RU2253116C2 - Retentive chromatography method for separating analytes in sample - Google Patents
Retentive chromatography method for separating analytes in sample Download PDFInfo
- Publication number
- RU2253116C2 RU2253116C2 RU2003104673/15A RU2003104673A RU2253116C2 RU 2253116 C2 RU2253116 C2 RU 2253116C2 RU 2003104673/15 A RU2003104673/15 A RU 2003104673/15A RU 2003104673 A RU2003104673 A RU 2003104673A RU 2253116 C2 RU2253116 C2 RU 2253116C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- adsorbent
- analyte
- sample
- substrate
- selectivity
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Область, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к области сепарационных технологий и аналитической биохимиии.The present invention relates to the field of separation technologies and analytical biochemistry.
Заявленные в настоящем изобретении способы могут иметь применение в биологии и медицине, включая анализ функции гена, дифференциальную экспрессию генов, обнаружение белков, клеточную и клиническую диагностику и скрининг новых лекарственных препаратов.The methods of the present invention can be used in biology and medicine, including gene function analysis, differential gene expression, protein detection, cell and clinical diagnosis and screening of new drugs.
Функция клетки как нормальной, так и патологической, по меньшей мере частично зависит от экспрессируемых в клетке генов (т.е. функции гена). Экспрессия гена имеет как качественный, так и количественный аспекты. То есть клетки могут отличаться как набором конкретных экспрессируемых генов, так и относительным уровнем экспрессии одного и того же гена. Дифференциальная экспрессия генов может проявляться, например, в различной экспрессии белков, кодируемых геном, или в посттрансляционных модификациях экспрессированных белков. Например, белки могут быть модифицированы углеводными или фосфатными группами или претерпевать разрезание. Таким образом, на биохимическом уровне клетка представляет собой сложную смесь органических биомолекул.Cell function, both normal and pathological, is at least partially dependent on the genes expressed in the cell (i.e., gene function). Gene expression has both qualitative and quantitative aspects. That is, cells can differ both in the set of specific expressed genes and in the relative level of expression of the same gene. Differential gene expression may occur, for example, in different expression of the proteins encoded by the gene, or in post-translational modifications of the expressed proteins. For example, proteins can be modified with carbohydrate or phosphate groups or undergo cutting. Thus, at the biochemical level, a cell is a complex mixture of organic biomolecules.
Одной из целей функциональной геномики ("протеомики") является индентификация и характеристика органических биомолекул, которые дифференциально экспрессируются в клетках различных типов. При сравнении экспрессии можно идентифицировать молекулы, которые могут быть ответственны за определенную патологическую активность клетки. Например, идентификация белка, экспрессирующегося в раковых клетках, но не в нормальных клетках, может оказаться полезной при диагностике и, в конечном счете, для подбора лекарственных препаратов и лечения патологии. По завершении программы Геном Человека все гены человека будут клонированы, секвенированы и информация о них будет сведена в базы данных. В этом "пост-геномном" мире способность идентифицировать дифференциально экспрессирующиеся белки приведет, в свою очередь, к идентификации генов, которые их кодируют. Таким образом, мощь генетики приведет к решению проблем функции клетки.One of the goals of functional genomics (“proteomics”) is the identification and characterization of organic biomolecules, which are differentially expressed in various types of cells. By comparing expression, molecules can be identified that may be responsible for a particular pathological activity of the cell. For example, the identification of a protein expressed in cancer cells, but not in normal cells, can be useful in the diagnosis and, ultimately, for the selection of drugs and treatment of pathology. Upon completion of the Human Genome program, all human genes will be cloned, sequenced, and information about them will be compiled into databases. In this "post-genomic" world, the ability to identify differentially expressed proteins will, in turn, lead to the identification of the genes that encode them. Thus, the power of genetics will lead to the solution of cell function problems.
Дифференциальные химические анализы экспрессии генов и их функции требуют таких инструментов, которые могут разделять сложную смесь молекул в клетке, идентифицировать их и определять количественно, даже в том случае, когда они присутствуют в следовых количествах. Однако существующие для этих целей методы аналитической химии ограничены для каждой из перечисленных задач. Одним из популярных методов разделения биомолекул является электрофорез. Часто первое разделение белков изоэлектрическим фокусированием в геле сочетают со вторым разделением электрофорезом в полиакриламидном геле, содержащем додецил-сульфат натрия (ДСН-ПААГЕ). Результатом является карта, на которой белки разделены по изоэлектрической точке (суммарному заряду) и размеру (т.е. массе). Однако, будучи полезным, данный метод имеет несколько ограничений. Во-первых, этим методом можно получить информацию только о двух характеристиках биомолекулы - массе и изоэлектрической точке ("рI"). Во-вторых, разрешающая способность при каждом разделении ограничена разрешающей способностью геля. Например, часто трудно разделить молекулы, масса которых отличается менее чем на 5%, или изоэлектрическая точка отличается менее чем на 0.5 pI. В-третьих, нагрузка на гель ограничена и, соответственно, ограничена чувствительность; часто не удается обнаружить биомолекулы, экспрессируемые в малых количествах. В-четвертых, малые белки и пептиды с молекулярной массой менее 10-20 кД данным методом неразрешимы.Differential chemical analyzes of gene expression and their functions require tools that can separate a complex mixture of molecules in a cell, identify and quantify them, even when they are present in trace amounts. However, the methods of analytical chemistry existing for these purposes are limited for each of the listed problems. One of the popular methods for separating biomolecules is electrophoresis. Often the first separation of proteins by isoelectric focusing in a gel is combined with the second separation by polyacrylamide gel electrophoresis containing sodium dodecyl sulfate (SDS-PAGE). The result is a map on which proteins are separated by isoelectric point (total charge) and size (i.e. mass). However, being useful, this method has several limitations. Firstly, using this method, information can only be obtained on two characteristics of a biomolecule — mass and isoelectric point (“pI”). Secondly, the resolution at each separation is limited by the resolution of the gel. For example, it is often difficult to separate molecules whose mass differs by less than 5%, or the isoelectric point differs by less than 0.5 pI. Thirdly, the load on the gel is limited and, accordingly, sensitivity is limited; often it is not possible to detect biomolecules expressed in small quantities. Fourth, small proteins and peptides with a molecular mass of less than 10-20 kD are insoluble by this method.
Другие аналитические методы могут преодолеть одно или несколько из перечисленных ограничений, но эффективно сочетать их достаточно затруднительно. Например, аналитической хроматографией можно разделять биомолекулы на основе разнообразия взаимодействий аналит/адсорбент, но многомерный анализ затруднен и требует много времени. Кроме того, данные методы имеют ограниченную чувствительность.Other analytical methods can overcome one or more of these limitations, but it is rather difficult to combine them effectively. For example, analytical chromatography can separate biomolecules based on a variety of analyte / adsorbent interactions, but multivariate analysis is difficult and time consuming. In addition, these methods have limited sensitivity.
В клинической диагностике требуется специфически обнаруживать известные маркеры заболевания. Однако развитие таких диагностических подходов затруднено необходимостью получения реагентов, специфически связывающихся с маркерами или способных дискриминировать маркер в сложной смеси.Clinical diagnosis requires specific detection of known disease markers. However, the development of such diagnostic approaches is hampered by the need to obtain reagents that specifically bind to markers or are able to discriminate a marker in a complex mixture.
При разработке новых лекарственных препаратов необходимо быстро скринировать агенты, которые модулируют взаимодействия лиганд/рецептор. Часто лимитирующим этапом при таком скрининге является этап обнаружения взаимодействия лиганд/рецептор. Поэтому быстрые и специфичные методы идентификации события связывания будут обладать значительными преимуществами.When developing new drugs, agents that modulate ligand / receptor interactions must be rapidly screened. Often the limiting step in such screening is the step of detecting ligand / receptor interactions. Therefore, quick and specific methods for identifying the binding event will have significant advantages.
До недавнего времени процесс идентификации потенциального маркера или члена пары лиганд/рецептор с получением агента, специфически связывающегося с маркером или лигандом/рецептором, был весьма затруднен. Согласно одному из подходов, сравнивают нормальные и поврежденные (больные) ткани с тем, чтобы идентифицировать виды мРНК или экспрессируемые маркерные последовательности ("EST"), уровень которых повышен или понижен в поврежденной ткани. Эти виды РНК выделяют и получают кодируемые ими полипептиды при помощи рутинных методов рекомбинантных ДНК. Затем полипептиды выделяют и используют в качестве иммуногенов для получения специфичных относительно маркера антител. Антитела могут быть использованы, например, в ELISA для определения количества маркера во взятом от больного образце.Until recently, the process of identifying a potential marker or member of a ligand / receptor pair to produce an agent that specifically binds to a marker or ligand / receptor has been very difficult. According to one approach, normal and damaged (diseased) tissues are compared in order to identify mRNA species or expressed marker sequences (“EST”) whose level is increased or decreased in the damaged tissue. These types of RNAs are isolated and the polypeptides encoded by them are obtained using routine recombinant DNA methods. The polypeptides are then isolated and used as immunogens to produce marker-specific antibodies. Antibodies can be used, for example, in an ELISA to determine the amount of marker in a sample taken from a patient.
Данный процесс долог и утомителен. Для получения таких антител требуется от девяти месяцев до года, при этом не меньше времени требуется на разработку протоколов выделения такого количества полипептида, которое достаточно для иммунизации. Кроме того, метод основан на заключении, что различия в экспрессии РНК отражаются как различия в экспрессии белка. Однако это заключение не всегда справедливо. Поэтому методы, при помощи которых можно прямо обнаруживать дифференциально экспрессируемые белки и при помощи которых можно в значительно более короткое время получать специфические лиганды, будут обладать значительными преимуществами.This process is long and tedious. To obtain such antibodies, it takes from nine months to a year, while no less time is required to develop protocols for the isolation of such an amount of polypeptide that is sufficient for immunization. In addition, the method is based on the conclusion that differences in RNA expression are reflected as differences in protein expression. However, this conclusion is not always true. Therefore, the methods by which directly differentially expressed proteins can be directly detected and by which specific ligands can be obtained in a much shorter time will have significant advantages.
Таким образом, для аналитической биохимии, биологии и медицины необходимы способы и инструменты для разделения сложных смесей органических биомолекул, идентификации индивидуальных биомолекул в смеси и идентификации специфических молекулярных событий распознавания с участием одного или нескольких аналитов-мишеней.Thus, analytical biochemistry, biology, and medicine require methods and tools for separating complex mixtures of organic biomolecules, identifying individual biomolecules in a mixture, and identifying specific molecular recognition events involving one or more target analytes.
Краткое описание изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
В настоящем изобретении описаны устройства и способы для ретентатной хроматографии. Ретентатная хроматография является комбинаторным методом высокоинформативного разделения аналитов в сложных смесях посредством применения способов многомерного разделения. Она обеспечивает надежное обнаружение аналита и функциональный анализ применимости для биологии и медицины, что достигается на основе единой интегрированной операционной системы для прямого обнаружения характера экспрессии аналита, связанного с функцией гена, функцией белка, функцией клетки и функцией организма в целом.The present invention describes devices and methods for retentate chromatography. Retentate chromatography is a combinatorial method of highly informative separation of analytes in complex mixtures through the use of multidimensional separation methods. It provides reliable analyte detection and functional analysis of applicability for biology and medicine, which is achieved on the basis of a single integrated operating system for direct detection of the expression pattern of analyte associated with gene function, protein function, cell function and body function as a whole.
Более конкретно, аналиты могут быть разрешены в различных двухмерных форматах, при этом становится доступна многомерная информация. Сначала аналиты разделяют на основе их способности адсорбироваться на стационарную фазу при как минимум двух различных условиях селективности, таких как анион/катионный потенциал, гидрофобность/гидрофильность или специфическое биомолекулярное распознавание. Затем аналиты разделяют в другом измерении на основе их массы при помощи десорбционной спектрометрии (т.е. лазерной десорбционной масс-спектрометрии), которая дает возможность обнаружить разделенные аналиты. Природа адсорбента, на который сорбируются аналиты, дает информацию о физико-химических свойствах аналита.More specifically, analytes can be resolved in various two-dimensional formats, and multidimensional information becomes available. First, analytes are separated based on their ability to adsorb to the stationary phase under at least two different conditions of selectivity, such as anion / cationic potential, hydrophobicity / hydrophilicity or specific biomolecular recognition. The analytes are then separated in another dimension based on their mass using desorption spectrometry (i.e., laser desorption mass spectrometry), which makes it possible to detect separated analytes. The nature of the adsorbent onto which analytes are adsorbed provides information on the physicochemical properties of the analyte.
Таким образом, в изобретении заявлен инструмент для молекулярного обнаружения и диагностики, сочетающий возможности как для параллельного, так и мультиплексного процессинга аналитов. Поскольку аналиты детектируются непосредственно, изобретение дает возможность одновременного переноса сигналов от двух и более независимых аналитов-мишеней от одной "ячейки" (т.е. предопределенной локализации чипа) в ходе одного операционного цикла.Thus, the invention claims a tool for molecular detection and diagnostics, combining the capabilities of both parallel and multiplex processing of analytes. Since analytes are detected directly, the invention enables the simultaneous transfer of signals from two or more independent target analytes from one "cell" (ie, a predetermined chip localization) during one operational cycle.
Ретентатная хроматография отличается от обычной хроматографии по нескольким параметрам. Во-первых, в ретентатной хроматографии обнаруживаются аналиты, которые удержаны на адсорбенте. В методах обычной хроматографии аналиты элюируют с адсорбента до обнаружения. Для обычной хроматографии обнаружение аналита, который не элюирован с адсорбента, не является рутинным или обычным подходом. Таким образом, ретентатная хроматография дает прямую информацию о химических или структурных характеристиках удержанных аналитов. Во-вторых, сочетание адсорбционной хроматографии с обнаружением путем десорбционной спектрометрии обеспечивает крайне высокую чувствительность в фемтомолярном интервале и необычно тонкое разрешение. В-третьих, отчасти в силу прямого обнаружения аналитов ретентатная хроматография дает возможность быстрого анализа ретентатов (удержанных аналитов) во множестве различных условий селективности, обеспечивая тем самым быструю многомерную характеристику аналитов в образце. В-четвертых, адсорбенты могут быть присоединены к субстрату в ряду предопределенных локализаций. Это дает возможность параллельной обработки аналитов, нанесенных на различные пятна адсорбента (т.е. "сайты аффинности" или "пятна") на матрице в различных условиях элюции.Retentate chromatography differs from conventional chromatography in several ways. First, retent chromatography reveals analytes that are retained on an adsorbent. In conventional chromatography methods, analytes elute from the adsorbent before detection. For conventional chromatography, the detection of an analyte that is not eluted from the adsorbent is not a routine or routine approach. Thus, retentate chromatography provides direct information on the chemical or structural characteristics of the retained analytes. Secondly, the combination of adsorption chromatography with detection by desorption spectrometry provides extremely high sensitivity in the femtomolar range and an unusually fine resolution. Thirdly, partly due to the direct detection of analytes, retentate chromatography makes it possible to quickly analyze retentates (retained analytes) in many different conditions of selectivity, thereby ensuring a fast multidimensional characterization of analytes in the sample. Fourth, adsorbents can be attached to the substrate in a series of predefined locations. This allows parallel processing of analytes deposited on different spots of the adsorbent (ie, "affinity sites" or "spots") on the matrix under various elution conditions.
Ретентатная хроматография имеет множество применений в биологии и медицине. К ним относятся комбинаторное биохимическое разделение и очистка аналитов, изучение дифференциальной экспрессии генов и молекулярных событий распознавания, диагностика и скрининг потенциальных лекарственных препаратов.Retentate chromatography has many uses in biology and medicine. These include combinatorial biochemical separation and purification of analytes, the study of differential gene expression and molecular recognition events, diagnosis and screening of potential drugs.
Одно из основных применений ретентатной хроматографии в качестве аналитического инструмента предусматривает приведение образца в контакт с комбинаторным набором различных сочетаний адсорбент/элюант и определение поведения аналита в различных условиях. Этим достигается очистка аналита и определение условий, нужных для обнаружения аналита в образце. Субстраты с идентифицированными таким образом адсорбентами могут служить в качестве специфических детекторов аналита или аналитов. При осуществлении метода последовательной экстракции образец приводят в контакт с первым сочетанием адсорбент/элюант и промывают, истощают аналиты, адсорбированные первым адсорбентом и приводят в контакт со вторым адсорбентом для истощения других аналитов. Условия селективности, в которых удерживаются аналиты, могут быть также использованы в процедурах препаративной очистки, когда неочищенный образец, содержащий аналит, последовательно приводят в контакт с адсорбентами, которые его удерживают, примеси удаляются, а удержанный аналит собирают с адсорбента для последующих циклов.One of the main applications of retentate chromatography as an analytical tool involves bringing a sample into contact with a combinatorial set of various adsorbent / eluant combinations and determining the behavior of the analyte under various conditions. This achieves the purification of the analyte and the determination of the conditions necessary for the detection of the analyte in the sample. Substrates with adsorbents identified in this way can serve as specific analyte or analyte detectors. In the sequential extraction method, the sample is brought into contact with the first adsorbent / eluant combination and washed, the analytes adsorbed by the first adsorbent are depleted and contacted with the second adsorbent to deplete other analytes. The selectivity conditions under which the analytes are retained can also be used in preparative purification procedures when the crude sample containing the analyte is subsequently contacted with the adsorbents that hold it, the impurities are removed, and the retained analyte is collected from the adsorbent for subsequent cycles.
Один из аспектов изобретения состоит в том, что каждый класс или тип событий молекулярного распознавания (т.е. взаимодействие "адсорбент-мишень: аналит-мишень") характеризуется конкретным условием селективности в пределах предопределенной локализации на матрице и детектируется непосредственно пока связанные молекулы еще локализованы (т.е. "удержаны") в предопределенной локализации. Таким образом, селекция и обнаружение не требуют элюции, выделения, амплификации или мечения аналита-мишени.One aspect of the invention is that each class or type of molecular recognition event (ie, adsorbent-target: analyte-target interaction) is characterized by a specific selectivity condition within a predetermined localization on the matrix and is detected directly while the bound molecules are still localized (ie, "held") in a predetermined localization. Thus, selection and detection do not require elution, isolation, amplification or labeling of the target analyte.
Другой аспект настоящего изобретения состоит в том, что детекция одного или нескольких молекулярных событий распознавания в одной или нескольких предопределенных локализациях на матрице не требует удаления или использования больше, чем небольшой фракции всего адсорбента-аналита. Таким образом, неиспользованная порция может быть исследована далее в ходе одного или нескольких циклов "вторичного процессинга", проводимых непосредственно in situ (т.е., в пределах предопределенной локализации) для целей выяснения структуры и функции, включая последующие сборку, дезинтеграцию, модификацию или амплификацию (прямые или непрямые).Another aspect of the present invention is that the detection of one or more molecular recognition events in one or more predetermined locations on the matrix does not require the removal or use of more than a small fraction of the total adsorbent analyte. Thus, an unused portion can be investigated further during one or more cycles of “secondary processing” conducted directly in situ (ie, within a predetermined location) for the purpose of clarifying the structure and function, including subsequent assembly, disintegration, modification or amplification (direct or indirect).
В ходе интерактивного процесса, обозначаемого как "последовательное разрешение", могут быть получены адсорбенты с повышенной специфичностью к аналиту. При этом адсорбенты или элюанты, для которых уже показана способность удерживать аналит, тестируют с дополнительными переменными для определения комбинаций с лучшими характеристиками связывания. Другой метод дает возможность быстрого создания субстратов с антительными адсорбентами, специфичными к аналиту. Метод предусматривает связывание аналита на адсорбенте и скрининг фаговой библиотеки для обнаружения фага, связывающего аналит.In an interactive process, referred to as "sequential resolution", adsorbents with enhanced analyte specificity can be obtained. Moreover, adsorbents or eluants, for which the analyte retention capacity has already been shown, are tested with additional variables to determine combinations with better binding characteristics. Another method makes it possible to quickly create substrates with antibody adsorbents specific for the analyte. The method involves binding the analyte to an adsorbent and screening a phage library to detect phage that binds the analyte.
Ретентатная хроматография имеет также применения в молекулярной и клеточной биологии. Аналиты, которые дифференциально представлены в двух образцах (напр., дифференциально экспрессируемые белки в двух клеточных экстрактах), могут быть идентифицированы путем приведения образцов в контакт сразнообразными сочетаниями адсорбент/элюант с последующим анализом десорбционной спектрометрией. При этом реализуется высокоинформативная разрешающая способность системы, которая недостижима в других системах разделения и обнаружения. Неизвестные белки-мишени можно идентифицировать путем определения физико-химических характеристик, включая молекулярную массу, на основе химических характеристик сочетания адсорбент/элюант. Полученная информация может применяться при скрининге баз данных для поиска белков с аналогичными профилями.Retentate chromatography also has applications in molecular and cellular biology. Analytes that are differentially present in two samples (e.g., differentially expressed proteins in two cell extracts) can be identified by contacting the samples with various adsorbent / eluant combinations followed by analysis by desorption spectrometry. At the same time, a highly informative resolution of the system is realized, which is unattainable in other separation and detection systems. Unknown target proteins can be identified by determining the physicochemical characteristics, including molecular weight, based on the chemical characteristics of the adsorbent / eluant combination. The information obtained can be used in screening databases to search for proteins with similar profiles.
Методы сепарационной биохимии и адсорбенты, разработанные в соответствии с заявленными способами, применимы в диагностике. Более конкретно, могут быть разработаны как химические, так и биоспецифические адсорбенты для обнаружения важных диагностических маркеров. В отдельных вариантах осуществления изобретения субстрат может содержать матрицу пятен адсорбента, выбранных соответственно комбинации маркеров, диагностических для данного заболевания или синдрома.Separation biochemistry methods and adsorbents developed in accordance with the claimed methods are applicable in the diagnosis. More specifically, both chemical and biospecific adsorbents can be developed to detect important diagnostic markers. In certain embodiments, the substrate may comprise an adsorbent stain matrix, suitably selected combinations of markers, diagnostic for a given disease or syndrome.
Ретентатная хроматография полезна при скрининге потенциальных лекарственных препаратов. Один из членов пары рецептор/лиганд присоединяют к адсорбенту и его способность связывать партнера проверяется в присутствии агента. В силу быстроты, с которой может быть установлена адсорбция, можно легко тестировать комбинаторные библиотеки агентов на их способность модулировать взаимодействие.Retentate chromatography is useful in screening for potential drugs. One of the members of the receptor / ligand pair is attached to the adsorbent and its ability to bind a partner is tested in the presence of an agent. Due to the speed with which adsorption can be established, it is easy to test combinatorial libraries of agents for their ability to modulate interaction.
В качестве одного из аспектов изобретения заявлен способ высокоинформативного разделения по меньшей мере одного аналита в образце. Данный способ представляет собой комбинаторный метод, включающий параллельное разделение и обнаружение множественных аналитов. Метод включает следующие этапы: а) обработка аналита по меньшей мере в двух условиях селективности, при этом каждое условие селективности определяется сочетанием адсорбента и элюанта, что делает возможным удержание аналита адсорбентом; и б) обнаружение аналита, удержанного в различных условиях селективности, при помощи десорбционной спектрометрии. Обнаружение аналита, удержанного в различных условиях селективности, обеспечивает высокоинформативное разделение аналита.As one aspect of the invention, a method for highly informative separation of at least one analyte in a sample is claimed. This method is a combinatorial method, including parallel separation and detection of multiple analytes. The method includes the following steps: a) processing the analyte in at least two conditions of selectivity, with each condition of selectivity being determined by a combination of adsorbent and eluant, which makes it possible to retain the analyte with an adsorbent; and b) detecting an analyte held under various conditions of selectivity using desorption spectrometry. Detection of an analyte held under various conditions of selectivity provides highly informative analyte separation.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения каждое различное условие селективности определяют в различной предопределенной локализации для параллельного процессинга. Другой вариант предусматривает способ, включающий следующие этапы: i) обработка аналита при первом условии селективности в определенной локализации, что создает условия для удержания аналита адсорбентом; ii) обнаружение аналита, удержанного при первом условии селективности, десорбционной спектрометрией; iii) отмывка адсорбента при втором, отличающемся условии селективности в определенной локализации, что создает условия для удержания аналита адсорбентом; iv) обнаружение удержанного аналита десорбционной сектрометрией.According to one embodiment of the invention, each different selectivity condition is determined at a different predetermined location for parallel processing. Another option provides a method comprising the following steps: i) processing the analyte under the first condition of selectivity in a certain location, which creates conditions for the retention of the analyte with an adsorbent; ii) detecting analyte retained under the first condition of selectivity by desorption spectrometry; iii) washing the adsorbent under a second, different condition of selectivity at a certain location, which creates conditions for the retention of the analyte by the adsorbent; iv) detection of retained analyte by desorption spectrometry.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения аналит представляет собой органическую биомолекулу, мультимерный молекулярный комплекс или макромолекулярный комплекс. Согласно другому варианту осуществления изобретения органическая биомолекула является ферментом, иммуноглобулином, рецептором клеточной поверхности или внутриклеточным рецептором.In one embodiment, the analyte is an organic biomolecule, a multimeric molecular complex, or a macromolecular complex. In another embodiment, the organic biomolecule is an enzyme, an immunoglobulin, a cell surface receptor, or an intracellular receptor.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения адсорбент представляет собой анион, катион, адсорбент гидрофобного взаимодействия, полипептид, нуклеиновая кислота, углевод, лектин, краситель, редуцирующий агент, гидрокарбон или их сочетания. Согласно другому варианту осуществления изобретения адсорбент прикреплен к субстрату, представляющему собой стекло, керамику, магнитный материал, органический полимер, проводящий полимер, природный биополимер, металл или металл, покрытый органическим полимером. Согласно другому варианту осуществления изобретения адсорбент имеет форму микроэмульсии, латекса, слоя или бус. Согласно другому варианту осуществления изобретения субстрат организован в линию или прямоугольную матрицу. Согласно другому варианту осуществления изобретения адсорбенты располагают на субстрате в различных локализациях до того, как аналиты подвергают условиям селективности. Согласно другому варианту осуществления изобретения адсорбенты располагают на субстрате в различных локализациях после того, как аналиты подвергают условиям селективности. Согласно другому варианту осуществления изобретения различные условия селективности представляют собой различные условия связывания или различные условия элюции.According to one embodiment of the invention, the adsorbent is an anion, a cation, an adsorbent of hydrophobic interaction, a polypeptide, a nucleic acid, a carbohydrate, lectin, a dye, a reducing agent, a hydrocarbon, or a combination thereof. According to another embodiment of the invention, the adsorbent is attached to a substrate comprising glass, ceramic, magnetic material, an organic polymer, a conductive polymer, a natural biopolymer, a metal or a metal coated with an organic polymer. According to another embodiment of the invention, the adsorbent is in the form of a microemulsion, latex, layer or bead. According to another embodiment of the invention, the substrate is arranged in a line or a rectangular matrix. According to another embodiment of the invention, the adsorbents are located on the substrate at various locations before the analytes are subjected to selectivity conditions. According to another embodiment of the invention, the adsorbents are located on the substrate at various locations after the analytes are subjected to selectivity conditions. According to another embodiment of the invention, the various selectivity conditions are different binding conditions or different elution conditions.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения этап обнаружения включает определение массы аналита при помощи лазерной десорбционной масс-спектрометрии.According to one embodiment of the invention, the detection step comprises determining the analyte mass using laser desorption mass spectrometry.
Согласно другому варианту осуществления изобретения условия селективности выбирают так, чтобы оптимизировать удержание аналита адсорбентом. Согласно другому варианту осуществления изобретения условия селективности определяют для различных адсорбентов и одного элюанта.According to another embodiment of the invention, the selectivity conditions are selected so as to optimize the retention of the analyte by the adsorbent. According to another embodiment of the invention, the selectivity conditions are determined for various adsorbents and one eluant.
Другой вариант осуществления изобретения включает этап получения субстрата, содержащего адсорбенты в предопределенных локализациях, при этом каждый адсорбент отвечает условию селективности, определенному для удержания аналита. Согласно другому варианту осуществления изобретения условия элюции отличаются в отношении рН, буферной емкости, ионной силы, характеристик структуры воды, типа детергента, силы детергента, гидрофобности или диэлектрической константы. Согласно другому варианту осуществления изобретения множество условий селективности определяются одним и тем же элюантом.Another embodiment of the invention includes the step of producing a substrate containing adsorbents in predetermined locations, with each adsorbent meeting the selectivity condition defined for analyte retention. According to another embodiment of the invention, the elution conditions differ with respect to pH, buffer capacity, ionic strength, water structure characteristics, type of detergent, detergent strength, hydrophobicity or dielectric constant. According to another embodiment of the invention, many selectivity conditions are determined by the same eluant.
Согласно другому варианту осуществления изобретения заявлен способ последовательной экстракции аналитов из образца. Это комбинаторный последовательный способ разделения и очистки многих аналитов параллельно. Метод включает этапы: а) обработка образца в первом условии селективности для удержания аналитов первым адсорбентом с получением неудержанного образца; б) сбор неудержанного образца, содержащего аналиты, обработка неудержанного образца во втором условии селективности для удержания аналитов вторым адсорбентом с получением неудержанного образца; в) обнаружение удержанного в различных условиях селективности аналита маркера десорбционной спектрометрией.According to another embodiment of the invention, a method for sequential extraction of analytes from a sample is claimed. This is a combinatorial sequential method for separating and purifying many analytes in parallel. The method includes the steps of: a) processing the sample in the first condition of selectivity to retain analytes with the first adsorbent to obtain an unstoppable sample; b) collecting an unstoppable sample containing analytes, treating the unstoppable sample in a second selectivity condition to retain the analytes with a second adsorbent to obtain an unsupervised sample; c) detection of marker analyte selectivity retained under various conditions by desorption spectrometry.
В качестве другого аспекта изобретения заявлен субстрат для десорбционной спектрометрии, содержащий адсорбент с характеристиками связывания, градиентно изменяющимися по одной или нескольким линейным осям.As another aspect of the invention, a substrate for desorption spectrometry is disclosed, comprising an adsorbent with binding characteristics that vary in a gradient along one or more linear axes.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ последовательной идентификации условия селективности с улучшенным разрешением аналита в образце. Метод включает этапы: а) идентификации условия селективности, при котором удерживается содержащийся в образце аналит путем i) обработки образца в наборе условий селективности, при этом каждое условие селективности определяется по меньшей мере одной характеристикой связывания и по меньшей мере одной характеристикой элюции; ii) обнаружение десорбционной спектрометрией аналита, удержанного в каждом условии селективности; (iii) идентификация условия селективности, в котором удерживается аналит; и б) идентификация условия селективности с улучшенным разрешением аналита путем i) выбора по меньшей мере одной характеристики связывания или характеристики элюции из идентифицированного условия селективности и введение его в постоянный набор характеристик селективности; ii) обрботка образца в модифицированном наборе условий селективности, при том, что каждое условие селективности в модифицированном наборе включает (1) характеристики селективности из постоянного набора и (2) характеристику связывания или характеристику элюции, не входящие в постоянный набор; и (iii) идентификация десорбционной спектрометрией условия селективности из модифицированного набора, которое обеспечивает удержание аналита с повышенным разрешением по сравнению с ранее идентифицированным условием селективности. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения на данной стадии хотя бы один раз повторяется этап б). Согласно другому варианту осуществления изобретения этап б) повторяют до тех пор, пока не будет идентифицировано условие селективности, в котором из образца удерживается только аналит-мишень.Another aspect of the present invention is a method for sequentially identifying a selectivity condition with improved analyte resolution in a sample. The method includes the steps of: a) identifying a selectivity condition under which the analyte contained in the sample is retained by i) processing the sample in a set of selectivity conditions, each selectivity condition being determined by at least one binding characteristic and at least one elution characteristic; ii) detection by desorption spectrometry of the analyte retained in each selectivity condition; (iii) identification of the selectivity condition in which the analyte is held; and b) identifying the selectivity condition with improved analyte resolution by i) selecting at least one binding characteristic or elution characteristic from the identified selectivity condition and introducing it into a permanent set of selectivity characteristics; ii) processing the sample in a modified set of selectivity conditions, while each selectivity condition in the modified set includes (1) selectivity characteristics from a constant set and (2) a binding or elution characteristic not included in the constant set; and (iii) identification by desorption spectrometry of the selectivity condition from the modified kit, which provides retention of the analyte with a higher resolution than the previously identified selectivity condition. According to one embodiment of the invention, at this stage, step b) is repeated at least once. According to another embodiment of the invention, step b) is repeated until a selectivity condition is identified in which only the target analyte is retained from the sample.
Другим аспектом настоящего изобретения является субстрат для десорбционной спектрометрии, содержащий адсорбент из условий селективности, которые разрешают аналит методом последовательного разрешения. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения субстрат поставляется в виде набора, содержащего элюант из условия селективности, или инструкции по использованию элюанта в сочетании с адсорбентом.Another aspect of the present invention is a substrate for desorption spectrometry containing an adsorbent from selectivity conditions that resolve the analyte by sequential resolution. According to one embodiment of the invention, the substrate is supplied in the form of a kit containing an eluant from the condition of selectivity, or instructions for using the eluant in combination with an adsorbent.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ препаративной очистки аналита от содержащихся в образце примесей. Способ включает следующие этапы: а) приведение образца в контакт с субстратом во множестве различных условий селективности; обнаружение удержанного во множестве различных условий селективности аналита десорбционной спектрометрией; идентификация условий селективности, в которых удерживается аналит; б) очистка аналита путем повторения для множества различных индетифицированных условий селективности последовательных этапов, включающих i) приведение образца в контакт с адсорбентом в идентифицированном условии селективности, что обеспечивает удержание аналита адсорбентом; ii) отделение аналита от примесей, которые не удерживаются субстратом; и iii) сбор аналита с адсорбента.Another aspect of the present invention is a method for preparative purification of an analyte from impurities contained in a sample. The method includes the following steps: a) bringing the sample into contact with the substrate under a variety of different selectivity conditions; detection of analyte selectivity retained in a variety of different conditions by desorption spectrometry; identification of the selectivity conditions under which the analyte is held; b) purification of the analyte by repeating for a variety of different identified conditions of selectivity selectivity sequential steps, including i) bringing the sample into contact with the adsorbent in the identified condition of selectivity, which ensures retention of the analyte by the adsorbent; ii) separating the analyte from impurities that are not retained by the substrate; and iii) collecting analyte from the adsorbent.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ получения субстрата для обнаружения как минимум одного аналита в образце. Данный способ является комбинаторным методом конструирования и идентификации аналит-специфических асдорбентов. Он полезен для обнаружения аналитов-мишеней. Способ включает следующие этапы: а) обработка образца в по меньшей мере двух различных условиях селективности, причем каждое условии селективности определяется сочетанием адсорбента и элюанта и делает возможным удержание аналита адсорбентом; б) идентификация при помощи десорбционной спектрометрии по меньшей мереодного условия селективности, при котором ужерживается аналит; и в) получение субстрата, содержащего по меньшей мере один адсорбент из идентифицированного условия селективности. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения этап идентификации включает идентификацию по меньшей мере одного условия селективности, при котором ужерживается множество аналитов. Согласно другому варианту осуществления изобретения этап получения субстрата предусматривает получения множества адсорбентов, которые удерживают аналит при определенном условии селективности, выступая в качестве мультиплексного адсорбента.Another aspect of the present invention is a method for producing a substrate for detecting at least one analyte in a sample. This method is a combinatorial method for the construction and identification of analyte-specific adsorbents. It is useful for detecting target analytes. The method includes the following steps: a) processing the sample under at least two different conditions of selectivity, each condition of selectivity being determined by a combination of adsorbent and eluant and makes it possible to retain the analyte with an adsorbent; b) identification by desorption spectrometry of at least one selectivity condition under which the analyte is curved; and c) preparing a substrate containing at least one adsorbent from the identified selectivity condition. According to one embodiment of the invention, the identification step comprises identifying at least one selectivity condition under which a plurality of analytes are curtailed. According to another embodiment of the invention, the step of obtaining a substrate involves the production of a plurality of adsorbents that retain the analyte under a certain selectivity condition, acting as a multiplex adsorbent.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ диагностики у субъекта заболевания, для которого характерен как минимум один маркер. Это комбинаторный метод одновременного обнаружения множественных диагностических маркеров. Данный метод включает следующие этапы: а) получение субстрата для десорбционной спектрометрии, который содержит по меньшей мере одну предопределенную локализацию, при этом каждая предопределенная локализация содержит адсорбент, разрешающий по меньшей мере один диагностический маркер при определенном условии элюции; б)Another aspect of the present invention is a diagnostic method in a subject of a disease for which at least one marker is characteristic. This is a combinatorial method for the simultaneous detection of multiple diagnostic markers. This method includes the following steps: a) obtaining a substrate for desorption spectrometry, which contains at least one predetermined localization, with each predetermined localization containing an adsorbent that resolves at least one diagnostic marker under a certain elution condition; b)
приведение субстрата в контакт с взятым от субъекта биологическим образцом в таком условии элюции, которое обеспечивает удержание диагностического маркера; и в) обнаружение удержанного диагностического маркера десорбционной спектрометрией. Обнаружение удержанного диагностического маркера обеспечивает диагностику заболевания.bringing the substrate into contact with a biological sample taken from a subject in an elution condition that ensures retention of the diagnostic marker; and c) detecting a retained diagnostic marker by desorption spectrometry. Detection of a retained diagnostic marker provides a diagnosis of the disease.
Другим аспектом настоящего изобретения является набор для обнаружения аналита в образце, включающий (1) субстрат, применимый в десорбционной спектрометрии, содержащий как минимум одну предопределенную локализацию, при этом каждая предопределенная локализация содержит адсорбент, который разрешает аналит в условии селективности, определяемым адсорбентом и элюантом, и (2) элюант или инструкции по обработке образца в условии селективности. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения данный набор характеризуется множеством диагностических маркеров и субстрат содержит множество предопределенных локализаций, при этом каждая предопределенная локализация содержит адсорбент, который разрешает по меньшей мере один диагностический маркер.Another aspect of the present invention is a kit for detecting analyte in a sample, comprising (1) a substrate useful in desorption spectrometry, containing at least one predetermined localization, each predetermined localization contains an adsorbent that resolves the analyte under the condition of selectivity determined by the adsorbent and eluant, and (2) an eluant or sample processing instructions subject to selectivity. According to one embodiment of the invention, the kit is characterized by a plurality of diagnostic markers and the substrate contains a plurality of predetermined locations, with each predetermined location containing an adsorbent that resolves at least one diagnostic marker.
Другим аспектом настоящего изобретения является субстрат, применимый в десорбционной спектрометрии, содержащий как минимум один адсорбент как минимум в одной предопределенной локализации, при этом как минимум один адсорбент разрешает множество диагностических маркеров патологического состояния во взятом от больного образце.Another aspect of the present invention is a substrate useful in desorption spectrometry, containing at least one adsorbent in at least one predetermined location, while at least one adsorbent resolves many diagnostic markers of the pathological condition in a sample taken from a patient.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ отбора кандидатов на идентичность белку-аналиту. Это комбинаторный метод идентификации белков на основе как минимум двух физико-химических свойств. Метод включает следующие этапы: а) определение набора совпадающих параметров, определяющих как минимум первое и второе физико-химическое свойство белка-аналита в образце, путем i) приведения аналита в контакт со множеством различных условий селективности, в которых адсорбция белка-аналита субстратом происходит на основе аффинности, обусловленной физико-химическим свойством белка-аналита; и ii) обнаружение удержанного в различных условиях селективности аналита десорбционной спектрометрией; и б) осуществление на программируемом цифровом компьютере следующихAnother aspect of the present invention is a method for selecting candidates for identity to an analyte protein. This is a combinatorial method for identifying proteins based on at least two physicochemical properties. The method includes the following steps: a) determining a set of coinciding parameters that determine at least the first and second physicochemical properties of the analyte protein in the sample by i) bringing the analyte into contact with many different selectivity conditions in which the adsorption of the analyte protein by the substrate occurs on the basis of affinity due to the physicochemical property of the analyte protein; and ii) detecting analyte selectivity retained under various conditions by desorption spectrometry; and b) the implementation on a programmable digital computer of the following
этапов: i) осуществление доступа к базе данных, содержащей для каждого члена набора референсных полипептидов набор параметров, определяющих как минимум первое и второе физико-химическое свойство референсных полипептидов; ii) введение набора параметров, определяющих физико-химические свойства белка-аналита; iii) сортировка из базы данных референсных полипептидов, имеющих совпадающий набор параметров. Отсортированные референсные полипептиды служат кандидатами на идентичность белку-аналиту. Неотсортированные референсные полипептиды исключают из кандидатов на идентичность.stages: i) access to a database containing for each member of the set of reference polypeptides a set of parameters that define at least the first and second physicochemical properties of reference polypeptides; ii) the introduction of a set of parameters that determine the physicochemical properties of the analyte protein; iii) sorting from a database of reference polypeptides having the same set of parameters. Sorted reference polypeptides are candidates for protein analyte identity. Unsorted reference polypeptides are excluded from candidates for identity.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ последовательного удержания аналитов. Данный способ является способом мониторинга мультимерной макромолекулярной или супрамолекулярной сборки. Он применим для скрининга потенциальных лекарственных препаратов по интерференции молекулярного распознавания. Метод включает следующие этапы: а) приведение первого образца в контакт с первичным адсорбентом и элюантом, что делает возможным удержание первого аналита адсорбентом, и обнаружение адсорбированного аналита десорбционной спектрометрией, при этом удержанный первый аналит становится вторичным адсорбентом; б) приведение второго образца в контакт со вторичным адсорбентом и обнаружение адсорбированного второго аналита десорбционной спектрометрией, при этом удержанный второй аналит становится четвертичным адсорбентом.Another aspect of the present invention is a method for sequential retention of analytes. This method is a method for monitoring multimeric macromolecular or supramolecular assembly. It is applicable for screening potential drugs for molecular recognition interference. The method includes the following steps: a) bringing the first sample into contact with the primary adsorbent and eluant, which makes it possible to retain the first analyte with adsorbent, and detect the adsorbed analyte by desorption spectrometry, while the retained first analyte becomes a secondary adsorbent; b) bringing the second sample into contact with the secondary adsorbent and detecting the adsorbed second analyte by desorption spectrometry, while the retained second analyte becomes a quaternary adsorbent.
Другим аспектом настоящего изобретения является обнаружение фермента в образце. Данный метод включает следующие этапы: а) получение твердой фазы, содержащей адсорбент и субстрат фермента, присоединенный к адсорбенту, при этом активность фермента в отношении субстрата фермента приводит к образованию продукта с характерной молекулярной массой; б) приведение субстрата в контакт с образцом; и в) обнаружение продукта при помощи десорбционной спектрометрии. Обнаружение продукта означает обнаружение фермента.Another aspect of the present invention is the detection of an enzyme in a sample. This method includes the following steps: a) obtaining a solid phase containing an adsorbent and an enzyme substrate attached to the adsorbent, wherein the activity of the enzyme with respect to the enzyme substrate leads to the formation of a product with a characteristic molecular weight; b) bringing the substrate into contact with the sample; and c) product detection using desorption spectrometry. Product detection means enzyme detection.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ установления дифференциального присутствия аналита (т.е. дифференциальной экспрессии) в первом и втором биологическом образце. Метод применим в качестве комбинаторного для мониторинга дифференциальной экспрессии генов путем дифференциального выявления белков. Метод включает следующие этапы: а) составление первой ретенционной карты для аналита в первом образце при как минимум одном условии селективности; б) составление второй ретенционной карты для аналита во втором образце при том же самом условии селективности; и в) обнаружение различий между первой и второй ретенционными картами. Различия в ретенционных картах дают возможность установить факт дифференциального присутствия аналита в первом и втором образце.Another aspect of the present invention is a method for determining the differential presence of an analyte (i.e., differential expression) in a first and second biological sample. The method is applicable as a combinatorial method for monitoring differential gene expression by differential identification of proteins. The method includes the following steps: a) compilation of the first retention chart for the analyte in the first sample under at least one condition of selectivity; b) compiling a second retention chart for the analyte in the second sample under the same condition of selectivity; and c) detecting differences between the first and second retention cards. Differences in retention charts make it possible to establish the fact of the differential presence of the analyte in the first and second samples.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения метод служит для установления факта дифференциальной экспрессии белка в двух различных клетках, а первый и второй образцы представляют собой клетки или клеточный материал. В соответствии с другим вариантом целью метода является установление факта изменения агентом экспрессии белка в биологическом образце и метод включает этап введения агента в первый биологический образец, но не во второй биологический образец. В соответствии с другим вариантом, первый биологический образец получен от здорового субъекта, а второй биологический образец от субъекта, страдающего каким-либо заболеванием. Образцом может служить, например, кровь, моча, сыворотка или ткань. Те аналиты, которые обнаруживаются в повышенных количествах в образцах, полученных от больных, являются возможными диагностическими маркерами. Обычно подтверждение диагностического маркера предусматривает его обнаружение у многих субъектов.According to one embodiment of the invention, the method serves to establish the fact of differential expression of the protein in two different cells, and the first and second samples are cells or cellular material. In another embodiment, the purpose of the method is to establish that the agent has altered protein expression in a biological sample and the method includes the step of introducing the agent into the first biological sample, but not into the second biological sample. According to another embodiment, the first biological sample is obtained from a healthy subject, and the second biological sample is from a subject suffering from any disease. A sample may be, for example, blood, urine, serum or tissue. Those analytes that are found in increased amounts in samples obtained from patients are possible diagnostic markers. Typically, confirmation of a diagnostic marker involves its detection in many subjects.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ идентификации лиганда к рецептору. Метод включает следующие этапы: а) получение субстрата, содержащего адсорбент, при том, что рецептор связан с адсорбентом; б) приведение связанного рецептора в контакт с образцом, содержащим лиганд, в таких условиях, которые делают возможным связывание рецептора и лиганда; и в) обнаружение связанного лиганда десорбционной спектрометрией.Another aspect of the present invention is a method for identifying a ligand to a receptor. The method includes the following steps: a) obtaining a substrate containing an adsorbent, while the receptor is bound to the adsorbent; b) bringing the bound receptor into contact with a ligand-containing sample under conditions that make binding of the receptor and ligand possible; and c) detecting the bound ligand by desorption spectrometry.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ скрининга для установления факта модулирования агентом связывания между аналитом-мишеныо и адсорбентом. Это комбинаторный метод скрининга потенциальных лекарственных препаратов. Метод включает следующие этапы: а) получение субстрата, содержащего адсорбент, при том, что аналит-мишень связывается в условиях элюции; б) приведение субстрата в контакт с аналитом-мишенью и адсорбентом; в) определение уровня связывания между аналитом-мишенью и адсорбентом десорбционной спектрометрией; и г) установление факта отличия определенного уровня от контрольного уровня связывания, когда субстрат приведен в контакт с аналитом-мишенью в условиях элюции без агента. Различие между установленным экспериментально уровнем и контрольным уровнем свидетельствует о том, что агент модулирует связывание.Another aspect of the present invention is a screening method for determining that the agent modulates the binding between the target analyte and the adsorbent. This is a combinatorial screening method for potential drugs. The method includes the following steps: a) obtaining a substrate containing an adsorbent, despite the fact that the target analyte binds under elution conditions; b) bringing the substrate into contact with the target analyte and the adsorbent; c) determination of the level of binding between the target analyte and adsorbent desorption spectrometry; and d) establishing the fact that a certain level differs from a control level of binding when the substrate is brought into contact with a target analyte under elution conditions without an agent. The difference between the experimentally determined level and the control level indicates that the agent modulates binding.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ детекции генотипа, содержащего полинуклеотид, который кодирует полипептидный агент, специфически связывающий адсорбент-мишень. С одной стороны, это комбинаторный метод отбора аналит-специфического фага из библиотеки, включая использование белков-мишеней, выделенных ретентатным картированием, или белков-мишеней, полученных in situ путем транскрипции и трансляции in vitro. Метод включает следующие этапы: а) получение субстрата, содержащего адсорбент-мишень; б) получение библиотеки, содержащей множество различных генотипов, при этом каждый различный генотип (организм) содержит полинуклеотид, в котором представлена нуклеотидная последовательность, кодирующая полипептидный агент, и каждый различный генотип (организм) имеет поверхность, на которой представлен кодируемый полипептидный агент; в) приведение субстрата в контакт с библиотекой в таких условиях элюции, которые делают возможным специфическое связывание полипептидного агента с адсорбентом-мишенью, при этом содержащий полипептидный агент генотип (организм) удерживается на субстрате; и г) обнаружение генетического материала, удержанного на субстрате, при помощи десорбционной спектрометрии.Another aspect of the present invention is a method for detecting a genotype comprising a polynucleotide that encodes a polypeptide agent that specifically binds a target adsorbent. On the one hand, this is a combinatorial method for selecting an analyte-specific phage from the library, including the use of target proteins isolated by retentate mapping, or target proteins obtained in situ by transcription and in vitro translation. The method includes the following steps: a) obtaining a substrate containing a target adsorbent; b) obtaining a library containing many different genotypes, wherein each different genotype (organism) contains a polynucleotide in which a nucleotide sequence encoding a polypeptide agent is represented, and each different genotype (organism) has a surface on which the encoded polypeptide agent is represented; c) bringing the substrate into contact with the library under such elution conditions that make it possible to specifically bind the polypeptide agent to the target adsorbent, while the genotype (organism) containing the polypeptide agent is retained on the substrate; and d) detection of genetic material held on a substrate by desorption spectrometry.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения библиотека представляет собой фаговую библиотеку. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения фаг является фагом М13. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения полипептид является одноцепочечным антителом. Согласно другому варианту осуществления изобретения, аналит-мишень является полипептидным аналитом, который дифференциально экспрессируется в клетках различных фенотипов. Согласно другому варианту осуществления изобретения субстрат является клеткой или клеточной мембраной.According to one embodiment of the invention, the library is a phage library. According to another embodiment of the invention, the phage is phage M13. In yet another embodiment, the polypeptide is a single chain antibody. According to another embodiment of the invention, the target analyte is a polypeptide analyte that is differentially expressed in cells of various phenotypes. According to another embodiment of the invention, the substrate is a cell or a cell membrane.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения этап получения субстрата, содержащего адсорбент-мишень, включает следующие стадии: i) получение субстрата, содержащего адсорбент, при этом адсорбент удерживает аналит-мишень в условии элюции; и ii) приведение адсорбента в контакт с аналитом-мишенью в условиях элюции, в которых возможно удержание аналита-мишени адсорбентом, при этом аналит-мишень становится адсорбентом-мишенью. Согласно другому варианту осуществления изобретения аналит-мишень является полипептидом-мишенью и этап ii) включает получение полипептида-мишени in situ на адсорбенте путем трансляции in vitro полинуклеотида, кодирующего полипептид-мишень, а также может включать амплификацию полинуклеотидной последовательности in situ на субстрате.According to one embodiment of the invention, the step of obtaining a substrate containing an adsorbent target includes the following steps: i) obtaining a substrate containing an adsorbent, wherein the adsorbent holds the analyte target in an elution condition; and ii) bringing the adsorbent into contact with the target analyte under elution conditions where retention of the target analyte by the adsorbent is possible, wherein the target analyte becomes the target adsorbent. According to another embodiment of the invention, the target analyte is a target polypeptide and step ii) comprises producing the target polypeptide in situ on the adsorbent by in vitro translation of the polynucleotide encoding the target polypeptide, and may also include amplification of the polynucleotide sequence in situ on the substrate.
Согласно другому варианту осуществления изобретения субстрат содержит (1) адсорбент, который связывает заякоривающий полипептид и (2) по меньшей мере один организм-мишень, на поверхности которого представлен заякоривающий полипептид и полипептид-мишень, играющий роль адсорбента. Организм-мишень содержит полинуклеотид, который кодирует адсорбент-мишень, при этом организм-мишень связан с адсорбентом посредством заякоривающего полипептида.According to another embodiment of the invention, the substrate comprises (1) an adsorbent that binds an anchor polypeptide and (2) at least one target organism, on the surface of which an anchor polypeptide and a target polypeptide acting as an adsorbent are presented. The target organism contains a polynucleotide that encodes a target adsorbent, wherein the target organism is coupled to the adsorbent via an anchor polypeptide.
Согласно другому варианту осуществления изобретения способ дополнительно включает любые из следующих этапов: секвенирование нуклеотидной последовательности, кодирующей полипептидный агент; выделение удержанного генотипа или получение полипептидного агента.According to another embodiment of the invention, the method further includes any of the following steps: sequencing the nucleotide sequence encoding the polypeptide agent; isolating a retained genotype or obtaining a polypeptide agent.
Другим аспектом настоящего изобретения является субстрат для десорбционной спектрометрии, состоящий из адсорбента, который связывает заякоренный полипептид, представленный на поверхности организма, при этом на поверхности организма также представлен полипептид-мишень, а генотип данного организма содержит полинуклеотид, имеющий нуклеотидную последовательность, которая кодирует полипептид-мишень.Another aspect of the present invention is a substrate for desorption spectrometry, consisting of an adsorbent that binds an anchored polypeptide present on the surface of the body, while the target polypeptide is also presented on the surface of the body, and the genotype of this organism contains a polynucleotide having a nucleotide sequence that encodes a polypeptide target.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ обнаружения трансляции полинуклеотида. Способ включает следующие этапы: а) получение субстрата, содержащего адсорбент для десорбционной спектрометрии; б) приведение субстрата в контакт с кодирующим полипептид полинуклеотидом и с агентами для трансляции полинуклеотида in vitro, в результате чего образуется полипептид; в) обработка субстрата элюантом, что делает возможным удержание полипептида адсорбентом; г) обнаружение удержанного полипептида десорбционной спектрометрией. Обнаружение полипептида обеспечивает подтверждение трансляции полинуклеотида.Another aspect of the present invention is a method for detecting translation of a polynucleotide. The method includes the following steps: a) obtaining a substrate containing an adsorbent for desorption spectrometry; b) bringing the substrate into contact with the polynucleotide encoding the polypeptide and with agents for translating the polynucleotide in vitro, as a result of which the polypeptide is formed; c) treatment of the substrate with an eluant, which makes it possible to retain the polypeptide with an adsorbent; d) detection of the retained polypeptide by desorption spectrometry. Detection of a polypeptide provides confirmation of polynucleotide translation.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 изображен субстрат, содержащий множество адсорбирующих пятен в виде полосы. Полоса содержит шесть различных наборов адсорбентов, классифицируемых на основе сил взаимодействия (гидрофобных, ионных, координатных ковалентных и смешанной функции). Полоса содержит несколько пятен адсорбента каждого типа, что дает возможность обработки пятен в различное время различными элюантами или архивирования и последующего анализа.Figure 1 shows a substrate containing a lot of adsorbing spots in the form of a strip. The strip contains six different sets of adsorbents, classified on the basis of interaction forces (hydrophobic, ionic, coordinate covalent and mixed functions). The strip contains several spots of each type of adsorbent, which makes it possible to treat spots at different times with various eluants or archiving and subsequent analysis.
На фиг.2 изображена прямоугольная матрица адсорбентов (потенциалов поверхностного взаимодействия) в предопределенных локализациях. Матрица может также иметь форму пластины. Матрица содержит различные адсорбенты. При контакте с аналитом каждая полоса может быть промыта различными элюантами (модификаторами порога селективности). Анализ удержания при различных уловиях селективности дает ретенционную карту или профиль распознавания.Figure 2 shows a rectangular matrix of adsorbents (potentials of surface interaction) in predetermined localizations. The matrix may also be in the form of a plate. The matrix contains various adsorbents. Upon contact with the analyte, each strip can be washed with various eluants (selectivity threshold modifiers). The retention analysis for various conditions of selectivity gives a retention map or recognition profile.
На фиг.3 представлен количественный анализ аналитов путем десорбции аналита в данных локализациях матрицы и количественного определения десорбированного аналита лазерной десорбционной масс-спектрометрией.Figure 3 presents the quantitative analysis of analytes by desorption of the analyte in these localizations of the matrix and the quantitative determination of the desorbed analyte by laser desorption mass spectrometry.
На фиг.4А показана компьютерная система 1, которая включает монитор 3, экран 5, корпус 7, клавиатуру 9 и мышь 11. Мышь 11 может иметь одну или несколько кнопок, таких как кнопки 13. В корпусе 7 находятся CD-ROM 15 и жесткий диск (не показано), которые могут использоваться для хранения и вызова компьютерных программ, включая код, необходимый для реализации настоящего изобретения. При том, что в качестве носителя информации показан CD-ROM 17, могут использоваться и другие носители, включая дискеты, DRAM, жесткие диски, флэш-память, кассеты и др. В корпусе 7 находятся также такие обычные компьютерные компоненты (не показано), как процессор, память и др.On figa shows a
На фиг.4В показана блок-схема компьютерной системы 1, используемой для осуществления программ, необходимых для анализа данных, получаемых в ходе осуществления настоящего изобретения. Как и на фиг.4А, компьютерная система 1 включает монитор 3 и клавиатуру 9. Компьютерная система 1 включает также такие подсистемы, как центральный процессор 102, системную память 104, I/O контроллер 106, адаптер дисплея 108, удаляемый диск 112, фиксированный диск 116, сетевой интерфейс 118 и динамик 120. Удаляемый диск 112 может быть любым удаляемым носителем информации, таким как дискеты, кассеты, CD-ROM, съемный твердый диск, флэш-память и т.п. Фиксированный диск 116 может быть внутренним жестким диском, DRAM и т.п. Другие компьютерные системы, приемлемые для целей настоящего изобретения, могут включать дополнительные подсистемы или содержать меньше таких подсистем. Например, другая компьютерная система может содержать более чем один процессор 102 (т.е. мультипроцессорная система) или кэш-память.FIG. 4B shows a block diagram of a
На фиг.5A-5F приведены ретенционные карты для лизоцима в селективных условиях, включая шесть различных адсорбентов и несколько различных элюантов.5A-5F show retention charts for lysozyme under selective conditions, including six different adsorbents and several different eluants.
На фиг.6А-6В показано разрешение низкомолекулярных и высокомолекулярных аналитов в сыворотке человека на адсорбенте с иммобилизованным металлом.On figa-6B shows the resolution of low molecular weight and high molecular weight analytes in human serum on an adsorbent with immobilized metal.
На фиг.7А-7В показано разрешение низкомолекулярных и высокомолекулярных аналитов в сыворотке человека на различных адсорбентах одним и тем же элюантом.On figa-7B shows the resolution of low molecular weight and high molecular weight analytes in human serum on different adsorbents with the same eluant.
На фиг.8А-8В показано разрешение низкомолекулярных и высокомолекулярных аналитов в моче недоношенного ребенка на различных адсорбентах с использованием воды в качестве элюанта.On figa-8B shows the resolution of low molecular weight and high molecular weight analytes in the urine of a premature baby on various adsorbents using water as eluant.
На фиг.9 показано разрешение аналитов в моче недоношенного ребенка с использованием гидрофобного фенильного адсорбента и трех различных элюантов, при этом обнаружено селективное удержание однго из аналитов (*) при промывке Твином.Figure 9 shows the resolution of analytes in the urine of a premature baby using a hydrophobic phenyl adsorbent and three different eluants, while selective retention of one of the analytes (*) was detected when washing with Tween.
На фиг.10A-10D показано разрешение аналитов в культуральной среде клеток двух различных линий рака молочной железы.On figa-10D shows the resolution of the analytes in the culture medium of the cells of two different lines of breast cancer.
На фиг.11 приведена композитная ретенционная карта мочи недоношенного ребенка, обработанной в селективных условиях, определенных для шести различных адсорбентов и трех различных элюантов.Figure 11 shows a composite retention map of the urine of a premature baby treated under selective conditions determined for six different adsorbents and three different eluants.
На фиг.12 показано разделение в двухмерном полиакриламидной геле (рI и явная молекулярная масса) мочи недоношенного ребенка.On Fig shows the separation in two-dimensional polyacrylamide gel (pI and apparent molecular weight) of the urine of a premature baby.
На фиг.13 показан метод пэннинга фаговых библиотек для выделения фага с поверхностным белком, который специфически связывает аналит-мишень. Приведенный наверху субстрат показывает, что даже несколько специфически связывающих фагов могут быть обнаружены десорбционной спектрометрией посредством обнаружения многих поверхностных белков, которые содержит фаг. Внизу показан субстрат с несколькими пятнами адсорбента, разработанный таким образом, что специфически связывается аналит-мишень. Фаг наносят на пятна. Связавшийся фаг обнаруживают десорбционной спектрометрией. Фаг, связавшийся с другим пятном, можно выделить и вырастить.13 shows a method for panning phage libraries to isolate phage with a surface protein that specifically binds a target analyte. The substrate shown above shows that even several specifically binding phages can be detected by desorption spectrometry by detecting many surface proteins that contain the phage. Below is a substrate with several spots of adsorbent, designed in such a way that specifically targets the analyte. The phage is applied to the spots. Bound phage are detected by desorption spectrometry. Phage associated with another spot can be isolated and raised.
На фиг.14 показан лигандный агент, в данном случае одноцепочечное антитело, идентифицированное методом пэннинга, который может быть использован в качестве адсорбента для удержания белка-мишени и последующего исследования белок-белковых взаимодействий. Мишень очищают in situ (пятно 2) и используют для пэннинга фаговой библиотеки (пятно 4). Одноцепочечное антитело выделено и прикреплено к субстрату (пятно 6) в качестве адсорбента. Затем мишень адсорбируется одноцепочечным антителом. Теперь мишень удерживается для исследования белок-белковых взаимодействий (пятно 8).On Fig shows a ligand agent, in this case, a single chain antibody identified by the method of panning, which can be used as an adsorbent for retention of the target protein and subsequent study of protein-protein interactions. The target is purified in situ (spot 2) and used to pan the phage library (spot 4). A single chain antibody is isolated and attached to a substrate (spot 6) as an adsorbent. The target is then adsorbed by a single chain antibody. Now the target is held for the study of protein-protein interactions (spot 8).
На фиг.15 показан способ скрининга потенциальных лекарственных препаратов на способность интерферировать со связыванием белка с лигандом, в данном случае с одноцепочечным антителом. Одноцепочечное антитело, специфичное к белку-мишени, удерживается на пятне субстрата посредством, например, антифагового антитела, которое, в свою очередь, может удерживаться посредством белка А или белка G. Одноцепочечное антитело приводят в контакт с белком-мишенью и потенциальным препаратом. Способность препарата связывать белок-аналит и интерферировать со связыванием лиганда аналитом контролируется десорбционной спектрометрией.FIG. 15 shows a method for screening potential drugs for the ability to interfere with protein binding to a ligand, in this case a single chain antibody. A single chain antibody specific for the target protein is held on the spot of the substrate by, for example, an antiphage antibody, which in turn can be held by protein A or protein G. The single chain antibody is contacted with the target protein and potential drug. The ability of the drug to bind a protein analyte and interfere with ligand binding by an analyte is controlled by desorption spectrometry.
На фиг.16 приведен способ скрининга потенциальных лекарственных препаратов на способность интерферировать со связыванием белка с лигандом. Способ аналогичен приведенному на предыдущем чертеже с той разницей, что десорбционной спектрометрией контролируется способность препарата интерферировать со связываниме аналита путем связывания лиганда.Figure 16 shows a method for screening potential drugs for their ability to interfere with protein binding to a ligand. The method is similar to that shown in the previous drawing with the difference that desorption spectrometry controls the ability of the drug to interfere with analyte binding by ligand binding.
На фиг.17 приведен способ скрининга потенциальных лекарственных препаратов на способность интерферировать со связыванием белка мишени (Белок-мишень 1) со вторичным лигандом (Белок-мишень II). Как и на предыдущих двух чертежах, мишень, удерживаемая на субстрате, становится адсорбентом лиганда. В данном случае аналит удерживается посредством одноцепочечного антитела. Мишень приводят в контакт с белком-мишенью и потенциальным препаратом. Способность препарата интерферировать со связыванием между аналитом и лигандом (напр., связывая аналит-мишень) контролируется десорбционной спектрометрией.On Fig shows a method of screening potential drugs for the ability to interfere with the binding of the target protein (Protein target 1) with a secondary ligand (Protein target II). As in the previous two figures, the target held onto the substrate becomes the ligand adsorbent. In this case, the analyte is retained by a single chain antibody. The target is brought into contact with the target protein and potential drug. The ability of a drug to interfere with binding between an analyte and a ligand (e.g., binding an analyte target) is controlled by desorption spectrometry.
На фиг.18 представлена диаграмма всего процесса, который начинается с идентификации дифференциально экспрессирующихся мРНК или полипептидов и заканчивается созданием диагностической платформы для специфического связывания полипептидов с последующим обнаружением десорбционной спектрометрией.On Fig presents a diagram of the whole process, which begins with the identification of differentially expressed mRNAs or polypeptides and ends with the creation of a diagnostic platform for specific binding of polypeptides with subsequent detection by desorption spectrometry.
На фиг.19A-19D приведена ретенционная карта лизата Hemophilus на адсорбирующей матрице. Фиг.19А: антионный адсорбент; фиг.19В: нормально-фазный адсорбент; фиг.19С: Ni(II)-адсорбент; фиг.19D: гидрофобный адсорбент.19A-19D show a retention map of a Hemophilus lysate on an adsorbent matrix. Figa: antionic adsorbent; figv: normal phase adsorbent; figs: Ni (II) adsorbent; fig.19D: hydrophobic adsorbent.
На фиг.20А-20С показано последовательное разрешение аналита в лизате Hemophilus. Адсорбент в каждом случае являлся анионным адсорбентом. Фиг.20А: на первом этапе, после нанесения образца пятно промыли 150 мкл 20 мМ натрий-фосфата, 0.5 М NaCl, pH 7.0. На втором этапе к постоянному набору характеристик были добавлены адсорбент и характеристика натрий-фосфата в элюанте. Была введена новая характеристика элюции. Фиг. 20В: в присутствии 20 мМ натрий-фосфата, pH 7.0, пятно промыли 0.05% Тритоном Х100 и 0.15 МOn figa-20C shows the sequential resolution of the analyte in the lysate of Hemophilus. The adsorbent in each case was an anionic adsorbent. Figa: in the first stage, after applying the sample, the spot was washed with 150 μl of 20 mm sodium phosphate, 0.5 M NaCl, pH 7.0. At the second stage, an adsorbent and a characteristic of sodium phosphate in the eluant were added to a constant set of characteristics. A new elution profile has been introduced. FIG. 20B: in the presence of 20 mM sodium phosphate, pH 7.0, the spot was washed with 0.05% Triton X100 and 0.15 M
NaCl (всего 150 мкл). Фиг.20С: в присутствии 20 мМ натрий-фосфата, рН 7.0, пятно промыли 100 мМ имидазола, 0.15 М NaCl (всего 150 мкл).NaCl (total 150 μl). Fig. 20C: in the presence of 20 mM sodium phosphate, pH 7.0, the spot was washed with 100 mM imidazole, 0.15 M NaCl (total 150 μl).
На фиг.21A-21D приведены результаты сравнения компонентов сыворотки нормальных и больных людей. фиг. 21А: Ретенционная карта нормальной сыворотки на сайте Cu(II) адсорбирующей матрицы. Фиг.21В: Ретенционная карта сыворотки больного на сайте Cu(II) адсорбирующей матрицы. Фиг.21С: Удержанные аналиты из обоих образцов сыворотки сопоставляются путем наложения. Для упрощения картины каждый пик удержанного аналита представлен прямой линией, при этом пунктирные линии представляют аналиты, удержанные из нормальной сыворотки, а жирные линии представляют аналиты, удержанные из сыворотки больных. Фиг.21D: Для более четкого выявления различий между двумя образцами был построен график сравнения, на котором приведены вычисленные отношения удержанных аналитов в образцах. Для двух аналитов, обозначенных "*", отмечено значительное повышение в сыворотках больных (превышение в 5-10 раз).On figa-21D shows the results of a comparison of the components of the serum of normal and sick people. FIG. 21A: Retention map of normal serum at the Cu (II) site of the adsorbent matrix. Figv: Retention map of the serum of the patient at the site of Cu (II) adsorption matrix. 21C: Retained analytes from both serum samples are matched by superposition. To simplify the picture, each peak of the retained analyte is represented by a straight line, with dashed lines represent analytes retained from normal serum, and bold lines represent analytes retained from patient serum. Fig.21D: To more clearly identify the differences between the two samples, a comparison graph was constructed that shows the calculated ratios of retained analytes in the samples. For two analytes, marked with "*", a significant increase in the serum of patients was noted (an excess of 5-10 times).
На фиг.22A-22D приведено сравнение ретенционных карт мочи контрольной, больной и обработанной препаратом мышей на Сu(II)-адсорбенте и количественное определение маркера в моче больной и обработанной препаратом мышей.On figa-22D shows a comparison of retention maps of the urine of the control, patient and treated with the drug mice on the Cu (II) adsorbent and quantitative determination of the marker in the urine of the patient and the treated mice.
На фиг.23A-23D приведены ретенционные карты аналитов в моче раковых больных, показанные в "гелевом" формате. На диффренционных картах больных 1, 2 и 3 видны два общих аналита, присутствующие у данных больных в повышенных количествах.On figa-23D shows retention maps of analytes in the urine of cancer patients, shown in the "gel" format. On the differential maps of
На Фиг.24А-24Е приведено обнаружение фага М13 десорбционной масс-спектрометрией посредством обнаружения поверхностного белка гена VIII. Разведения исходного стокового раствора фага с содержанием частиц 1012 на мл, составляли от 1:10 до 1:10,000,000,000.On figa-24E shows the detection of phage M13 by desorption mass spectrometry by detecting the surface protein of gene VIII. Dilutions of the stock phage stock solution with a particle content of 10 12 per ml ranged from 1:10 to 1: 10,000,000,000.
На фиг.25А-25В приведено обнаружение удержанного фага М13 десорбционной спектрометрией с использованием в качестве адсорбента анти-М13 антитела. На фиг.25А показан удержанный фаг М13, а пики представляют белки гена VIII и гена III. На фиг.25В показаны контрольные пики антительного адсорбента (единично и дважды заряженного).On figa-25B shows the detection of retained phage M13 by desorption spectrometry using an anti-M13 antibody as adsorbent. On figa shows the retained phage M13, and the peaks represent the proteins of gene VIII and gene III. On figv shows the control peaks of the antibody adsorbent (single and double charged).
На фиг.26A-26D показана адсорбция адсорбентом с tat-белком фага М13, несущего одноцепочечное анти-tat антитело. Единичные пики получены при разведениях фага от 1:10 до 1:10,000.On figa-26D shows the adsorption of the adsorbent with the tat protein of the phage M13 carrying a single chain anti-tat antibody. Single peaks were obtained from phage dilutions from 1:10 to 1: 10,000.
На фиг.27А-27В приведены ретенционные карты связывания TGF-b при использовании в качестве адсорбента слитого белка рецептора TGF-b в концентрации 1 мкг/мл (Рис.27А) и 100 мг/мл (фиг.27В). Жирной линией показано связывание в отсутствие свободного рецептора TGF-b. Пунктирной линией показано связывание в присутствии рецептора TGF-b.On figa-27B shows the retention maps of TGF-b when used as an adsorbent fusion protein of the receptor TGF-b at a concentration of 1 μg / ml (Fig.27A) and 100 mg / ml (Fig.27B). The bold line indicates binding in the absence of the free TGF-b receptor. The dashed line indicates binding in the presence of the TGF-b receptor.
Чертежи с 28 по 31 демонстрируют разрешающую способность ретентатной хроматографии. На фиг.28А-28С показано разрешение белков лизата Hemophilus с использованием гидрофобного, катионного и Cu(II) адсорбентов в интервале молекулярных масс от 0 кДа до 30 кДа. Каждый удержанный аналит представлен прямой линией, высота которой отражает интенсивность удержанного аналита. На фиг.29А-29С показано разрешение белков лизата Hemophilus с использованием гидрофобного, катионного и Cu(II) адсорбентов в интервале молеклярных масс от около 30 кДа до около 100 к Да. На фиг.30 показано сочетанное разрешение белков Hemophilus в интервале от 0 кДа до 30 кДа на каждом из трех адсорбентов. На фиг.31 показано сочетанное разрешение белков Hemophilus в интервале от 20 кДа до 100 кДа на каждом из трех адсорбентов.Drawings 28 through 31 show the resolution of retentate chromatography. On figa-28C shows the resolution of the proteins of the Hemophilus lysate using hydrophobic, cationic and Cu (II) adsorbents in the range of molecular weights from 0 kDa to 30 kDa. Each analyte retained is represented by a straight line, the height of which reflects the intensity of the analyte retained. On figa-29C shows the resolution of the proteins of the Hemophilus lysate using hydrophobic, cationic and Cu (II) adsorbents in the range of molecular weights from about 30 kDa to about 100 kDa. On Fig shows the combined resolution of Hemophilus proteins in the range from 0 kDa to 30 kDa on each of the three adsorbents. On Fig shows the combined resolution of Hemophilus proteins in the range from 20 kDa to 100 kDa on each of the three adsorbents.
На фиг.32 показано связывание слитого белка GST нормальным адсорбентом.On Fig shows the binding of the fused protein GST normal adsorbent.
На фиг.33А-33В показано связывание специфического лиганда со слитым рецептором GST, удерживаемым на адсорбирующей матрице (фиг.33А), и отсутствие связывания лиганда на контрольной матрице, которая не содержит слитого рецептора GST (фиг.33B).FIGS. 33A-33B show the binding of a specific ligand to a fused GST receptor held on an adsorbent matrix (FIG. 33A), and the absence of ligand binding on a control matrix that does not contain a GST fusion receptor (FIG. 33B).
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ1. DEFINITIONS
Если не указано обратное, все технические и научные термины имеют значение, обычно понимаемое специалистами в той области, к которой принадлежит изобретение. В следующих изданиях квалифицированный специалист найдет общие определения многих терминов, использованных в настоящем описании: Singleton et al., DICTIONARY OF MICROBIOLOGY AND MOLECULAR BIOLOGY (2nd ed. 1994); THE CAMBRIDGE DICTIONARY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY (Walker ed., 1988); THE GLOSSARY OF GENETICS, 5TH ED., R.Rieger et al., (eds.), Springer Verlag (1991); и Hale & Marham, THE HARPER COLLINS DICTIONARY OF BIOLOGY (1991). Следующие термины имеют следующие приписанные им значения, если не указано обратное.Unless otherwise indicated, all technical and scientific terms have the meaning commonly understood by those skilled in the art to which the invention belongs. In the following publications, a qualified person will find general definitions of many of the terms used in this description: Singleton et al., DICTIONARY OF MICROBIOLOGY AND MOLECULAR BIOLOGY (2nd ed. 1994); THE CAMBRIDGE DICTIONARY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY (Walker ed., 1988); THE GLOSSARY OF GENETICS, 5TH ED., R. Rieger et al., (Eds.), Springer Verlag (1991); and Hale & Marham, THE HARPER COLLINS DICTIONARY OF BIOLOGY (1991). The following terms have the following meanings ascribed to them, unless otherwise indicated.
Термин "Аналит" означает компонент образца, который нужно удержать и обнаружить. Термин может означать как один компонент, так и набор компонентов в образце.The term “analyte” means a component of a sample to be retained and detected. The term can mean either a single component or a set of components in a sample.
Термин "Адсорбент" означает любой материал, способный адсорбировать аналит. Термин "адсорбент" в настоящем контексте может означать как единичный материал ("моноплексный адсорбент") (т.е. соединение и функциональная группа), в контакт с которым приводится аналит, так и множество различных материалов ("мультиплексный адсорбент"), в контакт с которыми приводится образец. Адсорбирующие матриалы в мультиплексном адсорбенте обозначаются как "вида адсорбента". Например, предпоределенная локализация на субстрате может содержать много различных видов адсорбента (т.е. анионообменные материалы, хелаторы металлов или антитела), имеющих различные характеристики связывания.The term "Adsorbent" means any material capable of adsorbing analyte. The term “adsorbent” in the present context can mean both a single material (“monoplex adsorbent”) (i.e., a compound and a functional group) that the analyte is brought into contact with, and many different materials (“multiplex adsorbent”) in contact with which the sample is given. Adsorbent materials in a multiplex adsorbent are referred to as “adsorbent species”. For example, a predetermined localization on a substrate may contain many different types of adsorbent (i.e., anion exchange materials, metal chelators, or antibodies) having different binding characteristics.
Термин "Адсорбировать" означает обнаружимое связывание между адсорбентом и аналитом до или после промывки элюантом (модификатором порога селективности).The term “Adsorb” means detectable binding between the adsorbent and the analyte before or after washing with an eluant (selectivity threshold modifier).
Термин "Субстрат" означает твердую фазу, к которой прикреплен или на которой удерживается адсорбент.The term "Substrate" means a solid phase to which an adsorbent is attached or held.
Термин "Характеристика связывания" означает химические и физические условия, которые определяют привлечение аналита адсорбентом. Два адсорбента имеют различные характеристики связывания, если в одних и тех же условиях элюции адсорбенты связывают один и тот же аналит с различной степенью афчфинности. К характеристикам связывания относятся, например, степень соле-зависимого взаимодействия, степень гидрофобного взаимодействия, степеньThe term "binding Characterization" means the chemical and physical conditions that determine the analyte attraction of the adsorbent. Two adsorbents have different binding characteristics if, under the same elution conditions, the adsorbents bind the same analyte with a different degree of affinity. The binding characteristics include, for example, the degree of salt-dependent interaction, the degree of hydrophobic interaction, the degree
гидрофильного взаимодействия, степень электростатического взаимодействия и др.hydrophilic interaction, the degree of electrostatic interaction, etc.
Термин "Условия связывания" означает характеристики связывания, в которых обрабатывается аналит.The term “Binding Conditions” means the binding characteristics in which the analyte is processed.
Термин "Элюант" означает агент, обычно раствор, который используют для опосредовывания адсорбции аналита на адсорбенте. Элюанты также называют "модификаторами порога селективности".The term "Eluant" means an agent, usually a solution, which is used to mediate the adsorption of analyte on an adsorbent. Eluants are also called "selectivity threshold modifiers."
Термин "Характеристика элюции" означает свойство, которое определяет способность конкретного элюанта (модификатора порога селективности) опосредовывать адсорбцию между аналитом и адсорбентом. Два элюанта имеют различные характеристики элюции если при приведении в контакт аналита и адсорбента степени аффинности аналита к адсорбенту отличаются. К характеристикам элюции относятся, например, рН, ионная сила, модификация водной структуры, сила детергента, модификация гидрофобных взаимодействий и др.The term “Elution Characteristic” means a property that determines the ability of a particular eluant (selectivity threshold modifier) to mediate adsorption between analyte and adsorbent. Two eluants have different elution characteristics if, when the analyte and the adsorbent are brought into contact, the degrees of affinity of the analyte to the adsorbent are different. Elution characteristics include, for example, pH, ionic strength, modification of the water structure, detergent strength, modification of hydrophobic interactions, etc.
Термин "Условия элюции" означает характеристики элюции, в которых обрабатывется аналит.The term "Elution Conditions" means the elution characteristics in which the analyte is processed.
Термин "Характеристика селективности" означает сочетание адсорбента, имеющего конкретные характеристики связывания и элюанта, имеющего конкретные характеристики характеристики элюции, при этом данное сочетание определяет специфичность, с которой аналит будет удерживаться адсорбентом после промывки элюантом.The term “Selectivity Characterization” means a combination of an adsorbent having specific binding characteristics and an eluant having specific characteristics of an elution, wherein this combination determines the specificity with which the analyte will be retained by the adsorbent after washing with an eluant.
Термин "Условия селективности" означает характеристики селективности, в которых обрабатывется аналит.The term "Selectivity Conditions" means the selectivity characteristics in which the analyte is processed.
Термин "Основа привлечения" означает химические или физико-химические свойства, которые вызывают привлечение одной молекулы к другой.The term "base attraction" means the chemical or physico-chemical properties that cause the attraction of one molecule to another.
Термин "Сила привлечения" означает интенсивность привлечения одной молекулы к другой (известно также как аффинность).The term "Strength of Attraction" means the intensity of attraction of one molecule to another (also known as affinity).
Термин "Разрешать", "разрешение" или "разрешение аналита" означает обнаружение по меньшей мере одного аналита в образце. Разрешение подразумевает обнаружение множества аналитов в образце путем разделения и последующего дифференциального обнаружения. Разрешение не обязательно требует полного отделения аналита от других аналитов в смеси.The term "Allow", "resolution" or "resolution of the analyte" means the detection of at least one analyte in the sample. Resolution involves the detection of multiple analytes in a sample by separation and subsequent differential detection. Resolution does not necessarily require complete separation of the analyte from other analytes in the mixture.
Термин "высокоинформативное разрешение" означает разрешение аналита таким образом, который позволяет не только обнаружить аналит, но также оценить хотя бы одно физико-химическое свойство аналита, напр., молекулярную массу.The term "highly informative resolution" means the resolution of the analyte in a way that allows not only to detect the analyte, but also to evaluate at least one physicochemical property of the analyte, for example, molecular weight.
Термин "Десорбционная спектрометрия" означает метод обнаружения аналита, при котором аналит подвергается воздействию энергии, которая десорбирует аналит со стационарной фазы в газовую фазу и десорбированный аналит или его неразличимая часть прямо обнаруживается детектором без промежуточной стадии удерживания аналита на второй стационарной фазе.The term "Desorption spectrometry" means a method for detecting an analyte in which the analyte is exposed to energy that strips the analyte from the stationary phase into the gas phase and the desorbed analyte or its indistinguishable part is directly detected by the detector without an intermediate stage of analyte retention in the second stationary phase.
Термин "Обнаруживать" означает установление присутствия, отсутствия или определение количества обнаруживаемого объекта.The term "Detect" means the establishment of the presence, absence or determination of the number of detected objects.
Термин "Удержание" (ретенция) означает адсорбцию аналита адсорбентом после промывки элюантом.The term "Retention" (retention) means the adsorption of analyte by an adsorbent after washing with an eluant.
Термин "Данные удержания" означает данные, указывающие на обнаружение (дополнительно включающие детектируемую массу) аналита, удержанного в конкретных условиях селективности.The term "Retention Data" means data indicative of the detection (further including a detectable mass) of an analyte retained under specific selectivity conditions.
Термин "Ретенционная карта" означает набор значений, характеризующих параметры удержания аналита, удерживаемого при множестве селективных условий.The term "retention card" means a set of values characterizing the retention parameters of an analyte held under a variety of selective conditions.
Термин "Профиль распознавания" означает набор значений, характеризующих относительное удержание аналита при множестве селективных условий.The term “Recognition Profile” means a set of values characterizing the relative retention of the analyte under a variety of selective conditions.
Термин "Комплекс" означает аналиты, образующиеся при соединении двух или более аналитов.The term "Complex" means analytes formed when two or more analytes are combined.
Термин "Фрагмент" означает продукты химическиго, энзиматического или физического расщепления аналита. Фрагменты могут быть нейтральными или ионными.The term "fragment" means the products of chemical, enzymatic or physical cleavage of the analyte. Fragments may be neutral or ionic.
Термин "Диференциальная экспрессия" означает обнаружимую разницу в количественном или качественном присутствии аналита.The term "Differential expression" means a detectable difference in the quantitative or qualitative presence of an analyte.
Термин "Биологический образец" означает образец, полученный из вируса, клетки, ткани, органа или организма, включая, без ограничений, лизаты или гомогенаты клетки, ткани или органа, или образцы жидкостей тела, такие как кровь, моча или спинно-мозговая жидкость.The term “biological sample” means a sample obtained from a virus, cell, tissue, organ or organism, including, without limitation, lysates or homogenates of a cell, tissue or organ, or samples of body fluids, such as blood, urine or cerebrospinal fluid.
Термин "Органическая биомолекула" означает органическую молекулу биологического происхождения, т.е. стероиды, аминокислоты, нуклеотиды, сахара, полипептиды, полинуклеотиды, сложные углеводы или жиры.The term "Organic Biomolecule" means an organic molecule of biological origin, i.e. steroids, amino acids, nucleotides, sugars, polypeptides, polynucleotides, complex carbohydrates or fats.
Термин "Малая органическая молекула" означает органическую молекулу, сравнимую по размерам с органическими молекулами, обычно используемыми в фармакологии. Термин исключает органические биополимеры (т.е. белки, нуклеиновые кислоты и т.д.). Малые органические молекулы предпочтительно имеют размер до 5000 Да, до 2000 Да или до 1000 Да.The term "Small Organic Molecule" means an organic molecule that is comparable in size to the organic molecules commonly used in pharmacology. The term excludes organic biopolymers (i.e. proteins, nucleic acids, etc.). Small organic molecules preferably have a size of up to 5000 Da, up to 2000 Da, or up to 1000 Da.
Термин "Биополимер" означает полимер биологического происхождения, т.е. полипептиды, полинуклеотиды, полисахариды или полишлицериды (т.е. ди- или триглицериды).The term "Biopolymer" means a polymer of biological origin, i.e. polypeptides, polynucleotides, polysaccharides or polyslycerides (i.e. di- or triglycerides).
Термин "Полипептид" означает полимер, состоящий из аминокислотных остатков, родственных природных структурных вариантов и синтетических, не встречающихся в природе аналогов. Можно синтезировать синтетические полипептиды, например, с помощью автоматического синтезатора полипептидов. Термин "белок" обычно относится к большим полипептидам. Термин "пептид" обычно относится к коротким полипептидам.The term "Polypeptide" means a polymer consisting of amino acid residues, related natural structural variants, and synthetic, non-naturally occurring analogues. Synthetic polypeptides can be synthesized, for example, using an automated polypeptide synthesizer. The term "protein" usually refers to large polypeptides. The term "peptide" usually refers to short polypeptides.
Термин "Полинуклеотид" означает полимер, состоящий изнуклеотидных единиц. К полинуклеотидам относятся встречающиеся в природе нуклеиновые кислоты, такие как дезоксирибонуклеиновая кислота ("ДНК") и рибонуклеиновая кислота ("РНК"), а также аналоги нуклеиновых кислот. К аналогам нуклеиновых кислот относятся такие полинуклеотиды, в состав которых входят неприродные основания, нуклеотиды, обеспечивающие связь с другими нуклеотидами, отличающуюся от природной фосфодиэфирной связи, или которые содержат основания, присоединенные связями, отличными от фосфодиэфирных связей.The term "Polynucleotide" means a polymer consisting of nucleotide units. Polynucleotides include naturally occurring nucleic acids such as deoxyribonucleic acid ("DNA") and ribonucleic acid ("RNA"), as well as nucleic acid analogs. Nucleic acid analogs include polynucleotides that include non-natural bases, nucleotides that provide a bond with other nucleotides that is different from the natural phosphodiester bond, or that contain bases joined by bonds other than phosphodiester bonds.
Таким образом, к аналогам нуклеотидов относятся, например, без ограничения перечисленными, фосфоротиоаты, фосфородитиоаты, фосфоротриэфиры, фосфороамидаты, боранофосфаты, метилфосфанаты, хирал-метил фосфанаты, 2-O-метил рибонуклеотиды, пептид-нуклеиновые кислоты (ПНК) и им подобные. Такие полинуклеотиды могут быть синтезированы, например, с помощью автоматического ДНК-синтезатора. Термин "нуклеиновая кислота" обычно относится к большим полинуклеотидам. Термин "олигонуклеотид" обычно относится к коротким полинуклеотидам, не превышающим по длине 50-ти нуклеотидов. Понятно, что когда нуклеотидная последовательность представляет собой последовательность ДНК (т.е. А, Т, Г, Ц), то это также относится и к последовательности РНК (т.е. А, У, Г, Ц), где "У" заменяет "Т".Thus, nucleotide analogs include, for example, but not limited to, phosphorothioates, phosphorodithioates, phosphorotriesters, phosphoroamidates, boranophosphates, methylphosphanates, chiral methyl phosphanates, 2-O-methyl ribonucleotides, peptide nucleic acids (PNAs) and the like. Such polynucleotides can be synthesized, for example, using an automatic DNA synthesizer. The term "nucleic acid" usually refers to large polynucleotides. The term "oligonucleotide" usually refers to short polynucleotides not exceeding 50 nucleotides in length. It is understood that when the nucleotide sequence is a DNA sequence (i.e., A, T, G, C), this also applies to the RNA sequence (i.e., A, Y, G, C), where "Y" replaces the "T".
Термин "Обнаружимая сущность" или "метка" означает соединение, обнаружимое спектроскопическими, фотохимическими, биохимическими, иммунохимическими или химическими способами. Например, к полезным меткам относятся 32Р, 35S, флуоресцентные красители, электронно-плотные реагенты, ферменты (напр., такие, которые обычно используют в ELISA), биотин-стрептавидин, диоксигенин, гаптены и белки, для которых доступны антисыворотки или моноклональные антитела, или молекулы нуклеиновых кислот с последовательностью, комплементарной мишени. Обнаружимая сущность часто дает измеримый сигнал, например, радиоактивный, хромогенный или флуоресцентный сигнал, который может быть использован для количественного определения связанной обнаружимой сущности в образце. Обнаружимую сущность можно встроить или присоединить к праймеру или зонду как ковалентно, так и при помощи ионных, вандерваальсовых или водородных связей, например встраивание радиоактивных нуклеотидов или биотинилированных нуклеотидов, распознаваемых стрептавидином. Обнаружимую сущность можно детектировать прямо или косвенно. Непрямое обнаружение может предусматривать связывание второй прямо или косвенно обнаружимой сущности. Например, обнаружимая сущность может являться лигандом для связывающего партнера, такого как биотин, являющийся связывающим партнером стрептавидина, или нуклеотидная последовательность, которая является связывающим партнером комплементарной последовательности, с которой она может специфически гибридизоваться. Связывающий партнер сам по себе может быть прямо обнаружимым, например, антитело само по себе может быть помечено флуоресцентной молекулой. Связывающий партнер может быть также обнаружимым косвенно, например, нуклеиновая кислота с комплементарной нуклеотидной последовательностью может являться частью разветвленной молекулы ДНК, которая в свою очередь обнаружима путем гибридизации с другими мечеными молекулами нуклеиновой кислоты. (См., P.D.Fahrlander and A.Klausner, Bio/Technology (1988) 6:1165). Количественную оценку сигнала можно провести, например, сцинтилляционным подсчетом, денситометрией или проточной цитометрией.The term "detectable entity" or "label" means a compound detected by spectroscopic, photochemical, biochemical, immunochemical or chemical methods. For example, useful labels include 32 P, 35 S, fluorescent dyes, electron-dense reagents, enzymes (e.g. those commonly used in ELISA), biotin-streptavidin, dioxigenin, haptens and proteins for which antisera or monoclonal are available antibodies, or nucleic acid molecules with a sequence complementary to the target. A detectable entity often provides a measurable signal, for example, a radioactive, chromogenic or fluorescent signal, which can be used to quantify a related detectable entity in a sample. A detectable entity can be integrated or attached to a primer or probe, either covalently or via ionic, van der Waals or hydrogen bonds, for example the incorporation of radioactive nucleotides or biotinylated nucleotides recognized by streptavidin. A detectable entity can be detected directly or indirectly. Indirect detection may involve linking a second directly or indirectly detectable entity. For example, a detectable entity may be a ligand for a binding partner, such as biotin, which is a streptavidin binding partner, or a nucleotide sequence that is a binding partner of a complementary sequence with which it can specifically hybridize. The binding partner itself can be directly detectable, for example, the antibody itself can be labeled with a fluorescent molecule. A binding partner may also be indirectly detectable, for example, a nucleic acid with a complementary nucleotide sequence may be part of a branched DNA molecule, which in turn is detectable by hybridization with other labeled nucleic acid molecules. (See, PDFahrlander and A. Klausner, Bio / Technology (1988) 6: 1165). Quantification of the signal can be carried out, for example, by scintillation counting, densitometry or flow cytometry.
"Множество" означает не менее двух.“Many” means at least two.
"Очищать" или "очистка" означает удаление по меньшей мере одной примеси из очищаемой композиции. Очистка не обязательно подразумевает достижения 100% чистоты очищаемого соединения."Cleanse" or "purification" means the removal of at least one impurity from the composition to be cleaned. Purification does not necessarily mean achieving 100% purity of the compound to be purified.
Термин "Лиганд" означает соединение, которое специфически связывается с молекулой-мишенью.The term "Ligand" means a compound that specifically binds to a target molecule.
Термин "Рецептор" означает означает соединение, которое специфически связывается с лигандом.The term “receptor” means a compound that specifically binds to a ligand.
Термин "Антитело" означает полипептидный лиганд, по существу кодируемый геном иммуноглобулина или генами иммуноглобулинов, или их фрагментами, который специфически связывается и распознается эпитопом (т.е. антигеном). К известным генам иммуноглобулинов относятся каппа и лямбда легкая цепь константной области генов, альфа, гамма, дельта, эпсилон и мю тяжелая цепь константной области генов, и мириады вариабельных областей генов иммуноглобулинов. Антитела существуют в виде интактных иммуноглобулинов или в виде ряда хорошо охарактеризованных фрагментов, образующихся в результате гидролиза различными пептидазами. К ним относятся Fab' и F(ab)'2 фрагменты. Термин "антитело", как он используется в настоящем контексте, также включает фрагменты антител, полученные в результате модификации целых антител или синтезированные de novoc использованием методологии рекомбинантных ДНК. К ним также относятся поликлональные антитела, моноклональные антитела, химерные антитела и гуманизированные антитела. 'Fс"-фрагмент антитела означает ту часть тяжелой цепи иммуноглобулина, которая содержит один или несколько доменов константной области тяжелой цепи, CH1, CH2 и CH3, но не содержит вариабельной области тяжелой цепи.The term “Antibody” means a polypeptide ligand essentially encoded by an immunoglobulin gene or immunoglobulin genes, or fragments thereof, that specifically binds to and is recognized by an epitope (i.e., antigen). Known immunoglobulin genes include the kappa and lambda light chain constant region of the genes, alpha, gamma, delta, epsilon and mu heavy chain of the constant region of the genes, and the myriad of variable regions of the immunoglobulin genes. Antibodies exist as intact immunoglobulins or as a series of well characterized fragments resulting from hydrolysis of various peptidases. These include Fab 'and F (ab)' 2 fragments. The term "antibody", as used in the present context, also includes fragments of antibodies obtained by the modification of whole antibodies or synthesized de novoc using recombinant DNA methodology. These also include polyclonal antibodies, monoclonal antibodies, chimeric antibodies, and humanized antibodies. An “Fc" fragment of an antibody means that part of the immunoglobulin heavy chain that contains one or more domains of the constant region of the heavy chain, CH 1 , CH 2 and CH 3 , but does not contain the variable region of the heavy chain.
Лиганд или рецептор (т.е. антитело) "специфически связывается с" или "специфически иммунореактивно к" аналиту, когда лиганд или рецептор функционируют в реакции связывания, что указывает на присутствие аналита в образце гетерогенных соединений. Таким образом, в определенных условиях тестирования (напр. в иммунотесте) лиганд или рецептор связывает предпочтительно конкретный аналит и не связывает занчительное количество других компонентов образца. Например, полинуклеотид специфически связывает в условиях гибридизации полинуклеотид-аналит, имеющий комплементарную последовательность; антитело специфически связывает в условиях иммунотеста антиген-аналит, несущий эпитоп, против которого было получено антитело; адсорбент специфически связывает аналит в соответствующих условиях элюции.The ligand or receptor (i.e., antibody) "specifically binds to" or "specifically immunoreactive to" the analyte when the ligand or receptor functions in a binding reaction, indicating the presence of the analyte in the sample of heterogeneous compounds. Thus, under certain testing conditions (e.g. in an immunoassay), the ligand or receptor binds preferentially to a particular analyte and does not bind a small amount of other components of the sample. For example, a polynucleotide specifically binds under hybridization conditions to a polynucleotide analyte having a complementary sequence; the antibody specifically binds, under immunotest conditions, an antigen analyte carrying the epitope against which the antibody was obtained; the adsorbent specifically binds the analyte under appropriate elution conditions.
Термин "Агент" означает химическое соединение, смесь химических соединений, образец неопределенного состава, комбинаторный порядок малых молекул, биологическую макромолекулу, пептидую библиотеку бактриофагов, библиотеку бактриофагов, несущих антитела (т.е., scFv), пептидую полисомальную библиотеку или экстракт, приготовленный из таких биологических материалов, как бактерии, растения, грибы или животные клетки и ткани. К приемлемым методикам относится скрининг библиотек рекомбинантных антител в фагах или аналогичных векторах. См., Huse et al., (1989) Science 246:1275-1281; и Ward et al., (1989) Nature 341:544-546. Приведенный Huse протокол более эффективен в сочетании с технологией фаговых библиотек. См. напр., Dower et al., WO 91/17271 и McCafferty et al., WO 92/01047.The term “Agent” means a chemical compound, a mixture of chemical compounds, a sample of an unspecified composition, a combinatorial order of small molecules, a biological macromolecule, a peptide library of bactriophages, a library of bactriophages carrying antibodies (ie, scFv), a peptide polysomal library, or an extract prepared from biological materials such as bacteria, plants, fungi, or animal cells and tissues. Acceptable techniques include screening libraries of recombinant antibodies in phages or similar vectors. See, Huse et al., (1989) Science 246: 1275-1281; and Ward et al., (1989) Nature 341: 544-546. The Huse protocol is more efficient when combined with phage library technology. See, e.g., Dower et al., WO 91/17271 and McCafferty et al., WO 92/01047.
Термин "Рекомбинантный полинуклеотид" означает полинуклеотид, содержащий последовательности, которые в природе не соединены. Амплифицированный или "собранный" рекомбинантный полинуклеотид может быть введен в приемлемый вектор, а вектор - использован для трансформации приемлемой клетки-хозяина. Клетка-хозяин, содержащая рекомбинантный полинуклеотид, обозначается как "рекомбинантная клетка-хозяин". Затем в рекомбинантной клетке-хозяине ген экспрессируется с образованием "рекомбинантного полипептида", Рекомбинантный полинуклеотид может выполнять также и некодирующую функцию (т.е. служить промотором, началом репликации, сайтом связывания рибосом и т.д.). К примелемым одноклеточным хозяевам относятся любые, рутинно используемые для экспрессии полинуклеотидов эукариот или млекпитающих, включая, например, прокариотов, таких как E.coli; эукариотов, таких, например, как грибы и дрожжи; культивируемые клетки, включая клетки насекомых (напр., Sf9) и клетки животных, такие как СНО, R1.1, B-W, L-M, клетки почки зеленой африканской мартышки (напр., COS 1, COS 7, BSC 1, BSC 40 и ВМТ 10), а также культивируемые клетки человека.The term "Recombinant polynucleotide" means a polynucleotide containing sequences that are not naturally linked. The amplified or “assembled” recombinant polynucleotide can be introduced into an acceptable vector, and the vector used to transform an acceptable host cell. A host cell containing a recombinant polynucleotide is referred to as a "recombinant host cell." Then, in a recombinant host cell, the gene is expressed to form a “recombinant polypeptide”. The recombinant polynucleotide can also perform a non-coding function (ie, serve as a promoter, start replication, ribosome binding site, etc.). Suitable unicellular hosts include any that are routinely used to express eukaryotic or mammalian polynucleotides, including, for example, prokaryotes, such as E. coli; eukaryotes, such as, for example, mushrooms and yeast; cultured cells, including insect cells (e.g., Sf9) and animal cells, such as CHO, R1.1, BW, LM, African monkey monkey kidney cells (e.g.,
Термин "Последовательность, контролирующая экспрессию" означает нуклеотидную последовательность в полинуклеотиде, которая регулирует экспрессию (транскрипцию и/или трансляцию) оперативно связанной с ней нуклеотидной последовательности. "Оперативно связанная" означает функциональные отношения между двумя частями, при которых активность одной части (т.е. способность регулировать экспрессию) приводит к реализации активности второй части (т.е. к транскрипции последовательности). К последовательностям, контролирующим экспрессию, относятся, например, (без ограничения перечисленными) последовательности промоторов (напр., индуцибельных, подавляемых или конституитивных), энхансеры, терминаторы транскрипции, старт-кодон (т.е. ATG), сигналы сплайсинга интронов и стоп-кодоны.The term “expression control sequence” means a nucleotide sequence in a polynucleotide that regulates the expression (transcription and / or translation) of an operably linked nucleotide sequence. "Operatively linked" means a functional relationship between two parts in which the activity of one part (i.e., the ability to regulate expression) leads to the realization of the activity of the second part (i.e., transcription of the sequence). Expression control sequences include, for example, but are not limited to, promoter sequences (e.g., inducible, suppressed, or constitutive), enhancers, transcription terminators, start codon (i.e. ATG), intron splicing and stop signals codons.
Термин "Вектор экспрессии" означает вектор, содержащий рекомбинантный полинуклеотид, в котором находятся контролирующие экспрессию последовательности, оперативно связанные с подлежащей экспрессии нуклеотидной последовательностью. Вектор экспрессии содержит необходимые для экспрессии цис-действующие элементы; другие необходимые для экспрессии элементы могут быть обеспечены клеткой-хозяином или системой экспрессии in vitro. К векторам экспрессии относятся все подобные векторы, известные из уровня техники, например космиды, плазмиды (как "голые", так и заключенные в липосомы) и вирусы, содержащие рекомбинантный полинуклеотид.The term "Expression vector" means a vector containing a recombinant polynucleotide in which there are expression control sequences operatively associated with the nucleotide sequence to be expressed. The expression vector contains the necessary cis-acting elements for expression; other elements necessary for expression may be provided by the host cell or in vitro expression system. Expression vectors include all such vectors known in the art, for example, cosmids, plasmids (both naked and liposome-encapsulated) and viruses containing a recombinant polynucleotide.
Термин "Кодирующий" означает наследуемое свойство специфических последовательностей нуклеотидов в полинуклеотиде, таком как ген, кДНК или мРНК, служить матрицами для синтеза других полимеров и макромолекул в биологических процессах, определяя при этом или конкретную последовательность нуклеотидов (т.е. рРНК, тРНК и мРНК), или конкретную последовательность аминокислот и биологические свойства ими обусловленные. Таким образом, ген кодирует белок если транскрипция и трансляция мРНК, синтезированной на данном гене, приводит к образованию белка в клетке или другой биологической системе. Как кодирующая цепь, нуклеотидная последовательность которой идентична последовательности мРНК и обычно приводится в базах данных, так и некодирующпя цепь, использующаяся как матрица для транскрипции, могут рассматриваться как кодирующие белок или другой продукт данного гена или кДНК. Если не указано обратное, под "нуклеотидной последовательностью, кодирующей аминокислотную последовательность" понимают все нуклеотидные последовательности, которые являются вырожденными версиями друг друга и которые кодируют одну и ту же аминокислотную последовательность. Нуклеотидные последовательности, которые кодируют белки и РНК, могут содержать интроны.The term “Coding” means the inherited property of specific nucleotide sequences in a polynucleotide, such as a gene, cDNA or mRNA, to serve as templates for the synthesis of other polymers and macromolecules in biological processes, while determining either a specific nucleotide sequence (ie rRNA, tRNA and mRNA ), or a specific amino acid sequence and biological properties due to them. Thus, a gene encodes a protein if transcription and translation of the mRNA synthesized on this gene leads to the formation of a protein in a cell or other biological system. As a coding chain, the nucleotide sequence of which is identical to the mRNA sequence and is usually given in databases, as well as a non-coding chain, used as a matrix for transcription, can be considered as encoding a protein or other product of a given gene or cDNA. Unless otherwise indicated, “nucleotide sequence encoding an amino acid sequence” means all nucleotide sequences that are degenerate versions of each other and which encode the same amino acid sequence. Nucleotide sequences that encode proteins and RNA may contain introns.
Термин "Молекула, поглощающая энергию" означает молекулу, которая поглощает энергию от источника энергии при десорбционной спектрометрии, обеспечивая десорбцию аналита с поврехности зонда. Поглощающие энергию молекулы, применяемые в MALDI, часто обозначают как "матрикс". Производные циннаминовой кислоты, цинапиновая кислота и дигидроксибензоиловая кислота часто используются в качестве поглощающих энергию молекул при лазерной десорбции биоорганических молекул.The term "energy-absorbing molecule" means a molecule that absorbs energy from an energy source in desorption spectrometry, providing desorption of the analyte from the probe surface. The energy-absorbing molecules used in MALDI are often referred to as the “matrix”. Derivatives of cinnamic acid, cinapinic acid and dihydroxybenzoyl acid are often used as energy absorbing molecules for laser desorption of bioorganic molecules.
II РЕТЕНТАТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯII RETENTANT CHROMATOGRAPHY
Ретентатная хроматография является методом многомерного разрешения аналитов в образце. Метод включает (1) селективное адсорбирование аналитов их образца на субстрате во множестве различных сочетаний адсорбент/элюант ("условия селективности") и (2) обнаружение удержания адсорбированных аналитов десорбционной спектрометрией. Каждое условие селективности обеспечивает один параметр разделения или разделение в одном измерении, при этом происходит отделение адсорбированных аналитов от неадсорбированных. Десорбционная спектрометрия обеспечивает второй параметр разделения, разделяя адсорбированные аналиты друг от друга по массе. Поскольку в ретентатной хроматографии используется множество различных условий селективности, то достигается многомерное разделение. Может быть также определена относительная адсорбция одного или нескольких аналитов в двух условиях селективности. Такое многомерное разделение обеспечивает как разрешение аналитов, так и их характеристику.Retentate chromatography is a multidimensional resolution method for analytes in a sample. The method includes (1) selective adsorption of analytes of their sample on the substrate in many different adsorbent / eluant combinations (“selectivity conditions”) and (2) detection of adsorbed analyte retention by desorption spectrometry. Each selectivity condition provides one separation parameter or separation in one measurement, and adsorbed analytes are separated from non-adsorbed ones. Desorption spectrometry provides a second separation parameter, separating the adsorbed analytes from each other by mass. Since many different selectivity conditions are used in retentate chromatography, multidimensional separation is achieved. The relative adsorption of one or more analytes under two selectivity conditions can also be determined. This multidimensional separation provides both analyte resolution and its characterization.
Кроме того, разделенные таким образом аналиты остаются на ретентатных картах, которые можно подвергать дальнейшим процедурам анализа, например, для определения структуры аналита и/или его функции. Также удержанные аналиты сами по себе могут служить в качестве адсорбентов, связывая другие ненесенные на субстрат аналиты. В итоге, в настоящем изобретении заявлено быстрое, многомерное и высокоинформативное разрешение аналитов.In addition, analytes so separated remain on the retentate charts, which can be subjected to further analysis procedures, for example, to determine the structure of the analyte and / or its function. Also retained analytes themselves can serve as adsorbents, linking other analytes not carried onto the substrate. As a result, the present invention claims fast, multidimensional and highly informative resolution of analytes.
Метод может быть осуществлен в нескольких видах или формах. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, аналит адсорбируют на двух различных адсорбентах в двух физически различных локализациях и каждый адсорбент промывают одним и тем же элюантом (модификатором порога селективности). Согласно другому варианту аналит адсорбируют на одном и том же адсорбенте в двух физически различных локализациях и промывают двумя различными элюантами. Согласно другому варианту аналит адсорбируют на на двух различных адсорбентах в двух физически различных локализациях и промывают двумя различными элюантами. Согласно другому варианту аналит адсорбируют на адсорбенте, промывают первым элюантом и регистрируют удержание; затем адсорбированный аналит промывают вторым отличающимся элюантом и регистрируют последующее удержание.The method can be carried out in several forms or forms. According to one embodiment of the invention, the analyte is adsorbed on two different adsorbents in two physically different locations and each adsorbent is washed with the same eluant (selectivity threshold modifier). In another embodiment, the analyte is adsorbed on the same adsorbent in two physically different locations and washed with two different eluants. In another embodiment, the analyte is adsorbed on two different adsorbents in two physically different locations and washed with two different eluants. In another embodiment, the analyte is adsorbed onto the adsorbent, washed with the first eluant, and retention recorded; then the adsorbed analyte is washed with a second different eluant and subsequent retention is recorded.
А. Способы осуществления ретентатной хроматографииA. Methods for performing retentate chromatography
1.Перенос аналита в селективные условия1. Transfer of analyte to selective conditions
а. Приготовление субстратаa. Substrate Preparation
При осуществлении ретентатной хроматографии аналит, удерживаемый адсобентом, экспонируется источнику энергии на субстрате. Образец, содержащий аналит, может быть приведен в контакт с адсорбентом до или после того, как адсорбент зафиксирован на субстрате, который будет служить для десорбции аналита. Для обеспечения контакта адсорбент может быть представлен в жидкой или твердой форме (т.е. находиться на субстрате или твердой фазе). Специфический адсорбент может иметь форму раствора, суспензии, дисперсии, эмульсии вода/масло, эмульсии масло/вода или микроэмульсии. Когда адсорбент имеет форму суспензии, дисперсии или микроэмульсии, в его состав может входить также приемлемый сурфактант. В данном варианте осуществления изобретения образец можно привести в контакт с адсорбентом путем смешивания жидкого образца с жидким адсорбентом. Альтернативно, образец может быть нанесен на твердую подложку, а контакт осуществлен погружением, намачиванием или окунанием несущей образец твердой подложки в жидкий адсорбент. Кроме того, образец можно привести в контакт путем разбрызгивания или смывания твердой подложки жидким адсорбентом. Согласно данному варианту осуществления изобретения, различные адсорбенты могут находится в различных контейнерах.When performing retentate chromatography, an analyte held by an adsorbent is exposed to an energy source on a substrate. The analyte-containing sample can be brought into contact with the adsorbent before or after the adsorbent is fixed to the substrate, which will serve to desorb the analyte. To ensure contact, the adsorbent can be presented in liquid or solid form (i.e., on a substrate or solid phase). A specific adsorbent may take the form of a solution, suspension, dispersion, water / oil emulsion, oil / water emulsion or microemulsion. When the adsorbent is in the form of a suspension, dispersion or microemulsion, an acceptable surfactant may also be included. In this embodiment, the sample can be brought into contact with the adsorbent by mixing the liquid sample with the liquid adsorbent. Alternatively, the sample can be deposited on a solid substrate, and contact is made by immersion, soaking or dipping of the solid sample supporting the sample in a liquid adsorbent. In addition, the sample can be brought into contact by spraying or rinsing the solid substrate with a liquid adsorbent. According to this embodiment, the various adsorbents may be in different containers.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения адсорбент наносят на субстрат. Субстратом может быть любой материал, который способен связывать и удерживать. Обычно субстратом может являться стекло; керамика;In one embodiment, the adsorbent is applied to a substrate. The substrate can be any material that is able to bind and hold. Typically, the substrate may be glass; ceramics;
электропроводящие полимеры (т.е. карбонизированный PEEK); материалы, покрытые TEFLONB; органические полимеры, природные биополимеры; металлы (т.е. никель, латунь, сталь или алюминий); пленки; пористые и непористые шарики и поперечно-сшитые полимеры (т.е. агароза, целлюлоза или декстран); другие нерастворимые полимеры или их сочетания.electrically conductive polymers (i.e. carbonated PEEK); TEFLON B coated materials; organic polymers, natural biopolymers; metals (i.e. nickel, brass, steel or aluminum); films; porous and non-porous beads and cross-linked polymers (i.e., agarose, cellulose or dextran); other insoluble polymers or combinations thereof.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения субстрат имеет форму зонда или образца, вставляемого в десорбционный детектор. Например, как видно из фиг.1, субстрат может иметь форму полоски. Адсорбент может быть прикреплен к субстрату в виде линейного порядка пятен, каждое из которых приводится в контакт с аналитом. Несколько полос могут быть объединены так, что множество адсорбентов образуют матрицу с отдельными пятнами в каждом конкретном ряду. Субстрат также может иметь форму пластины, состоящей из горизонтальных и вертикальных рядов адсорбентов, образующих правильный геометрический порядок, такой как квадрат, прямоугольник или круг.According to one embodiment of the invention, the substrate is in the form of a probe or sample inserted into a desorption detector. For example, as can be seen from figure 1, the substrate may be in the form of strips. The adsorbent can be attached to the substrate in the form of a linear order of spots, each of which is brought into contact with the analyte. Several bands can be combined so that many adsorbents form a matrix with individual spots in each particular row. The substrate may also be in the form of a plate, consisting of horizontal and vertical rows of adsorbents, forming the correct geometric order, such as a square, rectangle or circle.
Пробы могут быть получены следующим образом. Субстрат может быть представлен любым твердым материалом, например решетки из нержавеющей стали, алюминия или кремния. Металлический субстрат затем покрывают материалом, который допускает дериватизацию поверхности. Например, металлическую поверхность можно покрыть окисью кремния, окисью титана или золотом.Samples can be obtained as follows. The substrate may be any solid material, for example, stainless steel, aluminum or silicon gratings. The metal substrate is then coated with a material that allows surface derivatization. For example, a metal surface can be coated with silicon oxide, titanium oxide or gold.
Затем поверхность дериватизируют бифункциональным линкером, на одном конце линкер содержит функциональную группу, которая ковалентно связывается с функциональной группой на поверхности. Эта функциональная группа может быть неорганическим оксидом или сульфгидрильной группой в случае золота. На другом конце линкер обычно имеет аминогруппу. К полезным бифункциональным линкерам относятся аминопропил триэтоксисилан или аминоэтил дисульфид.Then the surface is derivatized with a bifunctional linker, at one end the linker contains a functional group that covalently binds to a functional group on the surface. This functional group may be an inorganic oxide or sulfhydryl group in the case of gold. At the other end, the linker typically has an amino group. Useful bifunctional linkers include aminopropyl triethoxysilane or aminoethyl disulfide.
После того, как линкеры привязаны к поверхности, их далее дериватизируют группами, которые функционируют в качестве адсорбента. Обычно адсорбент наносят в предопределенные локализации на зонде. В одном случае пятна зонда имеют около 3 мм в диаметре и собраны в виде прямоугольной матрицы. Адсорбенты могут быть сами по себе частью бифункциональных молекул, содержащих группу, реагирующую с доступной аминогруппой, и функциональную группу, работающую как адсорбент. К функциональным группам относятся, например, нормально-фазная (окись кремния), обратно-фазная (C18 алифатический углеводород), четвертичный амин и сульфонат. Кроме того, поверхность можно далее дериватизировать другими бифункциональными молекулами, такими как карбодиимид и N-гидроксисукцинимид, с получением преактивированной заготовки. Такие заготовки можно дериватизировать биоорганическими адсорбентами (т.е. нуклеиновыми кислотами, антителами и другими белковыми лигандами). Биополимеры могут связываться с функциональными группами заготовок посредством аминных остатков или сульфгидрильных остатков.After the linkers are attached to the surface, they are further derivatized by groups that function as adsorbent. Typically, the adsorbent is applied at predetermined locations on the probe. In one case, the probe spots are about 3 mm in diameter and assembled in the form of a rectangular matrix. Adsorbents can themselves be part of bifunctional molecules containing a group that reacts with an available amino group, and a functional group that acts as an adsorbent. Functional groups include, for example, normal phase (silica), reverse phase (C 18 aliphatic hydrocarbon), quaternary amine and sulfonate. In addition, the surface can be further derivatized with other bifunctional molecules, such as carbodiimide and N-hydroxysuccinimide, to obtain a preactivated preform. Such preforms can be derivatized with bioorganic adsorbents (i.e., nucleic acids, antibodies, and other protein ligands). Biopolymers can bind to the functional groups of the preforms via amine residues or sulfhydryl residues.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения адсорбенты присоединены к поперечно-сшитым полимерам (т.е. пленкам), которые связаны с поврехностью зонда посредством доступных функциональных групп. К таким полимерам относятся, например, целлюлоза, декстран, карбоксиметил декстран, полиакриламид и их смеси. Зонды с присоединенными адсорбентами готовы для использования.According to one embodiment of the invention, the adsorbents are attached to cross-linked polymers (i.e., films) that are associated with the failure of the probe through accessible functional groups. Such polymers include, for example, cellulose, dextran, carboxymethyl dextran, polyacrylamide and mixtures thereof. Probes with attached adsorbents are ready for use.
Согласно другому варианту осуществления изобретения адсорбент присоединен к первому субстрату с получением твердой фазы, например, к полимерным или стеклянным бусам, которые затем помещают на второй субстрат, который служит для презентации образца десорбирующей энергии детектора десорбции. Например, второй субстрат может иметь форму пластины с рядами ячеек в предопределенных локализациях. Ячейки могут служить контейнерами для первого субстрата, дериватизированного адсорбентом, например полимерных бус, дериватизированных адсорбентом. Одним из преимуществ данного варианта является то, что аналит может быть адсорбирован первым субстратом в одном физическом контексте и перенесен на представляющий субстрат для анализа десорбционной спектрометрией.According to another embodiment of the invention, the adsorbent is attached to the first substrate to obtain a solid phase, for example, to polymer or glass beads, which are then placed on a second substrate, which serves to present a sample of the desorption energy of the desorption detector. For example, the second substrate may be in the form of a plate with rows of cells in predetermined locations. The cells can serve as containers for a first substrate derivatized with an adsorbent, for example polymer beads, derivatized with an adsorbent. One of the advantages of this option is that the analyte can be adsorbed by the first substrate in one physical context and transferred to a representative substrate for analysis by desorption spectrometry.
Обычно субстрат адаптируют для использования с применяемыми детекторами, которые в соответствии с настоящим изобретением применяют для обнаружения аналита, связанного адсорбентом и удерживаемого им. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения субстрат вставляется в десорбционный детектор, где источник энергии может быть направлен на пятно и вызвать десорбцию аналита. Субстрат может быть приспособлен для монтажа на вертикально и/или горизонтально перемещаемом носителе, который вертикально и/или горизонтально перемещает субстрат в последовательные положения, подставляя источнику энергии предопределенные локализации адсорбента для детекции связанных на них аналитов. Субстрат может иметь форму обычного масс-спектрометрического зонда.Typically, the substrate is adapted for use with the used detectors, which in accordance with the present invention are used to detect analyte bound to and retained by the adsorbent. According to one embodiment of the invention, the substrate is inserted into a desorption detector, where the energy source can be directed to the spot and cause desorption of the analyte. The substrate can be adapted for mounting on a vertically and / or horizontally movable carrier, which vertically and / or horizontally moves the substrate in successive positions, substituting the predetermined adsorbent localization for the energy source to detect analytes bound to them. The substrate may take the form of a conventional mass spectrometer probe.
Полоски, пластины или зонды субстрата можно получить обычными методами. Затем адсорбент прямо или непрямо должен быть связан, совмещен или расположен на субстрате до приведения в контакт с образцом, содержащим аналит. Адсорбент можно прямо или непрямо соединить с субстратом любым приемлемым способом прикрепления или иммобилизации. Например, адсорбент может быть прямо присоединен к субстрату дериватизацией субстрата адсорбентом путем образования ковалентных или нековалентных связей.Strips, plates or substrate probes can be obtained by conventional methods. Then, the adsorbent must be directly or indirectly bound, combined, or located on the substrate before being brought into contact with a sample containing the analyte. The adsorbent can be directly or indirectly connected to the substrate by any suitable method of attachment or immobilization. For example, the adsorbent can be directly attached to the substrate by derivatization of the substrate with the adsorbent by the formation of covalent or non-covalent bonds.
Прикрепление адсорбента к субстрату может быть осуществлено посредством различных механизмов. Субстрат можно дериватизировать полностью готовой молекулой адсорбента путем присоединения ранее приготовленной молекулы адсорбента к субстрату. Альтернативно, адсорбент можно сформировать на субстрате путем прикрепления к субстрату молекул-предшественников с последующим добавлением дополнительных молекул-предшественников к растущей цепи, присоединенной к сусбстрату первой молекулой-предшественником. Этот механизм построения адсорбента на субстрате особенно полезен, когда адсорбент является полимером, в частности таким биополимером, как молекула ДНК или РНК. Биополимерный адсорбент может быть получен последовательным добавлением оснований к первому основанию, прикрепленному к субстрату с использованием методов технологии олигонуклеотидных чипов. См., напр., Патент США No.5,445,934 (Fodor et al.).The attachment of the adsorbent to the substrate can be carried out by various mechanisms. The substrate can be derivatized with a fully prepared adsorbent molecule by attaching a previously prepared adsorbent molecule to the substrate. Alternatively, the adsorbent can be formed on the substrate by attaching precursor molecules to the substrate, followed by the addition of additional precursor molecules to the growing chain attached to the substrate of the first precursor molecule. This mechanism of constructing an adsorbent on a substrate is especially useful when the adsorbent is a polymer, in particular a biopolymer such as a DNA or RNA molecule. A biopolymer adsorbent can be prepared by sequentially adding bases to the first base attached to the substrate using oligonucleotide chip technology techniques. See, e.g., U.S. Patent No. 5,445,934 (Fodor et al.).
Как видно из фиг.2, всего лишь два или такое множество, как 10, 100, 1000, 10000 или более адсорбентов могут быть связаны с одним субстратом. Размер сайта адсорбента может варьировать в зависимости от способа постановки эксперимента и его целей. Однако он не должен быть больше, чем диаметр используемого источника энергии (т.е. диаметр лазерного пятна). Пятна могут содержать один и тот же или различные адсорбенты. В некоторых случаях предпочтительно получать один и тот же адсорбент во множественных локализациях на субстрате с тем, чтобы оценить воздействие множества различных элюантов, и для того, чтобы связанный аналит мог быть сохранен для дальнейшего использования в качестве референса или для последующей обработки. Получая субстрат со множеством различных адсорбентов, можно использовать множество характеристик связывания, обеспечиваемых сочетанием различных адсорбентов в отношении одного образца, и потому связывать и обнаруживать более широкое разнообразие различных аналитов. Применение множества различных адсорбентов на субстрате для оценки одного образца является, по-существу, эквивалентом конкурентно осуществляемых множественных хроматографических экспериментов, каждый из которых требует отдельной хроматографической колонки. Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что для его осуществления требуется только одна хроматографическая система.As can be seen from figure 2, only two or as many as 10, 100, 1000, 10000 or more adsorbents can be associated with one substrate. The size of the adsorbent site may vary depending on the method of setting up the experiment and its goals. However, it should not be larger than the diameter of the energy source used (i.e., the diameter of the laser spot). Stains may contain the same or different adsorbents. In some cases, it is preferable to obtain the same adsorbent in multiple locations on the substrate in order to evaluate the effects of many different eluants, and so that the bound analyte can be stored for later use as a reference or for subsequent processing. Obtaining a substrate with many different adsorbents, you can use many of the characteristics of the binding provided by the combination of different adsorbents in relation to one sample, and therefore to bind and detect a wider variety of different analytes. The use of many different adsorbents on a substrate to evaluate a single sample is essentially the equivalent of competitively performed multiple chromatographic experiments, each of which requires a separate chromatographic column. An advantage of the present invention is that its implementation requires only one chromatographic system.
Когда субстрат содержит множество адсорбентов, особенно полезно получать адсорбенты в предопределенных локализациях. Получая адсорбенты в предопределенных локализациях, можно промывать адсорбент в первой предопределенной локализации первым элюантом и промывать адсорбент во второй предопределенной локализации вторым элюантом. Таким образом, характеристики связывания одного адсорбента в отношении данного аналита можно оценить в присутствии множественных элюантов, каждый из которых по своему селективно модифицирует характеристики связывания адсорбента.When the substrate contains many adsorbents, it is especially useful to obtain adsorbents in predetermined locations. Obtaining adsorbents in predetermined localizations, it is possible to wash the adsorbent in the first predetermined localization with the first eluant and wash the adsorbent in the second predetermined localization with the second eluant. Thus, the binding characteristics of a single adsorbent in relation to a given analyte can be evaluated in the presence of multiple eluants, each of which selectively modifies the binding characteristics of the adsorbent in its own way.
Предопределенные локализации можно организовать в порядок, при этом предпочтительнее правильные порядки, такие как ряды, прямоугольные матрицы, или правильные кривые, такие как круги. Аналогично, когда субстрат содержит множество адсорбентов, можно оценить один конкретный элюант в отношении каждого различного адсорбента с получением характеристик связывания данного адсорбента в присутствии элюанта. Можно также оценить характеристики связывания различных адсорбентов в присутствии различных элюантов.Predefined localizations can be arranged in order, with the correct orders being preferred, such as rows, rectangular matrices, or regular curves, such as circles. Similarly, when the substrate contains many adsorbents, one particular eluant can be evaluated for each different adsorbent to obtain binding characteristics of the adsorbent in the presence of eluant. You can also evaluate the binding characteristics of various adsorbents in the presence of various eluants.
(1) Нарастающие или градиентные адсорбирующие поверхности(1) Rising or gradient adsorbing surfaces
Можно получить серии адсорбентов с различающимися характеристиками связывания, синтезируя множество различных полимерных адсорбентов на субстрате. Различные полимерные адсорбенты можно получить путем прикрепления к субстрату молекулы-предшественника, инициализацией реакции полимеризации и терминацией реакции полимеризации на различных стадиях завершения для каждого адсорбента. Терминальные функциональные группы полимеров могут быть химически дериватизированы в различной степени различными аффинными реагентами (напр., -NН3, или СОО-). При терминации реакции полимеризации или дериватизации получают адсорбенты с различной степенью полимеризации или дериватизации. Различные степени полимеризации или дериватизации обеспечивают различающиеся характеристики связывания для каждого индивидуального полимерного адсорбента. Данный вариант осуществления изобретения особенно применим для получения множества различных биополимерных адсорбентов на субстрате.You can get a series of adsorbents with different binding characteristics, synthesizing many different polymer adsorbents on the substrate. Various polymeric adsorbents can be obtained by attaching a precursor molecule to the substrate, initializing the polymerization reaction and terminating the polymerization reaction at different stages of completion for each adsorbent. The terminal functional groups of polymers can be chemically derivatized to various degrees by various affinity reagents (e.g., -NH 3 , or COO - ). When terminating a polymerization or derivatization reaction, adsorbents with different degrees of polymerization or derivatization are obtained. Different degrees of polymerization or derivatization provide different binding characteristics for each individual polymer adsorbent. This embodiment of the invention is particularly applicable to the preparation of many different biopolymer adsorbents on a substrate.
По желанию реакцию полимеризации можно осуществить в реакционном сосуде, а не собственно на субстрате. Например, полимерные адсорбенты с различающимися характеристиками связывания можно получить, извлекая аликвоту продукта из реакционного сосуда в ходе реакции полимеризации/дериватизации. Аликвоты, отобранные в различных временных точках в ходе реакции полимеризации/дериватизации, будут обладать различной степенью полимеризации/дериватизации с полученим множества различных адсорбентов. Различные аликвоты продукта затем можно использовать в качестве адсорбентов с различными характеристиками связывания. Альтернативно, множество различных адсорбентов можно получить последовательно повторяя этап терминации реакции, отбирая аликвоту продукта и повторно запуская реакцию полимеризации/дериватизации. Продукты, полученные в каждой точке терминации, будут обладать различной степенью полимеризации/дериватизации и в результате давать множество адсорбентов, обладающих различающимися характеристиками связывания.If desired, the polymerization reaction can be carried out in the reaction vessel, and not on the substrate itself. For example, polymeric adsorbents with different binding characteristics can be obtained by extracting an aliquot of the product from the reaction vessel during the polymerization / derivatization reaction. Aliquots taken at different time points during the polymerization / derivatization reaction will have varying degrees of polymerization / derivatization to produce many different adsorbents. Different aliquots of the product can then be used as adsorbents with different binding characteristics. Alternatively, many different adsorbents can be obtained by sequentially repeating the step of terminating the reaction, selecting an aliquot of the product and re-starting the polymerization / derivatization reaction. The products obtained at each termination point will have a different degree of polymerization / derivatization and as a result will produce many adsorbents with different binding characteristics.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения субстрат получают в виде полосы или пластины, покрытой адсорбентом, в которой одна или несколько характеристик связывания варьируют в одно- или двухмерном градиенте. Например, получают полосу с адсорбентом, который слабогидрофобен на одном конце и сильногидрофобен на другом. Или получают пластину, которая слабогидрофобна и анионна в одном углу и сильногидрофобна и анионна в диагонально противоположном углу. Такие градиенты адсорбции полезны при качественном анализе аналита. Градиенты адсорбции можно получить контролируемым распылением или наливом материала на поверхность в течение такого времени, которое обеспечивало бы возрастающее завершение реакции с формированием градиента. Этот процесс можно повторить под прямым углом с получением прямоугольных градиентов сходных или различных адсорбентов с различающимися характеристиками связывания.According to one embodiment of the invention, the substrate is obtained in the form of a strip or plate coated with an adsorbent, in which one or more binding characteristics vary in a one- or two-dimensional gradient. For example, a strip is obtained with an adsorbent that is weakly hydrophobic at one end and highly hydrophobic at the other. Or get a plate that is weakly hydrophobic and anionic in one corner and strongly hydrophobic and anionic in a diagonally opposite corner. Such adsorption gradients are useful in the qualitative analysis of the analyte. Adsorption gradients can be obtained by controlled sputtering or pouring of material onto the surface for a time that would provide an increasing completion of the reaction with the formation of a gradient. This process can be repeated at right angles to obtain rectangular gradients of similar or different adsorbents with different binding characteristics.
Содержащий аналит образец можно привести в контакт с адсорбентом до или после того, как адсорбент расположен на субстрате удобным способом, обеспечивающим связывание между аналитом и адсорбентом. Адсорбент можно просто смешать с образцом. Образец можно привести в контакт с адсорбентом окунанием или погружением субстрата в образец, распылением образца над субстратом, промывкой субстрата образцом или же путем непосредственного образования образца или аналита в контакте с адсорбентом. Кроме того, образец можно привести в контакт с адсорбентом солюбилизацией образца или смешиванием образца с элюантом и приведением в контакт с адсорбентом раствора элюанта с образцом с применением любого из указанных далее способов (напр., окунанием, погружением, распылением или промывкой).The analyte-containing sample can be brought into contact with the adsorbent before or after the adsorbent is located on the substrate in a convenient manner that provides binding between the analyte and the adsorbent. The adsorbent can simply be mixed with the sample. The sample can be brought into contact with the adsorbent by dipping or immersing the substrate in the sample, spraying the sample over the substrate, washing the substrate with the sample, or by directly forming the sample or analyte in contact with the adsorbent. In addition, the sample can be brought into contact with the adsorbent by solubilization of the sample or by mixing the sample with eluant and bringing into contact with the adsorbent a solution of the eluant with the sample using any of the following methods (e.g., dipping, dipping, spraying or washing).
б. Приведение аналита в контакт с адсорбентомb. Bringing the analyte into contact with the adsorbent
Обработка образца элюантом до связывания аналита асдорбентом оказывает модифицирующий эффект на селективность адсорбента, при этом одновременно происходит контакт образца с адсорбентом. К тем компонентам образца, которые будут связываться с адсорбентом и потому удерживаться, относятся только те компоненты, которые будут связываться с адсорбентом в присутствии конкретного элюанта, а не все компоненты, которые будут связываться с адсорбентом в отсутствие характеристик элюции, которые модифицируют селективность адсорбента.Processing the sample with the eluant before binding the analyte with an adsorbent has a modifying effect on the selectivity of the adsorbent, while the contact of the sample with the adsorbent occurs simultaneously. The components of the sample that will bind to the adsorbent and therefore be retained include only those components that will bind to the adsorbent in the presence of a particular eluant, and not all components that will bind to the adsorbent in the absence of elution characteristics that modify the selectivity of the adsorbent.
Образец должен быть приведен в контакт с адсорбентом в течение такого периода времени, который достаточен для связывания аналита с адсорбентом. Обычно образец приводят в контакт с адсорбентом в течение периода времени от 30 секунд до 12 часов. Предпочтительно образец приводят в контакт с адсорбентом в течение периода времени от 30 секунд до 15 минут.The sample must be brought into contact with the adsorbent for such a period of time that is sufficient to bind the analyte to the adsorbent. Typically, the sample is brought into contact with the adsorbent for a period of time from 30 seconds to 12 hours. Preferably, the sample is brought into contact with the adsorbent for a period of time from 30 seconds to 15 minutes.
Температура, при которой образец приводят в контакт с адсорбентом, зависит от конкретного отбразца и выбранных адсорбентов. Обычно образец приводят в контакт с адсорбентом при нормальных температуре и давлении, однако, для некоторых образцов могут потребоваться измененная температура (обычно от 4°С до 37°С) и давление, которые достаточно легко определяются квалифицированным специалистом.The temperature at which the sample is brought into contact with the adsorbent depends on the particular sample and the selected adsorbents. Typically, the sample is brought into contact with the adsorbent at normal temperature and pressure, however, for some samples, you may need a modified temperature (usually from 4 ° C to 37 ° C) and pressure, which are quite easily determined by a qualified specialist.
Другим преимуществом настоящего изобретения над обычными способами детекции является то, что оно дает возможность проведения многочисленных различных экспериментов с очень небольшим количеством образца. Обычно в объеме образца содержится от нескольких атоммолей до 100 пикомолей аналита в объеме от 1 мкл до 500 мкл, что достаточно для связывания с адсорбентом. Аналит можно сохранить для последующих экспериментов после связывания адсорбентом, поскольку любые локализации адсорбента, которые не были подвергнуты этапам десорбции и детекции всего удерживаемого аналита, будут сохранять на себе аналит. Соответственно в тех случаях, когда для анализа доступен образец очень малого объема, настоящее изобретение имеет преимущество и дает возможность проведения множества экспериментов в различными адсорбентами и/или элюантами в различные сроки без отмывки образца.Another advantage of the present invention over conventional detection methods is that it enables numerous different experiments with a very small amount of sample. Typically, the sample contains from several atomomoles to 100 picomoles of analyte in a volume of 1 μl to 500 μl, which is sufficient for binding to the adsorbent. The analyte can be saved for subsequent experiments after binding by the adsorbent, since any localization of the adsorbent that has not been subjected to the steps of desorption and detection of all retained analyte will retain the analyte. Accordingly, in cases where a sample of a very small volume is available for analysis, the present invention has the advantage and makes it possible to conduct many experiments in various adsorbents and / or eluants at different times without washing the sample.
в. Промывка адсорбента элюантамиin. Washing the adsorbent with eluants
После того, как образец приведен в контакт с аналитом, что обеспечивает связывание аналита с адсорбентом, адсорбент промывают элюантом. Обычно при проведении многомерного анализа адсорбент в каждом пятне промывают как минимум первым и вторым отличающимися элюантами. Промывка элюантами модифицирует популяцию аналита, удерживаемую специфическим адсорбентом. Комбинация характеристик связывания адсорбента и характеристик элюции элюанта обеспечивает условия селективности, удерживающие аналиты на адсорбенте после промывки. Таким образом, стадия промывки селективно удаляет компоненты образца из адсорбента.After the sample is brought into contact with the analyte, which ensures the binding of the analyte to the adsorbent, the adsorbent is washed with eluant. Typically, in a multivariate analysis, the adsorbent in each spot is washed with at least the first and second different eluents. Washing with eluants modifies the analyte population retained by the specific adsorbent. The combination of adsorbent binding characteristics and eluant elution characteristics provides selectivity conditions holding analytes on the adsorbent after washing. Thus, the washing step selectively removes the components of the sample from the adsorbent.
Стадию промывки можно проводить с использованием разнообразных методов. Например, как показано выше, образец можно солюбилизировать или смешать с первым элюантом до приведения образца в контакт с адсорбентом. Обработка образца первым элюантом до или одновременно с приведением в контакт с адсорбентом по сути оказывает такой же эффект, как и связывание аналита с адсорбентом с последующей промывкой адсорбента первым элюантом. После того, как смешанный раствор нанесен на адсорбент, адсорбент можно промыть вторым или последующим элюантами.The washing step can be carried out using a variety of methods. For example, as shown above, the sample can be solubilized or mixed with the first eluant before bringing the sample into contact with the adsorbent. Processing the sample with the first eluant before or simultaneously with contacting it with the adsorbent essentially has the same effect as binding the analyte to the adsorbent, followed by washing the adsorbent with the first eluant. After the mixed solution is applied to the adsorbent, the adsorbent can be washed with a second or subsequent eluant.
Промывка адсорбента с присоединенным к нему аналитом достигается окунанием, погружением субстрата в элюант; или ополаскиванием, разбрызгиванием или наливом элюанта на субстрат. Введение элюанта в пятна аффинного реагента малого диаметра лучше всего достигается процессом микрофлюидизации.Washing of the adsorbent with analyte attached to it is achieved by dipping, immersing the substrate in eluant; or rinsing, spraying, or pouring eluant onto a substrate. The introduction of eluant into the spots of a small diameter affinity reagent is best achieved by the microfluidization process.
Когда аналит присоединен к адсорбенту только в одной локализации, а на этапах промывки используется множество различных элюантов, можно получить информацию относительно селективности адсорбента индивидуально в присутствии каждого элюанта. Аналит, присоединенный к адсорбенту в одной локализации, можно определить после каждой промывки элюантом, последовательно осуществляя промывку первым элюантом, десорбцию и детекцию удержанного аналита, промывку вторым элюантом, десорбцию и детекцию удержанного аналита. Десорбция и детекция, следующие за этапами промывки, могут последовательно повторяться со множеством различных элюантов на одном и том же адсорбенте. Таким образом, адсорбент с присоединенным к нему в единственной локализации аналитом можно перепроверить со множеством различных элюантов, получая информацию об аналитах, удерживаемых после каждой индивидуальной промывки.When the analyte is attached to the adsorbent in only one location, and many different eluants are used in the washing steps, information on the selectivity of the adsorbent individually in the presence of each eluant can be obtained. An analyte attached to the adsorbent in one localization can be determined after each washing with the eluant, sequentially washing with the first eluant, desorption and detection of the retained analyte, washing with the second eluant, desorption and detection of the retained analyte. Desorption and detection following the washing steps can be sequentially repeated with many different eluants on the same adsorbent. Thus, the adsorbent with an analyte attached to it in a single localization can be cross-checked with many different eluants to obtain information about the analytes retained after each individual washing.
Описываемые далее методы также применимы когда адсорбенты находятся во множестве предопределенных локализаций, независимо от того, один ли это адсорбент или разные. Однако, когда аналит связан с одним и тем же адсорбентом или с различными адсорбентами во множестве локализаций, этап промывки можно альтернативно осуществить, используя более систематический и эффективный подход параллельной обработки. А именно, этап промывки осуществляют, промывая адсорбент элюантом в первой локализации, затем промывая второй адсорбент элюантом, затем десорбируя и детектируя аналит, удержанный первым адсорбентом, а затем десорбируя и детектируя аналит, удержанный вторым адсорбентом. Другими словами, все адсорбенты промывают элюантом, а затем удержанный каждым из них аналит десорбируют и детектируют для каждой локализации адсорбента. По желанию, после детекции в каждой локализации адсорбента, может быть проведен второй этап промывки каждой локализации адсорбента за которым следует второй этап десорбции и детекции. Этапы промывки всех локализаций адсорбента, за которыми следуют десорбция и детекция в каждой локализации адсорбента, могут быть повторены для множества различных элюантов. Таким способом вся матрица может быть использована для эффективного определения характера аналитов в образце. Данный метод применим независимо от того, все ли локализации адсорбента промывают одним элюантом на первом этапе промывки или же множество адсорбентов промывают множеством различных элюантов на первом этапе промывки.The methods described below are also applicable when the adsorbents are in many predetermined locations, regardless of whether it is one adsorbent or different. However, when the analyte is bound to the same adsorbent or to different adsorbents in multiple locations, the washing step can alternatively be carried out using a more systematic and efficient parallel processing approach. Namely, the washing step is carried out by washing the adsorbent with the eluant in the first localization, then washing the second adsorbent with the eluant, then desorbing and detecting the analyte retained by the first adsorbent, and then desorbing and detecting the analyte retained by the second adsorbent. In other words, all adsorbents are washed with eluant, and then the analyte retained by each of them is desorbed and detected for each adsorbent location. Optionally, after detection in each localization of the adsorbent, a second stage of washing each localization of the adsorbent can be carried out, followed by a second stage of desorption and detection. The washing steps of all adsorbent locations, followed by desorption and detection at each adsorbent location, can be repeated for many different eluants. In this way, the entire matrix can be used to effectively determine the nature of the analytes in the sample. This method is applicable regardless of whether all adsorbent locations are washed with one eluant in the first washing step or many adsorbents are washed with many different eluants in the first washing step.
2. Детекция2. Detection
Аналиты, удержанные адсорбентом после промывки, адсорбированы на субстрате. Удерживаемые на субстрате аналиты обнаруживают десорбционной спектрометрией: десорбируют аналит с адсорбента и прямо определяют десорбированные аналиты.Analytes retained by the adsorbent after washing are adsorbed on the substrate. The analytes held on the substrate are detected by desorption spectrometry: the analyte is desorbed from the adsorbent and the desorbed analytes are directly determined.
а. Способы десорбцииa. Desorption Methods
Десорбция аналита с адсорбента предусматривает обработку аналита соответствующим источником энергии. Обычно это означает обработку аналита излучением или энергетическими частицами. Например, энергия может быть в виде энергии света, например лазерной энергией (т.е. УФ лазер), или энергией от лампы-вспышки. Альтернативно, энегрия может быть в виде потока быстрых атомов. Тепло также можно использовать для индукции десорбции.Desorption of the analyte from the adsorbent involves treating the analyte with an appropriate energy source. This usually means processing the analyte with radiation or energy particles. For example, the energy may be in the form of light energy, for example, laser energy (i.e., a UV laser), or energy from a flash lamp. Alternatively, energy can be in the form of a stream of fast atoms. Heat can also be used to induce desorption.
Способы десорбции и/или ионизации аналитов для прямого анализа хорошо известны из уровня техники. Один из таких способов называется матриксная лазерная десорбция/ионизация или MALDI. При проведении MALDI раствор аналита смешивают с раствором матрикса и смеси дают закристаллизоваться на поверхности инертного зонда, удержание аналита в кристаллах создает возможность десорбции. Матрикс выбирают таким образом, чтобы он поглощал энергию лазера и непосредственно передавал ее аналиту, делая возможными десорбцию и ионизацию. Обычно матрикс поглощает в УФ области. MALDI для крупных белков описана, например, в Патенте США No.5,118,937 (Hillenkamp et al.) и Патенте США No.5,045,694 (Beavis and Chait).Methods for desorption and / or ionization of analytes for direct analysis are well known in the art. One such method is called matrix laser desorption / ionization or MALDI. During MALDI, the analyte solution is mixed with the matrix solution and the mixture is allowed to crystallize on the surface of an inert probe; analyte retention in crystals creates the possibility of desorption. The matrix is chosen so that it absorbs laser energy and directly transfers it to the analyte, making desorption and ionization possible. Typically, the matrix absorbs in the UV region. MALDI for large proteins is described, for example, in US Pat. No. 5,118,937 (Hillenkamp et al.) And US Pat. No. 5,045,694 (Beavis and Chait).
Поверхностно-усиленная лазерная десорбция/ионизация, или SELDI, имеет существенное примущество над MALDI в отношении специфичности, селективности и чувствительности. SELDI описана в Патенте США No.5,719,060 (Hutchens and Yip). SELDI является твердофазным методом десорбции, согласно которому аналит презентируется источнику энергии на поверхности, которая усиливает удержание и/или десорбцию аналита. Наоборот, MALDI является жидкофазным методом и аналит смешивают в жидким материалом, который кристаллизуется вокруг аналита.Surface-enhanced laser desorption / ionization, or SELDI, has a significant advantage over MALDI in terms of specificity, selectivity and sensitivity. SELDI is described in US Pat. No. 5,719,060 (Hutchens and Yip). SELDI is a solid phase desorption method whereby an analyte is presented to a surface energy source that enhances analyte retention and / or desorption. Conversely, MALDI is a liquid phase method and the analyte is mixed in a liquid material that crystallizes around the analyte.
Один из вариантов SELDI, называемый SEAC (Surface-Enhanced Affinity Capture), подразумевает презентацию аналита источнику десорбирующей энергии в сочетании с аффинным удерживающим устройством (т.е., адсорбентом). Было показано, что когда аналит адсорбирован таким образом, его можно презентировать источнику десорбирующей энергии с большими возможностями достижения десорбции аналита-мишени. Для облегчения десорбции к зонду может быть добавлен абсорбирующий энергию материал. Затем зонд презентируют источнику энергии для десорбции аналита.One variant of SELDI, called SEAC (Surface-Enhanced Affinity Capture), involves the presentation of the analyte to a source of desorption energy in combination with an affinity restraint (i.e., adsorbent). It has been shown that when the analyte is adsorbed in this way, it can be presented to a source of desorbing energy with great potential for achieving desorption of the target analyte. To facilitate desorption, an energy-absorbing material may be added to the probe. The probe is then presented to an energy source for desorption of the analyte.
Другая версия SELDI, называемая SEND (Surface-Enhanced Neat Desorption) подразумевает использование слоя абсорбирующего энергию материала, на котором размещается аналит. Поверхность субстрата содержит слой абсорбирующих энергию молекул, химически связанных с поверхностью и/или практически свободных от кристаллов. Затем чистый (неразбавленный) аналит наносят на поверхность слоя без существенного перемешивания с ним. Абсорбирующие энергию молекулы, как и матрикс, абсорбируют десорбирующую энергию, что приводит к десорбции аналита. Это усовершенствование существенно, поскольку аналиты могут могут быть представлены источнику энергии более простым и однородным способом, поскольку исключается вклад смешанных растворов и случайной кристаллизации. Это дает более однородные и предсказуемые результаты и создает возможность автоматизации процесса. Абсорбирующий энергию материал может представлять собой классический матриксный материал, или же быть матриксным материалом, чей рН нейтрализован или находится в основном интервале. Абсорбирующие энергию молекулы могут быть присоединены к зонду ковалентно или нековалентно.Another version of SELDI, called SEND (Surface-Enhanced Neat Desorption), involves the use of a layer of energy-absorbing material on which the analyte is placed. The surface of the substrate contains a layer of energy-absorbing molecules chemically bonded to the surface and / or substantially free of crystals. Then a pure (undiluted) analyte is applied to the surface of the layer without significant mixing with it. Molecules absorbing energy, like the matrix, absorb desorbing energy, which leads to desorption of the analyte. This improvement is significant because analytes can be presented to the energy source in a simpler and more uniform way, since the contribution of mixed solutions and random crystallization are excluded. This gives more uniform and predictable results and makes it possible to automate the process. The energy absorbing material may be a classic matrix material, or it may be a matrix material whose pH is neutralized or in the main range. Energy absorbing molecules can be attached to the probe covalently or non-covalently.
В другой версии SELDI, называемой SEPAR (Surface-Enhanced Photolabile Attachment and Release) используются фотолабильные молекулы прикрепления. Фотолабильная молекула прикрепления - это дивалентная молекула, у которой один сайт ковалентно связан с твердой фазой, такой как плоская поверхность зонда, или с другой твердой фазой, такой как бусы, а второй сайт может может быть ковалентно связан с аффиным реагентом или аналитом. Фотолабильная молекула прикрепления, будучи связана с поверхностью и аналитом, также содержит фотолабильную связь, которая может высвобождать аффинный реагент или аналит под действием света. Фотолабильная связь может находиться как в молекуле прикрепления, так и в сайте прикрепления аналита (или аффинного реагента) или поверхности зонда.Another version of SELDI called SEPAR (Surface-Enhanced Photolabile Attachment and Release) uses photolabile attachment molecules. A photolabile attachment molecule is a divalent molecule in which one site is covalently linked to a solid phase, such as a flat surface of the probe, or to another solid phase, such as a beads, and the second site can be covalently linked to an affinity reagent or analyte. The photolabile attachment molecule, when bound to the surface and analyte, also contains a photolabile bond that can release the affinity reagent or analyte under the action of light. The photolabile bond can be located both in the attachment molecule and in the attachment site of the analyte (or affinity reagent) or the surface of the probe.
б. Способ прямого обнаружения аналитовb. Direct analyte detection method
Десорбированный аналит можно обнаружить различными способами. Когда аналит ионизируется в процессе десорбции, как это происходит при лазерной десорбционно-ионизационной масс-спектрометрии, детектор может быть детектором ионов. Масс-спектрометры обычно могут определять время полета десорбированных ионов. Эта информация дает представление о массе ионов. Однако для разрешения и детекции десорбированных ионов нет необходимости определять их массу: тот факт, что ионизированные аналиты ударяются о детектор в различное время, обеспечивает их разрешение и детекцию.Desorbed analyte can be detected in various ways. When the analyte is ionized during the desorption process, as is the case with laser desorption-ionization mass spectrometry, the detector may be an ion detector. Mass spectrometers can usually determine the flight time of desorbed ions. This information gives an idea of the mass of ions. However, for the resolution and detection of desorbed ions, there is no need to determine their mass: the fact that ionized analytes hit the detector at different times ensures their resolution and detection.
Альтернативно, аналит может быть помечен, например, флуоресцентной или радиоактивной меткой. В этих случаях детектор может быть детектором флуоресценции или радиоактивности.Alternatively, the analyte may be labeled, for example, with a fluorescent or radioactive label. In these cases, the detector may be a fluorescence or radioactivity detector.
Можно последовательно использовать множество способов детекции для полного исследования компонентов аналита или функции, связанной с удержанным на каждой локализации матрицы аналитом.Many detection methods can be used sequentially to fully examine the analyte components or the function associated with the analyte held in each matrix location.
в. Детекторы десорбцииin. Desorption Detectors
Детекторы десорбции дают возможность десорбировать аналит с адсорбента, а также возможность прямой детекции десорбированного аналита. То есть детектор десорбции обнаруживает десорбированный аналит без промежуточного этапа удержания аналита на другой твердой фазе. Детекция аналита обычно подразумевает определение силы сигнала. Она, в свою очередь, отражает количество аналита, адсорбированного адсорбентом.Desorption detectors make it possible to desorb analyte from an adsorbent, as well as the possibility of direct detection of desorbed analyte. That is, the desorption detector detects the desorbed analyte without an intermediate step of retaining the analyte in another solid phase. Detection of an analyte usually involves the determination of signal strength. It, in turn, reflects the amount of analyte adsorbed by the adsorbent.
Кроме этих двух элементов детектор десорбции может также включать и другие элементы. Один из таких элементов дает возможность разгонять десорбированный аналит по направлению к детектору. Другой элемент дает возможность определять время полета аналита от момента десорбции до момента детекции детектором.In addition to these two elements, the desorption detector may also include other elements. One of these elements makes it possible to accelerate the desorbed analyte towards the detector. Another element makes it possible to determine the flight time of the analyte from the moment of desorption to the moment of detection by the detector.
Предпочтительным детектором десорбции является лазерный десорбционно-ионизационный масс-спектрометр, хорошо известный из уровня техники. Масс-спектрометр имеет порт, в который вставляется зонд, т.е. субстрат, несущий адсорбированные аналиты. Десорбция осуществляется за счет передаваемой аналиту энергии, в частности энергии лазера. Устройство обеспечивает перемещение поверхности таким образом, чтобы под луч лазера попадало любое пятно на матрице. Обработка аналита лазером приводит к десорбции интактного аналита в рукав (flight tube) и его ионизации. В рукаве обычно создается вакуум. Заряженные пластины, расположенные на некотором участке рукава, создают электрический потенциал, который разгоняет ионизированный аналит в направлении детектора. Часы измеряют время полета, а электронная система определяет скорость аналита и конвертирует ее в массу. Как очевидно любому квалифицированному специалисту, любой из этих элементов можно комбинировать с другими описанными элементами при сборке детекторов десорбции, в которых используются различные подходы для десорбции, акселерации, детекции, измерения времени и т.д.A preferred desorption detector is a laser desorption ionization mass spectrometer, well known in the art. The mass spectrometer has a port into which the probe is inserted, i.e. substrate containing adsorbed analytes. Desorption is carried out due to the energy transferred to the analyte, in particular laser energy. The device provides surface movement so that any spot on the matrix gets under the laser beam. Laser processing of the analyte leads to desorption of the intact analyte into the sleeve (flight tube) and its ionization. A vacuum is usually created in the sleeve. Charged plates located in a certain section of the sleeve create an electric potential that accelerates the ionized analyte in the direction of the detector. The clock measures flight time, and the electronic system determines the speed of the analyte and converts it to mass. As is obvious to any skilled person, any of these elements can be combined with the other elements described when assembling desorption detectors that use various approaches for desorption, acceleration, detection, time measurement, etc.
Б. Условия селективностиB. Conditions of selectivity
Одно из преимуществ настоящего изобретения состоит в возможности обработки аналитов во множестве разнобразных условий связывания и элюции, получая тем самым повышенное разрешение аналитов и информацию о них в виде профиля распознавания. Как и в случае обычных хроматографических методов, способность адсорбента удерживать аналит прямо зависит от привлечения или аффинности аналита к адсорбенту по сравнению с привлечением или аффинностью аналита к элюанту или элюанта к адсорбенту. Некоторые компоненты образца могут не иметь аффинности к адсорбенту и потому не будут связываться адсорбентом, когда образец приводят в контакт с данным адсорбентом. В силу их неспособности связываться адсорбентом эти компонеты будут немедленно отделены от аналита, подлежащего разрешению. Однако в зависимости от природы образца и конкретного используемого адсорбента, к адсорбенту могут быть изначально присоединены различные компоненты.One of the advantages of the present invention is the ability to process analytes in a variety of different conditions of binding and elution, thereby obtaining increased resolution of the analytes and information about them in the form of a recognition profile. As in the case of conventional chromatographic methods, the ability of the adsorbent to retain the analyte directly depends on the attraction or affinity of the analyte to the adsorbent compared with the attraction or affinity of the analyte to the eluant or eluant to the adsorbent. Some components of the sample may not have affinity for the adsorbent and therefore will not be bound by the adsorbent when the sample is brought into contact with this adsorbent. Due to their inability to bind to the adsorbent, these components will be immediately separated from the analyte to be resolved. However, depending on the nature of the sample and the particular adsorbent used, various components may be initially attached to the adsorbent.
1. Адсорбенты1. Adsorbents
Адсорбенты являются материалами, которые связывают аналиты. В ретентатной хроматографии может быть использовано множество адсорбентов. Различные адсорбенты могут обладать сильно различающимися характеристиками связывания, умеренно различающимися характеристиками связывания или слегка различающимися характеристиками связывания. Адсорбенты, обладающие сильно различающимися характеристиками связывания, обычно отличаются по основам аффинности или способу взаимодействия. Основа аффинности обычно является функцией химического или биологического молекулярного распознавания. К основам аффинности между адсорбентом и аналитом относятся, например, (1) взаимодействия, потенцируемые солью, т.е. гидрофобные взаимодействия, тиофильные взаимодействия и взаимодействия с иммобилизованными красителями; (2) взаимодействия на основе водородных связей и/или сил Ван дер Ваальса, а также взаимодействия на основе переноса заряда, как в случае гидрофильных взаимодействий; (3) электростатические взаимодействия, такие как взаимодействия ионных зарядов, в частности взаимодействия положительных и отрицательных ионов; (4) способность аналита образовывать координатные ковалентные связи (т.е. образование координатного комплекса) с ионом металла в адсорбенте; (5) связывание с активным сайтом фермента; (6) обратимые ковалентные взаимодействия, например взаимодействия на основе замены дисульфида; (7) гликопротеиновые взаимодействия; (8) биоспецифические взаимодействия; или (9) сочетания двух или более перечисленных типов взаимодействий. Адсорбент, обладающий двумя или более основами аффинности, называют асдорбентом "смешанной функциональности".Adsorbents are materials that bind analytes. In retentate chromatography, many adsorbents can be used. Different adsorbents may have very different binding characteristics, moderately different binding characteristics, or slightly different binding characteristics. Adsorbents having very different binding characteristics usually differ in affinity fundamentals or in the manner of interaction. The basis of affinity is usually a function of chemical or biological molecular recognition. The fundamentals of affinity between an adsorbent and an analyte include, for example, (1) salt-potentiated interactions, i.e. hydrophobic interactions, thiophilic interactions and interactions with immobilized dyes; (2) interactions based on hydrogen bonds and / or Van der Waals forces, as well as interactions based on charge transfer, as in the case of hydrophilic interactions; (3) electrostatic interactions, such as interactions of ionic charges, in particular interactions of positive and negative ions; (4) the ability of the analyte to form coordinate covalent bonds (i.e., the formation of a coordinate complex) with a metal ion in the adsorbent; (5) binding to the active site of the enzyme; (6) reversible covalent interactions, for example, interactions based on disulfide substitution; (7) glycoprotein interactions; (8) biospecific interactions; or (9) a combination of two or more of these types of interactions. An adsorbent having two or more affinity bases is called an “mixed functionality” adsorbent.
а. Адсорбенты взаимодействия, потенцируемого сольюa. Salt Potentiated Adsorbents
К адсорбентам, которые применимы для изучения взаимодействия, потенцируемого солью, относятся адсорбенты гидрофобного взаимодействия. Примерами адсорбентов гидрофобного взаимодействия могут служить матриксы с алифатическими углеводородами, в частности C1-C18 алифатическими углеводородами, и матриксы с ароматическими углеводородными функциональными группами, такими как фенильные группы. Адсорбенты гидрофобного взаимодействия связывают аналиты, на которых экспонированы незаряженные аминокислотные остатки, в частности такие аминокислотные остатки, как неполярные, ароматические и гидрофобные аминокислотные остатки, такие как фенилаланин и триптофан. Конкретными примерами аналитов, которые будут связываться с адсорбентом гидрофобного взаимодействия, являются лизоцим и ДНК. Без стремления ограничиваться какой-либо конкретной теорией, полагают, что ДНК связывается с адсорбентами гидрофобного взаимодействия посредством ароматических нуклеотидов, в частности пуриновых и пиримидиновых групп.Adsorbents that are applicable for studying salt potentiated interactions include hydrophobic interaction adsorbents. Examples of hydrophobic interaction adsorbents are matrices with aliphatic hydrocarbons, in particular C 1 -C 18 aliphatic hydrocarbons, and matrices with aromatic hydrocarbon functional groups, such as phenyl groups. Hydrophobic interaction adsorbents bind analytes that exhibit uncharged amino acid residues, in particular amino acid residues such as non-polar, aromatic and hydrophobic amino acid residues such as phenylalanine and tryptophan. Specific examples of analytes that will bind to the adsorbent hydrophobic interaction are lysozyme and DNA. Without striving to be limited to any particular theory, it is believed that DNA binds to adsorbents of hydrophobic interaction through aromatic nucleotides, in particular purine and pyrimidine groups.
Другим типом адсорбентов, которые применимы для изучения взаимодействия, потенцируемого солью, относятся адсорбенты тиофильного взаимодействия, такие, например, как T-GELB, который является одним из типов адсорбентов тиофильного взаимодействия, коммерчески доступных от Pierce, Rockford, Illinois. Адсорбенты тиофильного взаимодействия связывают, например, такие иммунологобулины, как IgG. Механизм взаимодействия между IgG и T-GELB полностью не установлен, но, по-видимому, в нем играют роль экспонированные остатки триптофана.Another type of adsorbents that are useful for studying salt potentiated interactions include thiophilic interaction adsorbents, such as, for example, T-GEL B , which is one of the types of thiophilic interaction adsorbents commercially available from Pierce, Rockford, Illinois. Thiophilic interaction adsorbents bind, for example, immunologicins such as IgG. The mechanism of interaction between IgG and T-GEL B is not fully established, but, apparently, the exposed tryptophan residues play a role in it.
Третьим типом адсорбентов, в которых задействованы промотируемые солью ионные взаимодействия и также гидрофобные взаимодействия, являются адсорбенты взаимодействия с иммобилизованным красителем. К адсорбентам взаимодействия с иммобилизованным красителем относятся матрицы с иммобилизованнымм красителями, такие как CIBACRON™ голубой, производимый Pharmacia Biotech, Piscataway, New Jersey. Адсорбенты взаимодействия с иммобилизованным красителем связывают белки и ДНК вообще. Одним специфическим примером белка, который связывается адсорбентами взаимодействия с иммобилизованным красителем, является бычий сывороточный альбумин (БСА).The third type of adsorbents, in which salt-promoted ionic interactions and also hydrophobic interactions are involved, are adsorbents of interaction with an immobilized dye. Immobilized dye interaction adsorbents include immobilized dye matrices such as CIBACRON ™ Blue, manufactured by Pharmacia Biotech, Piscataway, New Jersey. Adsorbents of interaction with immobilized dye bind proteins and DNA in general. One specific example of a protein that binds to adsorbents of interaction with an immobilized dye is bovine serum albumin (BSA).
б. Адсорбенты гидрофильного взаимодействияb. Adsorbents of hydrophilic interaction
К адсорбентам, которые применимы для изучения водородных связей или сил Вандерваальса как основы гидрофильного взаимодействия, относятся поверхности, содержащие нормально-фазный адсорбент, такой как окись кремния (т.е., стекло). Нормально-фазная или кремний-оксидная поверхность действует как функциональная группа. Кроме того, адсорбенты, представленные поверхностями, модифицированными гидрофильными полимерами, такими как полиэтиленгликоль, декстран, агароза или целлюлоза, также могут действовать как адсорбенты гидрофильного взаимодействия. Большинство белков будет связываться адсорбентами гидрофильного взаимодействия из-за наличия групп или сочетаний аминокислотных остатков (т.е. гидрофильных аминокислотных остатков), которые связываются путем гидрофильного взаимодействия с участием водородных связей или сил Вандерваальса. Примерами белков, которые будут связываться адсорбентами гидрофильного взаимодействия, являются миоглобин, инсулин и цитохром С.Adsorbents that are applicable to the study of hydrogen bonds or Vanderwaals forces as the basis for hydrophilic interaction include surfaces containing a normal phase adsorbent such as silicon oxide (i.e. glass). The normal phase or silicon oxide surface acts as a functional group. In addition, adsorbents represented by surfaces modified by hydrophilic polymers such as polyethylene glycol, dextran, agarose or cellulose can also act as adsorbents for hydrophilic interaction. Most proteins will be bound by adsorbents of hydrophilic interaction due to the presence of groups or combinations of amino acid residues (i.e., hydrophilic amino acid residues) that bind by hydrophilic interaction involving hydrogen bonds or Vandervaals forces. Examples of proteins that will be bound by adsorbents of hydrophilic interaction are myoglobin, insulin and cytochrome C.
В целом, белки с высокой долей полярных или заряженных аминокислот будут удерживаться на гидрофильной поверхности. Альтернативно гликопротеины с экспонированными гидрофильными граппами Сахаров также имеют высокую аффинность к гидрофильным адсорбентам.In general, proteins with a high proportion of polar or charged amino acids will be retained on the hydrophilic surface. Alternatively, glycoproteins with exposed hydrophilic grappa sugars also have high affinity for hydrophilic adsorbents.
в. Адсорбенты электростатического взаимодействияin. ESD adsorbents
К адсорбентам, применимым для изучения электростатических или ионно-заряженных взаимодействий, относятся такие анионные адсорбенты, как, например, матрицы с анионами сульфата (т.е., SO3 -), матрицы с анионами карбоксилата (т.е. СОO-) или анионами фосфата (OPO3 -). Матрицы с анионами сульфата постоянно заряжены отрицательно. Однако матрицы с анионами карбоксилата заряжены отрицательно только при рН выше рКа. При рН ниже рКа матрицы обладают по существу нейтральным зарядом. К приемлемым анионным адсорбентам относятся также матрицы с сочетанием сульфатных, карбоксилатных и фосфатных анионов. Сочетание обеспечивает такую интенсивность отрицательного заряда, которая может постоянно варьировать как функция рН. Эти адсорбенты привлекают и связывают белки и макромолекулы, имеющие положительные заряды, такие, например, как рибонуклеаза и лактоферрин, без стремления ограничиваться какой-либо конкретной теорией, полагают, что электростатическое взаимодействие между адсорбентом и положительно заряженными аминокислотными остатками, включая остатки лизина, остатки аргинина и остатки гистидила, ответственны за взаимодействие связывания.Adsorbents suitable for the study of electrostatic or ion-charged interactions include such anionic adsorbents as, for example, matrices with sulfate anions (i.e., SO 3 - ), matrices with carboxylate anions (i.e. COO - ) or phosphate anions (OPO 3 - ). Matrices with sulfate anions are constantly negatively charged. However, matrices with carboxylate anions are negatively charged only at a pH above pKa. At pH below pKa, the matrices have a substantially neutral charge. Acceptable anionic adsorbents also include matrices with a combination of sulfate, carboxylate and phosphate anions. The combination provides such a negative charge intensity that can constantly vary as a function of pH. These adsorbents attract and bind positively charged proteins and macromolecules, such as, for example, ribonuclease and lactoferrin, without striving to be limited by any particular theory, it is believed that the electrostatic interaction between the adsorbent and positively charged amino acid residues, including lysine residues, arginine residues and histidyl residues responsible for the binding interaction.
Другими адсорбентами, применимыми для изучения электростатических или ионно-заряженных взаимодействий, являются катионные адсорбенты. Конкретными примерами катионных адсорбентов являются матрицы вторичных, третичных и четвертичных аминов. Четвертичные амины постоянно положительно заряжены. Однако заряд вторичных и четвертичных аминов зависит от рН. При рН ниже рКа вторичные и четвертичные амины заряжены положительно, а при рН выше рКа они заряжены отрицательно. К приемлемым катионным адсорбентам также относятся катионные адсорбенты, представляющие собой матрицы с сочетанием различных вторичных, третичных и четвертичных аминов. Сочетание обеспечивает такую интенсивность положительного заряда, которая может постоянно варьировать как функция рН. Адсорбенты катионного взаимодействия связывают анионные сайты на молекулах, к которым относятся, например, белки с экспонированными аминокислотными остатками, такими как остатки аспарагиновой кислоты и глутаминовой кислоты.Other adsorbents useful for studying electrostatic or ion-charged interactions are cationic adsorbents. Specific examples of cationic adsorbents are matrices of secondary, tertiary and quaternary amines. Quaternary amines are constantly positively charged. However, the charge of secondary and quaternary amines is pH dependent. At a pH below pKa, the secondary and quaternary amines are positively charged, and at a pH above pKa they are negatively charged. Acceptable cationic adsorbents also include cationic adsorbents, which are matrices with a combination of various secondary, tertiary and quaternary amines. The combination provides such a positive charge intensity that can constantly vary as a function of pH. Adsorbents of cationic interaction bind anionic sites on molecules, which include, for example, proteins with exposed amino acid residues, such as residues of aspartic acid and glutamic acid.
В случае адсорбентов ионного взаимодействия (как анионных, так и катионных) часто требуется получать асдорбенты смешанного действия, содержащие как анионы, так и катионы. Такие адсорбенты обеспечивают постоянную буферную емкость как функцию рН. Постоянная буферная емкость дает возможность обрабатывать сочетания аналитов элюантами, имеющими различные буферные компоненты, особенно в интервале рН от 2 до 11. Это приводит к образованию локального рН окружения на адсорбенте, которое определяется иммобилизованными титруемыми протоно-обменными группами. Подобные системы эквивалентны методу твердофазного разделения, известного как хроматофокусировка. Изоформы фолликуло-стимулирующего гормона, которые различаются в основном содержанием заряженных углеводов, разделяют на хроматофокусирующем адсорбенте.In the case of adsorbents of ionic interaction (both anionic and cationic), it is often required to obtain mixed adsorbents containing both anions and cations. Such adsorbents provide a constant buffer capacity as a function of pH. The constant buffer capacity makes it possible to process analyte combinations with eluants having different buffer components, especially in the pH range from 2 to 11. This leads to the formation of a local pH environment on the adsorbent, which is determined by immobilized titratable proton-exchange groups. Such systems are equivalent to the solid phase separation method known as chromatofocusing. Isoforms of follicle-stimulating hormone, which differ mainly in the content of charged carbohydrates, are separated on a chromatofocusing adsorbent.
К другим адсорбентам, полезным для изучения электростатических взаимодействий, относятся адсорбенты диполь-дипольного взаимодействия, при котором взаимодействие является электростатическим, но в нем не участвуют формальный заряд или титруемый донор или акцептор.Other adsorbents useful for studying electrostatic interactions include dipole-dipole interaction adsorbents, in which the interaction is electrostatic, but does not involve a formal charge or titratable donor or acceptor.
г. Адсорбенты координатного ковалентного взаимодействияd. Adsorbents coordinate covalent interaction
К адсорбентам, применимым для изучения способности образовывать координатные ковалентные связи с ионами металлов, относятся матрицы, несущие, например, ионы двухвалентных и трехвалентных металлов. Матрицы с иммобилизованными хелаторами ионов металлов получают на основе иммобилизованных органических синтетических молекул, которые имеют одну или несколько электронно-донорных групп, которые образуют основу для координатных ковалентных взаимодействий с ионами переходных металлов. К первичным электронно-донорным группам, функционирующим как иммобилизованные хелаторы ионов металлов, относятся кислород, азот и сера. Ионы металлов связываются с иммобилизованными хелаторами ионов металлов, что приводит к образованию комплекса ионов металлов, у которого еще остается некоторое число сайтов для взаимодействия с электронно-донорными группами аналита. К приемлемым ионам металлов относятся вообще ионы переходных металлов, таких, как медь, никель, кобальт, цинк, железо, а также ионы других металлов, например алюминий и кальций. Без стремления ограничиваться какой-либо конкретной теорией, полагают, что ионы металлов взаимодействуют селективно со специфическими аминокислотными остатками пептидов, белков, или с нуклеиновыми кислотами. Обычно к аминокислотным остаткам, участвующим в таких взаимодействиях, относятся остатки гистидина, остатки тирозина, остатки триптофана, остатки цистеина и аминокислотные остатки, содержащие кислородные группы, такие как аспарагиновая кислота и глутаминовая кислота. Например, иммобилизованные ионы железа взаимодействуют с фосфосериновыми, фосфотирозиновыми и фосфотреониновыми остатками в белках. В зависимости от иммобилизованного иона металла адсорбентом будут удерживаться только те белки, которые обладают достаточной локальной плотностью предыдущих аминокислотынх остатков. В некоторых случаях взаимодействие между ионами металла и белками бывают такими сильными, что обычными способами освободить белок из комплекса не удается b-казеин человека, который высоко фосфорилирован, очень сильно связывается с иммобилизованным Fe(III). Рекомбинантные белки, несущие метку в виде 6-гистидина, очень сильно связываются с иммобилизованными Cu(II) и Ni(II).Adsorbents suitable for studying the ability to form coordinate covalent bonds with metal ions include matrices that carry, for example, ions of divalent and trivalent metals. Matrices with immobilized metal ion chelators are prepared on the basis of immobilized organic synthetic molecules that have one or more electron-donor groups that form the basis for coordinate covalent interactions with transition metal ions. Primary electron-donor groups that function as immobilized metal ion chelators include oxygen, nitrogen, and sulfur. Metal ions bind to immobilized metal ion chelators, which leads to the formation of a complex of metal ions, which still has a certain number of sites for interaction with electron-donor groups of the analyte. Acceptable metal ions generally include transition metal ions such as copper, nickel, cobalt, zinc, iron, as well as other metal ions, such as aluminum and calcium. Without striving to be limited to any particular theory, it is believed that metal ions interact selectively with specific amino acid residues of peptides, proteins, or with nucleic acids. Typically, the amino acid residues involved in such interactions include histidine residues, tyrosine residues, tryptophan residues, cysteine residues and amino acid residues containing oxygen groups such as aspartic acid and glutamic acid. For example, immobilized iron ions interact with phosphoserine, phosphotyrosine, and phosphotreonine residues in proteins. Depending on the immobilized metal ion, only those proteins that have a sufficient local density of previous amino acid residues will be retained by the adsorbent. In some cases, the interaction between metal ions and proteins is so strong that, using conventional methods, it is not possible to liberate the protein from the complex of human b-casein, which is highly phosphorylated, binds very strongly to immobilized Fe (III). Recombinant proteins bearing the label of 6-histidine bind very strongly to immobilized Cu (II) and Ni (II).
д. Адсорбенты на основе взаимодействия с активным сайтом ферментаD. Adsorbents based on interaction with the active site of the enzyme
К адсорбентам, применимым для изучения взаимодействия с активным сайтом фермента, относятся протеазы (такие как трипсин), фосфатазы, киназы и пуклеазы. В данном случае взаимодействие является оследовательность-специфичным взаимодействием сайта связывания фермента на аналите (обычно биополимере) с каталитическим сайтом связывания фермента. К сайтам связывания фермента данного типа относятся, например, активные сайты трипсина, взимодействующие с белками и пептидами, имеющими в своих последовательностях лизин-лизиновые и лизин-аргининовые фрагменты. Более конкретно, ингибитор трипсина из соевых бобов взаимодействует и связывается с адсорбентом с иммобилизованным трипсином. Альтернативно сериновые протеазы селективно удерживаются на адсорбенте с иммобилизованным L-аргинином.Adsorbents useful for studying interactions with the active site of an enzyme include proteases (such as trypsin), phosphatases, kinases, and nucleases. In this case, the interaction is a sequence-specific interaction of the enzyme binding site on the analyte (usually a biopolymer) with the catalytic binding site of the enzyme. The binding sites of an enzyme of this type include, for example, active trypsin sites that interact with proteins and peptides having lysine-lysine and lysine-arginine fragments in their sequences. More specifically, a soybean trypsin inhibitor interacts and binds to an adsorbent with immobilized trypsin. Alternatively, serine proteases are selectively retained on an adsorbent with immobilized L-arginine.
е. Адсорбенты обратимого ковалентного взаимодействияe. Adsorbents of reversible covalent interaction
К адсорбентам, применимым для изучения обратимого ковалентного взаимодействия, относятся адсорбенты дисульфидного взаимодействия. Адсорбенты дисульфидного взаимодействия включают адсорбенты с иммобилизованными сульфгидрильными группами, т.е. меркапоэтанол или иммобилизованный дитиотрейтол. Взаимодействие основано на образовании ковалентных дисульфидных связей между имеющимися на аналите остатками цистеина после приведения в контакт с адсорбентом и растворителем. Такие адсорбенты связывают белки или пептиды, имеющие остатки цистеина, а также нуклеиновые кислоты, которые содержат основания, модифицированные восстановленной серой.Adsorbents applicable to the study of reversible covalent interaction include disulfide interaction adsorbents. Disulfide adsorbents include adsorbents with immobilized sulfhydryl groups, i.e. mercapoethanol or immobilized dithiothreitol. The interaction is based on the formation of covalent disulfide bonds between the cysteine residues on the analyte after being contacted with an adsorbent and a solvent. Such adsorbents bind proteins or peptides having cysteine residues, as well as nucleic acids that contain bases modified with reduced sulfur.
ж. Адсорбенты гликопротеинового взаимодействияg. Glycoprotein Interactions
К адсорбентам гликопротеинового взаимодействия относятся такие, как адсорбенты с иммобилизованными пектинами (т.е. белками, несущими олигосахариды), примером которых служит CONCANAVALIN™, производимый Pharmacia Biotech, Piscataway, New Jersey. Такие адсорбенты функционируют на основе взаимодействия, в котором участвует молекулярное распознавание углеводородной части макромолекул. Примерами аналитов, которые взаимодействуют и связываются адсорбентами гликопротеинового взаимодействия, являются гликопротеины, в частности гликопротеины, богатые гистиднном, целые клетки и выделенные субклеточные фракции.Glycoprotein interaction adsorbents include adsorbents with immobilized pectins (i.e., oligosaccharide-bearing proteins), exemplified by CONCANAVALIN ™ manufactured by Pharmacia Biotech, Piscataway, New Jersey. Such adsorbents function based on an interaction in which molecular recognition of the hydrocarbon portion of the macromolecules is involved. Examples of analytes that interact and bind with glycoprotein interaction adsorbents are glycoproteins, in particular glycoproteins rich in histidine, whole cells and isolated subcellular fractions.
з. Адсорбенты биоспецифического взаимодействияh. Adsorbents of biospecific interaction
Адсорбенты, применимые для изучения биоспецифических взаимодействий, обычно называют "адсорбентами биоспецифической аффинности". Адсорбция считается биоспецифической если она специфична и аффинность (константа равновесной диссоциации, Kd) составляет по меньшей мере 10-3 М (напр., 10-5 М, 10-7 М, 10-9 М). Примерами адсорбентов биоспецифической аффинности служат любые адсорбенты, которые специфически взаимодействуют с конкретной биомолекулой и связывают ее. К адсорбентам биоспецифической аффинности относятся, например, иммобилизованные антитела, которые связывают антигены; иммобилизованные ДНК, которые связывают ДНК-связывающие белки, ДНК и РНК; иммобилизованные субстраты или ингибиторы, которые связывают белки и ферменты; иммобилизованные препараты, которые связывают препарат - связывающие белки; иммобилизованные лиганды, которые связывают рецепторы; иммобилизованные рецепторы, которые связывают лиганды; иммобилизованные РНК, которые связывают ДНК- и РНК-связывающие белки; иммобилизованный авидин или стрептавидин, которые связывают биотин и биотинилированные молекулы; иммобилизованные фосфолипидные мембраны и везикулы, которые связывают липид-связывающие белки. Ферменты служат полезными адсорбентами, которые могут модифицировать адсорбированный аналит. Клетки также могут быть полезными адсорбентами. На их поверхностях представлен комплекс связывающих характеристик. Адсорбция клетками полезна, например, для идентификации лигандов или сигнальных молекул, связывающихся с рецепторами поверхности. Вирусы или фаги также могут быть полезными адсорбентами. Вирусы часто несут лиганды к рецепторам клеточной поверхности (напр., gp l20 для CD4). Также в виде фаговой библиотеки фаговые поверхностные белки выступают в качестве агентов для тестирования связывания с мишенями. Адсорбенты биоспецифического взаимодействия основаны на известных специфических взаимодействиях, подобным перечисленным выше.Adsorbents useful for studying biospecific interactions are commonly referred to as “biospecific affinity adsorbents”. Adsorption is considered biospecific if it is specific and affinity (equilibrium dissociation constant, Kd) is at least 10 -3 M (e.g. 10 -5 M, 10 -7 M, 10 -9 M). Examples of biospecific affinity adsorbents are any adsorbents that specifically interact with and bind to a particular biomolecule. Adsorbents of biospecific affinity include, for example, immobilized antibodies that bind antigens; immobilized DNAs that bind DNA binding proteins, DNA and RNA; immobilized substrates or inhibitors that bind proteins and enzymes; immobilized drugs that bind the drug - binding proteins; immobilized ligands that bind receptors; immobilized receptors that bind ligands; immobilized RNAs that bind DNA and RNA binding proteins; immobilized avidin or streptavidin that bind biotin and biotinylated molecules; immobilized phospholipid membranes and vesicles that bind lipid binding proteins. Enzymes serve as useful adsorbents that can modify adsorbed analyte. Cells can also be useful adsorbents. A complex of binding characteristics is presented on their surfaces. Cell adsorption is useful, for example, to identify ligands or signaling molecules that bind to surface receptors. Viruses or phages can also be useful adsorbents. Viruses often carry ligands to cell surface receptors (e.g. gp l20 for CD4). Also in the form of a phage library, phage surface proteins act as agents for testing binding to targets. Adsorbents for biospecific interactions are based on known specific interactions similar to those listed above.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения биоспецифический адсорбент может также содержать дополнительную или "хелперную" молекулу, которая прямо не участвует в связывании аналита-мишени.According to one embodiment of the invention, the biospecific adsorbent may also contain an additional or “helper” molecule that is not directly involved in the binding of the target analyte.
ж. Степень специфичности связыванияg. The degree of binding specificity
Приведением в контакт с адсорбентами, имеющими различные способы взаимодействия, содержащиеся в образце компоненты, могут быть в основном разделены на основе их взаимодействия с различными адсорбентами. Таким образом, привлечение аналита адсорбентами, имеющими различные способы взаимодействия, обеспечивает первый параметр разделения. Например, приведение образца, содержащего аналит, в контакт с первым адсорбентом, аффиность которого основана на гидрофобности, и вторым адсорбентом, аффиность которого основана на ионном заряде, можно выделить из образца те аналиты, которые связываются с гидрофобным адсорбентом, и разделить те аналиты, которые связываются с адсорбентом, имеющим конкретный ионный заряд.By bringing into contact with adsorbents having various interaction methods, the components contained in the sample can mainly be separated based on their interaction with various adsorbents. Thus, the attraction of the analyte with adsorbents having various interaction methods provides the first separation parameter. For example, bringing a sample containing an analyte into contact with a first adsorbent whose affinity is based on hydrophobicity and a second adsorbent whose affinity is based on an ionic charge, it is possible to isolate those analytes that bind to a hydrophobic adsorbent from the sample and to separate those analytes that bind to an adsorbent having a specific ionic charge.
Адсорбенты, имеющие различные основы аффиности, обеспечивают резрешение аналита с низкой степенью специфичности, поскольку адсорбент будет связывать не только аналит, но также и любые другие компоненты образца, имеющие ту же основу аффиности. Например, гидрофобный адсорбент будет связывать не только гидрофобный аналит, но также и любые другие гидрофобные компоненты образца; отрицательно заряженный адсорбент будет связывать не только положительно заряженный аналит, но также и любые другие положительно заряженные компоненты образца; и т.д.Adsorbents having different affinity bases provide analyte resolution with a low degree of specificity, since the adsorbent will bind not only the analyte, but also any other components of the sample having the same affinity basis. For example, a hydrophobic adsorbent will bind not only a hydrophobic analyte, but also any other hydrophobic components of the sample; a negatively charged adsorbent will bind not only a positively charged analyte, but also any other positively charged components of the sample; etc.
Разрешение аналитов на основе аффинности аналита к адсорбенту может быть повышено применением характеристик связывания относительно промежуточной специфичности или измененной силы привлечения. Может быть достигнуто разделение аналита на основе характеристик связывания промежуточной специфичности, например, при использовании адсорбентов смешанной функциональности. После того, как разрешение аналита завершено с относительно низкой специфичностью, характеристика связывания, для которой показано привлечение интересующего аналита, может быть использована в сочетании с другими разнообразными характеристиками связывания или элюции для удаления большего числа нежелательных компонентов и, тем самым, с достижением более высокого разрешения аналита.The resolution of analytes based on the affinity of the analyte to the adsorbent can be enhanced by applying binding characteristics relative to intermediate specificity or altered attraction strength. Separation of the analyte based on the binding characteristics of intermediate specificity can be achieved, for example, using adsorbents of mixed functionality. After the resolution of the analyte is completed with relatively low specificity, the binding characteristic for which the analyte of interest is indicated can be used in combination with various other binding or elution characteristics to remove a larger number of undesirable components and thereby achieve a higher resolution. analyte.
Например, если аналит связывается гидрофобными адсорбентами, то его можно далее разрешить от других гидрофобных компонентов образца, получая адсорбент смешанной функциональности, у которого одной основой аффинности служит гидрофобное взаимодействие, но имеется еще и отличная, другая основа аффинности. Адсорбент смешанной функциональности может обладать гидрофобным взаимодействием и взаимодействием на основе отрицательно заряженных ионов, связывая гидрофобные аналиты, которые заряжены положительно. Альтернативно, адсорбент смешанной функциональности может обладать гидрофобным взаимодействием и и способностью образовывать координатные ковалентные связи и ионами металлов, связывая гидрофобные аналиты, которые обладают способностью образовывать координатные комплексы с ионами металлов на адсорбенте. Другие примеры адсорбентов, обладающих характеристиками связывания промежуточной специфичности, будут очевидны квалифицированному специалисту с учетом описания и примеров, приведенных в настоящей заявке.For example, if the analyte is bound by hydrophobic adsorbents, then it can be further resolved from other hydrophobic components of the sample, obtaining an adsorbent of mixed functionality, in which hydrophobic interaction serves as one basis for affinity, but there is also an excellent, different basis for affinity. The adsorbent of mixed functionality may have a hydrophobic interaction and an interaction based on negatively charged ions, binding hydrophobic analytes that are positively charged. Alternatively, an adsorbent of mixed functionality may have a hydrophobic interaction and the ability to form coordinate covalent bonds with metal ions, linking hydrophobic analytes that have the ability to form coordinate complexes with metal ions on the adsorbent. Other examples of adsorbents having binding characteristics of intermediate specificity will be apparent to those skilled in the art, taking into account the descriptions and examples given in this application.
Разделение аналитов на основе характеристик связывания промежуточной специфичности может быть далее повышено использованием характеристик связывания относительно высокой специфичности. Характеристики связывания относительно высокой специфичности можно использовать, применяя различные адсорбенты с одной и той же основой аффинности, но различающейся силой аффинности. Другими словами, при том, что основа аффинности остается той же самой, может быть достигнуто более тонкое разрешение аналита от других компонентов образца путем использования адсорбентов, имеющих различные степени аффинности к аналиту.The separation of analytes based on binding characteristics of intermediate specificity can be further enhanced by using the binding characteristics of relatively high specificity. The binding characteristics of relatively high specificity can be used using different adsorbents with the same affinity basis, but with different affinity strengths. In other words, while the basis of affinity remains the same, finer resolution of the analyte from other components of the sample can be achieved by using adsorbents having different degrees of affinity for the analyte.
Например, аналит, который связывается адсорбентом на основе кислой природы аналита, может быть отделен от других кислых компонентов образца при испоьзовании адсорбентов с аффинностью к аналитам в конкретных кислых интервалах рН. Таким образом, аналит можно разрешить, применяя один адсорбент, извлекающий компоненты образца в интервале рН 1-2, другой адсорбент, извлекающий компоненты образца в интервале рН 3-4, и третий адсорбент, извлекающий компоненты образца в в интервале рН 5-6. Таким образом, аналит, обладающий специфической аффинностью к адсорбенту, связывающему аналит в интервале рН 5-6, будет разделен от компонентов образца, имеющих рН в интервале рН 1-4. Адсорбенты возрастающей специфичности можно использовать снижая интервал аффиности, т.е., различия в характеристиках связывания адсорбентов, основанных на одной и той же природе аффинности.For example, an analyte that binds to an adsorbent based on the acidic nature of the analyte can be separated from other acidic components of the sample by using adsorbents with affinity for analytes in specific acidic pH ranges. Thus, the analyte can be resolved using one adsorbent that extracts the components of the sample in the range of pH 1-2, another adsorbent that extracts the components of the sample in the range of pH 3-4, and a third adsorbent that extracts the components of the sample in the range of pH 5-6. Thus, an analyte having a specific affinity for an adsorbent that binds an analyte in the pH range of 5-6 will be separated from sample components having a pH in the pH range of 1-4. Adsorbents of increasing specificity can be used to reduce the range of affinity, i.e., differences in the binding characteristics of adsorbents based on the same nature of affinity.
Первичный аналит, адсорбированный на первичном адсорбенте, сам по себе может обладать свойствами адсорбента. В этом случае первичный аналит, адсорбированный на субстрате, может становиться вторичным адсорбентом для выделения вторичных аналитов. В свою очередь, удержанный вторичный аналит может функционировать как четвертичный адсорбент для выделения четвертичных аналитов из образца. Этот процесс может повторяться несколько раз.The primary analyte adsorbed on the primary adsorbent may itself have adsorbent properties. In this case, the primary analyte adsorbed on the substrate may become a secondary adsorbent to isolate secondary analytes. In turn, the retained secondary analyte can function as a quaternary adsorbent to isolate the quaternary analytes from the sample. This process can be repeated several times.
2. Элюанты2. Eluants
Элюанты или промывочные растворы селективно модифицируют порог адсорбции между аналитом и адсорбентом. Способность элюанта десорбировать и элюировать связанный аналит является функцией его характеристик элюции. Различные элюанты могут иметь сильно различающиеся характеристики элюции, умеренно различающиеся характеристики элюции или незначительно различающиеся характеристики элюции.Eluants or washings selectively modify the adsorption threshold between the analyte and the adsorbent. The ability of the eluant to desorb and elute the bound analyte is a function of its elution characteristics. Different eluants can have very different elution characteristics, moderately different elution characteristics, or slightly different elution characteristics.
Обычно элюант приводят в контакт с адсорбентом при температуре от 0°С до 100°С, предпочтительно в интервале от 4°С до 37°С. Однако для некоторых элюантов может потребоваться другая температура, которая легко определима квалифицированным специалистом.Typically, the eluant is brought into contact with the adsorbent at a temperature of from 0 ° C to 100 ° C, preferably in the range from 4 ° C to 37 ° C. However, for some eluants, a different temperature may be required that is readily determined by a qualified person.
Как и в случае адсорбентов, элюанты с сильно различающимися характеристиками элюции, обычно различаются по основе аффинности. Например, к различным основам аффинности между элюантом и аналитом относятся заряд или рН, ионная сила, структура воды, сонцентрации специфических конкурентных связывающих агентов, поверхностное натяжение, диэлектрическая константа и сочетания двух или более перечисленных факторов.As with adsorbents, eluants with very different elution characteristics usually differ in affinity basis. For example, various fundamentals of affinity between eluant and analyte include charge or pH, ionic strength, water structure, concentration of specific competitive binding agents, surface tension, dielectric constant, and combinations of two or more of these factors.
а. Элюанты на основе рНa. PH Eluants
К элюантам, которые модифицируют селективность адсорбента на основе рН (т.е. заряда), относятся известные рН буферы, кислые растворы и основные растворы. Помывкой аналита, присоединенного к данному адсорбенту, буфером с конкретным значением рН, заряд может быть модифицирован и, соответственно, сила связывания между адсорбентом и аналитом в присутствии буфера с конкретным значением рН, также изменяется. Те аналиты, которые менее конкурентны в отношении адсорбента, чем другие, при данном значении рН элюанта будут десорбироваться с адсорбента и элюироваться. При этом будут оставаться связанными только те аналиты, которые более прочно связаны с адсорбентом при данном значении рН элюанта.Eluants that modify the selectivity of the adsorbent based on pH (i.e. charge) include known pH buffers, acidic solutions, and basic solutions. By washing the analyte attached to this adsorbent with a buffer with a specific pH value, the charge can be modified and, accordingly, the binding force between the adsorbent and analyte in the presence of a buffer with a specific pH value also changes. Those analytes that are less competitive with respect to the adsorbent than others, at a given pH of the eluant, will be desorbed from the adsorbent and elute. In this case, only those analytes that are more strongly bound to the adsorbent at a given pH of the eluant will remain bound.
б. Элюанты на основе ионной силыb. Ionic Strength Eluants
К элюантам, которые модифицируют селективность адсорбента в отношении ионной силы, относятся растворы солей различных типов и концентраций. Количество соли, солюбилизированной в растворе элюанта, влияет на ионную силу элюанта и, соответственно, модифицирует связывающую способность адсорбента. Элюанты с низкой концентрацией соли обеспечивают слабую модификацию связывающей способности адсорбента в отношении ионной силы. Элюанты с высокой концентрацией соли обеспечивают более сильную модификацию связывающей способности адсорбента в отношении ионной силы.Eluants that modify the selectivity of the adsorbent with respect to ionic strength include solutions of salts of various types and concentrations. The amount of salt solubilized in the eluant solution affects the ionic strength of the eluant and, accordingly, modifies the binding capacity of the adsorbent. Low salt concentration eluants provide a slight modification of the ionic strength of the adsorbent. High salt concentration eluants provide a stronger modification of the ionic strength of the adsorbent.
в. Элюанты на основе структуры водыin. Water based eluants
К элюантам, которые модифицируют селективность адсорбента изменением структуры воды или концентраций, относятся мочевина и растворы хаотропных солей. Обычно используют растворы мочевины в интервале концентраций от 0.1 до 8 М. При получении элюантов можно использовать хаотропные соли, включая тиоцианат натрия. Элюанты на основе структуры воды модифицируют способность адсорбента связывать аналит в силу изменений гидратации или структуры связанной воды. К элюантам этого типа относятся глицерин, этиленгликоль и органические растворители. Хаотропные анионы повышают растворимость в воде неполярных веществ, ослабляя тем самым гидрофобные взаимодействия между аналитом и адсорбентом.Eluants that modify the adsorbent selectivity by changing the structure of water or concentrations include urea and solutions of chaotropic salts. Urea solutions are usually used in the concentration range from 0.1 to 8 M. In the preparation of eluants, chaotropic salts, including sodium thiocyanate, can be used. Eluants based on the structure of water modify the ability of the adsorbent to bind analyte due to changes in hydration or structure of bound water. Eluants of this type include glycerin, ethylene glycol and organic solvents. Chaotropic anions increase the solubility of non-polar substances in water, thereby weakening the hydrophobic interactions between the analyte and the adsorbent.
г. Элюанты на основе детергентовDetergent based eluants
К элюантам, которые модифицируют селективность адсорбента в отношении поверхностного натяжения и структуры аналита, относятся детергенты и сурфактанты. К приемлемым в качестве элюантов детергентам относятся такие ионные и неионные детергенты, как CHAPS, Твин и NP40. Элюанты на основе детергентов модифицируют способность адсорбента связывать аналит на основе модификаций гидрофобных взаимодействий, когда вводятся гидрофобные и гидрофильные группы детергента. При этом модифицируются гидрофобные взаимодействия между аналитом и адсорбентом, а также в аналите, и вводятся заряженные группы, например, происходит денатурация белков такими ионными детергентами, как SDS.Eluants that modify the selectivity of the adsorbent with respect to surface tension and analyte structure include detergents and surfactants. Acceptable detergents as eluants include ionic and nonionic detergents such as CHAPS, Tween and NP40. Detergent-based eluants modify the ability of the adsorbent to bind analyte based on modifications of hydrophobic interactions when hydrophobic and hydrophilic groups of detergent are introduced. In this case, the hydrophobic interactions between the analyte and the adsorbent, as well as in the analyte, are modified and charged groups are introduced, for example, protein denaturation with ionic detergents such as SDS occurs.
д. Элюанты на основе гидрофобностиD. Hydrophobic Eluants
Элюанты, которые модифицируют селективность адсорбента в отношении диэлектрической константы, являются элюантами, модифицирующими селективность адсорбента в отношении гидрофобного взаимодействия. Примерами приемлемых элюантов, которые функционируют таким образом, являются мочевина (0.1-8М), такие органические растворители, как пропанол, ацетонитрил, этиленгликоль и глицерин, а также детергенты, аналогичные перечисленным выше. Применение ацетонитрила в качестве элюанта является обычным для обратнофазной хроматографии. Введение в состав элюанта этиленгликоля эффективно при элюции имуноглобулинов после соле-зависимого взаимодействия с тиофильными адсорбентами.Eluants that modify the selectivity of the adsorbent with respect to the dielectric constant are eluants that modify the selectivity of the adsorbent with respect to hydrophobic interaction. Examples of suitable eluants that function in this way are urea (0.1-8M), organic solvents such as propanol, acetonitrile, ethylene glycol and glycerin, as well as detergents similar to those listed above. The use of acetonitrile as an eluant is common for reverse phase chromatography. The introduction of ethylene glycol into the eluant is effective in the elution of immunoglobulins after salt-dependent interaction with thiophilic adsorbents.
е. Сочетания элюантовe. Combinations of eluants
Приемлемые элюанты можно выбрать из любой перечисленной выше категории или же они могут представлять собой сочетание двух или более перечисленных элюантов. Элюанты, представляющие собой два или более из перечисленных элюантов, способны модифицировать селективность адсорбента к аналиту на основе множественных характеристик элюции.Suitable eluants can be selected from any of the categories listed above, or they can be a combination of two or more of these eluants. Eluants, which are two or more of these eluants, are able to modify the selectivity of the adsorbent to the analyte based on the multiple characteristics of the elution.
3. Переменные двух параметров3. Variables of two parameters
Возможность получать различные характеристики связывания выбирая различные адсорбенты и возможность получать различные характеристики элюции промывками различными элюантами позволяют варьировать два различных параметра, каждый из которых может индивидуально влиять на селективность, с которой аналиты связываются адсорбентом. Тот факт, что эти два параметра могут широко варьировать, обеспечивает широкий спектр аффинностей связывания и условий элюции, так что заявленные в настоящем изобретении способы могут применяться для связывания и, соответственно, обнаружения аналитов многих различных типов.The ability to obtain different binding characteristics by choosing different adsorbents and the ability to obtain different elution characteristics by washing with different eluants allow two different parameters to be varied, each of which can individually affect the selectivity with which analytes bind to the adsorbent. The fact that these two parameters can vary widely provides a wide range of binding affinities and elution conditions, so that the methods of the present invention can be used to bind and, accordingly, detect analytes of many different types.
Выбор адсорбентов и элюантов для анализа конкретного образца будет зависеть от природы образца, конкретного аналита или класса аналитов, которые надо охарактеризовать, даже если природа аналитов неизвестна. Обычно преимущество представляет получение системы, обладающей широким разнообразием характеристик связывания и широким разнообразием характеристик элюции, особенно если неизвестен состав подлежащего анализу образца. С получением системы, обладающей широким спектром условий селективности, значительно возрастает вероятность удержания одним или несколькими адсорбентами представляющего интерес аналита.The choice of adsorbents and eluants for the analysis of a particular sample will depend on the nature of the sample, a specific analyte or class of analytes that must be characterized, even if the nature of the analytes is unknown. Typically, the advantage is to obtain a system with a wide variety of binding characteristics and a wide variety of elution characteristics, especially if the composition of the sample to be analyzed is unknown. With the preparation of a system with a wide range of selectivity conditions, the probability of the retention of the analyte of interest by one or more adsorbents increases significantly.
Квалифицированный специалист с опытом химического или биохимического анализа сможет определить условия селективности, необходимые для удержания конкретного аналита, получая систему с широким спектром характеристик связывания и элюции, и определяя характеристики связывания и элюции, которые обеспечивают наилучшее разрешение аналита. Поскольку в настоящем изобретении заявлены системы, включающие широкий спектр условий селективности, квалифицированным специалистом без излишних экспериментов могут быть определены оптимальные характеристики связывания и элюции для данного аналита.A qualified specialist with experience in chemical or biochemical analysis will be able to determine the selectivity conditions necessary to retain a particular analyte, obtaining a system with a wide range of binding and elution characteristics, and determining the binding and elution characteristics that provide the best analyte resolution. Since the present invention claims systems comprising a wide range of selectivity conditions, the optimal binding and elution characteristics for a given analyte can be determined by a qualified person without undue experimentation.
С. АналитыC. Analites
Настоящее изобретение дает возможность разрешения аналитов на основе различных биологических, химических или физико-химических свойств аналита путем учета этих свойств при выборе соответствующих условий селективности. Ко многим свойствам аналитов, которые можно использовать при выборе соответствующих условий селективности, относятся гидрофобный индекс (или степень гидрофобности остатков аналита), изоэлектрическая точка (т.е. то значение рН, при котором аналит не имеет заряда), гидрофобный момент (или степень амфипатичности аналита, или степень асимметричности в распределении полярных и неполярных состков), латеральный дипольный момент (или степень асимметричности в распределении заряда в аналите), фактор молекулярной структуры (наличие вариаций в поверхностном контуре молекулы аналита, например, в силу распределения массивных боковых цепей по скелету молекулы), компоненты вторичной структуры (т.е. спираль, параллельные и антипараллельные плоскости), дисульфидные связи, экспонированные электронно-донорные группы (т.е. His), ароматичность (или степень пи-пи взаимодействия между ароматическими остатками в аналите) и линейное расстояние между заряженными атомами.The present invention enables the resolution of analytes based on various biological, chemical or physico-chemical properties of the analyte by taking these properties into account when choosing the appropriate selectivity conditions. Many of the properties of analytes that can be used to select the appropriate selectivity conditions include a hydrophobic index (or the degree of hydrophobicity of analyte residues), an isoelectric point (i.e., the pH at which the analyte has no charge), hydrophobic moment (or degree of amphipathicity analyte, or the degree of asymmetry in the distribution of polar and nonpolar residues), the lateral dipole moment (or the degree of asymmetry in the distribution of charge in the analyte), the molecular structure factor (the presence of variations in the surface contour of the analyte molecule, for example, due to the distribution of massive side chains along the skeleton of the molecule), components of the secondary structure (i.e., helix, parallel and antiparallel planes), disulfide bonds, exposed electron-donor groups (i.e. His), aromaticity (or the degree of pi-pi interaction between aromatic residues in the analyte) and the linear distance between charged atoms.
Здесь приведены примеры типов свойств, которые могут использоваться для разрешения данного аналита из образца при выборе соответствующих условий селективности в соответствии с заявленными способами. Другие полезные свойства аналитов, которые могут служить основой разрешения конкретного аналита из образца, известны или могут быть определены квалифицированным специалистом и рассматриваются в настоящем изобретении.Here are examples of types of properties that can be used to resolve a given analyte from a sample by selecting appropriate selectivity conditions in accordance with the claimed methods. Other useful properties of analytes, which can serve as the basis for resolving a specific analyte from a sample, are known or can be determined by a qualified specialist and are considered in the present invention.
Заявленный способ не ограничен в отношении типов образцов, которые могут быть проанализированы. Образцы могут быть в твердом, жидком или газообразном состоянии, хотя обычно используют жидкие пробы. Твердые или газообразные образцы предпочтительно солюбилизировать в приемлемом растворителе с получением жидкого образца в соответствии с известными из уровня техники способами. Образец может быть биологическим соединением, небиологическим органическим соединением или неорганическим соединением. Заявленные в настоящем изобретении способы особенно полезны для разрешения аналитов в биологическом образце, в частности в биологических жидкостях и экстрактах, а также для разрешения аналитов в небиологических органических соединениях, особенно в смесях малых органических и неорганических молекул.The claimed method is not limited in relation to the types of samples that can be analyzed. Samples can be in solid, liquid or gaseous state, although liquid samples are usually used. Solid or gaseous samples are preferably solubilized in an acceptable solvent to obtain a liquid sample in accordance with methods known in the art. The sample may be a biological compound, a non-biological organic compound, or an inorganic compound. The methods of the present invention are particularly useful for resolving analytes in a biological sample, in particular in biological fluids and extracts, as well as for resolving analytes in non-biological organic compounds, especially mixtures of small organic and inorganic molecules.
Аналитами могут быть молекулы, мультимерные молекулярные комплексы, макромолекулярные структуры, клетки, субклеточные органеллы, вирусы, фрагменты молекул, ионы или атомы. Аналит может быть единственным компонентом образца или относиться к классу структурно, химически, биологически или функционально родственных компонентов, имеющих одну или несколько общих характеристик (т.е. молекулярный вес, изоэлектрическая точка, ионный заряд, гидрофобные/гидрофильные взаимодействия и т.д.).Analytes can be molecules, multimeric molecular complexes, macromolecular structures, cells, subcellular organelles, viruses, fragments of molecules, ions or atoms. An analyte may be the only component of the sample or belong to the class of structurally, chemically, biologically, or functionally related components that have one or more common characteristics (i.e. molecular weight, isoelectric point, ionic charge, hydrophobic / hydrophilic interactions, etc.) .
Конкретными примерами аналитов, которые могут быть разрешены с использованием заявленных в настоящем изобретении методов ретентатной хроматографии, относятся биологические макромолекулы, такие как пептиды, белки, ферменты, полинуклеотиды, олигонуклеотиды, нуклеиновые кислоты, углеводы, олигосахариды, полисахариды; фрагменты перечисленных выше биологических макромолекул, такие как фрагменты нуклеиновых кислот, фрагменты пептидов и фрагменты белков; комплексы перечисленных выше биологических макромолекул, такие как комплексы нуклеиновых кислот, ДНК-белковые комплексы, комплексы рецептор-лиганд, фермент-субстратные комплексы, комплексы фермент-ингибитор, пептидные комплексы, белковые комплексы, углеводородные комплексы и полисахаридные комплексы; малые биологические молекулы, такие как аминокислоты, нуклеотиды, нуклеозиды, сахара, стероиды, липиды, ионы металлов, лекарственные препараты, гормоны, амиды, амины, карбоксиловые кислоты, витамины и коферменты, спирты, альдегиды, кетоны, жирные кислоты, порфирины, каротеноиды, регуляторы роста растений, эфиры фосфатов и нуклеозид-дифосфосахара, такие малые синтетические молекулы, как фармацевтически или терапевтически эффективные агенты, мономеры, аналоги пептидов, аналоги стероидов, ингибиторы, мутагены, канцерогены, антимитотические препараты, антибиотики, ионофоры, антиметаболиты, аналоги аминокислот, антимикробные агенты, ингибиторы транспорта, поверхностно-активные агенты (сурфактанты), ингибиторы функции митохондрий и хлоропластов, доноры, переносчики и акцепторы электронов, синтетические субстраты протеаз, субстраты фосфатаз, субстраты эстераз и липаз, реагенты, модифицирующие белки; синтетические полимеры, олигомеры и кополимеры, такие как полиалкилены, полиамиды, поли(мет)акрилаты, полисульфоны, полистиролы, полиэфиры, поливиниловые эфиры, сложные поливиниловые эфиры, поликарбонаты, поливиниловые галиды, полисилоксаны, РОМА, полиэтиленгликоли, и кополимеры двух или более перечисленных веществ.Specific examples of analytes that can be resolved using the retent chromatography methods of the invention include biological macromolecules such as peptides, proteins, enzymes, polynucleotides, oligonucleotides, nucleic acids, carbohydrates, oligosaccharides, polysaccharides; fragments of the above biological macromolecules, such as nucleic acid fragments, peptide fragments and protein fragments; complexes of the above biological macromolecules, such as nucleic acid complexes, DNA-protein complexes, receptor-ligand complexes, enzyme-substrate complexes, enzyme-inhibitor complexes, peptide complexes, protein complexes, hydrocarbon complexes and polysaccharide complexes; small biological molecules such as amino acids, nucleotides, nucleosides, sugars, steroids, lipids, metal ions, drugs, hormones, amides, amines, carboxylic acids, vitamins and coenzymes, alcohols, aldehydes, ketones, fatty acids, porphyrins, carotenoids, plant growth regulators, phosphate esters and nucleoside diphosphosugar, such small synthetic molecules as pharmaceutically or therapeutically effective agents, monomers, peptide analogues, steroid analogs, inhibitors, mutagens, carcinogens, antimitotic drugs, antibiotics, ionophores, antimetabolites, analogs of amino acids, antimicrobial agents, transport inhibitors, surface active agents (surfactants), mitochondrial and chloroplast function inhibitors, donors, electron carriers and acceptors, synthetic protease substrates, phosphatase substrates, esterase and lipase substrates protein modifying reagents; synthetic polymers, oligomers and copolymers such as polyalkylenes, polyamides, poly (meth) acrylates, polysulfones, polystyrenes, polyesters, polyvinyl esters, polyvinyl esters, polycarbonates, polyvinyl halides, polysiloxanes, POMA, polyethylene glycols or more copolymers .
III. ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИIII. DATA PROCESSING
Детекция аналитов, адсорбированных адсорбентом в конкретных условиях элюции, дает информацию об аналитах в образце и их химических свойствах. Адсорбция частично зависит от характеристик связывания адсорбента: аналиты, которые связываются адсорбентом, обладают свойствами, которые делают связывание возможным. Например, молекулы, которые являются катионными при определенном значении рН, будут связываться анионным адсорбентом в условиях элюции, которые включают данное значение рН. Сильно катионные молекулы будут элюироваться с адсорбента только в очень жестких условиях элюции. Молекулы с гидрофобными областями будут связываться гидрофобными адсорбентами, а молекулы с гидрофильными областями - гидрофильными адсорбентами. Опять же, сила взаимодействия будет зависеть частично от степени представленности в аналите гидрофобных или гидрофильных областей. Таким образом, определение факта связывания определенных аналитов в образце адсорбентом в определенных условиях элюции не только разрешает аналиты в смеси, разделяя их друг от друга и от аналитов, не обладающих химическим свойством, необходимым для связывания, но и определяет класс аналитов или индивидуальных аналитов, имеющих конкретные химические свойства. Собирая информацию об удержании аналита на одном или нескольких конкретных адсорбентах в определенных условиях элюции, можно получить не только подробное разрешение аналитов в смеси, но и химическую информацию об аналитах, что может вести к их идентификации. Эти данные называются "ретенционными данными".The detection of analytes adsorbed by the adsorbent under specific elution conditions provides information about the analytes in the sample and their chemical properties. Adsorption partially depends on the binding characteristics of the adsorbent: analytes that bind to the adsorbent have properties that make binding possible. For example, molecules that are cationic at a specific pH will bind to an anionic adsorbent under elution conditions that include that pH. Strongly cationic molecules will elute from the adsorbent only under very severe elution conditions. Molecules with hydrophobic regions will be bound by hydrophobic adsorbents, and molecules with hydrophilic regions will be bound by hydrophilic adsorbents. Again, the strength of the interaction will depend in part on the degree to which hydrophobic or hydrophilic regions are present in the analyte. Thus, the determination of the fact of binding of certain analytes in a sample by an adsorbent under certain elution conditions not only allows analytes in the mixture, separating them from each other and from analytes that do not have the chemical property necessary for binding, but also determines the class of analytes or individual analytes having specific chemical properties. By collecting information about the retention of the analyte on one or more specific adsorbents under certain elution conditions, one can obtain not only a detailed resolution of the analytes in the mixture, but also chemical information about the analytes, which can lead to their identification. This data is called “retention data”.
Данные, полученные в ретенционных тестах, удобнее всего анализировать с помощью программируемого цифрового компьютера. Компьютерная программа обычно содержит читаемую среду, в которой хранятся коды. Определенные коды посвящены памяти и содержат информацию о локализациях на субстратной матрице, идентичности адсорбента и условиях элюции, использованных для промывки адсорбента. Используя эту информацию, программа может идентифицировать набор свойств матрицы, определяющих конкретные характеристики селективности. Компьютер также содержит коды, которые обрабатывают данные о силе сигнала от различных молекулярных масс, полученные от конкретных предопределенных локализаций на зонде. Эти данные могут указывать на количество обнаруженных аналитов и дополнительно включать для каждого аналита силу сигнала и определенную молекулярную массу.The data obtained in retention tests is most conveniently analyzed using a programmable digital computer. A computer program typically contains a readable medium in which codes are stored. Certain codes are dedicated to memory and contain information about localization on the substrate matrix, the identity of the adsorbent and the elution conditions used to wash the adsorbent. Using this information, the program can identify a set of matrix properties that determine specific selectivity characteristics. The computer also contains codes that process signal strength data from various molecular weights obtained from specific predetermined locations on the probe. This data may indicate the number of analytes detected and additionally include signal strength and a specific molecular weight for each analyte.
Компьютер также содержит коды для обработки данных. Настоящим изобретением предусматривается разнообразие способов обработки данных. Согласно одному из вариантов предусматривается создание профиля распознавания аналита. Например, данные об удержании конкретного аналита, идентифицированного по молекулярной массе, можно отсортировать в соответствии с конкретными характеристиками связывания, например связывания анионными адсорбентами или гидрофобными адсорбентами. Совокупность этих данных составляет профиль химических свойств конкретного аналита. Характеристики удержания отражают функцию аналита, которая, в свою очередь, отражает структуру. Например, удержание координатными ковалентными хелаторами металлов может отражать присутствие остатков гистидина в аналите-полипептиде. Комбинируя данные об уровне удержания на множестве катионных и анионных адсорбентов при элюции с варьирующим рН, можно получить информацию, на основе которой определить изоэлектрическую точку белка. В свою очередь, этот параметр отражает возможное число ионных аминокислот в белке. Соответственно, компьютер может содержать коды, которые переводят информацию о связывании в структурную информацию. Кроме того, вторичный процессинг аналита (т.е. посттрансляционые модификации) приводят к изменению профиля распознавания, что отражается в различиях в связывании или массе.The computer also contains codes for processing data. The present invention provides a variety of data processing methods. In one embodiment, an analyte recognition profile is provided. For example, retention data for a particular analyte identified by molecular weight can be sorted according to specific binding characteristics, for example, binding by anionic adsorbents or hydrophobic adsorbents. The totality of these data is a profile of the chemical properties of a particular analyte. The retention characteristics reflect the analyte function, which in turn reflects the structure. For example, retention by coordinate covalent metal chelators may reflect the presence of histidine residues in the analyte polypeptide. By combining data on the level of retention on a variety of cationic and anionic adsorbents during elution with varying pH, we can obtain information from which to determine the isoelectric point of the protein. In turn, this parameter reflects the possible number of ionic amino acids in the protein. Accordingly, the computer may contain codes that translate the binding information into structural information. In addition, the secondary processing of the analyte (i.e., post-translational modifications) leads to a change in the recognition profile, which is reflected in differences in binding or mass.
Согласно другому варианту ретенционные тесты проводят с одним и тем же набором порогов селективности для клеток двух различных типов и сравнивают ретенционные данные двух тестов. Различия в ретенционных картах (т.е. наличие и сила сигнала в любой предопределенной локализации) указывают на аналиты, которые экспрессируются дифференциально в клетках двух различных типов. Это может включать, например, создание дифференциальных карт, указывающих на различия в силе сигналов в двух ретенционных тестах, что свидетельствует о том, что аналиты сильнее или слабее удерживаются адсорбентом в двух тестах.In another embodiment, retention tests are performed with the same set of selectivity thresholds for cells of two different types and retention data of the two tests are compared. Differences in retention charts (i.e., the presence and strength of the signal at any predetermined location) indicate analytes that are differentially expressed in two different types of cells. This may include, for example, the creation of differential maps indicating differences in signal strength in the two retention tests, which indicates that the analytes are more or less retained by the adsorbent in the two tests.
Компьютерная программа может также включать код, который на входе получает инструкции от программиста. Последовательный и логичный путь избирательной десорбции аналитов с конкретных предопределенных локализаций на матрице можно предусмотреть и запрограммировать заранее.A computer program may also include code that receives instructions from a programmer at the input. A consistent and logical way of selective desorption of analytes from specific predefined locations on the matrix can be foreseen and programmed in advance.
Компьютер может перевести данные в другой формат для представления (демонстрации). Анализ данных может включать этапы определения, т.е. установления силы сигнала как функции предопределенной локализации на основе собранных данных, удаления "выбросов" (данные, отклоняющиеся от предопределенного статистического распределения) и вычисления относительной аффинности связывания аналитов на основе ретенционных данных.The computer can convert the data to another format for presentation (demonstration). Data analysis may include determination steps, i.e. establishing signal strength as a function of predetermined localization based on the collected data, removing “outliers” (data deviating from the predetermined statistical distribution), and calculating the relative affinity of analyte binding based on retention data.
Полученные данные могут быть представлены в различных форматах. В одном формате силу сигнала отображают на графике как функцию молекулярной массы. В другом формате, обозначаемом как "гелевый формат", силу сигнала откладывают по горизонтальной оси, отражающей интесивность потемнения, что напоминает появление аналогичных послов в геле. В другом формате, сигналы, достигающие определенного порога, представляют в виде вертикальных линий или полосок на горизонтальной оси, по которой откладывается молекулярная масса. Соответственно, каждая линия представляет обнаруженный аналит. Данные также могут быть представлены в виде графиков силы сигналов для конкретных аналитов, сгруппированных в соответствии с характеристикой связывания и/или характеристикой элюции.The data obtained can be presented in various formats. In one format, signal strength is displayed on a graph as a function of molecular weight. In another format, referred to as the "gel format", the signal strength is laid off along the horizontal axis, reflecting the intensity of the darkening, which resembles the appearance of similar messengers in the gel. In another format, signals reaching a certain threshold are represented as vertical lines or stripes on the horizontal axis along which the molecular weight is deposited. Accordingly, each line represents a detected analyte. Data can also be presented in the form of graphs of signal strength for specific analytes, grouped in accordance with the characteristics of the binding and / or characteristics of the elution.
IV. ПРИМЕНЕНИЯ РЕТЕНТАТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИIV. APPLICATIONS OF RETENTANT CHROMATOGRAPHY
Ретентатная хроматография включает комбинаторные методы разделения, включая и параллельное обнаружение и характеристику многих аналитов. Эти комбинаторные методы имеют много применений. К ним относятся, без ограничения перечисленными, разработка схем обнаружения аналита-мишени; разработка стратегии очистки белка; методы очистки белка; идентификация специфического фага из фаговой библиотеки, связывающего аналит-мишень, включая идентификацию эпитопа-мишени с использованием комплементарных фаговых библиотек; очистка белка на основе физико-химических свойств аналита; мониторинг экспрессии генов и дифференциальной представленности белков; скрининг веществ в токсикологии; одновременное обнаружение многих диагностических маркеров; открытие новых лекартвенных препаратов; мониторинг сборки мультимерных белков и обнаружение трансляции нуклеотида in vitro.Retentate chromatography involves combinatorial separation methods, including the parallel detection and characterization of many analytes. These combinatorial methods have many uses. These include, without limitation, the development of target analyte detection schemes; development of a protein purification strategy; protein purification methods; identification of a specific phage from a phage library that binds a target analyte, including identification of a target epitope using complementary phage libraries; protein purification based on the physicochemical properties of the analyte; monitoring gene expression and differential representation of proteins; screening of substances in toxicology; simultaneous detection of many diagnostic markers; discovery of new drugs; monitoring the assembly of multimeric proteins and detecting in vitro nucleotide translation.
А. Способы последовательной экстракции аналитов из образцаA. Methods for the sequential extraction of analytes from a sample
Ретентатная хроматография предусматривает анализ удержания аналита во множестве условий асдорбент/элюант. Одним из вариантов данного метода является последовательная экстракция. При последовательной экстракции образец не обрабатывают независимо в двух различных условиях селективности. Скорее, образец обрабатывают в первом условии селективности для экстракции из образца отдельных аналитов адсорбентом, при этом неадсорбированные аналиты остаются в элюанте. Затем образец обрабатывают во втором условии селективности. При этом происходит экстракция различных аналитов из элюанта. Часто если адсорбенты, используемые в первом и втором циклах, имеют различные основы аффинности (напр., нормально-фазный и гидрофобный), то адсорбенты будут экстрагировать различный набор аналитов из элюанта. Этот второй элюант затем обрабатывают в третьем условии селективности, и так далее. При осуществлении метода последовательной экстракции адсорбент помещают на дно ячейки, так что образец может быть нанесен поверх него. Элюант добавляют к адсорбенту и после связывания между аналитами в образце элюант собирают. Собранный смыв затем наносят на второй адсорбент и аналиты экстрагируются из образца путем связывания.Retentate chromatography involves analyte retention analysis under a variety of asorbent / eluant conditions. One option for this method is sequential extraction. In sequential extraction, the sample is not treated independently under two different selectivity conditions. Rather, the sample is treated under the first selectivity condition for extracting individual analytes from the sample with an adsorbent, while the non-adsorbed analytes remain in the eluant. Then the sample is processed in the second condition of selectivity. In this case, the extraction of various analytes from the eluant occurs. Often, if the adsorbents used in the first and second cycles have different affinity bases (e.g., normal phase and hydrophobic), then the adsorbents will extract a different set of analytes from the eluant. This second eluant is then treated in the third condition of selectivity, and so on. In the sequential extraction method, the adsorbent is placed on the bottom of the cell, so that the sample can be applied on top of it. The eluant is added to the adsorbent and after binding between analytes in the sample, the eluant is collected. The collected flush is then applied to a second adsorbent and the analytes are extracted from the sample by binding.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения цель последовательной экстракции больше препаративная, нежели аналитическая. Более конкретно, целью может быть экстракция из образца всех аналитов, кроме нужных. В данном случае образец весьма мал, т.е. несколько микролитров на пятне диаметром несколько миллиметров. Адсорбенты выбирают таким образом, чтобы они не адсорбировали аналит, который не должен исключаться из образца. После нескольких циклов окончательно собранный смыв лишен нежелательных аналитов и содержит только аналиты, нужные для последующего анализа, например, десорбционной спектрометрией или традиционными хроматографическими методами.According to one embodiment of the invention, the goal of sequential extraction is more preparative than analytical. More specifically, the goal may be to extract from the sample all analytes except those needed. In this case, the sample is very small, i.e. a few microliters on a spot a few millimeters in diameter. Adsorbents are selected so that they do not adsorb analyte, which should not be excluded from the sample. After several cycles, the final collected flush is devoid of unwanted analytes and contains only the analytes needed for subsequent analysis, for example, desorption spectrometry or traditional chromatographic methods.
Согласно другому варианту неудержанный образец анализируют на присутствие аналитов любым аналитическим методом. Даже после одного этапа удержания этот процесс дает возможность установить какие материалы адсорбированы адсорбентом, а какие аналиты нет.In another embodiment, an unstoppable sample is analyzed for the presence of analytes by any analytical method. Even after one retention step, this process makes it possible to determine which materials are adsorbed by the adsorbent and which analytes are not.
Б. Способы последовательного разрешения аналитов в образцеB. Methods for sequential resolution of analytes in a sample
Целью ретентатной хроматографии является однозначное разрешение амалита из сложной смеси образца. Это особенно важно для применения в клинической диагностике, разработке новых лекарственных препаратов и в функциональной геномике. В этих областях требуется идентификация одного или нескольких аналитов из биологического образца. В настоящем изобретении заявлен способ идентификации условий селективности, в которых удерживается аналит, и в повторяющемся, циклическом процессе введение дополнительных характеристик связывания или характеристик элюции в условие селективности, которое обеспечивает улучшенное разрешение аналита.The goal of retentate chromatography is to unambiguously resolve the amalite from a complex sample mixture. This is especially important for use in clinical diagnostics, the development of new drugs and in functional genomics. In these areas, identification of one or more analytes from a biological sample is required. The present invention provides a method for identifying selectivity conditions under which an analyte is held, and in a repeating, cyclic process, introducing additional binding characteristics or elution characteristics into a selectivity condition that provides improved analyte resolution.
Масс-спектр сложного образца, обработанного в условии селективности, обычно содержит сигналы от многих компонентов образца. Комплексность сигналов может препятствовать однозначному разрешению аналита. Методы последовательного разрешения аналита дают возможность идентифицировать условия селективности с улучшенным разрешением аналита для однозначного обнаружения аналита в образце. Условие селективности обеспечивает "улучшенное разрешение" аналита в сравнении с другим условием селективности, если сигнал от аналита более легко отличим от сигналов других компонентов. К этому относится, например, уменьшение числа аналитов, связанных с адсорбентом, снижая тем самым общее количество сигналов, или же повышая избирательность условия селективности к аналиту, усиливая сигнал аналита по сравнению с другими сигналами. Конечно, когда аналит связывается с субстратом исключительно, то при детекции образуется только сигнал аналита.The mass spectrum of a complex sample processed under the condition of selectivity usually contains signals from many components of the sample. The complexity of the signals may interfere with the unambiguous resolution of the analyte. The analyte sequential resolution methods make it possible to identify selectivity conditions with improved analyte resolution for unambiguous detection of the analyte in the sample. The selectivity condition provides an “improved resolution” of the analyte compared to another selectivity condition if the signal from the analyte is more easily distinguishable from the signals of other components. This includes, for example, reducing the number of analytes associated with the adsorbent, thereby reducing the total number of signals, or increasing the selectivity of the selectivity condition for the analyte, amplifying the analyte signal in comparison with other signals. Of course, when the analyte binds exclusively to the substrate, only the analyte signal is generated during detection.
Способы последовательного разрешения подразумевают повторяющийся процесс, в ходе которого дополнительные характеристики селективности (связывания или элюции) последовательно вводят в постоянный набор характеристик селективности, при которых удерживается аналит. На первом этапе проверяют ряд условий селективности для идентификации одного, в котором удерживается аналит-мишень. На следующем этапе выбирают одну или несколько характеристик селективности для постоянного набора условий селективности, используемого для дальнейшего анализа.Sequential resolution methods involve a repeating process in which additional selectivity characteristics (binding or elution) are sequentially introduced into a constant set of selectivity characteristics at which the analyte is retained. At the first stage, a number of selectivity conditions are checked to identify one in which the analyte target is held. In the next step, one or more selectivity characteristics are selected for a constant set of selectivity conditions used for further analysis.
Так получают новый набор условий селективности. Каждое из условий нового набора включает выбранные характеристики из постоянного набора и по меньшей мере одно новое условие, не входящее в постоянный набор. Например, если постоянный набор включает анионный адсорбент и низкосолевой элюант, то новое условие может подразумевать варьирование рН элюанта. Каждую из этих новых переменных проверяют на способность улучшать разрешение аналита и определяют одно модифицированное условие селективности, которое обеспечивает улучшенное разрешение. На следующем этапе это дополнительное условие селективности вводят в постоянный набор.So get a new set of conditions of selectivity. Each of the conditions of the new set includes selected characteristics from the constant set and at least one new condition that is not included in the constant set. For example, if the constant kit includes an anionic adsorbent and a low salt eluant, then a new condition may involve varying the pH of the eluant. Each of these new variables is tested for its ability to improve analyte resolution and one modified selectivity condition is determined that provides improved resolution. In the next step, this additional condition of selectivity is introduced into a constant set.
Модифицированный постоянный набор опять же проверяют аналогичным образом, получая набор новых условий селективности, который включает характеристики из постоянного набора и новые характеристики. Таким образом, на каждом этапе условия селективности выбирают так, чтобы разрешение аналита улучшалось по сравнению с условием селективности, использованным на предыдущем этапе.The modified constant set is again checked in a similar manner, obtaining a set of new selectivity conditions that includes characteristics from the constant set and new characteristics. Thus, at each stage, the selectivity conditions are chosen so that the resolution of the analyte is improved compared with the selectivity condition used in the previous step.
Способ хорошо иллюстрируется примером. Клеточный образец обычно содержит сотни или, возможно, тысячи белков. Предположим, что стоит задача однозначного разрешения единственного аналита-мишени, белка из данного образца. На первом этапе получают ретенционную карту для аналита-мишени, используя множество условий селективности. Например, адсорбенты могут быть анионообменником, катионообменником, нормально-фазным адсорбентом и обратно-фазным адсорбентом. Условия элюции, проверяемые на каждом адсорбенте, могут варьировать в отношении рН, ионной силы, концентраций тех или иных детергентов и степени гидрофобности. Например, четыре различных условия элюции могут быть проверены для каждого условия селективности. Таким образом, в данном случае шестнадцать различных условий селективности проверяют на способность адсорбировать аналит-мишень.The method is well illustrated by an example. A cell sample usually contains hundreds or perhaps thousands of proteins. Assume that the task is to unequivocally resolve a single target analyte, a protein from a given sample. In the first step, a retention card for the target analyte is obtained using a variety of selectivity conditions. For example, the adsorbents may be an anion exchanger, a cation exchanger, a normal phase adsorbent, and a reverse phase adsorbent. The elution conditions tested on each adsorbent can vary with respect to pH, ionic strength, concentrations of certain detergents and degree of hydrophobicity. For example, four different elution conditions can be tested for each selectivity condition. Thus, in this case, sixteen different selectivity conditions are tested for the ability to adsorb the analyte target.
На основе ретенционной карты можно выбрать по меньшей мере одно условие селективности, при котором удерживается аналит-мишень. Можно выбрать условие селективности, при котором мишень связывается максимально. Однако выбор условия селективности, при котором мишень связывается немаксимально, может представлять преимущество, если данное условие селективности более избирательно в отношении мишени, нежели другие условия селективности. Предположим, например, что анализ ретенционной карты показывает, что мишень удерживается анионообменными адсорбентами при значениях рН, близких к нейтральному, но также слабо адсорбируется и гидрофобным адсорбентом.Based on the retention map, at least one selectivity condition can be selected under which the analyte target is held. You can select the selectivity condition under which the target binds as much as possible. However, the choice of a selectivity condition under which the target binds non-maximally can be advantageous if this selectivity condition is more selective with respect to the target than other selectivity conditions. Suppose, for example, that the analysis of the retention map shows that the target is held by anion-exchange adsorbents at pH close to neutral, but also weakly adsorbed by a hydrophobic adsorbent.
Один из переменных адсорбентов или элюантов из условия селективности, определенного в результате удержания аналита, выбирают для использования во всех последующих условиях селективности. Таким образом, его добавляют к "набору констант условий селективности".One of the variable adsorbents or eluants from the selectivity condition determined as a result of analyte retention is selected for use in all subsequent selectivity conditions. Thus, it is added to the “set of constants of selectivity conditions”.
В ходе следующего цикла проверяется способность аналита-мишени связываться во втором множестве условий селективности. Каждое условие селективности во втором наборе включает элементы условий селективности из постоянного набора. Однако каждое условие селективности также включает другую переменную - другой адсорбент или элюант, введенные условие селективности. Таким образом, с учетом необходимости использовать по меньшей мере один набор констант, второй набор условий селективности также выбирают так, чтобы он был более разнообразным, чем первый набор. К способам повышения разнообразия относятся, например, проверка более тонких градаций условия элюции или изменение силы адсорбента. К ним также может относиться, например, введение в условия селективности новой характеристики селективности.In the next cycle, the ability of the target analyte to bind under the second set of selectivity conditions is tested. Each selectivity condition in the second set includes elements of the selectivity conditions from the constant set. However, each selectivity condition also includes a different variable - another adsorbent or eluant, introduced selectivity condition. Thus, taking into account the need to use at least one set of constants, the second set of selectivity conditions is also chosen so that it is more diverse than the first set. Methods of increasing diversity include, for example, checking finer gradations of the elution condition or changing the strength of the adsorbent. They may also include, for example, the introduction of selectivity characteristics into the conditions of selectivity.
Продолжая пример, к набору констат может быть добавлен анионообменный адсорбент. Теперь это условие проверяют с широким разообразием переменных, т.е. элюантов или адсорбентов. К проверяемым элюантам могут относиться различные буферы с низкими значениями рН с более тонкими градациями, нежели проверяемые в первом цикле. Например, в первом цикле можно проверить буферы с рН 3.0, рН 5.0, рН 7.0 и рН 9.0, и увидеть, что мишень что мишень удерживается анионообменным адсорбентом при значениях рН, близких к нейтральному. В ходе второго цикла проверяемые буферы могут иметь рН 5.0, рН 5.5, рН 6.0, рН 6.5, рН 7.0, рН 7.5 и рН 8.0. Кроме того, каждый из этих буферов может варьировать по другим характеристикам элюции, т.е., ионной силе, гидрофобности и т.д.Continuing with the example, an anion exchange adsorbent can be added to the set of constants. Now this condition is checked with a wide variety of variables, i.e. eluants or adsorbents. The tested eluants may include various buffers with low pH values with finer gradations than those checked in the first cycle. For example, in the first cycle, you can check the buffers with pH 3.0, pH 5.0, pH 7.0 and pH 9.0, and see that the target is that the target is held by an anion exchange adsorbent at pH values close to neutral. During the second cycle, the tested buffers can have pH 5.0, pH 5.5, pH 6.0, pH 6.5, pH 7.0, pH 7.5 and pH 8.0. In addition, each of these buffers may vary in other elution characteristics, i.e., ionic strength, hydrophobicity, etc.
Анализ второй ретенционной карты, полученной на данном этапе, обычно позволяет определить условие, которое обеспечивает улучшенное разрешение аналита, нежели условие селективности, идентифицированное на первом этапе. Опять же, выбирают одну из переменных данного условия селективности и вводят в набор констант условия селективности для дальнейшего тестирования в ходе следующего цикла.Analysis of the second retention card obtained at this stage usually allows one to determine a condition that provides improved analyte resolution than the selectivity condition identified at the first stage. Again, one of the variables of this selectivity condition is selected and the selectivity conditions are introduced into the set of constants for further testing during the next cycle.
Продолжая пример, предположим, что условие селективности во втором цикле, в котором разрешается аналит, включает буфер с рН 6.5. Этот элюант теперь может быть введен в набор констант, который теперь включает анионообменную смолу и буфер с рН 6.5. В ходе следующего цикла данное условие селективности вводят в постоянный набор, а варьируют следующее условие селективности. К переменным могут относиться, например, введение нового компонента в элюант, меняющего ионную силу; или же другой адсорбент может быть введен в смесь, так что различные гидрофобные адсорбенты смешиваются с анионообменным адсорбентом; или же можно варьировать плотность анионообменной смолы. Опять же, из данного набора идентифицируют условие селективности, которое обеспечивает улучшенное разрешение аналита.Continuing the example, suppose that the selectivity condition in the second cycle in which the analyte is resolved includes a buffer with a pH of 6.5. This eluant can now be introduced into a set of constants, which now includes an anion exchange resin and a buffer with a pH of 6.5. During the next cycle, this selectivity condition is introduced into a constant set, and the following selectivity condition is varied. Variables may include, for example, the introduction of a new component in an eluant that changes ionic strength; or another adsorbent can be introduced into the mixture, so that various hydrophobic adsorbents are mixed with the anion-exchange adsorbent; or it is possible to vary the density of the anion exchange resin. Again, a selectivity condition that provides improved analyte resolution is identified from this set.
Процесс может продолжаться до тех пор, пока аналит не будет очищен до необходимой гомогенности. В данном случае, условие селективности специфично в отношении аналита.The process can continue until the analyte is purified to the required homogeneity. In this case, the selectivity condition is specific for the analyte.
Как можно видеть, повышением числа переменных, используемых на каждом этапе, можно уменьшить количество циклов, необходимых для идентификации приемлемого условия селективности.As can be seen, by increasing the number of variables used at each step, the number of cycles necessary to identify an acceptable selectivity condition can be reduced.
В. Способы препаративной очистки аналитаB. Methods for preparative purification of the analyte
В качестве одного из аспектов настоящего изобретения заявлены способы очистки аналита. В этих методах используется преимущество ретентатной хроматографии, состоящее в быстрой идентификации основы аффинности для адсорбции аналита. На первом этапе происходит обработка аналита во множестве условий селективности для определения удержания аналита в данных условиях путем ретентатной хроматографии. В результате получают профиль распознавания аналита. Условия селективности, в которых аналит удерживается, используют для разработки протокола препаративной очистки аналита.As one aspect of the present invention, methods for purifying an analyte are claimed. These methods take advantage of retentate chromatography to quickly identify the basis of affinity for analyte adsorption. At the first stage, the analyte is processed under a variety of selectivity conditions to determine analyte retention under these conditions by retentate chromatography. As a result, an analyte recognition profile is obtained. The selectivity conditions under which the analyte is retained is used to develop a protocol for preparative purification of the analyte.
Для препаративной очистки аналита аналит последовательно адсорбируют и элюируют на серии сочетаний адсорбент/элюант, для которых показано связывание аналита. Так, например, карта распознавания может указывать на то, что аналит связывается нормально-фазным адсорбентом и хелатором металлов. Затем аналит наносят на первую хроматографическую колонку, содержащую, например, нормально-фазный адсорбент, который связывает аналит. Не связавшийся материал отмывают. Затем аналит элюируют достаточно жесткой промывкой. Элюант наносят, например, на колонку с хелатором металлов, который связывает аналит. Не связавшийся материал отмывают. Затем связавшийся материал, содержащий аналит, элюируют с хелатирующей металл колонки. Таким образом, аналит выделяют в препаративных количествах. Препаративное количество образца составляет не менее 10 мкл, не менее 100 мкл, не менее 1 мл, не менее 10 мл.For preparative purification of the analyte, the analyte is sequentially adsorbed and eluted on a series of adsorbent / eluant combinations for which analyte binding is indicated. So, for example, a recognition card may indicate that the analyte is bound by a normal phase adsorbent and a metal chelator. The analyte is then applied to a first chromatographic column containing, for example, a normal phase adsorbent that binds the analyte. Unbound material is washed. The analyte is then eluted with a sufficiently rigid wash. The eluant is applied, for example, to a column with a metal chelator, which binds the analyte. Unbound material is washed. The bound analyte containing material is then eluted from the metal chelating column. Thus, the analyte is isolated in preparative amounts. The preparative amount of the sample is at least 10 μl, at least 100 μl, at least 1 ml, at least 10 ml.
Информация, полученная в ходе последовательного разрешения аналитов, может быть использована для разработки стратегии крупномасштабной хроматографической (основанной на элюции) очистки белка. Основу аффинности адсорбента, условия связывания и условия элюции (т.е. условия селективности) для белкового аналита-мишени определяют ретентатной хроматографией. Получение такой информации экономит огромное количество времени, энергии и дорогих аналитов, которые в противном случае были бы потрачены при пробах и ошибках при разработке стратегии очистки. В настоящем разделе также описаны примеры препаративной очистки, осуществленной с коммерчески доступными адсорбентами.The information obtained during the sequential resolution of analytes can be used to develop a strategy for large-scale chromatographic (based on elution) protein purification. The basis of adsorbent affinity, binding conditions, and elution conditions (i.e., selectivity conditions) for the target protein analyte are determined by retentate chromatography. Obtaining such information saves a tremendous amount of time, energy and expensive analytes that would otherwise be spent on trial and error in developing a cleaning strategy. This section also describes examples of preparative purification carried out with commercially available adsorbents.
Г. Способы приготовления зондов для специфического обнаружения аналитовD. Methods of preparation of probes for specific detection of analytes
В настоящем изобретении заявлены зонды для специфической детекции одного или нескольких аналитов десорбционной спектрометрией, а также способы получения таких зондов. Такие аналит-разрешающие зонды полезны для специфического обнаружения аналитов при осуществлении диагностических и аналитических методов.The present invention claims probes for the specific detection of one or more analytes by desorption spectrometry, as well as methods for producing such probes. Such analyte-resolving probes are useful for specific detection of analytes in the implementation of diagnostic and analytical methods.
Первым этапом получения зонда для разрешения одного или более аналитов является получение ретенционной карты аналитов во множестве различных сочетаний адсорбент/элюант. Например, разрешение аналита можно установить для четырех различных адсорбентов, промытых одним из пяти различных элюантов. Анализ полученной ретенционной карты покажет, какое условие или условия селективности лучше всего разрешает аналиты. Предпочтительно идентифицировать одно условие селективности, которое однозначно разрешает все аналиты. Затем выбирают одно или несколько условий селективности для использования в аналит-разрешающем зонде таким образом, чтобы каждый из аналитов разрешался как минимум на одном пятне адсорбента. Зонд также может содержать адсорбент, который не связывает аналит или аналиты. Это пятно адсорбента используют как контрольное. Зонды могут содержать множество пятен адсорбента в предопределенных локализациях, выбранных по их способности удерживать и разрешать аналит или аналиты. В этом случае адсорбенты выбирают так, чтобы аналит связывался в условии обработки одним элюантом. Это может оказаться полезным, поскольку в процессе детекции весь зонд можно промывать одним элюантом.The first step in obtaining a probe for resolving one or more analytes is to obtain a retention map of the analytes in many different adsorbent / eluant combinations. For example, analyte resolution can be set for four different adsorbents washed with one of five different eluants. An analysis of the retention card obtained will show which condition or conditions of selectivity are best resolved by analytes. It is preferable to identify one selectivity condition that uniquely resolves all analytes. One or more selectivity conditions are then selected for use in the analyte-resolving probe so that each analyte resolves on at least one spot of the adsorbent. The probe may also contain an adsorbent that does not bind analyte or analytes. This adsorbent spot is used as a control. The probes may contain a plurality of adsorbent spots in predetermined locations selected by their ability to retain and resolve analyte or analytes. In this case, the adsorbents are chosen so that the analyte is bound under the condition of treatment with one eluant. This may be useful, because during the detection process, the entire probe can be washed with one eluant.
Ретенционную карту, полученную для конкретного аналита, можно использовать для создания специального, "заказного" адсорбента для данного аналита. Например, природа адсорбентов, удерживающих аналит, указывает на набор основ аффинности аналита. "Заказной" адсорбент можно сконструировать, готовя мультиплексный адсорбент, включающий элементы адсорбентов, которые обеспечивают эти основа аффинности. Такой "заказной" адсорбент очень избирателен в отношении аналита-мишени. Один или всего несколько "заказноых" адсорбентов могут обеспечить получение карты распознавания амалита. Например, если показано, что в определенных условиях элюции аналит удерживается адсорбентами, которые связывают материалы с определенной степенью гидрофобности, положительным зарядом и ароматичностью, то можно создать "заказной" адсорбент, сочетая комбинаторными синтетическими методами такие функциональные группы, которые будут обеспечивать все три перечисленные выше свойства. Аналит идентифицируют по обнаружению связывания с таким адсорбентом.The retention card obtained for a particular analyte can be used to create a special, “custom” adsorbent for this analyte. For example, the nature of the analyte-retaining adsorbents indicates a set of analyte affinity basics. A “custom” adsorbent can be constructed by preparing a multiplex adsorbent including adsorbent elements that provide these affinity basis. Such a “custom” adsorbent is very selective for the target analyte. One or only a few “custom” adsorbents can provide an amalite recognition card. For example, if it is shown that under certain conditions of elution, the analyte is retained by adsorbents that bind materials with a certain degree of hydrophobicity, positive charge and aromaticity, then you can create a “custom” adsorbent combining functional groups with combinatorial synthetic methods that will provide all three of the above properties. The analyte is identified by detecting binding to such an adsorbent.
Такие зонды полезны для обнаружения аналита или аналитов в образце. Образец обрабатывают в условиях селективности и зонд исследуют десорбционной спектрометрией. Поскольку зонд разрешает аналиты, их присутствие может быть установлено по характеристикам профиля распознавания. Такие зонды особенно полезны для идентификации набора диагностических маркеров в образце, полученном от больного.Such probes are useful for detecting analyte or analytes in a sample. The sample is treated under selectivity conditions and the probe is examined by desorption spectrometry. Since the probe allows analytes, their presence can be determined by the characteristics of the recognition profile. Such probes are particularly useful for identifying a set of diagnostic markers in a sample obtained from a patient.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, конструируют матрицу для связывания представляющих интерес белков определенного класса. К ним относятся диагностические маркеры, а также аналиты с определенной функцией. Например, можно получить матрицу, которая будет специфически связывать белки клеточной поверхности, ферменты определенного класса (напр., киназы), транскрипционные факторы, внутриклеточные рецепторы и т.п. Адсорбенты могут быть специфичны в отношении биополимеров, например, антител.According to one embodiment of the invention, a matrix is constructed for binding proteins of interest of a particular class. These include diagnostic markers, as well as analytes with a specific function. For example, you can get a matrix that will specifically bind cell surface proteins, enzymes of a certain class (e.g. kinases), transcription factors, intracellular receptors, etc. Adsorbents may be specific for biopolymers, for example antibodies.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения адсорбентами являются организмы, такие как фаг, несущие на своей поверхности белковые лиганды к белкам определенного класса. В этом случае фаговую библиотеку можно прескринировать молекулами определенного класса с тем, чтобы исключить фаги, связывающие молекулы данного класса. Затем фаг, который был вычленен из популяции таким образом, используют как адсорбент.In one embodiment, the adsorbents are organisms such as phage that carry protein ligands to proteins of a particular class on their surface. In this case, the phage library can be screened with molecules of a certain class in order to exclude phages that bind molecules of this class. Then the phage that has been isolated from the population in this way are used as adsorbent.
Д. Диагностические зонды и способы диагностикиD. Diagnostic probes and diagnostic methods
При диагностике патологических состояний часто требуется обнаруживать во взятом от больного образце один или несколько молекулярных маркеров заболевания. Многие заболевания можно диагностировать по наличию единственного диагностического маркера. Диагностика других заболеваний может потребовать обнаружения множества диагностических маркеров. Кроме того, обнаружение нескольких маркеров может повысить достоверность диагноза. Соответственно, в настоящем изобретении заявлены зонды для десорбционной спектрометрии, содержащие как минимум один адсорбент, который способен разрешать по меньшей мере один диагностический маркер патологического состояния.When diagnosing pathological conditions, it is often required to detect one or more molecular markers of the disease in a sample taken from a patient. Many diseases can be diagnosed by the presence of a single diagnostic marker. Diagnosing other diseases may require the detection of multiple diagnostic markers. In addition, the detection of several markers can increase the reliability of the diagnosis. Accordingly, the present invention claims probes for desorption spectrometry containing at least one adsorbent that is capable of resolving at least one diagnostic marker of a pathological condition.
Получение таких зондов предусматривает прежде всего выбор подлежащих обнаружению маркеров. Такой маркер может являться маркером любого болезненного состояния, т.е. рака, заболевания сердца, аутоиммунного заболевания, вирусной инфекции болезни Альцгеймера или диабета. Например, обнаружение простата-специфического антигена (PSA) с высокой вероятностью указывает на рак предстательной железы. ВИЧ-инфекцию можно диагностировать обнаружением антител к нескольким белкам ВИЧ, таким как один из р17, р24 или р55 и один из р31, р51 или р66 и один из gp41 или gp120/160. Обнаружение в спинномозговой жидкости амилоида-b42 или белка тау с высокой вероятностью указывает на болезнь Альцгеймера. Маркеры можно также идентифицировать при помощи заявленных способов установления дифференциального присутствия аналита у здоровых субъектов в отличие от больных.Obtaining such probes involves, first of all, selecting the markers to be detected. Such a marker can be a marker of any disease state, i.e. cancer, heart disease, autoimmune disease, viral infection of Alzheimer's disease or diabetes. For example, detection of a prostate-specific antigen (PSA) is highly likely to indicate prostate cancer. HIV infection can be diagnosed by detecting antibodies to several HIV proteins, such as one of p17, p24 or p55 and one of p31, p51 or p66 and one of gp41 or gp120 / 160. Detection of amyloid-b42 or tau protein in the cerebrospinal fluid is highly likely to indicate Alzheimer's disease. Markers can also be identified using the claimed methods for establishing the differential presence of analyte in healthy subjects as opposed to patients.
На следующем этапе получают адсорбенты, удерживающие один или более диагностический маркер. Предпочтительно получить один адсорбент, который разрешал бы все маркеры. Этого можно достичь, например, созданием пятна, содержащего несколько антител, каждое из которых связывает один из представляющих интерес маркеров. Альтернативно, зонд может содержать множество пятен адсорбента, при этом каждое пятно в данных условиях селективности может разрешать по меньшей мере один-аналит-мишень. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, адсорбент является мультиплексным адсорбентом, содержащим лиганды, которые специфичны к маркерам. Например, адсорбент может содержать антитело, полипептидный лиганд или полинуклеотид, который специфически связывает аналит-мишень. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения антитело является одноцепочечным антителом, идентифицированным при скрининге комбинаторной библиотеки. Одноцепочечные антитела, специфичные к конкретным маркерам, можно получить при скрининге фаговых библиотек в соответствии с описанными в настоящей заявке методами.In the next step, adsorbents are obtained that hold one or more diagnostic markers. It is preferable to obtain a single adsorbent that would resolve all markers. This can be achieved, for example, by creating a spot containing several antibodies, each of which binds one of the markers of interest. Alternatively, the probe may contain many spots of adsorbent, with each spot under these conditions of selectivity can resolve at least one analyte target. According to one embodiment of the invention, the adsorbent is a multiplex adsorbent containing ligands that are specific for markers. For example, the adsorbent may comprise an antibody, a polypeptide ligand, or a polynucleotide that specifically binds a target analyte. In one embodiment, the antibody is a single chain antibody identified by screening for a combinatorial library. Single chain antibodies specific for specific markers can be obtained by screening phage libraries in accordance with the methods described in this application.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, адсорбент содержит неорганические биомолекулярные компоненты, которые или специфически удерживают аналит-мишень или удерживают аналит со специфичностью, достаточной для однозначного разрешения десорбционной спектрометрией. Получение адсорбентов для обнаружения специфических аналитов также описывается в настоящей заявке.According to another embodiment of the invention, the adsorbent contains inorganic biomolecular components that either specifically retain the target analyte or retain the analyte with a specificity sufficient for unambiguous resolution by desorption spectrometry. The preparation of adsorbents for the detection of specific analytes is also described in this application.
Важно, что единичное пятно адсорбента, используемое в данных способах, не должно быть специфичным к единичному аналиту, и, потому не требуется специфической аффинности между мишенью и адсорбентом, обусловленной биополимером. Более ранние способы обнаружения аффинности основывались в основном на специфическом связывании между биополимером и мишенью. К таким видам связывания относятся, например, специфическая аффинность антитела к белку, полинуклеотида к комплементарному полинуклеотиду или пектина к углеводу. Такая специфичность была необходима в силу непрямых способов детекции: идентифицировалась не мишень, а метка, часто связанная с адсорбентом. Соответственно, чем более специфичен адсорбент, тем меньше вероятность того, что примеси будут связываться с асдорбентом и препятствовать специфическому обнаружению. Однако десорбционная спектрометрия обнаруживает аналит непосредственно. Соответственно, присутствие примесей не влияет на специфичность обнаружения, если только сигнал от примеси не перекрывает сигнал от мишени.It is important that the single adsorbent spot used in these methods should not be specific to a single analyte, and therefore, no specific affinity between the target and the adsorbent due to the biopolymer is required. Earlier affinity detection methods relied primarily on specific binding between the biopolymer and the target. Such types of binding include, for example, the specific affinity of an antibody for a protein, a polynucleotide for a complementary polynucleotide, or pectin for a carbohydrate. Such specificity was necessary due to indirect detection methods: not a target was identified, but a label, often associated with an adsorbent. Accordingly, the more specific the adsorbent, the less likely that the impurities will bind to the adsorbent and prevent specific detection. However, desorption spectrometry detects the analyte directly. Accordingly, the presence of impurities does not affect the specificity of detection, unless the signal from the impurity does not overlap the signal from the target.
Способы диагностики предусматривают, прежде всего, получение от больного образца для тестирования. Образцом, например, может служить ткань, кровь, моча, кал или другие жидкости тела (лимфа, спинно-мозговая жидкость, внутрисуставная жидкость и т.д.). Затем образец приводят в контакт с субстратом, содержащим диагностические адсорбенты, в таких условиях, которые делают возможным удержание диагностических маркеров. Адсорбент промывают соответствующим элюантом. Затем маркеры обнаруживают (т.е. разрешают) десорбционной спектрометрией (т.е. масс-спектрометрией).Diagnostic methods include, first of all, obtaining from a patient a sample for testing. A sample, for example, can be tissue, blood, urine, feces or other body fluids (lymph, cerebrospinal fluid, intraarticular fluid, etc.). The sample is then brought into contact with a substrate containing diagnostic adsorbents under conditions that make it possible to retain diagnostic markers. The adsorbent is washed with an appropriate eluant. Markers are then detected (i.e., resolved) by desorption spectrometry (i.e., mass spectrometry).
В настоящем изобретении также заявлены наборы для специфического обнаружения диагностических маркеров, включающие (1) субстрат для десорбционной спектрометрии, содержащий как минимум один адсорбент как минимум в одной предопределенной локализации, который разрешает как минимум один диагностический маркер в условии селективности, которое включает адсорбент и элюант, и (2) элюант или инструкции по приготовлению элюанта. При приведении образца в контакт с адсорбентом и промывке элюантом, т.е. при выполнении условия селективности, аналит очищается в достаточной степени или специфически связывается, что делает возможным его разрешение десорбционной спектрометрией.The present invention also claims kits for specific detection of diagnostic markers, comprising (1) a substrate for desorption spectrometry containing at least one adsorbent in at least one predetermined location that resolves at least one diagnostic marker in a selectivity condition that includes an adsorbent and an eluant, and (2) eluant or instructions for preparing the eluant. When bringing the sample into contact with the adsorbent and washing with eluant, i.e. when the selectivity condition is fulfilled, the analyte is purified sufficiently or specifically binds, which makes it possible to resolve it by desorption spectrometry.
Е. Способы идентификации белковE. Methods for the identification of proteins
В качестве другого аспекта в настоящем изобретении заявлен способ, помогающий идентифицировать белки. Данным способом предусматривается определение совпадающих параметров в физико-химических характеристиках белка-аналита с использованием ретентатной хроматографии и скрининга белковых баз данных с целью идентификации белков с совпадающими параметрами. Обработка физико-химической информации на основе характеристик удержания (ретенции) обсуждалась выше. Из баз данных обычно можно извлечь аминокислотную последовательность и/или нуклеотидную последовательность, кодирующую аминокислотную последовательность каждого белка. Из этой информации легко вывести структурные характеристики, такие как молекулярная масса, гидрофобность, рI, масса фрагментов и т.д. Белок-аналит будет иметь конкретную структурную характеристику, общую только с некоторой подгруппой белков, имеющихся в базе данных. Соответственно, идентификация возможных белков-кандидатов проводится на основе сортировки белков по тем структурным характеристикам, которые являются общими с белком-аналитом. Таким образом, с учетом неточностей, степени специфичности или уровня доверительности, присущими установлению одного или нескольких физико-химических свойств, нельзя ожидать, что белки базы данных будут точно совпадать со стандартом по всем характеристикам. Соответственно, совпадающие параметры можно использовать для установления, например, близости характеристик белка-аналита и характеристик референсных полипептидов в базе данных.As another aspect, the present invention provides a method for identifying proteins. This method provides for the determination of matching parameters in the physicochemical characteristics of the protein analyte using retentate chromatography and screening of protein databases to identify proteins with matching parameters. The processing of physico-chemical information based on retention characteristics was discussed above. An amino acid sequence and / or a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence of each protein can usually be extracted from databases. It is easy to derive structural characteristics from this information, such as molecular weight, hydrophobicity, pI, fragment mass, etc. The analyte protein will have a specific structural characteristic that is common only with some subset of proteins available in the database. Accordingly, the identification of possible candidate proteins is carried out on the basis of protein sorting by those structural characteristics that are common with the analyte protein. Thus, taking into account inaccuracies, the degree of specificity, or the level of confidence inherent in the establishment of one or more physicochemical properties, one cannot expect that the database proteins will exactly match the standard in all respects. Accordingly, matching parameters can be used to establish, for example, the proximity of the characteristics of the protein analyte and the characteristics of the reference polypeptides in the database.
С ростом количества идентифицированных генов генома возрастает вероятность того, что любой белковый аналит представлен в базах данных как референсный полипептид.With an increase in the number of identified genome genes, the likelihood that any protein analyte is represented in the databases as a reference polypeptide increases.
Соответственно, заявленный метод дает возможность быстро разрешать представляющий интерес белок в образце с получением структурной информации о белке и затем использовать данную информацию для идентификации белка.Accordingly, the claimed method makes it possible to quickly resolve the protein of interest in the sample to obtain structural information about the protein and then use this information to identify the protein.
Ж. Способы сборки мультимерных молекулG. Methods of assembly of multimeric molecules
Способность адсорбентов удерживать нужные молекулы можно использовать при построении мультимерных молекул и для получения соединений, которые влияют на такую сборку. Единицу мультимерной молекулы присоединяют к адсорбенту. Затем ее приводят в контакт с образцом, содержащим другую единицу мультимерной молекулы. Такой контакт может быть осуществлен в разнообразных условиях, что позволяет контролировать условия связывания. Присоединение субъединицы к мультимеру можно контролировать десорбционной спектрометрией. Затем таким же образом можно контролировать присоединение последующих субъединиц. Способы скрининга потенциальных лекарственных препаратов, приведенные в настоящем описании, применимы при тестировании агентов на способность интерферировать со сборкой мультимерных молекул. Соответственно, аналит на одной стадии процесса становится адсорбентом на другой стадии.The ability of adsorbents to retain the desired molecules can be used in the construction of multimeric molecules and to obtain compounds that affect such an assembly. A unit of a multimeric molecule is attached to an adsorbent. Then it is brought into contact with a sample containing another unit of a multimeric molecule. Such contact can be carried out in a variety of conditions, which allows you to control the binding conditions. The attachment of the subunit to the multimer can be controlled by desorption spectrometry. Then in the same way you can control the accession of subsequent subunits. The methods for screening potential drugs described herein are useful in testing agents for their ability to interfere with the assembly of multimeric molecules. Accordingly, the analyte at one stage of the process becomes an adsorbent at another stage.
3. Способы постановки энзиматических тестов3. Methods of setting enzymatic tests
В настоящем изобретении также заявлены способы постановки энзиматических тестов. Энзиматические тесты обычно предусматривают приведение теституемого образца в контакт с субстратом фермента в таких условиях, в которых фермент активен. После воздействия фермента на субстрат оценивают количество продукта эезиматической реакции. При количественном анализе определяют количество продукта. Это количество обычно сравнивают с контролем или стандартной кривой, определяя тем самым уровень энзиматической активности в образце.The present invention also provides methods for staging enzymatic tests. Enzymatic tests usually involve contacting a test sample with an enzyme substrate under conditions in which the enzyme is active. After exposure of the enzyme to the substrate, the amount of the ezimatic reaction product is evaluated. Quantitative analysis determines the amount of product. This amount is usually compared with a control or standard curve, thereby determining the level of enzymatic activity in the sample.
В настоящем изобретении заявлен способ обнаружения фермента, включая определение уровня энзиматической активности в образце. Преимущество способа состоит в том факте, что активность фермента часто приводит к образованию продукта, чья масса отлична от массы исходного субстрата. При осуществлении способа готовят твердую фазу, содержащую адсорбент, который связывает субстрат. Количество субстрата, связанного с адсорбентом, фиксировано. Затем адсорбент приводят в контакт с образцом на такое время и в таких условиях, которые позволяют ферменту воздействовать на субстрат.The present invention provides a method for detecting an enzyme, including determining the level of enzymatic activity in a sample. The advantage of the method is the fact that the activity of the enzyme often leads to the formation of a product whose mass is different from the mass of the starting substrate. When implementing the method, a solid phase is prepared containing an adsorbent that binds the substrate. The amount of substrate bound to the adsorbent is fixed. Then the adsorbent is brought into contact with the sample for such a time and under conditions that allow the enzyme to act on the substrate.
Любой связавшийся материал обнаруживают десорбционной спектрометрией. Обнаружение аналита с молекулярной массой, характерной для продукта ферментативной активности, указывает на присутствие фермента. Сила сигнала будет являться функцией уровня энзиматической активности в образце.Any bound material is detected by desorption spectrometry. Detection of an analyte with a molecular weight characteristic of the product of enzymatic activity indicates the presence of the enzyme. The signal strength will be a function of the level of enzymatic activity in the sample.
И. Способы идентификации аналитов, которые экспрессируются дифференциально в различных биологических материалахI. Methods for the identification of analytes that are expressed differentially in various biological materials
В качестве одного из аспектов настоящего изобретения заявлены способы идентификации органических биомолекул, в особенности белков, которые дифференциально экспрессируются в двух или более образцах. "Дифференциальная экспрессия" означает различия в количестве или качестве аналита между двумя образцами. Такие различия могут возникать на любом этапе экспрессии белка, начиная с транскрипции и кончая пост-трансляционной модификацией. Данные способы обладают преимуществами крайне высокой разрешающей способности ретентатной хроматографии. Сначала для аналитов, содержащихся в двух образцах, получают профили распознавания с использованием одного и того же набора условий селективности. Чем больше число использованных условий селективности, тем выше разрешение аналитов в образце и, соответственно, можно сравнить большее число аналитов. Затем сравнивают карты распознавания для идентификации аналитов, которые дифференциально удерживаются двумя наборами адсорбентов. Дифференциальная ретенция (удержание) подразумевает количественное удержание. Это указывает на повышенную или полниженную экспрессию. Дифференциальная ретенция также указывает на качественные отличия аналита. Например, различия в пост-трансляционной модификации белка могут приводить к различиям в картах распознавания, обнаружимых как различия в характеристиках связывания (например, если белок гилкозилирован, он будет иначе связываться с лектиновыми адсорбентами), или как различия в массах (например, как результат различий в пост-трансляционном разрезании). Анализ может быть выполнен на программируемом цифровом компьютере.As one aspect of the present invention, methods for identifying organic biomolecules, especially proteins that are differentially expressed in two or more samples, are claimed. "Differential expression" means differences in the quantity or quality of an analyte between two samples. Such differences can occur at any stage of protein expression, starting with transcription and ending with post-translational modification. These methods have the advantages of extremely high resolution retentate chromatography. First, for analytes contained in two samples, recognition profiles are obtained using the same set of selectivity conditions. The larger the number of selectivity conditions used, the higher the resolution of analytes in the sample and, accordingly, a larger number of analytes can be compared. Recognition cards are then compared to identify analytes that are differentially held by two sets of adsorbents. Differential retention (retention) implies quantitative retention. This indicates increased or decreased expression. Differential retention also indicates qualitative differences in the analyte. For example, differences in post-translational modification of a protein can lead to differences in recognition maps, detected as differences in binding characteristics (for example, if a protein is glycosylated, it will otherwise bind to lectin adsorbents), or as differences in masses (for example, as a result of differences in post-translational cutting). The analysis can be performed on a programmable digital computer.
Способ особенно применим для обнаружения генов, которые дифференциально экспрессируются в клетках двух различных типов. Такие пары клеток могут быть представлены нормальными и патологическими клетками, например, раковыми клетками, или же клетками, находящимися на различных стадиях развития или дифференцировки, или на различных стадиях клеточного цикла. Однако метод также применим для исследования двух клеток одного типа, находящихся в различных условиях. Например, метод применим в токсикологии для скрининга и тестирования агентов на их способность модулировать экспрессию гена в клетке. В этом случае один биологический образец приводят в контакт с тестируемым агентом, а другой нет. Затем сравнивают ретентатные карты образцов. Метод может указывать на факт пониженной или повышенной экспрессии белка или другой биомолекулы или на изменения, являющиеся результатом отличающихся характеристик удержания или изменений массы.The method is particularly useful for detecting genes that are differentially expressed in two different types of cells. Such pairs of cells can be represented by normal and pathological cells, for example, cancer cells, or cells that are at different stages of development or differentiation, or at different stages of the cell cycle. However, the method is also applicable for the study of two cells of the same type under different conditions. For example, the method is applicable in toxicology for screening and testing agents for their ability to modulate gene expression in a cell. In this case, one biological sample is brought into contact with the test agent, and the other is not. Then retentate maps of the samples are compared. The method may indicate a fact of reduced or increased expression of a protein or other biomolecule, or of changes resulting from differing retention or mass changes.
С использованием информации о физико-химических свойствах дифференциально экспрессирующихся белков, полученной из ретенционных карт, с использованием описанных методов можно определить белки-кандидаты на идентичность.Using information on the physicochemical properties of differentially expressed proteins obtained from retention charts, using the methods described, candidate proteins for identity can be determined.
Данный метод применим для идентификации диагностических маркеров заболеваний. Белки, которые дифференциально экспрессируются во взятых от больных образцах или в культивируемых клетках больных в сравнении с нормальными образцами или клетками, могут оказаться диагностическими маркерами. Вообще, предпочтительно сравнивать с нормальными образцы, взятые от статистически значимой выборки больных. Таким образом можно собрать информацию для идентификации диагностических маркеров, общих для всех или многих индивидуумов, страдающих данной патологией.This method is applicable for the identification of diagnostic markers of diseases. Proteins that are differentially expressed in samples taken from patients or in cultured cells of patients compared to normal samples or cells may be diagnostic markers. In general, it is preferable to compare normal samples taken from a statistically significant sample of patients. Thus, information can be collected to identify diagnostic markers common to all or many individuals suffering from a given pathology.
К. Повышение чувствительности амплификацией катабодического сигналаK. Sensitivity enhancement by amplification of a catabodic signal
Чувствительность обнаружения дифференциального присутствия (являющегося результатом дифференциальной экспрессии) в сложной смеси может быть значительно повышена путем фрагментации большого белка на маленькие кусочки и обнаружения именно этих фрагментов. Чувствительность повышается в силу нескольких факторов. Во-первых, когда все белки в образце фрагментированы, например, энзиматическим перевариванием, то большие белки образуют больше фрагментов, чем малые белки. Во-вторых, общая чувствительность десорбционной спектрометрии выше, чем ниже молекулярные массы аналитов. В-третьих, фрагментирование белка повышает количество сигналов от мишени, увеличивая тем самым вероятность обнаружения мишени. В-четвертых, фрагментирование белка повышает вероятность удержания и, следовательно, обнаружения по меньшей мере фрагмента белка. В-пятых, если белок по-разному представлен в двух образцах, то увеличением количества сигналов повышается вероятность обнаружения разницы в количестве.The sensitivity of detecting the differential presence (resulting from differential expression) in a complex mixture can be significantly increased by fragmenting a large protein into small pieces and detecting precisely these fragments. Sensitivity increases due to several factors. First, when all the proteins in a sample are fragmented, for example, by enzymatic digestion, large proteins form more fragments than small proteins. Secondly, the overall sensitivity of desorption spectrometry is higher than the lower molecular weights of the analytes. Thirdly, protein fragmentation increases the number of signals from the target, thereby increasing the probability of target detection. Fourth, protein fragmentation increases the likelihood of retention and, therefore, the detection of at least a protein fragment. Fifthly, if protein is represented differently in two samples, then an increase in the number of signals increases the likelihood of detecting differences in the quantity.
Обычно стремятся понизить комплексность смеси аналитов до анализа. Фрагментация повышает комплексность.Usually they seek to reduce the complexity of the analyte mixture before analysis. Fragmentation increases complexity.
Соответственно, согласно одному из вариантов осуществления изобретения чувствительность обнаружения аналита повышается путем конвертации аналита во фрагменты меньшей молекулярной массы до обнаружения. Фрагментацию можно осуществить любыми известными из уровня техники способами. Например, белковые аналиты можно фрагментировать эндопротеазами. Нуклеиновые кислоты можно фрагментировать при помощи эндонуклеаз. Образец можно подвергнуть фрагментации до или после нанесения на адсорбент.Accordingly, according to one embodiment of the invention, the detection sensitivity of the analyte is increased by converting the analyte into fragments of lower molecular weight before detection. Fragmentation can be accomplished by any methods known in the art. For example, protein analytes can be fragmented by endoproteases. Nucleic acids can be fragmented using endonucleases. The sample can be fragmented before or after application to the adsorbent.
Л. Способы идентификации лигандов к рецепторуL. Methods for the identification of ligands for the receptor
В функциональных связях в биологических системах часто используются взаимодействия между рецептором и лигандом. Например, при активации транскрипции часто имеет место предварительное связывание лиганда с транскрипционным фактором. При многих патологических состояниях имеет место ненормальное взаимодействие между рецептором и лигандом. Нарушение связывания рецептора и лиганда часто является целью при разработке новых препаратов. Однако часто неизвестен лиганд к конкретному рецептору; такой рецептор называют "сиротским".In functional bonds in biological systems, interactions between the receptor and the ligand are often used. For example, when transcription is activated, the ligand is preliminarily pre-linked to the transcription factor. In many pathological conditions, an abnormal interaction takes place between the receptor and the ligand. Impaired receptor and ligand binding is often the goal when developing new drugs. However, the ligand to a specific receptor is often unknown; this receptor is called "orphan".
В настоящем изобретении заявлен способ применения ретентатной хроматографии для идентификации лигандов к рецепторам. Способ предусматривает прикрепление рецептора к адсорбенту. Затем образец, в котором предполагают наличие лиганда к рецептору, приводят в контакт с прикрепленным рецептором в таком условии элюции, которое способствует связыванию между рецептором и лигандом. Затем связанные с рецептором лиганды детектируют десорбционной спектрометрией. Разрешающая способность данного метода от части обусловлена чувствительностью десорбционной спектрометрии при обнаружении малых количеств материала, присоединенных к адсорбенту.The present invention provides a method for applying retentate chromatography to identify ligands for receptors. The method involves attaching a receptor to an adsorbent. Then, a sample in which the presence of the ligand to the receptor is assumed is brought into contact with the attached receptor under an elution condition that promotes binding between the receptor and the ligand. Ligands bound to the receptor are then detected by desorption spectrometry. The resolution of this method in part is due to the sensitivity of desorption spectrometry when detecting small amounts of material attached to the adsorbent.
Присоединение рецептора к адсорбенту требует идентификации адсорбента, который удерживает и, предпочтительно, специфически связывает рецептор. В настоящем описании приведены способы идентификации адсорбентов, которые специфически связывают белок. Согласно одному из методов адсорбент содержит антитело, специфичное к рецептору. Согласно другому варианту рецептор получают как рекомбинантный слитой белок, содержащий сущность для специфического связывания. Например, рецептор может быть слит с Fc-фрагментом антитела. Этот фрагмент связывает белок А, который может быть встроен в адсорбент.Attachment of the receptor to the adsorbent requires the identification of an adsorbent that retains and, preferably, specifically binds the receptor. The present description provides methods for identifying adsorbents that specifically bind a protein. According to one of the methods, the adsorbent contains an antibody specific for the receptor. In another embodiment, the receptor is prepared as a recombinant fusion protein containing an entity for specific binding. For example, a receptor may be fused to an Fc fragment of an antibody. This fragment binds protein A, which can be integrated into the adsorbent.
Выбор образца для обнаружения лиганда определяется экспериментатором. Например, если рецептор является ядерным рецептором, то образец может быть ядерным экстрактом. Если рецептор является цитоплазматическим рецептором, то образцом может служить жидкость, омывающая поверхность клеток, например сыворотка в случае рецептора поверхности эпителиальных клеток.The choice of sample for ligand detection is determined by the experimenter. For example, if the receptor is a nuclear receptor, then the sample may be a nuclear extract. If the receptor is a cytoplasmic receptor, then the sample may be a liquid washing the surface of the cells, for example, serum in the case of a receptor on the surface of epithelial cells.
Обычно образец инкубируют с рецептором в физиологических условиях в течение необходимого для связывания времени, например несколько часов при 37°С. Затем несвязавшийся материал отмывают. Этот метод дает возможность быстрой идентификации лигандов, что требует месяцев при использовании обычных методов.Typically, a sample is incubated with the receptor under physiological conditions for the time necessary for binding, for example, several hours at 37 ° C. Then unbound material is washed. This method enables the rapid identification of ligands, which requires months using conventional methods.
Ретентатная хроматография дает возможность параллельной обработки образцов на нескольких пятнах адсорбента. Соответственно, метод может предусматривать тестирование множества различных образцов на присутствие лиганда, а также тестирование единственного образца во множестве условий инкубации и элюции.Retentate chromatography allows parallel processing of samples on several spots of adsorbent. Accordingly, the method may include testing many different samples for the presence of a ligand, as well as testing a single sample in a variety of incubation and elution conditions.
Путем определения массы идентифицированного лиганда и различных физико-химических свойств лиганд можно идентифицировать с использованием информации геномных баз данных.By determining the mass of the identified ligand and the various physicochemical properties of the ligand, ligands can be identified using information from genomic databases.
Согласно другому варианту осуществления изобретения готовят набор зондов, на которых удерживаются белки из клетки. Такие зонды применимы в качестве вторичных зондов для идентификации молекул из клетки, которыеAccording to another embodiment of the invention, a set of probes is prepared on which proteins from the cell are retained. Such probes are useful as secondary probes to identify molecules from cells that
связываются с удерживаемыми молекулами. После получения на основе зонда ретентатной карты зонд повторно приводят в контакт с тестируемым материалом, обычно в менее жестких условиях, чем те, которые использовали для получения вторичного зонда, и анализируют предопределенные локализации. Заново связанными оказываются те молекулы, которые связались с ранее удержанными молекулами.bind to retained molecules. After obtaining a retentate card based on the probe, the probe is re-contacted with the test material, usually under less stringent conditions than those used to obtain the secondary probe, and predefined locations are analyzed. The molecules that bind to previously retained molecules turn out to be newly bound.
М. Способы идентификации новых лекарственных препаратовM. Methods for identifying new drugs
Идентификация молекул, которые предотвращают связывание между рецептором и лигандом к нему, является важным этапом при разработке новых лекарственных препаратов. В настоящем изобретении заявлены способы скрининга соединений на их способность модулировать связывание между адсорбентом и аналитом (т.е. рецептором-адсорбентом и лигандом-аналитом) путем приведения адсорбента и аналита в контакт с тестируемым соединением и детекции связывания между адсорбентом и аналитом десорбционной спектрометрией.The identification of molecules that prevent binding between the receptor and the ligand to it is an important step in the development of new drugs. The present invention provides methods for screening compounds for their ability to modulate binding between an adsorbent and an analyte (i.e., an adsorbent receptor and an analyte ligand) by contacting the adsorbent and analyte with a test compound and detecting binding between the adsorbent and analyte by desorption spectrometry.
Для быстрого скрининга комбинаторных библиотек на потенциальные лекарственные препараты требуется возможность тестировать взаимодействия тысяч препаратов и идентификации агентов, которые препятствуют такому взаимодействию или наоборот способствую ему. Ретентатная хроматография дает возможность присоединить один член пары лиганд/рецептор к субстрату и использовать его в качестве вторичного адсорбента. Затем, после приведения члена пары в контакт с его партнером и агентом, десорбционной спектрометрией можно определить имеется ли связь между партнерами и насколько она сильна. К преимуществам ретентатной хроматографии в методах скрининга относятся возможность специфического связывания рецептора с субстратом посредством адсорбента, возможность быстрого размещения рецептора на многих пятнах адсорбента для параллельной обработки и скорость обработки, которая достижима при учете результатов десорбционной спектрометрией.Rapid screening of combinatorial libraries for potential drugs requires the ability to test the interactions of thousands of drugs and the identification of agents that inhibit this interaction or, conversely, facilitate it. Retentate chromatography makes it possible to attach one member of a ligand / receptor pair to a substrate and use it as a secondary adsorbent. Then, after bringing the couple member into contact with his partner and agent, desorption spectrometry can determine if there is a connection between the partners and how strong it is. The advantages of retentate chromatography in screening methods include the possibility of specific binding of the receptor to the substrate by means of an adsorbent, the ability to quickly place the receptor on many spots of adsorbent for parallel processing, and the processing speed, which is achievable when taking into account the results of desorption spectrometry.
1. Скринирующий тест1. Screening test
Способ предусматривает получение адсорбента; приведение адсорбента в контакт с аналитом-мишенью в присутствии или в отсутствие агента в одном или нескольких условиях селективности и определение уровня связывания в присутствии и в отсутствие агента. Уровень связывания определяют ретентатной хроматографией (т.е. получением профиля распознавания). Эксперимент можно осуществить с контролем без добавления агента или с контролем, когда добавляются другое количество или тип агента, а нулевое количество определяют экстраполяцией. Статистически значимая разница в уровне связывания (р<0.05) указывает на то, что агент модулирует связывание.The method involves obtaining an adsorbent; bringing the adsorbent into contact with the target analyte in the presence or absence of an agent in one or more conditions of selectivity and determining the level of binding in the presence and absence of an agent. The level of binding is determined by retentate chromatography (i.e., obtaining a recognition profile). The experiment can be carried out with control without adding an agent or with control when another quantity or type of agent is added, and a zero amount is determined by extrapolation. A statistically significant difference in the level of binding (p <0.05) indicates that the agent modulates binding.
Данный метод особенно удобен для скрининга аналитов (т.е. белков) - кандидатов в лекарственные препараты. После получения ретенционной карты белков или профиля распознавания из сыворотки или каких-либо других клеток-мишеней агент приводят в контакт с матрицей, на которой в предопределенных локализациях удерживается аналит. После того, как связывание произошло, несвязавшийся агент элюируют или отмывают. Те аналиты, которые удерживают связанный агент в условиях селективности, идентифицируют прямо десорбционной спектрометрией, поскольку агент сам по себе является новым компонентом ретенционной карты (т.е. агент десорбируется и детектируется непосредственно). Данный метод особенно приемлем для скрининга потенциальных лекарственных препаратов как агонистов, так и антагонистов по их способности связывать аналиты или моделировать один или несколько биологических процессов.This method is especially useful for screening analytes (i.e. proteins) - drug candidates. After obtaining a retention map of proteins or a recognition profile from serum or any other target cells, the agent is contacted with a matrix on which analyte is held in predetermined locations. After binding has occurred, the unbound agent is eluted or washed. Those analytes that hold the bound agent under selectivity conditions are identified directly by desorption spectrometry, since the agent itself is a new component of the retention card (i.e., the agent is desorbed and detected directly). This method is especially suitable for screening potential drugs, both agonists and antagonists, by their ability to bind analytes or simulate one or more biological processes.
2. Рецептор и лиганд2. Receptor and ligand
Адсорбент и аналит-мишень не обязательно должны участвовать в специфическом связывании. Однако в особенно применимых методах адсорбент и аналит-мишень представляют собой пару лиганд/рецептор.The adsorbent and the target analyte need not be involved in specific binding. However, in particularly useful methods, the adsorbent and target analyte are a ligand / receptor pair.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения членами пары лиганд/рецептор являются гормон и рецептор клеточной поверхности или внутриклеточный рецептор. Адсорбент может представлять собой целую клетку или клеточную мембрану в случае рецептора, ассоциированного с мембраной. Белковый рецептор или другой потенциальный препарат-мишень могут использоваться в качестве адсорбента при скрининге комбинаторных библиотек препаратов. Сотни или тысячи потенциальных лекарственных препаратов могут быть нанесены на рецептор одного типа и предопределенную локализацию на адсорбенте. После удаления не связавшихся или слабо связавшихся потенциальных лекарственных препаратов (т.е. агентов), связавшиеся агенты детектируют и идентифицируют десорбционной спектрометрией.In one embodiment, the members of the ligand / receptor pair are a hormone and a cell surface receptor or intracellular receptor. The adsorbent may be a whole cell or cell membrane in the case of a receptor associated with the membrane. A protein receptor or other potential target drug can be used as an adsorbent for screening combinatorial drug libraries. Hundreds or thousands of potential drugs can be applied to one type of receptor and predetermined localization on the adsorbent. After removal of unbound or weakly bound potential drugs (i.e., agents), bound agents are detected and identified by desorption spectrometry.
Согласно другому варианту осуществления изобретения адсорбент является ферментом, который связывается с субстратом-мишенью и модифицирует его. Агенты скринируют на способность модулировать энзиматическую трансформацию аналита. Например, энзиматическая активность может быть обнаружена потому, что профиль распознавания аналита может отличаться от такового для продукта энзиматической активности. Дифференциальная ретенция указывает на изменение связывания агентом.According to another embodiment of the invention, the adsorbent is an enzyme that binds to and modifies the target substrate. Agents screen for the ability to modulate the enzymatic transformation of the analyte. For example, enzymatic activity can be detected because the analyte recognition profile may differ from that for the product of enzymatic activity. Differential retention indicates a change in agent binding.
Рецептор/лиганд может быть удержан на субстрате различными способами. Согласно одному из методов рецептор/лиганд прямо удерживается неспецифическим адсорбентом. Согласно другому методу, адсорбент специфичен к рецептору/лиганду. Например, адсорбент может содержать антитело, специфичное к рецептору/лиганду. Рецептор/лиганд может быть слитым белком, в котором один из фрагментов специфически связывает адсорбент, например как Fc-фрагмент связывает белок А. Согласно одному из методов к субстрату присоединяют организм, например фаг из фаговой билиотеки, который имеет на своей поверхности полипептид, специфически связывающий рецептор/лиганд. Лиганд захватывается полипептидом. Адсорбент также может являться аналитом, уже удержанным на субстрате, т.е. может быть вторичным адсорбентом, четвертичным адсорбентом и т.д.The receptor / ligand can be retained on the substrate in various ways. According to one method, the receptor / ligand is directly retained by a non-specific adsorbent. According to another method, the adsorbent is specific for the receptor / ligand. For example, the adsorbent may contain an antibody specific for the receptor / ligand. The receptor / ligand may be a fusion protein in which one of the fragments specifically binds an adsorbent, for example, as an Fc fragment binds protein A. According to one of the methods, an organism is attached to a substrate, for example, a phage from a phage library that has a polypeptide specifically binding on its surface receptor / ligand. The ligand is captured by the polypeptide. The adsorbent may also be an analyte already retained on the substrate, i.e. may be a secondary adsorbent, a quaternary adsorbent, etc.
В настоящем изобретении заявлен особенно полезный метод оценки как прямых, так и непрямых последствий связывания с мишенью препарата (или другого агента). Обнаружение одного ли нескольких аналитов на ретентатной карте, полученной для белков определенных клеток-мишеней, может быть изменено в силу действия агента (т.е. потенциального лекарственного препарата) на 1) собственно связывающий белок-мишень, 2) какой-либо другой аналит (несвязывающий препарат белок), или 3) на эксспрессию гена (или ее подавление). Именно высокая разрешающая способность и высокая информативность ретентатной хроматографии позволяет обнаруживать такие изменения, т.е. индуцированные прапаратом различия в ретентатных картах или профилях распознавания в присутствии и в отсутсвие препарата, что делает данный метод одним из наиболее мощных инструментов, доступных для протеомики, функциональной геномики, разработки новых лекарственных препаратов, мониторинга терапевтических препаратов и клинической диагностики.The present invention claims a particularly useful method for assessing both the direct and indirect effects of binding a drug (or other agent) to a target. The detection of one or several analytes on a retentate map obtained for the proteins of certain target cells can be changed by the action of an agent (i.e., a potential drug) to 1) the target protein itself, 2) some other analyte ( non-binding drug protein), or 3) for gene expression (or its suppression). It is the high resolution and high information content of retentate chromatography that makes it possible to detect such changes, i.e. differences between retentate maps or recognition profiles in the presence and absence of the drug induced by the drug, making this method one of the most powerful tools available for proteomics, functional genomics, development of new drugs, monitoring of therapeutic drugs and clinical diagnostics.
3. Тестируемые агенты3. Testing agents
Тестируемый агент, который должен быть проверен на способность модулировать экспрессию протимозина, вводят экспериментальному животному или в клетки, культивируемые in vitro. Выбор тестируемого агента находится в компетенции экспериментатора. Однако в силу их разннобразия и легкости введения в качестве фармацевтических препаратов малые молекулы предпочтительнее в качестве тестируемых агентов.A test agent, which should be tested for its ability to modulate the expression of protimosin, is administered to an experimental animal or to cells cultured in vitro. The choice of test agent is the responsibility of the experimenter. However, due to their diversity and ease of administration as pharmaceuticals, small molecules are preferable as test agents.
а. Химияa. Chemistry
Агенты для тестирования могут быть получены из различных источников. Например, для скрининга доступны комбинаторные библиотеки молекул. С использованием таких библиотек тысячи молекул можно проскринировать на регуляторную активность. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения высокоэффективные методы скрининга предусматривают получение библиотеки, содержащей большое число потенциальных терапевтических соединений (соединения-кандидаты). Такие "комбинаторные химические библиотеки" затем скринируют одним или несколькими методами, подобными описанным здесь, с целью идентификации тех представителей библиотеки (конкретных химических видов или подклассов), которые обладают нужной характерной активностью. Идентифицированные таким образом соединения служат в качестве обычных "лидирующих соединений" или же сами могут использоваться как потенциальные или настоящие лекарственные препараты.Testing agents can be obtained from various sources. For example, combinatorial libraries of molecules are available for screening. Using such libraries, thousands of molecules can be screened for regulatory activity. According to one preferred embodiment of the invention, highly effective screening methods provide a library containing a large number of potential therapeutic compounds (candidate compounds). Such "combinatorial chemical libraries" are then screened using one or more methods similar to those described here, in order to identify those representatives of the library (specific chemical species or subclasses) that have the desired characteristic activity. The compounds thus identified serve as conventional “lead compounds” or can themselves be used as potential or true drugs.
Получение и скрининг комбинаторных химических библиотек хорошо известны из уровня техники. К таким комбинаторным химическим библиотекам относятся, без ограничения перечисленными, пептидные библиотеки (См., напр., Патент США 5,010,175, Furka (1991) Int. J.Pept.Prot. Res., 37:487-493, Houghton et al., (1991) Nature, 354:84-88). Пептидный синтез безусловно является одним из подходов, применимых при осуществлении настоящего изобретения. Могут быть также использованы и другие химические подходы получения библиотек химического разнообразия. К таким химическим соединениям относятся, без ограничения перечисленными: пептоиды (Публикация РСТ No. WO 91/19735, 26 декабря 1991), кодируемые пептиды (Публикация РСТ WO 93/20242, 14 октября 1993), случайные био-олигомеры (Публикация РСТ WO 92/00091, 9 января 1992), бензодиазепины (Патент США No.5,288,514), такие диверсомеры, как гидантоины, бензодиазепины и дипептиды (Hobbs et al., (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90:6909-6913), винилоговые полипептиды (Hagihara et al., (1992) J.Amer.Chem.Soc. 114:6568), непептидные пептидомиметики с Бета-О-глюкозной оболочкой (Hirschmann et al., (1992) J.Amer.Chem.Soc. 114:9217-9218), аналоги органического синтеза из библиотек малых соединений (Chen et al., (1994) J.Amer.Chem.Soc. 116:2661), олигокарбаматы (Cho et al., (1993) Science 261:1303), и/или пептидил фосфанаты (Campbell et al., (1994) J.Org. Сhem. 59:658). См., Gordon et al., (1994) J. Med.Chem.37-.1385, библиотеки нуклеиновых кислот, пептидные библиотеки нуклеиновых кислот (см., напр., Патент США 5,539,083), библиотеки антител (см., напр., Vaughin et al., (1996) Nature Biotechnology, 14(3):309-3144 и PCT/US96/10287), библиотеки углеводов (см., напр., Liang et al. (1996) Science, 274, 1520-1522 и Патент США 5,593,853), и библиотеки малых органических соединений (см., напр., бензодиазепины, Baum (1993) C&EN, 18 января, стр.33, изопреноиды Патент США 5,569,588, тиазолидиноны и метатиазаноны Патент США 5,549,974, пирролидины Патенты США 5,525,735 и 5,519,134, морфолиновые соединения Патент США 5,506,337, бензодиазепины 5,288,514 и т.п.).The preparation and screening of combinatorial chemical libraries is well known in the art. Such combinatorial chemical libraries include, but are not limited to, peptide libraries (See, e.g., U.S. Patent 5,010,175, Furka (1991) Int. J. Pept. Prot. Res., 37: 487-493, Houghton et al., (1991) Nature, 354: 84-88). Peptide synthesis is certainly one of the approaches applicable to the practice of the present invention. Other chemical approaches to obtain libraries of chemical diversity may also be used. Such chemical compounds include, but are not limited to: peptoids (PCT Publication No. WO 91/19735, December 26, 1991), encoded peptides (PCT Publication WO 93/20242, October 14, 1993), random bio-oligomers (PCT Publication WO 92 / 00091, January 9, 1992), benzodiazepines (US Pat. No. 5,288,514), sabotomers such as hydantoins, benzodiazepines and dipeptides (Hobbs et al., (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 6909-6913) , vinyl polypeptides (Hagihara et al., (1992) J.Amer.Chem.Soc. 114: 6568), non-peptide beta-glucose-coated peptidomimetics (Hirschmann et al., (1992) J.Amer.Chem.Soc . 114: 9217-9218), analogues of organic synthe from libraries of small compounds (Chen et al., (1994) J. Amer. Chem. Soc. 116: 2661), oligocarbamates (Cho et al., (1993) Science 261: 1303), and / or peptidyl phosphanates (Campbell et al., (1994) J. Org. Chem. 59: 658). See, Gordon et al., (1994) J. Med. Chem. 37-.1385, nucleic acid libraries, peptide nucleic acid libraries (see, e.g., U.S. Patent 5,539,083), antibody libraries (see, e.g. , Vaughin et al., (1996) Nature Biotechnology, 14 (3): 309-3144 and PCT / US96 / 10287), carbohydrate libraries (see, e.g., Liang et al. (1996) Science, 274, 1520- 1522 and U.S. Pat. and 5,519,134, morpholine compounds US Patent 5,506,337, benzodiazepine 5,288,514 and the like).
Устройства для получения комбинаторных библиотек коммерчески доступны (см., напр., 357 MPS, 390 MPS, Advanced Chem Tech. Louisville KY, Symphony, Rainin, Woburn, MA, 433A Applied Biosystems, Foster City, CA, 9050 Plus, Millipore, Bedford, MA).Combinatorial library retailers are commercially available (see, e.g., 357 MPS, 390 MPS, Advanced Chem Tech. Louisville KY, Symphony, Rainin, Woburn, MA, 433A Applied Biosystems, Foster City, CA, 9050 Plus, Millipore, Bedford , MA).
H. Способы получения агентов, которые специфически связывают аналитH. Methods of preparing agents that specifically bind analyte
В настоящем изобретении заявлены способы получения агентов, например одноцепочечных антител, которые специфически связывают аналит-мишень.The present invention provides methods for producing agents, for example, single chain antibodies that specifically bind a target analyte.
Такие агенты применимы, например, в качестве специфических диагностических агентов для присоединения мишеней при изучении взаимодействий лиганд/рецептор. Данный метод особенно полезен для получения агентов против мишеней, которые могут быть получены в столь малых количествах, что получить антитела иммунизацией животных практически невозможно. Метод предусматривает этапы получения субстрата с присоединенной к нему мишенью; получение библиотеки организмов, несущих предназначенные для скрининга агенты; приведение библиотеки в контакт с мишенью для специфического удержания организмов посредством взаимодействия с мишенью и обнаружение удержанных организмов десорбционной спектрометрией.Such agents are useful, for example, as specific diagnostic agents for attachment of targets in the study of ligand / receptor interactions. This method is especially useful for producing agents against targets that can be obtained in such small quantities that it is practically impossible to obtain antibodies by immunization of animals. The method involves the steps of obtaining a substrate with a target attached to it; obtaining a library of organisms carrying screening agents; bringing the library into contact with the target for specific retention of organisms by interacting with the target and detecting retained organisms by desorption spectrometry.
Эти этапы могут осуществляться параллельно с большим числом кандидатов адсорбент-аналит в больших популяциях без потерь, обусловленных переносом, и неопределенностей, связанных с раздельными процедурами селекции и детекции, включая амплификацию и мечение для непрямого обнаружения.These steps can be carried out in parallel with a large number of adsorbent analyte candidates in large populations without loss due to transfer and uncertainties associated with separate selection and detection procedures, including amplification and labeling for indirect detection.
1. Получение субстрата1. Preparation of substrate
На первом этапе метод предусматривает получение субстрата, содержащего адсорбент, который будет служить мишенью для полипептидного агента, представленного в подлежащей скринингу библиотеке. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения получают субстрат с уже присоединенным адсорбентом-мишенью. Согласно другому варианту осуществления изобретения получают субстрат с адсорбентом, который связывает аналит-мишень, приводят адсорбент в контакт с аналитом в таких условиях элюции, которые обеспечивают удержание аналита, и используют асдобент-мишень в качестве мишени для библиотеки. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения мишень дифференциально экспрессируется в клетках двух типов, которые подлежат сравнению. Например, мишени могут быть получены на основе дифференциально экспрессирующихся мРНК или могут быть дифференциально экспрессирующимися белками. Способы идентификации таких дифференциально экспрессирующихся белков методами ретентатной хроматографии описаны выше.At the first stage, the method provides for the preparation of a substrate containing an adsorbent that will serve as a target for the polypeptide agent presented in the library to be screened. In one embodiment, a substrate is prepared with a target adsorbent already attached. According to another embodiment of the invention, a substrate is prepared with an adsorbent that binds the analyte target, the adsorbent is brought into contact with the analyte under conditions of elution that ensure analyte retention, and the adsorbent target is used as a target for the library. According to one embodiment of the invention, the target is differentially expressed in two types of cells to be compared. For example, targets may be derived from differentially expressed mRNAs or may be differentially expressed proteins. Methods for identifying such differentially expressed proteins by retentate chromatography methods are described above.
После того, как дифференциально экспрессирующийся белок-аналит идентифицирован, можно определить условие селективности, в котором аналит однозначно разрешается. Более предпочтительно, удержание аналита должно быть специфическим или исключительным. Методы последовательного разрешения аналитов, описанные выше, дают возможность идентифицировать условия селективности, при которых происходит специфическое связывание аналита-мишени из сложного образца. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения связанная мишень может быть модифицирована, например, обработкой ферментом.Once a differentially expressed analyte protein is identified, a selectivity condition can be determined in which the analyte is uniquely resolved. More preferably, analyte retention should be specific or exclusive. The analyte sequential resolution methods described above make it possible to identify the selectivity conditions under which specific binding of the target analyte from a complex sample occurs. According to one embodiment of the invention, the bound target may be modified, for example, by treatment with an enzyme.
Альтернативно, метод может начинаться на стадии мРНК или EST. В этом случае дифференциально экспрессирующиеся мРНК или EST идентифицируют рутинными способами. Затем эти молекулы транскрибируют и транслируют in vitro и in situ для связывания на адсорбенте. Например, готовят субстрат для десорбционной спектрометрии со множеством пятен адсорбента. Субстрат наносят на цилиндрическую трубку, получая таким образом ячейку, на дне которой находится адсорбент. В ячейку помещают реагенты для транскрипции и трансляции in vitro дифференциально экспрессирующихся мРНК (обычно в виде кДНК). (О методах см., напр., Sambrook et al., Molecular Cloning - A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY, (1989) и Current Protocols in Molecular Biology, F.M. Ausubel et al., eds., (Current Protocols, a joint venture between Greene Publishing Associates, Inc. and John Wiley & Sons, Inc.)). Трансляция мРНК или EST приводит к образованию полипептида, который адсорбируется. Цилиндрическую трубку удаляют, а пятна адсорбента промывают элюантом, идентифицируя условие селективности, при котором удерживается полипептид-аналит.Alternatively, the method may begin at the mRNA or EST stage. In this case, differentially expressed mRNAs or ESTs are identified by routine methods. These molecules are then transcribed and translated in vitro and in situ for binding to the adsorbent. For example, a substrate is prepared for desorption spectrometry with many spots of adsorbent. The substrate is applied to a cylindrical tube, thereby obtaining a cell at the bottom of which is an adsorbent. Reagents for transcription and translation in vitro of differentially expressed mRNAs (usually in the form of cDNA) are placed in the cell. (For methods, see, e.g., Sambrook et al., Molecular Cloning - A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY, (1989) and Current Protocols in Molecular Biology, FM Ausubel et al., Eds. , (Current Protocols, a joint venture between Greene Publishing Associates, Inc. and John Wiley & Sons, Inc.)). Translation of mRNA or EST leads to the formation of a polypeptide that is adsorbed. The cylindrical tube is removed, and the spots of the adsorbent are washed with the eluant, identifying the selectivity condition under which the analyte polypeptide is retained.
2. Получение библиотек2. Getting libraries
Второй этап предусматривает получение библиотек. Библиотеки содержат организмы (генотипы), которые несут на своих поверхностях любые комбинаторные библиотеки пептидов ("полипептидные агенты"). Однако однонитчатные антитела привлекательны потому, что они могут впоследствии использоваться в иммунотестах.The second stage involves obtaining libraries. Libraries contain organisms (genotypes) that carry any combinatorial peptide libraries (“polypeptide agents”) on their surfaces. However, single-stranded antibodies are attractive because they can subsequently be used in immunoassays.
Из уровня техники известно множество библиотек и способов их применения. Основная концепция подобных методов состоит в установлении физической ассоциации между полипептидным лигандом, подлежащим скринингу, и полинуклеотидом, кодирующим полипептид. Такая физическая ассоциация обеспечивается мельтимерным молекулярным комплексом, в данном случае, организмом, т.е. фаговой частицей, которая несет полипептид, как часть капсида, заключающего в себе геном фага, в котором закодирован данный полипептид. Установление физической ассоциации между полипептидами и кодирующим их генетическим матриалом дает возможность одновременного массированного скрининга очень большого числа организмов, несущих различные полипептиды. Организмы, несущие полипептид, который обладает аффинностью к мишени, связывают мишень, и данные организмы обогащаются аффинным скринингом мишени. Идентичность полипептидов, представленных на данных организмах, может быть определена на основе их геномов. С использованием данных методов полипептид, для которого показана аффинность к мишени, можно затем синтезировать обычными способами в больших количествах.Many libraries and methods for using them are known in the art. The basic concept of such methods is to establish a physical association between the polypeptide ligand to be screened and the polynucleotide encoding the polypeptide. This physical association is ensured by the multimeric molecular complex, in this case, by the body, i.e. a phage particle that carries a polypeptide as part of a capsid containing the phage genome in which the polypeptide is encoded. The establishment of a physical association between polypeptides and the genetic matrix encoding them enables the simultaneous mass screening of a very large number of organisms carrying different polypeptides. Organisms carrying a polypeptide that has affinity for the target bind the target, and these organisms are enriched in affinity screening of the target. The identity of the polypeptides present on these organisms can be determined based on their genomes. Using these methods, a polypeptide for which target affinity is shown can then be synthesized in large amounts by conventional methods.
К организмам, которые наиболее часто используются для получения библиотек, относятся бактериофаг, в частности, нитчатый фаг, и, в особенности, фаги М13, Fd и F1. В большинстве работ для представления полипептидов в библиотеках использованы гены gIII или gVIII этих фагов с образованием слитых белков. См., Dower, WO 91/19818; Devlin, WO 91/18989; MacCafferty, WO 92/01047 (ген III); Huse, WO 92/06204; Kang, WO 92/18619 (ген VIII). См., также Cwirla et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 6378-6382 (1990); Devlin et al., Science 249, 404-406 (1990), Scott & Smith, Science 249, 386-388 91990); Ladner et al., US 5,223,409 и Ladner et al., US 5,571,698. Такие слитые белки содержат сигнальную последовательность, обычно принадлежащую секретируемому белку, отличному от поверхностного белка фага, а также белок гена III или VIII или их фрагменты. Экзогенные кодирующие последовательности часто встраивают возле N-конца гена III или VIII, хотя возможны и другие сайты встраивания. Были сконструированы отдельные векторы на основе нитчатых фагов для получения второй копии гена III или VIII. В таких векторах экзогенные последовательности представлены только одной или двумя копиями. Экспрессия второй копии эффективно снижает долю слитого белка, встроенного в фаговые частицы, и может служить преимуществом при снижении селекции в отношении полипептидов, неблагоприятных для роста фага. Представленность фрагментов антител на поверхности вирусов, инфицирующих бактерии (бактериофага или фага), дает возможность получать человеческие sFVs с широким спектром аффинностей и кинетических характеристик.The organisms that are most often used to obtain libraries include bacteriophage, in particular filamentous phage, and, in particular, phages M13, Fd and F1. In most works, the genes gIII or gVIII of these phages were used to represent polypeptides in libraries with the formation of fusion proteins. See, Dower, WO 91/19818; Devlin, WO 91/18989; MacCafferty, WO 92/01047 (gene III); Huse, WO 92/06204; Kang, WO 92/18619 (gene VIII). See also Cwirla et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 6378-6382 (1990); Devlin et al., Science 249, 404-406 (1990), Scott & Smith, Science 249, 386-388 91990); Ladner et al., US 5,223,409 and Ladner et al., US 5,571,698. Such fusion proteins contain a signal sequence typically belonging to a secreted protein other than a surface phage protein, as well as a gene III or VIII protein or fragments thereof. Exogenous coding sequences are often inserted near the N-terminus of gene III or VIII, although other insertion sites are possible. Separate filamentous phage vectors were constructed to produce a second copy of gene III or VIII. In such vectors, exogenous sequences are represented by only one or two copies. Expression of the second copy effectively reduces the proportion of fusion protein incorporated into phage particles, and can be an advantage in reducing selection for polypeptides that are unfavorable for phage growth. The presence of antibody fragments on the surface of viruses infecting bacteria (bacteriophage or phage) makes it possible to obtain human sFVs with a wide range of affinities and kinetic characteristics.
Согласно другому варианту экзогенные полипептидные последовательности клонируют в фагемидные векторы, кодирующие поверхностный белок фага и фаговые упаковочные последовательности, но неспособные к репликации. Фагемиды трансфицируют в клетки и упаковывают посредством инфекции фагом-помощником. Использование фагемидной системы также оказывает эффект на разбавление слитых белков, образованных из поверхностного белка и представляемого полипептида копиями поверхностного белка дикого типа, экспрессируемого фагом-помощником. См. нanp., Garrard, WO 92/09690.In another embodiment, exogenous polypeptide sequences are cloned into phagemid vectors encoding a phage surface protein and phage packaging sequences, but are unable to replicate. Phagemids are transfected into cells and packaged by infection with helper phage. The use of the phagemid system also has an effect on the dilution of fusion proteins formed from a surface protein and the polypeptide represented by copies of a wild-type surface protein expressed by a helper phage. See nanp., Garrard, WO 92/09690.
Вирусы эукариот могут быть использованы для представления полипептидов аналогичным образом. Например, представление герегулина человека, слитого с gp70 вируса лейкоза мышей Молони, было описано Han et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:9747-9751 (1995). Споры также могут быть использованы как реплицирующиеся организмы. В этом случае полипептиды представлены на внешней поверхности спор. Например, показано, что приемлемы споры B.subtilis. Последовательности поверхностных белков таких спор приведены Donovan et al., J.Mol.Biol 196, 1-10 (1987).Eukaryotic viruses can be used to represent polypeptides in a similar way. For example, the presentation of human heregulin fused to gp70 of Moloni mouse leukemia virus has been described by Han et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 9747-9751 (1995). Spores can also be used as replicating organisms. In this case, the polypeptides are presented on the outer surface of the spores. For example, B.subtilis spores have been shown to be acceptable. The surface protein sequences of such spores are given by Donovan et al., J. Mol. Biol 196, 1-10 (1987).
Клетки также можно использовать как реплицирующиеся организмы. Полипептиды, предназначенные для представления, встраивают в ген, кодирующий клеточный белок, который экспрессируется на поверхности клеток. К предпочтительным бактериальным клеткам относятся Salmonella typhimurium, Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa, Vibrio cholerae, Klebsiella pneumonia, Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, Bacteroides nodosus, Maraxella bovis и, в особенности, Escherichia coli. Подробно белки внешней поверхности обсуждаются Ladner et al., US 5,571,698 и Georgiou et al., Nature Biotechnology, 15,29-34 (1997). Например, удобен белок lamB E.coli.Cells can also be used as replicating organisms. Representative polypeptides are inserted into a gene encoding a cellular protein that is expressed on a cell surface. Preferred bacterial cells include Salmonella typhimurium, Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa, Vibrio cholerae, Klebsiella pneumonia, Neisseria gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, Bacteroides nodosus, Maraxella bovis and, in particular, Escherichia coli. The outer surface proteins are discussed in detail by Ladner et al., US 5,571,698 and Georgiou et al., Nature Biotechnology, 15,29-34 (1997). For example, the E. coli lamB protein is convenient.
3. Скрининг библиотеки3. Library screening
Третий этап предусматривает скрининг библиотеки для идентификации лиганда, который специфически связывает мишень. Субстрат, несущий мишень, приводят в контакт с библиотекой полипептидных агентов в таких условиях элюции, которые соответствуют специфическому связыванию между полипептидом и молекулой-мишенью. Организмы, на которых представлена агенты, распознающие мишень, связывают уже прикрепленную к субстрату мишень. Удаление несвязавшихся частиц и удержание связавшихся частиц достигается определенными условиями элюции.The third step involves screening the library to identify the ligand that specifically binds the target. The substrate carrying the target is brought into contact with a library of polypeptide agents under elution conditions that correspond to the specific binding between the polypeptide and the target molecule. Organisms presenting agents that recognize the target bind the target already attached to the substrate. Removal of unbound particles and retention of bound particles is achieved by certain elution conditions.
Популяцию оганизмов, в данном случае фаг М13, содержащую приблизительно 1011 бляшкообразующих единиц (бое) на мл, наносят на субстрат матрицы с предопределенными локализациями, содержащими связанные адсорбенты-мишени (т.е. белки). При контакте выбирают условие селективности, оптимизированное для адсорбента-мишени (т.е. модификатор порога селективности или элюант), с тем, чтобы лишь небольшая часть всех фаговых генотипов селективно удерживалась, предпочтительно менее 5-10. Не связавшийся фаг (т.е. фаг, не связавшийся с адсорбентом-мишенью) и фаг, слабосвязанный с адсорбентом-мишенью, отмываются элюантом, который нарушает все взаимодействия "аналит/адсорбент-мишень", кроме наиболее селективных. Селективно удерживаются те фаги, которые несут полипептиды, обладающие наивысшей аффинностью к адсорбенту-мишени.A body population, in this case an M13 phage containing approximately 10 11 plaque forming units (combat) per ml, is applied onto a matrix substrate with predetermined localizations containing bound target adsorbents (i.e. proteins). Upon contact, a selectivity condition is selected that is optimized for the target adsorbent (i.e., selectivity threshold modifier or eluant) so that only a small fraction of all phage genotypes are selectively retained, preferably less than 5-10. Unbound phage (i.e., a phage that did not bind to the target adsorbent) and a phage weakly bound to the target adsorbent are washed with an eluant that disrupts all analyte / adsorbent-target interactions, except for the most selective ones. Phages that carry polypeptides having the highest affinity for the target adsorbent are selectively retained.
4. Обнаружение удержанных организмов, содержащих агенты, которые специфически связывают мишень4. Detection of retained organisms containing agents that specifically bind the target
На четвертом этапе связывание организмов с мишенью детектируется десорбционной спектрометрией. Например, фаг М13 имеет тысячи копий единственного поверхностного белка. При обработке фага лазерным излучением в ходе десорбционной спектрометрии поверхностные белки отсоединяются и становятся обнаружимы. Таким образом, можно определить содержит ли библиотека фаг несущий агент, который связывается с мишенью. Для получения организмов для дальнейших исследований этап скринирования можно осуществить параллельно в различных локализациях на зонде, или же субстрат может иметь такие физические размеры, которые достаточно велики, чтобы лазер не отсоединял все организмы, связанные на поверхности. Данный метод особенно чувствителен, поскольку им можно обнаружить даже несколько фаговых частиц, связанных с аналитом.At the fourth stage, the binding of organisms to the target is detected by desorption spectrometry. For example, phage M13 has thousands of copies of a single surface protein. When phage is treated with laser radiation during desorption spectrometry, surface proteins detach and become detectable. Thus, it can be determined whether the phage library contains a carrier agent that binds to the target. To obtain organisms for further research, the screening step can be carried out in parallel at different locations on the probe, or the substrate can be of such physical dimensions that are large enough so that the laser does not disconnect all organisms bound to the surface. This method is especially sensitive because it can detect even several phage particles associated with the analyte.
В случае фага М13 предпочтительный метод детекции предусматривает контроль при помощи десорбционной спектрометрии появления поверхностного белка гена VIII как сигнала "маркерного" белка. Таким образом, мы обнаружили "положительные" адсоррбенты-мишени, с которыми было связано всего 5 фаговых частиц (бое) (число фаговых частиц вычисляют из известных разведении). К другим фаговым маркерам, в порядке предпочтительности, относятся ген V, ген Х и ген III (включая его слитые продукты).In the case of phage M13, the preferred detection method involves controlling by desorption spectrometry the appearance of the surface protein of gene VIII as a signal of the marker protein. Thus, we found “positive” target adsorbents with which only 5 phage particles (battle) were associated (the number of phage particles was calculated from known dilutions). Other phage markers, in order of preference, include gene V, gene X, and gene III (including fusion products thereof).
После определения предопределенных локализаций с наиболее аффинными адсорбентами, то есть тех локализаций на матрице, на которых после обработки в условиях высокой селективности (т.е. сильными элюантами) удерживается наименьшее количество фаговых частиц, связанный организм можно использовать как отправную точку для дальнейших исследований.After determining the predetermined localizations with the most affinity adsorbents, i.e., those localizations on the matrix, on which, after processing under conditions of high selectivity (i.e., strong eluants), the smallest number of phage particles is retained, the bound organism can be used as a starting point for further studies.
5. Выделение организма5. Isolation of the body
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения метод может включать выделение организма (генотипа) для дальнейшего анализа. Этот анализ может предусматривать репродуцирование организма и выделение из него полинуклеотида. Выделенный фаг репродуцируют обычными методами. Например, удержанный фаг можно привести в контакт с вектором биологической амплификации, например Е. соli, плюс питательная среда, для выращивания организмов для последующего анализа. Единичные клоны затем можно протестировать на способность связывать аналит, удержанный на субстрате.According to one embodiment of the invention, the method may include isolating an organism (genotype) for further analysis. This analysis may include reproducing an organism and isolating a polynucleotide from it. The isolated phage are reproduced by conventional methods. For example, the retained phage can be brought into contact with a vector of biological amplification, for example E. coli, plus culture medium, for growing organisms for subsequent analysis. Single clones can then be tested for their ability to bind analyte retained on a substrate.
6. Секвенирование нуклеотидной последовательности, кодирующей полипептидный агент6. Sequencing of the nucleotide sequence encoding a polypeptide agent
Секвенирование нуклеотидной последовательности, кодирующей полипептидный агент удержанного организма, дает информацию для получения полипептидного агента. Секвенирование может предусматривать выделение организма с адсорбента, его репродуцирование, выделение из него полинуклеотида и секвенирование нуклеотидной последовательности любым доступным способом. Согласно другому варианту осуществления изобретения организм можно репродуцировать in situ путем приведения субстрата в контакт с соответствующими матриалами, таким как клетки, подлежащий инфекции данным организмом. Согласно другому варианту секвенирование осуществляют in situ. Метод может включать лизирование организма и амплифицирование нуклеотидной последовательности любым известным способом, напр. ПЦР. Несколько различных организмов могту быть связаны с различными эпитопами, имеющимися на поверхности. В этом случае можно так изменить условия элюции, чтобы с эпитопом связывался только один тип фага.Sequencing the nucleotide sequence encoding a polypeptide agent of a retained organism provides information for obtaining a polypeptide agent. Sequencing may include isolating an organism from an adsorbent, reproducing it, isolating a polynucleotide from it, and sequencing a nucleotide sequence in any way possible. According to another embodiment of the invention, the organism can be reproduced in situ by contacting the substrate with appropriate materials, such as cells to be infected by the organism. In another embodiment, sequencing is performed in situ. The method may include lysing the body and amplifying the nucleotide sequence in any known manner, e.g. PCR Several different organisms can be associated with various epitopes present on the surface. In this case, the elution conditions can be changed so that only one type of phage binds to the epitope.
7. Получение полипептидного агента7. Obtaining a polypeptide agent
Следующий важный этап предусматривает получение полипептидного агента. Выделенный агент можно использовать, например, в качестве адсорбента для специфического обнаружения мишени при диагностике или для изучения взаимодействий лиганд/рецептор.The next important step involves obtaining a polypeptide agent. The isolated agent can be used, for example, as an adsorbent for specific target detection in diagnostics or for studying ligand / receptor interactions.
Согласно одному из подходов получение полипептида предусматривает первоначальное секвенирование нуклеотидной последовательности, кодирующей полипептид. Аминокислотная последовательность может быть выведена из нуклеотидной последовательности. Секвенирование можно осуществить описанным выше способом. Последовательность может служить основой для рекомбинантного или химического синтеза полипептидного агента.In one approach, the preparation of a polypeptide involves the initial sequencing of a nucleotide sequence encoding a polypeptide. Amino acid sequence can be deduced from the nucleotide sequence. Sequencing can be performed as described above. The sequence may serve as the basis for recombinant or chemical synthesis of the polypeptide agent.
Согласно другому варианту полипептид можно получить путем репродуцирования организма. Это особенно эффективно, когда организм содержит много копий полипептидного агента. Организм можно репродуцировать in situ или после выделения.In another embodiment, the polypeptide can be obtained by reproducing the organism. This is especially effective when the body contains many copies of the polypeptide agent. The organism can be reproduced in situ or after isolation.
Метод рекомбинантного получения полипептида может быть осуществлен следующим образом. Кодирующую полипептид нуклеотидную последовательность секвенируют или выделяют любым способом. Затем нуклеотидную последовательность вводят в вектор экспрессии. Вектор экспрессии содержит повледовательность, котролирующую экспрессию, оперативно связанную с нуклеотидной последовательностью, кодирующей полипептид. Вектор экспрессии затем можно использовать для рекомбинантной экспрессии полипептидного агента известными из уровня техники способами.The method of recombinant production of the polypeptide can be carried out as follows. The nucleotide sequence encoding the polypeptide is sequenced or isolated in any way. Then the nucleotide sequence is introduced into the expression vector. The expression vector contains an expression control sequence that is operably linked to a nucleotide sequence encoding a polypeptide. The expression vector can then be used for recombinant expression of the polypeptide agent by methods known in the art.
Понятно, что мишень может содержать более чем один эпитоп. Соответственно, данным способом можно получить более чем один полипептидный агент, специфичный к мишени.It is understood that a target may contain more than one epitope. Accordingly, more than one target-specific polypeptide agent can be obtained by this method.
Мишень-специфические агенты могут быть использованы в качестве адсорбентов при получении зондов, применяемых в клинической диагностике или скрининге потенциальных лекарственных препаратов. То есть, поскольку такие зонды несут на своей поверхности агенты, которые специфически связывают мишень, их можно применять для выделения мишени из сложных смесей, таких как биологические образцы, и для обнаружения мишени десорбционной спектрометрией. Кроме того, поскольку взаимодействие между агентом и мишенью может быть биоспецифическим, то при нем возможна более высокая аффчинность между двумя компонентами, нежели в случае адсорбента, полученного описанным выше способом последовательного разрешения.Target-specific agents can be used as adsorbents in the preparation of probes used in clinical diagnosis or screening of potential drugs. That is, since such probes carry agents on their surface that specifically bind the target, they can be used to isolate the target from complex mixtures, such as biological samples, and to detect the target by desorption spectrometry. In addition, since the interaction between the agent and the target can be biospecific, with it a higher affinity between the two components is possible than in the case of the adsorbent obtained by the sequential resolution method described above.
8. Выделение пептидных эпитопов на мишени8. Isolation of peptide epitopes on the target
Один из вариантов данного метода позволяет выделять пептидные эпитопы на аналите-мишени. В методе использован "анти-идиотипический" подход. Вкратце, эпитопы аналита-мишени скринируют, например, с помощью фаговой библиотеки. Выделенный фаг содержит, например, одноцепочечные антитела, которые распознают эпитопы на аналите. Данный фаг в свою очередь используют для скрининга второй библиотеки. Фаг из второй библиотеки, который связывает одноцепочечные антитела из первой библиотеки, содержит полипептиды, структура которых имитирует структуру эпитопа, распознаваемого одноцепочечными антителами.One of the variants of this method allows peptide epitopes to be isolated on the target analyte. The method uses the "anti-idiotypic" approach. Briefly, epitopes of the target analyte are screened, for example, using a phage library. An isolated phage contains, for example, single chain antibodies that recognize epitopes on the analyte. This phage, in turn, is used to screen a second library. A phage from a second library that binds single chain antibodies from the first library contains polypeptides whose structure mimics the structure of an epitope recognized by single chain antibodies.
Согласно одному из вариантов осуществления данного метода нуклеотидная последовательность, кодирующая полипептидный агент, который связывает аналит-мишень, используется для получения фага М13, в котором агент представлен в виде слитого белка с геном VIII. Таким образом, данный фаг имеет оболочку, на которой представлены сотни копий пептида-мишени. Этот фаг затем связывают с адсорбентом. Связывание можно осуществить посредством, например, лиганда, который связывает ген III, или же ген III можно модифицировать введением рецептора к лиганду на субстрате. Затем фаг приводят в контакт со второй библиотекой. Представленные в библиотеке организмы, которые связывают прикрепленный фаг, обнаруживают и выделяют как описано. Предпочтительно, чтобы вторая библиотека содержала какую-либо метку с тем, чтобы белок гена VIII в данной библиотеке отличался от белка гена VIII фага, удерживаемого на субстрате. Таким образом, идентификации субстанции как "аналита-мишени" или как адсорбента может зависеть от того, может ли использованная связанная субстанция последовательно связывать другую субстанцию. Как можно видеть, способность связанной субстанции связывать другую субстанцию может воспроизводиться и служить для идентификации условий, в которых избирательно удаляется окончательно связанная субстанция.According to one embodiment of this method, the nucleotide sequence encoding the polypeptide agent that binds the target analyte is used to produce M13 phage, in which the agent is presented as a fusion protein with gene VIII. Thus, this phage has a shell on which hundreds of copies of the target peptide are represented. This phage is then associated with an adsorbent. Binding can be accomplished by, for example, a ligand that binds gene III, or gene III can be modified by introducing a ligand receptor on a substrate. Then the phage are brought into contact with the second library. Organisms present in the library that bind the attached phage are detected and isolated as described. Preferably, the second library contains any label so that the VIII gene protein in the library is different from the phage VIII gene protein held on the substrate. Thus, identifying a substance as a “target analyte” or as an adsorbent may depend on whether the used bound substance can sequentially bind another substance. As you can see, the ability of a bound substance to bind another substance can be reproduced and serve to identify conditions in which a permanently bound substance is selectively removed.
ПРИМЕРЫEXAMPLES
Следующие примеры приведены только в целях иллюстрации и не ограничивают объем изобретения.The following examples are provided for illustrative purposes only and do not limit the scope of the invention.
В приведенных примерах использованы следующие продукты и термины. Лизоцим яичного белка (1 мкл, разведенный водой до концентрации 10 пикомоль/мкл), доступен от Sigma Chemical Company, St.Louis, МО. Термин "Сыворотка человека" обозначает состав 1 мкл сыворотки человека, разведенной 1 к 5 в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.5 М NaCl, pH 7.0.The following products and terms are used in the examples. Egg white lysozyme (1 μl, diluted with water to a concentration of 10 picomoles / μl), available from Sigma Chemical Company, St. Louis, MO. The term "human serum" refers to the composition of 1 μl of human serum diluted 1 to 5 in 20 mm sodium phosphate buffer, 0.5 M NaCl, pH 7.0.
В данном контексте "мг" означает миллиграмм(ы); "мл" означает миллилитр(ы); "мкл" означает микролитр(ы); "см" означает сантимер(ы); "нм" означает нанометр(ы); "М" означает молярный; "мМ" означает миллимолярный; "мин" означает минуту (минуты); "%" или "процент"означает весовой процент, если не указано иначе; "NaCl" означает хлорид натрия; "ТФУ" означает трифторуксусную кислоту.In this context, "mg" means milligram (s); "ml" means milliliter (s); "μl" means microliter (s); "cm" means centimer (s); "nm" means nanometer (s); "M" means molar; "mm" means millimolar; "min" means minute (s); “%” or “percent” means weight percent, unless otherwise indicated; "NaCl" means sodium chloride; "TFA" means trifluoroacetic acid.
1. ПРОТОКОЛЫ РЕТЕНТАТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ1. RETENTANT CHROMATOGRAPHY PROTOCOLS
Следующие протоколы являются примерами процедур, применяемых при осуществлении ретентатной хроматографии.The following protocols are examples of procedures used in the implementation of retentate chromatography.
А. Протокол ретентатного картирования (с использованием последовательных хроматографических матриц)A. Protocol retentate mapping (using sequential chromatographic matrices)
1. Обработка пробы1. Sample processing
Разведите биологический образец (т.е. сыворотку, мочу, клеточный экстракт или среду культивируемых клеток) в 0.01% Тритоне Х100 в HEPES или 20 мМ Na-фосфате, рН 7.2. При необходимости осветлите пробу центрифугированием.Dilute the biological sample (i.e. serum, urine, cell extract or cultured cell medium) in 0.01% Triton X100 in HEPES or 20 mM Na-phosphate, pH 7.2. If necessary, clarify the sample by centrifugation.
2. Нанесение пробы2. Application of the sample
Нанесите образец (1-5 мкл) на пятно анионного, номально-фазного или TED-Cu(II) адсорбента. В случае гидрофобного адсорбента предварительно увлажните каждое пятно 0.5 мкл ацетонитрила, содержащего 0.5% ТФУ. Нанесите образец на пятно до высыхания ацетонитрила. Дайте возможность образцу сконцентрироваться в пятне (почти до сухости).Apply a sample (1-5 μl) to a spot of anionic, nominal phase or TED-Cu (II) adsorbent. In the case of a hydrophobic adsorbent, pre-wet each spot with 0.5 μl of acetonitrile containing 0.5% TFA. Apply the sample to the stain until the acetonitrile dries. Allow the sample to concentrate on the spot (almost to dryness).
3. Промывка3. Flushing
а. Матрица с анионным адсорбентом Промойте пятно 1 20 мМ HEPES или Na-фосфатом, рН 7.2. Добавьте к пятну первые 2 мкл промывочного раствора до того, как образец полностью высохнет.a. Anionic adsorbent matrix Wash stain with 1 20 mM HEPES or Na-phosphate, pH 7.2. Add the first 2 μl of the wash solution to the stain before the sample is completely dry.
Оставьте промывочный раствор на пятне как минимум на 15 секунд.Leave the wash solution on the stain for at least 15 seconds.
Пропипетируйте 10 раз. Полностью удалите первый промывочный раствор, повторите промывку со второй порцией (2 мкл) раствора.
Промойте пятно 2 0.2 М Nacl в 20 мМ Na-фосфате, рН 7.2, как указано выше.Wash
Промойте пятно 3 1 М Naсl в 20 мМ Na-фосфате, рН 7.2, как указано выше.Wash the spot with 3 1 M NaCl in 20 mM Na-phosphate, pH 7.2, as described above.
Промойте пятно 4 20 мМ Tris HCl, рН 8.5, как указано выше.Wash
Промойте пятно 5 0.1 М ацетатом Na, рН 4.5, как указано выше.Wash
Промойте пятно 6 0.05% Тритоном Х100 в 20 мМ HEPES или Na-фосфате, рН 7.2, как указано выше.Wash the
Промойте пятно 7 3 М мочевиной в 20 мМ HEPES или Na-фосфате, рН 7.2, как указано выше.Wash the stain with 7 3 M urea in 20 mM HEPES or Na-phosphate, pH 7.2, as described above.
Промойте пятно 8 10% ацетонитрилом в воде, как указано выше.Wash
Тщательно промойте водой всю матрицу.Rinse the entire matrix thoroughly with water.
Высушите чип на воздухе.Dry the chip in air.
Добавьте 0.3 мкл поглощающей энергию молекулы (насыщенный раствор, полученный в 50% ацетонитриле, 0.5% трифторуксусной кислоте).Add 0.3 μl of the energy-absorbing molecule (saturated solution obtained in 50% acetonitrile, 0.5% trifluoroacetic acid).
Высушите чип на воздухе.Dry the chip in air.
Анализируйте удержанный белок в каждом пятне при помощи лазерного десорбционно-ионизационного масс-спектрометра.Analyze the retained protein in each spot using a laser desorption-ionization mass spectrometer.
6. Матрица с нормально-фазным адсорбентом6. Matrix with normal phase adsorbent
Промойте пятно 1 5 мМ HEPES, рН 7.0. Добавьте к пятну первые 2 мкл промывочного раствора до того, как образец полностью высохнет. Оставьте промывочный раствор на пятне как минимум на 15 секунд. Пропипетируйте 10 раз. Полностью удалите первый промывочный раствор, повторите промывку со второй порцией (2 мкл) раствора.Wash the spot with 1 5 mM HEPES, pH 7.0. Add the first 2 μl of the wash solution to the stain before the sample is completely dry. Leave the wash solution on the stain for at least 15 seconds.
Промойте пятно 2 20 мМ Na-фосфатом, 0.15 М NaCl, pH 7.2, как указано выше.Wash
Промойте пятно 3 20 мМ Na-фосфате, 0.5 М NaCl, pH 7.2, как указано выше.Wash
Промойте пятно 4 0.1 М Na-ацетатом, рН 4.0, как указано выше.Wash
Промойте пятно 5 0.05% Тритоном Х100 в 20 мМ Na-фосфате, 0.15 М NaCl, рН 7.2, как указано выше.Wash the
Промойте пятно 6 3 М мочевиной в 20 мМ Na-фосфате, 0.15 М NaCl, рН 7.2, как указано выше.Wash the stain with 6 3 M urea in 20 mM Na-phosphate, 0.15 M NaCl, pH 7.2, as described above.
Промойте пятно 7 1% ТФУ, как указано выше.Rinse the
Промойте пятно 8 30% смесью изопропанол: ацетонитрил в воде, как указано выше.Wash
Тщательно промойте водой всю матрицу.Rinse the entire matrix thoroughly with water.
Высушите чип на воздухе.Dry the chip in air.
Добавьте 0.3 мкл поглощающей энергию молекулы (насыщенный раствор, полученный в 50% ацетонитриле, 0.5% трифторуксусной кислоте).Add 0.3 μl of the energy-absorbing molecule (saturated solution obtained in 50% acetonitrile, 0.5% trifluoroacetic acid).
Высушите чип на воздухе.Dry the chip in air.
Анализируйте удержанный белок в каждом пятне при помощи лазерного десорбционно-ионизационного масс-спектрометра.Analyze the retained protein in each spot using a laser desorption-ionization mass spectrometer.
в. Матрица с адсорбентом TED-Cu(II)in. TED-Cu (II) Adsorbent Matrix
Промойте пятно 1 20 мМ HEPES, 0.5 M NaCl, pH 7.2. Добавьте к пятну первые 2 мкл промывочного раствора до того, как образец полностью высохнет.Wash the spot with 1 20 mM HEPES, 0.5 M NaCl, pH 7.2. Add the first 2 μl of the wash solution to the stain before the sample is completely dry.
Оставьте промывочный раствор на пятне как минимум на 15 секунд.Leave the wash solution on the stain for at least 15 seconds.
Пропипетируйте 10 раз. Полностью удалите первый промывочный раствор, повторите промывку со второй порцией (2 мкл) раствора.
Промойте пятно 2 20 мМ имидазола в 20 мМ Na-фосфате, 0.5 М NaCl, pH 7.2, как указано выше.Wash
Промойте пятно 3 100 мМ имидазола в 20 мМ Na-фосфате, 0.5 М NaCl, pH 7.2, как указано выше.Wash the stain with 3 100 mM imidazole in 20 mM Na-phosphate, 0.5 M NaCl, pH 7.2, as described above.
Промойте пятно 4 0.1 М Na-ацетатом, 0.5 М NaCl, pH 4.0, как указано выше.Wash the
Промойте пятно 5 0.05% Тритоном Х100 в 20 мМ Na-фосфате, 0.15 М NaCl, pH 7.2, как указано выше.Wash the
Промойте пятно 6 3 М мочевиной в 20 мМ Na-фосфате, 0.15 М NaCl, pH 7.2, как указано выше.Wash the spot with 6 3 M urea in 20 mM Na-phosphate, 0.15 M NaCl, pH 7.2, as described above.
Промойте пятно 7 1% ТФУ, как указано выше.Rinse the
Промойте пятно 8 10% ацетонитрилом в воде, как указано выше. Тщательно промойте водой всю матрицу. Высушите чип на воздухе.Wash
Добавьте 0.3 мкл поглощающей энергию молекулы (насыщенный раствор, полученный в 50% ацетонитриле, 0.5% трифторуксусной кислоте).Add 0.3 μl of the energy-absorbing molecule (saturated solution obtained in 50% acetonitrile, 0.5% trifluoroacetic acid).
Высушите чип на воздухе.Dry the chip in air.
Анализируйте удержанный белок в каждом пятне при помощи лазерного десорбционно-ионизационного масс-спектрометра.Analyze the retained protein in each spot using a laser desorption-ionization mass spectrometer.
г. Матрица с гидрофобным адсорбентомHydrophobic adsorbent matrix
Промойте пятно 15% ацетонитрилом в 0.1% ТФУ. Добавьте к пятну первые 2 мкл промывочного раствора до того, как образец полностью высохнет. Оставьте промывочный раствор на пятне как минимум на 15 секунд. Пропипетируйте 10 раз. Полностью удалите первый промывочный раствор, повторите промывку со второй порцией (2 мкл) раствора.Wash the stain with 15% acetonitrile in 0.1% TFA. Add the first 2 μl of the wash solution to the stain before the sample is completely dry. Leave the wash solution on the stain for at least 15 seconds.
Промойте пятно 2 50% ацетонитрилом в 0.1% ТФУ, как указано выше.Wash
Промойте пятно 3 0.05% Тритоном Х100 в 20 мМ Na-фосфате, 0.15 М NaCl, pH 7.2, как указано выше.Wash the
Промойте пятно 4 3 М мочевиной в 20 мМ Na-фосфате, 0.15 М Nad, pH 7.2, как указано выше.Wash the stain with 4 3 M urea in 20 mM Na-phosphate, 0.15 M Nad, pH 7.2, as described above.
Тщательно промойте водой всю матрицу.Rinse the entire matrix thoroughly with water.
Высушите чип на воздухе.Dry the chip in air.
Добавьте 0.3 мкл поглощающей энергию молекулы (насыщенный раствор, полученный в 50% ацетонитриле, 0.5% трифторуксусной кислоте).Add 0.3 μl of the energy-absorbing molecule (saturated solution obtained in 50% acetonitrile, 0.5% trifluoroacetic acid).
Высушите чип на воздухе.Dry the chip in air.
Анализируйте удержанный белок в каждом пятне при помощи лазерного десорбционно-ионизационного масс-спектрометра.Analyze the retained protein in each spot using a laser desorption-ionization mass spectrometer.
В. Протокол теста антитело-антиген; теста рецептор-лиганд (с использованием преактивированной адсорбирующей матрицы)B. Protocol test antibody-antigen; receptor ligand assay (using a preactivated adsorbent matrix)
1. Иммобилизация антитела на предактивированной адсорбирующей матрице1. Immobilization of the antibody on a preactivated adsorbent matrix
Поместите преактивированную адсорбирующую матрицу на чистую плоскую поверхность. Нанесите антитело, или рецептор, или контрольный раствор на каждое пятно преактивированной адсорбирующей матрицы, предварительно увлажненное 0.5 мкл изопропанола (добавьте 1 мкл антитела на пятно до того, как изопропанол высохнет).Place the preactivated adsorbent matrix on a clean, flat surface. Apply antibody, or receptor, or control solution to each spot of the preactivated adsorbent matrix, pre-wetted with 0.5 μl of isopropanol (add 1 μl of antibody to the spot before the isopropanol dries).
Инкубируйте (при 4°С или комнатной температуре, 2-18 час) во влажной камере.Incubate (at 4 ° C or room temperature, 2-18 hours) in a humid chamber.
Удалите пипеткой оставшийся на пятне раствор.Pipette the remaining stain on the stain.
Блокируйте оставшиеся активные саайты в пятнах добавлением 1 мл 1 М этаноламина, pH 7.4 в ФБР на весь чип и инкубируйте во влажной камере (при комнатной температуре 30 мин).Block the remaining active sites in the spots by adding 1 ml of 1 M ethanolamine, pH 7.4 in the FBI for the whole chip and incubate in a humid chamber (at room temperature for 30 minutes).
Промойте 0.5 М NaCl в 0.1 М ацетате натрия, pH 4.0, как указано выше.Wash 0.5 M NaCl in 0.1 M sodium acetate, pH 4.0, as described above.
Промойте 0.5 М NaCl в 0.1 М Трис-HCl, pH 8.0, как указано выше.Wash 0.5 M NaCl in 0.1 M Tris-HCl, pH 8.0 as described above.
Ополосните ФБР, как указано выше. Затем заключите чип в ФБР и храните при 4°С до готовности к использованию.Rinse the FBI as described above. Then wrap the chip in the FBI and store at 4 ° C until ready to use.
2. Связывание антигена или лиганда2. Binding of antigen or ligand
Аккуратно стряхните или промокните ФБР с чипа.Gently shake or blot the FBI off the chip.
Добавьте 1-5 мкл образца на каждое пятно. В случае образцов с низкими концентрациями антигена или лиганда поместите адсорбирующую матрицу в биопроцессор. Промойте пятна на чипе и ячейки биопроцессора 200 мкл ФБР два раза. Добавьте 300 мкл образца в каждую ячейку. Заклейте липкой пленкой. Инкубируйте при встряхивании (при 4°С или комнатной температуре, 1-18 час).Add 1-5 μl of sample to each spot. For samples with low antigen or ligand concentrations, place the adsorbent matrix in a bioprocessor. Rinse the spots on the chip and bioprocessor cells with 200 μl FBI twice. Add 300 μl of sample to each well. Cover with sticky tape. Incubate with shaking (at 4 ° C or room temperature, 1-18 hours).
3 Промывка3 Flushing
Удалите обарзец с пятен, промойте каждое пятно дважды 2 мкл ) 0.1% Тритоном Х100 в ФБР, рН 7.2. Нанесите на пятно первые 2 мкл промывочного раствора. Дайте раствору находиться на пятне не менее 15 секунд. Пропипетируйте 10 раз. Удалите полностью первый промывочный раствор, повторите промывку 2 мкл второго промывочного раствора. Затем следует промывка 0,5 М NaCl в 0.1 М HEPES, рН 7.4. Тщательно промойте водой всю матрицу.Remove the stain from the spots, wash each spot twice with 2 μl) 0.1% Triton X100 in the FBI, pH 7.2. Apply the first 2 μl of the wash solution to the stain. Allow the solution to stain for at least 15 seconds.
4. Анализ удержанных белков4. Retained Protein Analysis
Высушите чип на воздухе.Dry the chip in air.
Добавьте 0.3 мкл поглощающей энергию молекулы (насыщенный раствор синапиновой кислоты или ЕАМ1 или СНСА, приготовленный в 50% ацетонитриле, 0.5% три фторуксусной кислоте).Add 0.3 μl of the energy-absorbing molecule (saturated solution of synapinic acid or EAM1 or CHSA prepared in 50% acetonitrile, 0.5% three fluoroacetic acid).
Высушите чип на воздухе.Dry the chip in air.
Анализируйте удержанный белок в каждом пятне при помощи лазерного десорбционно-ионизационного масс-спектрометра.Analyze the retained protein in each spot using a laser desorption-ionization mass spectrometer.
II. ПРОФИЛЬ РАСПОЗНАВАНИЯ ЛИЗОЦИМАII. LYSOZIM RECOGNITION PROFILE
Мы получили профиль распознавания лизоцима с применением ретентатной хроматографии высокого разрешения. Профиль включает разрешение лизоцима на шести адсорбентах с различными модификаторами порога селективности. Результат представлен в виде 40 различных спектрограмм, которые дифференциально характеризуют физико-химические свойства лизоцима.We obtained a lysozyme recognition profile using high resolution retentate chromatography. The profile includes the resolution of lysozyme on six adsorbents with various selectivity threshold modifiers. The result is presented in the form of 40 different spectrograms that differentially characterize the physicochemical properties of lysozyme.
А. Профиль распознавания лизоцима с использованием гидрофильной адсорбирующей матрицыA. Lysozyme recognition profile using a hydrophilic adsorbent matrix
Лизоцим из яичного белка добавляют к различным пятнам хроматографической адсорбирующей матрицы, нанесенной на покрытый окисью кремния субстрат из нержавеющей стали. После инкубации во влажной камере при комнатной температуре в течение 15 минут каждое индивидуальное пятно адсорбента промывают одним из следующих элюантов (модификаторов порога селективности):Egg white lysozyme is added to various spots of a chromatographic adsorbent matrix deposited on a silicon oxide coated stainless steel substrate. After incubation in a humid chamber at room temperature for 15 minutes, each individual adsorbent spot is washed with one of the following eluants (selectivity threshold modifiers):
(1) 20 мМ натрий-фосфатный буфер, рН 7.(1) 20 mM sodium phosphate buffer,
(2) 0.2 М NaCl в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, рН 7.0,(2) 0.2 M NaCl in 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0,
(3) 0.4 М NaCl в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, рН 7.0,(3) 0.4 M NaCl in 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0,
(4) 25 мМ натрий-ацетатный буфер, 0.125 М NaCl, рН 4.5,(4) 25 mM sodium acetate buffer, 0.125 M NaCl, pH 4.5,
(5) 1% ТФУ(5) 1% TFA
(6) 10% ацетонитрил в воде,(6) 10% acetonitrile in water,
(7) 20% ацетонитрил в воде,(7) 20% acetonitrile in water,
(8) 0.05% Твин 20 в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.15 М NaCl, рН 7,0, и(8) 0.05
(9) 3М мочевина в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, рН 7.0(9) 3M urea in 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0
Каждая промывка включает трехкратное пипетирование 1 мкл промывочного раствора на пятне адсорбента. Этот процесс повторяют со свежей аликвотой промывочного раствора. Затем пятно адсорбента промывают два раза 1 мкл воды. Добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты (5 мг/мл 50% ацетонитрил: 0.5% ТФУ) и высушивают на воздухе. Матрицу анализируют на масс-спектрометре с использованием азотного лазера (355 нм) и рукава длиной 60 см. Данные анализируют при помощи компьютера и переносят в GRAMS/32с (доступен от Galactic Industries Corporation) для последующего представления.Each washing includes tripling 1 μl of the washing solution on an adsorbent spot. This process is repeated with a fresh aliquot of the wash solution. Then the spot of the adsorbent is washed twice with 1 μl of water. 0.3 μl aliquot of synapinic acid (5 mg / ml 50% acetonitrile: 0.5% TFA) was added and dried in air. The matrix was analyzed on a mass spectrometer using a nitrogen laser (355 nm) and a 60 cm long sleeve. Data was analyzed by computer and transferred to GRAMS / 32c (available from Galactic Industries Corporation) for subsequent presentation.
На фиг.5А представлен композитный масс-спектр для профиля распознавания лизоцима на нормально-фазной хроматографической адсорбирующей матрице. Нижний профиль представляет сигналы интенсивности лизоцима, удержанного на адсорбенте с оксидом кремния после промывки только буфером с рН 7.0. Добавление хлорида натрия (0.2-0.4 М) в качестве модификатора порога селективности снижает удержание лизоцима. Это указывает на тот факт, что взаимодействие лизоцима (основного белка) с адсорбентом - окисью кремния (отрицательно заряженным при рН 7), происходит по ионообменному механизму. Снижение рН модификатора порога селективности, например, до рН 4.5 в буфере ацетата натрия, или <2 в 1% ТФУ, почти полностью снимает отрицательный заряд с кремний-оксидного адсорбента и лизоцим на нем не задерживается. Введение агентов, модулирующих полярность (т.е. органических растворителей (напр., ацетонитрила), или детергента (Твина 20), или мочевины в качестве модификатора порога селективности также снижает взаимодействие лизоцима с кремний-оксидным адсорбентом.Fig. 5A shows a composite mass spectrum for a lysozyme recognition profile on a normal phase chromatographic adsorbent matrix. The lower profile represents the intensity signals of lysozyme retained on an adsorbent with silicon oxide after washing only with a buffer with pH 7.0. The addition of sodium chloride (0.2-0.4 M) as a modifier of the selectivity threshold reduces lysozyme retention. This indicates the fact that the interaction of lysozyme (the main protein) with an adsorbent - silicon oxide (negatively charged at pH 7) occurs by the ion-exchange mechanism. A decrease in the pH of the selectivity threshold modifier, for example, to pH 4.5 in a sodium acetate buffer, or <2 in 1% TFA, almost completely removes the negative charge from the silicon oxide adsorbent and lysozyme does not linger on it. The introduction of polarity modulating agents (i.e., organic solvents (e.g., acetonitrile), or detergent (Tween 20), or urea as a modifier of the selectivity threshold also reduces the interaction of lysozyme with a silicon oxide adsorbent.
Б. Профиль распознавания лизоцима с использованием гидрофобной адсорбирующей матрицыB. Lysozyme recognition profile using a hydrophobic adsorbent matrix
Лизоцим из яичного белка добавляют к различным пятнам хроматографической адсорбирующей матрицы, нанесенной на покрытый окисью кремния субстрат из нержавеющей стали. После инкубации во влажной камере при комнатной температуре в течение 15 минут каждое индивидуальное пятно адсорбента промывают одним из следующих элюантов (модификаторов порога селективности):Egg white lysozyme is added to various spots of a chromatographic adsorbent matrix deposited on a silicon oxide coated stainless steel substrate. After incubation in a humid chamber at room temperature for 15 minutes, each individual adsorbent spot is washed with one of the following eluants (selectivity threshold modifiers):
(1) 0.1% ТФУ(1) 0.1% TFU
(2) 10% ацетонитрил в 0.1% ТФУ,(2) 10% acetonitrile in 0.1% TFA,
(3) 20% ацетонитрил в 0.1% ТФУ,(3) 20% acetonitrile in 0.1% TFA,
(4) 50% ацетонитрил в 0.1% ТФУ,(4) 50% acetonitrile in 0.1% TFA,
(5) 0.05% Твин 20 в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.15 М NaCl, pH 7,0, и(5) 0.05
(6) 3М мочевина в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.15 М NaCl, pH 7.0.(6) 3M urea in 20 mM sodium phosphate buffer, 0.15 M NaCl, pH 7.0.
Каждая промывка включает трехкратное пипетирование 1 мкл промывочного раствора на пятне адсорбента. Этот процесс повторяют со свежей аликвотой промывочного раствора. Затем пятно адсорбента промывают два раза 1 мкл воды. Добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты (5 мг/мл 50% ацетонитрил: 0.5% ТФУ) и высушивают на воздухе. Матрицу анализируют на масс-спектрометре с использованием азотного лазера (355 нм) и рукава длиной 60 см. Данные анализируют при помощи компьютера и переносят в GRAMS/32с для последующего представления.Each washing includes tripling 1 μl of the washing solution on an adsorbent spot. This process is repeated with a fresh aliquot of the wash solution. Then the spot of the adsorbent is washed twice with 1 μl of water. 0.3 μl aliquot of synapinic acid (5 mg / ml 50% acetonitrile: 0.5% TFA) was added and dried in air. The matrix was analyzed on a mass spectrometer using a nitrogen laser (355 nm) and a sleeve 60 cm long. Data was analyzed using a computer and transferred to GRAMS / 32c for subsequent presentation.
На фиг.5В представлен композитный масс-спектр для профиля распознавания лизоцима на хроматографической адсорбирующей матрице с гидрофобным Cз. Нижний профиль представляет сигналы интенсивности лизоцима, удержанного на адсорбенте с гидрофобным Сз после промывки только 0.1% ТФУ. Использование агента, моделирующего полярность (т.е. ацетонитрила) в качестве модификатора порога селективности снижает удержание лизоцима на гидрофобном С3-адсорбенте. Концентрации ацетонитрила, использованного для элюции лизоцима с гидрофобного С3-адсорбента, варьировали в пределах 20-50%. Введение детергента (Твина 20) или мочевины в качестве модификатора порога селективности незначительно снижает удержание лизоцима на гидрофобном С3 адсорбенте.5B contains the composite mass spectrum of lysozyme recognition profile on a chromatography matrix with a hydrophobic adsorber C s. The lower profile represents the intensity signals of lysozyme retained on an adsorbent with hydrophobic C3 after washing with only 0.1% TFA. The use of an agent that simulates polarity (i.e., acetonitrile) as a modifier of the selectivity threshold reduces lysozyme retention on a hydrophobic C 3 adsorbent. The concentration of acetonitrile used to elute lysozyme from a hydrophobic C 3 adsorbent was varied in the range of 20-50%. The introduction of detergent (Tween 20) or urea as a modifier of the selectivity threshold slightly reduces the retention of lysozyme on a hydrophobic C 3 adsorbent.
В. Профиль распознавания лизоцима с использованием фенил-гидрофобной адсорбирующей матрицыB. Lysozyme recognition profile using a phenyl hydrophobic adsorbent matrix
Дизоцим из яичного белка добавляют к различным пятнам хроматографической адсорбирующей матрицы с полипропиленовым (С3-гидрофобным) адсорбентом, нанесенным на покрытый окисью кремния субстрат из нержавеющей стали. После инкубации во влажной камере при комнатной температуре в течение 15 минут каждое индивидуальное пятно адсорбента промывают одним из следующих элюантов (модификаторов порога селективности):Egg white discozyme is added to various spots of the chromatographic adsorbent matrix with a polypropylene (C3-hydrophobic) adsorbent deposited on a silicon oxide coated stainless steel substrate. After incubation in a humid chamber at room temperature for 15 minutes, each individual adsorbent spot is washed with one of the following eluants (selectivity threshold modifiers):
(1) 0.1% ТФУ(1) 0.1% TFU
(2) 10% ацетонитрил в 0.1% ТФУ,(2) 10% acetonitrile in 0.1% TFA,
(3) 20% ацетонитрил в 0.1% ТФУ,(3) 20% acetonitrile in 0.1% TFA,
(4) 50% ацетонитрил в 0.1% ТФУ,(4) 50% acetonitrile in 0.1% TFA,
(5) 0.05% Твин 20 в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.15 М NaCl, pH 7,0, и(5) 0.05
(6) 3М мочевина в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.15 М NaCl, pH 7.0.(6) 3M urea in 20 mM sodium phosphate buffer, 0.15 M NaCl, pH 7.0.
Каждая промывка включает трехкратное пипетирование 1 мкл промывочного раствора на пятне адсорбента. Этот процесс повторяют со свежей аликвотой промывочного раствора. Затем пятно адсорбента промывают два раза 1 мкл воды. Добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты (5 мг/мл 50% ацетонитрил: 0.5% ТФУ) и высушивают на воздухе. Матрицу анализируют на масс-спектрометре с использованием азотного лазера (355 нм) и рукава длиной 60 см. Данные анализируют при помощи компьютера и переносят в GRAMS/32с для последующего представления.Each washing includes tripling 1 μl of the washing solution on an adsorbent spot. This process is repeated with a fresh aliquot of the wash solution. Then the spot of the adsorbent is washed twice with 1 μl of water. 0.3 μl aliquot of synapinic acid (5 mg / ml 50% acetonitrile: 0.5% TFA) was added and dried in air. The matrix was analyzed on a mass spectrometer using a nitrogen laser (355 nm) and a sleeve 60 cm long. Data was analyzed using a computer and transferred to GRAMS / 32c for subsequent presentation.
На фиг.5С представлен композитный масс-спектр для профиля распознавания лизоцима на хроматографической адсорбирующей матрице с гидрофобным фенилом. Нижний профиль представляет сигналы интенсивности лизоцима, удержанного на адсорбенте с гидрофобным фенилом после промывки только 0.1% ТФУ. Использование агента, моделирующего полярность (т.е. ацетонитрила), в качестве модификатора порога селективности снижает удержание лизоцима. Концентрации ацетонитрила, использованного для элюции лизоцима с гидрофобного С3-адсорбента, варьировали в пределах 20-50%, однако, когда интенсивности пиков лизоцима, удержанного на С3 и фениле, сравнивали в одних и тех же условиях промывки ацетонитрилом (20%), то взаимодействие лизоцима с фенильным адсорбентом было менее сильным. Использование детергента (т.е. Твина 20) или мочевины в качестве модификатора порога селективности также значительно снижает удержание лизоцима на адсорбенте с гидрофобным фенилом.On figs presents a composite mass spectrum for the recognition profile of lysozyme on a chromatographic adsorbent matrix with hydrophobic phenyl. The lower profile represents the intensity signals of lysozyme retained on an adsorbent with hydrophobic phenyl after washing with only 0.1% TFA. The use of an agent that simulates polarity (i.e., acetonitrile) as a modifier of the selectivity threshold reduces lysozyme retention. The concentrations of acetonitrile used to elute lysozyme from a hydrophobic C 3 adsorbent varied between 20-50%, however, when the intensities of the peaks of lysozyme held on C 3 and phenyl were compared under the same conditions for washing with acetonitrile (20%), then the interaction of lysozyme with phenyl adsorbent was less strong. Using a detergent (i.e., Tween 20) or urea as a selectivity threshold modifier also significantly reduces lysozyme retention on hydrophobic phenyl adsorbent.
Г. Профиль распознавания лизоцима с использованием анионной адсорбирующей матрицыD. Lysozyme recognition profile using an anionic adsorbent matrix
Лизоцим из яичного белка добавляют к различным пятнам адсорбирующей матрицы с анионной группой (SO3 -) (т.е. катионообменного адсорбента), нанесенной на покрытый окисью кремния субстрат из нержавеющей стали. После инкубации во влажной камере при комнатной температуре в течение 15 минут каждое индивидуальное пятно адсорбента промывают одним из следующих элюантов (модификаторов порога селективности):Egg white lysozyme is added to various spots of the anionic matrix (SO 3 - ) adsorbent matrix (i.e., cation exchange adsorbent) deposited on a silicon oxide coated stainless steel substrate. After incubation in a humid chamber at room temperature for 15 minutes, each individual adsorbent spot is washed with one of the following eluants (selectivity threshold modifiers):
(1) 20 мМ натрий-фосфатный буфер, рН 7.0.(1) 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0.
(2) 0.1 М NaCl в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, рН 7.0,(2) 0.1 M NaCl in 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0,
(3) 0.2 М NaCl в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, рН 7.0,(3) 0.2 M NaCl in 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0,
(4) 0.4 М NaCl в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, рН 7.0,(4) 0.4 M NaCl in 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0,
(5) 25 мМ натрий-ацетатный буфер, 0.125 М NaCl, рН 4.5,(5) 25 mM sodium acetate buffer, 0.125 M NaCl, pH 4.5,
(6) 0.05% Твин 20 в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.15 М NaCl, рН 7,0, и(6) 0.05
(7) 3М мочевина в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, рН 7.0(7) 3M urea in 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0
Каждая промывка включает трехкратное пипетирование 1 мкл промывочного раствора на пятне адсорбента. Этот процесс повторяют со свежей аликвотой промывочного раствора. Затем пятно адсорбента промывают два раза 1 мкл воды. Добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты (5 мг/мл 50% ацетонитрил: 0.5%ТФУ) и высушивают на воздухе. Матрицу анализируют на масс-спектрометре с использованием азотного лазера (355 нм) и рукава длиной 60 см. Данные анализируют при помощи компьютера и переносят в GRAMS/32c для последующего представления.Each washing includes tripling 1 μl of the washing solution on an adsorbent spot. This process is repeated with a fresh aliquot of the wash solution. Then the spot of the adsorbent is washed twice with 1 μl of water. 0.3 μl aliquot of synapinic acid (5 mg / ml 50% acetonitrile: 0.5% TFA) was added and dried in air. The matrix was analyzed on a mass spectrometer using a nitrogen laser (355 nm) and a sleeve 60 cm long. Data was analyzed by computer and transferred to GRAMS / 32c for subsequent presentation.
На фиг.5D представлен композитный масс-спектр для распознавания лизоцима на катионообменной хроматографической адсорбирующей матрице. Нижний профиль представляет сигналы интенсивности лизоцима, удержанного на анионном адсорбенте после промывки только буфером с рН 7.0. Введение повышающихся концентраций хлорида натрия (0.2-0.4 М) в качестве модификатора порога селективности снижает удержание лизоцима. Это указывает на тот факт, что взаимодействие лизоцима (основного белка) с анионным адсорбентом происходит по ионообменному механизму. Для элюции лизоцима требовалась концентрация NaCl, равная -0.4 М. Снижение рН модификатора порога селективности, например, до рН 4.5 в буфере ацетата натрия не влияло на удержание лизоцима сильным анионным адсорбентом. Введение агентов, модулирующих полярность (т.е. таких детергентов, как Твин 20, или мочевины в качестве модификатора порога селективности снижает взаимодействие лизоцима с анионным адсорбентом. Это свидетельствует о том, что взаимодействие гидрофобного белка - лизоцима с анионным адсорбентом модулируется полярностью элюанта.On fig.5D presents a composite mass spectrum for the recognition of lysozyme on a cation exchange chromatographic adsorbent matrix. The lower profile represents the intensity signals of lysozyme retained on the anionic adsorbent after washing only with pH 7.0 buffer. The introduction of increasing concentrations of sodium chloride (0.2-0.4 M) as a modifier of the selectivity threshold reduces lysozyme retention. This indicates the fact that the interaction of lysozyme (the main protein) with the anionic adsorbent occurs by the ion-exchange mechanism. Elution of lysozyme required a NaCl concentration of -0.4 M. Decreasing the pH of the selectivity threshold modifier, for example, to pH 4.5 in sodium acetate buffer, did not affect lysozyme retention by a strong anionic adsorbent. The introduction of polarity modulating agents (i.e. detergents such as
Д. Профиль распознавания лизоцима с использованием катионной адсорбирующей матрицыD. Recognition profile of lysozyme using a cationic adsorbent matrix
Лизоцим из яичного белка добавляют к различным пятнам адсорбирующей матрицы с катионным адсорбентом (четвертичным амином), нанесенной на покрытый окисью кремния субстрат из нержавеющей стали. После инкубации во влажной камере при комнатной температуре в течение 15 минут каждое индивидуальное пятно адсорбента промывают одним из следующих элюантов (модификаторов порога селективности):Egg white lysozyme is added to various spots of the adsorbent matrix with a cationic adsorbent (quaternary amine) deposited on a silicon oxide coated stainless steel substrate. After incubation in a humid chamber at room temperature for 15 minutes, each individual adsorbent spot is washed with one of the following eluants (selectivity threshold modifiers):
(1) 20 мМ натрий-фосфатный буфер, рН 7.0.(1) 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0.
(2) 0.1 М NaCl в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, рН 7.0,(2) 0.1 M NaCl in 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0,
(3) 0.2 М NaCl в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, рН 7.0,(3) 0.2 M NaCl in 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0,
(4) 0.4 М NaCl в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, рН 7.0,(4) 0.4 M NaCl in 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0,
(5) 25 мМ натрий-ацетатный буфер, 0.125 М NaCl, рН 4.5,(5) 25 mM sodium acetate buffer, 0.125 M NaCl, pH 4.5,
(6) 0.05% Твин 20 в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.15 M NaCl, pH 7,0, или(6) 0.05
(7) 3М мочевина в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, pH 7.0(7) 3M urea in 20 mM sodium phosphate buffer, pH 7.0
Каждая промывка включает трехкратное пипетирование 1 мкл промывочного раствора на пятне адсорбента. Это процесс повторяют со свежей аликвотой промывочного раствора. Затем пятно адсорбента промывают два раза 1 мкл воды. Добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты (5 мг/мл 50% ацетонитрил: 0.5% ТФУ) и высушивают на воздухе. Матрицу анализируют на масс-спектрометре с использованием азотного лазера (355 нм) и рукава длиной 60 см. Данные анализируют при помощи компьютера и переносят в GRAMS/32c для последующего представления.Each washing includes tripling 1 μl of the washing solution on an adsorbent spot. This process is repeated with a fresh aliquot of the wash solution. Then the spot of the adsorbent is washed twice with 1 μl of water. 0.3 μl aliquot of synapinic acid (5 mg / ml 50% acetonitrile: 0.5% TFA) was added and dried in air. The matrix was analyzed on a mass spectrometer using a nitrogen laser (355 nm) and a sleeve 60 cm long. Data was analyzed by computer and transferred to GRAMS / 32c for subsequent presentation.
На фиг.5Е представлен композитный масс-спектр для профиля распознавания лизоцима на хроматографической адсорбирующей матрице с катионным (анионообменным) адсорбентом. Удержание основного белка лизоцима на катионном адсорбенте очень невелико. Эффект модулирования модификаторов порога селективности на удержание лизоцима минимален.On fige presents a composite mass spectrum for the recognition profile of lysozyme on a chromatographic adsorbent matrix with a cationic (anion exchange) adsorbent. The retention of the main lysozyme protein on the cationic adsorbent is very small. The effect of modulating selectivity threshold modifiers on lysozyme retention is minimal.
Е. Профиль распознавания лизоцима с использованием адсорбирующей матрицы с иммобилизованными ионами металлаE. Recognition profile of lysozyme using an absorbent matrix with immobilized metal ions
Лизоцим из яичного белка добавляют к различным пятнам адсорбирующей матрицы с иммобилизованными ионами металла (иминодиацетат-Сu), нанесенной на покрытый окисью кремния субстрат из нержавеющей стали. После инкубации во влажной камере при комнатной температуре в течение 15 минут каждое индивидуальное пятно адсорбента промывают одним из следующих элюантов (модификаторов порога селективности):Egg white lysozyme is added to various spots of an absorbent matrix with immobilized metal ions (iminodiacetate-Cu) deposited on a silicon oxide coated stainless steel substrate. After incubation in a humid chamber at room temperature for 15 minutes, each individual adsorbent spot is washed with one of the following eluants (selectivity threshold modifiers):
(1) 20 мМ натрий-фосфатный буфер, 0.5 М NaCl, pH 7.0.(1) 20 mM sodium phosphate buffer, 0.5 M NaCl, pH 7.0.
(2) 5 мМ имидазол в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.5 М NaCl, pH 7.0.(2) 5 mM imidazole in 20 mM sodium phosphate buffer, 0.5 M NaCl, pH 7.0.
(3) 0.1 М натрий-ацетатный буфер, 0.5 М NaCl, pH 4.5,(3) 0.1 M sodium acetate buffer, 0.5 M NaCl, pH 4.5,
(4) 0.05% Твин 20 в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.15 М NaCl, pH 7.0 или(4) 0.05
(5) 3М мочевина в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.5 М NaCl, pH 7.0.(5) 3M urea in 20 mM sodium phosphate buffer, 0.5 M NaCl, pH 7.0.
Каждая промывка включает трехкратное пипетирование 1 мкл промывочного раствора на пятне адсорбента. Это процесс повторяют со свежей аликвотон промывочного раствора. Затем пятно адсорбента промывают два раза 1 мкл воды. Добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты (5 мг/мл 50% ацетонитрил: 0.5% ТФУ) и высушивают на воздухе. Матрицу анализируют на масс-спектрометре с использованием азотного лазера (355 нм) и рукава длиной 60 см. Данные анализируют при помощи компьютера и переносят в GRAMS/32с для последующего представления.Each washing includes tripling 1 μl of the washing solution on an adsorbent spot. This process is repeated with a fresh aliquot of the wash solution. Then the spot of the adsorbent is washed twice with 1 μl of water. 0.3 μl aliquot of synapinic acid (5 mg / ml 50% acetonitrile: 0.5% TFA) was added and dried in air. The matrix was analyzed on a mass spectrometer using a nitrogen laser (355 nm) and a sleeve 60 cm long. Data was analyzed using a computer and transferred to GRAMS / 32c for subsequent presentation.
На фиг.5F представлен композитный масс-спектр для профиля распознавания лизоцима на хроматографической адсорбирующей матрице с иммобилизованным металлом. Нижний профиль представляет сигналы интенсивности лизоцима, удержанного на адсорбенте с иммобилизованной медью после промывки только буфером с рН 7.0. Использование гистидинсвязывающего конкурентно-аффинного лиганда (т.е. имидазола) в качестве модификатора порога селективности отменяет удержание лизоцима. Этот факт свидетельствует о том, что во взаимодействии лизоцима (который имеет единственный остаток гистидина в своей последовательности) с адсорбентом на основе ионов иммобилизованной меди задействован механизм координатного ковалентного связывания. Понижение значения рН модификатора порога селективности до 4,5 в натрий-ацетатном буфере также снижает удержание лизоцима на адсорбенте с иммобилизованной медью. Полагают, что это является результатом протонирования остатка гистидина в лизоциме, что подавляет координатное ковалентное взаимодействие. Использование детергента (т.е. Твина 20) не влияет на взаимодействие. Использование мочевины полностью отменяет удержание лизоцима на адсорбенте с иммобилизованной медью.FIG. 5F shows a composite mass spectrum for a lysozyme recognition profile on an immobilized metal chromatographic adsorbent matrix. The lower profile represents the intensity signals of lysozyme retained on an adsorbent with immobilized copper after washing only with pH 7.0 buffer. The use of a histidine-binding competitive affinity ligand (i.e., imidazole) as a selectivity threshold modifier cancels lysozyme retention. This fact indicates that in the interaction of lysozyme (which has a single histidine residue in its sequence) with an adsorbent based on immobilized copper ions, the coordinate covalent binding mechanism is involved. Lowering the pH of the selectivity threshold modifier to 4.5 in sodium acetate buffer also reduces lysozyme retention on an adsorbent with immobilized copper. It is believed that this is the result of protonation of the histidine residue in lysozyme, which suppresses the covalent coordinate interaction. Using a detergent (i.e. Tween 20) does not affect the interaction. The use of urea completely cancels the retention of lysozyme on an adsorbent with immobilized copper.
III. ОБНАРУЖЕНИЕ АНАЛИТОВ В СЫВОРОТКЕ ЧЕЛОВЕКАIII. DETECTION OF ANALYTES IN HUMAN SERUM
Мы разрешили аналиты в сыворотке человека с использованием разнообразных адсорбентов и элюантов. Полученные результаты показывают, что аналиты дифференциально удерживаются различными адсорбентами, и что ретенционная хроматография обеспечивает получение информации об аналитах как низких, так и высоких молекулярных масс.We have resolved human serum analytes using a variety of adsorbents and eluants. The results show that analytes are differentially retained by various adsorbents, and that retention chromatography provides information on analytes of both low and high molecular weights.
А. Профиль распознавания белков сыворотки человека с использованием адсорбирующей матрицы с иммобилизованными ионами металловA. Profile for the recognition of human serum proteins using an absorbent matrix with immobilized metal ions
Сыворотку человека наносят на различные пятна адсорбирующей матрицы с иммобилизованными ионами металла (трис(карбоксиметил)этилендиамин-Сu), нанесенной на покрытый окисью кремния субстрат из нержавеющей стали. После инкубации во влажной камере при комнатной температуре в течение 15 минут каждое индивидуальное пятно адсорбента промывают одним из следующих элюантов (модификаторов порога селективности):Human serum is applied to various spots of an absorbent matrix with immobilized metal ions (Tris (carboxymethyl) ethylenediamine-Cu) deposited on a silicon oxide coated stainless steel substrate. After incubation in a humid chamber at room temperature for 15 minutes, each individual adsorbent spot is washed with one of the following eluants (selectivity threshold modifiers):
(1) 20 мМ натрий-фосфатный буфер, 0.5 М NaCl, pH 7.0.(1) 20 mM sodium phosphate buffer, 0.5 M NaCl, pH 7.0.
(2) 5 мМ имидазол в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.5 М NaCl, pH 7.0,(2) 5 mM imidazole in 20 mM sodium phosphate buffer, 0.5 M NaCl, pH 7.0,
(3) 0.1 М натрий-ацетатный буфер, 0.5 М NaCl, pH 7.0,(3) 0.1 M sodium acetate buffer, 0.5 M NaCl, pH 7.0,
(4) 0.05% Твин 20 в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.15 М NaCl, pH 7.0 и(4) 0.05
(5) 3М мочевина в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.5 М NaCl, pH 7.0.(5) 3M urea in 20 mM sodium phosphate buffer, 0.5 M NaCl, pH 7.0.
Каждая промывка включает трехкратное пипетирование 1 мкл промывочного раствора на пятне адсорбента. Это процесс повторяют со свежей аликвотой промывочного раствора. Затем пятно адсорбента промывают два раза 1 мкл воды. Добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты (5 мг/мл 50% ацетонитрил: 0.5%ТФУ) и высушивают на воздухе. Матрицу анализируют на масс-спектрометре с азотным лазером (355 нм) и трубой 60 см. Данные анализируют при помощи компьютера и переносят в GRAMS/32с для последующего представления.Each washing includes tripling 1 μl of the washing solution on an adsorbent spot. This process is repeated with a fresh aliquot of the wash solution. Then the spot of the adsorbent is washed twice with 1 μl of water. 0.3 μl aliquot of synapinic acid (5 mg / ml 50% acetonitrile: 0.5% TFA) was added and dried in air. The matrix is analyzed on a nitrogen laser mass spectrometer (355 nm) and a 60 cm tube. The data are analyzed by computer and transferred to GRAMS / 32c for subsequent presentation.
На фиг6А и 6В представлен композитный масс-спектр для профиля распознавания белков сыворотки низких и высоких молекулярных весов на хроматографической адсорбирующей матрице с иммобилизованным металлом. Нижний профиль представляет белки сыворотки, удержанные на адсорбенте с иммобилизованной медью после промывки только буфером с pH 7.0. Использование гистидин-связывающего конкурентно-аффинного лиганда (т.е. имидазола) или детергента (т.е. Твина 20), или мочевины в качестве модификатора порога селективности, или же снижение pH модификатора порога селективности до pH 4.5 дифференциально усиливает или снижает удержание различных компонентов сложной смеси белков на одном адсорбенте.On figa and 6B presents a composite mass spectrum for the recognition profile of serum proteins of low and high molecular weights on a chromatographic adsorbent matrix with immobilized metal. The lower profile represents serum proteins retained on an adsorbent with immobilized copper after washing only with pH 7.0 buffer. Using a histidine-binding competitive affinity ligand (i.e., imidazole) or detergent (i.e. Tween 20), or urea as a selectivity threshold modifier, or lowering the selectivity threshold modifier pH to pH 4.5 differentially enhances or decreases retention of various components of a complex mixture of proteins on a single adsorbent.
Б. Профиль распознавания белков сыворотки человека с использованием множества различных адсорбентовB. Profile recognition of human serum proteins using many different adsorbents
Сыворотку человека наносили на различные пятна адсорбирующей матрицы со следующими различными адсорбентами:Human serum was applied to various spots of the absorbent matrix with the following various adsorbents:
(1) С3 гидрофобным,(1) With 3 hydrophobic,
(2) фенил-гидрофобным,(2) phenyl hydrophobic,
(3) анионобменным,(3) anion exchange,
(4) катионобменным, и(4) cation exchange, and
(5) иммобилизованным металлом (трис(карбоксиметил)этилендиамин-Сu).(5) immobilized metal (tris (carboxymethyl) ethylenediamine-Cu).
Каждый адсорбент нанесен на покрытый окисью кремния субстрат из нержавеющей стали. После инкубации во влажной камере при комнатной температуре в течение 15 минут каждое пятно адсорбента промывают 0.05% Твином 20 в 20 мМ фосфатном буфере, 0.15 М NCl, pH 7.0 в качестве модификатора порога селективности.Each adsorbent is coated on a silicon oxide coated stainless steel substrate. After incubation in a humid chamber at room temperature for 15 minutes, each spot of the adsorbent is washed with 0.05
Каждая промывка включает трехкратное пипетирование 1 мкл промывочного раствора на пятне адсорбента. Это процесс повторяют со свежей аликвотой промывочного раствора. Затем пятно адсорбента промывают два раза 1 мкл воды. Добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты (5 мг/мл 50% ацетонитрил: 0.5% ТФУ) и высушивают на воздухе. Матрицу анализируют на масс-спектрометре с азотным лазером (355 нм) и трубой 60 см. Данные анализируют при помощи компьютера и переносят в GRAMS/32c для последующего представления.Each washing includes tripling 1 μl of the washing solution on an adsorbent spot. This process is repeated with a fresh aliquot of the wash solution. Then the spot of the adsorbent is washed twice with 1 μl of water. 0.3 μl aliquot of synapinic acid (5 mg / ml 50% acetonitrile: 0.5% TFA) was added and dried in air. The matrix was analyzed on a nitrogen laser mass spectrometer (355 nm) and a 60 cm tube. Data was analyzed by computer and transferred to GRAMS / 32c for subsequent presentation.
На фиг.7А и 7В представлен композитный масс-спектр для профиля распознавания белков сыворотки на различных адсорбентах хроматографических адсорбирующих матриц. Использование единственного модификатора селективности с множеством различных адсорбентов (каждый из которых имеет различающиеся характеристики связывания) дифференциально усиливает или снижает удержание различных компонентов сложной смеси белков на различных адсорбентах.On figa and 7B presents a composite mass spectrum for the recognition profile of serum proteins on various adsorbents of chromatographic adsorption matrices. The use of a single selectivity modifier with many different adsorbents (each of which has different binding characteristics) differentially enhances or decreases the retention of various components of a complex protein mixture on different adsorbents.
IV. ОБНАРУЖЕНИЕ АНАЛИТОВ В МОЧЕ НЕДОНОШЕННЫХ ДЕТЕЙIV. DETECTION OF ANALYTES IN THE URINE OF PREMATURE CHILDREN
А. Разрешение аналитов в моче недоношенного ребенка с применением различных адсорбентов непрямо и одного элюанта (воды)A. Resolution of analytes in the urine of a premature baby using various adsorbents indirectly and one eluant (water)
Мочу недоношенного ребенка (2 мкл) наносят на различные пятна карбонизированного полимерного субстрата PEEK, покрытого следующими различными адсорбентами:The urine of a premature baby (2 μl) is applied to various spots of a carbonated PEEK polymer substrate coated with the following various adsorbents:
(1) C8 гидрофобным (Октил Сефароза, доступна от Sigma)(1) C 8 hydrophobic (Octyl Sepharose, available from Sigma)
(2) фенил-гидрофобным (Фенил Сефароза, доступна от Sigma)(2) phenyl hydrophobic (Phenyl Sepharose, available from Sigma)
(3) анионобменным (Q-Сефароза, доступна от Sigma)(3) anion exchange (Q-Sepharose, available from Sigma)
(4) катионобменным (S-Сефароза, доступна от Sigma)(4) cation exchange (S-Sepharose, available from Sigma)
(5) иммобилизованным металлом (IDA-Cu, Хелатирующая Сефароза, доступна от Pharmacia)(5) immobilized metal (IDA-Cu, Chelating Sepharose, available from Pharmacia)
(6) иммобилизованным металлом (трис(карбоксиметил)этилендиамин-Сu Сефароза ).(6) immobilized metal (Tris (carboxymethyl) ethylenediamine-Cu Sepharose).
После инкубации во влажной камере при комнатной температуре в течение 15 минут каждое пятно адсорбента промывают водой в качестве модификатора порога селективности. Каждая промывка включает трехкратное пипетирование 1 мкл промывочного раствора на пятне адсорбента. Этот процесс повторяют со свежей аликвотой промывочного раствора. Затем пятно адсорбента промывают 1 мкл воды два раза. Добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты (5 мг/мл 50% ацетонитрил: 0.5% ТФУ) и высушивают на воздухе. Матрицу анализируют на десорбционно-ионизационном масс-спектрометре (Hewlett Packard, Model 2030) с азотным лазером (355 нм) и трубой 150 см. Данные анализируют при помощи компьютерной программы HP MALDI TOF и переносят в GRAMS/32с для последующего представления.After incubation in a humid chamber at room temperature for 15 minutes, each spot of the adsorbent is washed with water as a selectivity threshold modifier. Each washing includes tripling 1 μl of the washing solution on an adsorbent spot. This process is repeated with a fresh aliquot of the wash solution. Then the spot of the adsorbent is washed with 1 μl of water twice. 0.3 μl aliquot of synapinic acid (5 mg / ml 50% acetonitrile: 0.5% TFA) was added and dried in air. The matrix is analyzed on a desorption-ionization mass spectrometer (Hewlett Packard, Model 2030) with a nitrogen laser (355 nm) and a 150 cm tube. The data are analyzed using the HP MALDI TOF computer program and transferred to GRAMS / 32c for subsequent presentation.
На фиг.8А и 8В представлен композитный масс-спектр для профиля распознавания белков низких и высоких молекулярных весов, содержащихся в моче недоношенного ребенка, на различных адсорбентах хроматографических адсорбирующих матриц. Использование единственного модификатора селективности (т.е. воды) с различными адсорбентами (каждый из которых имеет различающиеся характеристики связывания) дифференциально усиливает или снижает удержание различных компонентовOn figa and 8B presents a composite mass spectrum for the recognition profile of proteins of low and high molecular weights contained in the urine of a premature baby, on various adsorbents of chromatographic adsorption matrices. The use of a single selectivity modifier (i.e., water) with different adsorbents (each of which has different binding characteristics) differentially enhances or decreases the retention of various components
Б. Разрешение аналитов в моче недоношенного ребенка с применением фенил-гидрофобного адсорбента, непрямо связанного с субстратом, и трех различных элюантовB. Resolution of analytes in the urine of a premature baby using phenyl-hydrophobic adsorbent indirectly bound to the substrate and three different eluants
Мочу недоношенного ребенка (2 мкл) наносят на различные пятна карбонизированного полимерного субстрата PEEK, покрытого фенил-гидрофобным адсорбентом (Фенил Сефароза, доступна от Sigma). После инкубации во влажной камере при комнатной температуре в течение 15 минут каждое пятно адсорбента промывают одним из следующих элюантов (модификаторов порога селективности):The urine of a premature baby (2 μl) is applied to various spots of a carbonized PEEK polymer substrate coated with a phenyl hydrophobic adsorbent (Phenyl Sepharose, available from Sigma). After incubation in a humid chamber at room temperature for 15 minutes, each spot of the adsorbent is washed with one of the following eluants (selectivity threshold modifiers):
(1) вода(1) water
(2) 2 М мочевина в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.15 М NaCl, pH 7.0, и(2) 2 M urea in 20 mM sodium phosphate buffer, 0.15 M NaCl, pH 7.0, and
(3) 0.1% Твин 20 в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.15 М NaCI, pH 7.0.(3) 0.1
Каждая промывка включает трехкратное пипетирование 1 мкл промывочного раствора на пятне адсорбента. Это процесс повторяют со свежей аликвотой промывочного раствора. Затем пятно адсорбента промывают два раза 1 мкл воды. Добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты (5 мг/мл 50% ацетонитрил: 0.5%ТФУ) и высушивают на воздухе. Матрицу анализируют на десорбционно-ионизационном масс-спектрометре (Hewlett Packard, Model 2030) с азотным лазером (355 нм) и трубой 150 см. Данные анализируют при помощи компьютерной программы HP MALDI TOF и переносят в GRAMS/32с для последующего представления.Each washing includes tripling 1 μl of the washing solution on an adsorbent spot. This process is repeated with a fresh aliquot of the wash solution. Then the spot of the adsorbent is washed twice with 1 μl of water. 0.3 μl aliquot of synapinic acid (5 mg / ml 50% acetonitrile: 0.5% TFA) was added and dried in air. The matrix is analyzed on a desorption-ionization mass spectrometer (Hewlett Packard, Model 2030) with a nitrogen laser (355 nm) and a 150 cm tube. The data are analyzed using the HP MALDI TOF computer program and transferred to GRAMS / 32c for subsequent presentation.
На фиг.9 представлен композитный масс-спектр профиля распознавания мочи недоношенного ребенка на гидрофобном фенильном адсорбенте хроматографических матриц. Использование с одним адсорбентом различных элюантов с различающимися характеристиками элюции дифференциально усиливает или ослабляет удержание различных компонентов сложной белковой смеси. Один из компонентов (обозначенный "*") селективно удерживался на гидрофобном фенильном адсорбенте при использовании в качестве элюанта 0.1% Твина 20 в ФБР.Figure 9 presents a composite mass spectrum of the recognition profile of the urine of a premature baby on a hydrophobic phenyl adsorbent chromatographic matrices. The use of different eluants with different elution characteristics with one adsorbent differentially enhances or weakens the retention of various components of a complex protein mixture. One of the components (indicated by “*”) was selectively retained on a hydrophobic phenyl adsorbent when 0.1
V. ИДЕНТИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ В КУЛЬТУРАЛЬНОЙ СРЕДЕ ДВУХ РАЗЛИЧНЫХ КЛЕТОЧНЫХ ЛИНИЙV. IDENTIFICATION OF PROTEINS IN THE CULTURAL ENVIRONMENT OF TWO DIFFERENT CELL LINES
Настоящий пример иллюстрирует идентификацию при помощи хроматографических адсорбирующих матриц белков, которые дифференциально экспрессируются в клетках.This example illustrates the identification using chromatographic adsorbent matrices of proteins that are differentially expressed in cells.
Клетки двух различных линий рака молочной железы культивировали в течение одного промежутка времени в культуральной среде постоянного состава. После концентрирования в фильтровальной ячейке аликвоту каждой культуральной среды объемом 1 мкл наносили на различные пятна адсорбирующей матрицы (Ciphergen Biosystems, Inc., Palo Alto, CA) с иммобилизованным металлом (трис(карбоксиметил)этилендиамин-Сu), нанесенным на субстрат из нержавеющей стали, покрытой оксидом кремния. После инкубации во влажной камере при комнатной температуре в течение 15 минут каждое пятно адсорбента промывают одним из следующих элюантов (модификаторов порога селективности):Cells of two different lines of breast cancer were cultured for one period of time in a culture medium of constant composition. After concentration in a filter cell, an aliquot of each culture medium with a volume of 1 μl was applied to various spots of an adsorbent matrix (Ciphergen Biosystems, Inc., Palo Alto, CA) with immobilized metal (Tris (carboxymethyl) ethylenediamine-Cu) deposited on a stainless steel substrate, coated with silica. After incubation in a humid chamber at room temperature for 15 minutes, each spot of the adsorbent is washed with one of the following eluants (selectivity threshold modifiers):
(1) 20 мМ натрий-фосфатный буфер, 0.5 М NaCl, pH 7.0.(1) 20 mM sodium phosphate buffer, 0.5 M NaCl, pH 7.0.
(2) 20 мМ имидазол в 20 мМ натрий-фосфатном буфере,0.5 М NaCl, pH 7.0,(2) 20 mM imidazole in 20 mM sodium phosphate buffer, 0.5 M NaCl, pH 7.0,
(3) 0.1 М натрий-ацетатный буфер, 0.5 М NaCl, pH 4.5,(3) 0.1 M sodium acetate buffer, 0.5 M NaCl, pH 4.5,
(4) 0.1% Твин 20 в 20 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.15 М NaCl, pH 7.0.(4) 0.1
(5) 3М мочевина в 10 мМ натрий-фосфатном буфере,(5) 3M urea in 10 mM sodium phosphate buffer,
(6) 1% ТФУ.(6) 1% TFA.
Каждая промывка включает трехкратное пипетирование 1 мкл промывочного раствора на пятне адсорбента. Это процесс повторяют со свежей аликвотой промывочного раствора. Затем пятно адсорбента промывают два раза 1 мкл воды. Добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты (5 мг/мл 50% ацетонитрил: 0.5% ТФУ) и высушивают на воздухе. Матрицу анализируют на масс-спектрометре с азотным лазером (355 нм) и трубой 60 см. Данные анализируют при помощи компьютера и переносят в GRAMS/32с (Galactic Industries Corporation) для последующего представления.Each washing includes tripling 1 μl of the washing solution on an adsorbent spot. This process is repeated with a fresh aliquot of the wash solution. Then the spot of the adsorbent is washed twice with 1 μl of water. 0.3 μl aliquot of synapinic acid (5 mg / ml 50% acetonitrile: 0.5% TFA) was added and dried in air. The matrix was analyzed on a nitrogen laser mass spectrometer (355 nm) and a 60 cm tube. Data was analyzed by computer and transferred to GRAMS / 32c (Galactic Industries Corporation) for subsequent presentation.
На фиг.10А представлен композитный масс-спектр профиля распознавания для белков, секретируемых клеточной линией 1 на хроматографических адсорбирующих матрицах с иммобилизованным металлом (Сu). Применение на одном адсорбенте различных элюантов с различающимися порогами селективности дифференицально усиливает или ослабляет удержание различных компонентов такой сложной белковой смеси, как культуральная среда клеток.On figa presents a composite mass spectrum of the recognition profile for proteins secreted by
На фиг.10В представлен композитный масс-спектр профиля распознавания для белков, секретируемых обеими клеточными линиями, на хроматографических адсорбирующих матрицах с иммобилизованным металлом (Сu). Тот же самый элюант 1.0% Твин 20+3 М мочевина в 10 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.5 М NaCl, pH 7.0 применяли для отмывки несвязавшегося материала. Пик, обозначенный 7532 Да, представляет собой мажорный удержанный белок из набора белков, секретируемых клеточной линией 1, который не экспрессируется в клеточной линии 2.On figv presents a composite mass spectrum of the recognition profile for proteins secreted by both cell lines on chromatographic adsorption matrices with immobilized metal (Cu). The same eluant 1.0
На фиг.10С представлен композитный масс-спектр профиля распознавания для белков, секретируемых клеточной линией 2 на хроматографических адсорбирующих матрицах с иммобилизованным металлом (Ni). При использовании одного и того же элюанта 1.0% Твин 20+3 М мочевина в 10 мМ натрий-фосфатном буфере, 0.5 М NaCl, pH 7.0, но адсорбентов с различными потенциалами поверхностного взаимодействия (т.е. иммобилизованный Ni против иммобилизованной Сu) пик 7532 Да представляет единственный удержанный белок среди белков, секретируемых клеточной линией 1. На врезке приведен тот же самый масс-спектр в увеличенном масштабе. Меньший пик 3766 Да представляет тот же самый белок, но с двойным зарядом.On figs presents a composite mass spectrum of the recognition profile for proteins secreted by
На фиг.10D представлен композитный масс-спектр профиля распознавания для белков, секретируемых клеточной линией 1 на хроматографических адсорбирующих матрицах с иммобилизованным металлом (Ni) до (нижний профиль) и после (верхний профиль) обработки трипсином in situ. Пептидная карта, полученная для чистого белка, представляет собой фингерпринт данного белка и может быть использована для идентификации.Figure 10D shows a composite mass spectrum of the recognition profile for proteins secreted by
VI. СРАВНЕНИЕ РЕТЕНТАТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ С ДВУХМЕРНЫМ ЭЛЕКТРОФОРЕЗОМ В ГЕЛЕVI. COMPARISON OF RETENTANT CHROMATOGRAPHY WITH TWO-DIMENSIONAL GEL ELECTROPHORESIS
Одним из преимуществ ретентатной хроматографии является возможность быстрого разрешения аналитов в различных измерениях, что дает информацию высокой плотности о различных физико-химических характеристиках. Наоборот, двухмерных гель-электрофорез обеспечивает разрешение только в двух измерениях.One of the advantages of retentate chromatography is the ability to quickly resolve analytes in various measurements, which provides high density information about various physicochemical characteristics. Conversely, two-dimensional gel electrophoresis provides resolution in only two dimensions.
На фиг.11 приведен профиль распознавания мочи недоношенного ребенка на гидрофобном фенильном адсорбенте хроматографических матриц. Применение различных элюантов и адсорбентов дает многопараметрическую информацию. Использование различных условий селективности дифференицально усиливает или ослабляет удержание различных компонентов сложной белковой смеси (такой как моча недоношенного ребенка), что приводит к детальному разрешению аналитов.Figure 11 shows the recognition profile of the urine of a premature baby on a hydrophobic phenyl adsorbent chromatographic matrices. The use of various eluants and adsorbents gives multiparameter information. Using different conditions of selectivity differentially enhances or weakens the retention of various components of a complex protein mixture (such as urine of a premature baby), which leads to a detailed resolution of the analytes.
Наоборот, на фиг.12 показано двухмерное разрешение белков, содержащихся в моче недоношенного ребенка по рI и молекулярной массе. Гель дает информацию только о двух параметрах по сравнению с шестью параметрами адсорбентов, использованных для ретентатной хроматографии. Пятна не так хорошо разрешимы, как при масс-спектрометрии и разрешение в областях очень высоких и очень низких молекулярных масс ограничено.On the contrary, FIG. 12 shows the two-dimensional resolution of the proteins contained in the urine of a premature baby in pI and molecular weight. The gel provides information on only two parameters compared to six parameters of the adsorbents used for retentate chromatography. Spots are not as solvable as in mass spectrometry and resolution in the regions of very high and very low molecular weights is limited.
VII. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ АНАЛИТОВ ИЗ ОБРАЗЦАVII. SEQUENTIAL EXTRACTION OF ANALITES FROM SAMPLE
Аналиты можно последовательно экстрагировать из образца, последовательно обрабатывая образец в различных условиях селективности с последующим сбором незадержанного образца.The analytes can be sequentially extracted from the sample, sequentially processing the sample under various conditions of selectivity, followed by collection of the undue sample.
Готовят лизат нокаут-мутанта Hemophilus в 10% глицерине, 50 мМ ЭДТА. После центрифугирования супернатант разводят 1:3 в 0.01% Тритоне Х100, 25 мМ HEPES, рН 7.4. Аликвоту (2 мкл) разведенного образца наносят на анионный сайт адсорбирующей матрицы. После инкубации при комнатной температуре в течение 30 минут оставшийся на анионном сайте материал переносят на нормально фазный сайт адсорбирующей матрицы. Пятно анионного сайта дважды промывают 2 мкл 0.01% Тритона Х100, 25 мМ HEPES. Каждая промывка включает десятикратное пипетирование промывочного раствора на пятне адсорбента. Смывы смешивают с образцом, первоначально ненесенным на нормально-фазный сайт.Hemophilus knockout mutant lysate is prepared in 10% glycerol, 50 mM EDTA. After centrifugation, the supernatant was diluted 1: 3 in 0.01% Triton X100, 25 mM HEPES, pH 7.4. An aliquot (2 μl) of the diluted sample is applied to the anionic site of the adsorbent matrix. After incubation at room temperature for 30 minutes, the material remaining at the anionic site is transferred to the normal phase site of the adsorbent matrix. The anion site spot is washed twice with 2 μl of 0.01% Triton X100, 25 mM HEPES. Each washing includes tenfold pipetting of the washing solution on an adsorbent spot. The washings are mixed with the sample initially carried on the normal phase site.
После инкубации при комнатной температуре в течение 30 минут оставшийся на нормально-фазном сайте материал переносят на Ni(II)-сайт адсорбирующей матрицы. Пятно нормально фазного сайта дважды промывают 2 мкл фосфатного буферного раствора. Каждая промывка включает десятикратное пипетирование промывочного раствора на пятне адсорбента. Смывы смешивают с образцом, первоначально ненесенным на пятно Ni(II).After incubation at room temperature for 30 minutes, the material remaining at the normal phase site is transferred to the Ni (II) site of the adsorption matrix. The stain of the normal phase site is washed twice with 2 μl of phosphate buffered saline. Each washing includes tenfold pipetting of the washing solution on an adsorbent spot. The washings are mixed with the sample originally carried on a Ni (II) stain.
После того, как образец сконцентрирован почти до сухости на пятне Ni(II), несвязавшиеся аналиты выделяют двукратной промывкой 2 мкл 10 мМ имидазола в фосфатном буферном растворе. Каждая промывка включает десятикратное пипетирование промывочного раствора на пятне адсорбента.After the sample was concentrated almost dry on a Ni (II) spot, unbound analytes were isolated by washing twice with 2 μl of 10 mM imidazole in phosphate buffered saline. Each washing includes tenfold pipetting of the washing solution on an adsorbent spot.
Смывы переносят на пятно алифатического гидрофобного сайта адсорбирующей матрицы.Washings are transferred to the stain of the aliphatic hydrophobic site of the adsorbent matrix.
Образцу дают возможность сконцентрироваться почти до сухости на гидрофобном сайте, несвязавшиеся аналиты удаляют двукратной промывкой 2 мкл 5% ацетонитрила в 0.1% ТФУ. Каждая промывка включает десятикратное пипетирование промывочного раствора на пятне адсорбента.The sample is allowed to concentrate almost dry on a hydrophobic site, unbound analytes are removed by washing twice with 2 μl of 5% acetonitrile in 0.1% TFA. Each washing includes tenfold pipetting of the washing solution on an adsorbent spot.
Каждое пятно анионного, нормально-фазного, Ni(II) и гидрофобного сайта промывают 2 мкл воды для удаления оставшегося буфера. Добавляют 0.3 мкл аликвоту раствора синапиновой кислоты в 50% ацетонитриле, 0.5% ТФУ добавляют к каждому пятну. Удержанные на каждом сайте аналиты анализируют на лазерном десорбционно-ионизационном масс-спектрометре.Each spot of anionic, normal phase, Ni (II) and hydrophobic site is washed with 2 μl of water to remove the remaining buffer. A 0.3 μl aliquot of a solution of synapinic acid in 50% acetonitrile is added, 0.5% TFA is added to each stain. The analytes retained at each site are analyzed on a laser desorption-ionization mass spectrometer.
На фиг.19А-190 приведена ретенционная карта лизата Hemophilus на адсорбирующей матрице. На адсорбентах наблюдаются многочисленные пики в интервале масс от 3000 до 25000 Да. Обратите внимание, что каждый адсорбент проявляет различное удержание каждого из присутствующих в образце аналитов.On figa-190 shows the retention map of the lysate of Hemophilus on an absorbent matrix. On the adsorbents, numerous peaks are observed in the mass range from 3000 to 25000 Da. Note that each adsorbent exhibits a different retention of each analyte present in the sample.
VIII. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ РАЗРЕШЕНИЕ АНАЛИТАViii. SEQUENTIAL RESOLUTION OF ANALYT
Путем добавления новых характеристик связывания или элюции к условию селективности, которое разрешает аналит, можно получить такое условие селективности, которое обеспечивает улучшенное разрешение аналита. В данном примере образец связывают на Сu(II)-адсорбенте и обрабатывают первым элюантом, а затем двумя вторыми элюантами. Вторые элюанты отличаются от первого добавлением отличного условия элюции. Каждое добавленное условие улучшает разрешение аналита.By adding new binding or elution characteristics to the selectivity condition that the analyte allows, a selectivity condition that provides improved analyte resolution can be obtained. In this example, the sample is bound on a Cu (II) adsorbent and treated with the first eluant and then two second eluants. The second eluants differ from the first by the addition of an excellent elution condition. Each added condition improves analyte resolution.
Лизат Hemophilus дикого типа, взятого в стационарной фазе, приготовленный в 10% глицерине, разводят 1:120 мМ фосфатом натрия, 0.5 М хлоридом натрия, рН 7.0. После центрифугирования аликвоту супернатанта объемом 150 мкл инкубируют с пятнами Сu(II)-сайта адсорбирующей матрицы в биопроцессоре. После перемешивания на холоду в течение 30 минут образец удаляют. Каждое пятно промывают различным элюантом. Первое пятно промывают 150 мкл 20 мМ фосфата натрия, 0.5 М хлорида натрия, рН 7.0. Второе пятно промывают 150 мкл 0.05% Тритоном Х100 с добавлением 0.15 М NaCl, pH 7.0. Третье пятно промывают 150 мкл 100 мМ имидазола с добавлением 20 мМ фосфата натрия, 0.15 М NaCl, pH 7.0. Каждая отмывка включает инкубацию промывочного раствора на пятне в течение 5 минут с перемешиванием. Промывку повторяют дважды. Затем каждое пятно промывают водой для удаления детергента и буфера.The stationary-phase Hemophilus lysate, taken in 10% glycerol, is diluted 1: 120 mM sodium phosphate, 0.5 M sodium chloride, pH 7.0. After centrifugation, an aliquot of the supernatant with a volume of 150 μl was incubated with spots of the Cu (II) site of the adsorbent matrix in a bioprocessor. After stirring in the cold for 30 minutes, the sample was removed. Each stain is washed with a different eluant. The first spot is washed with 150 μl of 20 mm sodium phosphate, 0.5 M sodium chloride, pH 7.0. The second spot is washed with 150 μl of 0.05% Triton X100 with the addition of 0.15 M NaCl, pH 7.0. The third spot is washed with 150 μl of 100 mm imidazole with the addition of 20 mm sodium phosphate, 0.15 M NaCl, pH 7.0. Each wash involves incubating the wash solution on the spot for 5 minutes with stirring. Washing is repeated twice. Then, each spot is washed with water to remove detergent and buffer.
Адсорбирующую матрицу удаляют из биопроцессора. К каждому пятну добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты в 50%-ном ацетонитриле, 0.5% ТФУ. Удержанные на каждом пятне аналиты анализируют при помощи дерсобционно-ионизационного масс-спектрометра.The absorbent matrix is removed from the bioprocessor. To each stain, add a 0.3 μl aliquot of synapinic acid in 50% acetonitrile, 0.5% TFA. The analytes held on each spot are analyzed using a deletion-ionization mass spectrometer.
На фиг.20А-20С представлена ретенционная карта лизата Hemophilus на сайте Cu(II) адсорбирующей матрицы после промывки в трех условиях элюции, описанных выше. Наблюдаются многочисленные пики в интервале масс от 2000 до 18000 Да. Белок, обозначенный "*", является единственным минорным компонентом на ретенционной карте, приведенной на фиг.20А. Когда условие селективности модифицируется добавлением к тому же самому буферу детергента, Тритона Х100 (фиг.20В), белок "*" удерживается лучше, чем другие аналиты, и потому разрешается лучше. Когда условие селективности модифицируется добавлением к тому же самому буферу заменителя аффинности, имидазола (фиг.20С), белок "*" высоко разрешим от других аналитов на ретенционной карте.On figa-20C presents a retention map of the lysate of Hemophilus on the site Cu (II) of the adsorbent matrix after washing under the three elution conditions described above. Numerous peaks are observed in the mass range from 2000 to 18000 Da. The protein indicated by “*” is the only minor component on the retention card of FIG. 20A. When the selectivity condition is modified by adding a detergent, Triton X100 (Fig. 20B) to the same buffer, the * protein is better retained than other analytes, and therefore resolves better. When the selectivity condition is modified by adding to the same buffer an affinity substitute, imidazole (FIG. 20C), the protein “*” is highly resolved from other analytes on the retention map.
Данная стратегия последовательной идентификации условий селективности с улучшенным разрешением аналита может быть адаптирована для разработки метода препаративной очистки данного белка из суммарного лизата Hemophilus.This strategy of sequentially identifying selectivity conditions with improved analyte resolution can be adapted to develop a method for the preparative purification of this protein from the total Hemophilus lysate.
IX. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЭКСПРЕССИЯ АНАЛИТА: ОБНАРУЖЕНИЕ МАРКЕРНОГО БЕЛКАIX. DIFFERENTIAL ANALYT EXPRESSION: DETECTION OF MARKER PROTEIN
А. Сыворотка человекаA. Human Serum
Аликвоты сыворотки крови объемом 0.5 мкл, взятые от здорового и больного людей, разводят равным объемом 20 мМ фосфата натрия, 0.5 М NaCl, pH 7.0. Каждый образец наносят на отдельное пятно Сu(II)-сайта адсорбирующей матрицы. После инкубации при 4°С в течение 1 часа каждое пятно промывают два раза 2 мкл 20 мМ фосфата натрия, 0.5 М NaCl, pH 7.0 два раза. Каждая промывка включает десятикратное пипетирование промывочного раствора на пятне адсорбента. Окончательно каждое пятно промывают 2 мкл воды для удаления оставшегося буфера. К каждому пятну добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты в 50%-ном ацетонитриле, 0.5% ТФУ. Удержанные на каждом пятне аналиты анализируют при помощи дерсобционно-ионизационного масс-спектрометра.Aliquots of serum 0.5 μl, taken from healthy and sick people, are diluted with an equal volume of 20 mm sodium phosphate, 0.5 M NaCl, pH 7.0. Each sample is applied to a separate spot of the Cu (II) site of the adsorbent matrix. After incubation at 4 ° C for 1 hour, each spot is washed twice with 2 μl of 20 mM sodium phosphate, 0.5 M NaCl, pH 7.0 two times. Each washing includes tenfold pipetting of the washing solution on an adsorbent spot. Finally, each spot is washed with 2 μl of water to remove the remaining buffer. To each stain, add a 0.3 μl aliquot of synapinic acid in 50% acetonitrile, 0.5% TFA. The analytes held on each spot are analyzed using a deletion-ionization mass spectrometer.
Белок, обозначенный "*" на фиг.21D, присутствует в значительно более высоких количествах в сыворотке больного, нежели в сыворотке здорового человека. Приведенные результаты свидетельствуют о том, что способ обнаружения маркеров заболевания может быть применен для клинической диагностики.The protein indicated by “*” in FIG. 21D is present in significantly higher amounts in the serum of the patient than in the serum of a healthy person. The results indicate that the method of detecting disease markers can be used for clinical diagnosis.
Б. Моча мышиB. Urine of the mouse
Аликвоты (1 мкл) мочи, взятой от нормальной, больной и обработанной препаратом мышей, наносят на пятна Сu(II)-сайта адсорбирующей матрицы. После инкубации при комнатной температуре в течение 10 минут каждое пятно промывают 2 мкл 100 мМ имидазола в 20 мМ фосфате натрия, 0.15 М NaCl, pH 7.0 два раза. Каждая промывка включает десятикратное пипетирование промывочного раствора на пятне адсорбента. Окончательно каждое пятно промывают 2 мкл воды для удаления оставшегося буфера. К каждому пятну добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты в 50%-ном ацетонитриле, 0.5% ТФУ. Удержанные на каждом пятне аналиты анализируют при помощи дерсобционно-ионизационного масс-спектрометра.Aliquots (1 μl) of urine taken from normal, diseased and drug-treated mice are applied to the spots of the Cu (II) site of the adsorbent matrix. After incubation at room temperature for 10 minutes, each spot is washed with 2 μl of 100 mm imidazole in 20 mm sodium phosphate, 0.15 M NaCl, pH 7.0 twice. Each washing includes tenfold pipetting of the washing solution on an adsorbent spot. Finally, each spot is washed with 2 μl of water to remove the remaining buffer. To each stain, add a 0.3 μl aliquot of synapinic acid in 50% acetonitrile, 0.5% TFA. The analytes held on each spot are analyzed using a deletion-ionization mass spectrometer.
На фиг.1 приведены ретенционные карты мочи нормальной (контроль), больной и обработанной препаратом мышей. Один из аналитов присутствовал в моче больной мыши в значительно более высоких количествах (средняя панель), тот же аналит не обнаруживался в моче нормальной мыши (верхняя панель) и обнаруживался в значительно более низких количествах в моче мыши, обработанной препаратом (нижняя панель). Данный аналит может использоваться как потенциальный маркер заболевания. Для иллюстрации достоверности количественного диагностического теста была вычислена площадь пика удержанного маркерного белка, которая приведена в таблице. Четкие количественные различия наблюдаются между образцами мочи больной и обработанной препаратом мышей. Для компенсации экспериментальных отклонений был использован внутренний стандартный аналит. Нормализованная площадь пика маркера заболевания (т.е. площадь пика маркера, деленная на площадь пика внутреннего стандарта) для каждого образца мочи представлена на нижней панели. Наблюдается по меньшей мере десятикратное снижение маркера заболевания в моче после лечения препаратом.Figure 1 shows the retention maps of normal urine (control), sick and drug-treated mice. One of the analytes was present in the urine of the sick mouse in significantly higher quantities (middle panel), the same analyte was not found in the urine of a normal mouse (upper panel) and was found in significantly lower amounts in the urine of the mouse treated with the drug (lower panel). This analyte can be used as a potential marker of the disease. To illustrate the reliability of the quantitative diagnostic test, the peak area of the retained marker protein was calculated, which is shown in the table. Clear quantitative differences are observed between the urine samples of the patient and the treated mice. To compensate for the experimental deviations, an internal standard analyte was used. The normalized peak area of the disease marker (i.e., the peak area of the marker divided by the peak area of the internal standard) for each urine sample is presented on the bottom panel. There is at least a ten-fold decrease in the marker of the disease in the urine after treatment with the drug.
В. Моча человекаB. Human urine
Образцы мочи нормальных людей и раковых больных разбавляли 1:2 в 1.01% Тритон X100 в фосфатном буферном растворе. Аликвоты мочи здоровых или больных людей, объемом 1,5 мкл наносили на различные пятна алифатического гидрофобного сайта адсорбирующей матрицы, увлажненные 0.5 мкл смеси изопропанол/ацетонитрил (1:2), 0,1% ТФУ. После инкубации при 4°С в течение 30 минут каждое пятно промывают два раза 2 мкл 50% этиленгликоля в 10 мМ Tris HCl, 0.05 М NaCl, pH 7.5. Каждая промывка включает десятикратное пипетирование промывочного раствора на пятне адсорбента. Окончательно каждое пятно промывают 2 мкл воды для удаления оставшегося этиленгликоля и буфера. К каждому пятну добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты в 50%-ном ацетонитриле, 0.5% ТФУ. Удержанные на каждом пятне аналиты анализируют при помощи дерсобционно-ионизационного масс-спектрометра.Urine samples from normal people and cancer patients were diluted 1: 2 in 1.01% Triton X100 in phosphate buffered saline. Aliquots of the urine of healthy or sick people with a volume of 1.5 μl were applied to various spots of the aliphatic hydrophobic site of the adsorbent matrix moistened with 0.5 μl of a mixture of isopropanol / acetonitrile (1: 2), 0.1% TFA. After incubation at 4 ° C for 30 minutes, each spot is washed twice with 2 μl of 50% ethylene glycol in 10 mM Tris HCl, 0.05 M NaCl, pH 7.5. Each washing includes tenfold pipetting of the washing solution on an adsorbent spot. Finally, each stain is washed with 2 μl of water to remove the remaining ethylene glycol and buffer. To each stain, add a 0.3 μl aliquot of synapinic acid in 50% acetonitrile, 0.5% TFA. The analytes held on each spot are analyzed using a deletion-ionization mass spectrometer.
Ретенционные карты образцов мочи четырех раковых больных и здорового человека приведены на фиг. 23А. На гидрофобном сайте адсорбирующей матрицы после промывки 50% этиленгликолем в Tris/NaCl буфере были удержаны многочисленные белковые пики. Для идентификации возможных маркеров заболеваний были построены дифференционные карты для образцов мочи индивидуальных больных и образца нормальной мочи. Каждая прямая на диаграмме различий, превышающая среднее значение, представляет аналит, который присутствует в моче больных в повышенных количествах. (фиг.23В-23D). Вариации в характере дифференционных карт отражают индивидуальные флуктуации в популяции. Однако аналит в области 5000 Да (обозначенный "*") и кластер аналитов в области 7500 Да (обозначенный "*"), постоянно присутствовали в повышенных количествах у всех больных и потому могут быть идентифицированы как возможные маркеры заболевания.Retention maps of urine samples from four cancer patients and a healthy person are shown in FIG. 23A. After washing with 50% ethylene glycol in the Tris / NaCl buffer, numerous protein peaks were retained at the hydrophobic site of the adsorbent matrix. To identify possible disease markers, differential maps were constructed for urine samples of individual patients and normal urine samples. Each line in the difference diagram, which exceeds the average value, represents an analyte, which is present in increased amounts in the urine of patients. (Fig.23B-23D). Variations in the nature of the differential maps reflect individual fluctuations in the population. However, the analyte in the 5000 Da region (indicated by “*”) and the analyte cluster in the 7500 Da region (indicated by “*”) were constantly present in increased amounts in all patients and therefore can be identified as possible markers of the disease.
X. УДЕРЖАНИЕ ФАГА ИЗ ФАГОВОЙ БИБЛИОТЕКИX. RETAINING A PHAGE FROM A PHAGE LIBRARY
Вирусы, адсорбированные на поверхности белкового чипа, можно обнаружить десорбционной спектрометрией. Антитела к вирусным поверхностным белкам, используемые в качестве адсорбентов, могут удерживать вирусы. Белок-мишень, используемый как адсорбент, может удерживать фаг, несущий одноцепочечное антитело к мишени.Viruses adsorbed on the surface of a protein chip can be detected by desorption spectrometry. Antibodies to viral surface proteins used as adsorbents can retain viruses. A target protein used as an adsorbent can retain a phage carrying a single chain antibody to a target.
А. Определение чувствительности антитела при помощи адсорбирующего субстратаA. Determination of the sensitivity of the antibody using an absorbent substrate
Фаг М13 (1012 частиц/мл) в ростовой среде последовательно разводили 0.01% Тритоном Х100 в 25 мМ HEPES, рН 7.4. Аликвоты (0.25 мкл) каждого разведения фаговой суспензии наносят на пятна алифатического гидрофобного сайта адсорбирующей матрицы. Затем добавляют аликвоты (0.3 мкл) СНСА в 50% ацетонитриле, 0.5% ТФУ. Образцы анализировали лазерной десорбционно-ионизационной масс-спектрометрией.Phage M13 (10 12 particles / ml) in a growth medium was sequentially diluted with 0.01% Triton X100 in 25 mM HEPES, pH 7.4. Aliquots (0.25 μl) of each dilution of the phage suspension are applied to the spots of the aliphatic hydrophobic site of the adsorbing matrix. Aliquots (0.3 μl) of SNA in 50% acetonitrile, 0.5% TFA are then added. Samples were analyzed by laser desorption-ionization mass spectrometry.
Белок гена VIII фага М13 был обнаружен на матрице с высокой чувствительностью. фиг.24А-24Е. Обнаружимый сигнал (сигнал/шум >2) был получен при разведении фаговой суспензии в 10,000,000 раз.Protein of gene VIII of phage M13 was detected on a matrix with high sensitivity. figa-24E. A detectable signal (signal-to-noise> 2) was obtained by diluting the phage suspension 10,000,000 times.
Б. Идентификация фага М13 на адсорбирующей матрицеB. Identification of M13 phage on an adsorbent matrix
Кроличьи анти-М13 антитела (Stratagene) были иммобилизованы на Белке A Hyper D (BioSepra) и тщательно отмыты фосфатным буферным раствором, рН 7.0. Аликвоту 1-10 мкл суспензии фага М13 (1012 частиц/мл) в ростовой среде инкубировали с 1 мкл аликвотой иммобилизованных анти-М13 антител при 4°С в течение ночи. После промывки 0.05% Твином 20 в фосфатном буферном растворе, рН 7.0, а затем водой для удаления детергента и буфера, аликвоту удержанного фага анализировали лазерной десорбционно-ионизационной спектрометрией в присутствии синапиновой кислоты.Rabbit anti-M13 antibodies (Stratagene) were immobilized on Protein A Hyper D (BioSepra) and thoroughly washed with phosphate buffered saline, pH 7.0. An aliquot of 1-10 μl of a suspension of phage M13 (10 12 particles / ml) in growth medium was incubated with 1 μl of an aliquot of immobilized anti-M13 antibodies at 4 ° C overnight. After washing with 0.05
Контроль анти-М13 антитела показал только сигнал антитела (единично и дважды заряженного). фиг.25А. Когда фаг М13 удерживался антителом, то наиболее легко идентифицируемыми белковыми пиками фага были белок гена III и белок гена VIII, слитые с одноцепочечным антителом фиг.25В. Поскольку белок гена VIII фага М13 обнаруживается данным методом с большой эффективностью, он может служить индикатором удержания фага.The anti-M13 antibody control showed only the antibody signal (single and double charged). figa. When the M13 phage was retained by the antibody, the most easily identifiable protein peaks of the phage were gene III protein and gene VIII protein fused to the single chain antibody of FIG. 25B. Since the protein of gene VIII of phage M13 is detected by this method with great efficiency, it can serve as an indicator of phage retention.
В. Специфическое удержание фага М13, несущего одноцепочечное антителоB. Specific retention of phage M13 carrying a single chain antibody
Белок HIV-1 Tat (McKesson BioServices) был соединен с преактивированным субстратом. После блокирования этаноламином матрицу промыли 0.005% Твином 20 в фосфатном буферном растворе, рН 7-0, и затем 0.1% БСА в фосфатном буферном растворе, рН 7.0. Последовательные разведения фага М13, несущего одноцепочечное антитело против белка Tat, инкубировали на адсорбирующей матрице с белком Tat при 4°С в течение ночи. Отрицательный контроль последовательных разведении фага М13, не несущего одноцепочечного антитела против белка Tat, также инкубировали на адсорбирующей матрице с белком Tat в аналогичных условиях. Матрицы промывали 0.005% Твином 20 в фосфатном буферном растворе, 1 М мочевиной в фосфатном буферном растворе, рН 7.0, и, наконец, водой для удаления буфера и мочевины. Затем добавляют 0.3 мкл аликвоту СНСА в 50% ацетонитриле, 0.5% ТФУ. Удержанный фаг анализируют при помощи дерсобционно-ионизационного масс-спектрометра.The HIV-1 Tat protein (McKesson BioServices) has been coupled to a preactivated substrate. After blocking with ethanolamine, the matrix was washed with 0.005
Специфическое связывание фага М13, несущего одноцепочечное антитело против белка Tat, зависело от концентрации (жирная линия). фиг.26А-260. Неспецифическое связывание неспецифического фага М13 на адсорбирующей матрице было минимальным (пунктирная линия). Эти результаты иллюстрирую очень чувствительный метод обнаружения фага, который содержит ген, кодирующий одноцепочечное антитело, специфически распознающее аналит-мишень.The specific binding of phage M13 carrying a single chain anti-Tat protein antibody was concentration dependent (bold line). figa-260. Nonspecific binding of the non-specific M13 phage on the adsorbing matrix was minimal (dashed line). These results illustrate a very sensitive phage detection method that contains a gene encoding a single chain antibody that specifically recognizes a target analyte.
XI. СКРИНИНГ НА ПОДАВЛЕНИЕ СОЕДИНЕНИЕМ СВЯЗЫВАНИЯ РЕЦЕПТОРА И ЛИГАНДАXi. RECEPTOR AND LIGAND BINDING COMPLETION SCREENING SCREENING
Заявленный в настоящем изобретении способ может быть применен для установления того факта, что тестируемый агент модулирует связывание лиганда с рецептором. На данном примере мы показываем, что ретентатная хроматография может обнаруживать подавление связывания между TGF-b и иммобилизованным рецептором TGF-b с использованием в качестве адсорбента свободного рецептора ТСР-b.The method of the present invention can be used to establish that the test agent modulates ligand binding to a receptor. In this example, we show that retentate chromatography can detect inhibition of binding between TGF-b and the immobilized TGF-b receptor using the free TCP-b receptor as an adsorbent.
Рекомбинантный рецептор TGF-b-слитый Fc белок (R&D, Миннесота) был специфически прикреплен к адсорбирующей матрице с белком G. TGF-b (R&D, Миннесота) последовательно разводили кондиционированной средой клеток (сконцентрированной 2.5х) и инкубировали в течение ночи при 4°С на адсорбирующей матрице с рецептор-Fc белок G. Другой набор последовательных разведении TGF-b в кондиционированной среде клеток инкубировали на адсорбирующей матрице с рецептор-Fc белок G в присутствии модулирующего агента. В данном случае модулирующимо агентом был свободный рецептор TGF-b. После инкубации в тех же условиях чип промывали 0.05% Тритоном Х100 в ФБР и затем 3 М мочевиной в ФБР. К каждому пятну добавляют 0.3 мкл аликвоту стнапиновой кислоты и анализируют при помощи дерсобционно-ионизационного масс-спектрометра.The recombinant receptor TGF-b-fused Fc protein (R&D, Minnesota) was specifically attached to an adsorption matrix with protein G. TGF-b (R&D, Minnesota) was sequentially diluted with conditioned cell medium (concentrated 2.5x) and incubated overnight at 4 ° C on an adsorbent matrix with receptor-Fc protein G. Another set of serial dilutions of TGF-b in a conditioned cell environment was incubated on an adsorbent matrix with receptor-Fc protein G in the presence of a modulating agent. In this case, the modulating agent was the free TGF-b receptor. After incubation under the same conditions, the chip was washed with 0.05% Triton X100 in the FBI and then 3 M urea in the FBI. A 0.3 μl aliquot of stnapinic acid was added to each spot and analyzed by a dispersion-ionization mass spectrometer.
На фиг.27А представлено специфическое связывание 1 мкг/мл TGF-b на адсорбирующей матрице с рецептор-Fc белок G (жирная линия). Белков из кондиционированной среды клеток связывалось немного или не связывалось совсем. На фиг.27В представлено специфическое связывание 100 нг/мл TGF-b на адсорбирующей матрице с рецептор-Fc белок G (жирная линия). Когда инкубацию TGF-b на адсорбирующей матрице с рецептор-Fc белок G проводили в присутствии модулирующего агента (свободного рецептора TGF-b), связывание полностью отменялось при добавлении 100 нг/мл TGF-b (фиг.27А, пунктирная линия) и наблюдалось лишь следовое связывание при добавлении 1 мкг/мл TGF-b (фиг.27В, пунктирная линия). В данном примере модулирующий агент (тот же самый рецептор) обладал высокой специфической аффинностью связывания к лиганду, обеспечивая тем самым аналиту-мишени очень эффективную конкуренцию за связывание. В других случаях отношение связанного с адсорбентом аналита-мишени в присутствии и в отсутствии модулирующего агента служит указанием на эффективность модулирующего агента.On figa presents the specific binding of 1 μg / ml TGF-b on an adsorbing matrix with receptor-Fc protein G (bold line). There was little or no protein binding from the conditioned cell medium. On figv presents the specific binding of 100 ng / ml TGF-b on an adsorbing matrix with receptor-Fc protein G (bold line). When the incubation of TGF-b on an adsorbent matrix with receptor-Fc protein G was carried out in the presence of a modulating agent (free TGF-b receptor), the binding was completely canceled with the addition of 100 ng / ml TGF-b (Fig. 27A, dashed line) and was only observed trace binding upon addition of 1 μg / ml TGF-b (Fig. 27B, dashed line). In this example, the modulating agent (the same receptor) had a high specific binding affinity for the ligand, thereby providing the target analyte with very effective competition for binding. In other cases, the ratio of the target analyte bound to the adsorbent in the presence and absence of a modulating agent is indicative of the effectiveness of the modulating agent.
XII. РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ РЕТЕНТАТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИXII. RESOLVING ABILITY OF RETENTANT CHROMATOGRAPHY
Данный пример демонстрирует способность ретентатной хроматографии параллельно с обработкой образца в различных условиях селективности разрешать белки в образце.This example demonstrates the ability of retentate chromatography in parallel with the processing of the sample under various conditions of selectivity to resolve proteins in the sample.
Был приготовлен лизат Hemophilis influenzae в 10% глицерине. После центрифугирования супернатант развели 1:3 в 0.01% Тритоне Х100 в 25 мМ HEPES, рН 7.4. Аликвоту разбавленного образца объемом 2 мкл наносят на пятно катионного сайта на сорбирующей матрице. После инкубации при комнатной температуре в течение 30 минут пятно промывают 25 мМ HEPES, рН 7.4. Вторую аликвоту разбавленного образца объемом 2 мкл наносят на пятно алифатического гидрофобного сайта на сорбирующей матрице. После инкубации при комнатной температуре в течение 30 минут пятно промывают водой. Третью аликвоту разбавленного образца объемом 2 мкл наносят на пятно Сu(II)-сайта на сорбирующей матрице. После инкубации при комнатной температуре в течение 30 минут пятно промывают 0.05% Тритоном Х100 и фосфатном буферном растворе, рН 7.4. Затем к каждому пятну добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты в 50%-ном ацетонитриле, 0.5% ТФУ. Удержанные на каждом сайте аналиты анализируют при помощи дерсобционно-ионизационного масс-спектрометра.Hemophilis influenzae lysate in 10% glycerol was prepared. After centrifugation, the supernatant was diluted 1: 3 in 0.01% Triton X100 in 25 mM HEPES, pH 7.4. An aliquot of a 2 μl diluted sample is applied to the spot of the cationic site on a sorbent matrix. After incubation at room temperature for 30 minutes, the stain is washed with 25 mM HEPES, pH 7.4. A second aliquot of a 2 μl diluted sample is applied to a spot of an aliphatic hydrophobic site on a sorbent matrix. After incubation at room temperature for 30 minutes, the stain is washed with water. A third aliquot of a 2 μl diluted sample is applied to the spot of the Cu (II) site on the sorbing matrix. After incubation at room temperature for 30 minutes, the stain is washed with 0.05% Triton X100 and phosphate buffered saline, pH 7.4. Then, to each stain, add a 0.3 μl aliquot of sinapinic acid in 50% acetonitrile, 0.5% TFA. The analytes held on each site are analyzed using a deportation-ionization mass spectrometer.
Результаты приведены на фиг.28-31. Данный результат иллюстрирует способ комбинаторного разделения, включая параллельное разделение и обнаружение множественных аналитов.The results are shown in Fig.28-31. This result illustrates the method of combinatorial separation, including parallel separation and detection of multiple analytes.
XIII. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ СБОРКА МНОГОМЕРНЫХ СТРУКТУРXiii. SEQUENTIAL ASSEMBLY OF MULTIDIMENSIONAL STRUCTURES
Данный пример иллюстрирует способ связывания вторичного адсорбента на первичном адсорбенте. Вторичный адсорбент служит в качестве специфического адсорбента для аналита-мишени.This example illustrates a method for binding a secondary adsorbent to a primary adsorbent. The secondary adsorbent serves as a specific adsorbent for the target analyte.
Аликвоту слитого рецептора GST объемом 0.5 мкл разводят 20 мМ Tris, 100 мМ хлорида натрия. К нормальному сайту адсорбирующей матрицы добавляют 0.4% NP40, рН 7.2- Раствору дают сконцентрироваться на пятне почти до сухости. Пятно промывают 2 мкл 10 мМ Трис, 50 мМ хлорида натрия, рН 7.2 три раза. Окончательно пятно промывают 2 мкл воды два раза для удаления оставшегося буфера. Затем к пятну добавляют 0.3 мкл аликвоту синапиновой кислоты в 50%-ном ацетонитриле, 0.5% ТФУ. Удержанный слитой рецептор GST анализируют при помощи дерсобционно-ионизационного масс-спектрометра (фиг.32).An aliquot of the 0.5 μl GST fusion receptor was diluted with 20 mM Tris, 100 mM sodium chloride. 0.4% NP40 is added to the normal site of the adsorbing matrix, pH 7.2- The solution is allowed to concentrate on the spot almost until dry. The stain is washed with 2 μl of 10 mM Tris, 50 mM sodium chloride, pH 7.2 three times. Finally, the stain is washed with 2 μl of water twice to remove the remaining buffer. Then, 0.3 μl aliquot of synapinic acid in 50% acetonitrile, 0.5% TFA is added to the stain. The retained fusion GST receptor is analyzed using a deportation ionization mass spectrometer (Fig. 32).
Аликвоту слитого рецептора GST объемом 0.5 мкл в 20 мМ Трис, 100 мМ хлорида натрия, 0.4% NP40, рН 7.2 наносят на нормальный сайт адсорбирующей матрицы. В качестве отрицательного контроля на другое пятно наносят образец, содержащий только белок GST (без рецептора). Раствору дают сконцентрироваться на пятне почти до сухости. Затем к каждому пятну добавляют 0.5 мкл 10 мМ Трис, 50 мМ хлорида натрия, рН 7.2. Раствор удаляют пипеткой через 10 секунд инкубации при комнатной температуре.An aliquot of the fused GST receptor with a volume of 0.5 μl in 20 mM Tris, 100 mM sodium chloride, 0.4% NP40, pH 7.2 is applied to the normal site of the adsorbing matrix. As a negative control, a sample containing only GST protein (without receptor) is applied to another spot. The solution is allowed to concentrate on the spot almost to dryness. Then, 0.5 μl of 10 mM Tris, 50 mM sodium chloride, pH 7.2 are added to each spot. The solution was pipetted after 10 seconds of incubation at room temperature.
К пятну немедленно добавляют аликвоту (1 мкл) раствора, содержащего один специфический лиганд из библиотеки 96-ти других лигандов. Адсорбирующую матрицу инкубируют во влажной камере при комнатной температуре 1 час. Затем каждое пятно промывают 2 мкл смеси 30% изопропанол: ацетонитрил (1:2) в воде два раза. Каждая промывка включает десятикратное пипетирование промывочного раствора на пятне адсорбента. Затем к пятну добавляют 0.3 мкл аликвоту раствора а-циано-4-гидроксициннаминовой кислоты в 50%-ном ацетонитриле, 0.5% ТФУ. Удержанный на рецепторе лиганд анализируют при помощи дерсобционно-ионизационного масс-спектрометра.An aliquot (1 μl) of a solution containing one specific ligand from a library of 96 other ligands is immediately added to the stain. The adsorbent matrix is incubated in a humid chamber at room temperature for 1 hour. Then each spot is washed with 2 μl of a mixture of 30% isopropanol: acetonitrile (1: 2) in water twice. Each washing includes tenfold pipetting of the washing solution on an adsorbent spot. Then, a 0.3 μl aliquot of a solution of a-cyano-4-hydroxycinnamic acid in 50% acetonitrile, 0.5% TFA is added to the stain. The ligand retained at the receptor is analyzed using a deletion-ionization mass spectrometer.
На фиг.33А показано связывание специфического лиганда из библиотеки 96-ти других лигандов со слитым рецептором GST, удержанным на нормальном сайте адсорбирующей матрицы. На фиг.33В видно, что не происходит связывания лиганда только с белком GST (без рецептора), удержанным на той же матрице, что служит отрицательным контролем эксперимента.On figa shows the binding of a specific ligand from a library of 96 other ligands with a fused GST receptor, retained at the normal site of the adsorbing matrix. On figv shows that there is no binding of the ligand only to the GST protein (without receptor), retained on the same matrix, which serves as a negative control of the experiment.
В настоящем изобретении заявлены новые материалы и способы для ретентатной хроматографии. При том, что приведены конкретные примеры, описание является иллюстративным и не ограничивает объем изобретения. При знакомстве с данным описанием для квалифицированного специалиста будут очевидны многие возможные вариации изобретения. Поэтому объем изобретения определяется безотносительно приведенного описания последующей формулой изобретения.The present invention claims new materials and methods for retentate chromatography. While specific examples are provided, the description is illustrative and does not limit the scope of the invention. When acquainted with this description for a qualified specialist will be apparent many possible variations of the invention. Therefore, the scope of the invention is determined without reference to the description by the following claims.
Claims (34)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US5433397P | 1997-06-20 | 1997-06-20 | |
US60/054,333 | 1997-06-20 | ||
US60/067,484 | 1997-12-01 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000101318/14A Division RU2216021C2 (en) | 1997-06-20 | 1998-06-19 | Methods of retaining chromatography for separating analytes in sample |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003104673A RU2003104673A (en) | 2004-08-27 |
RU2253116C2 true RU2253116C2 (en) | 2005-05-27 |
Family
ID=32028483
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000101318/14A RU2216021C2 (en) | 1997-06-20 | 1998-06-19 | Methods of retaining chromatography for separating analytes in sample |
RU2003104673/15A RU2253116C2 (en) | 1997-06-20 | 1998-06-19 | Retentive chromatography method for separating analytes in sample |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000101318/14A RU2216021C2 (en) | 1997-06-20 | 1998-06-19 | Methods of retaining chromatography for separating analytes in sample |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101086502A (en) |
RU (2) | RU2216021C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2634859C1 (en) * | 2016-10-03 | 2017-11-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Молочный Кит" | Method for lactoferrin isolation and purification from dairy raw materials |
US9921141B2 (en) | 2012-08-08 | 2018-03-20 | Koninklijke Philips N.V. | Centrifugal microfluidic device and methods of use |
RU2650080C2 (en) * | 2012-11-30 | 2018-04-06 | Сикпа Холдинг Са | Marking of material, marked material and process of authentication or dilution determination |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3697927B1 (en) * | 2017-10-19 | 2022-12-14 | Bio-Rad Laboratories, Inc. | Digital amplification assays with unconventional and/or inverse changes in photoluminescence |
CN111948391A (en) * | 2019-05-16 | 2020-11-17 | 南京大学 | Array sensor based on nano metal organic framework for histological diagnosis of colon cancer |
-
1998
- 1998-06-19 CN CN 200710084049 patent/CN101086502A/en active Pending
- 1998-06-19 RU RU2000101318/14A patent/RU2216021C2/en not_active IP Right Cessation
- 1998-06-19 RU RU2003104673/15A patent/RU2253116C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9921141B2 (en) | 2012-08-08 | 2018-03-20 | Koninklijke Philips N.V. | Centrifugal microfluidic device and methods of use |
RU2650080C2 (en) * | 2012-11-30 | 2018-04-06 | Сикпа Холдинг Са | Marking of material, marked material and process of authentication or dilution determination |
RU2634859C1 (en) * | 2016-10-03 | 2017-11-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Молочный Кит" | Method for lactoferrin isolation and purification from dairy raw materials |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101086502A (en) | 2007-12-12 |
RU2216021C2 (en) | 2003-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2294040C (en) | Retentate chromatography and protein chip arrays with applications in biology and medicine | |
RU2253116C2 (en) | Retentive chromatography method for separating analytes in sample | |
EP1387390B1 (en) | Retentate chromatography and protein chip arrays with applications in biology and medicine | |
AU2002300284B2 (en) | Retentate chromatography and protein chip arrays with applications in biology and medicine | |
NZ516412A (en) | Retentate chromatography and protein chip arrays with applications in biology and medicine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090620 |