市販抗体格付けと3つ星抗体

はじめに

 タンパク質の検出、定量、分離・精製など、幅広い用途に使用される「抗体」は、ライフサイエンス分野を支える重要な研究ツールです。しかし、2015年5月、Nature誌において「再現できない実験の裏に抗体あり」という記事が掲載されたのを皮切りに、世の中で市販されている抗体の品質や使い方に関するさまざまな問題がクローズアップされました。2016年9月には、抗体を検証するための国際的ワーキンググループIWGAV(The International Working Group for Antibody Validation)が発足し、Nature Methods誌に「抗体を検証するための提案」を発表しました。再現性と信頼性の高い結果を取得するためには、その性能が十分にかつ正しく検証された抗体を使用することが不可欠といえます。多くの研究コミュニティーや抗体ベンダーが、抗体の問題の解決に向けたさまざまな取り組みを展開しています。

 福島医薬品関連産業支援拠点化事業(福島事業)においても、独自開発したタンパク質マイクロアレイシステムを活用し、抗体問題解決への取り組みを進めています。福島事業のタンパク質マイクロアレイには、コムギ胚芽無細胞タンパク質合成技術により独自に合成した16,000種類を超えるヒトリコンビナントタンパク質が、1枚のスライドガラス基板上に固定されています。これはヒトの全遺伝子の約70%に相当し、さまざまなカテゴリーのタンパク質が揃っています。また、標準配列を持つタンパク質だけでなく、がんにおいて多く見られる変異体や融合タンパク質が豊富に揃っているのも特長です。このタンパク質マイクロアレイを用いて、市場に流通している研究用抗体試薬について、アレイ上の標的タンパク質に対する反応性と、同じく標的ではないタンパク質(オフターゲット)に対する反応性(交差反応性)を調べています。すなわち、抗体の特異性の検証です。さらに、これらの評価の結果をもとにした各抗体の格付けを行っています。  福島事業ではこれまで、約1,600品目の抗体について特異性の検証を終え、そのうち1,200品目以上の抗体を格付けしました。本レポートでは、福島事業のタンパク質マイクロアレイによる抗体の評価ならびに格付け方法のご紹介と、格付け最上位ランクの抗体の品目リストを開示いたします。皆様の研究に是非お役立てください。

タンパク質マイクロアレイによる反応の検出とスコア化

 福島事業では、実験間の誤差やマイクロアレイのロットの違いによる品質のばらつきの影響を最小限に抑えるため、2色法をベースとする独自の検出方法を採用しています。まず、評価する抗体と比較対照となるレファレンス抗体を、マイクロアレイ上にスポットされたタンパク質に同時に反応させます。マイクロアレイ上のすべてのタンパク質を検出するため、レファレンスには独自開発した抗体ミクスチャーを使用しています。次に、評価する抗体を赤色、レファレンス抗体を緑色の蛍光色素で標識した二次抗体によってそれぞれ検出し(図1a)、それぞれの蛍光シグナル強度を測定します。そして、緑色の蛍光シグナル強度に対する赤色の蛍光シグナル強度の比を、底を2とする対数値に変換し、これを各スポットの測定値としています。反応試験を行う際には、レファレンス抗体ならびに二次抗体を反応させた陰性対照(ネガティブコントロール)についても同時に測定を行っています。続いて、これらの測定値を独自のノーマライズ手法によって補正し(図1b)、さらにその補正値をもとにネガティブコントロールとの相対比(2次比)を算出して、各スポットにおける反応スコアとしています。測定値の分布は、評価する抗体やマイクロアレイによってばらつきますが、スコアの分布は0付近をピークとするベル型(正規分布様)になるため、異なるデータ間の比較解析も可能です。

a)検出方法(2色法)のイメージ

b)ノーマライズのイメージ

図1 タンパク質マイクロアレイによる反応の検出と測定値の補正

測定値の分布とピークシフト

 測定値の分布の具体例を、図2に示します。スキャッタグラム(左)は、縦軸を評価した抗体の測定値、横軸をネガティブコントロールの測定値として、マイクロアレイ上の各スポットについてプロットしたものです。ヒストグラム(右)は、赤色が評価した抗体の測定値、緑色がネガティブコントロールの測定値の分布を表しています。そして、このヒストグラムにおいて、それぞれの最頻値の差(評価した抗体における最頻値からネガティブコントロールにおける最頻値を引いた値)を「ピークシフト」として、後述する抗体の格付けの指標の一つにしています。ピークシフトの値が大きいほど、非特異的な結合(不特定多数のタンパク質スポットに対する反応)が起きていることを表します。したがって、抗体の質としては、ピークシフトの値が小さい方が良いということになります。

図2 測定値の分布とピークシフト

補正値の分布とスコアの分布

 図2と同じデータについて、補正値の分布のスキャッタグラム(左)とスコアの分布のヒストグラム(右)を図3に示します。補正値分布をみると、各プロットが原点周辺に集まってきていることが分かります。スコア分布では、0付近をピークとするベル型(正規分布様)の分布になっていることが分かります。

図3 補正値とスコアの分布

Sスコアと抗体の特異性

 図2、図3と同じデータについて、マイクロアレイ上の標的タンパク質(On target)と標的ではないタンパク質(Off target)のスポットに対するスコアを、リスト形式(左)と棒グラフ形式(右)で図4に示します。評価している抗体の標的やマイクロアレイ上のスポットが複数存在する場合は、On targetの欄も複数存在します。また、標的タンパク質がマイクロアレイにスポットされていない場合、On targetは空欄になります。Off targetの欄は、スコアが上位の非標的タンパク質のほか、標的タンパク質と構造や機能が類似した同一ファミリーメンバーのタンパク質を抜き出して表示しています。棒グラフの色は、赤が濃いほどスコアが高いことを示しています。そして、On targetとOff targetのそれぞれの最上位スコアの差(On targetの最上位スコアからOff targetの最上位スコアを引いた値)を「Sスコア」として、後述する抗体の格付けの指標の一つにしています。標的タンパク質に対する結合親和性が標的ではないタンパク質に対する交差反応性よりも高いほど、Sスコアの値は大きくなります。したがって、Sスコアが大きい抗体は、標的特異性が高い抗体であることを示します。SスコアのSは、特異性を意味するSpecificityの頭文字です。なお、On targetが空欄の場合は、交差反応性のみを評価することになり、Sスコアは算出されません。

図4 Sスコアと抗体の特異性

欠損値

 次のようなケースでは、スコアを欠損値(N/A)として扱っています。On targetのスコアが欠損値の場合、Sスコアは算出されません。

(1) マイクロアレイに問題があるケース

  • タンパク質のプリントに失敗し、スポットが抜けていた場合
  • スポットの大きさや形状に問題があり、例えば、隣接するスポットの融合などにより解析から除外した場合

(2) 解析上の問題

  • シグナル強度が弱く、ソフトウェアの自動認識および手動のグリッド補正でスポットが認められないと判断した場合
  • ゴミや汚れ、スポットの剥がれなどが原因で、データ不良と判断した場合
  • 隣接するスポットのキャリーオーバーの影響があると判断した場合
  • 補正計算において、ネガティブコントロールのデータが欠損値であった場合

抗体の格付け

 福島事業では、上述の「ピークシフト」と「Sスコア」を指標として、評価した抗体の格付けを行っています。そして、各抗体のランクを0~3個の星の数で表しています。星の数が多いほどランクの高い抗体で、3つ星が最上ランクとなります。格付けのチャートを図5に示します。まず、ピークシフトが3以上の抗体については、すべてランク外(星なし)とします。ピークシフトが3未満の抗体のうち、Sスコアが3未満、あるいは3以上でOff targetの最上位スコアよりも小さい場合、後述するステップ2へ進めます。それ以外の抗体には、いずれかの星がつきます。Sスコアが3以上でOff targetの最上位スコアよりも大きい場合は1つ星、Sスコアが4以上でOff targetの最上位スコアよりも小さい場合は1つ星、大きい場合は2つ星、ピークシフトが2未満かつSスコアが5以上でOff targetの最上位スコアよりも小さい場合が2つ星、大きい場合が3つ星です(図5a)。ステップ2では、ファミリータンパク質への交差反応性に着目した格付けを行っています。交差反応性がファミリータンパク質に対するものだけか、あるいはほかのタンパク質に対する反応も認められるかが主眼点になります。Off targetの最上位がファミリータンパク質でない場合は、ランク外(星なし)とします。また、ファミリータンパク質の場合でも、ファミリータンパク質以外の最上位とのSスコアが4未満の抗体もランク外(星なし)とします。ファミリータンパク質以外の最上位とのSスコアが4以上の抗体について、さらに細かく分類しています(図5b)。図5には、それぞれの 格付けに該当する抗体の品目数も記載しています。これまで1,300品目近い抗体を格付けし、そのうち3つ星抗体は約2割に相当する237品目となっています。各ランクの代表例を図6に示します。

a)格付けステップ 1

ピークシフト Sスコア Sスコアがオフターゲット
のトップスコア以上
星の数
(ランク)
抗体数
2.0未満 5.0以上 Yes ★★★ 237
No ★★ 41
3.0未満 4.0以上 Yes ★★ 35
No ★★ 66
3.0以上 Yes ★★ 11
No ステップ2へ
3.0未満 ステップ2へ
3.0以上 ★★★ 108
オフターゲットの
トップがファミリー
非ファミリーに
対するSスコア
非ファミリーに対する
Sスコアが非ファミリー
のトップスコア以上
標的のスコアが
ファミリーのスコア以上
星の数
(ランク)
抗体数
Yes 5.0以上 Yes Yes ★★ 8
No ★★ 1
No Yes ★★ 2
No ★★★ 1
4.0以上 Yes Yes ★★ 0
No ★★★ 0
No ★★★ 4
4.0未満 ★★★ 17
No ★★★ 755

図5 抗体の格付けスタンダードと格付けした抗体の内訳


a)3つ星抗体 ★★★

b)2つ星抗体 ★★

c)1つ星抗体 ★★

d)星なし抗体 ★★★

図6 各格付けランクの代表例

3つ星抗体

 福島事業の格付けで、これまでに3つ星とした抗体237品目の情報を開示します。以下に示す一覧表に、抗体の標的、ベンダー、製品コード、ロット、ホスト動物、クローナリティ、クローン名を記載しました。解析時期の関係で、すでに販売中止となっている製品も含まれますが、ご了承願います。皆様の研究に是非お役立てください。

3つ星抗体一覧

No.TargetSupplier
(Brand)
Product
No.
LotHostClonalityClone標的
スコア
Sスコア
ピーク
シフト
資料
DL
1ACE2Abcamab108252GR145000-1RabbitMonoclonalEPR4435(2)8.3465.0150.25PDF
2AFPニチレイバイオサイエンス422221H1612MouseMonoclonalZSA067.3195.9150.25PDF
3AFPニチレイバイオサイエンス422211H1610RabbitPolyclonal7.8295.1280.50PDF
4AIPAbcamab88470GR52349-7MouseMonoclonal9.3666.2371.00PDF
5ALK
(CD246)
ニチレイバイオサイエンス413681H1606MouseMonoclonal5A411.0958.4871.25PDF
6ALK
(CD246)
LeicaNCL-L-
ALK-H
6073257MouseMonoclonal5A411.0998.5210.00PDF
7ALK
(CD246)
Roche790-2918F18299MouseMonoclonalALK0112.84010.5410.50PDF
8ALK
(CD246)
AgilentM71952920028639MouseMonoclonalALK110.1115.6640.00PDF
9ALK
(CD246)
Roche790-4794F01786RabbitMonoclonalD5F312.5366.7260.25PDF
10ANO1ニチレイバイオサイエンス418041H1605RabbitMonoclonalSP319.5116.3310.00PDF
11ANXA1Roche760-4435V0001745MouseMonoclonalMRQ-37.1535.2031.50PDF
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13ASCL1Abcamab213151GR274527-1RabbitMonoclonalEPR1959212.3596.2370.00PDF
14ATG4BMBL (医学生物学研究所)M134-3MS1MouseMonoclonal9H511.1637.290.00PDF
15ATG7Cell Signaling Technology8558S2RabbitMonoclonalD12B118.9106.0610.50PDF
16ATG12Cell Signaling Technology2010S3RabbitPolyclonal12.4136.4220.00PDF
17AURKALeicaNCL-L-AK26074853MouseMonoclonalJLM2811.2058.3700.00PDF
18BCL2Leica
NCL-L-
bcl-2
6072851MouseMonoclonalbcl-2/100
/D5
11.0458.6411.00PDF
19BCL2ニチレイバイオサイエンス413141H1603MouseMonoclonal12413.2310.7400.50
PDF
20BCL2Cell Signaling
Technology
4223T2RabbitMonoclonalD55G811.3146.5500.00PDF
21BHLHA15Cell Signaling Technology14896P1RabbitMonoclonalD7N4B11.0627.5480.25PDF
22CALB1Cell Signaling Technology13176P1RabbitMonoclonalD1I4Q11.6639.4920.00PDF
23CALB2DakoM724520010135MouseMonoclonalDAK-
Calret 1
8.2736.4270.50PDF
24CALB2Leica
NCL-L-
CALRET-566
6074006MouseMonoclonalCAL69.7947.2780.25PDF
25CALB2Roche790-4467F20011RabbitMonoclonalSP6512.76810.4050.75PDF
26CAV1LeicaNCL-L-
Caveolin-1
6070228MouseMonoclonal4D67.0005.1840.00PDF
27CAV1Roche760-4951V0000814RabbitMonoclonalSP439.6996.2690.00PDF
28CAV2Cell Signaling Technology8522P1RabbitMonoclonalD4A613.0138.6550.00PDF
29CCND1Biocare
Medical
ACR307AK21717RabbitMonoclonalSP413.2228.9610.25PDF
30CCND1ニチレイバイオサイエンス413531F1606RabbitMonoclonalSP412.8939.8990.25PDF
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CD2-271
6069672MouseMonoclonalAB758.8725.8971.50PDF
32CD2Roche760-4377V0001543MouseMonoclonalMRQ-118.9406.8221.00PDF
33CD2LeicaPA027166397MouseMonoclonal11F1112.69610.4650.50PDF
34CD3ニチレイバイオサイエンス413241H1606MouseMonoclonalPS110.2428.1810.25PDF
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Medical
ACR324A42517RabbitMonoclonalEP4110.3395.8280.25PDF
36CD3AgilentIR5036120040364RabbitPolyclonal12.52910.4310.00PDF
37CD3AgilentIS5033020031887RabbitPolyclonal11.5649.2800.25PDF
38CD3ELeicaNCL-L-
CD3-565
6074500MouseMonoclonalLN1013.27711.2530.25PDF
39CD3EAgilentM72542920036647MouseMonoclonalF7.2.3810.9278.9260.00PDF
40CD3ERoche790-4341F12403RabbitMonoclonal2GV611.5909.0311.00PDF
41CD4ニチレイバイオサイエンス713181F1510MouseMonoclonal1F67.7045.6921.00PDF
42CD4ニチレイバイオサイエンス413961F1510MouseMonoclonal4B1212.4136.4080.00PDF
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CD5-4C7
6065465MouseMonoclonal4C78.2496.6460.75PDF
44CD5Roche790-4451F18651RabbitMonoclonalSP1911.98910.4810.25PDF
45CD8Biocare
Medical
ACR311A72016RabbitMonoclonalSP1610.1268.1470.00PDF
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47CD8Aニチレイバイオサイエンス413211F1606MouseMonoclonalC8/144B12.86711.1580.00PDF
48CD8ALeicaNCL-L-
CD8-4B11
6073505MouseMonoclonal4B1112.67811.0590.75PDF
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CD19-163
6073613MouseMonoclonalBT51E10.1377.5540.25PDF
52CD34Abcamab81289GR201207-
42
RabbitMonoclonalEP373Y12.9157.3410.00PDF
53CD38LeicaNCL-L-
CD38-290
6068662MouseMonoclonalSPC3211.9087.7920.25PDF
54CD40CDI
Laboratories
P25942-
MSM3-P1
958-
3P200404
MouseMonoclonalC40/238310.5415.4830.5PDF
55CD79BLeicaNCL-L-
CD79b
6072325MouseMonoclonalJS019.4937.8490.25PDF
56CD207LeicaNCL-L-
LANGERIN
6068676MouseMonoclonal12D612.86711.1090.00PDF
57CD274Cell Signaling Technology29122S1MouseMonoclonal405.9A1113.75011.5970.00PDF
58CDH1
(CD324)
ニチレイバイオサイエンス418031H1604MouseMonoclonalNCH-388.9756.5670.25PDF
59CDH1
(CD324)
Roche790-4497F19015MouseMonoclonal3612.1136.6110.75PDF
60CDH1
(CD324)
Biocare
Medical
ACR3012A32017RabbitMonoclonalEP68.2386.2510.50PDF
61CDKN1ALeicaNCL-L-
WAF-1
6070171MouseMonoclonal4D1012.5729.8010.25PDF
62CDKN1ARoche760-4453V0001757MouseMonoclonalDCS-60.212.0839.0441.75PDF
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(CD66a)
Cell Signaling Technology44464S1RabbitMonoclonalD3R8O11.7526.8250.00PDF
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DES-DERII
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TdT-339
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EMERIN
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/VI-H14
11.8766.2580.25PDF
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83EPCAM
(CD326)
OrigeneUM570097A001MouseMonoclonalUMAB13211.0455.6441.25PDF
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Medical
CRM301A12517RabbitMonoclonalSP110.9509.0920.25PDF
86ESR1Roche790-4324F21057RabbitMonoclonalSP112.59710.6700.00PDF
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88EZH2LeicaNCL-L-
EZH2
6071626MouseMonoclonal6A1010.2758.7040.00PDF
89FCER2
(CD23)
ニチレイバイオサイエンス413341H1610MouseMonoclonal1B1212.1278.0200.25PDF
90FCER2
(CD23)
LeicaNCL-L-
CD23-1B12
6072991MouseMonoclonal1B1212.0938.9160.50PDF
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(CD23)
AgilentIS7813020030735MouseMonoclonalDAK-CD239.4987.0230.00PDF
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(CD23)
ニチレイバイオサイエンス413621F1310RabbitMonoclonalSP2312.0376.0240.25PDF
93FCGR3A
(CD16a)
/FCGR3B
(CD16b)
LeicaNCL-L-
CD16
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94FGF19Cell Signaling Technology83348S1RabbitMonoclonalD1N3R13.3146.7160.50PDF
95FOLH1LeicaNCL-L-
PSMA
6073611MouseMonoclonal1D610.3386.5110.00PDF
96FOLR1LeicaNCL-L-
FRalpha
6074618MouseMonoclonalBN3.29.4527.7310.75PDF
97FOXP1Roche760-4611V0001565RabbitMonoclonalSP13312.1296.4970.00PDF
98FOXP3Cell Signaling Technology12653P1RabbitMonoclonalD6O8R12.93610.130.25PDF
99
GABARAPL2
Abcamab126607GR282693-1RabbitMonoclonalEP480812.9926.8170.75PDF
100GCGRoche760-2644V0001683RabbitPolyclonal10.2695.6710.00PDF
101GCGニチレイバイオサイエンス422271H1607RabbitPolyclonal10.6048.3210.75PDF
102GCSAMRoche760-4597V0001525MouseMonoclonalMRQ-4913.09710.4210.50PDF
103GFAPLeicaNCL-L-
GFAP-GA5
6074304MouseMonoclonalGA59.9286.6351.75PDF
104GFAPニチレイバイオサイエンス422261H1603MouseMonoclonalGA59.9858.2670.00PDF
105GFAPDakoIR52420005682RabbitPolyclonal12.7788.9590.50PDF
106GMNNLeicaNCL-L-
Geminin
6073843MouseMonoclonalEM613.75911.5230.25PDF
107GOLM1Santa Cruzsc-365817H1314MouseMonoclonalF-211.0325.9420.50PDF
108GPC3Roche790-4564F21483MouseMonoclonalGC337.3735.3081.00PDF
109GPRC5ACell Signaling Technology12968P2RabbitMonoclonalD4S7D10.4448.4030.25PDF
110GSK3BCell Signaling Technology12456P3RabbitMonoclonalD5C5Z11.6249.3040.25PDF
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