理学研究院
川井 隆之 准教授
がんの早期診断などへの応用が期待
ポイント
・細胞の「顔」である糖鎖は診断や治療の指標として非常に重要
・新たに開発した二次元分離技術により、微量糖鎖の網羅的な分析を実現
・細胞数が少なく検出が難しいがんの早期診断などへの応用が期待
概要
タンパク質のアスパラギン残基に結合する「N結合糖鎖(※1) 」は重要な翻訳後修飾の一つであり、いわば細胞の「顔」として機能しています。例えば、血液型も細胞表面の糖鎖構造によって決まっています。この糖鎖の種類や量は細胞の状態によって大きく変化するため、診断や治療の標的分子としての利用が期待されています。しかし、早期のがんなどでは細胞数が少ないため、限られた試料に含まれる糖鎖を高感度かつ網羅的に検出する技術が必要です。
既存のN結合糖鎖分析技術として、液体クロマトグラフィー（LC）(※2)、キャピラリー電気泳動（CE）(※3)、質量分析などが挙げられますが、いずれも分離度や感度のどこかに欠点があり、多種類の糖鎖を完全に分離して高感度に検出することは困難でした。
そこで九州大学 大学院理学研究院の川井隆之准教授、松森信明教授、鳥飼浩平助教、劉晨晨助教、三木太陽大学院生（当時）と近畿大学薬学部の山本佐知雄准教授、木下充弘教授らの共同研究グループは、LCとCEという2つの分析法を組み合わせて欠点を補い合った二次元糖鎖分離法を新開発しました。この方法により、今までメジャーな糖鎖の影に隠れて検出できなかったマイナーな微量糖鎖を分離して検出できるようになりました。検出下限は12 pM (pM = 10-12 mol/L) であり、これは角砂糖1個半 (約5 グラム) を東京ドーム一杯の水 (1240万立方メートル) に溶かしてもまだ検出できるレベルの感度です。この方法により、限られた数の細胞からでもマイナーな糖鎖を含む詳細な糖鎖プロファイルを取得できるようになりました。今後、がんの早期診断や治療に向けたバイオマーカー(※4) 探索などへ広く応用されていくことが期待されます。
本研究成果は、オランダの国際科学誌「Analytica Chimica Acta」に2024年8月7日（水）午前7時（日本時間）に掲載されました。また本研究はAMED-PRIME等の助成を受けたものです。
研究者から
糖鎖はマンノース（●）やNアセチルグルコサミン（■）などの単糖が重合した生体高分子で、様々な組み合わせの複雑な構造が存在します。僅かに構造が違う糖鎖を分離することは非常に難しいのですが、新開発した二次元分離法によって多くの糖鎖を美しく分離できました。似たような構造の糖鎖が綺麗に分かれているのが理解できると思います。世界一の分離能と高感度を併せ持つ次世代糖鎖分析法を開発できたと自負しています。
用語解説
(※1) N結合糖鎖
グルコース（ブドウ糖）などの単糖が鎖状にいくつも結合した生体物質の総称。N結合型糖鎖は、タンパク質のアスパラギン（一文字記号でN）の側鎖に結合している糖鎖を指します。細胞内では、タンパク質の品質管理や輸送の制御に関係することが分かっています。細胞外でもタンパク質の血中内安定性、タンパク質－タンパク質間相互作用、免疫調節、細胞増殖、がんの浸潤など多くの生命現象で重要な役割を果たしていると考えられています。
(※2) 液体クロマトグラフィー（Liquid Chromatography、LC）
混合物を分離するための技術。一般的には、表面を化学的に改変した微粒子を充填したカラム（固定相）に有機溶媒を含む溶液（移動相）を流し続け、この流れの中に試料を注入します。試料に含まれる各化合物で固定相へ吸着する力が異なるため、吸着しにくい化合物から順番にカラムから溶出され、分離されます。
(※3) キャピラリー電気泳動（Capillary Electrophoresis、CE）
LC同様に混合物を分離するための技術。一般的には内径50 µm (0.050 mm) 程度の細いガラス管（キャピラリー）に泳動液と呼ばれる水溶液を充填し、ここに試料を注入して数万ボルトの高電圧をかけます。試料に含まれる化合物の中で、水溶液中で電荷を帯びているものは陽極もしくは陰極に引き寄せられますが、この速度が分子のサイズや電荷の大きさによって変化するため、様々な分子を分離することができます。
(※4) バイオマーカー
疾患の診断や治療の効果を判定するための生体内の物質や検査項目。例えば糖鎖のバイオマーカーであるCA19-9は、膵臓がんや胆道がんの診断および管理に使用されており、膵臓がん患者の約70-80％で上昇することが確認されています。現在、個別化医療においてバイオマーカーの重要性が増しており、早期疾患の発見・予防の指標として期待されています。
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