タンパク質解析技術の進歩

ここ数年、科学者たちは複雑な生物システムの中のタンパク質を分析する技術に重要な改善を加えてきた。中でも特に便利な方法が質量分析（MS）で、タンパク質を特定したり、健康や病気における役割を理解するのに役立つ。ただ、進展があってもサンプル内のすべてのタンパク質を調べるのは難しい、特にタンパク質の量が少ないとき。

#サンプル調製の改善

タンパク質をより良く分析するために、研究者たちはサンプル調製技術の改善に取り組んできた。従来は、タンパク質をゲルまたは溶液中で分解していた。ゲル法は簡単だけど時間がかかり、十分なペプチドを回収できないことが多い。一方、溶液法は界面活性剤を使って効果的にタンパク質を抽出するけど、その後の分析に問題を引き起こすことがある。

こうした問題を解決するために、科学者たちはフィルター支援サンプル調製（FASP）、単一容器固相強化サンプル調製（SP3）、サスペンショントラップ（sTRAP）などの新しい方法を開発した。これらの方法は強力な界面活性剤を使って抽出し、その後ペプチドを精製する。このおかげで、膜中に存在するような分析が難しいタンパク質もよりよく検出できるようになった。

もう一つの重要な戦略は、サンプル内の最も豊富なタンパク質を除去すること。一般的なタンパク質を減らすことで、科学者たちは珍しいものにもっと焦点を当てて、研究しやすくする。

#質量分析の役割

質量分析機器の進歩も、タンパク質分析の改善に貢献している。新しい技術は解像度を向上させ、データ収集を速くする。たとえば、高フィールドオービトラップ質量分析計は、今や大量のタンパク質を迅速かつ正確に分析できるようになった。

イオンモビリティ分析（IMS）を質量分析に加えることで、イオンのサイズ、形、電荷を考慮したさらなる分離が可能になる。たとえば、トラップイオンモビリティ分析（TIMS）はイオンをその場に保持しながらトンネルを通過させる。この技術により、より詳細な分析が可能になり、並列蓄積–直列断片化（PASEF）と呼ばれる効率的なプロセスを作ることができた。この方法により、より多くのイオンを一度に分析できるようになった。

#PASEF法とデータ収集

通常のPASEF実験では、イオンはさまざまなモビリティ係数の範囲でスキャンされ、多様なデータが収集される。これにより、単一の分析で多くのタンパク質を特定できる。イオンモビリティの範囲を狭めることで分析の深さを改善できるけど、その範囲外の重要なペプチドを見逃すこともある。

新しいアプローチとして、時間区分されたddaPASEFが開発され、複雑なタンパク質サンプルをより良く分析できるようになった。時間をかけて異なるイオンモビリティ範囲に焦点を当てることで、研究者たちはもっと多くのタンパク質やペプチドを特定できる。この方法は細胞の分析で成功を収め、HeLa細胞の研究でリン酸化部位やリン酸化ペプチドの数が大幅に増加したことを示した。

#HeLa細胞サンプル調製

進展を示すために、研究でよく使われるHeLa細胞を培養して分析用に調製した。この細胞をしばらくの間セラムなしで育てた後、溶解し、タンパク質を抽出した。その後、タンパク質を精製して質量分析のためにサイズを縮小した。

その過程で、リン酸基が付加されたタンパク質であるリン酸化ペプチドを特別な材料を使って濃縮した。このステップは重要で、リン酸化は多くの細胞活動を調節する上で、重要な役割を果たすからだ。

#リン酸化ペプチドの分画

リン酸化ペプチドのより良い分離を実現するために、研究者たちは高pH反転相クロマトグラフィーを使用し、これによりペプチドを異なる分画に分ける。この方法は、より正確な質量分析用にサンプルを準備するのに役立つ。

サンプルが準備できると、それを質量分析計に注入し、液体クロマトグラフィーシステムがペプチドを分離する。サンプルの濃度に応じて異なる長さのグラデーション時間が使われる。この慎重な準備が、タンパク質の詳細な分析の舞台を整える。

#タンパク質の定量分析

タンパク質分析の重要な側面は定量化で、各タンパク質がどれだけ存在するかを測定すること。このSeg法を用いた研究では、異なるサンプル間で測定された量に強い一致が見られた。つまり、方法がより多くのタンパク質を特定し、かつ一貫して測定できたということだ。

特にSeg法はユニークな同定の数を増加させた。これは、異なるタンパク質の役割を理解するために重要で、特に少量しか存在しないタンパク質にとって重要だ。

#リン酸化プロテオーム分析

多くのペプチドを特定できるSeg法は、リン酸改変されたタンパク質に焦点を当てたリン酸化プロテオームの研究に理想的だった。従来の方法と比べて、Seg法は一貫してより多くのユニークなリン酸化ペプチドと部位を同定した。

研究は、この改善された方法がタンパク質がどのように修飾されるかについての洞察を提供し、それによって機能性の全体像を明らかにすることを示した。

#イオンモビリティ分析の利点

イオンモビリティ分析を使用すると、タンパク質分析に大きな利点がある。モビリティに基づいてイオンを分離することで、研究者たちは複雑な混合物をより徹底的に分析できる。この追加の分析層により、より良い検出と詳細なデータが得られる。

最近の研究での重要な発見は、狭いイオンモビリティウィンドウが解像度を改善するということ。小さな範囲に焦点を当てることで、干渉を減らし、興味のあるペプチドに集中できる。これにより、データの質が向上するだけでなく、低濃度のタンパク質を検出する感度も向上する。

#結論

要するに、改善されたサンプル調製技術、先進的な質量分析、Segのような革新的な取得方法の組み合わせは、タンパク質分析に大きな期待を持たせる。これらの進展は、科学者たちがタンパク質の世界をさらに深く探求し、健康と病気の理解を助ける重要な情報を明らかにするのを可能にしている。

この分野での継続的な作業は、より効果的な医学研究と潜在的な治療法の開発への道を開いており、現代科学におけるタンパク質研究の重要性を強調している。