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  • 特表-ポリペプチドの播種沈降 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-16
(54)【発明の名称】ポリペプチドの播種沈降
(51)【国際特許分類】
   C07K 1/32 20060101AFI20240208BHJP
【FI】
C07K1/32
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023551217
(86)(22)【出願日】2022-02-22
(85)【翻訳文提出日】2023-10-20
(86)【国際出願番号】 EP2022054454
(87)【国際公開番号】W WO2022180062
(87)【国際公開日】2022-09-01
(31)【優先権主張番号】21158984.1
(32)【優先日】2021-02-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.TRITON
2.BRIJ
3.TWEEN
(71)【出願人】
【識別番号】521002017
【氏名又は名称】プレオミクス・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
【氏名又は名称原語表記】PREOMICS GMBH
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】クルカ,ニルス・アー
(72)【発明者】
【氏名】ヨハンソン,セバスチャン・ハー
(72)【発明者】
【氏名】ハーティンガー,カトリン
【テーマコード(参考)】
4H045
【Fターム(参考)】
4H045AA20
4H045AA30
4H045BA62
4H045EA60
4H045GA05
4H045HA32
(57)【要約】
本発明は、タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドを含む試料をプロセシングまたは分画する方法であって、(a)前記試料の物理化学的条件を変化させるステップ;ならびに(b)以下の(i)および(ii):(i)前記試料に固体粒子状物質を添加すること;および(ii)粗面を有する容器中で前記方法を実行することの一方または両方を実行するステップを含み、ステップ(a)および(b)を同時に、または任意の順序で行うことができ;前記プロセシングまたは分画が、前記粒子状物質および/または前記不均一な表面上の沈降物としてタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの1つまたは複数の第1の画分、ならびに上清中に残存するタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの第2の画分を得る、前記方法に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドを含む試料をプロセシングまたは分画する方法であって、
(a)前記試料の物理化学的条件を変化させるステップ;ならびに
(b)以下の(i)および(ii):
(i)前記試料に固体粒子状物質を添加すること;および
(ii)粗面を有する容器中で前記方法を実行すること
の一方または両方を実行するステップ
を含み、
ステップ(a)および(b)を同時に、または任意の順序で行うことができ;
前記プロセシングまたは分画が、前記粒子状物質および/または前記不均一な表面上の沈降物としてタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの1つまたは複数の第1の画分、ならびに上清中に残存するタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの第2の画分を得る、前記方法。
【請求項2】
前記試料が細胞溶解物または体液であり、必要に応じて、前記細胞溶解物または前記体液が抗凝固剤で処理されている、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
ステップ(a)、ステップ(b)、またはステップ(a)と(b)との両方が、好ましくは、請求項1で定義された上清を用いて、1回より多く実施される、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項4】
前記変化させるステップに際した前記物理化学的条件が、
(i)70℃を超える温度、0.8%(w/v)を超えるSDSなどの変性界面活性剤の濃度、および25%(v/v)を超えるアセトニトリルなどの有機溶媒の濃度を含まない;ならびに/または
(ii)前記タンパク質、ポリペプチドおよび/もしくはペプチドのための非変性条件である、
先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項5】
前記物理化学的条件が、
(i)pH値;
(ii)温度;
(iii)少なくとも1つの有機溶媒の濃度;
(iv)少なくとも1つの塩の濃度;
(v)少なくとも1つの界面活性剤の濃度;ならびに
(vi)前記タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの濃度
の1つ、複数または全部である、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項6】
物理化学的条件の前記変化させるステップが、
(i)上昇後の温度が50℃より低い、前記温度の前記上昇;
(ii)増加後の溶媒の濃度が20%(v/v)未満である、有機溶媒の前記濃度の前記増加;
(iii)増加後のカオトロピック塩の濃度が0.5M未満である、前記カオトロピック塩の前記濃度の前記増加;および
(iv)増加後の界面活性剤の濃度が0.5%(w/v)未満である変性界面活性剤の前記濃度の前記増加
から選択される、請求項5に記載の方法。
【請求項7】
前記固体粒子状物質が、0.4~500μmの直径を有する複数のマイクロ粒子であり、好ましくは、前記複数のマイクロ粒子が組成において同一である、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項8】
前記粗面がエッチングされている、または多孔性である、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項9】
前記固体粒子状物質が、
(i)磁性または磁化可能な組成物;
(ii)浮遊粒子;および
(iii)沈降粒子
の1つ、複数または全部からなる、またはそれを含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項10】
前記固体粒子状物質または前記粗面が、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリスチレンジビニルベンゼン(PS-DVB)、ポリ-テトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリオキシメチレン(POM)、高密度ポリエチレン(HDPE)および低密度ポリエチレン(LDPE)を含むポリエチレン(PE)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、シリカ、シラノール、セラミック、ガラス、または金属からなる、またはそれを含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項11】
前記固体粒子状物質が、
(i)C4、C8、C18およびスチレンなどの疎水性部分;ならびに/または
(ii)ヒドロキシル、カルボキシル、スルホニル、第2級、第3級および第4級アミンなどの親水性部分、好ましくは、ヒドロキシル、より好ましくは、シラノール
を担持する、請求項1から5、7または8のいずれか1項に記載の方法。
【請求項12】
前記プロセシングまたは分画の後、以下のステップ:
(c)前記沈降物から前記上清を分離するステップ;
(d)前記沈降物を洗浄し、必要に応じて、前記洗浄溶液を、前記上清と合わせるステップ;ならびに
(e)ステップ(c)または(d)の前記上清中の前記タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドを、好ましくは、プロテアーゼを用いて、化学物質を用いて、または機械的に切断するステップ
の1つまたは複数を行う、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項13】
前記プロセシングまたは分画の後、以下のステップ:
(f)前記上清から前記沈降物を分離するステップ;
(g)前記沈降物を洗浄するステップ;
(h)前記沈降物に由来するタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドを可溶化または再懸濁するステップ;ならびに
(j)ステップ(h)で得られた前記溶出液中の前記タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドを、好ましくは、プロテアーゼを用いて、化学物質を用いて、または機械的に切断するステップ
の1つまたは複数を行う、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項14】
タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの沈降をモジュレートまたは増強するための、不均一な表面を有する容器および/または固体粒子状物質の使用。
【請求項15】
少なくとも1つの薬剤が固体粒子状物質に付着した前記固体粒子状物質であって、前記少なくとも1つの薬剤が、タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの沈降の誘発因子である、固体粒子状物質。
【請求項16】
(i)前記少なくとも1つの薬剤が1つの薬剤である;
(ii)前記薬剤が酸もしくは塩基である;
(iii)前記薬剤が界面活性剤、好ましくは、非変性界面活性剤である;および/または
(iv)前記薬剤が塩、好ましくは、コスモトロピック塩である、
請求項15に記載の固体粒子状物質。
【請求項17】
予め充填された反応容器であって、請求項15または16に記載の固体粒子状物質を含む、前記容器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【0001】
本発明は、タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドを含む試料をプロセシングまたは分画する方法であって、(a)前記試料の物理化学的条件を変化させるステップ;ならびに(b)以下の(i)および(ii):(i)前記試料に固体粒子状物質を添加すること;および(ii)粗面を有する容器中で前記方法を実行することの一方または両方を実行するステップを含み、ステップ(a)および(b)を同時に、または任意の順序で行うことができ;前記プロセシングまたは分画が、前記粒子状物質および/または前記不均一な表面上の沈降物としてタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの1つまたは複数の第1の画分、ならびに上清中に残存するタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの第2の画分を得る、前記方法に関する。
【0002】
本明細書では、特許出願および製造業者のマニュアルを含むいくつかの文献が引用される。これらの文献の開示は、本発明の特許性に関連するとは考えられないが、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。より具体的には、全ての参照される文献は、あたかもそれぞれ個々の文献が具体的かつ個別的に参照により組み込まれると示されたのと同じ程度に参照により組み込まれる。
【0003】
ポリペプチド/タンパク質の分画、分離、または枯渇は、依然としてバイオ医薬品研究における課題である。例えば、現在の製薬研究における主要な目標の1つは、血漿などの体液の中からのポリペプチド/タンパク質バイオマーカーの同定、検出および定量である。体液内のポリペプチド/タンパク質の非常に高いダイナミックレンジのため、低い存在量のポリペプチド/タンパク質は、検出が困難であることが多いか、または多くの場合、不可能である。このために、多くの現在の方法は、血清アルブミンおよび免疫グロブリンなどの高い存在量のポリペプチド/タンパク質を、それぞれのタンパク質に対するより高い親和性を有するタンパク質への選択的結合によって枯渇させ、除去することを目標とする。例えば、プロテインGビーズは、目的の試料中のIgGタンパク質の量を減少させるために一般的に用いられている。さらに、イオン交換クロマトグラフィーなどの分画方法も、ポリペプチド/タンパク質を分離し、試料の複雑性およびダイナミックレンジを減少させるために使用されることが多い。
【0004】
選択的タンパク質/ポリペプチド沈降の概念は、よく確立されており、以前に記載された(E.J.Cohn、L.E.Strong、W.L.Hughes、D.J.Mulford、J.N.Ashworth、M.Melin、およびH.L.Taylor;Journal of the American Chemical Society、1946、68巻(3号)、459~475頁;DOI:10.1021/ja01207a034)。ここで、pH、温度、およびエタノール含量が、血漿中の溶液中のある特定のポリペプチド/タンパク質の段階的沈降を誘導するために利用される。このプロセスは依然として、ある特定のタンパク質/ポリペプチド種を精製するための製薬業界における大規模タンパク質富化における主要プロセスの1つである。しかしながら、このプロセスは、残存する可溶性ポリペプチド/タンパク質から沈降したポリペプチド/タンパク質を上手く分離するために濾過またはスピンダウンすることができる十分な沈降物を生成するために大量の出発材料を必要とする。さらに、濾過または遠心分離の自動化は、依然として困難である。
【0005】
Batthら(Molecular and Cellular Proteomics 18巻、1027~1035頁、2019)およびHughesら(Molecular Systems Biology 10巻、757頁、2014)は、タンパク質変性を伴う過酷な条件、例えば、沸騰時でも80℃の温度、高濃度の変性界面活性剤、例えば、SDS、高濃度の有機溶媒、例えば、アセトニトリル、またはそれらの組合せを共有するプロテオーム分析のためのワークフローを記載している。
【0006】
先行技術の欠点を考慮すると、本発明の基礎となる技術的課題は、試料のプロセシングもしくは試料の分画のための改善された手段および方法、特に、ポリペプチドを含む試料の提供、または研究、製造および診断を含むプロテオミクスの分野に見ることができる。
【0007】
この技術的課題は、同封の特許請求の範囲によって、および本開示に含まれる実施例によって証明されるように解決された。
【0008】
したがって、本発明は、第1の態様において、タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドを含む試料をプロセシングまたは分画する方法であって、(a)前記試料の物理化学的条件を変化させるステップ;ならびに(b)以下の(i)および(ii):(i)前記試料に固体粒子状物質を添加すること;および(ii)粗面を有する容器中で前記方法を実行することの一方または両方を実行するステップを含み、ステップ(a)および(b)を同時に、または任意の順序で行うことができ;前記プロセシングまたは分画が、前記粒子状物質および/または前記不均一な表面上の沈降物としてタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの1つまたは複数の第1の画分、ならびに上清中に残存するタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの第2の画分を得る、前記方法に関する。
【0009】
それと関連して、本発明は、生体分子を含む試料をプロセシングまたは分画する方法であって、(a)前記試料の物理化学的条件を変化させるステップ;ならびに(b)以下の(i)および(ii):(i)前記試料に固体粒子状物質を添加すること;および(ii)粗面を有する容器中で前記方法を実行することの一方または両方を実行するステップを含み、ステップ(a)および(b)を同時に、または任意の順序で行うことができる、前記方法を提供する。
【0010】
好ましい生体分子は、生体高分子である。好ましい生体高分子は、上に開示されたタンパク質、ポリペプチドおよびペプチドに加えて、核酸、糖および脂質を含む。
【0011】
用語「分画」は、その業界で確立された意味を有する。それは、化合物または分析物の混合物を、少なくとも2つの別々の混合物に分割することを指し、ここで、前記別々の混合物は、少なくとも1つの前記化合物または分析物に関してその相対含量が異なる。換言すれば、少なくとも1つの分析物は、少なくとも1つの他の画分と比較して、少なくとも1つの画分において富化されている。分画は、少なくとも1つの分析物の、少なくとも1つの画分からの実質的な、または全体的な枯渇をもたらし得るが、そうである必要はない。より一般的な意味では、分画は、元の混合物と比較して、ダイナミックレンジまたは複雑性の改変または低下をもたらし得る、例えば、最も存在量の多い分析物の量の、最も存在量の少ない分析物の量に対する比を、元の混合物と比較して、得られる画分の少なくとも1つにおいて低下させることができる。ダイナミックレンジのそのような低下は、一般的には、その後の分析手順、例えば、質量分析(MS)における検出に適している分析物の量を増加させる。本明細書で使用される場合、用語「複雑性」とは、所与の画分に含まれる分析物、特に、タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの数を指す。ダイナミックレンジの圧縮は、一般的には、より多数の分析物が検出されることを伴う。
【0012】
用語「タンパク質」、「ポリペプチド」および「ペプチド」は、同様にその業界で確立された意味を有する。特に、ペプチドおよびポリペプチドは、アミノ酸、好ましくは、タンパク質を構成するL-アルファ-アミノ酸の重縮合物である。本明細書では、そのような重縮合物は、それが30個以下のアミノ酸を含有する場合、ペプチドと称され、より長い重縮合物は、ポリペプチドと称される。好ましいペプチドは、20~30アミノ酸の長さを有するものである。一般に、ペプチドおよびポリペプチドは、単鎖であり、ジスルフィドなどの架橋および/またはリン酸化などの改変の存在を排除しない。他方で、タンパク質は、それらがポリペプチドのオリゴマーであっても、および/または補欠分子族などの非タンパク質性成分を含んでもよいという点で、より複雑な構造を有してもよい。そのようなタンパク質、ポリペプチドおよびペプチドの分析は、分子レベルで健康状態と疾患状態とを区別することに関して、特に興味深いものである。
【0013】
「物理化学的条件」は、温度などの物理的パラメータならびに溶媒組成などの化学的パラメータの両方を包含する。物理化学的条件は、混合物中の分析物の状態に対する影響を有し、その状態を分析物の化学ポテンシャルに関して表現することができる。物理化学的条件の変化は、より大きい、またはより小さい程度での、混合物中の1つまたは複数の分析物の沈降を誘発するための手段である。条件の変化は、分析物の沈降状態を促進する。この点で、沈降と変性との間には線を引く必要がある。以下でさらに明らかになるように、沈降を誘発するが、変性を避ける条件が優先される。
【0014】
用語「沈降」は、特に、化学の分野で使用される場合、その業界で確立された意味を有する。それは、溶解または可溶性から不溶性への、考慮中の物質の組成物(ここでは、タンパク質、ポリペプチド、および/またはペプチド)の状態の変化を指す。不溶性物質は、最初は懸濁液として形成してもよく、次いで、例えば、重力の影響下で沈殿して(遠心分離などの手順によって促進することができる)、沈降物(特定の領域、一般的には、使用される容器またはコンテナの底部における不溶性物質)を得てもよい。遠心分離の場合、沈降物は、一般的には、ペレットと称される。
【0015】
前記プロセシングまたは分画は、前記粒子状物質および/または前記不均一な表面上の沈降物としてタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの1つまたは複数の第1の画分、ならびに上清中に残存するタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの第2の画分を得る。そのような分画は、原理的には、その最も広い定義において第1の態様の方法に内在する。これは、上清および沈降物の用語を提起し、両方ともその業界で確立された意味を有する。第1の態様の方法に従うプロセシングの後、元の試料のタンパク質、ポリペプチドおよびペプチドの一部は、その物質の状態を変化させており、もはや溶液中にはないが、沈降物として、前記不均一な表面および/または前記固体粒子状物質に接着する。残りの分析物は依然として溶液中にあり、上清を構成する。
【0016】
これは、少なくとも1つの第1の画分および第2の画分の概念を提起する。1つより多い第1の画分、すなわち、1つより多い沈降物が存在してもよいという事実は、本発明の方法が1つより多い型の粒子状物質および/または1つより多い型の不均一な表面を用いてもよいという事実に由来する。1つの型の粒子状物質または不均一な表面が好ましい。
【0017】
沈降は、溶液が過飽和になった時、すなわち、溶液が、所与の条件下で溶液中で安定に維持することができるものよりも多い溶質を含有する時に起こる。しかし、過飽和状態は、ある特定の時間量にわたって持続してもよい。これが、沈降が起こる理由であり、一般的には、核生成として知られるプロセスが起こる必要がある。核生成が起こらない場合、過飽和状態は、準安定になり得る。「準安定」とは、わずかな条件変化に応答して安定であるが、より大きい条件変化が起こる場合には不安定である状態を指す。核生成は、播種によって容易化され得る。播種は一般に、準安定な過飽和状態を、沈降を伴う不安定な状態に変換する。播種は、以下でさらに明らかになるように、機構的な用語で本発明の重要な特徴である。
【0018】
物理化学的条件は、沈降の好適な誘発因子であると記載されている;上記の背景のセクションで引用された文献を参照されたい。本発明に従って変化させるべき好ましい物理化学的条件の一覧は、以下にさらに開示される好ましい実施形態の主題である。本明細書で使用される条件と関連する用語「過酷」とは、沈降を誘発するのに特にふさわしい物理化学的条件を指す。過酷な条件は、極端な場合、前記試料からの全部または実質的に全部のタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの沈降を引き起こし得る。そのため、過酷な条件は、一般的には、あまり好ましくない。過酷な条件の別の欠点は、沈降に加えて、それらが好ましい分析物であるタンパク質、ポリペプチドおよびペプチドなどの生体分子の変性を誘発し得るということである。以下でより詳細に考察される通り、本発明による手段(b)は、沈降を全く誘発しない、または不十分な程度で誘発するため、手段(b)の非存在下では用いることができない条件を含む、あまり過酷ではない条件を使用することを可能にする。好ましい、あまり過酷ではない条件は、非変性条件ならびに以下にさらに開示される特定の条件である。
【0019】
実際、本発明者らは、驚くべきことに、物理化学的条件の変化の効果をモジュレートまたは増強することができることを発見した。これは、本発明の第1の態様の方法のステップ(b)において表現される。そのようなモジュレーションまたは増強は、異なる程度で異なる分析物に影響してもよいが、影響する必要はない。ステップ(b)による尺度は、事実上、物理的である。それらの包括的原理は、構造化された表面または粗面である。そのような構造化された表面は、プロセシングもしくは分画しようとする試料に添加される粒子状物質として、またはプロセシングもしくは分画が行われる容器の表面の改変として具体化され得る。
【0020】
構造化された表面は、特に制限されない。驚くべきことに、粒子状物質の組成は無関係であるということが判明した。さらに、容器の構造化された表面は、容器の残りの部分と同じ材料(ガラス、プラスチックなど)から作られていてもよい。
【0021】
容器の表面は、全体的に、または1つもしくは複数の領域において粗くてもよい。前記1つまたは複数の領域のサイズは巨視的であるが、粗い領域における構造的な不均一性または粗さは顕微鏡的である。例えば、領域は、3、4、5、6、7、8、または9mmを含む、2~10mmなどの1~20mmの直径を有してもよい。他方、構造的不均一性または粗さは、ナノメートルからμm規模、好ましくは、0.4~100μm、より好ましくは、1~60μm、例えば、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20および25μmを含む2~30μmなどの1~60μmである。
【0022】
表面の構造的不均一性または粗さは、粗さパラメータRaを単位として記載され得る。Raは、考慮中の表面に沿ったプロファイルの中心線からの算術平均偏差である。Raの値は、長さである;それは通常、μmで特定される。好ましい実施形態では、粗さに関する上で与えられた好ましい値が、Ra値である。粗さは、表面形状測定装置、光学コンパレータ、干渉計および顕微鏡などの機器によって決定することができる。好ましい機器は、表面形状測定装置である。
【0023】
一般に、構造的不均一性の好ましいスケールは、前記固体粒子状物質の好ましいサイズでもある。
【0024】
特定の理論によって束縛されることを望むものではないが、前記固体粒子状物質および前記粗面は、常に形成するが、粒子または粗面の非存在下では再び溶解する、非常に小さい核(沈降プロセスの初期中間体)を安定化すると考えられる。さらに説明すると、小さい核は、より大きい核と比較して、体積比でより大きい表面を有する。核の自由エネルギーは、その表面とその体積との両方に依存する。古典的な核生成理論によれば、表面項は常に正であり、核生成の合計自由エネルギーが小さい核について正となるような核生成を好まない。核のサイズが成長している場合にのみ、体積項が優位に立ち、最終的に、核生成が進行し、沈降が起こる。前記粒子状物質または前記粗面は、体積項の優位が非常に小さい核について既に起こっているように、小さい核の表面エネルギーを改変すると考えられる。
【0025】
本発明の方法は、試料中の分析物のダイナミックレンジを減少させること、および/または検出に適している分析物の数を増加させることに関して確立された方法と比較した場合、優れて機能する。ダイナミックレンジの減少は、質量分析などの任意の下流の分析方法の性能を改善する。質量分析などの分析方法は、本質的には、十分な定性的および定量的検出がその中で可能である限られたダイナミックレンジを特徴とする。試料中に含まれる分析物のダイナミックレンジを減少させることによって、例えば、最も存在量の多い分析物の相対量を減少させることによって、本発明の方法を用いてプロセシングされなかった試料中の、検出を逃れる低い存在量の分析物が、検出可能および定量可能になる。
【0026】
本発明の方法はさらに、タンパク質またはポリペプチドの分画の業界で確立された方法と比較して、プロセシング速度の劇的な改善を提供する。一晩、または数日間のプロセシングが当業界で一般的であり、また、本発明によっても想定されるが(30秒~一晩(約12時間)または1週間の任意のプロセシング時間が好ましい)、本発明の方法は、より好ましくは、分で測定される時間規模で、例えば、1分~3時間、2~30分、例えば、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20または25分で実施することができる。
【0027】
さらなる改善は、方法の実施の成功にとって十分な試料の量である。先行技術の方法は一般的には大量の、またはさらには数リットルの体液を必要とするが、本発明は、1~1000μl、5~100μl、例えば、10、20、30、40または50μlなどの小さい試料サイズで機能する。尿などのタンパク質/ポリペプチド/ペプチド濃度が低い体液の場合、上記で特定された範囲および値に加えて、1μl~100mlまたは10μl~50mlなどの、より大きい試料サイズも考慮される。
【0028】
実施例に見られるように、考慮中のプロテオームを、前例のない深度で分析することができた。すなわち、MSによる検出に適しているタンパク質の数は、予想外に多かった。
【0029】
本発明の、特に、不均一な表面または粒子状物質の沈降に対するモジュレート/増強効果のさらなる利点は、業界で確立された手順と比較してあまり過酷ではない様式で、物理化学的条件を用いることができるということである。換言すれば、第1の態様のステップ(b)による尺度の存在下では、物理化学的条件を、沈降と分画との両方に関して依然として十分な結果を得ながら、前記尺度の非存在下と比較して少ない程度で変化させることができる。実際、あまり強力に沈降しない条件は、例えば、血漿試料中の、高存在量のタンパク質、ポリペプチドまたはペプチドから低存在量のものを分離するのに十分であるだけでなく、より優れていることが見出されている。強力に沈降する条件(Cohnら、上掲に記載されたものなど)は一般に、タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの混合物の選択性の低い沈降をもたらすが、あまり沈降しない条件は驚くべきことに、播種された沈降物のより選択的な沈降をもたらすことが見出された。実施例に示されるように、沈降物中の高存在量の分析物と比較して、低存在量の分析物を富化することができた。とりわけ、前記試料中の総タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの画分のみを沈降させることが想定されるか、またはさらには好ましい。そうすることによって、好ましい様式で検出可能なタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドのダイナミックレンジおよび数が改変される。前記画分は、0.01~50重量%、より好ましくは、0.1~20重量%、例えば、0.5~10重量%の範囲にあってもよい。0.0001~5重量%および0.001~1重量%などの、さらにより少ない画分が、意図的に想定される。
【0030】
実施例に示されるように、本発明の方法は、所与の試料中のより多数のタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの検出を可能にするため(換言すれば、プロテオームがより大きい深度で検出される)、前記方法は、細胞、組織または生物の所与の状態(健康および疾患を含む「状態」)のための新規マーカーおよび新規マーカーの組合せを提供し、順に、新規マーカーは改善された診断を提供する。特に、タンパク質の検出は多くの分析または診断適用において目的のものであることを考慮すれば、タンパク質が特に好ましい分析物である。
【0031】
好ましい実施形態では、前記タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドは、前記試料中に溶解している。
【0032】
さらに好ましい実施形態では、前記試料は、細胞溶解物または体液であり、必要に応じて、前記体液または細胞溶解物は、抗凝固剤で処理されている。
【0033】
本発明の方法の細胞溶解物への適用は、「宿主細胞タンパク質(HCP)」分析として当業界で公知であるものに拡張される。HCP分析は、その生産/製造のために使用される、細胞、例えば、不死化B細胞からの、バイオ医薬品、例えば、抗体の精製のモニタリングを指す。そのような精製は一般に、宿主細胞タンパク質を枯渇させ、最終的に医薬品等級の生成物を得る段階的プロセスである。前記宿主細胞タンパク質は、宿主細胞に由来する潜在的にアレルギー性の、またはそうでなければ望ましくないタンパク質またはポリペプチドを含む。換言すれば、HCP分析を、本発明の方法を使用して実行することができる。
【0034】
体液は、血液、血清、血漿、唾液、鼻スワブ、尿、膣液、精液、および脳脊髄液を含む。細胞溶解物を、任意の細胞、組織または生検から取得することができる。好ましくは、前記細胞溶解物の不溶性部分は、例えば、本発明の方法を実施する前に遠心分離または濾過によって除去される。
【0035】
用語「抗体」は、その業界で確立された意味を有する。それは、全ての天然に存在するクラスおよびサブクラス、例えば、IgG(IgG1、IgG2、IgG3およびIgG4を含む)、IgA、IgM、IgDおよびIgE、ならびにラクダ科抗体を包含する。本明細書で使用される場合、用語「抗体」はさらに、断片(Fabなど)および操作された抗原結合性分子、例えば、単鎖抗体、二または多特異性抗体および少なくとも3個(特に、ラクダ科抗体およびその誘導体の場合)、好ましくは、6個の相補性決定領域(CDR)を有する任意の抗原結合性分子を包含する。
【0036】
抗凝固剤を用いた生体試料の処理は、特に、それが臨床試料になる場合、当業界で一般的である。一例を挙げれば、血清は、保存された場合に凝固し得る血液の液体成分であるが、抗凝固剤の添加は、凝固を防止するのに役立ち、血漿を生じさせる。血清の場合の血栓および血漿の場合の血液細胞は一般に、遠心分離によって除去される。抗凝固剤は、当業界で公知であり、EDTAが特に一般的であり、EDTA K2およびEDTA K3が好ましい。
【0037】
さらに好ましい実施形態では、ステップ(a)、ステップ(b)、またはステップ(a)と(b)との両方は、好ましくは、上で定義された上清を用いて、1回より多く実施される。本発明の方法を、反復的に実施することができる。例えば、最初の沈降物が除去されたら、同じか、もしくは改変された物理化学的条件下で、および/または同じか、もしくは異なる不均一な表面もしくは粒子状物質を用いて、上清を用いて方法を反復することができる。これにより、方法の最初の実施時に得られた上清をさらに分画することができる。
【0038】
さらに好ましい実施形態では、前記変化に際した前記物理化学的条件は、(i)70℃を超える温度、0.8%(w/v)を超えるSDSなどの変性界面活性剤の濃度、および25%(v/v)を超えるアセトニトリルなどの有機溶媒の濃度を含まない;ならびに/または(ii)前記タンパク質、ポリペプチドおよび/もしくはペプチドのための非変性条件である。
【0039】
試料調製のための一般的に使用されるワークフロー(本明細書の導入部分を参照されたい)は、タンパク質、ポリペプチドおよびペプチドの完全な、または実質的に完全な沈降を含む。このために、非常に過酷な条件、特に、上記実施形態の項目(i)に記載されたものが用いられる。他方、本発明の方法は、粒子および/または粗面の使用のおかげで、そのような過酷な条件をなしで済ますことができる。
【0040】
これは、明確な利点を提供する。上述の通り、プロテオームは、一般的には、大きいダイナミックレンジを特徴とする。結果として、抗体およびアルブミンなどの高存在量のタンパク質の存在下での低存在量のタンパク質の検出は困難になる。しかし、研究および診断の分野における多くの適用について、低存在量のタンパク質の捕捉は興味深いものである。例えば、疾患状態では、疾患に特徴的な少量のマーカーは、罹患した局部組織から離れ、血漿に進入し、そこでそれらは高度に希釈される。したがって、ダイナミックレンジの圧縮が望ましい。粒子状物質および/または粗面の使用は、これを達成するための1つの手段である。過酷な条件、特に、変性条件の回避は、さらなる手段である。さらに説明すると、包括的変性および同時沈降は一般に、ダイナミックレンジを実質的に未変化のままにする:全ての分析物は沈降し、続いて、さらなるプロセシングのために溶液中に戻される。他方で、あまり過酷ではない条件(好ましいその実施については、以下を参照されたい)は、より差別化された効果を有する。特に、経験上、記載された高存在量のタンパク質は、記載された低存在量のタンパク質よりも、非変性条件下で沈降する傾向が低い(しかし、それらは本明細書で以前に概説された条件下ではそうするであろう)。結果として、非変性条件下での沈降は、優先的に、一般的には完全にではないが、沈降物から高存在量のタンパク質を枯渇させる。したがって、沈降物中に見出されるものは、依然として非常に有益であるが、圧縮されたダイナミックレンジを特徴とする。
【0041】
そのため、本発明による好ましい条件は、非変性条件である。
本明細書で使用される場合、用語「条件」は、別途特定されない場合、第1の態様の方法のステップ(a)に従って「物理化学的条件を変化させた」後の条件を指す。タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドを含む前記試料が、その天然状態、すなわち、非変性状態の前記タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドを含むと仮定すると、例えば、前記試料は、少なくとも変性を伴う程度ではなく、その物理化学的条件を変化させることなく、または実質的に変化させることなく、その天然の生体環境から得られたため、前記変化前の条件は一般に、非変性的であることが理解される。
【0042】
タンパク質、ポリペプチドおよびペプチドに関する用語「非変性条件」は、当業界で一般的に使用され、当業者によって理解される。変性のプロセスは、明確な三次元構造の喪失をもたらす。そのような喪失は一般に、機能、同族結合パートナーへの結合および/またはその同族基質をプロセシングする酵素の能力を含む「機能」を損なう。さらに、前記喪失は一般に、サイズの増加(例えば、流体力学半径を単位として測定される)ならびにサイズ分布の幅の増大を伴う。
【0043】
完全を期すために、非変性条件と変性条件とを区別する閾値の好ましい定義は、以下の通りである。
【0044】
動的光散乱(DLS)は、拡散定数Dを流体力学半径Rと接続するStroke-Einsteinの関係によって粒子の流体力学半径Rを測定することによって、懸濁液または溶液中の小さい粒子のサイズ分布を決定するために使用することができる分析方法である。それにより、タンパク質、ポリペプチドおよびペプチドの非変性状態と変性状態とを識別することができる。非変性状態または天然状態は、上述の通り、限られた幅を有するサイズ分布のピークを与える明確な構造を特徴とする。他方の変性は、前記明確な構造の喪失を引き起こし、前記明確な構造を全て、または実質的に全て有する分子の以前の均一な集合は、天然構造の欠如を共有するが、そうでなければ、特に、その流体力学半径Rに関して多様である不規則な構造のより不均一な集合に変換される。これは、一般的には平均流体力学半径の増大を伴う、DLSによって得られた分布のピークの広がりによって反映される。平均Rhの増大ならびにRhの分布のピークの広がり、好ましくは、いずれかのパラメータの統計的に有意な変化は、両方とも変性の特質である。本発明による天然と変性とを区別する閾値は、ピーク幅の変化を十分に利用する。
【0045】
ピークの幅のモデル非依存的尺度は、半値全幅(FWHM)である。より具体的には、FWHMは、従属変数がその最大値の半分に等しい独立変数の2つの値の間の差異である。前記ピークの形状を規定するガウス分布の場合、FWHMは、前記ガウス分布の標準偏差の単純関数である。
【0046】
変性条件と非変性条件とを区別する閾値を定義する目的のために、原理的には任意のタンパク質を使用することができる。これに関して好ましいタンパク質は、好ましくは、ヒト起源のGAPDHおよびMTAP、より好ましくは、ヒトGAPDHである。
【0047】
好ましい非変性条件は、生理的条件である。用語「生理的条件」は、その業界で確立された意味を有し、細胞内条件を指す。好ましい生理的条件は、以下の通りである:14mM Na、140mM K、10-7mM Ca2+、20mM Mg2+、4mM Cl、10mM HCO 、11mM HPO 2-およびHPO 、1mM SO 2-、45mMホスホクレアチン、14mMカルノシン、8mMアミノ酸、9mMクレアチン、1.5mMラクテート、5mM ATP、3.7mMヘキソース一リン酸、4mMタンパク質および4mM尿素。好ましい温度は37℃である。好ましい圧力は1013.25hPaである。
【0048】
したがって、好ましい実施形態では、動的光散乱によって決定された前記タンパク質の流体力学半径の分布関数のピークの、非変性条件と比較した広がり、好ましくは、統計的に有意な広がりは、変性条件を示す。前記ピークの幅の好ましい尺度は、FWHMである。
【0049】
特に好ましい実施形態では、物理化学的条件の変化時の少なくとも50%、少なくとも40%、少なくとも30%または少なくとも20%の前記FWHMの相対的増加は、変性条件をもたらしている条件の前記変化を示す。相対的増加という用語は、以下のように定義される:(FWHM-FWHM)×100/FWHM(式中、下付き文字iおよびfは、それぞれ、最初(条件を変化させる前)および最後(条件を変化させた後)を指す)。
【0050】
前記値より低いFWHMの任意の変化は、条件を変化させる際に、非変性条件から出発して、新しい条件を用語「非変性」の下に包含させるべきであることを意味する。
【0051】
特に好ましい実施形態では、用語「非変性」は、20%より下であるFWHMの相対的増加に適用される。
【0052】
さらに好ましい実施形態では、前記物理化学的条件は、(i)pH値;(ii)温度;(iii)少なくとも1つの有機溶媒の濃度;(iv)少なくとも1つの塩の濃度;(v)少なくとも1つの界面活性剤の濃度;ならびに(vi)前記タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの濃度の1つ、複数または全部である。
【0053】
特に好ましい実施形態では、pHの変化は、前記不均一な表面または固体粒子状物質上に沈降させようとするタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの等電点に向かう。タンパク質性分子は、その等電点(IEP)の近くで少なくとも可溶性であることが公知である。pHを変化させる薬剤は、特に限定されず、酸および塩基を含む。
【0054】
好ましい酸としては、ホウ酸、硫酸、硝酸ならびにHF、HClおよびHBrを含むハロゲン化水素などの無機酸;メタンスルホン酸およびベンゼンスルホン酸などのスルホン酸;ギ酸、酢酸およびクエン酸などのカルボン酸;トリフルオロ酢酸、クロロ酢酸およびフルオロ酢酸などのハロゲン化カルボン酸が挙げられる。
【0055】
好ましい塩基としては、金属酸化物、金属水酸化物、金属炭酸塩および金属重炭酸塩が挙げられる。特に好ましい塩基は、NaOH、KOH、LiOH、CsOH、Mg(OH)、Ca(OH)、Sr(OH)、Ba(OH)ならびにさらに、NH、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、グアニジン、ブチルリチウムおよびNaHである。
【0056】
特に好ましい実施形態では、温度の変化は、低下である。温度の低下は一般に、溶解度を低下させ、異なる程度で異なるタンパク質性分析物に影響する。
【0057】
特に好ましい実施形態では、温度の変化は、増加である。温度の増加は、変性を含む構造的変更をもたらし、次いで、沈降を促進し得る。
【0058】
特に好ましい実施形態では、有機溶媒の濃度の変化は、好ましくは、エタノール、メタノール、n-プロパノール、i-プロパノールなどのアルコール;アセトニトリルなどのニトリル;アセトンなどのケトン;2-メトキシエタノールなどのグリコールエーテル;ヘキサンなどの脂肪族炭化水素;ベンゼンなどの芳香族炭化水素;ホルムアルデヒドなどのアルデヒド;またはそれらの混合物の、増加または低下である。
【0059】
プロセシングしようとする試料が、有機溶媒を含まないか、または実質的に含まない場合、濃度の増加は、明らかに好ましい選択肢である。他方で、沈降を受ける試料が有機溶媒を含有する場合、例えば、それは有機溶媒の添加を含む予備プロセシングを受けているため、前記有機溶媒の濃度の低下は、沈降条件を微調整および/または最適化する手段でもあり得る。
【0060】
特に好ましい実施形態では、塩の濃度の変化は、前記塩の濃度の増加であり、前記塩は、好ましくは、コスモトロピック塩である。コスモトロピック塩を使用する「塩析」は、沈降を誘発するための手段として公知である。好ましいコスモトロピック塩としては、硫酸アンモニウム、リン酸カリウム、ならびにLi+、Zn2+およびAl3+から選択されるカチオンならびに炭酸塩、硫酸塩およびリン酸水素から選択されるアニオンとの塩が挙げられる。
【0061】
また、コスモトロピック塩の濃度を低下させることも想定される。
さらに特に好ましい実施形態では、塩の濃度の変化は、前記塩の濃度の低下であり、前記塩は、好ましくは、カオトロピック塩である。カオトロピック塩は、一般に、溶解度を増加させる。したがって、濃度の低下が好ましい。好ましいカオトロピック塩は、NaCl、MgCl、グアニジン塩酸塩などのグアニジン塩、過塩素酸リチウムなどの過塩素酸塩、酢酸リチウム、バリウム塩、チオシアン酸塩、ヨウ化物およびドデシル硫酸ナトリウム(SDS)である。
【0062】
他方で、高存在量タンパク質が沈降する傾向があり、沈降物中の大量のそれ存在が回避されるべきであるシナリオがあってもよい。そのような場合、カオトロピック塩の添加またはその濃度の増加が望ましい場合がある。
【0063】
沈降に対する異なる塩/カチオン/アニオンの異なる効果は、ホフマイスターシリーズとして当業界で公知である。
【0064】
特に好ましい実施形態では、界面活性剤の濃度の変化は、濃度の増加である。界面活性剤の添加は、そうでなければ不必要に高い沈降する傾向を有するタンパク質、ポリペプチドおよびペプチドを溶液中に保持するための手段である。これは、例えば、アポリポタンパク質などの膜貫通タンパク質に適用される。
【0065】
前記試料が界面活性剤を含むか、または界面活性剤を添加することによる予備プロセシングを受けた程度で、界面活性剤の濃度を低下させることも想定される。これは、一般的には、沈降を誘発するための手段である。
【0066】
好ましい界面活性剤は、ラウリル硫酸ナトリウム(SDS)、デオキシコール酸ナトリウム(SDC)、コール酸ナトリウム(SC)、2-[4-(2,4,4-トリメチルペンタン-2-イル)フェノキシ]エタノール(Triton X-100)、n-ドデシル-β-D-マルトピラノシド(DDM)、ジギトニン、ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレート(ポリソルベート20)、ポリオキシエチレン(80)ソルビタンモノオレエート(ポリソルベート80)、3-[(3-コラミドプロピル)ジメチルアンモニオ]-1-プロパンスルホネート(CHAPS)、3-([3-コラミドプロピル]ジメチルアンモニオ)-2-ヒドロキシ-1-プロパンスルホネート(CHAPSO)、ポリエチレングリコールノニルフェニルエーテル(NP-40)、n-オクチルベータ-D-チオグルコピラノシド(OTG)、(2R,3S,4S,5R,6R)-2-(ヒドロキシメチル)-6-オクトキシオキサン-3,4,5-トリオール(オクチルグルコシド)、n-デシル-β-D-マルトピラノシド(DM)、3-(4-(1,1-ビス(ヘキシルオキシ)エチル)ピリジニウム-1-イル)プロパン-1-スルホネート(PPS)、3-((1-(フラン-2-イル)ウンデシルオキシ)カルボニルアミノ)プロパン-1-スルホン酸ナトリウム(ProteaseMAX)、または3-[(2-メチル-2-ウンデシル-1,3-ジオキソラン-4-イル)メトキシ]-1-プロパンスルホン酸ナトリウム(RapiGest SF);およびそれらの混合物である。
【0067】
好ましいのは、温和な界面活性剤、すなわち、タンパク質、ポリペプチドおよびペプチドを変性させないが、疎水性であり、界面活性剤の非存在下では凝集するであろう、それらまたはその一部を可溶化する界面活性剤である。温和な界面活性剤としては、SDSなどのデオキシコレートが挙げられる。
【0068】
特に好ましい実施形態では、前記タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの濃度の変化は、増加である。そのような増加を、例えば、蒸発によって達成することができる。
【0069】
特に好ましい実施形態では、前記タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの濃度の変化は、例えば、水または緩衝剤(例えば、PBS)などの溶媒を添加することによる、低下である。好ましくは、添加される前記溶媒は、試料の組成を模倣する(前記タンパク質、ポリペプチドおよびペプチドは無視する)。
【0070】
さらに好ましい実施形態では、物理化学的条件の前記変化は、(i)上昇後の温度が50℃より低い、前記温度の前記上昇;(ii)増加後の溶媒の濃度が20%(v/v)未満である、有機溶媒の前記濃度の前記増加;(iii)増加後のカオトロピック塩の濃度が0.5M未満である、前記カオトロピック塩の前記濃度の前記増加;および(iv)増加後の界面活性剤の濃度が0.5%(w/v)未満である変性界面活性剤の前記濃度の前記増加、から選択される。
【0071】
上記の好ましい実施形態は、本明細書の「あまり過酷でない」または「非変性」条件とより一般的に称されるものの具体的な定義を提供する。
【0072】
前記上昇後の特に好ましい温度は、40℃未満、30℃未満であるか、または前記試料を周囲温度(20℃など)もしくはそれ未満に維持することが好ましい場合、全く上昇しない。
【0073】
用語「有機溶媒」は、その業界で確立された意味を有する。それは、プロトン性および非プロトン性の両方の極性有機溶媒を包含する。化合物クラスに関して、それは、メタノール、エタノールおよびプロパノール(i-プロパノールを含む)などのアルコール、アルデヒド、アセトンなどのケトン、ならびにアセトニトリルなどのニトリルを包含する。さらなる有機溶媒は、上にさらに開示されている。
【0074】
前記有機溶媒の特に好ましい濃度は、有機溶媒の非存在を含む、15%(v/v)未満、10%(v/v)未満、または5%(v/v)未満である。
【0075】
好ましいカオトロピック塩は、上にさらに開示されている。前記カオトロピック塩の特に好ましい濃度は、カオトロピック塩の非存在を含む、0.4M未満、0.3M未満、0.2M未満、0.1M未満、0.05M未満または0.01M未満である。
【0076】
界面活性剤または洗剤内で、タンパク質、ポリペプチドおよびペプチドの構造的および機能的完全性に対するその効果に関して区別を行うことができる。変性界面活性剤は、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を含み、その回避または低濃度での使用が特に好ましい。さらなる変性界面活性剤は、エチルトリメチルアンモニウムブロミドである。非変性界面活性剤としては、NP40、Triton X-100、Triton X-114、Brij-35、Brij-68、Tween-20、Tween-80、オクチルベータ-グリコシド、オクチルチオグリコシド、CHAPS、CHAPSOならびにSDCおよびそれらの誘導体が挙げられる。
【0077】
変性界面活性剤の特に好ましい濃度は、0.4%未満、0.3%未満、0.2%未満、および0.1%未満(全てw/v)であり、変性界面活性剤の完全な非存在を含む。
【0078】
そのあまり過酷でない特性のため、好ましくは、5%未満、4%未満、3%未満、2%未満または1%未満(全てw/v)の濃度で非変性界面活性剤を用いることができる。
【0079】
さらに好ましい実施形態では、還元剤は使用されないか、または使用する場合、0.1%(w/v)未満の濃度で使用される。還元剤としては、Tris(2-カルボキシエチル)ホスフィン(TCEP)およびジチオトレイトール(DTT)が挙げられる。
【0080】
さらに好ましい実施形態では、前記固体粒子状物質は、0.4~500μmの直径を有する複数のマイクロ粒子であり、好ましくは、前記複数のマイクロ粒子は、組成において同一である。より好ましいサイズ範囲は、0.5~200μm、1~100μm、または2~50μm、例えば、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20または25μmである。粒子の集団中の粒径は、一般的には平均あたりに分布する。上記数値は、前記平均を指す。走査電子顕微鏡(SEM)または静的光散乱(SLS)などの業界で確立された方法を用いて、粒径を決定することができる。
【0081】
好ましい実施形態では、使用される粒子の量は、試料1μlあたり0.01~100μgの範囲の粒子、より好ましくは、0.1~10μg/μlまたは1~5μg/μl、例えば、2.5μg/μlである。
【0082】
さらに好ましい実施形態では、前記粗面は、エッチングされているか、または多孔性である。
【0083】
一般的に言えば、これは前記固体粒子状物質ならびに前記不均一な表面の両方に適用されるが、好ましくは、これらはいずれも、ある特定の分析物または分析物のクラスに優先的に結合する表面を提供するために誘導体化も官能化もされていない。これは、各分析物を富化または枯渇させるための調整された表面を用いる多くの先行技術の手法とは異なる。実際、前記表面または前記粒子状物質に対する結合部分に関する要件は存在しない。その代わりに、前記表面および前記粒子状物質の効果は、シードのものである。播種は、物質の変化が、シードの非存在下では起こらない、遅れて起こる、またはより過酷な物理化学的条件が起こる必要がある、物質の状態の変化を誘発するための手段である。
【0084】
さらに好ましい実施形態では、前記固体粒子状物質は、(i)磁性または磁化可能な組成物;(ii)浮遊粒子;および(iii)沈降粒子の1つ、複数または全部からなる、またはそれを含む。これらの様々な型の粒子を、本発明の方法を実行する場合、単一の型の粒子として使用することができるが、1つより多い型の粒子状物質を使用し、それによって、複数の第1の画分または沈降物を生成する実施形態も可能にする。
【0085】
さらに好ましい実施形態では、前記固体粒子状物質は、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリスチレンジビニルベンゼン(PS-DVB)、ポリ-テトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリオキシメチレン(POM)、高密度ポリエチレン(HDPE)および低密度ポリエチレン(LDPE)を含むポリエチレン(PE)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、シリカ、シラノール、セラミック、ガラス、または金属からなる、またはそれを含む。
【0086】
前記固体粒子状物質にとって好ましい材料は、好ましい容器材料でもあり、前記容器は、本発明による粗面を有する容器である。
【0087】
さらなる実施形態では、前記固体粒子状物質は、定義された部分、好ましくは、(i)C4、C8、C18およびスチレンなどの疎水性部分;ならびに/または(ii)親水性部分、例えば、ヒドロキシル、カルボキシル、スルホニル、第2級、第3級および第4級アミン、好ましくは、ヒドロキシル、より好ましくは、シラノールを担持する。
【0088】
とりわけ、そのような型の官能化または誘導体化された粒子が想定されるが、それらを使用するための本発明による要件は存在しない。
【0089】
上で開示された粒子は、様々な製造業者から入手可能であり、文献、例えば、Hench & West、Chem.Rev.90巻、33~72頁(1990);Rahman & Padavettan、J.Nanomaterials、article ID 132424(2012);Raoら、J.Colloid and Interface Sci.289巻、125~131頁(2005);およびRahmanら、Colloids and Surface A 294巻、102~110頁(2007)に提供された指針に従うことによって調製することができる。
【0090】
第1の態様の方法の以下の好ましい実施形態は、順に、さらに下流の分析方法に先行し得る、好ましい下流のプロセシングステップに関する。好ましい下流の分析方法は、MS(典型的には、以下の実施形態の1つ、複数または全部のプロセシングステップ(c)~(j)の後に実施される)である。
【0091】
そのため、好ましい実施形態では、前記プロセシングまたは分画の後、1つまたは複数の下記ステップ:(c)沈降物から上清を分離するステップ;(d)沈降物を洗浄し、必要に応じて、洗浄溶液を前記上清と合わせるステップ;ならびに(e)(c)または(d)の上清中のタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドを、好ましくは、プロテアーゼを用いて、化学物質を用いて、または機械的に切断するステップを行う。この実施形態は、上清をさらにプロセシングすることに焦点を合わせたものである。
【0092】
さらに好ましい実施形態では、前記プロセシングまたは分画の後、1つまたは複数の下記ステップ:(f)上清から沈降物を分離するステップ;(g)沈降物を洗浄するステップ;(h)前記沈降物に由来するタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドを可溶化または再懸濁するステップ;ならびに(j)ステップ(h)で得られた溶出液中のタンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドを、好ましくは、プロテアーゼを用いて、化学物質を用いて、または機械的に切断するステップを行う。この実施形態は、沈降物をさらにプロセシングすることに焦点を合わせたものである。とりわけ、この実施形態および先行する好ましい実施形態は両方とも、併用して使用することができる。
【0093】
特に好ましい実施形態では、前記固体粒子状物質を使用する場合、前記分離するステップは、遠心分離、濾過によってまたは磁気的手段によって行われる。
【0094】
特に好ましい実施形態では、前記粗面を使用する場合、前記分離するステップは、ピペッティング、排水またはデカンテーションなどによって上清を除去することによって行われる。
【0095】
さらに特に好ましい実施形態では、前記可溶化または再懸濁するステップは、洗剤、トリフルオロエタノール(TFE)などの溶媒、尿素もしくはチオウレアなどのカオトロピック剤、トリフルオロ酢酸(TFA)などの酸、NaOHなどの塩基、またはそれらの混合物を用いて実施される。
【0096】
好ましい界面活性剤は、本明細書の上に開示されている。
さらに特に好ましい実施形態では、(i)前記プロテアーゼは、セリンプロテアーゼ、セリンカルボキシプロテアーゼ、システインプロテアーゼ、アスパラギン酸プロテアーゼ、メタロプロテアーゼおよびメタロカルボキシプロテアーゼから、好ましくは、トリプシン、キモトリプシン、Lys-C、Lys-N、Asp-N、Glu-CおよびIdeSから選択される;(ii)前記化学物質は、HCl、BrCN、BNPS-スカトール、ギ酸、ヒドロキシルアミン、もしくは2-ニトロ-5-チオシアノ安息香酸である;または(iii)機械的切断は、それぞれ、前記上清または溶出液中に存在する磁石を少なくとも1回動かすことによる。
【0097】
プロテアーゼに関して、記載されたクラスは、以下のようなECクラスである:セリンプロテアーゼ(EC3.4.21)、セリンカルボキシプロテアーゼ(EC3.4.16)、システインプロテアーゼ(EC3.4.22)、アスパラギン酸プロテアーゼ(EC3.4.23)、メタロプロテアーゼ(EC3.4.24)、およびメタロカルボキシプロテアーゼ(EC3.4.17)。
【0098】
好ましくは、磁石を動かすことによる、機械的切断に関しては、全体が参照により本明細書に組み込まれる、本発明者らの以前の特許出願WO2020/002577およびEP特許出願第20174469号、第20174484号、および第20179317号が参照される。
【0099】
簡単に述べると、機械的切断を、少なくとも1個の分子中の少なくとも1個の共有結合を切断する方法であって、(a)少なくとも1つの磁性体を前記少なくとも1個の分子と衝突させること;および/または(b)前記少なくとも1つの磁性体を動かすことによって、少なくとも1つの非磁性粒子の、前記少なくとも1個の分子との衝突を誘発することを含む、前記方法によって行うことができる。
【0100】
好ましい分子は、生体分子、特に、タンパク質、ポリペプチドおよびペプチドである。
前記少なくとも1つの磁性体を、単一の磁石、すなわち、フェリ磁性、強磁性または常磁性材料の一部として実装することができる。前記磁性体は、好ましくは、変動運動または周期振動運動を実行する。そのような運動は、好ましくは、変動磁場または周期振動磁場によって誘発される。順に変動するか、または周期的に振動する電流によって、磁場を生成することができる。時間の関数としての電流のアンペア数は、好ましくは、矩形関数である。電流は、好ましくは、機械的切断が起こる容器を取り囲むコイルを通って流れる。前記容器は、プロセシングしようとする試料および前記少なくとも1つの磁性体を含有する。
【0101】
さらに好ましい実施形態では、本発明の方法によって得られる画分、すなわち、上清および/または沈降物は、MSに供され、必要に応じて、上で開示された介在するプロセシングステップ(c)~(j)の1つ、複数または全部がMSの前に行われる。好適なMSシステムまたは質量分析計としては、(分析装置によって分類される):
飛行時間(TOF)分析装置、例えば、TIMS-TOF Pro(Bruker)またはSynapt XS(Waters)、6230B(Agilent)、TripleTOF6600(Sciex)、LCMS-9030(Shimadzu);
Orbitrap Analyzer、例えば、Q Exactive Orbitrapシリーズ、Orbitrap Tribrid、Orbitrap Explorisシリーズ(Thermo Fisher Scientific);
四重極分析装置、例えば、Altis(Thermo Fisher Scientific)、Evoq(Bruker)、6400シリーズ(Agilent)、QTRAP(Sciex)、SCIEX Triple Quad 7500(Sciex)、Xevoシリーズ(Waters)、LCMS-8060シリーズ(Shimadzu);および
イオントラップ分析装置、例えば、LTQ XL(Thermo Fisher Scientific)、アマゾンシリーズ(Bruker)、
FT-ICR(フーリエ変換-イオンサイクロトロン共鳴)分析装置、例えば、solariX(Bruker)またはLTQ FT Ultra(Thermo Fisher Scientific)
が挙げられる。
【0102】
好ましくは、液体クロマトグラフィー(LC)デバイス、より好ましくは、マイクロまたはナノフローLCシステムを、好ましくは、オンラインで質量分析計と連結する。
【0103】
第2の態様では、本発明は、タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの沈降をモジュレートまたは増強するための、不均一な表面を有する容器および/または固体粒子状物質の使用に関する。前記容器は、前記タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの溶液または懸濁液を含有する。前記粒子状物質は、前記タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドに、一般的には、その溶液または懸濁液に添加される。
【0104】
第1の態様の方法の好ましい実施形態は、適用可能な場合、第2の態様の使用の好ましい実施形態を定義する。
【0105】
第3の態様では、本発明は、少なくとも1つの薬剤が固体粒子状物質に付着した固体粒子状物質であって、前記少なくとも1つの薬剤が、タンパク質、ポリペプチドおよび/またはペプチドの沈降の誘発因子である、固体粒子状物質に関する。
【0106】
好ましい実施形態では、(i)前記少なくとも1つの薬剤は、1つの薬剤である;(ii)前記薬剤は、酸もしくは塩基である;(iii)前記薬剤は、界面活性剤、好ましくは、非変性界面活性剤である;および/または(iv)前記薬剤は、塩、好ましくは、コスモトロピック塩である。
【0107】
第1の態様の方法の好ましい実施形態は、適用可能な場合、第3の態様の好ましい実施形態を定義する。
【0108】
第4の態様では、本発明は、予め充填された反応容器であって、第3の態様による固体粒子状物質を含む、前記容器を提供する。
【0109】
第1の態様の方法の好ましい実施形態は、適用可能な場合、第4の態様の好ましい実施形態を定義する。
【図面の簡単な説明】
【0110】
図1】LoBind Eppendorfチューブの内面を粗くするために使用されるデバイスである。
図2】粗くなった表面を有するLoBindエッペンドルフチューブ(左)および通常のチューブ(右)である。
【実施例
【0111】
実施例は、本発明を例示する。
実施例1
粒子を使用する播種沈降
材料および方法
本発明による播種上の沈降法を、PreOmics GmbH(Planegg、Germany)から購入することができるiSTキットからのiST緩衝剤およびiSTカートリッジを利用するiST手順(Kulakら、2014)と共に使用することができる。それは、以下に記載されるようなiSTプロセスの前にn個の追加ステップを追加する。
【0112】
ステップ1(追加ステップ):一般に、第1のステップとして、沈降シード、別途言及しない場合、典型的には、直径3μmの、シラノール表面化学を有する磁性ビーズを、100μlのddHOで3回洗浄し、ドライシードで終了させた。次いで、80μlのインキュベーション緩衝剤を添加した後、大まかに1000μgのタンパク質含量に相当する20μlのヒト血漿を添加した。全ての成分を、ボルテクサーを使用して完全に混合した後、1,000rpmで30分間混合しながら室温でインキュベートした。インキュベーション後、好適な分離技術を使用して、シードから流体を分離した後、上記のインキュベーション緩衝剤でシードを3回洗浄し、それらの上にタンパク質が沈降したドライシードを得た。
【0113】
ステップ2:次いで、50μlのLYSE-BCT緩衝剤を添加した後、95℃および1,000rpmで10分間、加熱および振とうした。室温に冷却した後、50μlの再懸濁したDIGESTを添加し、500rpmで振とうしながら、37℃で60分間インキュベートした。
【0114】
100μlのSTOP緩衝剤を添加して、消化反応物をクエンチした。得られる懸濁液を完全に混合し、iSTカートリッジ上に移した後、3,800rcfで1分間遠心分離した。200μlのWASH1を添加した後、今記載した通りに遠心分離した。WASH2を使用して、前の通りこれを反復した。フロースルーを廃棄し、カートリッジを新鮮な収集チューブに移した。
【0115】
100μlのELUTE緩衝剤をカートリッジに添加した後、3,800rcfで1分間遠心分離した。このステップを合計2回の溶出について1回反復し、1つの収集チューブに集めた。
【0116】
溶出液を、完全に乾燥するまで45℃、真空下でEppendorf Concentrator中に移した。乾燥したペプチドを再懸濁し、振とうおよび/またはボルテックスによって適切に再懸濁するために、典型的には、iSTキットのLC-LOAD緩衝剤10μlを添加した。ペプチドの濃度を、NanoDrop機器を用いて測定した。
【0117】
タンパク質およびペプチド同定の分析のために、Thermo easy nLC1200液体クロマトグラフィーシステムを使用して、LTQ Orbitrap XL質量分析計中に溶液を注入した。MS測定のために、5%の緩衝剤A(水中の0.1%ギ酸)から95%の緩衝剤B(80%アセトニトリル中の0.1%ギ酸)までの45分の勾配を、全ての実験に適用した。
【0118】
この一般的手順を、以下に示されるいくつかの異なる様式で実行した:
- 実験1(SJ150):インキュベーション緩衝剤を改変した。試料1+2:水、試料3+4:0.2×PBS溶液、試料5+6:0.4×PBS溶液、試料7+8:0.6×PBS溶液、試料9+10:0.8×PBS溶液、試料11+12:1×PBS溶液。
【0119】
- 実験2(SJ154):インキュベーション緩衝剤を改変した。試料1+2:水、試料3+4:2%エタノール、試料5+6:4%エタノール、試料7+8:6%エタノール、試料9+10:8%エタノール、試料11+12:10%エタノール。
【0120】
- 実験3(SJ155):インキュベーション緩衝剤を改変した。試料1+2:水、試料3+4:2%アセトニトリル、試料5+6:4%アセトニトリル、試料7+8:6%アセトニトリル、試料9+10:8%アセトニトリル、試料11+12:10%アセトニトリル。
【0121】
- 実験4(SJ156):インキュベーション緩衝剤を改変した。試料1+2:pH=2.4、試料3+4:pH=4.2、試料5+6:pH=6.0、試料7+8:pH=6.92、試料9+10:pH=9.0、試料11+12:pH=10.94。
【0122】
- 実験5(SJ164):pH10.94のインキュベーション緩衝剤(実験4、試料11+12と同じ)。ここでは、異なるシードを使用した。試料1+2:C18磁性ビーズ、試料3+4:COOH磁性ビーズ、試料5+6:トシル磁性ビーズ、試料1+2:NH2磁性ビーズ、試料9+10:プロテインG磁性ビーズ、試料11+12:エポキシ磁性ビーズ、試料13~15:内部対照(実験4、試料11+12の反復)。
【0123】
- 実験6(SJ165):pH10.94のインキュベーション緩衝剤(実験4、試料11+12と同じ)。ここでは、沈降ステップ後にシードを新しいフラスコに移す効果を試験した。試料1~3:実験4と同じ、試料11+12(内部対照)、試料4~6:沈降後にシードを新しいフラスコに移す。
【0124】
- 実験6(SJ169):pH10.94のインキュベーション緩衝剤(実験4、試料11+12と同じ)。ここでは、シードの多孔性の影響を試験した。試料1~3:3つのzeolithビーズを、シード、多孔性材料として使用した。試料4~6:非多孔性セラミックビーズをシードとして使用した。
【0125】
- 実験7(SJ174):pH10.94のインキュベーション緩衝剤(実験4、試料11+12と同じ)。ここでは、シード表面の影響を試験した。試料1~3:直径100~200μmのガラスビーズをシードとして使用した。試料4~6:直径90~125μmのkorund F120をシードとして使用した。試料7~9:直径90~125μmのsilicium F120をシードとして使用した。これらの材料は、典型的な吹き付け加工剤である。
【0126】
- 対照1(SJ150、13~15):上記のiST-BCT手順であるが、沈降を用いない(ステップ1)。2μlのヒト血漿を遊離体として使用した。
【0127】
- 対照2(SJ130、1+2;SJ119、3+4):ステップ1を以下のように改変した:試料1および2について、800μlのBlue Sepharose 6 Fast Flow(Merck、GE17-0948-01)を、ポリエチレンフリットを含有するカラムに添加した。ブルーセファローススラリーに由来する液体を、シリンジを使用して押し出した。次いで、0.8mlの0.2×PBS溶液を添加し、再度押し出した。合計3回にわたって、これを2回繰り返した。64μlのヒト血漿を、0.2×PBSを使用して100μlまで埋め、洗浄したブルーセファロースビーズに添加し、360度回転しながら1時間インキュベートした。次いで、400μlの0.2×PBSを添加し、シリンジを用いて押し出した。フロースルーを収集し、Eppendorf Concentrator中で乾燥した。次いで、乾燥したペレットの半分を、ステップ2に記載されたようにプロセシングした。試料3および4について、50μlのブルーセファロースビーズを、100μlのddH2Oで3回洗浄し、急速ボルテックス(15秒)および遠心分離(5秒)を使用し、上清を除去して、100μlの平衡化緩衝剤(製造業者によって記載された、0.05m KHPO)を用いて3回平衡化させた。次いで、50μlの結合緩衝剤(製造業者によって記載された、0.05m KHPO)を、比較的乾燥ビーズに添加し、10μlのヒト血漿上に注意深く移した。効率的な結合のために、1,000rpmで振とうしながら10分間、インキュベートした。試料をスピンダウンし、上清を新しい反応フラスコに移した。25μlの2×LYSE-BCT(PreOmics GmbH)を添加し、ステップ2を実施した。
【0128】
- 対照3(SJ134):試料1および2:100μlのプロテインA磁性ビーズ(ReSyn Biosciences(Pty)Ltd、South Africa)を、300μlのPBSで3回洗浄し、磁気分離を使用して、流体を廃棄した。次いで、90μlの結合緩衝剤(製造業者によって記載された、PBS)を、10μlのヒト血漿に添加し、混合し、上記の洗浄した乾燥ビーズに添加した。1,000rpmで振とうしながら、懸濁液を30分間インキュベートした。インキュベーション後、磁気分離を使用して上清を除去し、100μlのプロテインGビーズ(ReSyn Biosciences(Pty)Ltd、South Africa)に添加し、上記のように洗浄し、乾燥した。インキュベーションを上記のように実施した後、分離し、プロテインGビーズを用いる別のラウンドのインキュベーションを行った。最後に、上清をEppendorf Concentrator中で乾燥した。乾燥した場合、ステップ2を実施した。試料3+およびを上記のように処理したが、プロテインAビーズ(Magtivio)は1回のみ使用した。
【0129】
結果
同定されたタンパク質の数
【0130】
【表1】
【0131】
【表2】
【0132】
考察
示した全ての実験について、全ての対照と比較したタンパク質同定の顕著な増加を観察することができる。これは、本発明によるシード上での沈降が、本明細書の上で開示された利点を有することを示している。
【0133】
実施例2
粗面を使用する沈降
材料および方法
本実施例では、粒子を使用しなかった。その代わりに、粗面を有する容器を使用し、それによって、本発明の代替的な実施を例示した。その他の点では、別途特定しない限り、材料および方法は実施例1のものである。
【0134】
- 実験8(SJ221):LoBind Eppendorfチューブの壁面を、市販のDremel機器(図1および2を参照されたい)を使用して粗くし、ビーズに基づくワークフロー(実施例1、実験4、試料11+12と同様)およびiSTワークフローと比較した。最後の2つの3回反復物は、この実験内の対照として役立つ。
【0135】
- 実験9(SJ216):血漿自体を、異なるチューブ(Sarstedt Monovette EDTA KE 9ml、Sarstedt Monovette Na Citrate 2.9ml、Sarstedt Monovette Li Heparin 7.5ml、Sarstedt Monovette抗凝固剤なし、BD P100 K2EDTA Proprietary Protein Stabilizers 2mL)を使用して回収し、室温で10分間、150gで遠心分離した。遠心分離後、上清をさらなるプロセシングのために除去した。同じ抗凝固剤の異なるドナーに由来する血漿をプールした。試料を、ビーズに基づくワークフロー(実施例1、実験4、試料11+12と同様)を使用してプロセシングしたが、記載されたのと同じ勾配設定でThermo easy nLC1200液体クロマトグラフィーに取り付けたBruker TimsTOF Pro上で測定した。
【0136】
結果
結果を、以下の表に示す。用語「ビーズに基づくワークフロー」とは、実施例1を指す。
【0137】
実験8:
【0138】
【表3】
【0139】
実験9:
【0140】
【表4】
【0141】
考察
実験8は、粗面が、通常のiSTワークフローと比較して、同定されるタンパク質(タンパク質ID)の数を増加させることを示す。
【0142】
実験9は、血漿を回収するための抗凝固剤の使用の安定化効果を示す。
図1
図2
【国際調査報告】