Design and Synthesis of Photo-cleavable Macromolecular Tag for LDI-MS

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K05543
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 真木 俊英 長崎大学, 産学官連携戦略本部, 准教授 (10291535)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 質量分析 / 分子タグ / ポルフィリン / LDI-MS / 誘導化反応 / 表面反応

Outline of Annual Research Achievements

標的分子を誘導化して検出する方法は、その反応を如何に選択的、かつ高収率で進行させるかが最大の課題である。分子による分子の捕捉は、あらゆるセンシング・質量分析イメージングへの応用展開における鍵となる現象である。イメージング質量分析は、限られた空間内での化学反応が前提であり、拡散領域のサイズがイメージングにおける空間分解能を決定する。この視点に立脚し、誘導化の化学反応を俯瞰した場合、界面（分子の動きが制限された状態）と溶液間で進行する誘導化反応は、未解明の課題である。この様な背景の下、私は高分子担持型分子標識剤として、ヒドロキシスクシンイミドエステルを有するポルフィリン分子を合成した。そして、このものをステンレス製サンプルプレート上に播種した表面での化学反応（タギング）をLDI-MSのm/zシグナルとして評価を行い以下の知見を得た。
ポルフィリン分子タグとモノアミン類の反応は、誘導化反応は溶液反応よりも、より温和な条件（10～100倍程度までの低温・低濃度）で進行する。反応効率は、分子タグとアミンのモル比、および分子構造に依存する。同一分子タグ内の４つのヒドロキシスクシンイミドエステルは、独立した反応性を示さず、分子間力と部分的な溶解が反応促進に大きく寄与している可能性が示唆された。一方、ポルフィリン分子タグとジアミン類の反応では、大環状分子が形成される反応であるにも関わらず、明白に分子内反応が優先することからタグ分子の運動性そのものは低く抑えられていると結論づけた。
フィルム上での10 pmolレベルの化学反応（タギング）は、LDI-MSを利用して質量分析により、その表面の反応を評価をすることが可能であることを示した。更に、分子捕捉部位をホウ酸エステルなどに変化させることにより、糖を選択的に捕捉・検出することにも成功し、基本的な機能を構築するための基本原理を示すことができた。