58
プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス

プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

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Page 1: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

プロテインチップシステムによるクリニカルプロテオミクス

Page 2: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

ゲノミクスからプロテオミクスへ

The Next Revolution

ゲノミクス プロテオミクス

Gene RNA Protein Function

DNA Sequencing Gene Expression Profiling

Protein ExpressionProfiling

Protein FunctionAnalysis

PCRDNA Micro Arrays

ProteinChip arrays

Enabling Technologies

Page 3: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

Same genome

Different proteome

Why Proteomics?

著作権処理の都合で、この場所に挿入されていた『アゲハチョウ』の写真を省略させていただきます。

著作権処理の都合で、この場所に挿入されていた

『幼虫』の写真を省略させていただきます。

Page 4: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

なぜタンパク質解析が必要なのか?

細胞内で最終的に機能を担う分子はタンパク質である

細胞内のタンパク質存在量と mRNA の発現との間にそれほど強い相関がない

タンパク質は切断・修飾されて機能する場合がある

タンパク質は他の分子(タンパク質、DNA、リガンドなど)との相互作用を通して機能する

Page 5: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

Host Response Protein Amplification Cascade: Common Proteins Yield Uncommon Fragments (Biomarkers)

Apolipoprotein A1

Transthyretin

Inter alpha-trypsin inhibitor 4

Haptoglobin a

Serum amyloid A

Vitamin D Binding Protein

C3 anaphylotoxin

Specific Disease Processes Cleave and Modify Common Proteins into Uncommon Fragments with Diagnostic Utility

WholeProteins

DiseaseProcess

SpecificDiagnosticFragments

Page 6: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

病気のメカニズム解明

病気の診断(早期診断、進行度、予後の予測)

創薬のターゲット

薬効・毒性の早期評価

薬剤のレスポンスを予測

副作用の予測

治療の効果をモニタリング

クリニカルプロテオミクス

テーラーメイド医療

創薬の効率化

Page 7: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

アルツハイマー病の早期診断

Time (years)

AD Diagnosistoday

Deposits: plaquesand tangles

Deterioration of Cognitive function

Decline of Activities of Daily LivingEarly markers

DiseaseSeverity

Page 8: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

Discovery

Marker Validation100 + samples1000 + samplesMulti-institutional

ID/Purification

AssayResearch

grade

Marker Discovery30 x 30 sample set Phenotype defined

Optimized Assay ready for Commercial Validation

クリニカルプロテオミクス 解析の流れ

Page 9: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

クリニカルプロテオミクス 解析技術

2次元電気泳動 + 質量分析計

LC-MS/MS

プロテインチップ + 質量分析計

発現解析(マーカー探索)

相互作用解析

Yeast two hybrid

表面プラズモン共鳴 (SPR)

プロテインチップ + 質量分析計

Page 10: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

プロテインチップシステム

タグやラベリングが不必要 : 生体試料をそのまま解析

高いスループット・少量のサンプル量 : 多条件での探索・多検体比較が可能

バイオインフォマティクスツールの支援 : マルチマーカー解析が可能

低分子ペプチドの解析も可能 : 切断された断片の解析が可能

統一したプラットフォーム : 探索~機能解析・評価Assayまでの効率化

プロテインチップ プロテインチップリーダー

Page 11: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

pl2 86 104 12

kDa200

150

100

50

25

75

125

175

プロテインチップ

2D Gel

*

α-defensins: 3.5 kDa and 8.7 pl

プロテインチップシステム 解析範囲

Page 12: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

サンプル プロテインチップ

インキュベーション (30分)

測定

エネルギー吸収分子(EAM)の添加

チップの洗浄 (5分 x 3回)

脱塩 (MilliQ水でリンス)風乾

プロテインチップ 発現解析手順

Page 13: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

プロテインチップシステムSELDI-TOF-MSによる検出

プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によってチップ表面から「脱離」し、イオン化されて固相から飛行します

イオン化となったタンパク質は飛行時間型(Time Of Flight)質量分析計で検出され、その質量数とイオン強度が測定されます

レーザー

TOF-MS

生出力

Gel View

マップ表示

検知器

Page 14: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

発現解析用チップ:

逆相 陰イオン交換 金属修飾 順相陽イオン交換

プロテインチップの種類

活性化型 抗体 – 抗原 レセプター – リガンド DNA – タンパク質

相互作用解析用チップ:

同定用チップ:

逆相 – マトリクスコート

Page 15: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

細胞抽出液の発現解析- チップの種類によるプロファイルの違い -

5 0 0 0 7 5 0 0 1 0 0 0 0 1 2 5 0 0 1 5 0 0 0

5 0 0 0 7 5 0 0 1 0 0 0 0 1 2 5 0 0 1 5 0 0 0

W C X-2

S A X-2

I M A C 3 - N i

I M A C 3 - C u

H 4

N P 1

0

2 0

4 0

6 0

0

2 0

4 0

6 0

0

2 5

5 0

7 5

0

2 0

4 0

6 0

0

2 0

4 0

6 0

0

1 0

2 0

3 0

陰イオン交換

陽イオン交換

ニッケル修飾

銅イオン修飾

順相

逆相

Page 16: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

プロテインチップによるバイオマーカー探索

Cancer Breast

Prostate

Bladder

Leukemia

Lung

Brain

Liver

Stomach

Pharmaceutical testing Toxicity markers

Clinical Trials: Non-responders

Other Acute renal failure

Acute heart failure

Exposure to airborne toxins

NeuropsychiatricDepression

Schizophrenia

Alzheimer’s disease

Parkinson’s

Huntington’s

Infectious diseases Yersinia pestis

Mycobacterium

Hemophilus influenzae

Pseudomonas

Streptococcus

Botulism

Prions

HIV

Page 17: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

プロテインチップ関連論文 (ターゲット疾患別)

Cancer

Neurological

Infectious

Toxicology

Cardiovascular

Total 233 (2004年3月3日現在)

Page 18: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

プロテインチップの研究例エイズウィルス増殖阻害因子の発見

How was this Breakthrough possible?0

Dr. Ho: “Basically, we came at the old question with a new tool.”

LTNP-5 stimulated

LTNP-5 unstimulated

***3371.9 3442.5 7815.0* 3486.5

Science, Nov.1, 2002 Linqi Zhang, Wenjie Yu, Tian He, Jian Yu, Rebecca E. Caffrey, Enrique A. Dalmasso,

Siyu Fu, Thang Pham, Jianfeng Mei, Jaclyn J. Ho, Wenyong Zhang, Peter Lopez, David D. Ho

Page 19: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

プロテインチップによるマーカー探索

Page 20: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

Control Sample

Disease Sample

評価

Disease

Control

Expression Difference Mapping

Control Sample

Disease Sample

バイオマーカー候補

多サンプルでの評価

確認のアッセイ

1次スクリーニングバイオマーカー探索

精製および同定

バイオマーカーの探索と評価

Page 21: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

オンチップでの精製条件の最適化

ミニスケールの

カラムクロマトグラフィー

オンチップでのカラム選択実験

精製

ペプチドマスフィンガープリンティング (SELDI-MS)

アミノ酸配列決定 (SELDI-Tandem MS)同定

Strong Anion Exchange

Weak Cation Exchange

Reverse Phase

Normal Phase

Immobilized metal affinity capture

P587A B C D E F G H

Binding/Elution Gradient

P587

A B C D E F G HFElution

バイオマーカーの精製・同定

P587A B C D E F G H

オンチップ消化

Page 22: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

サンプル調製:化学的性質を利用した前分画

強陰イオン交換レジン

Fr1 Fr2 Fr3

銅イオン修飾

血清+ Urea/CHAPS/TrisHCl pH 9

pH8

弱陽イオン交換

Fr4 Fr5 Fx6

強陰イオン交換 逆相

(pH7) (pH 4, pH7) (pH 8) (pH7)

CHCA・測定1種

変性処理

プロテインチップ

分画

洗浄条件

エネルギー吸収分子(EAM)・測定

pH9 pH7 pH5 pH3 Organic

SPA・測定2種

Page 23: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

未変性条件下でのホモジナイズ

700 g spin

ミトコンドリア

10000 g spin

細胞質

IMAC3-Cu

H50

WCX2

+

+

陰イオン交換カラム

6 fraction

サンプル調製:細胞内小器官への分画

IMAC3-Cu

H50

WCX2

+

+

陰イオン交換カラム

6 fraction

IMAC3-Cu

H50

WCX2

+

+

陰イオン交換カラム

6 fraction

Page 24: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

day 0

day 3

day7

day 14

day 21

day 28

4000 6000 8000 10000

Rat-1

Rat-2

Rat-3

Rat-4

Rat-5

Rat-6

0

10

20

0

10

20

0

10

20

0

10

0

10

20

0

10

20

7011.8+H

Day 0

Day 3

Day 7

Day 14

Day 21

Day 28

NTS injection

4000 6000 8000 10000

20

ラットNTS誘発腎炎:血清のプロファイリング

金沢医科大学腎臓内科 友杉直久助教授のご厚意に依る

Page 25: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

Normal

Cancer

シングルマーカー解析

Cancer Normal

P = <0.05

Page 26: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

共同研究機関;

癌研究会 癌化学療法センター 分子薬理部矢守 隆夫 先生

癌細胞パネルを用いた大腸癌マーカーの探索

(BBRC 309, 18-25, 2003)

Page 27: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

解析した癌の解析した癌の Cell LinesCell LinesLung(7) , Colon(5), Gastric(6), Breast(5), Ovarian(5), Glioma(6), Renal(2), Melanoma(1), Prostate (2)

プロテインチップおよび実験条件プロテインチップおよび実験条件Strong Anion Exchange (pH8, pH6)Weak Cation Exchange (pH4.5, pH6)Immobilized Metal Affinity Capture-Ni2+ (PBS) Immobilized Metal Affinity Capture-Cu2+ (PBS) Reverse Phase (10%ACN/PBS)Normal Phase (pH7)

(cell lysate sample; 0.1mg/ml, 50μl/spot, duplicate)

解析した分子量範囲解析した分子量範囲MW 1000-5000MW 3000-10000MW 8000-20000

39種の癌培養細胞のタンパク質発現プロファイル比較

Page 28: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

5000 10000 15000 20000

5000 10000 15000 20000

NCI-H23

NCI-H226

NCI-522

NCI-460

A549

DMS273

DMS114

HCC-2998

KM-12

HT-29

HCT-15

HCT-116

St-4

MKN-1

MKN-7

MKN-28

MKN-45

MKN-74

HBC-4

BSY-1

HBC-5

MCF-7

MDA-MB-231

OVCAR-3

OVCAR-4

OVCAR-5

OVCAR-8

SK-OV-3

U251

SF-268

SF-295

SF-539

SNB-75

SNB-78

RXF-631L

ACHN

LOX-IMVI

DU-145

PC-3

05

1015

0246

02.5

57.510

02.5

57.510

02.5

57.5

02.5

57.5

02.5

57.510

05

1015

02.5

57.5

02.5

57.5

02.5

57.5

02.5

57.510

02.5

57.510

0246

05

10

05

1015

05

10

024

02.5

57.5

02.5

57.5

00.25

0.50.75

1

00.5

11.5

00.25

0.50.75

1

05

10

012

05

10

02.5

57.510

024

05

10

02.5

57.5

02.557.510

0246

0246

01234

024

024

00.20.40.6

05

1015

02.5

57.510

Lung cancer

Colon cancer

Gastric cancer

Breast cancer

Ovarian cancer

Glioma

Renal cancerMelanomaProstate cancer

Strong Anion Exchange(pH8)

MW 5000-20000

ヒト癌培養細胞のタンパク質発現プロファイル

Page 29: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

24817.3 m/z 6029.9 m/z

25114.5 m/z 21821.3 m/z

大腸癌マーカー候補

大腸癌 大腸癌

大腸癌 大腸癌

その他の癌 その他の癌

その他の癌 その他の癌

Page 30: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

5000 10000 15000 2000

5000 10000 15000 2000

0

20

40

0

2040

60

大腸癌細胞

肺癌細胞

大腸癌マーカー候補 12027.7m/z

Cancer Cell Lines

Peak

Inte

nsi

ty

12027.7+/- 24.1 m/z

Estimated pI =3.5~4

Only detected nuclear extract

12027.7+/- 24.1 m/z

Estimated pI =3.5~4

Only detected nuclear extract

Page 31: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

10000 12500 15000 17500 20000

10000 12500 15000 17500 20000

KM-12

HT-29

HCT-15

HCT-116

Normal-1

Normal-2

Normal-3

Normal-4

大腸癌細胞

正常大腸粘膜細胞

Peak

Inte

nsi

ty

Cells

大腸癌細胞と正常大腸粘膜細胞における大腸癌マーカー候補12027.7m/z のタンパク質発現レベル比較

Page 32: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

オンチップでの精製条件検討チップの選択 カラムの選択

10000 12500 15000 17500

10000 12500 15000 17500

020

4060

0

20

40

0

20

40

0

2

4

6

Rel

ativ

e pe

ak i

nten

sity

Molecular mass/charge (m/z)

陰イオン交換チップ

陽イオン交換チップ

IMAC3-Ni2+

チップ

順相チップ

Page 33: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

オンチップでの精製条件検討カラムへの結合条件および溶出条件の検討

P587

A B C D E F G H

200 mM

300 mM

0 mM

100 mM

700 mM

1000 mM

400 mM

550 mM

NaCl Elution Gradient

P587

A B C D E F G H

pH 6.5

pH 7.0

pH 5.5

pH 6.0

pH 8.5

pH 9.0

pH 7.5

pH 8.0

pH Binding Gradient

Page 34: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

マーカータンパク質 12027.7m/z の精製

10000 12000 14000 1600

10000 12000 14000 1600

0

10

20

30

0

10

20

30

0

10

20

30

0

10

20

30

Rel

ativ

e pe

ak i

nten

sity

Molecular mass/charge (m/z)

Whole lysate

200 mM NaCl

300 mM NaCl

500 mM NaCl

Cell lysate大腸癌肺癌

Flow Through Eluent

強陰イオン交換スピンカラム

フェニル-スピンカラム

Flow Through Eluent

16% SDS-PAGE

10000 12000 14000 1600

10000 12000 14000 1600

0

5

10

15

0

5

10

15

0

2

4

0

2

4

Rel

ativ

e pe

ak i

nten

sity

Molecular mass/charge (m/z)

Q-column 300 mM NaClelution

Phenyl-column Flow through

1.0 M ammonium sulfate

0.5 M ammonium sulfate

Page 35: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

SELDI

マーカータンパク質 12027.7m/z の同定プロセス

SELDI-MSSELDI-Tadem MS

トリプシン消化(on-chip)

Passive Elution

7500 10000 12500 15000 17500

7500 10000 12500 15000 17500

0

1

2

3

4

4-20% SDS-PAGE(negative stain)

6.5

12.3

20.1

29

36.5

kDa

Purif

ied Fr

actio

n

12027.7 m/z

Marke

rCy

toch

romec

トリプシン消化(in-gel)

Page 36: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

Digested Control

(Lung cancer)

Digested 12kDa (Colon cancer)

マーカータンパク質 12027.7m/z の同定

Single MS analysis

Mascot search result

Prothymosin-α

トリプシン消化 (SELDI-MS)

Tandem MS analysis

1628.7299m/z

V8 プロテアーゼ消化 (SELDI-タンデムマス)

MS-Tag search result

Prothymosin-α26AENGRDAPANGNANEE41

Prothymosin-α

12047 Da (111 a.a)

Theoretical pI =3.5

Prothymosin-α

12047 Da (111 a.a)

Theoretical pI =3.5

Page 37: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

Prothymosin-α26AENGRDAPANGNANEE41

マーカータンパク質 12027.7m/z の同定結果(MS-Tag; V8 Digestion for MSMS analysis)

12047 Da (111 a.a)

Theoretical pI = 3.5

核タンパク質

増殖盛んな細胞で発現(c-mycと関連)

CREB-binding proteinとinteraction

アポトーシス阻害機能

アンチセンスが細胞にアポトーシス誘導

si RNAが紫外線感受性増加

12047 Da (111 a.a)

Theoretical pI = 3.5

核タンパク質

増殖盛んな細胞で発現(c-mycと関連)

CREB-binding proteinとinteraction

アポトーシス阻害機能

アンチセンスが細胞にアポトーシス誘導

si RNAが紫外線感受性増加

Prothymosin-α

Page 38: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

大腸癌マーカー探索に要した時間

スクリーニング(1 day)

同定(0.5 day)

同定(2 day)

精製条件検討(0.5 day)

バリデーション(1 day)

オンチップ酵素消化

(0.5 day)

Page 39: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

マルチマーカー解析の必要性シングルマーカー解析で判別が難しいケース

Candidate Marker for CancerDiagnosis

CANCER NORMAL0

1

2

3

4

5

Sample GroupIn

tens

ity

P = <0.0001

Candidate Biomarker for DrugTreatment

TREATED UNTREATED0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

Inte

nsity

P = <0.0001

Page 40: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

SHH28 - 76041 Da Peak

CT NC CT NC0.00

0.25

0.50

0.75CTNC

Inte

nsity

P-value

(Mann-Whitney)

0.0006

SHW15 - 33735 Da Peak

CT NC CT NC0.0

2.5

5.0

7.5

10.0CTNC

Inte

nsity

P-value

(Mann-Whitney)

0.0148

Marker A Marker B

Pair-wise Comparison SHH28 vs SHH15

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.0

2.5

5.0

7.5

10.0CardiotoxicNon-cardiotox

SHH2876,041 Da

SHH

1533

752

Da

CT

NC

Marker A

Mar

ker

B

2つのマーカーを組み合わせて判別したケース

Page 41: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

マルチマーカー解析

Clinical DxSensitivity

“True Positives”

Clinical DxSpecificity

“True Negatives”

Single Biomarker 65% 35%

Multi-Biomarker Pattern >90% >90%

Peak A Criteria

Peak B Criteria

Peak C Criteria

Cancer CancerNormal Normal

ID the biomarkers, Link to biology of

disease

Page 42: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

マーカー 癌 感度 特異度

PSA 前立腺癌 65% 35%

マルチマーカー 前立腺癌 83% 97%

CA15.3 乳癌 23% 69%

マルチマーカー 乳癌 93% 91%

CA125 卵巣癌 35% 98%

マルチマーカー 卵巣癌 100% 95%

シングルマーカー vs マルチマーカー解析

Page 43: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

早期卵巣がん診断にむけた

新規マルチマーカーパネル

JHU: Zhen Zhang, Ph.D., Jinong Li, Ph.D., Lori J. Sokoll, Ph.D., Alex J. Rai, Ph.D., Jason M. Rosenzweig,

Bonnie Cameron, Daniel W. Chan, Ph.D.

MD Anderson: Robert C. Bast Jr., M.D., Yinhua Yu, M.D.

Duke: Andrew Berchuck, M.D.

Royal Hospital for Women (Sydney): Carolien van Haaften-Day, Ph.D., Neville F. Hacker, M.D.

Groningen University Hospital: Henk W. A. de Bruijn, Ph.D., Ate G. J. van der Zee, M.D.

Bart's and The London, Queen Mary School of Medicine, London University: Ian J. Jacobs, M.D.

Ciphergen: Xiao-Ying Meng, M.Sc., Eric T. Fung, M.D., Ph.D.

Page 44: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

バイオマーカー探索のための実験計画Site 1 (100) Benign (50)

Control (30)

Benign (90)

Control (49)

Stage III/IV (2)

Stage I/II (35)

Benign (26)

Control 63

Stage III/IV (103)

Stage I/II (20)

Stage I/II (35)

Ca (41)

Other Ca 2 (20)

Control (41)

Other Ca 1 (20)

Other Ca 3 (20)

IndependentValidation

CrossComparison

CandidateMarkers

Site 2 (176)

Site 3 (164)

Site 4 (63)

Site 5 (142)

MultivariateModels

Protein ID

Independent Validation by Immunoassay

Results:• Descriptive statistics• Two-group t-tests• Performance• ROC curve analysis

MultivariateModel

Derivation

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1ROC curve, area=0.94327, std = 0.094973, alpha= 2.791, beta= 0.47154

1 - Specificity

Sen

sitiv

ity

Discovery 1

Discovery 2

Page 45: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

バイオマーカーのパフォーマンススクリーニング&バリデーションセット

ComparisonAll epithelial

ovarian cancer

Stage I/II invasive ovarian cancer

CA125, Validation set .00001 <.00001

Marker 3, Discovery set <.00001 .059178

Marker 1, Discovery set <.00001 <.00001

Marker 1, Validation set <.00001 <.00001

Marker 2, Discovery set .00002 .00004

Marker 2, Validation set <.00001 <.00001

CA125, Discovery set <.00001 <.00001

<.00001 .079999Marker 3, Validation set

P value estimated for two-group T test between healthy controls and ovarian cancer patient population

Page 46: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

マーカー間の相関

CA125 Marker 1 Marker 2

CA125 1

Marker 1 -0.26 1

Marker 2 -.015 .32 1

Marker 3 .05 -0.42 -.07

マーカー間の相関は低い

Page 47: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

CA125 ROC curve, area=0.76961, std = 0.054821, alpha= 0.77877, beta= 0.54417

1 - Specificity

Sen

siti

vity

Model w/ CA125 ROC curve, area=0.88526, std = 0.037679, alpha= 1.3798, beta= 0.69345

Model w/o CA125 ROC curve, area=0.9195, std = 0.032696, alpha= 1.6276, beta= 0.57471

Page 48: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

マーカーの精製・同定

スピンカラムで精製

フラクションはプロテインチップでモニタリング

プロテアーゼ消化

データベースを用いてペプチドマスフィンガープリンティングにより同定

タンデムマスによる同定

3つのマーカー候補の同定結果

Transthyretin (truncated form)

Apolipoprotein A1

Cleavage fragment of inter alpha trypsin inhibitor heavy chain subunit 4 (ITIH4)

Page 49: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

Putative cleavage fragments of ITIH4

...VAEKPME GESRNRNVHS GSTFFKYYLQ GAKIPKPEAS FSPRRGWNRQ AGAAGSRMNF

RPGVLSSRQL GLPGPPDVPD HAAYHPFRRL AILPASAPPA TSNPDPAVSR VMNMKIE...

PK cleavage, expt’alPK cleavage, proposed

Homologous region*

*hK2 cleaves hK3 (PSA) at the C-terminus of the SR dipeptide

Page 50: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

Identification of biomarkers for ovarian cancer using SAX ProteinChip Arrays:

Potential use in diagnosis and prognosis(UCLA)

Kozak KR, Amneus MW, Pusey SM, Su F, Luong MN, Luong, SA, Reddy ST and Farias-Eisner R

PNAS, Vol. 100, PP 12343-12348, 2003

Page 51: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

Similarity of Markers found in this Study vs Ciphergen-JHU Study

Among several proteins that were found to be differentially expressed

28.0kDa protein was down-regulated

12.9kDa proteins were down-regulated

A biomarker panel consisting of 3 biomarkers was identified

28.0 kDa protein was down regulated and was identified

12.9 kDa protein was down-regulated and was identified

UCLA Study CBI-JHU Study

Page 52: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

プロテインチップによる相互作用解析

Page 53: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

相互作用解析の主な応用範囲

抗原-抗体

レセプター-リガンド、タンパク-タンパク

DNA-たんぱく質 など

Kineaseアッセイ など

バイオマーカーへの結合タンパク質の探索

複合体解析 など

Endopoint Assays

Mechanistic Assays

Secondary Interaction Discovery

IDM+Identification

Page 54: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

相互作用解析

Specific captureSpecific capture

analyze

SELDI analysisSELDI analysis

Molecular mass (M/z)4000 6000 8000 10000

5

10

15

0

capture

elutecapture Profile

Page 55: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

2000 3000 4000

1828

.1+

H 1

-15

1955

.9+

H 1

-16

2068

.2+

H 1

-17

2165

.7+

H 1

-18

2314

.5+

H 1

-19

2460

.3+

H 1

-20

3673

.7+

H 1

-33

4074

.4+

H 1

-37

4131

.1+

H 1

-38

4230

.9+

H 1

-39

4329

.4+

H 1

-40

4514

.1+

H 1

-42

Molecular mass (M/z)

C-Terminal Truncation

N-ter C-ter

β-アミロイド切断フラグメントの検出

Page 56: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

ビーズによるイムノキャプチャーとプロテインチップによる解析

12000 14000 16000

Rabbit antibody

0

25

50

75

20000 40000 60000 80000 100000

Rabbit antibody

0

2

4

12000 14000 16000

Antibody to Marker

0

25

50

75

20000 40000 60000 80000 100000

Antibody to Marker

0

2

4

6

6

Truncated form

Full length and modified full length forms

Dimer TetramerTrimer

Albumin(from Ab prep)

Interacting protein 1

Interacting protein 2

Page 57: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって

プロテインチップ バイオマーカー探索アプローチ

Expression Difference MappingTM

(タンパク質発現解析)シングルマーカー解析マルチマーカー解析

Retentate Chromatography-MS (RC-MS)TMを利用した精製アプローチ

チップ+マイクロスケール精製オンチップ精製

SELDI-MSによるタンパク質同定SELDI-MS (ペプチドマッピング)SELDI-MSMS (アミノ酸配列解析)

Interaction Discovery MappingTM

(タンパク質相互作用解析)相互解析用プロテインチップ相互解析用ビーズ

バイオマーカーアッセイExpression Difference MappingTM

Interaction Discovery MappingTM

Page 58: プロテインチップシステムによる クリニカルプロテオミクス...プロテインチップシステム SELDI-TOF-MSによる検出 プロテインチップで捕捉されたタンパク質はパルスレーザの照射によって