NMR、MSおよびSPRを利用したタンパク質-リガンド解析

Surface plasmon resonance (SPR) analysis is an optical detection method that is used to study ligand binding interactions with membrane proteins, the main targets in drug research and development.

The technique offers significant benefits when measuring affinity and kinetics in the analysis of biomolecular interactions. Since SPR only enables analysis of binding processes, technologies have been developed that combine SPR with mass spectrometry (MS) and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy so that bound molecules can also be examined.

At Saitama University in Sakura, Japan, Deepti Diwan and colleagues from the Division of Material Science have used nuclear magnetic resonance (NMR), MS and SPR to investigate the effect of multivalent binding on the specificity of protein-saccharide interactions. Several instruments supplied by Bruker were used for the study, including the AV400 + Cryo spectrometer, the AVANCE 500 spectrometer and the autoflex III spectrometer. The latter enables matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectra (MALDI-TOF-MS) analysis, which is used when biomolecules of interest are fragile and prone to fragmentation with alternative ionization techniques.

表面プラズモン共鳴（SPR）分析は、医薬品研究開発の主要ターゲットである膜タンパク質へのリガンド結合の相互作用を研究に用いる最適な検出法です。

この方法は、生体分子の相互作用の解析におけるアフィニティおよびキネティクスを測定する際に非常に有用となります。SPRで解析できるのは結合プロセスのみであることから、結合した分子も解析できるようにSPRと質量分析（MS）および核磁気共鳴（NMR）法を組み合わせたテクノロジーが開発されました。

SPR検出によりリアルタイム結合プロファイルを得ることによって、研究チームは、合成糖質ポリマーとマンノース／グルコース結合タンパク質コンカナバリンA（Con A）の相互作用を研究しました。Con A-糖質ポリマー相互作用を評価するために、カルボキシメチルデキストラン・コーティング（CM5）センサーチップのセンサー表面にレクチンを固定化し、ポリマー8aおよび8bをアナライトとして用いました。

その結果、糖質ポリマーの濃度の上昇に伴ってCon A隔離が増強されました。合成したポリマーへのカイネティック・アフィニティから、レクチンによる強力かつ特異的な分子認識能力が明らかになりました。

詳細な解析の結果、マンノース残基が、Con Aクラスター形成の結合化学量論、結合速度、強度および安定性に関する様々な相互作用促進の主要な寄与因子であることが示唆されました。

「我々は、この合成骨格が、多価リガンドの構造およびレクチン-グリカン相互作用の特異的機能に関する結合エピトープの密度を解明するための新たな手段となると期待しています」と研究チームは記しています。

参考文献

Dian D, et al. Synthetic Assembly of Mannose Moieties Using Polymer Chemistry and the Biological Evaluation of Its Interaction towards Concanavalin A. Molecules 2017;22(1), 157; doi:10.3390/molecules22010157