赤外分光分析を用いた乳がん血清中のタンパク質の構造変化

Protein Conformational Changes in Breast Cancer Sera Using Infrared Spectroscopic Analysis.

• Hemendra Ghimire
• Chakravarthy Garlapati
• Emiel A M Janssen
• Uma Krishnamurti
• Gengsheng Qin
• Ritu Aneja
• A G Unil Perera

抄録

タンパク質の構造変化（ミスフォールディングや凝集を含む）は、がんを含むいくつかの疾患の特徴である。しかし、赤外分光法を用いたタンパク質の構造解析を、がんに関連したタンパク質の構造変化を検出するために臨床応用できる可能性はまだ確立されていない。本研究では、フーリエ変換赤外分光法を用いて、健常者と乳がん患者の血清を区別することの有用性を検討した。アミドI（1600-1700cm）バンドの実験曲線をフィットさせ、アミドIIバンドとアミドIIIバンドの吸光度比を比較することで、がんに関連したタンパク質の構造変化を解析し、それらを赤外スペクトルシグネチャとして同定した。また、循環DNAとRNAの乳がん関連の変化のスナップショットは、スペクトルフィッティングプロトコルを炭水化物と核酸の複雑な領域、1140-1000 cmに拡張することによって評価されました。これらのシグネチャーの感度と特異性は、タンパク質中のαヘリックスとβプリーツシートの比率を表すもので、いずれも90%であった。同様に、アミドIIとアミドIIIの比率(I/I)は、それぞれ100%と80%の感度と特異性を持っていた。このように、赤外分光法は、乳がんと健常者の血清を区別するだけでなく、タンパク質の構造変化を理解するための強力なツールとなり得る。

Protein structural alterations, including misfolding and aggregation, are a hallmark of several diseases, including cancer. However, the possible clinical application of protein conformational analysis using infrared spectroscopy to detect cancer-associated structural changes in proteins has not been established yet. The present study investigates the applicability of Fourier transform infrared spectroscopy in distinguishing the sera of healthy individuals and breast cancer patients. The cancer-associated alterations in the protein structure were analyzed by fitting the amide I (1600-1700 cm) band of experimental curves, as well as by comparing the ratio of the absorbance values at the amide II and amide III bands, assigning those as the infrared spectral signatures. The snapshot of the breast cancer-associated alteration in circulating DNA and RNA was also evaluated by extending the spectral fitting protocol to the complex region of carbohydrates and nucleic acids, 1140-1000 cm. The sensitivity and specificity of these signatures, representing the ratio of the α-helix and β-pleated sheet in proteins, were both 90%. Likewise, the ratio of amides II and amide III (I/I) had a sensitivity and specificity of 100% and 80%, respectively. Thus, infrared spectroscopy can serve as a powerful tool to understand the protein structural alterations besides distinguishing breast cancer and healthy serum samples.