質量光計測(MP)を用いた抗原抗体親和性測定に対する単一分子アプローチについて述べています。MPベースのプロトコルは、高速で正確で、非常に少量の材料を使用し、タンパク質の改変を必要としません。
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質量光計測(MP)を用いた抗原抗体親和性測定に対する単一分子アプローチについて述べています。MPベースのプロトコルは、高速で正確で、非常に少量の材料を使用し、タンパク質の改変を必要としません。
抗原と抗体相互作用の特異性と親和性の測定は、医学および研究用途にとって極めて重要です。このプロトコルでは、この目的のために新しい単一分子技術、質量光測定(MP)の実装について説明する。MPは、抗体および抗原抗体複合体の分子質量および集団を単一分子レベルで検出し、定量化する、標識および固定化を含まない技術です。MPは数分以内に抗原抗体サンプルを分析し、結合親和性の正確な決定を可能にし、同時にタンパク質のストイキオメトリーとオリゴマー状態に関する情報を提供します。これは、タンパク質のピコモール量と高価な消耗品を必要としないシンプルで簡単な技術です。同じ手順を使用して、50 kDaを超える分子量を持つタンパク質に対するタンパク質結合を研究することができます。多価タンパク質相互作用の場合、複数の結合部位の親和性を単一の測定で得ることができる。しかし、測定の単一分子モードと標識の欠如は、いくつかの実験的な制限を課します。この方法は、サブマイクロモル相互作用親和性、20kDa以上の分子質量を持つ抗原、および比較的純粋なタンパク質サンプルの測定に適用すると最良の結果を与えます。また、基本的なデータ解析ソフトを用いて、必要なフィッティング・計算手順を実行する手順についても説明します。
抗体は分子生物学のユビキタスツールとなり、医学と研究の両方の用途で広く使用されています。医学では、診断において非常に重要であるが、治療用途も拡大しており、新しい抗体ベースの治療法は常に1、2、3、4を開発されている。抗体の科学的応用には、免疫蛍光5、免疫沈降6、フローサイトメトリー7、ELISA、およびウェスタンブロッティングなどの多くの不可欠な実験室技術が含まれる。これらのアプリケーションのそれぞれについて、結合親和性や特異性を含む抗体の結合特性の正確な測定を得ることは非常に重要です。
1990年に初の市販表面プラズモン共鳴(SPR)装置が導入されて以来、光学バイオセンサーは抗体特性の「ゴールドスタンダード」となっているが、ELISAを含む他の技術も抗体親和性8,9を測定するために日常的に使用されている。これらの方法は、通常、分析された分子の固定化または標識を必要とし、潜在的に関心のある相互作用に影響を与える可能性がある。また、データ分析のために結果を収集する前に複数のアッセイステップを含む比較的遅いです。最近開発された単一分子法である質量光測定法(MP)は、顕微鏡カバースリップ10,11の表面に着地したときに溶液中の分子を直接検出する。MPが採用する光散乱ベースの光学検出では、タンパク質の標識や修飾は必要ありません。個々のタンパク質分子は、画像に現れる暗い斑点として干渉散乱顕微鏡によって記録され(図1D)、そして1分間のデータ取得12の間に数千個の分子が検出できる。個々のパーティクルによって生成される信号が定量化され、そのコントラスト値(相対暗さ)が計算されます。干渉的なコントラスト値はタンパク質の分子質量に比例し、抗原抗体混合物中の結合種と遊離種の同定を可能にする。同時に、分子着陸事象を数えることによって、MPは種の個体数を直接測定する。これにより、MP ベースのメソッドは、複数の結合部位の親和性を個別に定量化する独自の機能を提供します。
抗原(Ag)分子のインタクト抗体の2つの結合部位(Ab)への結合は、以下のように記述できます。
平衡関連定数Ka1 およびKa2は次のように定義されています。
ここで、ciと f iはそれぞれ成分iの濃度と分数を表します。総抗原濃度(cAg)トットは以下のように表現できます。
抗体(cAb)トットと抗原(cAg)トットの全濃度が知られているので、この式を用いてMP測定から得られた分画を直接適合させ、平衡関連定数Ka1およびKa2を計算することができる(補足情報を参照)。
MPデータは、2つの抗体結合部位11間の協同率を推定するためにも使用できる。同一微視的結合定数を有する2つの抗体パラトープについて、Abの集団の過程を記述する統計的因子 ·アグとアブ·Ag2複合体は、見かけの巨視平衡定数Ka1とKa2は数値的に等しくないことを指示し、Ka1= 4Ka2。 従って、Ka1< 4Ka2の実験値は、2つの抗体結合部位間の正の協同性を示す。同様に、Ka1 > 4Ka2は負の協同率を示す。
抗原抗体結合親和性のMP測定は速く、少量の材料を必要とする。平衡定数計算に使用されるMP質量分布は、サンプル特性に関する追加情報を提供し、サンプルの純度、オリゴマー化、および凝集を1回の実験で評価できるようにします。同じ方法を使用して高親和性タンパク質-タンパク質結合を測定することができ、MPは、多価タンパク質相互作用の研究に特に有用である。多タンパク質複合体は通常、MP検出に最適な分子量が大きく、一分子データを使用して、ストイチオメトリーを測定し、複数の結合部位の親和性を同時に計算することができます。この情報は、通常、バルク ベースのメソッドを使用して取得するのが困難です。
改変無しの現在のプロトコルは、20kDa以上の分子質量の抗原との比較的高親和性、サブマイクロモル相互作用の測定に適しています。最適な結果を得るには、タンパク質ストックは高純度である必要がありますが、特定のバッファー要件はありません。MPを用いることによって、抗原抗体結合は5分未満で評価することができる。正確なKd計算に必要なデータ収集と分析は、30分以内に実行できます。
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1. 流れチャンバを準備する
2. アフィニティー測定用に抗体抗原サンプルを準備する

3. 質量光測定データを収集する
4. MP データの分析

5. 平衡定数値の計算

図1:マスフォトメトリー画像(A) きれいなカバースリップに集められたイメージングバッファの代表的なネイティブビュー画像と、表面欠陥のあるカバースリップ上の(B)(C) イメージングバッファの微分比比画像と(D) AHT·HT ソリューション。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図2:MPフローチャンバの準備とローディング。(A)クリーニング手順のためのカバースリップ保持位置。(B)アルミニウム箔の表面に24 x 24 mmカバースリップ(中間層)と両面テープ(上層)の位置合わせ(下層、図示せず)。青い破線は、カット線の位置を示します。(C)2つのサンプルチャネルと組み立てられた流れチャンバの上部および側面図、および組み立てられた流れチャンバの画像。(D) 以前にバッファで満たされたフローチャネルへのサンプルロードの手順。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
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我々は、MPベースアッセイ11を用いてヒトα-トロンビン(HT)とマウスモノクローナル抗ヒトトロンビン抗体(AHT)の相互作用を以前に調べた。HTの分子質量(37kDa)は40kDa検出限界以下であるため、最大サンプル濃度は、質量分布の分解能に悪影響を及ぼすことなく、50nMの濃度制限を超えることができます。実験は、AHT抗体を固定25nM濃度で、HT濃度は7.5nM、15nM、30nM、60nM、120nMの滴定シリーズとして計画した。図3は、抗原抗体混合物および抗体のみのサンプルの分子質量分布を示す。ここでは、プロトコルで説明した方法を使用してデータを分析します。科学的なグラフ作成ソフトウェアは、自由なAHT、AHTを表す3つのガウス成分で質量分布を適合させるために使用されました。HT と AHT·HT2.3つの成分の既知の分子質量値を固定し、3種に対して単一のピーク幅パラメータを取り付けた。ガウス成分の最適なピーク高さパラメータを、種濃度画分を得るためにEq. 3を用いて正規化した(表1...
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ここで概説するマスフォトメトリーベースのプロトコルは、抗原抗体結合親和性を迅速かつ正確に測定する方法を提供します。MP分析では、非常に少量の材料を使用し、同じデータから、ストイチオメトリー、オリゴマー化、純度などの追加情報を評価できます(図5)。改質なしの場合、この方法は約5nM~500nMの範囲での解離定数の測定、および約20kDa以上の分子質量を有するリガンド分子に適用可能である。同じプロトコルは、抗原抗体結合を分析するだけでなく、結合パートナーの少なくとも1つの分子質量が50kDaより大きい場合にタンパク質とタンパク質の相互作用親和性を測定するためにも使用することができる。MP検出は非特異的であるため、高濃度のキャリアタンパク質または大きな分子質量不純物を含むサンプルに対してMP測定を行うことはできません。
SPRは、抗原抗体結合の特徴付けに一般的に使用され、両方の方法の直接比較は、アッセイの選択に役立つ可能性があります。SPRと比較して、MP結合アッセイはより速く、タンパク質固定化を必要としない。典型的な結合実験の...
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著者らは開示するものは何もない。
私たちは、原稿の彼の批判的な読書のためにキール・ノイマンに感謝します。この研究は、NIHのNHLBIの壁内プログラムによって支えられた。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| AcquireMP | Refeyn | MPデータ収集ソフトウェア | |
| 反ヒトトロンビン | 血液学技術 | AHT-5020 | RRID: AB_2864302 |
| 綿先端アプリケーター | Thorlabs | CTA10 | レンズクリーニング用綿棒 |
| カバースリップ 24x24 mm | グローブサイエンティフィック | 1405-10 | |
| カバースリップ 24x50 mm | フィッシャーScientific | 12-544-EP | |
| DiscoverMP | Refeyn | MP データ処理ソフトウェア | |
| 鉗子 | 電子顕微鏡 Sciences | 78080-CF | カバースリップ用軟鉗子 |
| 人間 &α;-トロンビン | 血液学技術 | HCT-0020 | |
| 液浸油 | Thorlabs | MOIL-30 | |
| イソプロパノール | アルファ Aesar | 36644 | |
| Microsoft Excel | マイクロソフト | スプレッドシート | |
| OneMP | Refeyn | 質量測光装置 | |
| Origin | OriginLab | 科学グラフソフトウェア | |
| PBS | Corning | 46-013-CM | 10x ストック |
| シリンジフィルター | ミリポア | SLGSR33SS バッファーとサンプルフィルタリング |
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