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JP3316816B2 - イオンチャンネル通門の競合阻害によるアナライト検出 - Google Patents

イオンチャンネル通門の競合阻害によるアナライト検出

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JP3316816B2 JP51259494A JP51259494A JP3316816B2 JP 3316816 B2 JP3316816 B2 JP 3316816B2 JP 51259494 A JP51259494 A JP 51259494A JP 51259494 A JP51259494 A JP 51259494A JP 3316816 B2 JP3316816 B2 JP 3316816B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はその伝導性(condactance)が通門され(be
gated)ることができるイオノフォアを含む(incorpora
ting)膜に関するものである。
伝導性が通門されるイオノフォアを含む膜の概念、そ
のような膜のバイオセンサーにおける用途は、国際特許
出願WO89/01159号、WO90/08783号、PCT/AU89/00352号、
PCT/AU92/00132号およびPCT/AU93/00509号に開示されて
いる。これらの文献の各々の開示は、ここに参考として
含まれる。
国際出願WO90/08783号においてなされ開示された研究
の間、本発明者によりなされた観察から本発明は生まれ
たものである。この先の出願では、ビオチン化された
(biotinylated)グラミシジンイオンチャンネルの脂質
膜中の伝導性(conduction)が、グラミシジンに付着し
たビチオンによるストレプタビジン(streptavidin)の
結合により著しく減少すること、およびこの系において
伝導性を変化させることは、膜イオンチャンネルに結合
したストレプタビジンの量に直接関係することが示され
た。この観察から本発明者は、イオノフォアを含む膜を
用いるアナライト検出のための一般的なメカニズムを開
発した。
従って、第1の態様において、本発明は、アナライト
(analyte)の検出に使用される膜であって、その膜
は、自己集合(self−assembling)両親媒性分子が密に
詰められた配列、複数のイオノフォア、膜表面に隣接し
たイオノフォア末端に付着した第1と第2のリガンドを
含むものであり、第1のリガンドのその結合相手との結
合が、イオノフォアを介して膜を越えるイオン流動を阻
害すること、および第2のリガンドのその結合相手との
結合が、第1のリガンドのその結合相手との結合を阻害
することを特徴とするものである。
本発明の好適な実施態様において、第1のリガンドは
ビチオンで、その結合相手はストレプタビジンである。
本発明のさらに好適な実施態様において、イオノフォ
アはグラミシジンまたはグラミシジンアナログである。
典型的に、第2のリガンドは、膜が検出のために用い
られるアナライトである。しかしながら、第2のリガン
ドはイオノフォアからイオノフォアまで変化できること
は可能である。このようにして膜は、1より多いアナラ
イトの存在を検出するために用いられることができるで
あろう。
本発明の特性がより明確に理解されるように、本発明
の膜の作用を、通門メカニズムの作用の以下の図式的説
明を参照して記載する。
図1は、チャンネル(10)のC末端に付着した2つの
リガンド(12と14)を有する修飾されたグラミシジンイ
オンチャンネル(10)を示す。1つのリガンド(12)は
ビオチンで、グラミシジン(10)伝導性を減少させるよ
うにストレプタビジン(16)に結合することができる。
第2のリガンド(14)は、ビオチンリガンド(12)に接
近して(in close proximity)連結しているが、これは
所望のアナライト、アナライトのエピトープ部分、上記
いずれかの構造的アナログまたはアナライトに対する抗
体と競合的に結合が可能ないかなるリガンドでもよい。
第2のリガンド(14)に結合する種が全く存在しないと
き、ストレプタビジン(16)のビオチンリガンド(12)
への結合は、チャンネル(10)通門をもたらす。
図2は、抗アナライト抗体(18)の上記系への添加効
果を示している。抗体(18)の第2のリガンド(14)へ
の付着は、それ自体はチャンネル(10)の伝導性に影響
をもたらさないが、ストレプタビジン(16)のビオチン
リガンド(12)への結合を立体的に(sterically)阻害
する。したがって結合した抗体(18)を有するチャンネ
ル(10)は全て、通門され得ない。
アナライト濃度を測定するこの系の用途は図3に示
す。試料溶液中に遊離アナライト(20)が存在すると
き、抗アナライト抗体(18)抗原結合部位は、溶液アナ
ライト(20)により、アナライト濃度に比例して、占め
られるであろう。これらの抗体(18)は、イオンチャン
ネル(10)上の第2のリガンド(14)に結合するのを阻
害され、試料溶液中に存在するアナライト(20)の量に
比例して、イオンチャンネル(10)分画は、ストレプタ
ビジン(16)による通門が可能とされるであろう。した
がって、チャンネル(10)通門の大きさ(amplitude)
はアナライト(20)濃度を反映するであろう。
本発明の特性がより明確に理解されるように、その好
適な態様を、以下の実施例を参照して記載する。
実施例 グラミシジン N−ε−(2,4−ジニトロフェニル)−
N−α−(N−ビオチニル)−6−アミノ−カプロイ
ル)リジン エステル(GaKDXB)の調製 グラミシジンD(Sigma,105mg)、N−α−BOC−N−
ε−ベンジルオキシカルボニルリジン(207mg)、ジシ
クロヘキシルカルボジイミド(127mg)および4−(N,N
−ジメチルアミノ)ピリジン(11mg)の、乾燥ジクロロ
メタン(30ml)中の混合物を、還流下で2時間加熱し、
ついで室温において一晩攪拌した。混合物はついでろ過
し、乾燥するまで蒸発させ、シリカゲルカラム上のクロ
マトグラフにかけ、ジクロロメタン/メタノール/水/
酢酸(400:50:4:1)で溶出しその後(400:60:6)で溶出
した。エールリッヒ試薬活性分画を合わせて、乾燥する
まで蒸発させた。残渣をジクロロメタン(5ml)、メタ
ノール(5ml)、水(0.1ml)、および酢酸(0.1ml)の
混合物中に溶解し、木炭(100mg)上10%パラジウムを
用いて水素雰囲気下で3日間攪拌した。混合物はろ過
し、乾燥するまで蒸発させ、シリカゲルカラム上のクロ
マトグラフにかけ、ジクロロメタン/メタノール/水
(400:50:4)で溶出しその後(400:60:6)で溶出し、グ
ラミシジン N−α−BOC−リジン エステル(78mg)
の、極性のあるエールリッヒ試薬反応性分画を得た。
ジクロロメタン(4ml)とメタノール(2ml)混合物中
のグラミシジン N−α−BOCリジン エステル(78m
g)の溶液は、2,4−ジニトロフルオロベンゼン(50μ
l)で処理した。混合物は2時間攪拌し、ついで乾燥す
るまで蒸発させた。残渣はシリカゲル上のクロマトグラ
フにかけメタノール/ジクロロメタン(5:95、150ml)
で溶出し、そこからジクロロメタン/メタノール/水
(400/40/4)、(200ml)で溶出し、ジクロロメタン/
メタノール/水により最初に溶出される黄色の分画(20
0ml)を合わせ、乾燥するまで蒸発させて、グラミシジ
ン N−α−BOC−N−ε−2,4−ジニトロフェニルリジ
ン エステル(34mg)を得た。
グラミシジン N−α−BOC−N−ε−2,4−ジニトロ
フェニルリジン エステル(18mg)の溶液は、トリフル
オロ酢酸(3ml)中に溶解させ、3分間攪拌し、ついで
溶液を乾燥するまで蒸発させた。残渣はトルエン(5m
l)で層とし(layered)乾燥するまで蒸発させた(工程
を3回繰り返した)。残渣はジクロロメタン(4ml)と
メタノール(2ml)の混合物中に取り上げ(taken u
p)、混合物はトリエチルアミンでpH9に調整した。つい
でN−ビオチニル−6−アミノカプロン酸N−ヒドロキ
シコハク酸イミドエステル(10mg)を溶液に添加し、混
合物を室温にて一晩攪拌した。ついで混合物は乾燥する
まで蒸発させ、ついでシリカゲル上のクロマトグラフに
かけジクロロメタン/メタノール(95:5、150ml)で溶
出し、ついでジクロロメタン/メタノール/水(400:4
0:4、200ml)で溶出した。ジクロロメタン/メタノール
/水溶媒混合物で溶出された最初の3つの(黄色)分画
を合わせ、乾燥するまで蒸発させて、グラミシジン N
−ε−2,4−ジニトロフェニル−N−α−(N−ビオチ
ニル−6−アミノ−カプロイル)リジン エステルの黄
色粉末(34mg)を得た。
膜の構築 ガラス基材上の蒸発させたばかりの(freshly evapor
ated)金電極の上に、開放端円筒状テフロンスリーブ
(sleeve)(直径4mm、高さ10mm)を置いた。テフロン
スリーブは金属の締め金で固定し、ガラス−テフロン界
面をしっかり封止した。モノオレイン酸グリセロール
(140mM)、貯蔵(reservoir)リピドA(23−(20′−
オキソ−19′−オキサエイコサ−(Z)−9′−エン)
−70−フェニル−20,25,28,42,45−ペンタオキソ−24−
アザ−19,29,32,35,38,41,46,47,52,55−デカオキサ−5
8,59−ジチアヘキサコンタ(dithiahexaconta)−
(Z)−9−エン、詳しくはPCT/AU93/00509に記載され
ている)(140μM)およびグラミシジンB(図5に示
され、より詳しくはPCT/AU93/00509に記載されている)
(1.4μM)の、テトラデカンとエタノール(1:9)の混
合物(2μl)中の溶液を、テフロンウェルアセンブリ
中に入れ、その後直ちに塩化ナトリウム溶液(0.1M,100
μl)を入れた。ついでアセンブリは一晩静置させた。
ついで水溶液をシュリンゲにより除去し、ウェルは水
(100μl)で洗浄し、ついでエタノール(3×100μ
l)で洗浄した。アセンブリは乾燥させ、ついでテトラ
デカンとエタノール混合物(1:9、5μl)中の、モノ
オレイン酸グリセロール)140mM)とグラミシジン N
−ε−2,4−ジニトロフェニル−N−α−(N−ビオチ
ニル−6−アミノ−カプロイル)リジン エステル(14
μM)溶液を添加した。直ちに塩化ナトリウム(0.1M,1
00μl)をウェルに添加し、ウェルはついで5×100μ
l量の0.1M塩化ナトリウムでパージした。膜アセンブリ
はついで100μl量の0.1M塩化ナトリウム下で一晩静置
させた。
2,4−ジニトロアニリンのアッセイ ウサギ抗ジニトロフェニル(DNP)抗体の市販の調製
物(Dakopatt、7mg/ml全抗血清)を0.1M塩化ナトリウム
溶液中に1:10に希釈した。ついで90μlの抗DNP抗体の
1:10希釈液と、HClでpH4.5の酸性としておいた10μlの
2,4ジニトロアニリンの水溶液を含む試料シリーズを調
製した。2,4−ジニトロアニリンの溶液中の最終的な濃
度は、2連の溶液で(in twofold serial dilutions)2
5μMから1μMの範囲であった。溶液は一晩静置させ
た。
2,4−ジニトロアニリンの各濃度について3セットの
センサー膜、これは上述のごとく調製されたACインピー
ダンス分光計でモニターされるものであるが、これを2,
4−ジニトロアニリン−抗DNP抗体溶液(5μl)で処理
した。10分後、ストレプタビジン溶液(0.5mg/ml、2μ
l)を添加した。ストレプタビジンに反応して最大のイ
ンピーダンスを与える頻度において、直前とストレプタ
ビジン添加5分後とのACインピーダンス値の比は、膜に
添加した最初の試料中に存在した2,4−ジニトロアニリ
ンの量に比例した(図4)。
同時継続国際特許出願PCT/AU93/00509には、膜二重層
(membrane bilayers)の調製においてテトラデカンの
排除が有利であるかもしれないことが開示されている。
しかしながらこの点で、本システムにおいてテトラデカ
ンの膜溶液からの排除が有利であるかどうかは明白では
ない。
当業者によって容易に理解されるように、第1および
第2のリガンドは、当該分野で知られる多くの結合性分
子のいかなるものであってよい。しかしながら、その結
合相手と結合する第2のリガンドが存在しなくても、第
1のリガンドがその結合相手に結合するのを阻害するほ
ど第2のリガンドは大きくないという要件が存在する。
もちろんそのような条件において、イオンチャンネルの
意味ある通門はおこらない。
上述したように、本発明の通門メカニズムは、ストレ
プタビジン−ビオチン化グラミシジン通門の阻害に制限
されるものではない。立体的に干渉され(be interfere
d)得るいかなる通門プロセスもこのアプローチに従う
であろう。例えば、グラミシジンイオンチャンネルの通
門は、第1のリガンドを介する隣接するグラミシジンイ
オンチャンネルの架橋により達成されることが予想され
よう。この例において、第1のリガンドは、酸化条件下
で、隣接するグラミシジン残基上の対応するグループと
架橋し、それによりグラミシジンイオンチャンネルを介
して膜を越えるイオンを阻害するグループを含むことが
できよう。ついで第2のリガンドのその結合相手との結
合が、架橋と同時に生ずる通門を阻害し、さらに、上記
ビオチン−ストレプタビジンの例からの類推から、他の
一般的な検出スキームを提供できるであろう。
特定の実施態様で示された発明に対し、広く記載され
た発明の思想または範囲から離れることなく、数多くの
変更および/または修正がなされ得ることは当業者によ
り認識されるであろう。本実施態様は、したがって、あ
らゆる意味において単なる例示であり、制限的ではない
と考慮されるべきものである。
フロントページの続き (72)発明者 キング,ライオネル ジョージ オーストラリア国 2113 ニュー サウ ス ウェールズ ノース ライド ビー トライス ストリート 27 (56)参考文献 特表 平4−504714(JP,A) 特表 平3−503209(JP,A) 特表 平4−500124(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 33/53 - 33/579 G01N 27/333

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アナライトの検出に使用される膜であっ
    て、自己集合両親媒性分子が密に詰められた配列、複数
    のイオノフォア、および膜表面に隣接したイオノフォア
    末端に付着した第1と第2のリガンドを含むものであ
    り、第1のリガンドのその結合相手との結合がイオノフ
    ォアを介して膜を越えるイオン流動を阻害すること、お
    よび第2のリガンドのその結合相手との結合が第1のリ
    ガンドのその結合相手との結合を阻害することを特徴と
    する上記膜。
  2. 【請求項2】上記第1のリガンドがビオチンである請求
    の範囲第1項に記載の膜。
  3. 【請求項3】上記イオノフォアがグラミシジンまたはグ
    ラミシジンアナログである請求の範囲第1項または第2
    項に記載の膜。
JP51259494A 1992-12-03 1993-12-02 イオンチャンネル通門の競合阻害によるアナライト検出 Expired - Fee Related JP3316816B2 (ja)

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EP0672251A4 (en) 1998-05-20
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