世界一包括的な代謝物測定法の開発に成功

• 代謝物は疾患と密接に関わるため健康状態を把握するのに有益な指標になります。
• これまで高感度にかつ網羅的にメタボロームを測定する方法はありませんでした。
• メタボロームをワンショットで測定する革新的な分析手法の開発に成功しました。
• 今後、様々な疾患メカニズムを解き明かす新規ツールとしての応用が期待されます。

タンパク質を構成するアミノ酸や、DNA を構成するATP などのヌクレオチドに代表される生体中の代謝物の総体をメタボロームと呼びます。メタボロームの中には様々な疾患と密接に関わるものが数多く見つかっており、これら数千にも及ぶ代謝物を一⻫計測することのできる分析手法が待望されていました。
九州大学生体防御医学研究所の馬場健史教授、和泉自泰准教授、中谷航太学術研究員、髙橋政友助教の研究グループは、代謝物の極性と電荷特性 (陰イオン性、陽イオン性、両イオン性、非荷電) の違いを利用したunified-HILIC/AEX という新規分離戦略を用いることで、ワンショットで親水性メタボロームを高感度かつ網羅的に測定する方法を開発することに成功しました。
本研究で開発した分析法では、液体クロマトグラフィー (※(注記)1) によりメタボロームを分離し、分離した代謝物を質量分析 (※(注記)2) で高感度に検出します。この液体クロマトグラフィーでの合理的かつ効率的な分離のために、当該研究グループでは独自の分離カラムを作製し、新しいunified-HILIC/AEX/MS という分離・検出手法を開発しました。
Unified-HILIC/AEX/MS は、極性の違いにより陽イオン性、両イオン性、非荷電の親水性代謝物を分離分析する親水性相互作用クロマトグラフィー (HILIC ※(注記)3) からまず始まり、次いでイオン強度の違いにより陰イオン性の代謝物を分離する陰イオン交換クロマトグラフィー (AEX ※(注記)4 ) を連続で行い、最終的にクロマト分離した幅広い代謝物をMS にて高感度検出・定量可能です。これまで世界で頻用されている代謝物測定法と比較すると、本手法では約2 倍の情報量が得られることが分かりました。今後、本手法は世界各国で汎用されている代謝計測を一新し、様々な疾患メカニズムを解き明かす新規ツールとして応用されることが期待されます。
本研究成果は、米国の国際科学誌「Analytical Chemistry」に2022 年11 月25 日(金)に掲載されました。

Unified-HILIC/AEX による分離手法の概要。分析前半 (左) では陰 イオンを固定相に吸着させておきながら、その他の陽イオン、両性イオン、 非荷電分子を測定。分析後半 (右) では吸着させておいた陰イオンを測定。

(※(注記)1)液体クロマトグラフィー
化合物を分離する手法。移動相として水や有機溶媒などの液体を使用する。測定試料は移動相と一緒にカラム内をとおり、カラム内の固定相と相互作用をしながら分離される。相互作用の強さにより化合物が溶出する時間が異なるため、この溶出時間を特定の化合物の同定に使用することができる。
(※(注記)2)質量分析
分子をイオン化し、飛行しているイオンの質量電荷比 (質量数÷電荷数) を電気的・磁気的な作用によって分離し、検出する分析方法。
(※(注記)3)HILIC
液体クロマトグラフィーにおいて、相互作用の種類によって分離モードの呼称が異なる。親水性相互作用を利用して化合物を分離する方法を親水性相互作用クロマトグラフィー(Hydrophilic interaction chromatography, HILIC) と呼ぶ。
(※(注記)4)AEX
液体クロマトグラフィーのうち、相互作用がイオン性相互作用によるものをイオンクロマトグラフィーと呼ぶ。特に、陰イオンが分析対象の場合は、陰イオン交換クロマトグラフィー (Anion exchange chromatography, AEX) と呼ぶ。

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掲載誌: Analytical Chemistry
タイトル: Unified-hydrophilic-interaction/anion-exchange liquid chromatography mass spectrometry (unified-HILIC/AEX/MS): A single-run method for comprehensive and simultaneous analysis of polar metabolome
著者名: Kohta Nakatani, Yoshihiro Izumi*, Masatomo Takahashi, Takeshi Bamba*. (*Cocorresponding author)
DOI: 10.1021/acs.analchem.2c03986

左から馬場健史教授、中谷航太学術研究員、和泉自泰准教授、髙橋政友助教

生体防御医学研究所 馬場 健史 教授
生体防御医学研究所 和泉 自泰 准教授