JP5570810B2 - 大腸癌マーカポリペプチド、及び大腸癌の診断方法 - Google Patents
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Description
(1) 配列番号1、2、3、及び5いずれか1のアミノ酸配列を含むポリペプチド;及び
(2)配列番号1、2、3、及び5のいずれか1のアミノ酸配列から、アミノ酸残基1以上の置換、欠失、付加及び/又は挿入によって変異したアミノ酸配列を含むポリペプチドである。
さらに、本発明は、配列番号1、2、3、及び5のいずれか1のアミノ酸配列を含む大腸癌マーカポリペプチドの少なくとも1種を、被験者から得た体液試料、特に血清又は血漿から検出することを特徴とする、大腸癌転移の診断方法を提供する。
さらに、本発明は、前記ポリペプチド断片を非ヒト哺乳動物に投与することを含む、配列番号1、2、3、及び5のいずれか1のアミノ酸配列を含む大腸癌マーカポリペプチドを認識する抗体を製造する方法を提供する。
さらに、本発明は、配列番号1、2、3、及び5のいずれか1のアミノ酸配列を含む大腸癌マーカポリペプチドに特異性を有する抗体を、少なくとも1種含有する、大腸癌転移の診断用キットを提供する。
本明細書中において、「低分子量タンパク質」とは、分子量30,000以下、好ましくは分子量20,000以下のタンパク質をいう。また、特に断らない限り「低分子量タンパク質等」とは、低分子量タンパク質、及びペプチドの双方を意味する。例を挙げると、極微量存在するペプチドホルモン、インターロイキン、サイトカイン等の生理活性タンパク質、特に機能がない極微量のバイオマーカタンパク質、及びペプチドなどがある。これらは腎臓を通過して尿中に一部排泄されるため、血液のみならず尿を検体として測定することも可能な場合もある。
本明細書中において「血清」とは、血液から凝固成分をとり除いた部分である。新鮮な血液を放置すると血液凝固がおこり、ついで血球ならびにフィブリンは塊状に収縮し、透明な琥珀色の血清を遊離する。その成分はほぼ血漿からフィブリノゲンを除いたものにあたる。
本明細書中において、「SDS」とは、ドデシル硫酸ナトリウム(sodium dodecyl sμlfate)を意味する。
本明細書中において、「PAGE」とは、ポリアクリルアミド ゲル電気泳動(polyacrylamide gel electrophoresis)を意味する。
本発明者らは、大腸癌の早期発見に有用で、かつ生検等の細胞試料でなく、採取の容易な体液試料に存在する大腸癌マーカを発見するため、大腸癌患者から採取した血清を用いて大腸癌マーカの検索を行った。該大腸癌マーカの探索、同定、及び評価の方法は、後述する実施例に記載されているとおりである。
なお、本発明の大腸癌マーカポリペプチドA,B、D及びCの最終的な同定は、実施例4に示すようにタンデム型MS(MS/MS)質量分析により行った。該質量分析法の概念を次に説明する。
massやMS/MSパターン、タンパク質の酵素消化パターンを計算することが出来る。
本発明の大腸癌マーカポリペプチドは、ポリペプチドのm/zとB系列とY系列のペプチド断片のm/zに対応する出力データを解析することにより同定したものであり、実施例4に対応する図13、図14及び図15にその出力データ一覧表を示した。
本発明の大腸癌マーカは、配列番号1、2、3、及び5のいずれか1のアミノ酸配列を含む大腸癌マーカポリペプチドであり、これを検査対象者の体液試料、特に血清又は血漿から検出することにより大腸癌の診断、及び/又は転移を判断することができる。
本発明で用いる検出方法は、特に制限されないが、例えば、該大腸癌マーカポリペプチドに対する抗体を作成し、該抗体との抗原抗体反応により本発明の大腸癌マーカを検出する方法、又は近年進歩が著しいプロテオーム的手法としてよい。
本発明の抗体は、大腸癌マーカポリペプチドの検出に用いることが出来る、ポリクローナル抗体又はモノクローナル抗体である。特にモノクローナル抗体では特異性に優れた抗体を選択することが可能となる。
免疫感作は常法により行うことができ、例えば抗原を、例えば7〜30日間隔で2〜3回投与するのが好ましい。抗原の投与量は1回当たり、例えばマウスでは約0.05〜2mg程度とする。投与経路も特に限定する必要はなく、皮下、皮内、腹膜腔内、静脈、筋肉内を適宜選択できる。また、抗原は適当な緩衝液、例えば完全フロイントアジュバント又は水酸化アルミニウム等の通常用いられるアジュバントを含有する適当な緩衝液に溶解して用いることができる。
(1) 配列番号1、2、3、及び5いずれか1のアミノ酸配列を含むポリペプチド;及び
(2) 配列番号1、2、3、及び5のいずれか1のアミノ酸配列から、アミノ酸残基1以上の置換、欠失、付加及び/又は挿入によって変異したアミノ酸配列を含むポリペプチドである。
これらのポリペプチド断片は、該断片をコードするcDNAを組み込んだベクターを宿主に導入して作成するか、又は化学合成で作成することができる。
組み換え法では、例えば、本明細書記載の配列番号7〜14のcDNAを組み込んだベクターを作成し、適当な宿主細胞に導入、形質転換した後、該形質転換細胞を培養し、培養液等を精製することにより、該抗体誘導に用いるポリペプチド断片を作成することができる。
G. and Chasin, L. A. (1980) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77, 4126-4220)、間葉系幹細胞や骨軟骨系の培養細胞株を用いることができる。また、昆虫細胞であれば、鱗翅類ヤガ科のSpodoptera frugiperdaの卵巣細胞由来株化細胞(Sf-9またはSf-21)やTrichoplusia niの卵細胞由来High Five細胞(Wickham, T. J. et al, (1992) Biotechnol. Prog.i: 391-396)等を用いることができる。
前記組換え細胞は、常法にしたがい培養することにより、その細胞膜上に目的の蛋白質を産生する。該培養に用いられる培地としては、採用した宿主細胞に応じて慣用される各種の培地を適宜選択できる。
該ポリペプチド断片の化学合成は、当分野で周知の化学的方法によって行うことができる。例えば、固相技術を用いるペプチド合成は、バッチ式或いは連続的なフロープロセスによって行うことができる。連続的なフロープロセスでは、αアミノ保護及び側鎖保護アミノ酸残基をリンカーを介して不溶性の高分子支持物に連続的に追加する。メチルアミン誘導体化ポリエチレングリコールなどのリンカーを、ポリ(スチレン-co-ジビニルベンゼン)に結合させて支持レジンを形成する。このアミノ酸残基は、酸不安定Boc(t-butyloxycarbonyl)法、若しくは塩基不安定Fmoc(9-fluorenylmethoxycarbonyl)法によって保護されたN-α-である。保護されたアミノ酸のカルボキシル基をリンカーのアミンに結合して、この残基を固相支持レジンに結合させる。Boc若しくはFmocを用いた場合、トリフルオロ酢酸若しくはピペリジンを用いて保護基を除去する。カップリング試薬若しくは予め活性化されたアミノ酸誘導体を用いて、追加する各アミノ酸を結合された残基に付加してから、レジンを洗浄する。完全長のペプチドは、連続的な保護の停止、即ち誘導体化アミノ酸を結合させて合成し、ジクロロメタン及び/またはN、N-ジメチルホルムアミドで洗浄する。このペプチドは、ペプチドカルボキシル末端とリンカーとの間で切断され、ペプチド酸またはペプチドアミドが作られる(Novabiochem 1997/98 Catalog and Peptide Synthesis Handbook, San Diego CA pp. S1-S20)。ABI 431 A ペプチドシンセサイザー(Applied Biosystems)などの装置を用いて、ペプチドを自動合成することができる。合成したポリペプチド断片を高性能液体クロマトグラフィーによって精製し、その組成をアミノ酸解析またはシークエンシングによって確認することができる(Creighton (1984) Proteins. Structures and Molecular Properties, WH Freeman, New York NY)。
本発明では、配列番号1、2、3、及び5のいずれか1のアミノ酸配列を含む大腸癌マーカポリペプチドの少なくとも1種を、被験者から得た体液試料、好ましくは血清又は血漿から検出することにより、大腸癌の診断方法を提供する。本発明のマーカが1種以上陽性を示す量で存在する場合、大腸癌に罹患、又はその前段階に到っていると考えることができる。
先に記載した方法で得た、ポリクローナル抗体、又はモノクローナル抗体を、被験者から得た体液試料と接触させることにより、本発明の大腸癌マーカポリペプチドを検出することができる。当該抗原抗体反応は、周知の常法で行うことができる。該常法の例を挙げると、ELISA(酵素結合免疫吸着検定法)、ラジオイムノアッセイ(RIA)、及び蛍光活性化セルソーター法(FACS)がある。該大腸癌マーカポリペプチドの検出には、2つの非干渉エピトープに反応するモノクローナル抗体を用いる2部位モノクローナル系イムノアッセイが好ましいが、競合的結合アッセイを用いることもできる(Coligan 他 (1997) Current Protocols in Immunology, Wiley-Interscience, New
York NY)。
本発明の大腸癌マーカポリペプチドA、B、D及びCは、それぞれアミノ酸配列、及び分子量が明らかになっているので、被験者から得た血清等の体液試料から質量分析により検出することができる。当該質量分析は、液体クロマト質量分析法(LC-MS分析法)、又はマトリックス支援レーザ脱離イオン化飛行時間型質量分析法(MALDI-TOF-MS分析法)により行うことができる。
例えば、図17に示すように、本発明の大腸癌マーカポリペプチドAのアラニン及びグリシンの炭素原子を同位体である13C炭素原子に置換することで、比較用の標準マーカポリペプチドAを得ることができる。そして該標準ポリペプチドマーカAを試料に一定量加えて質量分析することにより、図18に示すように強度1の基準出力データを得ることができる。該基準出力データは常に一定の位置に現れるものであるから、大腸癌マーカポリペプチドA検出(定性)の基準になる。また、図18に示すように該基準出力データと比較することにより、大腸癌摘出手術の後では、明らかに大腸癌マーカポリペプチドAの減少が確認できる。また、大腸癌摘出手術の後で、大腸癌マーカポリペプチドAの減少が確認されなければ、該大腸癌の転移が疑われることになる。
なお、前記大腸癌マーカポリペプチドを検出する前に、該体液試料、特に血清及び血漿から主要タンパク質を除去し、該大腸癌マーカポリペプチドを濃縮するのが好ましい。被験者から得た血清等には、比較的分子量の大きい主要タンパク質が含まれており、本発明の大腸癌マーカポリペプチドの検出を妨害、又は検出感度を著しく低下させることがある。特に、該検出にプロテオーム的手法を用いる場合、キャリアタンパク質を含む主要タンパク質の影響は大きい。該主要タンパク質の除去には、本発明者らが平成19年8月8日に出願した特願2007-206602記載の方法が好ましい。すなわち、
(a) 被験者から得た体液試料、特に血清等に、尿素及びチオ尿素を含む試薬1、及びジチオスレイトール(DTT)を含む試薬2を加えて混合し、ついで有機溶媒90%以上含む試薬3に滴下して、混合する工程;
(b) 工程(a)で得られた混合溶液を低温下で攪拌する工程;
(c) 工程(b)で得られた攪拌溶液を低温下で遠心分離し、上清を除去する工程;
(d) (c)で得られた沈降物に有機溶媒及び酸を含む試薬4を加えて混和する工程;
(e) 工程(d)で得られた混合溶液を低温下で攪拌する工程;及び
(f) 工程(e)で得られた攪拌溶液を低温下で遠心分離し、上清を回収する工程により処理することでキャリアタンパク質を含む主要タンパク質を除去する方法である。また該方法は、さらに、(g)工程(f)で回収した上清を凍結乾燥する工程を含んでいてもよい。
本実施例では、図3に示すフローチャートに従い、大腸癌マーカポリペプチド成分の濃縮を行った(以下、この濃縮方法をK法という。)。
まず、用意した血清検体10μlを分取し、試薬1(7M尿素, 2Mチオ尿素)18μlと試薬2(200mM DTT) 2 μlを加え、Vortexで混和した。その際、該血清、試薬1、及び試薬2は全て4℃に冷やして使用した。ついで該混合溶液を、4℃に冷却した高純度アセトンからなる1.2 mlの試薬3に滴下し、該滴下後すぐにvortexを用いて混和し、ついで4℃の環境で1時間撹拌した。該攪拌後、該混合溶液を冷却遠心機により4℃で15分間遠心分離し(19,000g)、得られた上清を完全に除去した。次いで、残留沈殿物に4℃の試薬4 (アセトニトリル70%, 塩酸12 mM、残部水) 200μlを加え、4℃で1時間撹拌したのち、該混合溶液を冷却遠心機により4℃で15分間遠心分離し(19,000g)、得られた上清を血清のポリペプチド濃縮溶液として回収した。
次いで、該濃縮溶液を凍結乾燥し、得られた凍結乾燥物に試薬5 (99.9% H2O, 0.1% TFA) 80μlを加えて溶解した。
実施例1で得られた健常者血清(N1〜N8)及び大腸癌患者血清(P1〜P8)のポリペプチド濃縮溶液を、それぞれ逆相HPLCにより分画した。該分画は逆相HPLCの溶出時間25〜85分部分を1分間隔で60分画に分取した。その分析条件を図4に、分析結果を図5に示す。
実施例2で得た各画分を、MALDI-TOF-MS(Matrix - Assisted Laser Desorption Ionization Time - Of - Fright Mass Spectrometer:
マトリックス支援レーザー脱離イオン化―飛行時間型質量分析計, 型番:Voyager-DE PRO, メーカー:Applied Biosystems社,USA )により分析し、大腸癌患者血清P1〜P8に特異的に存在するポリペプチドを探索した。まず、MALDI-TOF-MS用サンプルプレート上で各画分のサンプル1μlと マトリックス 0.5μlを混ぜて風乾した後、MALDI-TOF-MS分析を行った。該マトリックスとして、α-シアノ-4-ヒドロキシ桂皮酸(CHCA; Nacalai Tesque社製) を
50%CH3CN - 0.1%TFAで溶解した飽和溶液を用いた。
実施例3で得られた大腸癌マーカポリペプチドA、B、D及びCの同定を行った。
(大腸癌患者血清の濃縮と分画)
同定においてはMSスペクトルの強度を大きくするために、大腸癌患者血清20μlを使用した点を除き、実施例1と同じ方法でポリペプチド等の濃縮を行った。
次いで、得られた血清ポリペプチド濃縮溶液を逆相HPLCにより分画した。該分画は逆相HPLCの溶出時間25〜85分部分を1分間隔で60分画に分取した。その分析条件は図4に示したとおりである。
前記ポリペプチドマーカA, B, C及び Dの存在する凍結乾燥した分画物(A,B: 画分No.6, C:画分No.15, 及びD:画分No.18)を10μlの溶媒(50% アセトニトリル/ 0.1% TFA)に溶かした。該溶液1μlを取り、MALDI-TOF-MS分析し、MS スペクトル及び前記ペプチドマーカA, B, C及び DのMS/MSスペクトルを測定した。該測定は、タンデムMSスペクトル(MS/MSスペクトル)が測定できるMALDI-TOF-MS(Autoflex II TOF/TOF: Bruker Daltonics社、米国)を使用して行った。
該測定によって得た、前記ペプチドマーカA, B, C及び DのMSスペクトル(正確な分子量)とMS/MSスペクトルから、MSスペクトル解析ソフトウエア Mascot (Matrix Science社, 米国) を利用し、NCBIデータベースで検索することにより各ペプチドマーカの同定を行った。ペプチドマーカA, B, D及びCのMascot Score はそれぞれ126, 106, 92, 162 であり、この結果から、各ペプチドの同定の信頼性はきわめて高いと考えられる。
まず、NCBIデータベース中の全タンパク質のアミノ酸配列の中から、対象ペプチドマーカのMSスペクトルから得られた分子量に、ある誤差範囲内で一致するペプチド断片を全てリストアップする。ここで該誤差範囲はMSスペクトル測定の質量精度に依存する。本実施例では観測されたm/z±100ppmを誤差範囲とした(m/zは質量とイオン価数の比、MSスペクトルの横軸はの値に対応)。
大腸癌摘出手術前と手術後の大腸癌患者血清中のペプチドマーカAの存在量の定量解析により、本発明の大腸癌ペプチドマーカを評価した。
一人の大腸癌患者の大腸癌摘出手術前と手術後の血清中のペプチドマーカAの存在量を安定同位体(13C)標識ペプチドマーカAを使用して定量解析を行った。その実験フローチャートを図16に示す。この方法ではポリペプチド中の一部のアミノ酸の主鎖のカルボニル炭素を安定同位体炭素(13C)に置換した。このため質量以外の性質、つまりK法での濃縮効率、逆相HPLCの溶出時間、質量分析時のイオン化効率は同じである。したがって図16に示すとおり、K法処理前の血清に一定量の13C標識ペプチドAを一定量導入し、MSスペクトル上でペプチドマーカAと13C標識ペプチドマーカAの強度を比較することにより、本来の血清中に存在するペプチドマーカAの存在量を定量することが出来る。
この結果から、血清中のペプチドマーカAの存在量は体内の大腸癌の有無(または存在量)に相関しており、大腸癌診断マーカとしての十分な有効性があると評価できる。
まず、本発明のペプチドA、C及びDと、その安定同位体標識ペプチドを用意した。該標識ペプチドと標識に用いた同位体は次のとおりである。
(安定同位体標識ペプチド)
*下線のアミノ酸を下表の安定同位体標識アミノ酸(FMOC体)を使って化学合成
安定同位体標識ペプチドA
DEAGSEADHEGTHSTKRGHA (配列番号:1)(分子量の増加分:17)
安定同位体標識ペプチドC
VNPFRPGDSEPPPAPGAQRAQ(配列番号:5)(分子量の増加分: 22)
安定同位体標識ペプチドD
SETESRGSESGIFTNTKESSSHHPGIAEFPSRG (配列番号:3)(分子量の増加分: 16)
大腸癌摘出手術前と手術後の大腸癌患者5人の血清中のペプチドマーカA,C及びDの存在量の定量解析により、本発明の大腸癌ペプチドマーカを再評価した。該評価には、実施例6と同じ安定同位体標識ペプチド、及び解析手順を用いた。なお、該血清1ml当り、安定同位体標識ペプチドA2、C2及びD2をそれぞれ25fmol、5fmol及び50fmolを加えた点だけが相違している。
(配列番号:2) 本発明の大腸癌マーカポリペプチドBのアミノ酸配列を示す。該ポリペプチドはフィブリノーゲンα鎖の第604残基〜第624残基の部分ペプチドである。
(配列番号:3) 本発明の大腸癌マーカポリペプチドDのアミノ酸配列を示す。該ポリペプチドはフィブリノーゲンα鎖の第542残基〜第574残基の部分ペプチドである。
(配列番号:4) 本発明の大腸癌マーカポリペプチドA、B及びDのアミノ酸配列を含む、フィブリノーゲンα鎖のアミノ酸配列である。対応遺伝子の名称はFGAである。
(配列番号:5) 本発明の大腸癌マーカポリペプチドCのアミノ酸配列を示す。該ポリペプチドはジキシン(Zyxin)の第36残基〜第56残基の部分ペプチドである。
(配列番号:6) 本発明の大腸癌マーカポリペプチドCのアミノ酸配列を含む、ジキシンのアミノ酸配列である。対応遺伝子の名称はZYXである。
(配列番号:8) 本発明の大腸癌マーカポリペプチドBのアミノ酸配列をコードするcDNAのヌクレオチド配列を示す。
(配列番号:9) 本発明の大腸癌マーカポリペプチドDのアミノ酸配列をコードするcDNAのヌクレオチド配列を示す。
(配列番号:10) 本発明の大腸癌マーカポリペプチドCのアミノ酸配列をコードするcDNAのヌクレオチド配列を示す。
(配列番号:12) 本発明の大腸癌マーカポリペプチドBのアミノ酸配列をコードするcDNAの混合塩基ヌクレオチド配列を示す。
(配列番号:13) 本発明の大腸癌マーカポリペプチドDのアミノ酸配列をコードするcDNAの混合塩基ヌクレオチド配列を示す。
(配列番号:14) 本発明の大腸癌マーカポリペプチドCのアミノ酸配列をコードするcDNAの混合塩基ヌクレオチド配列を示す。
Claims (9)
- 大腸癌マーカー陽性者の検出方法であって、被験者から得た血清または血漿からキャリアタンパク質を除去する処理を含む、配列番号1から3及び5からなるアミノ酸配列のペプチドの群から選択される少なくとも1種のポリペプチドを検出する方法。
- 被験者から得た血清または血漿を、質量分析することを特徴とする、請求項1記載の大腸癌マーカー陽性者の検出方法。
- 大腸癌マーカー陽性者の検出方法であって、配列番号1から3及び5からなるアミノ酸配列のペプチドの群から選択される少なくとも1種のポリペプチドを検出する方法において、該ペプチドを同位体元素でラベルされた比較用ペプチドとして使用する請求項1又は2記載の方法。
- 前記同位元素が酸素原子、炭素原子、水素原子又は窒素原子である、請求項3記載の大腸癌マーカー陽牲者の検出方法。
- 大腸癌マーカー陽牲者の診断のためのデータの取得方法であって、被験者から得た血清または血漿からキャリアタンパク質を除去する処理を含む、配列番号1から3及び5からなるアミノ酸配列のペプチドの群から選択される少なくとも1種のポリペプチドを検出することを特徴とする方法。
- 前記被験者が、大腸癌を有するヒト、又は大腸癌除去手術を受けたヒトである請求項5記載の大腸癌マーカー陽性者の診断のためのデータの取得方法。
- 被験者から得た血清または血漿を、質量分析することを特徴とする、請求項5又は6記載の大腸癌マーカー陽性者の診断のためのデータの取得方法。
- 大腸癌マーカー陽性者の診断のためのデータの取得方法であって、配列番号1から3及び5からなるアミノ酸配列のペプチドの群から選択される少なくとも1種のポリペプチドを検出する方法において、該ペプチドを同位体元素でラベルされた比較用ペプチドとして使用する請求項5から7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記同位元素が酸素原子、炭素原子、水素原子又は窒素原子である、請求項8記載の大腸癌マーカー陽性者の診断のためのデータの取得方法。
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