医薬品(DP)から宿主細胞タンパク質(HCP)を濃縮し、プロテオーム濃縮ビーズを使用してペプチドを検出するためのプロトコルが示されています。この分析法は、自社製のモノクローナル抗体(mAb)原薬(DS)を使用して実証されており、これは、性能の観点からさまざまな分析法を評価および比較するための十分に特性評価された標準物質です。
方法論記事
医薬品(DP)から宿主細胞タンパク質(HCP)を濃縮し、プロテオーム濃縮ビーズを使用してペプチドを検出するためのプロトコルが示されています。この分析法は、自社製のモノクローナル抗体(mAb)原薬(DS)を使用して実証されており、これは、性能の観点からさまざまな分析法を評価および比較するための十分に特性評価された標準物質です。
宿主細胞タンパク質(HCP)は、少量であっても治療用タンパク質に悪影響を与える可能性のある不純物です。医薬品に関連する潜在的なリスクを評価するために、存在量の少ない医療従事者を特定する方法が開発されています。高感度の HCP 検出法を開発するための重要なアプローチは、液体クロマトグラフィー質量分析法(LC-MS)を利用して、分析前にモノクローナル抗体(mAb)を除去すると同時に HCP を濃縮することです。
このプロトコルは市販のプロテオーム濃縮のビードを使用して宿主のセル蛋白質を富ませるための詳しい指示を提供する。これらのビーズには、さまざまなタンパク質に特異的な親和性を持つヘキサペプチドリガンドの多様なライブラリが含まれています。このプロトコルには、ナノLC-MS/MSを使用した限定的な消化とその後のペプチド検出も組み込まれています。これらの技術を採用することで、存在量の少ない HCP を 7,000 倍以上濃縮することができ、検出限界は 0.002 ppm という驚異的な数値になります。重要なことに、このプロトコルでは、NIST mAb を使用して 850 の HCP を高い信頼性で検出できます。さらに、ユーザーフレンドリーになるように設計されており、その実装を支援するためのビデオデモンストレーションが含まれています。これらのステップを踏むことで、研究者は医療従事者を効果的に濃縮して検出し、医薬品のリスク評価の感度と精度を高めることができます。
宿主細胞タンパク質(HCP)は、宿主生物の細胞培養から放出され、モノクローナル抗体(mAb)と共精製される不純物です1,2,3,4。微量レベルのHCPは、医薬品の品質に悪影響を与える可能性があります5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、したがって、サブppmからppmレベルのHCPを検出するには、高感度のHCP分析法が望まれています。
直交的な方法を適用して、少量のHCPを検出できます。酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)は、一般的にHCP全体の定量に使用され、対応する抗体が利用可能であれば、個々のHCPを検出して定量することもできます16。しかし、HCP特異的抗体の産生には時間と労力がかかります。対照的に、質量分析(LC-MS)と組み合わせた液体クロマトグラフィーは、モノクローナル抗体医薬品中の個々のHCPに関する包括的な情報を提供することができ、HCPの同定に広く適用されています4,7,9,10,12,13,14,15,17,18,19,20, 21、22、23、24、25、26、27。
LC-MS/MS で HCP を検出するために、限定消化20、ろ過17、プロテイン A 欠失21、免疫沈降 (IP)、ProteoMiner 濃縮 (PM)18 など、いくつかの方法が開発されています。ほとんどの分析法は、LC-MS/MS 分析の前にモノクローナル抗体の量を減らし、HCP を濃縮することで、モノクローナル抗体ペプチドと HCP ペプチドの間のダイナミックレンジを狭めることを目的としています。このプロトコルは、ProteoMiner技術と限られた消化(PMLD)を組み合わせたプロテオミクスサンプル濃縮法を提示します28。ProteoMiner エンリッチメントの原理では、コンビナトリアルペプチドリガンドの多様なライブラリーを含む市販のプロテオームエンリッチメントビーズを使用します。これらのリガンドは、抗体医薬品上のタンパク質に特異的に結合し、過剰な分子を除去しながら、少量の宿主細胞タンパク質(HCP)をそれぞれのアフィニティーリガンドに濃縮します。一方、限られた消化の原則には、低濃度のトリプシンを使用することが含まれます。この濃度は、少量のHCPを消化するには十分ですが、すべての抗体医薬品を消化するには十分ではありません。このアプローチにより、溶液から消化されたHCPペプチドを回収し、濃縮することができます。
濾過法と比較して、PMLD技術は、検出されたHCPのサイズによって制限されない17。プロテインA欠失法は、抗体に結合したHCPの検出に特異的であるが21、免疫沈降は、抗HCP抗体が産生された特定の細胞株(チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞株など)由来の事前定義されたHCPに限定される4。対照的に、PMLDは、さまざまな細胞株の医薬品と共精製された任意の薬物モジュールおよび宿主細胞タンパク質からのHCPを検出するために適用できます。さらに、PMLDは、前述の方法17、18、20、21、24と比較して、より優れた感度を示します。
このアプローチにより、HCP 濃度を 7000 倍に濃縮し、検出限界を 0.002 ppm28 に下げることができます。実験装置を 図1に示します。
プロトコルで使用される略語は、 補足表1にリストされています。
1. 溶液および緩衝液の調製
注:すべての試薬の商品詳細は、 材料表に記載されています。
2. モノクローナル抗体(mAb)溶液の調製
3. プロテオーム濃縮ビーズの調製
4. 蛋白質の濃縮
5. ナノLC-MS/MS分析
6. データ解析
このプロトコルは、モノクローナル抗体(mAb)サンプル中の宿主細胞タンパク質(HCP)を分析するために、限られた消化力(PMLD)と結合されたタンパク質濃縮と呼ばれるサンプル調製ワークフローを示しました。 図1 は、PMLDのステップバイステップの手順を示しています。研究者らは、直接消化( 図2の上部パネル)とPMLD( 図2の下部パネル)を用いたHCP分析の結果を比較しました。トータルイオンクロマトグラム(TIC)プロファイルは、PMLD が主要なモノクローナル抗体ペプチドを有意に減少または排除し、モノクローナル抗体ペプチドに匹敵する一部の HCP ペプチドの観察を可能にしたことを示しました。ナノLC(表1)およびMS/MS(表2)分析の詳細なパラメータが記載されています。さらに、 表 3 に、アクセッション番号、HCP 名、種、カバー率、PSM、固有のペプチド、分子量、予想される等電点(pI)、Mascot スコア、Sequest HT スコア、Mascot および Sequest HT で同定されたペプチド数などの情報を含む、NIST mAb に関連する同定された HCP の概要を示します。

図1:タンパク質濃縮と限定消化(PMLD)を組み合わせたサンプル調製ワークフロー。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図2:NIST mAb の HCP 分析におけるトータルイオンクロマトグラム(TIC)プロファイル。 上段:直接消化を用いた NIST mAb の HCP 分析の TIC プロファイル。下段:PMLD を用いた NIST mAb の HCP 分析における TIC プロファイル。TICプロファイルから明らかなように、直接消化と比較して、主要なmAbペプチドのほとんどがPMLD後に減少または排除されていますが、HCPに属する一部のペプチドは観察でき、mAbペプチドに匹敵します。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
表1:ナノLCのパラメータ。 (A)ローディングポンプの勾配。(B)NCポンプグラジエント。(C)イオン源の特性。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
表2:MS/MSのパラメータ。 (A) フル スキャン プロパティ。(B) MIPS プロパティ。(C)強度特性。(D)充電状態のプロパティ。(E) 動的除外。(F) データ依存の MS2 スキャン プロパティ。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
表 3:Proteome Discoverer ソフトウェアで分析した NIST mAb に関連する同定された HCP の代表的な要約表。 この表には、アクセッション番号、HCP名、種、カバレッジの割合、ペプチドスペクトルマッチ(PSM)の数、一意のペプチドの数、分子量、予想される等電点(pI)、Mascotスコア、Sequest HTスコア、MascotおよびSequest HTによって同定されたペプチドの数などの情報が含まれています。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
補足表1:使用される略語のリスト。この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
市販のタンパク質濃縮ビーズには、容量の小さいものと容量の大きいものの2種類があります( 材料表を参照)。どちらのバージョンの濃縮ビーズにも、パッケージに 10 個のプレップが含まれています。メーカーの説明書では、小容量キットの各調製物を使用して、10 mgの総タンパク質を濃縮できることが示唆されています。ただし、DS からの宿主細胞タンパク質(HCP)濃縮の最適な性能を得るには、各調製が 5 つの DS サンプルに適しています。したがって、各キットを使用して、50 個のサンプルから HCP を濃縮できます。大容量キットの各調製では、25 個の DS サンプルから HCP を濃縮するのに適しており、合計 250 個のサンプルから HCP を検出できます。
ステップ 3.1 では、トップキャップまたはボトムキャップはプロトコル全体で再利用されるため、廃棄しないようにアドバイスしています。ビーズがトップキャップに沈殿した場合は、ボトムプラグを取り外し、トップキャップをカラムに付けたまま遠心分離した後、ビーズを交換してください。ボトムキャップをプラグとして使用するには、キャップを反転させ、スピンカラムの下部にしっかりと配置します。
手順の重要なステップはステップ4.1で、ビーズスラリーがチューブの底に沈殿します。したがって、スラリーをモノクローナル抗体(mAb)サンプルに移しながら、ピペッティングを連続的に行うことが重要です。もう1つの重要なステップはステップ4.6で、ビーズが溶出バッファーで飽和している間に、チップ内でスラリーを10回ピペットで固定することが不可欠です。ステップ4.3〜4.5、4.7、および4.10における遠心分離の持続時間は、蓄積された宿主細胞タンパク質(HCP)の量によって変化し得る。したがって、次のステップに進む前に、チップ内の液体が適切にスピンダウンされていることを確認して確認することが重要です。繰り返しになりますが、初期量の抗体医薬品15mgから始めると、約30μgの抗体と濃縮宿主細胞タンパク質(HCP)が溶出されます。限られた消化でタンパク質と酵素の比率を 400:1 にするために、75 ng のトリプシンを添加しました。少量のインプット材料を使用する場合は、溶出したタンパク質サンプルの濃度を測定する必要があります。この測定は、それに応じて添加する必要があるトリプシンの量を調整するのに役立ちます。ステップ4.9は、10%TFAを添加した後の白色の沈殿物を示しています。界面活性剤によるMSシグナルへの干渉を防ぐためには、トリフルオロ酢酸(TFA)を添加した後にpHをチェックし、上清から界面活性剤が完全に除去されるようにすることが重要です。
溶離液を水に乾燥および再懸濁した後、ペプチド混合物のUV測定を行う必要がある。カラムにロードされたペプチドの量がMSを使用した検出に影響を与える可能性があるため、この測定は非常に重要です。評価の結果、約 1 μg のペプチド混合物が MS において最高の性能を示すことがわかりました。したがって、この最適量をナノ LC-MS/MS に注入して、さらに分析する必要があります。
PMLDアプローチは、少量の宿主細胞タンパク質(HCP)の大部分を保持しながら、モノクローナル抗体(mAb)のDSを十分に減少させるなど、サンプル調製においていくつかの利点を提供します。免疫沈降法(IP)とは異なり、この手法は抗HCP抗体に依存しないため、事前定義された抗体に関連するバイアスを排除し、抗HCP抗体の産生に必要な労力と時間を削減できます。さらに、分子量カットオフ17に基づくろ過法とは異なり、PMLDはHCPのサイズに関係なくHCPを濃縮します。抗体、融合タンパク質、ScFvなどのさまざまな薬物モジュールからHCPを濃縮するために適用できるため、プロテインA欠失法と比較して汎用性の高いアプローチになります21。
これらの利点に加えて、PMLD は検出下限が低く、他の方法と比較して、広く特性評価されている標準標準物質である NISTmAb からより多くの HCP を検出できます。ただし、PMLDには自家製の機器が必要であり、自動化への適用が制限されることは注目に値します。その使い勝手を広げるために、先端部などの特定の機器をフリットで置き換えることを市販の代替品に置き換えることができます。さらに、96ウェルプレートで脱塩を行うことで、このアプローチを使用してより高いスループットを実現できます。将来の実験で自動化または半自動化を検討することは、PMLDのより広い用途を拡大するための論理的な次のステップになる可能性があります。
著者は競合する金銭的利害関係を持っていません。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 16 G、メタルハブニードル、2インチ、ポイントスタイル 3 | Hamilton | 91016 | |
| Acclaim PepMap 100 C18 トラップカラム (20 cm × 0.075 mm) | Thermo Fisher | 164535 | |
| Acetonitrile | Fisher-Scientific | A955 | |
| アセトニトリル、0.1% ギ酸 (v/v)、Optima LC/MS グレード | Fisher-Scientific | LS120-4 | |
| Amicon Ultra-0.5 遠心フィルターユニット | ミリポアシグマ | UFC5010 | |
| C18 分析カラム (0.075 mm × 1.7 μm ×30 cm、100 Å) | CoAnn Technologies | HEB07503001718I | |
| Centrifuge 5424 | Eppendorf | 5405000646 | |
| Dithiothreitol (DTT) | Thermo Fisher | A39255 | |
| Frit for SPE cartridges、9.5 mm、3 mL、100個入り | Agilent | 12131020 | |
| GL-Tip GC | GL Sciences Inc | 7820-11201 | |
| 社内 mAb | リジェネロン | 濃度 200 mg/mL | |
| ヨードアセトアミド (30 x 9.3 mg) | サーモフィッシャー | A39271 | |
| イソプロパノール | フィッシャー サイエンティフィック | 149320025 | |
| L-ヒスチジン | Sigma Aldrich | H6034 | |
| L-ヒスチジン モノハイドロライド 1 ハイドレート | Sigma Aldrich | 53370 | |
| メタノール | フィッシャーサイエンティフィック | A456-4 | |
| Milli-Q | Millpore | 30035 | |
| NanoDrop 2000 | Thermo Scientific | ND-2000 | |
| Orbitrap Exploris 480 | Thermo Fisher | BRE725539 | |
| Protein LoBind チューブ 0.5 mL | Eppendorf (VWR) | 22431064 | |
| Protein LoBind チューブ 2.0 mL | Eppendorf (VWR) | 22431102 | |
| Proteome Discovererソフトウェア 2.4 | Thermo Scientific | ||
| ProteoMiner Protein Enrichment 大容量キット | Bio-Rad | 1633007 | |
| ProteoMiner Protein Enrichment Small-Capacity Kit | Bio-Rad | 1633006 | |
| Dadium deoxycholate (SDC) | Sigma Aldrich | D6750 | |
| Sodium lauroyl sarcosinate (SLS) | Sigma Aldrich | L5777 | |
| SpeedVac | Labconco | 7970010 | |
| Thermomixer R | Eppendorf | 22670107 | |
| Trifluoracetic acid (TFA) | Fisher-Scientific | 28904 | |
| Trypsin (Sequencing Grade Modified) (5 x 20 ug) | Promega | V5111 | |
| チューブ リボルバー ローテーター | サーモフィッシャー | 88881001 | |
| UltiMate 3000 RSLC ナノシステム | サーモフィッシャー | ULTIM3000RSLCNANO | |
| UltraPure 1 M Tris-HCl pH 8.0 | サーモフィッシャー | 15568-025 | |
| ボルテックス ジーニー 2 | VWR | 102091-234 | |
| 0.1% ギ酸 (v/v)、Optima LC/MS グレード 水 | フィッシャー・サイエンティフィック | LS118-4 |
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