プロテオーム解析とは？解説します！

1.プロテオームとは

プロテオーム (proteome) とはprotein (タンパク質) とome (すべての) を組み合わせた造語で、細胞や組織、生物が発現している、または発現する可能性のあるすべてのタンパク質を指します。

ヒトは約2万の遺伝子を持っていると言われていますが、タンパク質は約10万以上あると言われています。タンパク質研究はゲノム研究以上の情報が得られる可能性があり、生体内作用を理解する上で非常に重要です。

2.プロテオーム解析 (プロテオミクス) とは

プロテオーム解析 (Proteomic analysis) またはプロテオミクス (Proteomics) はプロテオームを網羅的に解析することを指します。

プロテオーム解析では、一般的にサンプル中のタンパク質の発現量や発現場所、修飾の状態、タンパク質同士の相互作用などを調べます。これらの様々な情報を網羅的に解析することで生体内作用にタンパク質がどのように関わりあっているかを解明します。

3.プロテオーム解析の流れ

プロテオーム解析はサンプル (試料) 作成、タンパク質の抽出、タンパク質の分離・同定の順で行います。

サンプル (試料) の作成はプロテオーム解析に限らず、in vitroやin vivo研究を行う際に必要となる過程です。例えば、栄養学の分野では、ある食品の影響によるタンパク質の発現変化を観測するため、腸管由来細胞に食品成分を添加するといった例が挙げられます。

タンパク質の抽出では、サンプル中に含まれるDNAや脂質を除去し、タンパク質のみを取り出します。その後、抽出された多種類のタンパク質に対して分離・同定が行われます。従来では、二次元電気泳動によって様々なタンパク質を分離し、精製されたタンパク質またはプロテアーゼ処理で得られたペプチド断片を質量分析法 (MS) で測定し、サンプル中のタンパク質が同定されます。近年では、タンパク質を抽出後すぐプロテアーゼで分解し、得られたペプチドを液体クロマトグラフィー (LC) で分離した後、タンデム質量分析計 (MS/MS) でアミノ酸配列を特定し、タンパク質を同定する方法が開発されました。

4.プロテオーム解析の手法

ここでは、タンパク質の分離・同定でよく使われているテクニックとして、二次元電気泳動とLC-MS/MSについて詳しく解説します。

5.まとめ

現在、プロテオーム解析では、多種多様な解析方法が開発・応用され、敷居はより低くなっていると言えます。「ショットガン法」の中で主流となっている「データ依存的解析法 (DDA)」によるノンターゲットプロテオーム解析において、ヒトなどの複雑なプロテオームについては解析前に分画を実施するなどの工夫で数千から1万程度のタンパク質の同定が可能です。しかし、DDA法は低発現タンパク質の検出や定量再現性に課題があったため、近年「データ非依存的解析法 (DIA)」法によるターゲットプロテオーム解析が普及しつつあります。DDA法では存在量の多いタンパク質から順に同定しますが、DIA法では存在量に関係なく、全てのMS/MSスペクトルを取得し、事前に構築したスデータベースと照合することでよりも⾼感度で正確なプロテオーム解析を実現できます。日進月歩の技術進化に伴い、現在ヒト細胞を対象とした解析では、少なくとも5千以上のタンパク質を一度で評価可能となっています。

特定の生体反応において、発現しているタンパク質群を解析できることはよりマクロな視点で作用機序を観察できる可能性を持っています。今後の技術の更なる発展により、食品開発の現場では、まだ機能性の検討もついていない素材などが生体にどのような影響を及ぼすのかを調査する上でさらに強力な手法となると期待しています。

6.オルトメディコのニュートリゲノミクスサービス

オルトメディコでは早稲田大学 人間科学学術院 原太一 教授のご協力のもと、プロテオーム解析を含め、様々な解析サービスをご提供しています。ニュートリゲノミクスサービスでは、食品素材を特定の細胞に添加したときの変化を解析し、食品素材の機能性を検討します。食品素材をご提供いただくだけで、素材の前処理や条件検討から、データの分析と解釈まですべてサポートいたします。