 Kmと Vmaxを求めることができる。つまり、酵素反応 速 The affinity label has specificity and activity dependency on the enzyme. When the enzyme and the affinity label react, the reaction proceeds at a constant rate in the initial stage of the reaction, and thereafter, the reaction rate gradually decreases. The Michaelis-Menten Kinetics model, which is well known to those skilled in the art, is best fitted between the reaction rate in the initial stage of the reaction and the affinity label, and the affinity label is determined according to the kinetics of the powerful enzyme. From the relationship between the concentration [S] and the reaction rate (V), Km and Vmax can be obtained. In other words, the enzyme reaction speed
度のァフィ二ティーラベル濃度依存性を調べることにより、カイネテイクス定数を算出 できる。したがって、本発明は、カイネテイクス定数の算出方法をも提供するものであ る。 By examining the dependence of the degree on the affinity label concentration, the kinetic constant can be calculated. Therefore, the present invention also provides a method for calculating a kinetic constant.
また、本発明は、上記で説明した通りの、カイネテイクス測定方法を用いて、上記各 工程を順次自動的に実施するための手段を有する、カイネテイクスを測定するための
自動化システムを提供する。更に、コンピューターと接続することにより、上記で測定 された測定値を自動入力して、カイネテイクス定数を解析するデータベースを構築す ることもでき、カイネテイクス定数の自動解析システムとして提供することが可能となる 。これにより、生体機能の解明や有用生産物の製造現場において有用な情報を提供 することが可能となる。 Further, the present invention provides a method for measuring kinetics, which has a means for automatically performing each of the above steps sequentially using the kinetics measuring method as described above. Provide an automation system. Furthermore, by connecting to a computer, it is also possible to construct a database for automatically analyzing the kinetic constants by automatically inputting the measured values measured above, and to provide an automatic kinetic constant analysis system. Becomes. This makes it possible to elucidate biological functions and provide useful information at the production sites of useful products.
4.本発明は、上記で説明した通りの、酵素活性測定方法を応用して、酵素活性阻 害剤の阻害定数を算出する方法を提供する。例えば、一定単位の酵素を基板上に 固定化し、異なる濃度に調製された阻害剤とプレインキュベーションした後、一定濃 度のァフィ二ティーラベルを接触させ、シグナル強度の阻害剤濃度変化をアレイ上で 検出して、阻害剤の阻害定数を算出することができる。阻害定数の算出方法は公知 であり、シグナル強度の試験物質を接触させな 、酵素スポットにお 、て観察されるシ グナル強度力 変化するシグナル強度の阻害剤濃度変化に基づいて、算出すること が可能であり、 4. The present invention provides a method for calculating the inhibition constant of an enzyme activity inhibitor by applying the enzyme activity measurement method as described above. For example, a fixed unit of enzyme is immobilized on a substrate, pre-incubated with inhibitors prepared at different concentrations, then contacted with an affinity label at a fixed concentration, and the change in inhibitor concentration of signal intensity is measured on the array. Upon detection, the inhibition constant of the inhibitor can be calculated. The method of calculating the inhibition constant is known, and it can be calculated based on the change in the inhibitor concentration of the signal intensity, which changes the signal intensity observed at the enzyme spot without contacting the test substance with the signal intensity. Is possible,
酵素チップを利用する酵素活性阻害剤の阻害定数の算出方法の構築により、複数 の酵素に対する阻害定数を同時に、かつ、網羅的に算出することが可能となる。高ス ループットな酵素活性阻害剤の評価が可能となる。 By constructing a method for calculating the inhibition constant of an enzyme activity inhibitor using an enzyme chip, it becomes possible to simultaneously and comprehensively calculate the inhibition constants for a plurality of enzymes. High-throughput enzyme activity inhibitors can be evaluated.
また、本発明は、上記で説明した通りの、酵素活性阻害剤の阻害定数の測定方法を 用いて、上記各工程を順次自動的に実施するための手段を有し、コンピューターと 接続することにより、上記で測定された測定値を自動入力して、阻害定数を解析する データベースを構築することもでき、酵素活性の阻害定数を解析するための自動化 システムを提供する。これにより、医薬品開発の分野において有用な情報を提供する ことが可能となる。 Further, the present invention has a means for automatically performing each of the above steps sequentially using the method for measuring the inhibition constant of an enzyme activity inhibitor as described above, and is connected to a computer. It is also possible to construct a database for automatically inputting the measured values measured above and analyzing the inhibition constant, and to provide an automated system for analyzing the inhibition constant of enzyme activity. This makes it possible to provide useful information in the field of drug development.
5.本発明は、リポーター分子が付されたァフィユティーラベルを包含し、固定化酵素 の酵素活性を測定するために使用される固定ィ匕酵素活性測定用試薬を提供する。 本発明の固定ィ匕酵素活性測定用試薬は、ァフィユティーラベルを含有するもので あり、適当な溶媒に溶解もしくは懸濁させてある。試薬の組成比は、使用目的により 種々適宜選択されるが、適当なバッファ一中に、 10— 6— 10— 8M濃度で調製されたァフ ィ-ティーラベルを含有する、固定ィ匕酵素活性測定用試薬を例示することができる。
〔実施例〕 5. The present invention provides a reagent for measuring immobilized enzyme activity, which includes an affinity label to which a reporter molecule is attached, and is used for measuring the enzyme activity of the immobilized enzyme. The reagent for measuring the activity of the immobilized enzyme of the present invention contains an affinity label and is dissolved or suspended in an appropriate solvent. The composition ratio of the reagents, but is variously suitably selected according to the intended purpose, in a suitable buffer in one, 10- 6 - 10- 8 M concentration in preparation by § off I - containing tea label, fixed I匕酵containing An activity measuring reagent can be exemplified. 〔Example〕
[0126] 以下に、本発明の酵素活性測定方法の有効性を示すために行われた実験につい て示す。好適化されたプロトコールにてシスティンプロテアーゼ活性を測定したもの である。 [0126] Hereinafter, experiments performed to demonstrate the effectiveness of the enzyme activity measurement method of the present invention will be described. The cysteine protease activity was measured by a suitable protocol.
[0127] (使用材料) [0127] (Material used)
1.酵素 1.enzyme
ヒト肝臓由来カテブシン B (カノレビオケム社製) Cathepsin B from human liver (Canolebiochem)
組換えヒトカテブシン B (E. Coli: MTA、カナダ) Recombinant human cathepsin B (E. Coli: MTA, Canada)
ゥシ脾臓由来カテブシン B (カルビオケム社製) カ テ Cathepsin B from calf spleen (Calbiochem)
カテブシン C Cathepsin C
ヒト肝臓由来カテブシン H (カノレビオケム社製) Cathepsin H from human liver (Canolebiochem)
ゥシ腎臓由来カテブシン H Cathepsin H from kidney
His— Tagヒトカテブシン K(E. coli) His—Tag human cathepsin K (E. coli)
ゥシ腎臓由来カテブシン L Cathepsin L derived from kidney
ヒト肝臓由来カテブシン L Cathepsin L from human liver
His— Tagヒトカテブシン L His—Tag human cathepsin L
組換えヒトカテブシン L (E. coli: MTA、カナダ) Recombinant human cathepsin L (E. coli: MTA, Canada)
ゥシ脾臓由来カテブシン S (カルビオケム社製) カ テ Cathepsin S from calf spleen (Calbiochem)
ヒト脾臓由来カテブシン S (カルビオケム社製) Cathepsin S from human spleen (Calbiochem)
ヒト赤血球由来カルパイン I (カルビオケム社製) Human erythrocyte-derived calpain I (Calbiochem)
組換えラットカルパイン II (E. coli) Recombinant rat calpain II (E. coli)
ヒトカルパイン II Human calpain II
パパイヤ由来パパイン (メルク社製) Papain derived from papaya (Merck)
ヒトプロカテブシン L (E. coli: MTA、カナダ) Human procatebcin L (E. coli: MTA, Canada)
ネガティブコントロールとして、 BSA (和光純薬製)を使用する場合がある。 BSA (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) may be used as a negative control.
[0128] 2.基板 Erie Scientific社(USA)製のガラススライドに、 No Ab Diagnostics ( カナダ)によってハイド口ゲルアルデヒドでィ匕学的に修飾されたノ、イド口ゲルアルデヒ ドガラススライドを使用した。また、今回の実験で用いたガラススライドは、フッ素榭脂
マスクにより分離された 12 X 4の 48のサブアレイを形成するように構成された。 2. Substrate [0128] A glass aldehyde glass slide modified by No Ab Diagnostics (Canada) was used for a glass slide manufactured by Erie Scientific (USA). The glass slide used in this experiment was a fluororesin. It was configured to form 48 12 × 4 sub-arrays separated by a mask.
[0129] 3.マイクロアレイヤー [0129] 3. Microarrayer
Castesian Scientific社製マイクロアレイヤーを使用した。 A microarrayer manufactured by Castesian Scientific was used.
[0130] 1.バッファーの組成 [0130] 1. Composition of buffer
以下の実験において使用したバッファーの組成は以下の通りである。 The composition of the buffer used in the following experiments is as follows.
'マロン酸バッファー: 20mMマロン酸、 50mM NaCl、 pH5. 5 'Malonic acid buffer: 20 mM malonic acid, 50 mM NaCl, pH 5.5
'トリス(ヒドロキシメチル)ァミノメタン(以下、トリスと略称する。)バッファー: 50mMトリ ス、 pH5. 5 'Tris (hydroxymethyl) aminomethane (hereinafter abbreviated as Tris) buffer: 50 mM Tris, pH 5.5
'イミダゾールバッファー: 20mMイミダゾール、 30%グリセロール '' Imidazole buffer: 20 mM imidazole, 30% glycerol
[0131] (検討例) [0131] (Examination example)
以下に、本発明の実施を最適化するために行った、検討例を示す。以下の検討例 は、システィンプロテアーゼ活性の検出に最適的な条件の最適化の検討を行ったも のである。 The following is an example of a study performed to optimize the implementation of the present invention. In the following examination examples, optimization of the optimal conditions for detecting cysteine protease activity was examined.
[0132] (検討例 1) [0132] (Examination example 1)
プリンティングバッファーの最適化実験 Printing buffer optimization experiment
基板上に酵素をプリンティングする際の、プリンティングバッファーが酵素活性シグ ナルの検出に与える影響を、様々なプリンティングバッファーを比較検討し、最適な プリティングバッファーの選択を試みた。 The effect of the printing buffer on the detection of the enzyme activity signal when printing the enzyme on the substrate was compared with various printing buffers, and the optimal printing buffer was selected.
[0133] 検討を行ったプリンティングバッファーを以下に示す。 [0133] The printing buffers studied are shown below.
マロン酸バッファー(PH5. 5) Malonic acid buffer ( P 5.5)
マロン酸バッファー ZPBSlZl (pH7. 0) Malonic acid buffer ZPBSlZl (pH 7.0)
[0134] 上記各プリンティングバッファーを使用して、カテブシン Lおよびカテブシン Bを、プ リンティングバッファー以外については同一条件の下で固体基板上にプリンティング した後、同一条件下で夫々それぞれの酵素活性シグナルをァフィユティーラベルを 用いて検出した。 [0134] Using each of the above printing buffers, cathepsin L and cathepsin B were printed on a solid substrate under the same conditions except for the printing buffer, and then the respective enzyme activity signals were obtained under the same conditions. Detected using affinity label.
[0135] 結果を図 2に示す。カテブシン Bはいずれのプリンティングバッファーの使用によつ ても、良好なシグナルが検出された力、カテブシン Lにおいては、 pH7. 0のプリンテ イングバッファーにおいては、酵素活性シグナルは消失した。したがって、プリンティ
ングバッファ一としてマロン酸バッファー(pH5. 5)の使用が最適であることが判明し た。 [0135] The results are shown in FIG. Cathepsin B was a signal that a good signal was detected by using any of the printing buffers, and in cathepsin L, the enzymatic activity signal disappeared in a pH 7.0 printing buffer. Therefore, Printy It was found that the use of a malonic acid buffer (pH 5.5) was the most suitable as the buffering buffer.
[0136] (検討例 2) [0136] (Examination example 2)
酵素プリンティング濃度の最適化実験 Optimization experiment of enzyme printing concentration
基板上にプリンティングされる酵素の濃度が酵素活性シグナルの検出に与える影 響を、様々な濃度に調製した酵素を基板上に固定ィ匕することによって比較検討し、 最適な酵素のプリティング濃度の選択を試みた。 The effect of the concentration of the enzyme printed on the substrate on the detection of the enzyme activity signal was compared and examined by immobilizing the enzyme prepared at various concentrations on the substrate. Attempted selection.
[0137] 検討を行った酵素のプリンティング濃度を以下に示す。 [0137] The printing concentrations of the studied enzymes are shown below.
0. 7mgZ ml、 0.7 mgZ ml,
丄. 4mgZ ml 丄. 4mgZ ml
[0138] 上記各濃度に調製したカテブシン Bをノヽイド口ゲル NHSにて表面処理された基 板上に上記濃度以外の条件については同一条件の下でプリンティングした後、同一 条件下で夫々の酵素活性シグナルをァフィユティーラベルを用いて検出した。 [0138] Cathepsin B prepared at each of the above concentrations was printed on a substrate surface-treated with a noided gel NHS under the same conditions except for the above concentrations, and then the respective enzymes under the same conditions. The activity signal was detected using an affinity label.
[0139] 結果を図 3に示す。 1. 4mgZmlでは、シグナルの拡散が確認された力 0. 7mg Zmlでは、良好に検出可能な酵素活性シグナルを検出できることが判明した(図 3、 右)。また、パパインを用いて同様の検討を行った場合においても、 1. 4mgZmlに おいては、シグナルの拡散が確認された(図 3、左)。また、ここでは図示しないが、 0 . lmg/ml— lmg/mlの範囲内に酵素を調製し、基板上にプリンティングすること により、十分に検出可能なシグナル強度を確保し、かつ、スポットの拡散をも抑えて良 好なシグナルを検出できることも判明した。 [0139] The results are shown in FIG. With 1.4 mg Zml, it was found that with 0.7 mg Zml, a detectable enzyme activity signal could be detected with 0.7 mg Zml (Fig. 3, right). In addition, when the same examination was performed using papain, signal diffusion was confirmed at 1.4 mgZml (Fig. 3, left). Although not shown here, by preparing the enzyme within the range of 0.1 mg / ml to 1 mg / ml and printing it on the substrate, a sufficiently detectable signal intensity is ensured and the spot diffusion is achieved. It was also found that a good signal could be detected with a minimum amount of noise.
[0140] (検討例 3) [0140] (Examination example 3)
基板の表面処理の最適化検討実験 Experiments on optimization of substrate surface treatment
酵素が固定化される固定ィ匕基板の表面処理が酵素活性シグナルの検出に与える 影響を、下記で説明する様々な化学的表面処理方法を比較検討し、最適な基板の 表面処理の選択を試みた。 The effect of the surface treatment of the immobilized substrate on which the enzyme is immobilized on the detection of the enzyme activity signal was examined by comparing the various chemical surface treatment methods described below and trying to select the optimal substrate surface treatment. Was.
[0141] 基板は、フッ素榭脂マスクで分割された 12 X 4サブアレイを有するガラススライドを 用い、松浪硝子工業、 ERIE Scientific (USA)の!、ずれかによつて製造されたも のを用いた。
今回検討を行った、表面処理方法は以下の通りである。 [0141] The substrate used was a glass slide having a 12 x 4 sub-array divided by a fluorine resin mask, and was manufactured by Matsunami Glass Industries, ERIE Scientific (USA)! . The surface treatment methods studied this time are as follows.
ハイド口ゲルアルデヒド機能化処理 Hide mouth gel aldehyde functionalization treatment
ハイド口ゲル BSA - NHS機能化処理 Hide mouth gel BSA-NHS functionalization treatment
ハイド口ゲル NHS機能化処理 Hyde mouth gel NHS functionalization treatment
[0142] パパイン、カテブシン Bおよびカテブシン L、夫々をマロン酸バッファー(pH5. 5)、 マロン酸バッファー/ PBS 1/1 (pH7. 0)の各プリンティングバッファ一中に調製し、 上記各表面処理基板上に上記以外の条件につ!、ては同一条件の下でプリンティン グした後、同一条件下で夫々それぞれの酵素活性シグナルをァフィユティーラベル を用いて検出した。 [0142] Papain, cathepsin B and cathepsin L, respectively, were prepared in each printing buffer of malonic acid buffer (pH 5.5), malonic acid buffer / PBS 1/1 (pH 7.0), and After printing under the same conditions as above and under the same conditions, the respective enzyme activity signals were detected under the same conditions using affinity labels.
[0143] 結果を図 4に示す。上記検討例 1にお 、て、最適なプリンティングバッファーと判明 したマロン酸バッファー(pH5. 5)での検討において、ハイド口ゲルアルデヒド機能化 処理、ノ、イド口ゲル BS A— NHS機能化処理を施した基板上において、良好な酵素 活性シグナルが検出された。一方、ハイド口ゲル NHS機能化処理を施した基板上に おいては、カテブシン B、カテブシン L由来の酵素活性シグナルを検出することがで きな力つた。したがって、基板の表面処理として、ハイド口ゲルアルデヒド機能化処理 、 ノ、イド口ゲル BS A— NHS機能化処理が最適であることが判明した。 FIG. 4 shows the results. In Study 1 above, in the study with malonic acid buffer (pH 5.5), which was found to be the most suitable printing buffer, the aldehyde-functionalized aldehyde treatment and the N- and ido-functionalized gel BSA-NHS functionalization treatment were performed. A good enzyme activity signal was detected on the substrate subjected to the treatment. On the other hand, on the substrate on which the hide-mouth gel NHS functionalization treatment was applied, it was possible to detect the enzyme activity signal derived from cathepsin B and cathepsin L. Therefore, it was found that the functionalization treatment of the gel aldehyde at the mouth and the gelation of BSA-NHS at the mouth were the most suitable as the surface treatment of the substrate.
[0144] (検討例 4) [0144] (Study example 4)
ブロッキング剤の最適化検討実験 Experiment to study optimization of blocking agent
ブロッキング剤が酵素活性シグナルおよびバックグラウンドシグナルに与える影響 について、下記で説明する様々なブロッキング剤を比較検討し、本発明における使 用に最適なブロッキング剤の選択を試みた。 The effect of the blocking agent on the enzyme activity signal and the background signal was compared with various blocking agents described below, and an attempt was made to select an optimal blocking agent for use in the present invention.
[0145] 今回検討を行った、ブロッキング剤を以下に示す。 [0145] The blocking agents studied this time are shown below.
ブロックエース Block ace
トリスバッファー エタノールァミン Tris buffer ethanolamine
ポリエチレングリコール Polyethylene glycol
[0146] 同一条件下での酵素のプリンティング後、上記各ブロッキング剤によりブロッキング 処理を行った後、同一条件下で夫々の酵素活性シグナルをァフィユティーラベルを 用いて検出した。
[0147] 結果を図 5に示す。ブロックエースをブロッキング剤として使用した場合には、トリス ノ ッファー、エタノールァミン、ポリエチレングリコールを使用した場合と比較すると明 らかにバックグラウンドを減少させ、良好な酵素活性シグナルが検出されることが確認 された。したがって、ブロッキング剤として、ブロックエースの使用が最適であることが 判明した。 [0146] After printing of the enzyme under the same conditions, a blocking treatment was performed with each of the above-mentioned blocking agents, and then under the same conditions, the respective enzyme activity signals were detected using affinity labels. [0147] The results are shown in FIG. When Block Ace was used as a blocking agent, the background was clearly reduced, and a good enzyme activity signal was detected, compared to the case where Tris Knofer, ethanolamine, or polyethylene glycol was used. confirmed. Therefore, it was found that the use of Block Ace was optimal as a blocking agent.
[0148] (検討例 5) [0148] (Examination Example 5)
プレインキュベーションバッファーの最適化実験 Pre-incubation buffer optimization experiment
プレインキュベーションを行う際の、プレインキュベーションバッファーが酵素活性シ グナルに与える影響について、 DTT( + )、 DTT (-)含有バッファーを比較検討し、 本発明における使用に最適なプレインキュベーションバッファーの選択を試みた。 The effect of the pre-incubation buffer on the enzyme activity signal during pre-incubation was compared with DTT (+) and DTT (-) containing buffers, and an attempt was made to select the optimal pre-incubation buffer for use in the present invention. Was.
[0149] NHSハイド口ゲル機能化処理された基板表面に図 6に示すシスティンプロテア一 ゼ類をプリンティングし、 DTTを含有する、または、 DTTを含有しないプレインキュべ ーシヨンバッファーを用いて、プレインキュベーションを行った後、同一条件下で夫々 それぞれの酵素活性シグナルをァフィユティーラベルを用いて検出した。 [0149] The cysteine proteases shown in Fig. 6 were printed on the surface of the NHS hydrid gel-functionalized substrate, and pre-incubation was performed using a pre-incubation buffer containing DTT or not containing DTT. After that, each enzyme activity signal was detected under the same conditions using an affinity label.
[0150] 結果を図 6に示す(サブアレイ 10、 11、 12)。 DTTを含有するプレインキュベーショ ンバッファーを使用した際には、良好な酵素活性シグナルが検出されたのに対して、 DTTを含有しないプレインキュベーションバッファーを使用した際には、酵素活性シ グナルは検出されな力つた。したがって、アレイされた酵素の活性ィ匕においては、還 元剤の存在が必要であり、特には DTTの添カ卩が望ましいことが判明した。 [0150] The results are shown in Figure 6 (subarrays 10, 11, and 12). When using a preincubation buffer containing DTT, a good enzyme activity signal was detected, whereas when using a preincubation buffer containing no DTT, an enzyme activity signal was detected. Power Therefore, it was found that the presence of a reducing agent was necessary for the activity of the arrayed enzymes, and that the addition of DTT was particularly desirable.
[0151] (検討例 5) [0151] (Examination example 5)
プレインキュベーション時間の最適化実験 Optimization experiment of pre-incubation time
プレインキュベーション処理の時間が酵素活性シグナルに与える影響にっ 、て、様 々な処理時間を比較検討し、本発明の適用に最適なプレインキュベーション時間の 選択を試みた。 Based on the influence of the preincubation treatment on the enzyme activity signal, various treatment times were compared and examined, and an attempt was made to select an optimal preincubation time for application of the present invention.
[0152] 検討したプレインキュベーション処理の時間は、 5分一 60分の間の 5分刻みの、 11 ポイントであった。そして、同一条件下での酵素のプリンティング後、上記各時間プレ インキュベーションバッファ一中でプレインキュベーションを行った後、ァフィ-ティー ラベルと 8分間インキュベートした場合における、パパインとカテブシン Lの酵素活性
シグナルの推移を追跡した。 [0152] The time of the pre-incubation treatment examined was 11 points in 5-minute intervals between 5 minutes and 60 minutes. After printing the enzyme under the same conditions, pre-incubation was performed in the pre-incubation buffer for each of the above times, and the enzyme activity of papain and cathepsin L when incubated with the affinity label for 8 minutes. The course of the signal was followed.
[0153] 検討結果を図 7に示す。プレインキュベーションの処理時間力 20分から 1時間に おいて、酵素活性シグナルが良好に検出できることが判明した。 FIG. 7 shows the results of the study. It was found that the enzyme activity signal could be detected well in the preincubation treatment time of 20 minutes to 1 hour.
[0154] (検討例 8) [Examination Example 8]
ァフィ二ティーラベルの添加濃度の最適化実験 Experiment on optimization of additive concentration of affinity label
反応工程におけるァフィユティーラベルの添加濃度が酵素活性シグナルに与える 影響について、様々な添加濃度を比較検討し、本発明の適用に最適な添加濃度の 選択を試みた。 The effect of the concentration of the affinity label on the enzyme activity signal in the reaction process was compared and examined for various concentrations, and an attempt was made to select an optimum concentration for application of the present invention.
[0155] ァフィユティーラベルの添力卩量は以下の通りであり、様々な反応時間において検討 した。 [0155] The amount of addition of the affinity label was as follows, and was examined at various reaction times.
20 X 4. 8 X 10 20 X 4.8 X 10
8 X 4. 8 X 10 8 X 4.8 X 10
3 X 4. 8 X 10 3 X 4.8 X 10
0. 5 X 4. 8 X 10 0.5 X 4.8 X 10
[0156] 結果を図 8に示す。高濃度のァフィユティーラベルの添カ卩により、ノ ックグラウンドシ グナルの増加が観察され、ァフィユティーラベルを 10— 6— 10— 8Mの範囲で添加するこ とにより、ノックグラウンドの低減させ、良好なシグナルを検出できることが判明した。 実施例 1 FIG. 8 shows the results. The hydrogenation mosquito卩high concentrations of § Fiyu tea label, Bruno Tsu increased click ground sheet Gunaru is observed, the § Fiyu tea label 10 6 - by the addition child in a range of 10 8 M, by reducing the knock ground, It turned out that a good signal could be detected. Example 1
[0157] プロテア一ゼの活 ¾測定 [0157] Activity measurement of protease
上記で説明した酵素のうち、図 9で示す 7種類の酵素の活性測定を行った。 Among the enzymes described above, the activities of the seven enzymes shown in FIG. 9 were measured.
そして、カルパイン Iを除くすべての酵素をマロン酸バッファーで 0. 7mgZmlの濃 度になるように希釈し、一方、カルパイン Iはイミダゾールバッファーで 0. 7mgZmlの 濃度になるように希釈した。但し、上記濃度よりも低い濃度で提供された酵素は、希 釈なしに使用した。 Then, all enzymes except calpain I were diluted with malonic acid buffer to a concentration of 0.7 mgZml, while calpain I was diluted with imidazole buffer to a concentration of 0.7 mgZml. However, enzymes provided at concentrations lower than the above concentrations were used without dilution.
[0158] 上記のように所定濃度に調製された酵素を、ハイド口ゲルアルデヒドガラススライド 基板上にマイクロアレイヤーを用いて 23°Cにて 70%の湿度下でプリンティングし、基 板上に酵素が配列した酵素チップを作製した。このとき、 48の各々のサブアレイは同 一の酵素配列パターンを形成するように酵素が配列された。酵素の配列パターンを
図 2 (右、上段)に示す。 [0158] The enzyme prepared at the predetermined concentration as described above was printed on a hide-mouthed gel aldehyde glass slide substrate using a microarrayer at 23 ° C under 70% humidity, and the enzyme was printed on the substrate. An arrayed enzyme chip was prepared. At this time, the enzymes were arranged such that each of the 48 subarrays formed the same enzyme sequence pattern. Enzyme sequence pattern Figure 2 (right, top).
[0159] そして、上記酵素チップを 25°Cにて 90%の湿度下で、 1時間インキュベーションし た。そして、 4°Cにて 2分間、ブロックエース Zマロン酸バッファー 1Z2中に浸漬して ブロッキング処理を施した後、直ちに、 50mlのマロン酸バッファー:洗浄溶液 1中に て 3回洗浄を行い、引き続き、 23°Cにて 2分間の 2000rpmでの遠心分離によって、 酵素チップを完全に乾燥させた。乾燥後、 2mMの DTT、 5mMの Ca2+および 5mM の Mg2+含有トリスバッファー 6 μ Lを各サブアレイにアプライした。 [0159] Then, the enzyme chip was incubated at 25 ° C under 90% humidity for 1 hour. After immersion in Block Ace Z Malonic Acid Buffer 1Z2 at 4 ° C for 2 minutes to perform the blocking treatment, immediately wash in 50 ml Malonic Acid Buffer: Wash Solution 1 three times, The enzyme chip was completely dried by centrifugation at 2000 rpm for 2 minutes at 23 ° C. After drying, 6 μL of Tris buffer containing 2 mM DTT, 5 mM Ca 2+ and 5 mM Mg 2+ was applied to each subarray.
[0160] このとき、任意に、所望の濃度の試験物質をこの混合液中に存在させることができ、 また、最高 3%DMSOをも、同様に混合液中に存在させることでき、 30分を超えない 範囲で、可変期間、インキュベーションすることができる。ここで、添加される試験物 質は、酵素活性調節物質の候補物質であり、この試験物質が酵素活性に与える影 響を評価することが可能となる。 [0160] At this time, a test substance at a desired concentration can be optionally present in the mixture, and up to 3% DMSO can be similarly present in the mixture, and 30 minutes can be used. Incubation can be carried out for a variable period within a range not exceeding. Here, the test substance to be added is a candidate substance for the enzyme activity regulating substance, and it is possible to evaluate the influence of the test substance on the enzyme activity.
[0161] 次に、選択されたタグァフィユティーラベルを含有するトリスバッファー、 3 μ 1をサブ アレイ上に添カ卩した。このとき、ァフィユティーラベルの濃度を、 10— 6Μおよび 10— 8Μ の範囲に調製するものとする。そして、 23°Cにて、好ましくは、 20分一 2時間の間か ら選択される一定時間、インキュベーションした。所定時間のインキュベーション後、 サブアレイを、 200 1の界面活性剤含有洗浄溶液 (好ましくは、 Tween20含有トリス ノ ッファー、特に好ましくは 1一 3%):洗浄溶液 2の流水下で洗浄した。 Next, 3 μl of Tris buffer containing the selected tag affinity label was added to the subarray. At this time, the concentration of the affinity label shall be adjusted within the range of 10-6 6 and 10-8 8 . Then, the mixture was incubated at 23 ° C., preferably for a fixed time selected from a period of 20 minutes to 12 hours. After incubation for a predetermined period of time, the subarray was washed under running water of 200 1 detergent-containing washing solution (preferably, Tris buffer containing Tween20, particularly preferably 13%): washing solution 2.
[0162] 上記処理後、酵素チップ全体を、 80°Cにて 5分間、洗浄溶液 2で洗浄し、そして室 温で、蒸留水で 5分間洗浄し、酵素チップを 23°Cにて 2000rpmで 2分間の遠心分 離を行って酵素チップを完全に乾燥させた後、マイクロアレイスキャナーで酵素チッ プ上のシグナルパターンをスキャンした。得られたシグナルイメージを分析した後、デ ータをコンピュータープログラムによって量ィ匕した。 典型的なイメージを反応条件と併 せて図 2に示す (左は反応条件を、中は全体アレイを、右下はサブアレイを示す。 ) o これにより、本発明によりシスティンプロテアーゼの酵素活性を特異的、かつ、活性 依存的測定できることが判明した。 [0162] After the above treatment, the entire enzyme chip was washed with washing solution 2 at 80 ° C for 5 minutes, and then washed with distilled water at room temperature for 5 minutes, and the enzyme chip was washed at 2000 rpm at 23 ° C. After the enzyme chip was completely dried by centrifugation for 2 minutes, the signal pattern on the enzyme chip was scanned with a microarray scanner. After analyzing the obtained signal image, the data was quantified by a computer program. A typical image is shown in FIG. 2 together with the reaction conditions (left shows the reaction conditions, middle shows the whole array, and lower right shows the sub-array). It was found that target and activity-dependent measurements could be made.
実施例 2 Example 2
[0163] プロテアーゼ阻害剤の評価
上記実施例 1で説明したプロテアーゼ活性の測定方法に準じて、プロテアーゼ阻 害剤の評価を行った。阻害剤の評価の対象として使用した酵素は、上記で説明した 酵素のうち、図 6に示す 7種類の酵素である。 [0163] Evaluation of protease inhibitors The protease inhibitors were evaluated according to the method for measuring protease activity described in Example 1 above. The enzymes used for the evaluation of inhibitors were the seven enzymes shown in Fig. 6 among the enzymes described above.
そして、プロテアーゼ阻害剤としては、 E64を使用した。 40 /z g/mlに調製した E64 (システィンプロテアーゼの不可逆的阻害剤)を段階希釈して図 6に示す濃度で 、それぞれ 15分間、酵素チップ上でインキュベートした。その後、ァフィユティーラベ ルを使用して酵素活性シグナルを検出した。 E64 was used as a protease inhibitor. E64 (irreversible inhibitor of cysteine protease) prepared at 40 / z g / ml was serially diluted and incubated on the enzyme chip at the concentrations shown in FIG. 6 for 15 minutes each. Subsequently, the enzyme activity signal was detected using affinity labels.
[0164] 結果を図 6に示す。その結果、阻害剤が高濃度の場合には、酵素活性シグナルの 検出量は減少し、阻害剤が低濃度の場合には、酵素活性シグナルが増加することが 確認され、阻害剤の濃度依存的に酵素活性が阻害されることが確認された。 [0164] The results are shown in FIG. As a result, it was confirmed that when the concentration of the inhibitor was high, the detection amount of the enzyme activity signal was decreased, and when the concentration of the inhibitor was low, the enzyme activity signal was increased. It was confirmed that the enzyme activity was inhibited.
したがって、本発明により、酵素活性の阻害剤の評価を良好に実施できることが判 明した。 Therefore, it has been found that the present invention can favorably evaluate an enzyme activity inhibitor.
実施例 3 Example 3
[0165] 第 3の実施形態の実施例 [0165] Example of the third embodiment
図 11に示すように、システィンプロテアーゼファミリーに属する 8種類のカテブシン( Cathepsin)酵素 {ゥシ脾臓由来カテブシン B (CatB, bov)、ヒト肝臓由来カテブシン B ( CatB, hum)、組換えヒトカテブシン B (CatB, rec)、ゥシ脾臓由来カテブシン C (CatC , bov)、ゥシ腎臓由来カテブシン H (CatH, bov)、ヒト肝臓由来カテブシン L (CatL, hum)、組換えヒトカテブシン S (CatS, rec)、及び組換えヒトカテブシン K(CatK, rec)} 力 S 1サブアレイ中にそれぞれ 2スポット (duplicate)ずつ合計 16スポットが固定されて おり、図 12に示すように、このサブアレイを合計 48個(4列 X I 2行)有するハイドロゲ ルアルデヒド機能化ガラススライド (以下、 HGSと称する)を使用した。 As shown in FIG. 11, eight cathepsin enzymes belonging to the cysteine protease family (CatB, bov, spleen-derived cathepsin B (CatB, bov), human liver-derived cathepsin B (CatB, hum), recombinant human cathepsin B (CatB , rec), catfish spleen-derived cathepsin C (CatC, bov), catfish kidney-derived cathepsin H (CatH, bov), human liver-derived cathepsin L (CatL, hum), recombinant human cathepsin S (CatS, rec), and Recombinant human cathepsin K (CatK, rec)} force Two spots (duplicate) were fixed in each of the S1 subarrays, for a total of 16 spots. As shown in FIG. Row), a glass slide functionalized with hydrogen aldehyde (hereinafter referred to as HGS) was used.
前記 HGSを 3枚用意し、それぞれ工程(a)には HGS 1、工程 (b)には HGS 2、ェ 程 (c)には HGS3を使用した。 Three HGSs were prepared, and HGS 1 was used in step (a), HGS 2 was used in step (b), and HGS 3 was used in step (c).
[0166] 1.工程(a) [0166] 1. Step (a)
まず、 HGS1について、工程 (a)に従い、第 1実施形態に記載したようにブロッキン グ処理し、不要なブロッキング剤を洗浄除去し、次いで、 2mMの DTTを含有するプ レインキュベーション溶液(8 μ L)で各サブアレイをプレインキュベーションした。次い
で、サブアレイ 1列毎に 4つの異なる濃度(0.5 M、 1.5 M、 4.5 M、 13.5 M)の 蛍光標識ィ匕ァフィニティーラベル (上述の [化 1])溶液 (4 μ L)を接触させて、各酵素 と反応させた。次いで、各行毎に所定の反応時間(0分、 0.5分、 1分、 2分、 3分、 4分、 5分、 7分、 10分、 13分、 17分、 22分)に、 SDS含有バッファーで高ストリンジヱント条件 で洗浄した。次いで、マイクロアレイスキャナーで各スポットの蛍光強度を測定し、検 出された蛍光シグナルを IMAGENE™ソフトウェアー(バイオディスカバリー社製)に より反応産物の濃度に換算した。 First, HGS1 is subjected to a blocking treatment as described in the first embodiment according to step (a) to remove unnecessary blocking agents by washing, and then a pre-incubation solution (8 μL) containing 2 mM DTT is used. )) To preincubate each subarray. Next Then, four different concentrations (0.5 M, 1.5 M, 4.5 M, 13.5 M) of a fluorescently labeled affinity label (above [Chemical Formula 1]) solution (4 μL) are brought into contact with each row of the subarray. And reacted with each enzyme. Then, for each row, SDS-containing at the specified reaction time (0 min, 0.5 min, 1 min, 2 min, 3 min, 4 min, 5 min, 7 min, 10 min, 13 min, 17 min, 22 min) Washing was performed under high stringent conditions with a buffer. Next, the fluorescence intensity of each spot was measured with a microarray scanner, and the detected fluorescence signal was converted to the concentration of the reaction product by IMAGENE ™ software (manufactured by Bio Discovery).
[0167] 各反応時間で得られた反応産物の濃度(実測値)につ ヽて DYNAFIT™プロダラ ムを用いて、図 13に示すように酵素毎に 4種類のァフィユティーラベル濃度に対応す るカーブフィッティングを行った。詳細には、各実測値データとフィットするように、酵 素毎に酵素反応のモデリングが実施され、同時に各反応における速度定数 (力イネ テイクス定数)(k+l、 k-l、 kcat、 kside)の最適値が算出された。結果を以下の表 1に 示す。尚、図 13は、図 12にて得られたシグナルを反応産物の濃度に換算し、縦軸を 反応産物濃度、横軸を経過時間として得られたプログレスカーブ(時間変化曲線)で ある。 4つの曲線はそれぞれ異なるァフィユティーラベル濃度(0.5 M、 1.5 /z M、 4.5 μ Μ、 13.5 μ Μ)に対応するものである。また図 13は、 1種類の酵素についてのみ示 した結果であり、酵素チップ上に固定した酵素の種類数に応じて得られるものである (従って、例えば、本実施例では 8種のカテブシン酵素が使用されているので 8つの 結果が得られることとなる)。 [0167] Using the DYNAFIT ™ program, the concentration of the reaction product obtained at each reaction time (actually measured value) was measured for four enzyme label concentrations for each enzyme as shown in Fig. 13. Curve fitting was performed. In detail, the enzyme reaction is modeled for each enzyme so as to fit each measured data, and at the same time, the rate constants (force kinetics constants) (k + l, kl, kcat, kside) for each reaction are The optimal value has been calculated. The results are shown in Table 1 below. Note that FIG. 13 is a progress curve (time change curve) obtained by converting the signal obtained in FIG. 12 into the concentration of the reaction product, with the ordinate representing the reaction product concentration and the abscissa representing the elapsed time. The four curves correspond to different affinity label concentrations (0.5 M, 1.5 / zM, 4.5 μΜ, 13.5 μΜ). FIG. 13 shows the results for only one type of enzyme, and is obtained according to the number of types of enzymes immobilized on the enzyme chip (therefore, for example, in this example, eight types of cathepsin enzymes were used). 8 results will be obtained.
[0168] [表 1]
[0168] [Table 1]
力テフ °シン k+ 1 koat ^side Power Tef ° Shin k + 1 koat ^ side
[yM^s-1] [ s -1] [ s- [M^s-1 ] [yM ^ s- 1 ] [s- 1 ] [s- [M ^ s- 1 ]
B (bov) 1. 4 10. 4 0. 0465 0. 0102 B (bov) 1. 4 10. 4 0. 0465 0. 0102
B (hum) 3. 7 31. 0 0. 00994 10. 7 B (hum) 3.7 31.0 0.00994 10.7
B (rec) 1. 0 19. 3 0. 0207 3. 18 B (rec) 1. 0 19.3 0. 0207 3.18
C (bov) 2. 9 3. 46 0. 00655 3. 12 C (bov) 2.9 3.46 0.006655 3.12
H (bov) 3. 4 54. 7 0. 00461 H (bov) 3.4 54.7 0.00461
K (rec) 3. 8 56. 6 0. 0609 7. 1 1 K (rec) 3.8 56.6 0.06.009 7.1 1 1
L (hum) 6. 8 36. 1 0. 0229 101 L (hum) 6. 8 36. 1 0. 0229 101
S (rec ) 3. 0 16. 2 0. 0606 29. 9 S (rec) 3.0 16.2 0.0606 29.9
[0169] 上述の表 1に示される結果を基に、工程 (b)を実施するための条件 (ァフィ-ティー ラベル濃度 (A)と所定反応時間 (T) )とが設定された。本実施例においては、上記 8 o [0169] Based on the results shown in Table 1 above, conditions (affinity label concentration (A) and predetermined reaction time (T)) for carrying out step (b) were set. In this embodiment, the above 8 o
種類全てのカテブシン酵素に対応することが可能である条件として、所定 CMァフィ-テ ィーラベル濃度 (A) = 1. 0 M、所定反応時間 (T) = 120秒とした。 The conditions for being able to support all types of cathepsin enzymes were a predetermined CM affinity label concentration (A) = 1.0 M and a predetermined reaction time (T) = 120 seconds.
[0170] 2.工程 (b) [0170] 2. Process (b)
HGS2について、工程 (b)に従い、工程 (a)にて設定された条件 (所定ァフィ-ティ 一ラベル濃度 (A) = 1. 0 M、所定反応時間 (T) = 120秒)により、 176種類の試 験物質についてインヒビターのスクリーニングを実施した。なお 176種類の試験物質 の中に、予め 8種類の既知のシスティンプロテアーゼインヒビターをランダムに混在さ せた。 176 types of HGS2 were prepared according to the conditions set in step (a) according to step (b) (specified affinity-label concentration (A) = 1.0 M, specified reaction time (T) = 120 seconds). Inhibitor screening was performed for the test substances. Eight known cysteine protease inhibitors were randomly mixed in advance with 176 test substances.
[0171] 工程 (a)と同様にブロッキング処理し、不要なブロッキング剤を洗浄除去し、次いで 、各試験物質(3 M)と DTT (2mM)とを含有する試験物質含有溶液 (8 μ L)を各 サブアレイに接触させて 90分間プレインキュペートした。次いで、 1 Μのァフィ-テ ィーラベル溶液 (4 L)を添カ卩し、さらに 120秒間インキュベートして反応させた。 12 0秒後、各サブアレイを SDS含有バッファーにより高ストリンジェント条件で洗浄した。
次 、でマイクロアレイスキャナーで各スポットの蛍光強度を測定し、検出された蛍光シ グナルを IMAGENE™ソフトウェアー(バイオディスカバリー社製)により反応産物の 濃度に換算した。工程 (a)にて得られている試験物質の非存在下における蛍光強度 と比較して、 8種類全ての既知のシスティンプロテアーゼインヒビターをスクリーニング することができた。 [0171] Blocking treatment was performed in the same manner as in step (a), unnecessary blocking agents were washed away, and then a test substance-containing solution (8 µL) containing each test substance (3 M) and DTT (2 mM) Was contacted with each subarray and pre-incubated for 90 minutes. Next, 1 ml of an affinity label solution (4 L) was added to the mixture, and the mixture was further incubated for 120 seconds to react. After 120 seconds, each subarray was washed with a buffer containing SDS under high stringency conditions. Next, the fluorescence intensity of each spot was measured using a microarray scanner, and the detected fluorescence signal was converted to the concentration of the reaction product using IMAGENE ™ software (manufactured by Bio Discovery). Compared with the fluorescence intensity in the absence of the test substance obtained in step (a), all eight types of known cysteine protease inhibitors could be screened.
[0172] 3.工程(c) [0172] 3. Step (c)
HGS3を用いて、 8種類の既知のシスティンプロテアーゼインヒビターのうち、 4種類 のインヒビター [E- 64 (Powers, J.C., Asgian, J丄., Ekici, O.D., James, K.E. Using HGS3, four of eight known cysteine protease inhibitors [E-64 (Powers, J.C., Asgian, J 丄., Ekici, O.D., James, K.E.
Irreversible inhibitors of serine, cysteine, and threonine proteases. Chem. Rev. 102, 4639-4750 (2002).)、 Leu (Kuzmic, P. Program DYNAFIT for the analysis of enzyme kinetic data: application to HIV proteinase. Anal. Biochem. 237, 260-273 (1996).及 び Azaryan A., Galoyan A. Human and bovine brain cathepsin L and cathepsinH: purification, physico-chemical properties, and specificity. Neurochem. Res. 12, 207-13 (1987).)、 ALLN (Sasaki, T. et al. Inhibitory effect of di— and tripeptidyl aldehydes on calpains and cathepsins. J. Enzyme Inhibition 3, 195-201 (1990))、 CNI (Rydzewski, R.M. et al. Peptidic 1 -cyanopyrrolidines: synthesis and SAR of a series of potent, selective cathepsininhibitors . Bioorg. Med. Chem. 10, 3277—3284 (2002). ) ]につ ヽて工程 (c)を実施した。 Irreversible inhibitors of serine, cysteine, and threonine proteases.Chem. Rev. 102, 4639-4750 (2002).), Leu (Kuzmic, P. Program DYNAFIT for the analysis of enzyme kinetic data: application to HIV proteinase.Analytical Biochem. 237, 260-273 (1996); and Azaryan A., Galoyan A. Human and bovine brain cathepsin L and cathepsinH: purification, physico-chemical properties, and specificity. Neurochem. Res. 12, 207-13 (1987). .), ALLN (Sasaki, T. et al. Inhibitory effect of di-- and tripeptidyl aldehydes on calpains and cathepsins.J. Enzyme Inhibition 3, 195-201 (1990)), CNI (Rydzewski, RM et al. Peptidic 1- cyanopyrrolidines: synthesis and SAR of a series of potent, selective cathepsininhibitors. Bioorg. Med. Chem. 10, 3277-3284 (2002).
[0173] 試験物質 (インヒビター)濃度を種々に変更した試験物質含有溶液を用いて試験す ること以外は上述の工程 (b)と同様の手順で試験を実施した。図 18a)及び図 19a) は、それぞれインヒビター E-64及び CMの濃度を種々に変更して実施した結果 (シグ ナル (蛍光)画像)である。また、図 18b)及び図 19b)は、 6種類のカテブシン酵素(B 、 C、 H、 K、 L、 S)について、インヒビター E- 64及び CNIの濃度を種々に変更してェ 程 (c)を実施したときのシグナル強度の変化をプロットした結果である。各曲線は逆シ グモイド曲線になり、シグナル強度が 0. 1-0. 9の範囲内にある適当なインヒビター 濃度 (最適濃度)を選出した。 [0173] The test was performed in the same procedure as in the above step (b) except that the test was performed using a test substance-containing solution in which the concentration of the test substance (inhibitor) was variously changed. FIG. 18a) and FIG. 19a) show the results (signal (fluorescence) images) obtained by varying the concentrations of the inhibitors E-64 and CM, respectively. Figures 18b) and 19b) show the results obtained by varying the concentrations of the inhibitors E-64 and CNI for the six types of cathepsin enzymes (B, C, H, K, L, S) in step (c). 11 is a result obtained by plotting a change in signal intensity when the measurement is performed. Each curve was an inverse sigmoid curve, and an appropriate inhibitor concentration (optimal concentration) having a signal intensity in the range of 0.1-0.9 was selected.
[0174] 以上の結果から、アルゴリズム 1又はアルゴリズム 2により阻害定数 Kiを算出し、そ の結果を以下の表 2に示す。尚、表中括弧内に記載される数値は文献に記載される
公知の阻害定数であり、本発明により測定された結果と良く一致することが確認され た。 [0174] From the above results, the inhibition constant Ki was calculated by Algorithm 1 or Algorithm 2, and the results are shown in Table 2 below. The values in parentheses in the table are described in the literature It is a known inhibition constant, and it has been confirmed that it is in good agreement with the result measured by the present invention.
[表 2] 測定された阻害定数 (K i ) と文献に記載される阻害定数との比較 [Table 2] Comparison of measured inhibition constants (K i) with those reported in the literature
[0176] 本発明の頑健性(method robustness) [0176] Method robustness of the present invention
本発明者らは、広範にわたる様々の実施条件下においても本発明が適切に実施さ れ得るかを調べるために、実施条件 (界面活性剤 (SDS)濃度及び pH)を種々に変 更して、基板上に固定された酵素とァフィユティーラベルとを反応させた。 The present inventors have varied the operating conditions (surfactant (SDS) concentration and pH) to determine whether the present invention can be properly performed under a wide variety of operating conditions. The enzyme immobilized on the substrate was reacted with the affinity label.
[0177] 図 20 (a)に示すように、 HGSの 1列(12のサブアレイ)を使用して、それらサブァレ ィをブロッキング処理し、不要なブロッキング剤を洗浄除去した。次いで、種々の異な る SDS濃度(0— 35mM、 cmc (SDS) =6— 8mM)を有する DTT(2mM)含有プレ インキュベーション溶液 (8 μ L)を各サブアレイに接触させて 90分間プレインキュべ ートした。次いで、 1 Μのァフィユティーラベル溶液 (4 L)を添カ卩し、さらに 120秒 間インキュベートして反応させた。 120秒後、各サブアレイを SDS含有バッファ一によ り高ストリンジェント条件で洗浄した。次 、でマイクロアレイスキャナーで各スポットの
蛍光強度を測定し、検出された蛍光シグナルを IMAGENE1Mソフトウェアー (バイオ ディスカバリー社製)により反応産物の濃度に換算し、図 20 (b)に示されるように酵素 活¾として、 SDS濃度毎に PiZPOを算出してプロットした (Pi :各 SDS濃度における 反応産物濃度、 PO:各 SDS濃度における反応産物濃度のなかで最も大き 、反応産 物濃度 (最大値))。 [0177] As shown in Fig. 20 (a), using one row of HGS (12 subarrays), the subarrays were subjected to blocking treatment, and unnecessary blocking agents were washed away. A pre-incubation solution (8 μL) containing DTT (2 mM) with different SDS concentrations (0-35 mM, cmc (SDS) = 6-8 mM) was then pre-incubated for 90 min by contacting each subarray. did. Next, 1 mL of an affinity label solution (4 L) was added to the mixture, and incubated for 120 seconds to react. After 120 seconds, each subarray was washed with a buffer containing SDS under high stringency conditions. Next, use microarray scanner for each spot. The fluorescence intensity was measured, and the detected fluorescent signal was converted to the concentration of the reaction product using IMAGENE 1M software (manufactured by Bio Discovery), and as shown in Fig. 20 (b), the enzyme activity was determined for each SDS concentration. PiZPO was calculated and plotted (Pi: the concentration of the reaction product at each SDS concentration, PO: the largest of the reaction product concentrations at each SDS concentration, the reaction product concentration (maximum value)).
[0178] 図 20 (b)に示されるように、カテブシン S及びカテブシン Hは、 SDS濃度が増加する につれて急速にその活性が低下する。また一方で、カテブシン Kの酵素活性は、 SD S濃度が 6— 8mM (cmc (SDS) )付近で急激に最大となる。カテブシン B、カテブシ ン C及びカテブシン Lも前述のカテブシン Kと似たような傾向を示す力、カテブシン K ほど顕著ではな力つた。 As shown in FIG. 20 (b), the activity of cathepsin S and cathepsin H rapidly decreases as the SDS concentration increases. On the other hand, the enzymatic activity of cathepsin K sharply increases when the SDS concentration is around 6-8 mM (cmc (SDS)). Cathepsin B, cathepsin C and cathepsin L also showed a tendency similar to that of catabsin K described above, and were more remarkable than cathepsin K.
[0179] 図 21 (a)に示すように、 HGSの 1列(12のサブアレイ)を使用して、それらサブァレ ィをブロッキング処理し、不要なブロッキング剤を洗浄除去した。次いで、種々の異な る pH (3. 5-9)を有する DTT (2mM)含有プレインキュベーション溶液(8 μ L)を各 サブアレイに接触させて 90分間プレインキュペートした。次いで、 1 Μのァフィ-テ ィーラベル溶液 (4 L)を添カ卩し、さらに 120秒間インキュベートして反応させた。 12 0秒後、各サブアレイを SDS含有バッファーにより高ストリンジェント条件で洗浄した。 次 、でマイクロアレイスキャナーで各スポットの蛍光強度を測定し、検出された蛍光シ グナルを IMAGENE™ソフトウェアー(バイオディスカバリー社製)により反応産物の 濃度に換算し、図 21 (b)に示されるように酵素活性として、 pH毎に PiZPOを算出し てプロットした (Pi:各 pHにおける反応産物濃度、 P0:各 pHにおける反応産物濃度 のなかで最も大き!/、反応産物濃度 (最大値) )。 As shown in FIG. 21 (a), using one row of HGS (12 subarrays), the subarrays were subjected to blocking treatment, and unnecessary blocking agents were washed away. Then, a preincubation solution (8 μL) containing DTT (2 mM) having various different pHs (3.5-9) was brought into contact with each subarray and preincubated for 90 minutes. Next, 1 ml of an affinity label solution (4 L) was added to the mixture, and the mixture was further incubated for 120 seconds to react. After 120 seconds, each subarray was washed with a buffer containing SDS under high stringency conditions. Next, the fluorescence intensity of each spot was measured using a microarray scanner, and the detected fluorescence signal was converted to the concentration of the reaction product using IMAGENE ™ software (manufactured by BioDiscovery), as shown in Fig. 21 (b). Then, PiZPO was calculated and plotted for each pH as enzyme activity (Pi: reaction product concentration at each pH, P0: largest among reaction product concentrations at each pH! /, Reaction product concentration (maximum value)).
[0180] 図 21 (b)に示されるように、全てのカテブシンは、低 pH域にぉ ヽて高 、酵素活性 を示すことが確認された。特に、カテブシン Lの酵素活性は、 pHが増加すると急激に その活性が低下し、 pHが 6. 5より大きくなると事実上失活する。また、カテブシンしと は対照的に、カテブシン S及びカテブシン Cについては、少しアルカリ側の pHにおい ても有意な酵素活性を維持しており、この結果は、他の文献 (Kirschke, H., Barrett, A.J., awlings, N.D. Proteinases 1: Lysosomal Cysteine Proteases. Protein Profile, 2, 1587-1643 (1995).)に記載される結果と一致するものであった。なお、ァフィ-ティ
一ラベルにあるエポキシド基は、本来低 pHでより高い反応性を示すので、低 pHにお いては非酵素的副反応が増加することが予想される。前述の文献 (Kirschke, H., Barrett, A.J., Rawlings, N.D. Proteinases丄: Lysosomal Cysteine Proteases. Protein Profile, 2, 1587-1643 (1995).)に記載される方法力 得られる典型的な「鐘型」の酵 素活性 pH曲線カゝら予測される蛍光シグナルよりも、本実施例により得られた低 pH におけるほとんどのカテブシン酵素の蛍光シグナルがわずかに高 、ことから、蛍光シ グナル全体の中で非酵素的副反応由来の蛍光シグナルの占める割合が増加し得る t 、う予想はおそらく正し 、と思われる。 As shown in FIG. 21 (b), it was confirmed that all cathepsins exhibited high and high enzyme activity in a low pH range. In particular, the enzymatic activity of cathepsin L decreases sharply with increasing pH, and becomes virtually inactive when pH is greater than 6.5. In addition, in contrast to cathepsin, cathepsin S and cathepsin C maintain significant enzyme activity even at a slightly alkaline pH, which is shown in other literatures (Kirschke, H., Barrett , AJ, awlings, ND Proteinases 1: Lysosomal Cysteine Proteases. Protein Profile, 2, 1587-1643 (1995).). Affiliate Since the epoxide group on one label is inherently more reactive at low pH, it is expected that non-enzymatic side reactions will increase at low pH. The method described in the aforementioned document (Kirschke, H., Barrett, AJ, Rawlings, ND Proteinasesase: Lysosomal Cysteine Proteases. Protein Profile, 2, 1587-1643 (1995).) The fluorescence signal of most cathepsin enzymes at low pH obtained by this example was slightly higher than the fluorescence signal expected from the pH curve curve of It is likely that the proportion of fluorescent signal from non-enzymatic side reactions may increase, and that the prediction is probably correct.
[0181] 本発明において、酵素チップ上に固定された各酵素の動態は、溶液中で予期され る酵素の動態と類似するという事実が確認されたと共に、本実施例は、ァフィユティー ラベルを使用して行われる酵素活性研究にっ ヽて、広範な実施条件下でマイクロア レイを適用することが可能であることを強調するものである。従って、本発明は、有機 体 (生物体)中にみられるような代表的な実施条件下にお ヽて特に頑健性を有し得る [0181] In the present invention, the fact that the kinetics of each enzyme immobilized on the enzyme chip was similar to the expected kinetics of the enzyme in the solution was confirmed, and in this example, an affinity label was used. The enzymatic activity studies carried out underscore the possibility of applying microarrays under a wide range of operating conditions. Thus, the present invention may be particularly robust under typical operating conditions, such as those found in organisms (organisms).
産業上の利用可能性 Industrial applicability
[0182] 本発明は、酵素活性を調節可能な新規の医薬品化合物の探索において非常に有 用であり、医療業、製薬業等のさらなる発展に寄与し得るものである。 [0182] The present invention is extremely useful in searching for novel pharmaceutical compounds that can regulate enzyme activity, and can contribute to further development of the medical industry, pharmaceutical industry, and the like.
図面の簡単な説明 Brief Description of Drawings
[0183] [図 1]本発明の酵素活性測定方法の一般原理を示す図 [FIG. 1] Diagram showing the general principle of the enzyme activity measuring method of the present invention.
[図 2]酵素のプリンティング pHの影響を検討した結果を示す図 [Figure 2] Figure showing the results of examining the effect of printing pH on enzymes.
[図 3]酵素のプリンティング濃度の影響を検討した結果を示す図 [Figure 3] Figure showing the results of examining the effect of the printing concentration of the enzyme.
[図 4]基板の表面処理の影響を検討した結果を示す図 [Figure 4] Diagram showing the results of examining the effect of substrate surface treatment
[図 5]ブロッキング剤の影響を検討した結果を示す図 [Figure 5] Diagram showing the results of examining the effects of blocking agents
[図 6]プレインキュベーションと阻害剤の影響を検討した結果を示す図 [Figure 6] Diagram showing the results of examining the effects of preincubation and inhibitors
[図 7]プレインキュベーション時間の影響を検討した結果を示す図 [Figure 7] Diagram showing the results of examining the effect of preincubation time
[図 8]ァフィユティーラベル濃度の影響を検討した結果を示す図 [Figure 8] Diagram showing the results of examining the effect of affinity label concentration
[図 9]本発明の酵素活性測定方法によって得られるシグナルパターンのイメージを示 す図
圆 10]本発明の第 3の実施形態の各工程 (a)一 (c)を示す図 FIG. 9 is a diagram showing a signal pattern image obtained by the enzyme activity measuring method of the present invention. [10] Diagram showing each step (a)-(c) of the third embodiment of the present invention
[図 11]本発明の酵素チップにおけるサブアレイの一例を示す図 FIG. 11 shows an example of a subarray in the enzyme chip of the present invention.
[図 12]本発明の酵素チップの一例であり、工程 (a)にて処理した後の各サブアレイの シグナル (蛍光)画像を示す図。 FIG. 12 is an example of the enzyme chip of the present invention, showing a signal (fluorescence) image of each subarray after the treatment in step (a).
[図 13]工程 (a)にて得られたシグナルを反応産物の濃度に換算し、縦軸を反応産物 濃度、横軸を経過時間として得られたプログレスカーブ(時間変化曲線) [Figure 13] The signal obtained in step (a) is converted into the concentration of the reaction product, the vertical axis represents the reaction product concentration, and the horizontal axis represents the progress curve (time change curve) obtained.
[図 14]酵素反応のモデリングの一例を示した図 [Figure 14] Diagram showing an example of modeling of an enzyme reaction
[図 15]インヒビターの存在下における酵素反応モデルを示す図 FIG. 15 is a diagram showing an enzyme reaction model in the presence of an inhibitor
圆 16]工程 (c)を実施した際 1種類の酵素について得られ得る結果を模式的に示し た図 [16] A diagram schematically showing the results that can be obtained for one type of enzyme when step (c) is performed
[図 17]本発明の第 3の実施形態をまとめたフローチャートを示す図 FIG. 17 shows a flowchart summarizing a third embodiment of the present invention.
[図 18] (a)は、インヒビター E-64の濃度を種々に変更して実施した結果 (シグナル (蛍 光)画像)を示す図であり、 (b)は、 6種類のカテブシン酵素(B、 C、 H、 K、 L、 S)に ついて、インヒビター E-64の濃度を種々に変更して工程 (c)を実施したときのシグナ ル強度の変化をプロットした図 [FIG. 18] (a) shows the results (signal (fluorescence) image) obtained by changing the concentration of inhibitor E-64 in various ways, and (b) shows the results of the six types of cathepsin enzymes (B , C, H, K, L, S) plotting the change in signal intensity when performing step (c) with various concentrations of inhibitor E-64.
[図 19] (a)は、インヒビター CNIの濃度を種々に変更して実施した結果 (シグナル (蛍 光)画像)を示す図であり、 (b)は、 6種類のカテブシン酵素(B、 C、 H、 K、 L、 S)に ついて、インヒビター CMの濃度を種々に変更して工程 (c)を実施したときのシグナル 強度の変化をプロットした図 [FIG. 19] (a) shows the results (signal (fluorescence) image) obtained by changing the concentration of the inhibitor CNI variously, and (b) shows the results of the six types of cathepsin enzymes (B and C). , H, K, L, S) plotting the change in signal intensity when step (c) was performed with various changes in the inhibitor CM concentration.
[図 20] (a)は、 SDSの濃度を種々に変更して実施した結果 (シグナル (蛍光)画像)を 示す図であり、 (b)は、 6種類のカテブシン酵素(B、 C、 H、 K、 L、 S)について、 SDS の濃度を種々に変更して実施したときの酵素活性の変化をプロットした図 [FIG. 20] (a) shows the results (signal (fluorescence) image) obtained by changing the concentration of SDS variously, and (b) shows the results of six types of cathepsin enzymes (B, C, H). , K, L, S) plotting the change in enzyme activity when the SDS concentration was changed variously
[図 21] (a)は、 pHを種々に変更して実施した結果 (シグナル (蛍光)画像)を示す図で あり、 (b)は、 6種類のカテブシン酵素(B、 C、 H、 K、 L、 S)について、 pHを種々に 変更して実施したときの酵素活性の変化をプロットした図
[FIG. 21] (a) shows the results (signal (fluorescence) images) of various pH changes, and (b) shows the results of six types of cathepsin enzymes (B, C, H, and K). , L, S) plotting the change in enzyme activity when carried out with various pH changes