オキオIPAC 2タンパク質凝集体計数分析器

タンパク質はどのように構成されていますか。

タンパク質はアミノ酸を基本単位として構成される生体高分子である。タンパク質分子上のアミノ酸の配列とそれによって形成される立体構造はタンパク質構造の多様性を構成する。タンパク質は1級、2級、3級、4級の構造を持ち、タンパク質分子の構造がその機能を決定する。

1次構造：蛋白質ポリペプチド鎖中のアミノ酸の配列順序、及びジスルフィド結合の位置。

二次構造：蛋白質分子局領域内で、ポリペプチド鎖が一定の方向に沿って巻き取られ、折り畳まれる方式。

三次構造：タンパク質の二次構造に基づいて、様々な二次結合を用いて特定の球状分子構造に折り畳まれた空間立体配座。

四級構造：ポリサブユニットタンパク質分子中のそれぞれの三級構造を有するポリペプチド鎖は、形成されたタンパク質の三次元構造を適切な方法で重合する。

タンパク質のアミノ酸配列は、対応する遺伝子によってコードされる。遺伝的暗号によってコードされる20種類の「標準」アミノ酸に加えて、タンパク質の中には、いくつかのアミノ酸残基が翻訳されて修飾されて化学構造の変化が起こり、タンパク質を活性化または制御することができる。しかし、蛋白質間に非特異的な結合が発生すると、蛋白質が活性を失うだけでなく、包含体が形成されやすくなり、蛋白遺伝子工学のコストが増加する。凝集体の構造としては、アミロイド繊維構造及び包含体構造が挙げられる。

生物医学工学においてなぜタンパク質凝集体を研究し、観測しなければならないのか。

蛋白質凝集はすでに薬物と生物学分野における研究の焦点となっており、その中で蛋白質は非天然立体配座で存在し、β−折り畳み量の増加もしばしば伴う。アルツハイマー病とII型糖尿病はいずれも蛋白質凝集に関連している。蛋白質凝集体の研究は体内分子病の形成を理解するのに役立つ。

タンパク質と薬物のポストゲノム時代において、タンパク質結晶を探す最適化条件は、結晶成長作業者の目標であった。核形成前の溶液中のタンパク質によって形成される凝集体の状態（凝集体の大きさ、形態、さらには立体構造などを含む）の変化は核形成の状況に直接影響する。したがって、無秩序凝集体状態の変化に関する研究は、秩序凝集体の出現条件を分析し、蛋白質結晶成長の適切な条件を提供するのに役立つ。

清華大学生命科学学院生物膜と膜生物工学国家重点実験室は「多角レーザー光散乱ゲルクロマトグラフィーシステム」を購入し、生物サンプル溶液の形態分析、蛋白質とその凝集体の分子量と分布測定、蛋白質均一性、安定性分析及びその結晶状態と条件のスクリーニングに用い、蛋白質凝集体が膜汚染過程に与える影響を研究した。

蛋白質凝集は蛋白質を基礎として開発された薬物に深刻な影響を与える。医薬製剤において、タンパク質は生物活性及び免疫原性の面で凝集して薬効に影響する。タンパク質凝集は、細胞培養、精製、生産、貯蔵、輸送などの生産プロセスの各段階で発生する。製薬工業は、タンパク質凝集に影響する因子を検出、追跡、定量分析するためのバイオプロセスにおいて新しい方法を見つけることを望んでいる。近年凍結乾燥安定形態で存在する蛋白質凝集体を標準品として、蛋白質凝集を定量的に測定することができ、酵素標準器だけで実験できる新規なProteoStatを加えることができる® protein aggregation assay，タンパク質検出方法を最適化することができる。

科学者は現在、筋側索硬化（ALS）、アルツハイマー病、狂牛病などを含む神経変性疾患の重要な指標として、なぜ不正確なタンパク質形態と凝集塊化現象があるのかを特定していない。11月1日付の雑誌Molecular Cellに掲載された研究報告書によると、エール大学の研究者は細菌の中で病気の発症過程を研究することで、不適切な形のタンパク質の凝集体の形成過程を明らかにした。タンパク質はDNAコードによって制御され、リボソームの組み立ての下で細胞中で形成されるが、タンパク質が正しく組み立てられない場合があり、これらの誤って折り畳まれたタンパク質は凝集する傾向にある。誤って折りたたまれたタンパク質の凝集現象は、アルツハイマー病患者の脳で特に顕著に現れている。エールの研究チームは、抗生物質ストレプトマイシンが大腸菌タンパク質の凝集を誘発することを明らかにした。大規模なタンパク質グループ学及び遺伝学的スクリーニング技術を用いて、研究者はタンパク質の凝集現象を分析し、大腸菌が抗生物質に耐性を持つことができる細菌タンパク質をスクリーニングした。zui最終研究者は細菌の中の特殊なタンパク質が過酸化水素の圧力から細菌をどのように保護するか、及びこのタンパク質がストレプトマイシンによる刺激によるタンパク質の凝集をどのように弱めるかを発見した。

タンパク質中の凝集体の直接可視化、寸法測定、計数：タンパク質凝集状態の検出は生物医薬製品の安定性と効果を理解する上で極めて重要である。タンパク質凝集体がある場合、製品の品質の生物活性と原免疫性の両方に大きな影響を与える。多くの凝集体が生体試料に遭遇すると、サイズと特性に応じて配列される（例えば、可溶性と不溶性、共有結合と非共有結合、または可逆性と非可逆性）。タンパク質凝集体は、小型のオリゴマー（ナノメートルスケール）から100万のモノマー単位を含む不溶性ミクロンスケールの凝集体まで広範囲にわたっている。

製造プロセス（細胞培養、精製、形成）、貯蔵、分配、および製品処理プロセスのいずれかのステップでタンパク質凝集体を生成することができる。これは、撹拌、暴露されたpH、温度、イオン強度、またはガス−液界面などの様々な圧力に起因する可能性があります。高タンパク質含有量（モノクローナル抗体形成の場合のような）の場合、凝集体がさらに増加する可能性がある。そのため、開発、

製造および薬物の後続貯蔵および記述の両方の生成物は、凝集体を注意深く記述し、制御しなければならない。同様に、凝集体の状態を監視し、生産プロセスを修正または最適化することによって実現することができる。

現在、FC-200 S-IPACは青色光をベースとした画像法サブミクロン粒子追跡分析システムを提供しており、単一のナノスケール粒子（例えばタンパク質凝集物）を直接液相中でリアルタイムに観測し、それをカウントし、高解像度の粒度分布図を得ることができる。この技術は高速で信頼性があり、コストが走査電子顕微鏡よりはるかに低いという特徴があり、これらの特徴は現存するナノ粒子分析方法（例えばDLS（動的光散乱は光子相関分光PCSとも呼ばれ、）または電子顕微鏡（EM））の優れた代替または補充になる