JP2008535500A - 変異型尿酸オキシダーゼおよびその利用 - Google Patents

Abstract

本発明は、尿酸分解活性を有する遺伝的に改変したタンパク質に関する。より具体的には、本発明は切断型尿酸オキシダーゼを含むタンパク質、ならびにその製造法、および、切断型尿酸オキシダーゼを含むＰＥＧ化タンパク質を含む。

Description

関連文献の相互参照
本出願は、参照によりここに援用されるところの、２００５年４月１１日出願の米国特許仮出願番号第６０／６７０，５７３号の優先権並びに利益を請求するものである。

技術分野
本発明は、尿酸分解活性を有する遺伝的に改変されたタンパク質に関する。より具体的には切断型尿酸オキシダーゼを含むタンパク質および、その製造法に関する。

背景技術
以下、「尿酸オキシダーゼ」と「ウリカーゼ」を同義語として用いる。尿酸オキシダーゼ（ウリカーゼ、Ｅ．Ｃ．１．７．３．３）は、酸化を触媒する事によって尿酸を、より可溶性が高く、より容易に排泄されるプリン代謝物質、アラントインへ転換する酵素である。ヒトは、高等霊長類の進化の過程で蓄積したウリカーゼ遺伝子へのいくつかの変異により、酵素活性を有するウリカーゼを生産しない。Ｗｕ，Ｘ，ｅｔ ａｌ．，（１９９２）Ｊ Ｍｏｌ Ｅｖｏｌ ３４：７８−８４を参照することにより、その全文を本明細書に含む。この結果、感受性個体では、血中での過剰濃度の尿酸（高尿酸血症）が疼痛性関節炎（痛風）、関節破壊を伴う尿酸塩沈着（痛風結節）および腎不全を引き起こすことがある。アロプリノール（尿酸合成阻害剤）などの薬剤が利用可能であるが、一部の罹患個体では、治療を限定する有害作用を生じるか、またはこれらの症状を適切に軽減できない場合がある。Ｈａｎｄｅ，ＫＲ，ｅｔ ａｌ．，（１９８４）Ａｍ Ｊ Ｍｅｄ ７６：４７−５６、Ｆａｍ，ＡＧ，（１９９０） Ｂａｉｌｌｉｅｒｅ’ｓ Ｃｌｉｎ Ｒｈｅｕｍａｔｏｌ ４：１７７−１９２を、それぞれ参照することによってその全文を本明細書に含む。ウリカーゼの注入は、高尿酸血症および高尿酸尿症を少なくとも一次的に低減し得る。しかしながら、ウリカーゼはヒトにおいては外来タンパク質であるため、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｌａｖｕｓ由来の非修飾タンパク質の一次注射でさえ、処置患者の数パーセントにおいてアナフィラキシー反応を誘導し（Ｐｕｉ，Ｃ−Ｈ，ｅｔ ａｌ．，（１９９７）Ｌｅｕｋｅｍｉａ １１：１８１３−１８１６を、参照することによってその全文を本明細書に含む）、免疫応答は慢性的または間欠的治療における有用性を限定する（Ｄｏｎａｄｉｏ，Ｄ，ｅｔ ａｌ．，（１９８１） Ｎｏｕｖ Ｐｒｅｓｓｅ Ｍｅｄ １０：７１１−７１２、Ｌｅａｕｓｔｉｃ，Ｍ，ｅｔ ａｌ．，（１９８３） Ｒｅｖ Ｒｈｕｍ Ｍａｌ Ｏｓｔｅｏａｒｔｉｃ ５０：５５３−５５４をそれぞれ参照することによって全文を本明細書に含む）。

高尿酸血症に対する、現在利用可能な治療法が最適以下の治療成績を有する事は数十年来認識されてきた。Ｋｉｓｓｅｌ，Ｐ，ｅｔ ａｌ．，（１９６８）Ｎａｔｕｒｅ ２１７：７２−７４を参照することによってその全文を本明細書に含む。同様に、重篤な痛風に罹患した患者の一部患者群が、安全で有効な形態の、注射可能なウリカーゼによって利益を得ることができる可能性が長年来認識されていた。Ｄａｖｉｓ， ＦＦ， ｅｔ ａｌ．，（１９７８）ｉｎ ＧＢ Ｂｒｏｕｎ，ｅｔ ａｌ．，（Ｅｄｓ．） Ｅｎｚｙｍｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．４（ｐｐ．１６９−１７３） Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ、Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ，Ｈ，ｅｔ ａｌ．，（１９７９） Ｅｎｚｙｍｅ ２４：２６１−２６４、Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ，Ｈ，ｅｔ ａｌ．，（１９８１） Ｅｎｚｙｍｅ ２６：４９−５３、Ｄａｖｉｓ，Ｓ，ｅｔ ａｌ．，（１９８１） Ｌａｎｃｅｔ ２（８２４１）：２８１−２８３、Ａｂｕｃｈｏｗｓｋｉ，Ａ，ｅｔ ａｌ．，（１９８１） Ｊ Ｐｈａｒｍａｃｏｌ Ｅｘｐ Ｔｈｅｒ ２１９：３５２−３５４、Ｃｈｅｎ，ＲＨ−Ｌ，ｅｔ ａｌ．，（１９８１） Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ ６６０：２９３−２９８、Ｃｈｕａ，ＣＣ，ｅｔ ａｌ．，（１９８８） Ａｎｎ Ｉｎｔ Ｍｅｄ １０９：１１４−１１７、Ｇｒｅｅｎｂｅｒｇ，ＭＬ，ｅｔ ａｌ．，（１９８９） Ａｎａｌ Ｂｉｏｃｈｅｍ １７６：２９０−２９３をそれぞれ参照することによってその全文を本明細書に含む。動物臓器由来のウリカーゼは、安全な注射による投与に適合する溶媒にほぼ不溶である。米国特許番号第３，６１６，２３１号を参照することによってその全文を本明細書に含む。植物または微生物由来のウリカーゼの一部は、医学的に許容できる溶媒により高い可溶性を示す。しかしながら、微生物由来のウリカーゼの注射は直ちに生命の危険のあるアレルギー反応またはウリカーゼの不活化および／またはウリカーゼの循環系からの促進されたクリアランスにつながり得る免疫学的反応を誘導する。Ｄｏｎａｄｉｏ，ｅｔ ａｌ．，（１９８１）、Ｌｅａｕｓｔｉｃ，ｅｔ ａｌ．，（１９８３）。ブタおよびヒヒを含む哺乳動物または昆虫、例えば、Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ ｍｅｌａｎｏｇａｓｔｅｒまたはＤｒｏｓｏｐｈｉｌａ ｐｓｅｕｄｏｏｂｓｃｕｒａ （Ｗａｌｌｒａｔｈ，ＬＬ，ｅｔ ａｌ．，（１９９０） Ｍｏｌ Ｃｅｌｌ Ｂｉｏｌ １０：５１１４−５１２７を、参照することによってその全文を本明細書に含む）のウリカーゼの推定アミノ酸配列に基づく酵素は、生体内ｐＨでの免疫原性および不溶性の問題から、臨床での使用の適切な候補ではなかった。

従来、研究者はウリカーゼ注射を用いてｉｎ ｖｉｖｏでの尿酸のアラントインへの変換を触媒させていた。Ｐｕｉ，ｅｔ ａｌ．，（１９９７）参照。これが、フランスおよびイタリアにおける真菌Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｌａｖｕｓ由来のウリカーゼ（Ｕｒｉｃｏｚｙｍｅ（登録商標））の、血液悪性腫瘍の細胞傷害性治療に関連する高尿酸血症の予防または一時的な軽快および、痛風患者の重度な高尿酸血症を一時的に軽減することを目的とする使用の基礎となっている。Ｐｏｔａｕｘ，Ｌ，ｅｔ ａｌ．，（１９７５） Ｎｏｕｖ Ｐｒｅｓｓｅ Ｍｅｄ ４：１１０９−１１１２、Ｌｅｇｏｕｘ，Ｒ ｅｔ ａｌ．，（１９９２） Ｊ Ｂｉｏｌ Ｃｈｅｍ ２６７：８５６５−８５７０、米国特許番号第５，３８２，５１８号および第５，５４１，０９８号を、それぞれ参照することによってその全文を本明細書に含む。その循環寿命が短いために、（Ｕｒｉｃｏｚｙｍｅ（登録商標））は、毎日注射する必要がある。さらに、その免疫原性のために長期治療にあまり適さない。

一部のウリカーゼは、ポリ（エチレングリコール）またはポリ（エチレンオキサイド）（どちらもＰＥＧと称される）との結合体を調製する上で有用であり、よって、より長いタンパク質半減期を有し、免疫原性が低減された、治療に有効な形態のウリカーゼを作ることができる。米国特許番号第４，１７９，３３７号、４，７６６，１０６号、４，８４７，３２５号および第６，５７６，２３５号、米国特許公開ＵＳ２００３／００８２７８６Ａ１をそれぞれ参照することによってその全文を本明細書に含む。ＰＥＧ以外のポリマーとの、ウリカーゼの結合体についても、開示されている。米国特許番号４，４６０，６８３号を、参照することによってその全文を本明細書に含む。

これまでに報告されている、ウリカーゼをＰＥＧ化する試み（例えば、ＰＥＧをウリカーゼに共役結合によって結合させる）に関しては、その殆ど全てがＰＥＧを主にアミノ末端残基および利用可能なリシン残基を含むアミノ基に結合させている。一般に使われるウリカーゼでは、リシン残基の総数は、その４つの合同なサブユニットで、サブユニット１つ当たり２５（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｌａｖｕｓ（米国特許５，３８２，５１８を、参照することによってその全文を本明細書に含む。））から２９（ブタ（Ｗｕ，Ｘ，ｅｔ ａｌ．，（１９８９） Ｐｒｏｃ Ｎａｔｌ Ａｃａｄ Ｓｃｉ ＵＳＡ ８６：９４１２−９４１６を、参照することによってその全文を本明細書に含む。））の間である。当該酵素のネィティブなコンフォメーションにおいては、リシン残基の一部は利用できない状態にある。ウリカーゼの免疫原性を低減する最も一般的なアプローチでは、多量の低分子量ＰＥＧ鎖を共役結合させる。この手法では、得られた結合体の酵素活性が常に大きく減少する。

５ｋＤａ ＰＥＧに結合させたＣａｎｄｉｄａ ｕｔｉｌｉｓ由来ウリカーゼ調製物の一回の静脈内注射により、注射前の血清尿酸濃度の平均が、正常値範囲内である６．２ｍｇ／ｄｌであった５人の被験者で、血清尿酸濃度が検出限界以下のレベルにまで減少した。Ｄａｖｉｓ，ｅｔ ａｌ．，（１９８１）。４週間後、被験者に追加の注射を行ったが、その反応については報告されなかった。第２の（すなわち最後の）注射後、比較的感度の低いゲル内拡散アッセイではウリカーゼに対する抗体は検出されなかった。この文献では、ヒト患者または実験動物の慢性または亜慢性治療の結果は報告されていない。

５ｋＤａ ＰＥＧに結合させたＡｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ ｐｒｏｔｏｆｏｒｍｉａｅ由来のウリカーゼ調製物が、注射前の血清尿酸濃度が１５ｍｇ／ｄＬである１人のリンパ腫患者で、高尿酸血症を一時的にコントロールする目的で用いられた。Ｃｈｕａ，ｅｔ ａｌ．，（１９８８）。患者が危篤状態で、かつ治療の継続時間が短かった（１４日間に４回の注射）ため、この結合体の長期の効果または安全性を評価することはできない。

ウリカーゼのそれぞれのサブユニットを２から１０鎖の高分子量ＰＥＧ（＞５ｋＤから１２０ｋＤ）で修飾することで、より高い免疫系からの保護効果が得られる（Ｓａｉｆｅｒ， ｅｔ ａｌ．（米国特許番号第６，５７６，２３５号、（１９９４）Ａｄｖ Ｅｘｐ Ｍｅｄ Ｂｉｏｌ ３６６：３７７−３８７をそれぞれ参照することによってその全文を本明細書に含む））。この戦略は、様々な種由来のウリカーゼのＰＥＧ化後で酵素活性の７５％以上を保持することを可能にし、ウリカーゼの循環寿命を向上させ、マウスおよびウサギにおいて、抗体産生を誘発することなく繰り返し酵素を注射することを可能にした。

ＨｅｒｓｈｆｉｅｌｄとＫｅｌｌｙ（国際公開第００／０８１９６号パンフレット、米国特許出願番号第６０／０９５，４８９号を、参照することによってその全文を本明細書に含む。）は、最適な数のＰＥＧ化部位を有する哺乳類由来の組み換えウリカーゼタンパク質を提供する方法を開発した。ＨｅｒｓｈｆｉｅｌｄとＫｅｌｌｙはＰＣＲ技術を用いて利用可能なリシン残基を、引き続くＰＥＧ化によって免疫系による認識を低減させるよう、酵素上に選定した部位で増加させると同時に、酵素の尿酸分解活性は実質的に保持した。同氏らのウリカーゼタンパク質の一部は、カルボキシ末端および／またはアミノ末端で切断されたものである。その他の、遺伝的手法によるタンパク質の具体的な改変に関しては、提供していない。

本出願では、用語「免疫原性」は、ＰＥＧ修飾または非修飾ウリカーゼ調製物（抗原）の注射による免疫応答の誘導をいい、「抗原性」は、抗原と、以前から存在する抗体との反応をいう。集合的に、抗原性および免疫原性を、「免疫反応性」という。ＰＥＧ−ウリカーゼに関する以前の研究では、免疫反応性を、１）ＰＥＧ−ウリカーゼと予め形成した抗体とのｉｎ ｖｉｔｒｏでの反応、２）誘導された抗体合成の測定、および３）反復注射後の、促進されたクリアランス速度を含む、種々の方法で評価されている。

いくつかのソースから得たウリカーゼの免疫原性を、様々なリンカーを介して、様々な数のＰＥＧ鎖を結合させることによって除去しようとするこれまでの試みは、限られた成果しか挙げられなかった。ＰＥＧ−ウリカーゼは、ＦＦ ＤａｖｉｓおよびＹ Ｉｎａｄａらによって初めて開示された。Ｄａｖｉｓ，ｅｔ ａｌ．，（１９７８）、米国特許番号第４，１７９，３３７号、Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ，ｅｔ ａｌ．，（１９７９）、日本国特許第５５−９９１８９号および第６２−５５０７９号をそれぞれ参照することによってその全文を本明細書に含む。米国特許第４，１７９，３３７号に開示された結合体は、由来の示されていないウリカーゼを、モル比で２０００倍の、過剰な７５０ダルトンＰＥＧと反応させることによって合成されており、これは大量のポリマー分子がそれぞれのウリカーゼサブユニットに付加されている可能性が高いことを示唆している。米国特許番号第４，１７９，３３７号は、様々なポリペプチドホルモンおよび、ウリカーゼが３つの例のうちの１つとしてあげられている、酸化還元酵素を含む酵素について、分子量５００から２００００ダルトン、好ましくは５００から５０００ダルトンのＰＥＧまたはポリ（プロピレングリコール）との結合によって、活性を有し、水に可溶で、非免疫原性の結合体を提供する方法を開示している。加えて、米国特許４，１７９，３３７は、酵素１分子当たり１０から１００のポリマー鎖を結合させることおよび、酵素活性の少なくとも４０％を保持することを特徴としている。ＰＥＧの、ウリカーゼの利用可能なアミノ基への結合の程度、またウリカーゼの残存尿酸分解比活性、ならびに結合体の免疫反応性に関しての試験結果は、報告されていない。

以前の研究によると、Ｃａｎｄｉｄａ ｕｔｉｌｉｓ由来のウリカーゼに様々な数のＰＥＧを結合させることで、ｉｎ ｖｉｔｒｏで測定した尿酸分解活性が顕著に減少した。Ｃｈｅｎ論文、ならびに同じ研究グループによるシンポジウムでの報告で、ブタ肝臓ウリカーゼに多量の５ｋＤａＰＥＧ鎖を結合させた実験でも類似した結果が得られたと報告されている。Ｃｈｅｎ，ｅｔ ａｌ．，（１９８１）、Ｄａｖｉｓ，ｅｔ ａｌ．，（１９７８）。

これまでに発表された７つの研究で、ＰＥＧ化によってウリカーゼの免疫反応性が減少したと報告されており、他の５研究で、完全に除去されたと報告されている。完全に除去されたと報告された５研究のうち３研究では、免疫反応性の低下は顕著な尿酸分解活性の低下を伴い、それぞれ最大でも初期活性の１５％、２８％、４５％に留まった。Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ，ｅｔ ａｌ．，（１９７９）（活性１５％）、Ｃｈｅｎ，ｅｔ ａｌ．，（１９８１）（活性２８％）、Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，（１９８１）（活性４５％）。４つ目の報告では、ＰＥＧが利用可能なリシン残基のうち６１％に結合されたと報告されたが、残存比活性度は示されていない。Ａｂｕｃｈｏｗｓｋｉ，ｅｔ ａｌ．，（１９８１）。しかしながら、この論文の著者らのうち２人が参加して、同一の方法で行った実験結果を発表したところによると、この程度の結合は残存活性を２３から２８％しか残さない。Ｃｈｅｎ，ｅｔ ａｌ．，（１９８１）。ＡｂｕｃｈｏｗｓｋｉらとＣｈｅｎらが１９８１年に発表した論文からは、ウリカーゼの免疫反応性を大きく低減させるためには、利用可能なリシン残基の約６０％にＰＥＧを結合させなければならないことが示唆される。５つ目の文献では、ウリカーゼの免疫反応性が完全に除去されたと報告されているが、どの程度ＰＥＧを結合させたのか、残存尿酸分解活性、ＰＥＧとタンパク質の架橋の性状などが、開示されていない。Ｖｅｒｏｎｅｓｅ，ＦＭ，ｅｔ ａｌ．，（１９９７） ｉｎ ＪＭ Ｈａｒｒｉｓ，ｅｔ ａｌ．，（Ｅｄｓ．）， Ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ） Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＡＣＳ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｓｅｒｉｅｓ ６８０（ｐｐ．１８２−１９２）Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ：Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙを、参照することによってその全文を本明細書に含む。

ＰＥＧをウリカーゼのリシン残基の、より少ない割合に結合させた場合は、実験動物を用いた実験で、免疫反応性が低減されるが、除去に到らないことが示されている。Ｔｓｕｊｉ，Ｊ，ｅｔ ａｌ．，（１９８５）Ｉｎｔ Ｊ Ｉｍｍｕｎｏｐｈａｒｍａｃｏｌ ７：７２５−７３０を参照することによってその全文を本明細書に含む（アミノ基の２８−４５％に結合）、Ｙａｓｕｄａ，Ｙ，ｅｔ ａｌ．，（１９９０） Ｃｈｅｍ Ｐｈａｒｍ Ｂｕｌｌ ３８：２０５３−２０５６ を参照することによってその全文を本明細書に含む（アミノ基の３８％に結合）。これらの付加体の残存尿酸分解活性は初期値の３３％未満（Ｔｓｕｊｉ，ｅｔ ａｌ．）から６０％（Ｙａｓｕｄａ，ｅｔ ａｌ．）の範囲にあった。Ｔｓｕｊｉらは、ＰＥＧ−ウリカーゼ結合体を、５ ｋＤａＰＥＧに加えて、７．５ｋＤａおよび１０ｋＤａＰＥＧを用いて合成した。得られた結合体は全て、ある程度の免疫原性および抗原性を示し、一方酵素活性は顕著に減少していた。

５人の被験者にそれぞれ２回安全に注射された、Ｃａｎｄｉｄａ ｕｔｉｌｉｓから得たウリカーゼのＰＥＧ化調整物は、初期活性値の１１％しか保持していなかったと報告されている。Ｄａｖｉｓ，ｅｔ ａｌ．，（１９８１）。その数年後、Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ ｐｒｏｔｏｆｏｒｍｉａｅ由来のＰＥＧ修飾ウリカーゼが、進行したリンパ腫および重症高尿酸血症に罹患している患者１例に４回投与された。Ｃｈｕａ，ｅｔ ａｌ．，（１９８８）。この酵素調整物の残存活性は測定されなかったが、Ｃｈｕａらは酵素結合免疫測定法（ＥＬＩＳＡ）を用いて、最初のＰＥＧ−ウリカーゼ注射の２６日後の患者の血清に、抗ウリカーゼ抗体が含まれていなかったことを示した。

ＰＥＧ化ウリカーゼに関する以前の研究で、その免疫反応性を大幅に低減するために十分なだけの数のＰＥＧ鎖を結合させると、その触媒活性が顕著に減少することが示されている。さらに、ほとんどの既知のＰＥＧ−ウリカーゼ調整物はトリアジン誘導体（２，４，６−トリクロロ−１，３，５−トリアジン）である塩化シアヌルで活性化したＰＥＧを用いて合成されているが、塩化シアヌルは抗原性の決定基を導入し、ウサギで抗体産生を誘導することが知られている。Ｔｓｕｊｉ，ｅｔ ａｌ．，（１９８５）。

参照することによってその全文を本明細書に含む、Ａ Ｓａｎｏらの日本国特許番号第３−１４８２９８号は、分子量１から１２ｋＤａのＰＥＧで誘導体化した、免疫原性が低減されると共に作用が「増強および延長」されたウリカーゼを含む修飾タンパク質、ならびにこのような誘導体化されたペプチドを生成する方法を開示している。しかしながら、鎖の数、酵素アッセイ、生物学的試験あるいは「増強及び延長」の意味するところは、開示されていない。それぞれ参照することによってその全文を本明細書に含む、Ｙ Ｉｎａｄａの日本国特許第５５−９９１８９号および第６２−５５０７９号は、それぞれＰＥＧ−トリアジンまたはビス−ＰＥＧ−トリアジン（ＰＥＧ２と表記）を用いて調製したウリカーゼ結合体が開示されている。Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ，ｅｔ ａｌ．，（１９７９および１９８１）参照。前者の結合体では２ｋＤａおよび５ｋＤａの分子量を持つＰＥＧが用いられており、後者では５ｋＤａのＰＥＧのみが用いられた。Ｎｉｓｈｉｍｕｒａら（１９７９）の報告によると、利用可能なリシン残基の４３％を直鎖５ｋＤａＰＥＧで修飾した後、尿酸分解活性の１５％が回復された。また、Ｎｉｓｈｉｍｕｒａら（１９８１）の報告によると、リシン残基の４６％または３６％をＰＥＧ_２で修飾した場合に、それぞれ３１％、４５％の尿酸分解活性が回復した。

以前の研究で対象となったウリカーゼタンパク質は天然であるかまたは組み換えタンパク質であった。しかしながら、ＳＤＳ−ＰＡＧＥおよび／またはウェスタンブロットを用いた研究で、分解産物と見られる、予想外の低分子量ペプチドの存在ならびに、時間と共にその頻度が多くなることが明らかとなった。本発明は、トランケートされ、構造安定性が向上した変異型組み換えウリカーゼタンパク質に関する。

発明の要約
本発明は新規の組み換えウリカーゼタンパク質を提供する。一実施形態にあっては、考慮される本発明のタンパク質はトランケートされており、天然のウリカーゼタンパク質に対して、変異したアミノ酸を有する。特定の実施形態にあっては、変異は第７、４６、２９１、３０１番目のアミノ酸またはこの周辺領域に生じたものである。ペプチドの任意の位置に存在する保存的変異も、本発明の一部として考慮される。

本発明は、１から２０アミノ酸がトランケートされ、天然のウリカーゼの尿酸分解活性を保持している変異型組み換えウリカーゼを提供する。トランケーションは配列の末端またはその周辺領域にあり、タンパク質が最終アミノ酸を含み得るようになっている。これらの変異またはトランケーションが、このような変異を有するタンパク質の安定性を向上しうる。

他の実施形態にあっては、本発明は尿酸分解活性を有する新規の組み換えウリカーゼタンパク質を含む、尿酸を代謝する手段を提供する。尿酸分解活性とは、本明細書では酵素による尿酸のアラントインへの変換を指す。

本発明はさらに、１から２０アミノ酸がトランケートされ、変異したアミノ酸を有しかつ尿酸分解活性を保持するウリカーゼを産生する能力を有する宿主細胞をも提供する。

一実施形態にあっては、アミノ酸配列がアミノ末端またはカルボキシ末端、またはアミノ末端およびカルボキシ末端両方で１から１３アミノ酸がトランケートされ、さらに、約４６番目の位置に置換されたアミノ酸を有する哺乳類ウリカーゼアミノ酸配列を含む、単離哺乳類ウリカーゼが提供される。特定の実施形態にあっては、ウリカーゼはアミノ末端アミノ酸を有し、このアミノ末端アミノ酸が、アラニン、グリシン、プロリン、セリンまたはトレオニンである。さらに、約４６番目のアミノ酸がトレオニンまたはアラニンで置換されたウリカーゼも提供される。一実施形態にあっては、ウリカーゼはＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．８のアミノ酸配列を含む。一実施形態にあっては、ウリカーゼはポリマーと結合しており、例えばポリエチレングリコール−ウリカーゼ結合体を形成している。特定の実施形態にあっては、ポリエチレングリコール−ウリカーゼ結合体は、それぞれのウリカーゼサブユニットに２から１２個のポリエチレングリコール分子を有しており、好ましくは、１ウリカーゼサブユニットあたり３から１０個のポリエチレングリコール分子を有している。特定の実施形態にあっては、ポリエチレングリコール−ウリカーゼ結合体のポリエチレングリコール分子は、それぞれ約１ｋＤから１００ｋＤ、約１ｋＤから５０ｋＤ、約５ｋＤから２０ｋＤ、または約１０ｋＤの分子量を有する。さらに、本発明の、ポリエチレングリコール−ウリカーゼ結合体を含むウリカーゼを含有する医薬組成物も提供される。一実施形態にあっては、医薬組成物は反復投与に適している。

さらに、その必要がある対象者において、体液中の尿酸レベルを下げる方法も提供されるものであって、この方法は本発明のウリカーゼを含有する医薬組成物の投与を含む。特定の一実施形態にあっては、体液は血液である。

一実施形態にあっては、ウリカーゼはＰｉｇ−ＫＳ−ΔＮ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１４）の４４番目から５６番目の配列を有するペプチドを含む。

一実施形態にあっては、ウリカーゼタンパク質はＮ末端にメチオニンを有する。特定の一実施形態にあっては、ウリカーゼはＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．７のアミノ酸配列を含む。

また、本発明のウリカーゼ、例えば、ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．７、ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．８、ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１２ またはＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１３のアミノ酸配列からなるか、またはこれを含むウリカーゼをコードする核酸配列を含む、単離された核酸も提供される。一実施形態にあっては、単離された核酸は動作可能なように異種性のプロモータ、例えばｏｓｍＢプロモータに連結されている。さらに、ウリカーゼをエンコードする核酸を含むベクター、ならびにこのようなベクターを含む宿主細胞も提供される。一実施形態にあっては、核酸はＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．７の配列を有する。このような宿主細胞を、ウリカーゼが宿主細胞によって発現されるような条件下で培養し、発現されたウリカーゼを単離する工程を含む、ウリカーゼを生成する方法も、提供される。

図の簡単な説明
図１はプラスミドｐＯＵＲ−Ｐ−ΔＮ−ｋｓ−１の構造を示している。制限酵素サイトの横に示された番号は、１で示したＨａｅＩＩサイトから数えた、ヌクレオチドの位置を示している。クローニングの過程で失われた制限酵素サイトは、括弧付きで示している。

図２は、Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼのＤＮＡ配列、および推定されるアミノ酸配列を示したものである（それぞれＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．９およびＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．７）。図２のアミノ酸番号は、全長ブタウリカーゼに対応している。イニシエーターであるメチオニン残基に続いて、ブタウリカーゼ配列のアスパラギン酸７がトレオニンに置換されている。サブクローニングの様々な過程で使用した制限酵素サイトが、示されている。３′側の翻訳されない配列は小文字で示されている。翻訳終止コドンは、アスタリスクで示してある。

図３は様々な組み換えブタ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１１）、ＰＢＣ−ΔＮＣ （ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１２）およびＰｉｇ−ＫＳ−ΔＮ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．７）ウリカーゼ配列のアラインメントを示している。Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮで、公開されているブタウリカーゼ配列とアミノ酸の相違がある位置をアスタリスクで示している。丸印は、Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮとＰＢＣ−ΔＮでアミノ酸の相違がある位置を示している。点線は、アミノ酸の欠失を示している。

図４はブタウリカーゼおよび、高度に精製した、実施例１から３に従って作成した変異型ウリカーゼのＳＤＳ−ＰＡＧＥを示している。生成日（月／年）およびそれぞれのサンプルに対応するレーン番号は以下に示してある。Ｙ軸は分子量マーカーの分子量でラベルされており、図の上部にレーン番号を示してある。レーン番号は以下の通りである：レーン１−分子量マーカー、レーン２−ＰｉｇＫＳ−ΔＮ（７／９８）、レーン３−Ｐｉｇ（９／９８）、レーン４−ＰｉｇＫＳ（６／９９）、レーン５−ＰｉｇＫＳ（６／９９）、レーン６−Ｐｉｇ−ΔＮ（６／９９）、レーン７−ＰｉｇＫＳ−ΔＮ（７／９９）、レーン８−ＰｉｇＫＳ−ΔＮ（８／９９）。

図５は血液サンプルでの酵素活性を測定することによって求めた、ラットでのＰＥＧ化された（９ｘ１０ｋＤ）Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼのＩＭ（筋肉内投与）、ＳＣ（皮下投与）およびＩＶ（静脈内投与）注射後の薬物動態プロファイルを示している。示した時間間隔で採取した血漿サンプルにおけるウリカーゼ活性は比色分析によって求めた。活性の値（ｍＡＵ＝ミリ吸光度単位）は、血漿サンプル１μｌあたりの酵素反応速度を表している。注射されたウリカーゼの生物学的利用率（ＩＶ注射の内、循環系に到達する薬剤の量）はグラフの曲線の下のエリアから計算した。

図６は血液サンプルでの酵素活性を測定することによって求めた、ウサギでのＰＥＧ化された（９ｘ１０ｋＤ）Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼのＩＭ（筋肉内投与），ＳＣ（皮下投与）およびＩＶ（静脈内投与）注射後の薬物動態プロファイルを示している。示した時間間隔で採取した血漿サンプルにおけるウリカーゼ活性は比色分析によって求めた。活性の値（ｍＡＵ＝ミリ吸光度単位）は、血漿サンプル１μlあたりの酵素反応速度を表している。注射されたウリカーゼの生物学的利用率（ＩＶ注射の内、循環系に到達する薬剤の量）はグラフの曲線の下のエリアから計算した。

図７は血液サンプルでの酵素活性を測定することによって求めた、イヌでのＰＥＧ化された（９ｘ１０ｋＤ）Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼのＩＭ（筋肉内投与），ＳＣ（皮下投与）およびＩＶ（静脈内投与）注射後の薬物動態プロファイルを示している。示した時間間隔で採取した血漿サンプルにおけるウリカーゼ活性は比色分析によって求めた。活性の値（ｍＡＵ＝ミリ吸光度単位）は、血漿サンプル１μlあたりの酵素反応速度を表している。注射されたウリカーゼの生物学的利用率（ＩＶ注射の内、循環系に到達する薬剤の量）はグラフの曲線の下のエリアから計算した。

図８は血液サンプルでの酵素活性を測定することによって求めた、ブタでのＰＥＧ化された（９ｘ１０ｋＤ）Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼのＩＭ（筋肉内投与），ＳＣ（皮下投与）およびＩＶ（静脈内投与）注射後の薬物動態プロファイルを示している。示した時間間隔で採取した血漿サンプルにおけるウリカーゼ活性は比色分析によって求めた。活性の値（ｍＡＵ＝ミリ吸光度単位）は、血漿サンプル１μlあたりの酵素反応速度を表している。注射されたウリカーゼの生物学的利用率（ＩＶ注射の内、循環系に到達する薬剤の量）はグラフの曲線の下のエリアから計算した。

詳細な説明
これまでの研究は、ＰＥＧ化によってウリカーゼの免疫原性および／または抗原性の大幅な低減が達成された場合は、必ず尿酸分解活性も大幅に失われてしまうことを示している。生物薬剤の安全性、利便性および対費用効果は、効力が失われ、また従って投与量を上げなければならないことによって悪影響を受ける。従って、血液を含む体液において、上昇した尿酸レベルを下げる安全で効果的な代替的な方法が必要とされている。本発明はアミノ末端またはカルボキシ末端、あるいはこの両方で、１から２０アミノ酸がトランケートされており、かつ天然ウリカーゼの尿酸分解活性を実質的に保持している変異型組み換えウリカーゼを提供する。

特に記載のない限り、本明細書では用語「ウリカーゼ」を、個々のサブユニットならびにその四量体両方を指すものとして用いる。

本明細書では、用語「変異型ウリカーゼ」を、他のアミノ酸に置換されたアミノ酸を有するウリカーゼ分子を指す語として用いる。

本明細書では、用語「保存的変異」を、当該タンパク質の振る舞いを実質的に変化させない、１つまたはそれ以上の、任意の位置またはその周辺におけるアミノ酸の変異を指す語として用いる。好ましい一実施形態にあっては、少なくとも１つの保存的変異を有するウリカーゼは、このような変異を有さないウリカーゼと同じウリカーゼ活性を有する。他の実施形態にあっては、少なくとも１つの保存的変異を有するウリカーゼは、このような変異を有さないウリカーゼと実質的に同じウリカーゼ活性、同活性から５％以内、同活性から１０％以内または同活性から３０％以内の活性を有する。

保存的アミノ酸置換とは、ペプチド、ポリペプチドまたはタンパク質、あるいはその断片のアミノ酸が変化することによって、アミノ酸組成が変化することを言う。特定の実施形態にあっては、ウリカーゼは１つ、２つ、３つまたは４つの保存的変異を有する。アミノ酸の置換は、ペプチド、ポリペプチドまたはタンパク質の性質（たとえば、電荷、ＩＥＦ、アフィニティ、親和性、コンフォメーション、可溶性など）または活性が実質的に変化しないよう、一般に似通った性質（たとえば、酸性、塩基性、芳香族、サイズ、帯正電荷または帯負電荷、極性、非極性など）のもの同士で行う。このような保存的アミノ酸置換を行うに当たって、典型的に、群内で相互に置換が可能なアミノ酸群は以下の通りであり得る：

グリシン（Ｇ）、アラニン（Ａ）、バリン（Ｖ）、ロイシン（Ｌ）、イソロイシン（Ｉ）

アスパラギン酸（Ｄ）、グルタミン酸（Ｅ）

アラニン（Ａ）、セリン（Ｓ）、トレオニン（Ｔ）

ヒスチジン（Ｈ）、リシン（Ｋ）、アルギニン（Ｒ）

アスパラギン（Ｎ）、グルタミン（Ｑ）

フェニルアラニン（Ｆ）、チロシン（Ｙ）、トリプトファン（Ｗ）

１つまたはそれ以上の保存的置換を有するタンパク質は、ＤＮＡ配列がオリジナルのタンパク質と異なるにもかかわらず、その構造上の安定性を保持し、反応を触媒する事ができる。

切断型ウリカーゼとは、短くした一次アミノ酸配列からなるウリカーゼ分子を言う。可能なトランケーションには、アミノおよび／またはカルボキシル末端付近でのトランケーションが含まれる。この種の、具体的なトランケーションとしては、天然当該タンパク質の最終アミノ酸（アミノおよび／またはカルボキシ末端のアミノ酸）が、切断型タンパク質に含まれるものがある。アミノ末端トランケーションは、１、２、３、４、５または６番目の位置で始まりうる。好ましくは、アミノ末端トランケーションは２番目の位置で始まり、よってアミノ末端のメチオニンを残すものである。このメチオニンは翻訳後修飾によって除去され得る。特定の実施形態にあっては、アミノ末端のメチオニンは、ウリカーゼが産生された後に除去される。特定の一実施形態にあっては、メチオニンは内在するバクテリアのアミノペプチダーゼによって除去される。

切断型ウリカーゼとは、その全長配列に対し、１つまたはそれ以上のアミノ酸配列が除かれたものである。切断型ウリカーゼを含むタンパク質とは、切断型ウリカーゼ配列に加えてあらゆるアミノ酸配列を含みうるが、ウリカーゼ配列を含むタンパク質のうち、これに加えて、引き続いて野生型アミノ酸配列を含むものはこれに含まない。つまり、切断型ウリカーゼを含むタンパク質において、トランケーションが６番目の位置で始まるもの（すなわち、切断型ウリカーゼが７番目の位置から始まるもの）は、切断型ウリカーゼのすぐ上流に、野生型ウリカーゼが６番目の位置に有するアミノ酸を有しない。

特に他の特定の配列またはＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．を参照する記載のない限り、本明細書に記載のウリカーゼのアミノ酸位置番号は、ブタウリカーゼ配列に付された番号に対応している。ブタウリカーゼのアミノ酸配列、ならびにその配列を為すアミノ酸の位置番号は、図３に示してある。本明細書では、アミノ酸または核酸について「位置Ｘから位置Ｙまで」と表記する場合は、位置Ｘで始まり位置Ｙで終わる連続した配列を意味するものとし、位置Ｘならびに位置Ｙのアミノ酸または核酸を含むものとする。

ウリカーゼ遺伝子ならびに同タンパク質は、数種の哺乳類種、例えばブタ、ヒヒ、ラット、ウサギ、マウスおよびアカゲザルで同定されている。公共データベースにおける受入番号を参照することによって、様々なウリカーゼタンパク質の配列を本明細書に記載する：ｇｉ｜５０４０３７２８｜ｓｐ｜Ｐ２５６８９、ｇｉ｜２０５１３６３４｜ｄｂｊ｜ＢＡＢ９１５５５．１、ｇｉ｜１７６６１０｜ｇｂ｜ＡＡＡ３５３９５．１、ｇｉ｜２０５１３６５４｜ｄｂｊ｜ＢＡＢ９１５５７．１、ｇｉ｜４７５２３６０６｜ｒｅｆ｜ＮＰ＿９９９４３５．１、ｇｉ｜６６７８５０９｜ｒｅｆ｜ＮＰ＿０３３５００．１、ｇｉ｜５７４６３｜ｅｍｂ｜ＣＡＡ３１４９０．１、ｇｉ｜２０１２７３９５｜ｒｅｆ｜ＮＰ＿４４６２２０．１、ｇｉ｜１３７１０７｜ｓｐ｜Ｐ１１６４５、ｇｉ｜５１４５８６６１｜ｒｅｆ｜ＸＰ＿４９７６８８．１、ｇｉ｜２０７６１９｜ｇｂ｜ＡＡＡ４２３１８．１、ｇｉ｜２６３４０７７０｜ｄｂｊ｜ＢＡＣ３４０４７．１、ｇｉ｜５７４５９｜ｅｍｂ｜ＣＡＡ３０３７８．１。全米バイオテクノロジー情報センター（ＮＣＢＩ）を通してアクセス可能である公共データベースに登録されている、それぞれの配列ならびにそのアノテーションを、参照することによってその全部を本明細書に含む。

本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼはそのアミノ末端において４から１３のアミノ酸がトランケートされている。本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼはそのカルボキシ末端において４から１３アミノ酸がトランケートされている。本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼはカルボキシおよびアミノ末端の両方で、４から１３アミノ酸がトランケートされている。

本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼはアミノ末端において６アミノ酸がトランケートされている。本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼはカルボキシ末端において６アミノ酸がトランケートされている。本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼはカルボキシおよびアミノ末端の両方で、６アミノ酸がトランケートされている。

特定の一実施形態にあっては、ウリカーゼタンパク質はブタウリカーゼ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１１）のアミノ酸配列の位置１３から位置２９２のアミノ酸配列を含む。特定の一実施形態にあっては、ウリカーゼタンパク質はＰＢＣ−ΔＮＣ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１２）のアミノ酸配列の位置８から位置２８７のアミノ酸配列を含む。特定の一実施形態にあっては、ウリカーゼタンパク質はＰｉｇ−ＫＳ−ΔＮ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．７）のアミノ酸配列の位置８から位置２８７のアミノ酸配列を含む。

他の実施形態にあっては、ウリカーゼタンパク質はＰｉｇ−ＫＳ−ΔＮ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１４）のアミノ酸配列の位置４４から位置５６のアミノ酸配列を含む。ウリカーゼのこの領域は、ウリカーゼのトンネリングフォールド（Ｔ−ｆｏｌｄ）ドメイン中の配列に相同性を有し、この中の位置４６に、天然のブタウリカーゼに対し、変異を有する。この変異は、驚くべき事にこのタンパク質のウリカーゼ活性を大きく変化させない。

本発明の一実施形態にあっては、アミノ酸７、４６、および２９１および３０１番目の位置またはこの付近のアミノ酸が変異している。本発明の好ましい一実施形態にあっては、７、４６、および２９１および３０１番目のアミノ酸自体が、変異している。

特定の実施形態にあっては、タンパク質はＮ末端にメチオニンをコードする核酸によってコードされている。好ましくは、Ｎ末端のメチオニンにはバクテリアのメチオニンアミノペプチダーゼ（ＭＡＰ）による当該Ｎ末端メチオニン除去を可能にするコドンが引き続く。（Ｂｅｎ−Ｂａｓｓａｔ ａｎｄ Ｂａｕｅｒ（１９８７） Ｎａｔｕｒｅ ３２６：３１５を参照することによってその全文を本明細書に含む）。Ｎ末端のメチオニンの最も完全な除去を可能にするアミノ酸は、アラニン、グリシン、プロリン、セリンおよびトレオニンである。

本発明の一実施形態にあっては、位置７および／または４６、またはこの付近のアミノ酸が、トレオニンに置換されている。驚くべき事に、この変異を有して調製された切断型ウリカーゼの活性は、その非切断型の酵素の活性と似通っている。本発明のさらなる一実施形態にあっては、アミノ酸変異はそれぞれトレオニン、トレオニン、リシン、セリンを、それぞれ７番目の位置、４６番目の位置、２９１番目の位置、３０１番目の位置に、有するものである。

本明細書に開示した切断型哺乳類ウリカーゼはさらに、アミノ末端にメチオニンを有しうる。最後から２番目のアミノ酸は、バクテリアのメチオニンアミノペプチダーゼ（ＭＡＰ）によるＮ末端のメチオニンの除去を可能にするものであり得る。Ｎ末端のメチオニンの最も完全な除去を可能にするアミノ酸は、アラニン、グリシン、プロリン、セリンおよびトレオニンである。特定の一実施形態にあっては、ウリカーゼはアミノ末端に２つのアミノ酸を有し、この２つのアミノ酸は一方がメチオニンであって、これに引き続いてアラニン、グリシン、プロリン、セリンおよびトレオニンからなる群から選んだアミノ酸１つが引き続くものである。

本発明の他の実施形態にあっては、置換されたアミノ酸はトレオニンによって置き換えられている。

本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼは哺乳類ウリカーゼである。

本発明の一実施形態にあっては、哺乳類ウリカーゼはブタ、ウシ、ヒツジまたはヒヒ肝臓ウリカーゼの配列を含む。

本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼは２つまたはそれ以上の哺乳類ウリカーゼからなるキメラウリカーゼである。

本発明の一実施形態にあっては、哺乳類ウリカーゼはブタ、ウシ、ヒツジまたはヒヒ肝臓ウリカーゼから選ばれる。

本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼはＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．８の配列を含む。

本発明の他の実施形態にあっては、ウリカーゼはＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１３の配列を含む。

本発明は、ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ． １０の配列を含む、ウリカーゼをコードする核酸を提供する。

本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼは菌類または微生物ウリカーゼを含む。

本発明の一実施形態にあっては、菌類または微生物ウリカーゼはＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｌａｖｕｓ、Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ ｇｌｏｂｉｆｏｒｍｉｓまたはＣａｎｄｉｄａ ｕｔｉｌｉｓウリカーゼである。

本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼは無脊椎動物ウリカーゼを含む。

本発明の一実施形態にあっては、無脊椎動物ウリカーゼはＤｒｏｓｏｐｈｉｌａ ｍｅｌａｎｏｇａｓｔｅｒまたはＤｒｏｓｏｐｈｉｌａ ｐｓｅｕｄｏｏｂｓｃｕｒａウリカーゼである。

本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼは植物ウリカーゼを含む。

本発明の一実施形態にあっては、植物ウリカーゼは根粒のＧｌｙｃｉｎｅ ｍａｘウリカーゼである。

本発明はウリカーゼをコードする核酸配列を提供する。

本発明は、当該核酸配列を含むベクターを提供する。

特定の一実施形態にあっては、ウリカーゼは単離される。特定の一実施形態にあっては、ウリカーゼは精製される。特定の実施形態にあっては、ウリカーゼは単離され精製される。

本発明はベクターを含む宿主細胞を提供する。

本発明はＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応法）技術による、非切断型ウリカーゼをコードする核酸配列の改変を含む、当該核酸配列を作成する方法を提供する。当該業務に精通する者には目的の核酸配列がＰＣＲによって、増幅する標的ＤＮＡの領域に相補的な合成オリゴヌクレオチドプライマー（それぞれの鎖に１つずつ）を介して、調製できることが既知である。プライマーを、過剰量のデオキシヌクレオチドおよび、耐熱性ＤＮＡポリメーラーゼであるＴａｑポリメラーゼの存在下で標的ＤＮＡ（純粋なものでなくてよい）に加える。標的ＤＮＡは、連続する温度サイクル（典型的な場合で、３０回）を経る中で反復して変性（約９０℃）、プライマーとのアニーリング（典型的な場合で、５０から６０℃）、プライマーからの娘鎖の伸長（７２℃）を繰り返す。次のサイクルからは娘鎖もテンプレートとして働くので、両方のプライマーとマッチするＤＮＡ断片は線形にではなく、指数関数的に増幅される。

本発明は、変異型組み換えウリカーゼを生成する方法を提供するものであって、宿主細胞のベクターによる形質転換、宿主細胞によるウリカーゼの発現、変異型組み換えウリカーゼの宿主細胞からの単離、精製された変異型組み換えウリカーゼの、例えばクロマトグラフィー技術による単離、および変異型組み換えウリカーゼの精製を含む。例えば、ウリカーゼは参照することによってその全文を本明細書に含む、国際公開第００／０８１９６号パンフレットに記載の方法によって作成することができる。

ウリカーゼは、当該業務に精通した者に既知であるあらゆる方法によって単離および／または精製されうる。一般に、本発明で発現させたポリペプチドは実質的に純粋な形で単離される。好ましくは、ポリペプチドは重量で少なくとも８０％の純度で単離される。より好ましくは、重量で少なくとも９５％の純度、そして最も好ましくは、少なくとも９９％の純度で単離される。一般にこのような精製は、例えば硫安分画法、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ電気泳動法およびアフィニティークロマトグラフィーの標準的な技法を用いて達成されうる。ウリカーゼは、好ましくは陽イオン界面活性剤、例えば、参照することによってその全文を本明細書に含む、２００５年４月１１日出願の同時係属出願、代理人整理番号第１０３８６４．１４６６４４号、タイトルが陽イオン界面活性剤によるタンパク質の精製である、米国特許仮出願番号第６０／６７０，５２０号に記載の方法に従って塩化セチルピリジニウム（ＣＰＣ）によって単離される。

好ましい一実施形態にあっては、変異型組み換えウリカーゼの発現を引き起こすよう、宿主細胞に処置を施す。当該業務に精通する者には、細胞のベクターによる形質転換は通常カルシウムイオンと沈殿させたＤＮＡを用いて達成されるが、他にも様々な方法（例えば電気穿孔法）を用いることができることが既知である。

本発明の一実施形態にあっては、ベクターは浸透圧感受性プロモータの制御下にある。プロモータとは、ＲＮＡポリメラーゼが、ＤＮＡのＲＮＡへの転写プロセスを開始するに先立って結合する、ＤＮＡ領域のことを言う。浸透圧感受性プロモータは、細胞が浸透圧の上昇を感知した場合に転写を開始する。

本発明の一実施形態にあっては、プロモータは改変されたｏｓｍＢプロモータである。

特定の実施形態にあっては、本発明のウリカーゼはポリマーと結合したウリカーゼである。

本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼを含む医薬組成物が提供される。一実施形態にあっては、組成物はウリカーゼ溶液である。好ましい一実施形態にあっては、溶液は滅菌済みであり、注射に適している。一実施形態にあっては、このような組成物はウリカーゼのリン酸緩衝生理食塩水溶液を含む。一実施形態にあっては、組成物はバイアルで提供され、さらに、任意にラバー注射ストッパーを備えることができる。特定の実施形態にあっては、組成物は、ウリカーゼを溶液１ミリリットルあたり２から１６ミリグラムの濃度、溶液１ミリリットルあたり４から１２ミリグラムの濃度、溶液１ミリリットルあたり６から１０ミリグラムの濃度で含む。好ましい一実施形態にあっては、組成物はウリカーゼを１ミリリットルあたり８ミリグラムの濃度で含む。好ましくは、ウリカーゼの重量は、タンパク質重量に対して測定される。

本発明の組成物の効果的な投与計画は、当該業務に精通した者によって決定されうる。任意の投与計画の、有効性の評価に適した指標は、当該業務に精通した者に既知である。このような指標の例としては、血漿尿酸レベル（ＰＵＡ）の正常化または低下、ならびにＰＵＡを６．８ｍｇ／ｄＬ以下、好ましくは６ｍｇ／ｄＬ以下に低下または維持させることが挙げられる。好ましい一実施形態にあっては、本発明の組成物による治療の対象者は、総治療期間の７０％以上、８０％以上、または９０％以上の期間、ＰＵＡが６ｍｇ／ｍｌ以下である。例えば治療期間が２４週間である場合、対象者のＰＵＡは２４週間の治療期間の８０％以上の間、すなわち、少なくとも１３４．４日（２４週間ｘ７日間／週間ｘ０．８＝１３４．４日）に等しい時間の間、６ｍｇ／ｍｌ以下である。

特定の実施形態にあっては、溶液としてウリカーゼ０．５から２４ｍｇが２から４週に１回投与される。ウリカーゼは、当該業務に精通した者に既知のあらゆる適切な方法、例えば静脈内投与、筋肉内投与、皮下投与によって投与することができる。好ましくは、投与が静脈内投与による場合は、ウリカーゼとして０．５ｍｇから１２ｍｇが投与される。好ましくは、投与が皮下投与による場合は、ウリカーゼとして４ｍｇから２４ｍｇが投与される。好ましい一実施形態にあっては、ウリカーゼは静脈点滴によって、３０から２４０分の点滴時間で投与される。一実施形態にあっては、２週間に１回、ウリカーゼとして８ｍｇが投与される。特定の実施形態にあっては、１００から５００ｍＬの生理食塩水を用いて点滴を行うことができる。好ましい一実施形態にあっては、２週間に１回または４週間に１回、点滴時間１２０分で、溶液として８ｍｇのウリカーゼが投与される。好ましくは、点滴に用いるウリカーゼは２５０ｍＬの生理食塩水に溶解される。特定の実施形態にあっては、ウリカーゼの投与は３ヶ月間、６ヶ月間、８ヶ月間または１２ヶ月間の治療期間にわたって行う。他の実施形態にあっては、治療期間は１２週間、２４週間、３６週間または４８週間である。特定の一実施形態にあっては、治療期間は長期間にわたるものであって、例えば２年以上、治療対象者の全生存期間にわたる。加えて、複数の治療期間を、治療休止期間ではさむことも可能である。例えば、６ヶ月間の治療に引き続いて３ヶ月間の治療休止期間をおき、その後再び６ヶ月間治療を行うことなどが、可能である。

特定の実施形態にあっては、ウリカーゼの投与による注入反応の出現を阻止または低減するために、予防的に抗炎症性物質を投与することができる。一実施形態にあっては、少なくとも１つのコルチコステロイド、少なくとも１つの抗ヒスタミン薬、少なくとも１つのＮＳＡＩＤ、またはこれらの組み合わせが、よって投与される。有用なコルチコステロイドには、ベータメタゾン、ブデソニド、コルチゾン、デキサメタゾン、ヒドロコルチゾン、メチルプレドニソロン、プレドニソロン、プレドニゾンおよびトリアムシノロンが含まれる。有用なＮＳＡＩＤにはイブプロフェン、インドメタシン、ナプロキセン、アスピリン、アセトアミノフェン、セレコキシブおよびバルデコキシブが含まれる。有用な抗ヒスタミン薬には、アザタジン、ブロムフェニラミン、セチリジン、クロルフェニラミン、クレマスチン、シプロヘプタジン、デスロラタジン、デクスクロルフェニラミン、ジメンヒドリナート、ジフェンヒドラミン、ドキシルアミン、フェキソフェナジン、ヒドロキシジン、ロラタジンおよびフェニンダミンが含まれる。

好ましい一実施形態にあっては、抗ヒスタミン薬はフェキソフェナジンであり、ＮＳＡＩＤはアセトアミノフェンであり、コルチコステロイドはヒドロコルチゾンおよび／またはプレドニゾンである。好ましくは、３つ全ての組み合わせ（必ずしも同時にではない）を、ウリカーゼ溶液の注入投与の前に投与する。好ましい一実施形態にあっては、ＮＳＡＩＤと抗ヒスタミン薬はウリカーゼ注入の１から４時間前に経口投与される。フェキソフェナジンの適切な用量は約３０から約１８０ｍｇ、約４０から約１５０ｍｇ、約５０から約１２０ｍｇ、約６０から約９０ｍｇ、約６０ｍｇを含み、好ましくは６０ｍｇである。アセトアミノフェンの適切な用量は約５００から約１５００ｍｇ、約７００から約１２００ｍｇ、約８００から約１１００ｍｇ、約１０００ｍｇを含み、好ましくは１０００ｍｇである。ヒドロコルチゾンの適切な用量は約１００から約５００ｍｇ、約１５０から約３００ｍｇ、約２００ｍｇを含み、好ましくは２００ｍｇである。一実施形態にあっては、抗ヒスタミン薬はジフェンヒドラミンではない。他の実施形態にあっては、ＮＳＡＩＤはアセトアミノフェンではない。好ましい一実施形態にあっては、フェキソフェナジン６０ｍｇをウリカーゼ注入の前夜に経口投与し、フェキソフェナジン６０ｍｇおよびアセトアミノフェン１０００ｍｇを次の朝に経口投与し、最後に、ウリカーゼ注入の直前にヒドロコルチゾン２００ｍｇを投与する。一実施形態にあっては、プレドニゾンをウリカーゼ投与の前日に、好ましくは夕方、投与する。プレドニゾンの適切な用量は５から５０ｍｇを含み、好ましくは２０ｍｇである。特定の実施形態にあっては、注入反応の出現を阻止または低減させるためのこのような予防措置は、ＰＥＧ化ウリカーゼおよび非ＰＥＧ化ウリカーゼを含むウリカーゼ投与を、受けているかまたは受ける予定の治療対象者に対して講じられる。特定の実施形態にあっては、このような予防措置はウリカーゼ以外の、ＰＥＧ化治療薬ペプチドおよび非ＰＥＧ化治療薬ペプチドを含む、治療薬ペプチド投与を受けているかまたは受ける予定の対象者に対して講じられる。

本発明の一実施形態にあっては、医薬組成物はポリマーとの結合によって修飾されたウリカーゼを含有するものであって、修飾されたウリカーゼは尿酸分解活性を保持している。特定の一実施形態にあっては、ポリマー−ウリカーゼ結合体は参照によってその全文を本明細書に含める、国際公開第０１／５９０７８号パンフレットおよび米国特許出願番号第０９／５０１７３０号に記載されている方法に従って調製される。

本発明の一実施形態にあっては、ポリマーはポリエチレングリコール、デキストラン、ポリプロピレングリコール、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニールピロリドンおよびポリビニールアルコールを含む群から選択される。

本発明の一実施形態にあっては、組成物は２−１２のポリマー分子をそれぞれのウリカーゼサブユニットに含有し、好ましくは、３から１０ポリマー分子をそれぞれのウリカーゼサブユニットに含有する。

本発明の一実施形態にあっては、それぞれのポリマー分子は約１ｋＤから約１００ｋＤの分子量を有する。

本発明の他の実施形態にあっては、それぞれのポリマー分子は約１ｋＤから約５０ｋＤの分子量を有する。本発明の好ましい一実施形態にあっては、それぞれのポリマー分子は約５ｋＤから約２０ｋＤ、約８ｋＤから約１５ｋＤ、約１０ｋＤから１２ｋＤの分子量を有し、好ましくは、約１０ｋＤの分子量を有する。好ましい一実施形態にあっては、それぞれのポリマー分子は約５ｋＤまたは約２０ｋＤの分子量を有する。特に好ましい本発明の一実施形態にあっては、それぞれのポリマー分子は１０ｋＤの分子量を有する。異なる分子量を有する分子の混合物も考慮されている。本発明の一実施形態にあっては、組成物は、組成物の反復投与に適している。

特定の一実施形態にあっては、ウリカーゼとポリマーとの結合は、ウレタン結合、第２級アミン結合およびアミド結合からなる群から選択される結合を含む。

本発明は、尿酸分解活性、変異アミノ酸、並びに１から２０アミノ酸のトランケーションを有する、組み換えウリカーゼのアミノ酸配列を有するウリカーゼを生成する能力のある細胞を提供する。

本発明は当該ウリカーゼを用いて尿酸を代謝する方法を提供する。

本発明は、ウリカーゼ組成物の、体液中尿酸レベルの低減への利用を提供する。

本発明の一実施形態にあっては、ウリカーゼ組成物は血液を含む体液における尿酸の低減に用いられる。

また、ウリカーゼポリペプチドをコードする新規核酸分子も提供される。これらを生産する技法は、当該業務に精通した者によく知られている。例えば、ウリカーゼ核酸配列は当該業界に既知である、多くのあらゆる戦略によって改変されうる（Ｍａｎｉａｔｉｓ，Ｔ．，１９９０，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ，Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，２ｄ ｅｄ．，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ，Ｎ．Ｙ．）。配列は、適切な場所で１つまたはそれ以上の制限エンドヌクレアーゼによって切断でき、必要であればさらに酵素による改変を施し、単離し、ｉｎ ｖｉｔｒｏでライゲーションすることができる。ウリカーゼをコードする遺伝子の作成にあっては、改変された遺伝子が翻訳停止シグナルに遮られることなく、適切な翻訳読み枠を保持するよう注意すべきである。加えて、ウリカーゼをコードする核酸配列は、翻訳、翻訳開始および／または翻訳停止配列を作成および／または破壊、あるいは、コーディング領域に異形を生じさせるためおよび／またはさらなるｉｎ ｖｉｔｒｏでの修飾を促進する目的で、制限酵素サイトを新しく形成、または存在していた制限酵素サイトを破壊するためにｉｎ ｖｉｔｒｏまたｉｎ ｖｉｖｏで変異させることができる。これには、ｉｎ ｖｉｔｒｏでの部位特異的変異誘発（Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ，Ｃ．，ｅｔ ａｌ．，１９７８，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ ２５３：６５５１）、ＴＡＢ（登録商標）リンカー（Ｐｈａｒｍａｃｉａ）の使用などを含むが、これに限定されない、技術的に知られているあらゆる変異誘発技術を用いることができる。

ウリカーゼタンパク質をコードする核酸配列は適切な発現ベクター、すなわち、挿入されたタンパク質コーディング配列の転写および翻訳に必要なエレメントを含むベクターに、挿入することができる。タンパク質コーディング配列を発現させるためには、多様な宿主ベクター系を用いることができる。これらはウィルス（例えばワクシニアウィルス、アデノウィルス等）を感染させた哺乳類細胞系、ウィルス（例えばバキュロウィルス）を感染させた昆虫細胞系、酵母ベクターを含む酵母などの微生物、バクテリオファージＤＮＡ、プラスミドＤＮＡ、コスミドＤＮＡなどで形質転換したバクテリアを含むが、これに限定されない。これらのベクターの発現エレメントはそれらの強度と特異性において異なる。用いる宿主ベクター系に応じて、あらゆる適切な転写および翻訳エレメントを用いることができる。

適切な転写／翻訳制御シグナルと、タンパクをコードする配列からなるキメラ遺伝子を含んだ発現ベクターの作製には、ＤＮＡ断片をベクターに挿入する既知のあらゆる方法を用いることができる。このような方法には、ｉｎ ｖｉｔｒｏ組換えＤＮＡおよび合成的技術およびｉｎ ｖｉｖｏ組換え（遺伝的組換え）を含めることができる。ウリカーゼタンパク質をコードしている核酸配列の発現は、組換えＤＮＡ分子で形質転換した宿主内でウリカーゼタンパク質が発現されるよう、第二の核酸配列によって制御することができる。例えば、ウリカーゼの発現は、技術的に知られているあらゆるプロモータ／エンハンサーエレメントによって制御され得る。ウリカーゼの発現を制御するのに用いることのできるプロモータはＳＶ４０初期プロモータ領域（Ｂｅｒｎｏｉｓｔ ａｎｄ Ｃｈａｍｂｏｎ，１９８１，Ｎａｔｕｒｅ ２９０：３０４−３１０）、ラウス肉腫ウィルスの３’末端反復配列に含まれるプロモータ（Ｙａｍａｍｏｔｏ，ｅｔ ａｌ．，１９８０，Ｃｅｌｌ ２２：７８７−７９７）、ヘルペスチミジンキナーゼプロモータ（Ｗａｇｎｅｒ ｅｔ ａｌ．，１９８１，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．７８：１４４−１４４５）、メタロチオネイン遺伝子の制御配列（Ｂｒｉｎｓｔｅｒ ｅｔ ａｌ．，１９８２，Ｎａｔｕｒｅ ２９６：３９−４２）、βラクタマーゼプロモータなどの原核生物発現ベクター（Ｖｉｌｌａ−Ｋａｍａｒｏｆｆ，ｅｔ ａｌ．，１９７８，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．７５：３７２７−３７３１）、ｔａｃプロモータ（ＤｅＢｏｅｒ，ｅｔ ａｌ．，１９８３，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．８０：２１−２５）、ｏｓｍＢプロモータを含むが、これに限定されない。特定の実施形態にあっては、核酸は動作可能な形で異種性プロモータに結合されたウリカーゼ配列を含む。

核酸配列がコードされている特定の組み換えＤＮＡ分子が一旦調製され単離されたならば、技術的に知られている数種の方法によって、増殖させることができる。一旦宿主系ならびに培養条件が確立されれば、組み換え発現ベクターは増殖させ、大量に調製することができる。先に説明したように、使用できる発現ベクターは数例を挙げるならば、ワクシニアウィルスまたはアデノウィルスなどのヒトまたは動物ウィルス、バキュロウィルスなどの昆虫ウィルス、酵母ベクター、バクテリオファージベクター（例：ラムダ）およびプラスミドおよびコスミドＤＮＡベクターならびに、これらの誘導体を含むが、これに限定されない。

加えて、挿入された配列の発現を制御する、または遺伝子産物に、目的に合致した特定の修飾ならびに処理を施す宿主細胞株を選択することが可能である。特定のプロモータによる発現は特定の誘導物質の存在下で上昇し、よって遺伝的に改変したウリカーゼタンパク質の発現を制御することができる。さらに、異なる宿主細胞はそれぞれ特徴的ならびに特異的な、タンパク質の翻訳処理および翻訳後処理および修飾（例えばグリコシル化、切断）メカニズムを有している。発現された外来タンパク質に、目的の修飾および処理が施されることが保証されるよう、適切な細胞株を選ぶことができる。異なったベクター／宿主発現系は、タンパク質分解性開裂反応などの処理反応の程度を変えるなどの影響を与えうる。

本発明の特定の実施形態にあっては、ウリカーゼ をＥ．ｃｏｌｉで発現させることが好ましく、この際ｏｓｍＢプロモータを含むベクターを用いる。

実施例
実施例 １． 遺伝子の作成ならびにウリカーゼ発現のための発現プラスミド
組み換えブタウリカーゼ（尿酸酸化酵素）、Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮ（アミノ末端がトランケーションされたブタウリカーゼタンパク質で、第２９１番目と第３０１番目のアミノ酸が、それぞれリシンとセリンに置換されている）をＥ．ｃｏｌｉ Ｋ−１２株Ｗ３１１０Ｆ−で発現させた。ｐＯＵＲ−Ｐ−ΔＮ−ｋｓ−１に到る、一連のプラスミドを作成したが、ｐＯＵＲ−Ｐ−ΔＮ−ｋｓ−１でＥ．ｃｏｌｉ宿主細胞を形質転換したところ、ウリカーゼを効率的に発現する能力を獲得した。

ウリカーゼｃＤＮＡのブタおよびヒヒ肝臓からの単離およびサブクローニング
ウリカーゼｃＤＮＡは、当該ＲＮＡのサブクローニングおよび単離によって、ブタおよびヒヒ肝臓より調製した。全細胞ＲＮＡをブタおよびヒヒ肝臓より抽出し（Ｅｒｌｉｃｈ，Ｈ．Ａ．（１９８９）．ＰＣＲ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＤＮＡ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ、Ｓａｍｂｒｏｏｋ，Ｊ．，ｅｔ ａｌ．（１９８９）．Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，２ｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ、Ａｕｓｕｂｅｌ，Ｆ．Ｍ． ｅｔ ａｌ．（１９９８）．Ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ）、ファースト−ストランドｃＤＮＡ合成キット（Ｐｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ）を用いて逆転写した。ＰＣＲ増幅反応は、Ｔａｑ ＤＮＡポリメラーゼ（Ｇｉｂｃｏ ＢＲＬ，Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）を用いて行った。

ブタならびにヒヒ尿酸オキシダーゼ（ウリカーゼ）のＰＣＲ増幅反応に用いた合成オリゴヌクレオチドプライマーは表１に示した。
表 １． ウリカーゼｃＤＮＡのＰＣＲ増幅に用いたプライマー

プライマー末端に設定した制限酵素配列はセンスＥｃｏＲＩおよびＮｃｏＩ（ブタおよびヒヒ）およびアンチセンスＮｃｏＩ、ＨｉｎｄＩＩＩおよびＸｂａＩ（ブタ）、ＸｂａＩおよびＮｃｏＩ（ヒヒ）であり、表１に小文字で示してある。ヒヒのセンスプライマーでは、ヒヒウリカーゼに存在する３番目のコドンＧＡＣ（アスパラギン酸）を、ヒト尿酸オキシダーゼ偽遺伝子をコードする配列のこの位置に存在するＣＡＣ（ヒスチジン）で置換した。これらのプライマーを用いて作成した組み換えヒヒウリカーゼ構造体をＤ３Ｈヒヒウリカーゼとする。

ＥｃｏＲＩとＨｉｎｄＩＩＩでブタウリカーゼＰＣＲ産物を処理し、ｐＵＣ１８にクローニングしてｐＵＣ１８−ブタウリカーゼを得た。Ｄ３ＨヒヒウリカーゼＰＣＲ産物はＴＡ Ｃｌｏｎｉｎｇ（登録商標）（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ，Ｃａｒｌｓｂａｄ，ＣＡ）を用いて、直接ｐＣＲ（登録商標）ＩＩベクターにクローニングし、ｐＣＲ（登録商標）ＩＩ−Ｄ３Ｈヒヒウリカーゼを得た。

ライゲーションしたｃＤＮＡでＥ．ｃｏｌｉ株ＸＬ１−Ｂｌｕｅ（Ｓｔｒａｔａｇｅｎｅ，ＬａＪｏｌｌａ，ＣＡ）を形質転換した。クローニングしたウリカーゼｃＤＮＡを含むプラスミドＤＮＡを調製し、公開されたウリカーゼＤＮＡコーディング配列を含むクローン（表１に記載の、ヒヒウリカーゼでのＤ３Ｈの置換を除く）をセレクションし、単離した。選んだｐＣＲ（登録商標）ＩＩ−Ｄ３ＨヒヒウリカーゼクローンにおいてはＰＣＲによって配列を削除したことで、ｐＣＲ（登録商標）ＩＩ配列がウリカーゼのストップコドンの隣にくるようになっている。この結果として、３′側の翻訳されない領域にあったＸｂａＩおよびＮｃｏＩの制限酵素サイトが除かれているので、ＰＣＲ産物の５′末端に存在するＮｃｏＩサイトとｐＣＲ（登録商標）ＩＩベクター由来のＢａｍＨＩサイトを用いて、デクレショナルクローニングをすることができた。

ウリカーゼｃＤＮＡの、ｐＥＴ発現ベクターへのサブクローニング
ヒヒウリカーゼのサブクローニング
ウリカーゼコード配列の全長を含むＤ３ＨヒヒｃＤＮＡをｐＥＴ−３ｄ発現ベクター（Ｎｏｖａｇｅｎ，Ｍａｄｉｓｏｎ，ＷＩ）に導入した。ｐＣＲ（登録商標）ＩＩ−Ｄ３ＨヒヒウリカーゼをＮｃｏＩおよびＢａｍＨＩで処理し、得られた９６０ｂｐの断片を単離した。発現プラスミドｐＥＴ−３ｄはＮｃｏＩおよびＢａｍＨＩで処理し、得られた４６００ｂｐの断片を単離した。この２つの断片をライゲーションしてｐＥＴ−３ｄ−Ｄ３Ｈ−Ｂａｂｏｏｎを得た。

ブタ−ヒヒキメラウリカーゼのサブクローニング
ブタ−ヒヒキメラ（ＰＢＣ）ウリカーゼは、発現量、安定性および活性がより大きい組み換え遺伝子を得るために作成された。ＰＢＣの作成にはまず、ｐＥＴ−３ｄ−Ｄ３Ｈ−ヒヒクローンから４９３６ｂｐ長のＮｃｏＩ−ＡｐａＩ断片を単離し、これをｐＵＣ１８−ブタウリカーゼから単離した６２４ｂｐ長のＮｃｏＩ−ＡｐａＩ断片とライゲーションしてｐＥＴ−３ｄ−ＰＢＣを得た。ＰＢＣウリカーゼｃＤＮＡは、ブタウリカーゼのコドン１−２２５と、ヒヒウリカーゼのコドン２２６−３０４をインフレームで結合したものからなる。

Ｐｉｇ−ＫＳウリカーゼのサブクローニング
Ｐｉｇ−ＫＳウリカーゼは、ＰＥＧ化できる部位を１つ増やすことが期待されるリシン残基を、１つ加える目的で作成した。ＫＳとはブタウリカーゼの２９１番目の位置にあるアルギニンの代わりにリシンを挿入したアミノ酸置換（Ｒ２９１Ｋ）を指す。加えて、３０１番目の位置にあるトレオニンをセリンで置換した（Ｔ３０１Ｓ）。Ｐｉｇ−ＫＳウリカーゼプラスミドは、ｐＥＴ−３ｄ−Ｄ３Ｈ−Ｂａｂｏｏｎから４６９６ｂｐ長のＮｃｏＩ−ＮｄｅＩ断片を単離し、ｐＵＣ１８−ブタウリカーゼから単離した得た８６４ｂｐ長のＮｃｏＩ−ＮｄｅＩ断片をライゲーションして作成し、ｐＥＴ−３ｄ−Ｐｉｇ−ＫＳとした。得られたＰｉｇＫＳウリカーゼ配列は、ブタウリカーゼコドン１−２８８がインフレームにヒヒウリカーゼコドン２８９−３０４と結合されたものとなっている。

ｏｓｍＢプロモータの制御下にあるウリカーゼ配列のサブクローニング
ウリカーゼ遺伝子を、ｏｓｍＢプロモータを含む発現ベクターにサブクローニングした（参照することによってその全文を本明細書に含む、米国特許番号５，７９５，７７６号に従った）。このベクターは、高浸透圧または長時間の培養によってタンパク質発現を誘導することを可能にした。発現プラスミドｐＭＦＯＡ−１８はｏｓｍＢプロモータ、リボソーム結合部位配列（ｒｂｓ）および転写ターミネーター配列（ｔｅｒ）を含んでいる。また、アンピシリン耐性（ＡｍｐＲ）を付与し、組み換えヒトアセチルコリンエステラーゼ（ＡＣｈＥ）を発現する。

Ｄ３Ｈ−ヒヒウリカーゼのサブクローニング
プラスミドｐＭＦＯＡ−１８をＮｃｏＩおよびＢａｍＨＩで処理し、大きな断片を単離した。ｐＥＴ−３ｄ−Ｄ３Ｈ−ＢａｂｏｏｎをＮｃｏＩおよびＢａｍＨＩで処理し、Ｄ３Ｈヒヒウリカーゼを含む９６０ｂｐ長の断片を単離した。この２つの断片をライゲーションしてｐＭＦＯＵ１８を得た。

発現プラスミドｐＭＦＸＴ１３３はｏｓｍＢプロモータ、ｒｂｓ（Ｅ．ｃｏｌｉｄｅｏオペロン）、ｔｅｒ（Ｅ．ｃｏｌｉＴｒｙｐＡ）、組み換え型第Ｘａ因子阻害ポリペプチド（ＦｘａＩ）を含み、テトラサイクリン耐性遺伝子（ＴｅｔＲ）を宿主に与える。ヒヒウリカーゼ遺伝子をこのプラスミドに挿入し、抗生物質耐性遺伝子と交換した。プラスミドｐＭＦＯＵ１８をＮｃｏＩで処理し、平滑化後、ＸｈｏＩで処理し、１０３０ｂｐ長の断片を単離した。プラスミドｐＭＦＸＴ１３３はＮｄｅＩで処理した後、平滑化し、その後ＸｈｏＩで処理し、大きな断片を単離した。この２断片をライゲーションしてヒヒウリカーゼ発現ベクターｐＵＲＢＡ１６を得た。

ブタ−ヒヒキメラウリカーゼのサブクローニング
プラスミドｐＵＲＢＡ１６をＡｐａＩおよびＡｌｗＮＩで処理し、２３２０ｂｐ長の断片を単離した。プラスミドｐＭＦＸＴ１３３をＮｄｅＩで処理し、平滑化し、次にＡｌｗＮＩで処理し、６２０ｂｐ長の断片を単離した。プラスミドｐＥＴ−３ｄ−ＰＢＣをＸｂａＩで処理し、平滑化し、次にＡｐａＩで処理し、得た７１０ｂｐ長の断片を単離した。この３つの断片をライゲーションし、ｐＥＴ−３ｄベクター由来の、ｏｓｍＢプロモータならびにｒｂｓならびにＴ７ｒｂｓの制御下でＰＢＣウリカーゼを発現するプラスミドｐＵＲ−ＰＢを得た。

Ｔ７ｒｂｓは追加的な工程で取り除いた。ｐＵＲ−ＰＢをＮｃｏＩで処理し、平滑化し、次にＡｌｗＮＩで処理し、得た３０００ｂｐ長の断片を単離した。プラスミドｐＭＦＸＴ１３３をＮｄｅＩで処理し、平滑化し、次にＡｌｗＮＩで処理し、得た６２０ｂｐ長の断片を単離した。この２つの断片をライゲーションして、ＰＢＣをｏｓｍＢプロモータの制御下で発現するｐＤＵＲ−ＰＢを得た。

ｐＯＵＲ−ＰＢ−ΔＮＣの作成
ウリカーゼｃＤＮＡを何カ所か改変したところ、安定性が大幅に高まった組み換え体酵素を得ることができた。プラスミドｐＯＵＲ−ＰＢＣ−ΔＮＣは、ｉｎｖｉｖｏでペルオキシソームターゲティングシグナルとして機能する、Ｃ末端のトリペプチドとマチュレーションペプチドであるＮ末端の６残基とを取り除いて作成した。これは、プラスミドｐＤＵＲ−ＰＢのＰＢＣ配列と、表２に示した特異的なオリゴヌクレオチドプライマーを用いたＰＣＲ増幅反応によって行った。
表２．ＰＢＣ−ΔＮＣウリカーゼのＰＣＲ増幅に用いたプライマー

プライマーの末端に導入した制限酵素切断部位は太字で、また翻訳されない領域は小文字で、それぞれ表２に示してある。ＮｄｅＩはセンス方向であり、ＸｂａＩはアンチセンス方向である。アンチセンスプライマーは、アミノ酸配列に影響しない点変異（下線で示している）を導入することによって内部に存在するＮｄｅＩサイトを除去し、ＮｄｅＩを用いたサブクローニングを可能にするためにも用いられた。

ｐＤＵＲ−ＰＢのＰＣＲ増幅反応で得た９００塩基長の断片をＮｄｅＩおよびＸｂａＩで切断し、単離した。得た断片を、次にＥ．ｃｏｌｉ由来のｄｅｏ−Ｐ１Ｐ２プロモータおよびｒｂｓを含み、恒常的にヒト組み換え型インシュリン前駆体を発現するｄｅｏ発現プラスミドｐＤＢＡＳＴ−ＲＡＴ−Ｎに挿入した。プラスミドをＮｄｅＩおよびＸｂａＩで処理し、得た４０３５ｂｐ長の断片を単離し、ＰＢＣ−ウリカーゼＰＣＲ産物とライゲーションした。よって得たｐＤＵＲ−ＰＢ−ΔＮＣで、Ｅ．ｃｏｌｉＫ−１２ＳΦ７３３（Ｆ−ｃｙｔＲｓｔｒＡ）を形質転換したところ、活性を有する切断型ウリカーゼを多量に発現した。

両端でトランケーションしたＰＢＣ−ΔＮＣ配列は、ｏｓｍＢプロモータの制御下でも発現させた。プラスミドｐＤＵＲ−ＰＢ−ΔＮＣをＡｌｗＮＩ−ＮｄｅＩで処理し、得た３４５９ｂｐ長の断片を単離した。先に述べたプラスミドｐＭＦＸＴ１３３をＮｄｅＩ−ＡｌｗＮＩで処理し、得た６６０ｂｐ長の断片を単離した。これらの断片をライゲーションし、ｐＯＵＲ−ＰＢ−ΔＮＣを得、これでＥ．ｃｏｌｉＫ−１２株Ｗ３１１０Ｆ−を形質転換したところ、活性を有する切断型ウリカーゼを多量に発現した。

ウリカーゼ発現プラスミドｐＯＵＲ−Ｐ−ΔＮ−ｋｓ−１の作成
このプラスミドは、組み換え型酵素の活性ならびに安定性を向上させるために作成した。Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼは、Ｎ末端のマチュレーションペプチド６残基が除去される形でＮ末端のみをトランケーションし（ΔＮ）、Ｓ４６ＴならびにＲ２９１ＫならびにＴ３０１Ｓ変異を有するように作成した。４６番目の位置には、ＰＣＲ増幅反応ならびにクローニングの過程で発生した保存的変異によって、セリン残基の代わりにトレオニン残基が存在していた。２９１番目の位置ではアルギニンがリシンに、また３０１番目の位置では、トレオニンがセリンに置換されていた。この両方が、ヒヒウリカーゼ配列由来である。Ｒ２９１ＫならびにＴ３０１Ｓの両改変は先にＫＳと命名し、説明したとおりである。リシン残基を追加することで、潜在的なＰＥＧ化サイトが１つ追加されている。

ｐＯＵＲ−Ｐ−ΔＮ−ｋｓ−１（図１）の作成には、プラスミドｐＯＵＲ−ＰＢ−ΔＮＣをＡｐａＩ−ＸｂａＩで処理し、得た３８７３ｂｐ長の断片を単離した。プラスミドｐＥＴ−３ｄ−ＰＫＳ（構造を図４に示してある）をＡｐａＩ−ＳｐｅＩで処理し、得た２７０ｂｐ長の断片を単離した。ＳｐｅＩによる５′ＣＴＡＧでの切断の結果、ＸｂａＩによって生じたＤＮＡ断片と効率的にライゲーションする、５′ＣＴＡＧの突出部が生じた。この２つの断片をライゲーションしてｐＯＵＲ−Ｐ−ΔＮ−ｋｓ−１を得た。ライゲーションの結果、ＳｐｅＩおよびＸｂａＩ認識サイトは失われた（図９に括弧で示してある）。プラスミドｐＯＵＲ−Ｐ−ΔＮ−ｋｓ−１をＥ．ｃｏｌｉＫ−１２株Ｗ３１１０Ｆ−原栄養株ＡＴＣＣ＃２７３２５に導入した。ｏｓｍＢプロモータの制御下で発現させて得たＰｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼにより、優れた活性ならびに安定性を有する組み換え型酵素を多量に得ることができた。

図１はプラスミドｐＯＵＲ−Ｐ−ΔＮ−ｋｓ−１の構造を示したものである。制限酵素サイトの横に示した番号は、１と設定したＨａｅＩＩサイトから数えた、ヌクレオチドの位置を示している。クローニングの過程で失われた制限酵素サイトは括弧で示してある。Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼをコードするプラスミドｐＯＵＲ−Ｐ−ΔＮ−ｋｓ−１は４１４３塩基対（ｂｐ）長で、下記のエレメントを含む。
１． ｏｓｍＢプロモータおよびリボソーム結合サイト（ｒｂｓ）を含む、１番目のヌクレオチドから、ＮｄｅＩサイト（１１３番目の位置）に到る、１１３ｂｐ長のＤＮＡ断片。
２． Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮ（アミノ末端がトランケーションされており、２９１番目および３０１番目のアミノ酸がそれぞれリシンおよびセリンで置換されているブタウリカーゼタンパク質の核酸配列）コーディング領域から９００ｂｐ、ならびにｐＣＲ（登録商標）ＩＩ由来の、ＴＡクローニング部位から上流方向にＳｐｅＩ／ＸｂａＩ制限酵素サイトまでの同フランキング配列３２ｂｐを含む、ＮｄｅＩ（１１３番目の位置）からＳｐｅＩ／ＸｂａＩジャンクション（第１０４５番目の位置）に到る９３２ｂｐ長のＤＮＡ断片。
３． ＳｐｅＩ／ＸｂａＩジャンクション（１０４５番目の位置）からＨｉｎｄＩＩＩ（１０７０番目の位置）にわたる、２５ｂｐのマルチクローニングサイト（ＭＣＳ）配列。
４． ＨｉｎｄＩＩＩ（１０７０番目の位置）およびＡａｔＩＩ（１１１０番目の位置）を末端に有し、ＴｒｐＡ転写ターミネーター（ｔｅｒ）を含む４０ｂｐの合成オリゴヌクレオチド。
５． ｐＢＲ３２２上の、ＡａｔＩＩ（１１１０番目の位置）からＭｓｃＩ／ＳｃａＩ（２６２９番目の位置）にわたる、テトラサイクリン耐性遺伝子（ＴｅｔＲ）を含む１５１９ｂｐ長のＤＮＡ断片。
６． ＤＮＡ複製起点を含み、ｐＢＲ３２２上のＳｃａＩ（２６２９番目の位置）からＨａｅＩＩ（４１４３番目の位置）にわたる、１５１４ｂｐ長のＤＮＡ断片。

図２は、Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼのＤＮＡ配列ならびに推定アミノ酸配列を示している。この図では、アミノ酸の位置を示す番号は全長ブタウリカーゼ配列に対応している。イニシエーターであるメチオニン残基に続いて、ブタウリカーゼ配列ではアスパラギン酸となっている位置に、代わりにトレオニンを挿入した。このトレオニン残基によって、バクテリアのアミノペプチダーゼによるメチオニンの除去が可能となっている。アミノ酸配列にある間隙は、削除されたＮ末端のマチュレーションペプチドを示している。異なるウリカーゼ配列のサブクローニングの様々な過程で用いた制限酵素サイト（ＡｐａＩ、ＮｄｅＩ、ＢａｍＨＩ、ＥｃｏＲＩおよびＳｐｅＩ）が示してある。小文字で示した３′側の翻訳されない領域は、ｐＣＲ（登録商標）ＩＩに由来する配列である。翻訳停止コドンはアスタリスクで示してある。

図３は様々な組み換え型ウリカーゼ配列のアミノ酸配列のアラインメントを示したものである。１行目は全長アミノ酸配列を含むブタウリカーゼの配列である。２行目は両端をトランケーションしたブタ−ヒヒキメラウリカーゼ（ＰＢＣ−ΔＮＣ）である。３行目はＮ末端側のみでトランケーションされており、変異Ｓ４６Ｔおよびウリカーゼコーディング配列のカルボキシ末端のヒヒ由来物を反映するアミノ酸変異Ｒ２９１ＫおよびＴ３０１Ｓを有するＰｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼ配列である。アスタリスクは、Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮと公開されているブタウリカーゼ配列とでアミノ酸配列に相違がある位置を示している。丸印は、Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮとブタ−ヒヒキメラＰＢＣ−ΔＮとでアミノ酸配列に相違がある位置を示している。点線はアミノ酸の欠損を示している。

Ｙ９７Ｈ変異を有するネィティブのヒヒ、ブタ、ウサギウリカーゼおよびブタ／ヒヒキメラ（ＰＢＣ）のｃＤＮＡを、Ｅ．ｃｏｌｉへのクローニングのために作成した。全クローンでｏｓｍＢによって発現が制御されており、Ｗ３１１０Ｆ−Ｅ．ｃｏｌｉであるように、変異型ウリカーゼを多量に発現しているクローンを作成して選択した。プラスミドＤＮＡを単離し、ＤＮＡシーケンシングならびに制限酵素分析によって確認し、細胞を培養した。

Ｐｉｇ−ΔＮおよびＰｉｇ−ＫＳ−ΔＮを含む切断型ウリカーゼの作成は、ＰＢＣ−ΔＮＣとＰｉｇ−ＫＳを、制限酵素ＡｐａＩおよびＸｂａＩ、ならびにＡｐａＩおよびＳｐｅＩでそれぞれ処理後、クロスライゲーションして行った。Ｎ末端の「マチュレーションペプチド」（１−２）６残基、ならびにＣ末端のトリペプチド「ペルオキシソームターゲティングシグナル」（３−５）は酵素活性に大きく影響する機能を有さないので、これらのトランケーションされた変異体は活性を保つものと思われ、また、これらの配列は免疫原性を有する可能性が考えられる。ウリカーゼを非常に多量に発現しているクローンを選択した。

実施例２．発現プラスミドの、バクテリア宿主細胞への形質転換
発現プラスミドｐＯＵＲ−Ｐ−ΔＮ−ｋｓ−１を、Ｅ．ｃｏｌｉＫ−１２株Ｗ３１１０Ｆ−に導入した。ルリア培地（ＬＢ）で対数増殖期中期にまで培養した形質転換用のバクテリア細胞を、遠心処理によって集菌し、冷水で洗浄後１０％グリセロールに懸濁、さらに水に懸濁し、１ｍｌあたり約３ｘ１０^１０細胞の最終濃度とした。細胞はアリコットとして−７０℃で保存した。プラスミドＤＮＡはエタノールで沈殿させ水に溶解した。

バクテリア細胞とプラスミドＤＮＡを混合し、ＢＩＯ−ＲＡＤからのＧｅｎｅＰｕｌｓｅｒ ＩＩを用いた高電圧電気穿孔法（Ｔｒｅｖｏｒｓ ｅｔ ａｌ（１９９２）Ｅｌｅｃｔｒｏｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉａ ｂｙ ｐｌａｓｍｉｄ ＤＮＡ，ｉｎ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｆｕｓｉｏｎ（Ｄ．Ｃ．Ｃｈａｎｇ，Ｂ．Ｍ．Ｃｈａｓｓｙ，Ｊ．Ａ．Ｓａｕｎｄｅｒｓ ａｎｄ Ａ．Ｅ．Ｓｏｗｅｒｓ，ｅｄｓ．），ｐｐ．２６５−２９０，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ Ｉｎｃ．，Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ、Ｈａｎａｈａｎ ｅｔ ａｌ（１９９１）Ｍｅｔｈ．Ｅｎｚｙｍｏｌ．，２０４，６３−１１３）によって形質転換した。形質転換した細胞はＳＯＣ培地（２％ トリプトン、０．５％ 酵母抽出物、１０ ｍＭ ＮａＣｌ、２．５ｍＭ ＫＣｌ、１０ｍＭ ＭｇＣｌ_２、１０ｍＭ ＭｇＳＯ_４、２０ｍＭ グルコース）に懸濁し、３７℃で１時間インキュベーションした後テトラサイクリン耐性を指標に選択した。高発現クローンを選択した。

実施例３．組み換え型ウリカーゼの調製
形質転換したものなど（上記参照）のバクテリアは、グルコースを含有する培地で培養した。約３７℃で、ｐＨは７．２±０．２に保った。

培養の終期５−６時間にかけて培地にＫＣｌを、最終濃度が０．３Ｍとなるように加えた。ウリカーゼの蓄積を生じさせるため、培養を続けた。

組み換え型ウリカーゼはバクテリア細胞内で、封入体（ＩＢ）に類似した不溶性の沈殿物として蓄積した。細胞懸濁液を遠心処理で洗浄し、ｐＨ８．０の５０ｍＭ Ｔｒｉｓバッファーおよび１０ｍＭ ＥＤＴＡに懸濁し、最終体積を乾燥菌体重量の約４０倍とした。

細胞をライソザイムと高圧力によって破壊した後、遠心処理によって組み換え型ウリカーゼを含有するＩＢを単離した。ライソザイム処理（２０００−３０００ｕｎｉｔｓ／ｍｌ）はｐＨ８．０、７±３℃で１６−２０時間、混合しながら行った。ペレットを水で洗浄し、使用するまで−２０℃で保存した。

濃縮したＩＢは、ｐＨ１０．３±０．１の５０ｍＭ ＮａＨＣＯ_３バッファーで懸濁後さらに処理した。懸濁液は一晩室温でインキュベーションし、ＩＢ由来のウリカーゼを可溶化させた後、遠心処理によって沈殿物を除いた。

ウリカーゼはさらに、複数のクロマトグラフィー工程によって精製した。最初のクロマトグラフィーはＱ−セファロースＦＦカラムを用いて行った。カラムにサンプルをロードした後、１５０ｍＭ ＮａＣｌを含有する重炭酸バッファーで洗浄し、ウリカーゼの溶出は２５０ｍＭ ＮａＣｌを含有する重炭酸バッファーによって行った。次に、キサンチン−アガロース樹脂（Ｓｉｇｍａ）によって少量の不純物をウリカーゼ調製物より除いた。Ｑ−セファロースＦＦ溶出物はｐＨ１０．３±０．１の５０ｍＭグリシンバッファーで希釈し、タンパク質最終濃度を約０．２５ｍｇ／ｍｌとしてロードした。カラムを１００ｍＭ ＮａＣｌを含有するｐＨ１０．３±０．１の重炭酸バッファーで洗浄し、同じバッファーに６０μＭキサンチンを加えたものでウリカーゼを溶出した。この段階で、ウリカーゼをＱ−セファロースクロマトグラフィーで再精製し、凝集したものを除いた。

それぞれのウリカーゼ調製物の純度を、サイズ排除クロマトグラフィーで測定したところ、９５％以上であった。それぞれの調製物でＳｕｐｅｒｄｅｘ２００カラムを用いて行った分析では、凝集体は０．５％以下しか検出されなかった。

表３は２５リットルの発酵培地から得たＩＢ由来のＰｉｇ−ＫＳΔＮウリカーゼの精製をまとめたものである。
表３．Ｐｉｇ−ＫＳΔＮウリカーゼの精製

実施例 ４． 組み換え型ウリカーゼの性質
ＳＤＳ−ＰＡＧＥ
高度に精製された変異型ウリカーゼのＳＤＳ−ＰＡＧＥ分析（図４）では、かなり特徴的なパターンが現れた。サンプルはｐＨ１０．３の炭酸バッファーに、４℃で最高数ヶ月保存した。ブタ、ブタ−ＫＳならびにＰＢＣの、全長変異型タンパク質では、分子量が２０および１５ｋＤの顕著な分解産物の蓄積が見られた。これは、少なくとも１つのニックがウリカーゼサブユニット分子を開裂していることを示唆している。アミノ末端を短くしたクローンならびにウサギウリカーゼでは、これと異なった分解パターンが検出されたが、割合は小さかった。ウサギウリカーゼのアミノ末端は、短くしたクローンに類似している。精製並びに保管の過程で生じたウリカーゼ断片のアミノ末端配列を決定した。
ペプチドシーケンシング

原体ウリカーゼ調製物のＮ末端を、エドマン分解法でシーケンシングした。サイクル数は１０であった。組み換え型ブタウリカーゼ（全長クローン）はＰｉｇ−ＫＳ−ΔＮよりも多くの分解断片を産した。分解断片を生じる切断部位の予想位置は以下の通りである：
１）下記の配列を有する、１６８番目の位置の、メジャーサイト：
−−ＱＳＧ ↓ ＦＥＧＦＩ−−
２） 下記の配列を有する、１４２番目の位置の、マイナーサイト：
−−ＩＲＮ ↓ ＧＰＰＶＩ−−

上記の配列は、既知のいかなるタンパク質分解性開裂も示唆しない。しかしながら、開裂はタンパク質分解またはなんらかの化学反応によって生じうる。アミノ末端切断型ウリカーゼは非アミノ末端切断型ウリカーゼに比べて驚くほど安定性が高い。ＰＢＣ−ΔＮＣも、他のΔＮ分子と類似した、非アミノ切断型ＰＢＣよりも少ない安定性を有していた。

効力
ウリカーゼ活性の測定はＵＶ法によって行った。酵素反応速度は、尿酸のアラントインへの酸化による、２９２ｎｍ吸光度の減少を測定することによって求めた。１活性単位は、２５℃、１分間で、示した特定の条件下で１μモルの尿酸を酸化するのに必要なウリカーゼの量と定義される。ウリカーゼの効力は、タンパク質１ｍｇあたりの活性単位として表される（Ｕ／ｍｇ）。

２９２ｎｍにおける１ｍＭ尿酸の消衰係数は１２．２ｍＭ^−１ｃｍ^−１である。ゆえに、反応溶液１ｍｌあたりの、尿酸１μモルの酸化は、１２．２ｍＡ_２９２の吸光度の減少となる。経時的な吸光度の変化（毎分ΔＡ_２９２）は、曲線の直線部より得た。

タンパク質濃度は、改変ブラッドフォード法によって求めた（ＭａｃａｒｔａｎｄＧｅｒｂａｕｔ（１９８２） Ｃｌｉｎ Ｃｈｉｍ Ａｃｔａ １２２：９３−１０１）。ウリカーゼの比活性度（効力）は、Ｕ／ｍｌで表される活性を、ｍｇ／ｍｌで表されるタンパク質濃度で割ることによって計算した。様々な組み換え型ウリカーゼの酵素活性結果を、表４にまとめた。市販の調製物の結果も、参考値としてこの表に示した。結果からは、ウリカーゼタンパク質のトランケーションがその酵素活性に大きな影響を与えないことが明らかである。
表４． 組み換え型およびネィティブ型のウリカーゼの、速度パラメータのまとめ

表４注釈：
（１） タンパク質濃度は、２７８ｎｍにおける吸光度から、１０ｍｇ／ｍｌウリカーゼ溶液に対して消衰係数として１１．３を用いて求めた（Ｍａｈｌｅｒ，１９６３）。
（２）１単位のウリカーゼ活性は、２５℃、１分間で１μモルの尿酸をアラントインに酸化するのに必要な酵素の量と定義される。
（３）比活性度は、６０μＭに等しい基質濃度の下で行ったラインウィーバーバークプロットによって求めた。
（４）反応混合物は、以下のストック溶液を様々な組み合わせで混合して作成した。
ｐＨ９．２の１００ｍＭホウ酸ナトリウムバッファー
ｐＨ９．２の５０ｍＭホウ酸ナトリウムに溶解した３００μＭ尿酸
ｐＨ９．２の５０ｍＭホウ酸ナトリウムに溶解した１ｍｇ／ｍｌＢＳＡ
（５）Ｋ_ｃａｔは、Ｖｍａｘ（対応するラインウィーバーバークプロットから算出）を反応溶液のウリカーゼ濃度（リカーゼの四量体の分子量に基づいてモル量として表現したもの）で割ることで求めた。

実施例５．ウリカーゼとｍ−ＰＥＧの結合（ＰＥＧ化）
Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼは、ｍ−ＰＥＧ−ＮＰＣ（モノメトキシ−ポリ（エチレングリコール）−ニトロフェニルカーボネート）と結合体を形成させた。１ウリカーゼサブユニットあたり５、１０または２０ｋＤのＰＥＧ鎖２から１２本が結合する条件を確立した。ｍ−ＰＥＧ−ＮＰＣは、徐々にタンパク質溶液に加えた。ＰＥＧの添加が終わった後、ウリカーゼ／ｍ−ＰＥＧ−ＮＰＣ反応溶液を２から８℃で１６から１８時間、未結合のｍ−ＰＥＧ鎖が最大限ウリカーゼに結合するようインキュベーションした。

ＰＥＧ−ウリカーゼモノマー１つあたりのＰＥＧ鎖の数は、ＰＥＧおよびウリカーゼ標準試料を用いて、Ｓｕｐｅｒｏｓｅ６サイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって同定した。サブユニット１つあたりに結合したＰＥＧの数は、下記の式によって算出した：

紫外線（ＵＶ）および屈折率（ＲＩ）検出器の配列（Ｋｕｎｉｔａｎｉ，ｅｔ ａｌ．，１９９１の開発による）を用いて、サイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によってＰＥＧ−ウリカーゼサンプルにおける、ＰＥＧ並びにタンパク質成分濃度を同定した。３つの較正曲線を作成した：タンパク質曲線（２２０ｎｍで測定した吸光度）、タンパク質曲線（ＲＩの測定による）、ＰＥＧ曲線（ＲＩの測定による）。次に、ＰＥＧ−ウリカーゼサンプルを同様のシステムで測定した。得られた試験サンプルのＵＶならびにＲＩピークエリア値を、較正曲線に対するＰＥＧならびにタンパク質の濃度を計算するのに用いた。３．４２は、１０ｋＤ ＰＥＧに対するウリカーゼ分子モノマーの分子量（３４，１９２ダルトン）の比である。

結合させたＰＥＧは、生理的ｐＨの溶液においてウリカーゼの可溶性を向上させた。表５はＰＥＧ化Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼ産生物のバッチ間のばらつきを示したものである。一般に、結合したＰＥＧ鎖数と酵素が保持する比活性度（ＳＡ）との間には、反比例の関係がある。
表５．ＰＥＧ化Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼ結合体の酵素活性

実施例６．１０００Ｄならびに１００，０００ＤのＰＥＧによるウリカーゼのＰＥＧ化
Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼを、実施例５に記載の通りの方法で、１０００Ｄならびに１００，０００Ｄのｍ−ＰＥＧ−ＮＰＣを用いてＰＥＧ化した。１ウリカーゼサブユニットあたりＰＥＧ鎖２〜１１本が結合する条件を用いた。ＰＥＧの添加が終わった後、ウリカーゼ／ｍ−ＰＥＧ−ＮＰＣ反応溶液を２から８℃で１６から１８時間、未結合のｍ−ＰＥＧ鎖が最大限ウリカーゼに結合するようインキュベーションした。

ＰＥＧ−ウリカーゼモノマー１つあたりのＰＥＧ鎖数は、上記に記載の方法で求めた。

結合させたＰＥＧは、生理的ｐＨの溶液においてウリカーゼの可溶性を向上させた。

実施例７．ＰＥＧと結合させたＰｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼの薬物動態
治療上の利益を提供するために、ＰＥＧ化の最適な程度ならびにサイズを決定するために、生物学的な実験を行った。

ラットで、体重１ｋｇあたり０．４ｍｇ（２Ｕ）の改変されていないウリカーゼを、１日目ならびに８日目に静脈投与して行った薬物動態試験では、循環系半減期が約１０分であるとの結果が得られた。しかしながら、ラットで２−１１ｘ１０ｋＤのＰＥＧ−Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼを、週１回、９回に渡って注射してクリアランス速度を調べた試験では、クリアランスはＰＥＧ鎖の数に（この範囲においては）依存していないことが示唆され、試験期間を通じて比較的同じ値に保たれた（表６参照、半減期が約３０時間）。各週間の違いは誤差の範囲内である。１０ｘ５ｋＤ ＰＥＧならびに１０ｘ２０ｋＤ ＰＥＧ−ウリカーゼ結合体の９回の注射後でも、同様のパターンが観察された。結果は、この範囲においては、ウリカーゼのＰＥＧ化の程度にかかわらず、ラットモデルにおいて類似した生理的影響が観察されたことを示している。
表６．ＰＥＧ化Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼ調製物の、ラットにおける半減期

表６注釈： 結果は時間±標準誤差で示している。括弧で示した数字は試験した実験動物個体数を示している。

ラットに、１週間に１回、体重１ｋｇあたり０．４ｍｇの、表に示したとおりの改変を施したＰｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼを静脈投与した。それぞれの個体群は元々１５個体のラットから成っており、５個体のサブグループで交互に採血した。ラット数例が、麻酔によって実験中に死亡した。半減期は、注射５分後、および６、２４、４８時間後に採取した血漿サンプルのウリカーゼ活性（比色測定）を測定することによって同定した。

表５に、実験に用いられたＰＥＧ化ウリカーゼを記載している。

６ｘ５ｋＤ ＰＥＧ−Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼを用いた、ウサギでの生物学的利用率試験によると、最初の注射後では、循環系半減期は９８．２±１．８時間（ｉ．ｖ．）であり、筋肉投与（ｉ．ｍ．）ならびに皮下投与（ｓ．ｃ．）では、それぞれ７１％、５２％であった。しかしながら、２回目のｉ．ｍ．ならびにｓ．ｃ．注射の後、全てのウサギで相当量の抗ウリカーゼ抗体タイターが検出され、以降の注射でクリアランスが促進された。ラットに同じ結合体を注射した実験では、２６±１．６時間の半減期（ｉ．ｖ．）が得られ、生物学的利用率はｉ．ｍ．ならびにｓ．ｃ．注射についてそれぞれ３３％、２２％であった。

９ｘ１０ｋＤ ＰＥＧ−Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼを用いたラットでの試験では、１回目の注射後の循環系半減期が４２．４時間（ｉ．ｖ．）であり、ｉ．ｍ．ならびにｓ．ｃ．注射後の生物学的利用率はそれぞれ２８．９％、１４．５％だった。（図５ならびに表７参照）。４回目の注射後では、循環系半減期は３２．１±２．４時間であり、ｉ．ｍ．ならびにｓ．ｃ．注射後の生物学的利用率はそれぞれ２６．１％、１４．９％だった。

９ｘ１０ｋＤ ＰＥＧ−Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼを用いた、ウサギでの同様の薬物動態試験では、この結合体の注射に引き続くクリアランスの促進は観察されなかった（隔週で４回注射として投与した）。これらの個体では、最初の注射後の循環系半減期は８８．５時間（ｉ．ｖ．）であり、ｉ．ｍ．ならびにｓ．ｃ．注射後の生物学的利用率はそれぞれ９８．３％、８４．４％であった。（図６ならびに表７参照）。４回目の注射後の循環系半減期は１４１．１±１５．４時間であり、ｉ．ｍ．ならびにｓ．ｃ．注射後の生物学的利用率はそれぞれ８５％、８３％であった。

９ｘ１０ｋ ＤＰＥＧ−Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮを用いた同様の試験によって、ビーグル犬における生物学的利用率を測定した（それぞれの群にオス２個体、雌２個体）。１回目のｉ．ｖ．注射後で、７０±１１．７時間の循環系半減期が記録され、ｉ．ｍ．ならびにｓ．ｃ．注射後の生物学的利用率はそれぞれ６９．５％、５０．４％だった（図６ならびに表７参照）。

９ｘ１０ｋＤ ＰＥＧ−Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮ調製物を用いて、ブタで試験を行った。１つの群あたり３個体にｉ．ｖ．、ｓ．ｃ．ならびにｉ．ｍ．ルートによる投与を行った。１回目のｉ．ｖ．注射後で、１７８±２４時間の循環系半減期が記録され、ｉ．ｍ．ならびにｓ．ｃ．注射後の生物学的利用率はそれぞれ７１．６％、７６．８％であった（図８ならびに表７参照）。
表７．９ｘ１０ｋＤＰＥＧ−Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼを用いた薬物

９ｘ１０ｋＤ ＰＥＧ−Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼの、ボルトン＆ハンター法による、^１２５Ｉでのヨウ素化に引き続いて、吸収、分布、代謝、排泄（ＡＤＭＥ）試験を実施した。ラベルした結合体を、それぞれ４個体のラット（雄２個体と雌２個体）からなる７群に注射した。放射線の分布を、１時間後ならびに、７日間にわたって２４時間毎に（５日目を除く）測定した。それぞれの群を順番に屠殺し、異なる臓器を摘出して分析した。７番目の群は代謝ケージで飼育し、尿と便を回収した。物質の、動物体内における分布は、それぞれの臓器の総放射活性ならびに、ＴＣＡによる沈殿が可能なカウント（腎臓、肝臓、肺、脾臓）のフラクション（すなわち、臓器のサイズで標準化した結合したタンパク質）を測定することによって評価した。摘出した臓器で、他の臓器よりも比放射能が高いものはなかった。すなわち、例えば肝臓または腎臓における特筆すべき蓄積は見られなかった。放射活性の７０％が、７日目までに排出された。

実施例８．治験結果
従来の治療法に不応答性または不耐性の、ヒト高尿酸血症または重篤な痛風に罹患している患者における、ＰＥＧ−ウリカーゼ（Ｐｕｒｉｃａｓｅ（登録商標），Ｓａｖｉｅｎｔ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ）の尿酸応答ならびに、薬物動態的および安全性プロフィールを評価するために無作為化非盲検多施設並行群間試を実施した。平均罹患期間は１４年で、被験者集団の７０％が１つまたはそれ以上の痛風結節を有していた。

治験では、４１例の患者（平均年齢５８．１歳）を無作為に、次に示す４つの１２週間にわたる、静脈投与によるＰＥＧ−ウリカーゼ治療投与量計画に振り分けた：２週間毎に１回４ｍｇ（７例）、２週間毎に１回８ｍｇ（８例）、４週間毎に１回８ｍｇ（１３例）、４週間毎に１回１２ｍｇ（１３例）。血漿ウリカーゼ活性ならびに尿酸レベルを定められた時間間隔で測定した。薬物動態学的パラメータ、平均血漿尿酸濃度および血漿尿酸レベルが６ｍｇ／ｄＬ以下であった時間の百分率を、ウリカーゼ活性並びに尿酸レベルの分析によって求めた。

ＰＥＧ−ウリカーゼを２週間毎に１回８ｍｇ投与した群で、最も大きなＰＵＡの低減が見られ、治療期間の９２％で６ｍｇ／ｄＬ未満のレベルであった。（１２週間で、平均血漿尿酸濃度が治療前の９．１ｍｇ／ｄＬに対して、治療後は１．４ｍｇ／ｄＬ）。

他の投与量を用いたＰＥＧ−ウリカーゼ治療群でも、顕著で持続的な低い血漿尿酸レベルが観察された：４週間毎に１回８ｍｇを投与した群で、ＰＵＡレベルが６ｍｇ／ｍｌ未満である期間が治療期間の８６％（１２週間で、平均血漿尿酸濃度が治療前の９．１ｍｇ／ｄＬに対して、治療後は２．６ｍｇ／ｄＬ）、４週間毎に１回１２ｍｇを投与した群で、ＰＵＡレベルが６ｍｇ／ｍｌ未満である期間が治療期間の８４％（１２週間で、平均血漿尿酸濃度が治療前の８．５ｍｇ／ｄＬに対して、治療後は２．６ｍｇ／ｄＬ）、２週間毎に１回４ｍｇを投与した群で、ＰＵＡレベルが６ｍｇ／ｍｌ未満である期間が治療期間の７３％（１２週間で、平均血漿尿酸濃度が治療前の７．６ｍｇ／ｄＬに対して、治療後は４．２ｍｇ／ｄＬ）。

最初のＰＥＧ−ウリカーゼ投与から２４時間以内での、血漿中尿酸の基線レベルからの減少割合の最大値は４ｍｇ／２週間の群で７２％（ｐ＝．０００２）、８ｍｇ／２週間の群で９４％（ｐ＜．０００１）、８ｍｇ／４週間の群で８７％（ｐ＜．０００１）、１２ｍｇ／４週間の群で９３％（ｐ＜．０００１）であった。

１２週間の治療期間における血漿中尿酸の基線レベルからの減少割合は４ｍｇ／２週間の群で３８％（ｐ＝．０００２）、８ｍｇ／２週間の群で８６％（ｐ＜．０００１）、８ｍｇ／４週間の群で５８％（ｐ＜．０００３）、１２ｍｇ／４週間の群で６７％（ｐ＜．０００１）であった。

驚くべき事に、ＰＥＧ−ウリカーゼの投与を受けた患者の一部で注入に関連した有害事象、例えば注入反応が出現した。この反応はすべての注入のうち１４％で出現した。

本出願に引用される全ての文献を、各個々の刊行物、特許または特許出願を具体的かつ個々に、参照することによって援用すると示したのと同程度に、全ての目的のためにその全文を参照することによって本明細書に含める。

当該分野に精通する者に理解されるように、本発明にあっては、その思想および範囲から逸脱することなく、様々な変更ならびに形態様が可能である。ここに記載された具体的な実施例は単に例を示すのみであって、本発明は添付した特許請求項、ならびに、このような請求に権利が与えられるあらゆる等価例によってのみ制限されるものである。

図１はプラスミドｐＯＵＲ−Ｐ−ΔＮ−ｋｓ−１の構造を示している。 図２は、Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼのＤＮＡ配列、および推定されるアミノ酸配列を示したものである。 図３は様々な組み換えブタ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１１）、ＰＢＣ−ΔＮＣ （ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１２）およびＰｉｇ−ＫＳ−ΔＮ（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．７）ウリカーゼ配列のアラインメントを示している。 図４はブタウリカーゼおよび、高度に精製した、実施例１から３に従って作成した変異型ウリカーゼのＳＤＳ−ＰＡＧＥを示している。 図５は血液サンプルでの酵素活性を測定することによって求めた、ラットでのＰＥＧ化された（９ｘ１０ｋＤ）Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼのＩＭ（筋肉内投与）、ＳＣ（皮下投与）およびＩＶ（静脈内投与）注射後の薬物動態プロファイルを示している。 図６は血液サンプルでの酵素活性を測定することによって求めた、ウサギでのＰＥＧ化された（９ｘ１０ｋＤ）Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼのＩＭ（筋肉内投与），ＳＣ（皮下投与）およびＩＶ（静脈内投与）注射後の薬物動態プロファイルを示している。 図７は血液サンプルでの酵素活性を測定することによって求めた、イヌでのＰＥＧ化された（９ｘ１０ｋＤ）Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼのＩＭ（筋肉内投与），ＳＣ（皮下投与）およびＩＶ（静脈内投与）注射後の薬物動態プロファイルを示している。 図８は血液サンプルでの酵素活性を測定することによって求めた、ブタでのＰＥＧ化された（９ｘ１０ｋＤ）Ｐｉｇ−ＫＳ−ΔＮウリカーゼのＩＭ（筋肉内投与），ＳＣ（皮下投与）およびＩＶ（静脈内投与）注射後の薬物動態プロファイルを示している。

Claims (37)

1. アミノ酸配列がアミノ末端またはカルボキシ末端、またはアミノ末端およびカルボキシ末端の両方で、１から１３アミノ酸がトランケートされた哺乳類ウリカーゼアミノ酸配列を含み、約４６番目の位置に、さらに置換されたアミノ酸を有する、単離されトラントされた哺乳類ウリカーゼ。
2. アミノ末端アミノ酸を有し、該アミノ末端アミノ酸がアラニン、グリシン、プロリン、セリン、またはトレオニンである請求項１に記載のウリカーゼ。
3. アミノ末端アミノ酸がトレオニンである請求項２に記載のウリカーゼ。
4. 置換がトレオニンまたはアラニンによる、請求項１に記載のウリカーゼ。
5. 置換がトレオニンによる、請求項３に記載のウリカーゼ。
6. ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．８のアミノ酸配列を含む請求項５に記載のウリカーゼ。
7. ポリマーを結合させた、請求項１から６のいずれか１項に記載のウリカーゼ。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載のウリカーゼを含む、ポリエチレングリコール−ウリカーゼ結合体。
9. それぞれのウリカーゼサブユニットに２から１２個のポリエチレングリコール分子を含む、請求項８に記載の結合体。
10. ウリカーゼサブユニット１つあたり、３から１０ポリエチレングリコール分子を有する、請求項９に記載の結合体。
11. それぞれのポリエチレングリコール分子の分子量が約１ｋＤから１００ｋＤの間である、請求項８に記載の結合体。
12. それぞれのポリエチレングリコール分子の分子量が約１ｋＤから５０ｋＤの間である、請求項１１に記載の結合体。
13. それぞれのポリエチレングリコール分子の分子量が約５ｋＤから２０ｋＤの間である、請求項１２に記載の結合体。
14. それぞれのポリエチレングリコール分子の分子量が約１０ｋＤである、請求項１３に記載の結合体。
15. 請求項１から５のいずれか１項に記載のウリカーゼを含む、医薬組成物。
16. 請求項８に記載の結合体を含む、医薬組成物。
17. 反復投与に適している、請求項１５に記載の組成物。
18. 反復投与に適している、請求項１６に記載の組成物。
19. その必要がある対象者において体液中の尿酸レベルを低減させるための方法であって、請求項１５に記載の組成物の対象者への投与を含む、尿酸レベルを低減させるための方法。
20. その必要がある対象者において体液中の尿酸レベルを低減させるための方法であって、請求項１６に記載の組成物の対象者への投与を含む、尿酸レベルを低減させるための方法。
21. 体液が血液である、請求項１９に記載の方法。
22. 体液が血液である、請求項２０に記載の方法。
23. ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１４のアミノ酸配列を含む、単離ウリカーゼ。
24. Ｎ末端のアミノ酸がメチオニンである、請求項１に記載の単離されたトランケートされた哺乳類ウリカーゼタンパク質。
25. ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．７のアミノ酸配列を含む、請求項２４に記載のウリカーゼ。
26. 請求項１、請求項３、請求項６、請求項２４または請求項２５に記載のタンパク質をコードする核酸配列を含む、単離核酸。
27. 核酸配列が動作可能な形で異種性プロモータに結合されている、請求項２６に記載の単離核酸。
28. プロモータがｏｓｍＢプロモータである、請求項２７に記載の核酸。
29. 請求項２７に記載の核酸を含む、核酸ベクター。
30. 請求項２９に記載のベクターを含む、宿主細胞。
31. ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．７またはＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．８のアミノ酸配列を含むウリカーゼをコードする核酸配列を含む、単離核酸。
32. 核酸配列がＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．９またはＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．１０を含む、請求項３１に記載の単離核酸。
33. 核酸配列が動作可能な形で異種性プロモータに結合されている、請求項３１に記載の単離核酸。
34. プロモータがｏｓｍＢプロモータである、請求項３３に記載の核酸。
35. 請求項３３に記載の核酸を含む、核酸ベクター。
36. 請求項３５に記載のベクターを含む、宿主細胞。
37. 請求項３０または請求項３６に記載の宿主細胞を、宿主細胞により当該核酸配列が発現される条件下で培養し、発現されたウリカーゼを単離する工程を含む、ウリカーゼを生成するための方法。

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