JP2011507507A - マルチマー性前駆体のinvivoタンパク質分解的プロセシングによる関心対象のタンパク質の分泌収量の改善 - Google Patents
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Abstract
Description
a)関心対象のタンパク質をコードする要素
および
b)切断部位をコードする要素
である、前記核酸分子で宿主細胞を形質転換することによって、タンパク質分泌量が有意に改善されうることを見出した。
マルチマー(すなわちポリマー)は、関心対象のタンパク質が、モチーフまたはモノマーであって、直鎖方式で少なくとも2回反復されて、より長いポリマーまたはマルチマーを生じる、前記モチーフまたはモノマーを含むことを意味する。こうしたマルチマー(またはポリマー)は、したがって、モノマー配列の少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9または10反復を含むかまたはこうした反復からなる。モノマーまたはモノマー単位は、好ましくは、介在アミノ酸を伴わずに反復されるが、場合によって、いくつかまたはすべてのモノマー単位の間に、1、2、3、4、5、またはそれより多い連結アミノ酸が存在してもよい。
「天然」または「自然」または「内因性」のタンパク質または関心対象のタンパク質は、これらが由来する生物によって産生されるようなタンパク質または関心対象のタンパク質を意味する。
ゼラチン様タンパク質モノマー(あるいはモノマーを含むかまたはモノマーからなるポリマー)は、好ましくは、かなりの数のGXY三つ組を含むか、または該三つ組からなり、ここで、Gはグリシンであり、そしてXおよびYは任意のアミノ酸である。かなりの数のGXY三つ組は、ゼラチン様タンパク質モノマー全体のアミノ酸トリプレットの少なくとも約50%、より好ましくは少なくとも60%、70%、80%、90%または最も好ましくは100%が、GXY、特に連続したGXYトリプレットであることを指す。モノマーおよび/またはポリマーのN末端および/またはC末端は、GXYトリプレットでなくてもよい他のアミノ酸を含んでもよい。また、モノマーの分子量は、好ましくは、少なくとも約1kDa(計算分子量)、少なくとも約2、3、4、5、6、7、8、9、10またはそれより多く、例えば15、20、25、30およびさらに40、50、60、70、80、90、または100およびさらにそれより多い。
過剰発現は、当該技術分野に知られる任意の方法による、宿主細胞への単数または多数の修飾による内因性タンパク質の発現レベル増加と理解される。発現レベル増加は、非修飾宿主細胞に比較した際、内因性タンパク質をコードするメッセンジャーRNAレベルの少なくとも10%の増加と定義される。メッセンジャーRNAレベルはノーザンブロッティングまたはアレイによって評価可能である。宿主細胞において内因性に発現されるのではないタンパク質の場合、こうしたタンパク質が、当業者に知られる任意の方法によって、好ましくは組換え分子生物学技術によって、前記宿主細胞において発現されるのであれば、好ましくは、前記宿主細胞における前記タンパク質の発現について述べるであろう。この場合、発現は、前記宿主細胞における、前記タンパク質をコードするmRNAの任意の検出可能な量を意味する。
特定の微生物による、関心対象のタンパク質の分泌収量を改善する方法を調査していて、本発明者らは、タンパク質の分泌収量(リットルあたりのグラムで表す)がサイズに応じることを見出した。特に、ゼラチン様タンパク質の場合、より高い分子量のゼラチン様タンパク質は、より低い分子量のゼラチン様タンパク質よりもより高いレベルで分泌されることが見出した。さらなる調査において、本発明者らは、関心対象のタンパク質の分泌収量を増加させる新規アプローチを探索した。
第一の側面において、本発明は、モチーフを含む核酸分子であって、前記モチーフが少なくとも2回反復され、前記モチーフが少なくとも2つの要素を含み、前記の少なくとも2つの要素が:
a)関心対象のタンパク質をコードする要素
および
b)切断部位をコードする要素
である、前記核酸分子を提供する。
関心対象のタンパク質は、化粧品産業、食品または餌産業、洗剤産業などの産業適用で使用可能な任意のタンパク質であってもよい。タンパク質は、任意のタイプの疾患または状態を防止し、治療し、遅延する薬剤として使用可能な、活性成分であってもよい。薬剤は、疼痛、癌、心臓血管疾患、心筋修復、血管新生、骨修復および再生、創傷治療、神経刺激/療法または糖尿病の治療のためであってもよい。関心対象のタンパク質の例には:サイトカイン、インターロイキン(IL−2、4、5、6、12等)、アルファ−、ベータ−およびガンマ−インターフェロン、コロニー刺激因子(GM−CSF、C−CSF、M−CSF)、ケモカイン、ホルモン(成長ホルモン、エリスロポエチン、インスリン等)、血液凝固剤および抗凝血剤(ヒルジン等)または酸化防止分子が含まれる。さらなる例は、抗体、遺伝子操作(engineered)免疫グロブリン様分子(ナノボディTMなどのラクダ科(camelid)由来単一ドメイン抗体、アビマー(avimer)TMなどのアビディティー・マルチマー等、またはアンチカリン(anticalin)(登録商標)およびデュオカリン(duocalin)(登録商標)などのリポカリン誘導体等)、一本鎖抗体またはヒト化抗体、免疫同時刺激分子、免疫調節分子、ターゲットタンパク質のトランスドミナントネガティブ突然変異体、ウイルス、細菌、または寄生虫の感染および/または発達を阻害可能な別のタンパク質、構造タンパク質(アルブミン、コラーゲン等)、ゼラチンまたはゼラチン様タンパク質、融合タンパク質、酵素(トリプシン、リボヌクレアーゼ、P450チトクロム、リパーゼ、アミラーゼ等)、毒素、条件毒素、抗原、腫瘍または癌の開始または進行を阻害可能なタンパク質(細胞分裂または伝達シグナルのレベルで作用する阻害剤、腫瘍抑制剤遺伝子の発現産物、例えばp53またはRb等)、増殖因子、膜タンパク質、血管作動性タンパク質およびその誘導体(会合したレポーター基を含むものなど)である。関心対象のタンパク質はまた、プロドラッグ活性化酵素も含みうる。
本発明の核酸分子の核酸配列中に存在するモチーフの要素(b)は、切断部位をコードする。こうした切断部位は、当該技術分野に知られる任意の切断部位であってもよい。本発明において、Kex2切断部位を用いることによって、優れた結果が得られた。好ましくは、切断部位はKex2切断部位である。
別の好ましい態様において、本発明の核酸分子はモチーフを含み、前記モチーフが少なくとも2回反復され、前記モチーフが少なくとも2つの要素を含み、ここで:
要素a)が関心対象のタンパク質をコードし、少なくとも2つの別個の要素a)が存在し、各々が関心対象の別個のタンパク質をコードし、そして
要素b)が切断部位をコードし、切断部位が関心対象の各タンパク質の間に存在するように、少なくとも2つのb)要素が存在し、各々が切断部位をコードする。
より好ましい態様において、関心対象のタンパク質を数コピー含むマルチマー性前駆体をコードし、関心対象のタンパク質の各コピーがKREA、KREAEAおよびKREAEAEAより選択される配列によって分離されている核酸分子を用いる。この核酸分子を、Kex2様タンパク質、Kex1様タンパク質およびSTE13遺伝子産物と同じ活性を持つタンパク質を含む、宿主細胞、好ましくは酵母細胞に導入する。
(CP)nまたは(CP)nC、式中、Pは本明細書に定義するような関心対象のタンパク質であり、Cは、本明細書に定義するような切断部位、好ましくはKex2切断部位を含むジペプチドであり、そしてnは少なくとも2である整数である
で示されうるポリペプチドをコードしてもよい。好ましい態様において、nは、少なくとも3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20または50、100、150、200またはそれより多い。あるいは、または先の好ましい態様と組み合わせて、本発明は、リーダー配列(L)が第一のCPモチーフの上流に存在する好ましい態様:L(CP)nまたはL(CP)nCに関する。好ましいリーダー配列は、アルファ因子プレプロ配列である(Brake AJら,(1983),Mol.Cell.Biol.,3:1440−1450;KurjanおよびHerskowitz,(1982),Cell,30:933−943)。
さらなる側面において、先のセクションに定義されるような核酸分子を含む核酸構築物または発現ベクターを提供する。場合によって、核酸構築物中に存在する核酸分子は、1以上の調節配列に機能可能であるように連結され、こうした配列は、適切な発現宿主において、コードされるタンパク質の産生を導く。
さらにさらなる側面において、先のセクションに定義するような核酸構築物または発現ベクターを含む宿主細胞または宿主または細胞を提供する。
さらにより好ましくは、宿主細胞は、Kex1様酵素、またはKex1様プロセシング活性もしくは増進したKex1様プロセシング活性を有するKex1様をさらに発現するか、または含みそして/または過剰発現する。さらにより好ましくは、宿主細胞は、本明細書にすでに定義するような、いかなるさらなるC末端残基(Kex2部位から残るもの)も伴わずに関心対象のタンパク質を生じるように、機能性の内因性Kex1様酵素を発現する。Kex1は、サッカロミセス・セレビシエにおいて同定されるような酵素の名称である(Wagner JCら(1987),Febs Lett.,221:423−436)。Kex2と同様、Kex1のいくつかの真核生物相同体がすでに同定されてきている。別のさらにより好ましい態様において、Kex1様酵素を過剰発現するために宿主細胞を遺伝子操作し、そして/または増進したKex1様プロセシング活性、好ましくはKex1切断部位を示すために遺伝子操作する。この態様において、宿主細胞は、すでに、機能する内因性Kex1様酵素を発現してもよい。内因性Kex1様酵素および/または非天然Kex1様酵素は、宿主細胞において過剰発現されてもよい。細胞が、本明細書において先に定義するようなKex1切断部位をin vivoまたはin vitroで少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、少なくとも99%または100%、特異的に切断可能である場合、用いる宿主細胞は、機能するKex1様酵素を発現するか、またはKex1様プロセシング活性を所持するといわれる。所定のKex1様酵素がin vivoでKex1切断部位を切断する能力は、好ましくは、Kex1またはKex1様部位を含むポリペプチドをコードする核酸配列を含む核酸構築物で、前記Kex1様酵素を発現する細胞を形質転換し、形質転換細胞を培養し、そして細胞のKex1様酵素の機能性のパーセントとして評価することによって、評価される。in vitro評価は、好ましくは、試験しようとする前記Kex1様酵素に対して行われ、該酵素を、本明細書において先に定義するようなKex1切断部位を含むポリペプチドとインキュベーションする。
さらにより好ましくは、宿主細胞は、STE13遺伝子産物と同じ活性または増進した活性を有するSTE13遺伝子様産物またはSTE13遺伝子産物をさらに発現するか、または含みそして/または過剰発現する。さらにより好ましくは、宿主細胞は、本明細書にすでに定義するような、いかなるさらなるEAモチーフ(Kex2部位から残るもの)も伴わずに関心対象のタンパク質を生じるように機能する、内因性STE13遺伝子様産物を発現する。Ste13は、Juliusらに同定されるようなサッカロミセス・セレビシエの酵素の名称である(Julius D.ら, (1983),Cell,32:839−852)。Kex2と同様、Ste13のいくつかの真核生物相同体がすでに同定されてきている。別のさらにより好ましい態様において、STE13遺伝子様産物を過剰発現するために宿主細胞を遺伝子操作し、そして/または増進したSTE13遺伝子産物プロセシング活性を示すために遺伝子操作する。この態様において、宿主細胞は、すでに、機能性の内因性STE13遺伝子産物を発現してもよい。内因性STE13遺伝子産物および/または非天然STE13遺伝子産物は、宿主細胞において過剰発現されてもよい。細胞が、本明細書において先に定義するようなSTE13切断部位をin vivoまたはin vitroで少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、少なくとも99%または100%、特異的に切断可能である場合、用いる宿主細胞は、機能するSTE13遺伝子産物を発現するか、またはSTE13遺伝子産物のプロセシング活性を所持するといわれる。所定のSTE13様酵素がin vivoでSTE13切断部位を切断する能力は、好ましくは、STE13またはSTE13様部位を含むポリペプチドをコードする核酸配列を含む核酸構築物で、前記STE13様酵素を発現する細胞を形質転換し、形質転換細胞を培養し、そして細胞のSTE13様酵素の機能性のパーセントとして評価することによって、評価される。in vitro評価は、好ましくは、試験しようとする前記STE13様酵素に対して行われ、該酵素を、本明細書において先に定義するようなSTE13切断部位を含むポリペプチドとインキュベーションする。
好ましい態様において、細胞は、Kex2様酵素、またはKex2様プロセシング活性もしくは増進したKex2様プロセシング活性を有する酵素を含み、発現しそして/または過剰発現し、そして場合によって
−Kex1様酵素、またはKex1様プロセシング活性もしくは増進したKex1様プロセシング活性を有するKex1様をさらに発現するかまたは含み、そして/または過剰発現し、ならびに/あるいは
−STE13遺伝子産物と同じ活性または増進した活性を有するSTE13遺伝子様産物またはSTE13遺伝子産物をさらに発現するかまたは含み、そして/または過剰発現する。
さらにさらなる側面において、先のセクションで定義されるような細胞を用いた、関心対象のタンパク質の産生法を提供する。この方法において、好ましくは先のセクションで定義されるような宿主細胞を、関心対象のタンパク質の発現を導くのに適した条件下で培養する。好ましくはないが、場合によって、関心対象のタンパク質はまた、宿主細胞から回収可能である。
−セクション「核酸分子」に定義するような核酸分子を含む発現ベクターを調製し
−宿主、好ましくは酵母、より好ましくはメチロトローフ酵母において、前記核酸分子を発現し、
−前記核酸分子の発現および好ましくは前記の関心対象のタンパク質の分泌を可能にするのに適した発酵条件下で、前記酵母を培養し;
−培養から、前記の関心対象のタンパク質を精製する
工程を含む。
本発明者らは、ゼラチン様タンパク質をコードする所望の遺伝子を数コピー含む巨大分子を生成した。この巨大分子を発現した際、コードされるポリペプチドが産生され、そして続いて、in vivoでプロテアーゼによってプロセシングされて、多コピーの所望のゼラチン様タンパク質が放出された。
この試験の基礎として、Pモノマーまたは極性ゼラチン(Werten MW,Wisselink WH,Jansen−van den Bosch TJ,de Bruin EC,de Wolf FA. Secreted production of a custom-designed, highly hydrophilic gelatin in Pichia pastoris. Protein Eng.,2001 Jun;14(6):447−54)は、化学的および/またはタンパク質分解的分解に対して非常に安定であるため、これを選択した。「安定な」ゼラチン様タンパク質の使用は、結果の解釈を容易にするはずである。
本発明の核酸構築のための構築ブロックが、プライマーB1−FおよびB1−Rを用いた、pPIC−P由来のPモノマー遺伝子の増幅によって生成された(Werten MW,Wisselink WH,Jansen−van den Bosch TJ,de Bruin EC,de Wolf FA.,Secreted production of a custom-designed, highly hydrophilic gelatin in Pichia pastoris. Protein Eng.,2001 Jun;14(6):447−54)。この構築ブロックの構造および配列を図1に示す。制限部位XhoIおよびNotIを用いて、生じたPCR産物をpPICKαA内にクローニングして、pB1を生じた(図2)。pPICKαAは、pPIC9K(Invitrogen)由来のカナマイシン遺伝子のコード配列で、pPICZαA(Invitrogenより)のゼオシン遺伝子のコード配列を置換することによる、pPICZαAの修飾である。pPICKαA中のカナマイシン耐性遺伝子は、大腸菌ではカナマイシンに対する耐性を与え、そして酵母ではG418またはジェネティシンに対する耐性を与える。Wertenら、2001に本質的に記載されるように、マルチマー(B2、B4、B8)を生成した(いくつかのDraIII部位およびPflMI部位が、消化後、適合末端を有し、そして連結した際、元来の部位はどちらも再び形成されることがないという事実を用いる)。クローニング工程を表1に要約する。多数コピーの関心対象のゼラチンおよび介在配列を含むポリペプチドをコードする巨大分子の構造を、4コピーの所望のゼラチンを含むポリペプチドをコードする遺伝子に関して、図3に例示する。
Claims (14)
- 関心対象のタンパク質を含むマルチマー性前駆体をコードする核酸分子であって、該核酸分子がモチーフを含み、前記モチーフが少なくとも2回反復され、前記モチーフが少なくとも2つの要素を含み、前記の少なくとも2つの要素が:
a)関心対象のタンパク質をコードする要素
および
b)切断部位をコードする要素
である、前記核酸分子。 - 切断部位がKex2切断部位である、請求項1記載の核酸分子。
- モチーフがさらに、介在配列である第三の要素を含む、請求項1または2記載の核酸分子。
- 関心対象のタンパク質が、以下のリスト:サイトカイン、インターロイキン、インターフェロン、コロニー刺激因子、ケモカイン、ホルモン、血液凝固剤、抗凝血剤、酸化防止剤、抗体、遺伝子操作(engineered)免疫グロブリン様分子、一本鎖抗体、ヒト化抗体、免疫同時刺激分子、免疫調節分子、ターゲットタンパク質のトランスドミナントネガティブ突然変異体、ウイルス、細菌、または寄生虫感染を阻害可能なタンパク質、構造タンパク質、融合タンパク質、酵素、毒素、条件毒素、抗原、腫瘍または癌の開始または進行を阻害可能なタンパク質、増殖因子、膜タンパク質、血管作動性タンパク質、ペプチドおよびゼラチン様タンパク質、より選択される、請求項1〜3のいずれか一項記載の核酸分子。
- 関心対象のタンパク質がゼラチン様タンパク質である、請求項4記載の核酸分子。
- 関心対象のタンパク質が、ナノボディTM、アビマー(avimer)TM、アンチカリン(anticalin)(登録商標)またはデュオカリン(duocalin)(登録商標)である、請求項4記載の核酸分子。
- 要素a)が関心対象のタンパク質をコードし、少なくとも2つの別個のa)要素が存在し、各々が関心対象の別個のタンパク質をコードし、そして
要素b)が切断部位をコードし、切断部位が関心対象の各タンパク質の間に存在するように、少なくとも2つのb)要素が存在し、各々が切断部位をコードする
請求項1〜5のいずれか一項記載の核酸分子。 - 請求項1〜7のいずれか一項記載の核酸分子を含む、核酸構築物または発現ベクター。
- 請求項8記載の核酸構築物または発現ベクターを含む、細胞。
- 細胞が真核細胞である、請求項9記載の細胞。
- 真核細胞が酵母細胞、好ましくはメチロトローフ酵母細胞である、請求項10記載の細胞。
- メチロトローフ酵母細胞が、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)またはハンセヌラ・ポリモルファ(Hansenula polymorpha)株である、請求項11記載の細胞。
- Kex2様酵素、またはKex2様プロセシング活性もしくは増進したKex2様プロセシング活性を有する酵素を含み、発現しそして/または過剰発現し、そして場合によって
Kex1様酵素、またはKex1様プロセシング活性もしくは増進したKex1様プロセシング活性を有するKex1様をさらに発現するかまたは含み、そして/または過剰発現し、ならびに/あるいは
STE13遺伝子産物と同じ活性または増進した活性を有するSTE13遺伝子様産物またはSTE13遺伝子産物をさらに発現するかまたは含み、そして/または過剰発現する
請求項9〜12のいずれか一項記載の細胞。 - 請求項9〜13のいずれか一項に定義される細胞を用いた、関心対象のタンパク質の産生法。
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