日本発の技術で糖鎖解析の世界スタンダードを目指す

生命現象を解き明かす鍵、「糖鎖」

2003年、生命の設計図ともいえるヒトゲノムが解読されました。しかし、ゲノム情報は４つの塩基で表された文字列にすぎません。

生命現象を解き明かすには、この文字列から、どんなタンパク質がつくられ、どのように機能するのか、詳しく調べる必要があります。そんなポストゲノム研究が盛んな中、タンパク質の働きに深く関与する「糖鎖」が、核酸、タンパク質に次ぐ、第３の生命鎖として注目をあつめています。

糖鎖の特徴を抽出する糖鎖プロファイリング

糖鎖には医療を向上する様々な応用が期待されます。これを実現するためには、糖鎖構造を解析し、生命現象との対応を明らかにしていかなくてはいけません。しかし、糖鎖は、核酸やタンパク質に比べ、格段に複雑な構造をもちます。

糖鎖は、グルコースやガラクトースといった単糖類が鎖のようにつながった物質です。直鎖構造ではなく枝分かれをした樹状構造で、組み合わせのバリエーションも豊富なため、潜在的な多様性があります。糖鎖の構造解析には、質量分析装置や液体クロマトグラフィーを用いますが、このように多様性に富む構造を決定するのは至難の業です。時間がかかる上、分析に用いる検体量も必要になります。

改良を積み重ね製品化

そこで平林副センター長は、現在、株式会社GPバイオサイエンス（当時、株式会社モリテックス・グライコミクス研究所長）の取締役である山田雅雄さんらが、日本レーザー電子株式会社で開発を手がけたSCANⅢに目をつけました。

SCANⅢは世界で唯一、試料を洗浄せず、液相のままアレイの蛍光画像を撮影できる装置でした。2002年暮れ、平林副センター長から誘われNEDOプロジェクトに参加した山田さんは、レクチンアレイの蛍光画像から糖鎖構造を分析する、糖鎖プロファイラーの開発に着手しました。

レクチンアレイを用いれば、糖鎖の構造の変化は、スポットの発光パターンや発光強度の変化として検出されます。このため、レクチンアレイの蛍光を正確に検出し、画像を取得することが、技術の要となります。

山田さんは「開発は、細かなチューニング作業の積み重ねだった」と語ります。開発当初は、蛍光が全く検出されなかったり、同じレクチンアレイを測定しているにも関わらず分析結果が異なったりと、よい結果がだせませんでした。

しかし、カメラの選定、熱の対策、励起光フィルターと検出光フィルターの波長域や帯域幅の調整、スライドガラスの工夫、レクチンの固定化法など、試行錯誤を繰り返しながら、根気強くシステムの最適化をはかりました。その結果、SN比（検出信号とノイズの比）を100倍以上改善し、安定的にレクチンアレイの蛍光画像を分析できる装置が完成したのです。そして遂に2006年10月、糖鎖プロファイラーが製品化され、販売が開始されました。

現在でも、装置の改良は続いています。装置のハード面を担当している齋藤敦さんは、「感度を今より一桁上げて、見落としていたかもしれないバイオマーカーを検出したい」といいます。一方、試料や検体の操作を担当する武石俊作さんは「新しいバイオマーカーをみつけ、疾病の診断キットを開発したい」と語り、新しいアプリケーションを開発する重要性を強調します。

糖鎖プロファイラーにレクチンアレイをセットする様子

糖鎖プロファイラーで取得されるレクチンアレイの蛍光イメージ

装置の状態を確認する、齋藤敦さん