CN111954537A - 生长分化因子15融合蛋白 - Google Patents
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Abstract
本文提供了GDF15分子。在一些实施例中,该GDF15分子是GDF15‑Fc融合蛋白,其中GDF15区融合至Fc区。在一些实施例中,该GDF15区通过接头融合至该Fc区。本文还提供了用于制备和使用GDF15分子的方法。
Description
相关申请
本申请要求2018年4月9日提交的美国临时申请号62/655,108的权益,将其通过引用以其全部内容并入本文。
序列表
本申请连同电子格式的序列表一起提交。序列表被提供为标题为A-2239-WO-PCT_SeqList_ST25.txt的文件,创建于2019年3月15日,大小是109kb。将电子格式的序列表的信息通过引用以其全文结合在此。
技术领域
本披露涉及GDF15分子,例如GDF15融合蛋白、其组合物和用于制备和使用此类蛋白的方法。
背景技术
生长分化因子15(GDF15)(也称为巨噬细胞抑制因子1(MIC1)(Bootcov MR,1997,Proc Natl Acad Sci[美国科学院院刊]94:11514-9)、胎盘骨形态发生因子(PLAB)(HromasR 1997,Biochim Biophys Acta.[生物化学与生物物理学学报]1354:40-4)、胎盘转化生长因子β(PTGFB)(Lawton LN 1997,Gene.[基因]203:17-26)、前列腺衍生因子(PDF)(Paralkar VM 1998,JBiol Chem.[生物化学杂志]273:13760-7)、和非甾类抗炎药活化基因(NAG-1)(Baek SJ 2001,JBiol Chem.[生物化学杂志]276:33384-92))是作为约25kDa同源二聚体在血浆中循环的分泌蛋白。GDF15以高亲和力结合至GDNF家族受体α样蛋白(GFRAL)。据信,GDF15诱导的细胞信号传导需要GFRAL与辅助受体RET的相互作用。
GDF15与多种生物活动相关。升高的GDF15已示出与体重减轻相关,并且给予GDF15已示出使食物摄入减少并使体重减轻。因此,需要可以作为治疗剂给予的有效的GDF15分子。本披露提供了满足这一需要并且提供了相关优点的GDF15分子。
发明内容
本文提供了GDF15分子、制备这些分子的方法和使用这些分子的方法。在一些实施例中,该GDF15分子是GDF15-Fc融合蛋白。该融合蛋白可包含连接至Fc区的GDF15区。在一些实施例中,该GDF15区通过接头连接至该Fc。
在一些实施例中,该GDF15区包含SEQ ID NO:6的氨基酸序列和至少一个突变,例如,在位置3处的天冬酰胺(N3)的突变,例如在位置5处的天冬氨酸(D5)的突变、或在位置3处的天冬酰胺的突变和在位置5处的天冬氨酸的突变。在一些实施例中,该GDF15区包含在位置5处的天冬氨酸至谷氨酸的突变(D5E)。在一些实施例中,该GDF15区包含SEQ ID NO:16的氨基酸序列。在一些实施例中,该GDF15区包含在位置3处的天冬酰胺至谷氨酰胺的突变(N3Q),例如,具有氨基酸序列SEQ ID NO:14。在又其他实施例中,该GDF15区包含N3Q和D5E突变。在一些实施例中,该GDF15区包含SEQ ID NO:18的氨基酸序列。
在一些实施例中,该融合蛋白具有接头,该接头是G4S(SEQ ID NO:19)或G4Q(SEQID NO:24)接头,例如(G4S)n或(G4Q)n接头,其中n大于0。在一些实施例中,该融合蛋白具有接头,该接头是G4A(SEQ ID NO:58)接头,例如(G4A)n接头,其中n大于0。在一些实施例中,n是1或2。在一些实施例中,n大于2,例如3、4、5、6、7、或8。在一些实施例中,该接头包含SEQID NO:19、20、21、22、23、24、25或58的氨基酸序列。
在一些实施例中,该融合蛋白具有包含带电荷的成对突变的Fc区。在一些实施例中,该Fc区具有截短的铰链区。在一些实施例中,该Fc区选自表3。
本文还提供了包含本文所披露的该融合蛋白的二聚体和四聚体。在一个实施例中,该二聚体包含GDF15-Fc融合蛋白,该GDF15-Fc融合蛋白包含SEQ ID NO:39-57中任一个所述的氨基酸序列。在一些实施例中,包含SEQ ID NO:39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56或57的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:32、33、34、35、36或37的氨基酸序列的Fc结构域二聚化,例如表6中所示。在一些实施例中,这些二聚体形成了四聚体。还提供了生产和使用本文披露的这些GDF15分子的方法。
附图说明
图1是示出如下信息的图:每周给药媒介物、3mg/kg的阳性对照FGF21-Fc、1.5mg/kg的scFc-GDF15、或1.5mg/kg的二聚体FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15:FcΔ10(+,K),持续六周,随后进行五周的洗脱对食蟹猴体重的影响。
图2是示出如下信息的曲线图:每周给药媒介物、3mg/kg的阳性对照FGF21-Fc、1.5mg/kg的scFc-GDF15或1.5mg/kg的二聚体FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15:FcΔ10(+,K),持续六周,随后进行五周的洗脱对食蟹猴甘油三酯水平的影响。
图3示出了在阳离子交换后的FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15曲线图。
图4是FcΔ10(+)-(G4)-GDF15的肽图。
图5是示出如下信息的图:对小鼠食物摄入的影响随二聚体FcΔ10(-)-GDF15(Δ3):FcΔ10(+,K)(SEQ ID NO:41和32);FcΔ10(-)-GDF15(N3D):FcΔ10(+,K)(SEQ ID NO:42和32);FcΔ10(-,CC)-GDF15(Δ3):FcΔ10(+,K,CC)(SEQ ID NO:43和34);FcΔ10(-,CC)-GDF15(N3D):FcΔ10(+,K,CC)(SEQ ID NO:44和34)和FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15:FcΔ10(+,K)(SEQ ID NO:39和32)的剂量而变化。
图6是小鼠中随时间变化的FcΔ10(-)-GDF15(Δ3)(SEQ ID NO:41);FcΔ10(-)-GDF15(N3D)(SEQ ID NO:42);FcΔ10(-,CC)-GDF15(Δ3)(SEQ ID NO:43);和FcΔ10(-,CC)-GDF15(N3D)(SEQ ID NO:44)血清浓度的图。
图7是示出如下信息的图:每周给药媒介物、3mg/kg的阳性对照FGF21-Fc、0.5mg/kg或3.0mg/kg的FcΔ16(-,CC)-GDF15(Δ3/D5E):FcΔ16(+,K,CC)(SEQ ID NO:45和35)、0.5mg/kg或3.0mg/kg的FcΔ16(-,CC)-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ16(+,K,CC)(SEQ ID NO:46和35)或0.5mg/kg或3.0mg/kg的FcΔ16(-)-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ16(+,K)(SEQ ID NO:47和36),持续四周,随后进行四周的洗脱对食蟹猴体重的影响。
图8是示出如下信息的图:每周给药媒介物、1.5mg/kg的FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15:FcΔ10(+,K)(SEQ ID NO:39和32)、1.5mg/kg的FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q):FcΔ16(+,K)(SEQ ID NO:49和36);1.5mg/kg的FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ16(+,K)(SEQ ID NO:50和36)、1.5mg/kg的FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ16(+,K)(SEQ ID NO:54和36)、或1.5mg/kg的FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ10(+,K,L234A/L235A)(SEQ ID NO:57和37),持续两周对食蟹猴体重的影响。
图9是给予FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ16(+,K)(SEQ ID NO:50和36)的ob/ob小鼠中食物摄入随剂量变化的图。
图10是给予
FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ10(+,K,L234A/L235A)(SEQ ID NO:57和37)的ob/ob小鼠中食物摄入随剂量变化的图。
具体实施方式
本文提供了GDF15分子、制备这些分子的方法和使用这些分子的方法。在一些实施例中,该GDF15分子是GDF15-Fc融合蛋白。该融合蛋白可包含连接至Fc区的GDF15区。在一些实施例中,该GDF15区通过接头连接至该Fc。
在一些实施例中,该GDF15区包含野生型GDF15。人和鼠GDF15均具有信号肽和原结构域。全长人GDF15的核苷酸序列是:atgcccgggc aagaactcag gacggtgaat ggctctcagatgctcctggt gttgctggtg ctctcgtggc tgccgcatgg gggcgccctg tctctggccg aggcgagccgcgcaagtttc ccgggaccct cagagttgca ctccgaagac tccagattcc gagagttgcg gaaacgctacgaggacctgc taaccaggct gcgggccaac cagagctggg aagattcgaa caccgacctc gtcccggcccctgcagtccg gatactcacg ccagaagtgc ggctgggatc cggcggccac ctgcacctgc gtatctctcgggccgccctt cccgaggggc tccccgaggc ctcccgcctt caccgggctc tgttccggct gtccccgacggcgtcaaggt cgtgggacgt gacacgaccg ctgcggcgtc agctcagcct tgcaagaccc caggcgcccgcgctgcacct gcgactgtcg ccgccgccgt cgcagtcgga ccaactgctg gcagaatctt cgtccgcacggccccagctg gagttgcact tgcggccgca agccgccagg gggcgccgca gagcgcgtgc gcgcaacggggaccactgtc cgctcgggcc cgggcgttgc tgccgtctgc acacggtccg cgcgtcgctg gaagacctgggctgggccga ttgggtgctg tcgccacggg aggtgcaagt gaccatgtgc atcggcgcgt gcccgagccagttccgggcg gcaaacatgc acgcgcagat caagacgagc ctgcaccgcc tgaagcccga cacggtgccagcgccctgct gcgtgcccgc cagctacaat cccatggtgc tcattcaaaa gaccgacacc ggggtgtcgctccagaccta tgatgacttg ttagccaaag actgccactg catatga(SEQ ID NO:1)。
全长人GDF15的氨基酸序列(308个氨基酸)是:
不具有其信号序列的人GDF15的核苷酸序列是:
ctgtctctgg ccgaggcgag ccgcgcaagt ttcccgggac cctcagagtt gcactccgaagactccagat tccgagagtt gcggaaacgc tacgaggacc tgctaaccag gctgcgggcc aaccagagctgggaagattc gaacaccgac ctcgtcccgg cccctgcagt ccggatactc acgccagaag tgcggctgggatccggcggc cacctgcacc tgcgtatctc tcgggccgcc cttcccgagg ggctccccga ggcctcccgccttcaccggg ctctgttccg gctgtccccg acggcgtcaa ggtcgtggga cgtgacacga ccgctgcggcgtcagctcag ccttgcaaga ccccaggcgc ccgcgctgca cctgcgactg tcgccgccgc cgtcgcagtcggaccaactg ctggcagaat cttcgtccgc acggccccag ctggagttgc acttgcggcc gcaagccgccagggggcgcc gcagagcgcg tgcgcgcaac ggggaccact gtccgctcgg gcccgggcgt tgctgccgtctgcacacggt ccgcgcgtcg ctggaagacc tgggctgggc cgattgggtg ctgtcgccac gggaggtgcaagtgaccatg tgcatcggcg cgtgcccgag ccagttccgg gcggcaaaca tgcacgcgca gatcaagacgagcctgcacc gcctgaagcc cgacacggtg ccagcgccct gctgcgtgcc cgccagctac aatcccatggtgctcattca aaagaccgac accggggtgt cgctccagac ctatgatgac ttgttagccaaagactgccactgcatatga(SEQ ID NO:3)。
不具有其29个氨基酸的信号序列的人GDF15的氨基酸序列(279个氨基酸)是:
不具有其信号肽或原结构域的人GDF15的核苷酸序列是:
不具有其信号肽或原结构域的人GDF15的氨基酸序列(112个氨基酸的GDF15的活性结构域)是:
全长鼠GDF15的核苷酸序列是:
atggccccgc ccgcgctcca ggcccagcct ccaggcggct ctcaactgag gttcctgctgttcctgctgc tgttgctgct gctgctgtca tggccatcgc agggggacgc cctggcaatg cctgaacagcgaccctccgg ccctgagtcc caactcaacg ccgacgagct acggggtcgc ttccaggacc tgctgagccggctgcatgcc aaccagagcc gagaggactc gaactcagaa ccaagtcctg acccagctgt ccggatactcagtccagagg tgagattggg gtcccacggc cagctgctac tccgcgtcaa ccgggcgtcg ctgagtcagggtctccccga agcctaccgc gtgcaccgag cgctgctcct gctgacgccg acggcccgcc cctgggacatcactaggccc ctgaagcgtg cgctcagcct ccggggaccc cgtgctcccg cattacgcct gcgcctgacgccgcctccgg acctggctat gctgccctct ggcggcacgc agctggaact gcgcttacgg gtagccgccggcagggggcg ccgaagcgcg catgcgcacc caagagactc gtgcccactg ggtccggggc gctgctgtcacttggagact gtgcaggcaa ctcttgaaga cttgggctgg agcgactggg tgctgtcccc gcgccagctgcagctgagca tgtgcgtggg cgagtgtccc cacctgtatc gctccgcgaa cacgcatgcg cagatcaaagcacgcctgca tggcctgcag cctgacaagg tgcctgcccc gtgctgtgtc ccctccagct acaccccggtggttcttatg cacaggacag acagtggtgt gtcactgcag acttatgatg acctggtggc ccggggctgccactgcgctt ga(SEQ ID NO:7)。
全长鼠GDF15的氨基酸序列(303个氨基酸)是:
不具有其信号序列的鼠GDF15的核苷酸序列是:
不具有其32个氨基酸的信号序列的鼠GDF15的氨基酸序列(271个氨基酸)是:
不具有其信号序列或原结构域的鼠GDF15的核苷酸序列是:
不具有其信号肽或原结构域的鼠GDF15的氨基酸序列(115个氨基酸的活性结构域)是:
在一些实施例中,该GDF15分子包含GDF15区,该GDF15区包含GDF15(例如,不具有其信号肽或原结构域的GDF15)的活性结构域。在一些实施例中,该GDF15区包含SEQ ID NO:6或SEQ ID NO:12的氨基酸序列。在一些实施例中,该GDF15区包含具有一个或多个突变(例如在GDF15的活性结构域中的至少一个突变)的GDF15序列。在具体的实施例中,该一个或多个突变不减少或消除GDF15的活性。在一些实施例中,该GDF15区包含在人GDF15的活性结构域中的突变。在一个实施例中,该突变是活性结构域的前三个氨基酸的缺失,例如“GDF15(Δ3)”,其是缺失前三个氨基酸的人GDF15的活性结构域(即,SEQ ID NO:13)。
在一些实施例中,该GDF15区包含在人GDF15(SEQ ID NO:6)的活性结构域的位置3处的天冬酰胺(N3)的突变。N3突变可以指GDF15氨基酸序列中的SEQ ID NO:6的位置3处的天冬酰胺残基的突变或与GDF15氨基酸序列中的SEQ ID NO:6的位置3处的天冬酰胺相对应的天冬酰胺残基的突变。在一些实施例中,在位置3处的该天冬酰胺突变为谷氨酰胺(N3Q)或天冬氨酸(N3D)。因此,在一些实施例中,该GDF15分子包含GDF15(N3Q)的GDF15区,其具有SEQ ID NO:14的氨基酸序列。在其他的实施例中,该GDF15分子包含GDF15(N3D)的GDF15区,其具有SEQ ID NO:15的氨基酸序列。在一些实施例中,该GDF15区包含在人GDF15(SEQ IDNO:6)的活性结构域的位置5处的天冬氨酸(D5)的突变。D5突变可以指在GDF15氨基酸序列的SEQ ID NO:6的位置5处的天冬氨酸残基的突变或与GDF15氨基酸序列的SEQ ID NO:6的位置5处的天冬氨酸相对应的天冬氨酸残基的突变。在一个实施例中,在位置5处的该天冬氨酸突变为谷氨酸(D5E)。因此,在一些实施例中,该GDF15分子包含GDF15(D5E)的GDF15区,其具有SEQ ID NO:16的氨基酸序列。
在又其他实施例中,该GDF15区包含突变的组合,例如Δ3和D5突变的组合,例如,GDF15(Δ3/D5E)(SEQ ID NO:17)或N3和D5突变的组合,例如,GDF15(N3D/D5E)或GDF15(N3Q/D5E)。在,该GDF15区包含SEQ ID NO:18的氨基酸序列。
表1提供了可在GDF15分子中使用的GDF15区的实例。
表1-GDF15区
在一些实施例中,该GDF15分子直接融合至Fc。在其他的实施例中,该Fc通过接头融合至该GDF15分子。在一些实施例中,该接头包含G4S(SEQ ID NO:19)接头。在其他的实施例中,该接头包含G4Q(SEQ ID NO:24)接头。在其他的实施例中,该接头包含G4A(SEQ IDNO:58)接头。该接头可以是(G4S)n或(G4Q)n接头,其中n大于0。该接头可以是(G4A)n接头,其中n大于0。在一些实施例中,n是1或2。在一些实施例中,n大于或等于2,例如3、4、5、6、7、或8。在一些实施例中,该接头包含如表2所示的SEQ ID NO:19、20、21、22、23、24、25或58的氨基酸序列。
表2-接头
在一些实施例中,该GDF15分子包含Fc区。该Fc区可包含或衍生自抗体的重链的Fc结构域。在一些实施例中,该Fc区可包含具有一个突变的Fc结构域,例如带电荷的成对突变、在糖基化位点的突变或包含非天然氨基酸的突变。该Fc区可衍生自IgG1、IgG2、IgG3或IgG4的人IgG恒定结构域。在一些实施例中,该Fc区包含IgA、IgD、IgE和IgM重链的恒定结构域。
在一些实施例中,该Fc区包含具有带电荷的成对突变的Fc结构域。通过引入产生带电荷的Fc区的突变,该GDF15分子可与带有相反电荷的相应的Fc分子二聚化。例如,天冬氨酸-至-赖氨酸突变(E356K,其中356是使用EU编号的位置,并且相对于如表3-5中所说明的这些位置)和谷氨酸-至-赖氨酸突变(D399K,其中399是使用EU编号的位置,并且相对于如表3-5中所说明的这些位置)可引入该Fc区,其任选地通过接头连接至GDF15区,产生GDF15分子的带正电荷的Fc区。赖氨酸-至-天冬氨酸突变(K392D、K409D;其中392和409是使用EU编号的位置并且相对于如表3-5中所说明的这些位置)可引入单独的分子的Fc结构域中,产生带负电荷的Fc分子。在带负电荷的Fc分子中的天冬氨酸残基可与GDF15分子的带正电荷的Fc区的赖氨酸残基通过静电力结合,促进Fc异源二聚体在GDF15分子的Fc区和该Fc分子之间的形成,而减少或防止Fc同源二聚体在GDF15分子的Fc区之间或在Fc分子之间的形成。
在一些实施例中,一个或多个赖氨酸-至-天冬氨酸突变(K392D、K409D)引入至该Fc区,其任选地通过接头连接至GDF15区并且天冬氨酸-至-赖氨酸突变(E356K)和谷氨酸-至-赖氨酸突变(D399K)引入至另一分子的Fc结构域中。在GDF15分子的Fc区中的天冬氨酸残基可与Fc分子的赖氨酸残基通过静电力结合,促进Fc异源二聚体在GDF15分子的Fc区和该Fc分子之间的形成,并且减少或防止Fc同源二聚体在GDF15分子的Fc区之间或在Fc分子之间的形成。
在一些实施例中,该GDF15分子包含Fc区,该Fc区包含具有突变的铰链区的Fc结构域。在一些实施例中,该Fc结构域包含在该铰链区中的缺失。在一些实施例中,来自铰链区的十个氨基酸缺失,例如,FcΔ10。在其他的实施例中,来自铰链区的十六个氨基酸缺失,例如,FcΔ16。在一些实施例中,该Fc结构域包含铰链区缺失(例如,FcΔ10或FcΔ16)和带电荷的成对突变,使得该Fc结构域带正电荷或负电荷。例如,该Fc结构域可包含在铰链区的十个氨基酸的缺失和赖氨酸-至-天冬氨酸突变(K392D、K409D),例如FcΔ10(-)。在另一实施例中,该Fc结构域可包含在铰链区的十个氨基酸的缺失和天冬氨酸-至-赖氨酸突变(E356K)和谷氨酸-至-赖氨酸突变(D399K),例如FcΔ10(+)。在另一实施例中,该Fc结构域可包含在铰链区的十六个氨基酸的缺失和赖氨酸-至-天冬氨酸突变(K392D、K409D),例如FcΔ16(-)。在另一实施例中,该Fc结构域可包含在铰链区的十六个氨基酸的缺失和天冬氨酸-至-赖氨酸突变(E356K)和谷氨酸-至-赖氨酸突变(D399K),例如FcΔ16(+)。
在一些实施例中,包含铰链区缺失和带电荷的成对突变的Fc分子与此类的GDF15分子异源二聚化。例如,该Fc分子可具有铰链区缺失和带电荷的成对突变,该铰链区缺失和带电荷的成对突变补充GDF15分子的Fc区的铰链区缺失和带电荷的成对突变。例如,Fc分子可包含具有在铰链区的十个氨基酸的缺失和赖氨酸-至-天冬氨酸突变(K392D、K409D)的Fc结构域,例如FcΔ10(-),其可任选地包含C-末端赖氨酸(例如,FcΔ10(-,K))。该Fc分子可与包含FcΔ10(+)的GDF15分子异源二聚化。在另一实施例中,该Fc分子可包含在铰链区的十个氨基酸的缺失和天冬氨酸-至-赖氨酸突变(E356K)和谷氨酸-至-赖氨酸突变(D399K),例如FcΔ10(+),其可任选地包含C-末端赖氨酸(例如,FcΔ10(+,K))。该Fc分子可与包含FcΔ10(-)的GDF15分子异源二聚化。在另一实施例中,该Fc分子可包含在铰链区的十六个氨基酸的缺失和赖氨酸-至-天冬氨酸突变(K392D、K409D),例如FcΔ16(-),其可任选地包含C-末端赖氨酸(例如,FcΔ16(-,K))。该Fc分子可与包含FcΔ16(+)的GDF15分子异源二聚化。在另一实施例中,该Fc分子可包含在铰链区的十六个氨基酸的缺失和天冬氨酸-至-赖氨酸突变(E356K)和谷氨酸-至-赖氨酸突变(D399K),例如FcΔ16(+),其可任选地包含C-末端赖氨酸(例如,FcΔ16(-,K))。该Fc分子可与包含FcΔ16(-)的GDF15分子异源二聚化。
在一些实施例中,该Fc区或Fc分子包含具有L234A和/或L235A突变的Fc结构域,其中234和235是使用EU编号的位置并且相对于如表3-5中所说明的这些位置。该Fc结构域可包含L234A突变、L235A突变、带电荷的成对突变、铰链区缺失、或其任何组合。在一些实施例中,该Fc结构域包含L234A突变和L235A突变。在一些实施例中,该Fc结构域包含铰链区缺失、L234A突变、L235A突变和带电荷的成对突变,例如FcΔ10(+,L234A/L235A)、FcΔ10(-,L234A/L235A)、FcΔ16(+,L234A/L235A)或FcΔ16(-,L234A/L235A)。在一些实施例中,该Fc结构域包含任选的C-末端赖氨酸,例如,FcΔ10(+,K,L234A/L235A)、FcΔ10(-,K,L234A/L235A)、FcΔ16(+,K,L234A/L235A)或FcΔ16(-,K,L234A/L235A)。
在一些实施例中,该Fc区或Fc分子包含具有“半胱氨酸夹钳”的Fc结构域。半胱氨酸夹钳突变涉及通过突变将半胱氨酸引入该Fc结构域的特定位置,使得当用也通过突变将半胱氨酸引入特定位置的另一Fc结构域孵育时,二硫键(半胱氨酸夹钳)可在该两个Fc结构域之间(例如,在具有“半胱氨酸夹钳”突变的FcΔ16(+)结构域和具有“半胱氨酸夹钳”突变的FcΔ16(-)结构域之间)形成。可以将半胱氨酸引入至Fc结构域的CH3结构域。在一些实施例中,Fc结构域可含有一个或多个此类的半胱氨酸夹钳突变。在一个实施例中,通过将丝氨酸至半胱氨酸突变(S354C,其中354是使用EU编号的位置并且相对于如表3-5中所说明的位置)引入至第一Fc结构域并且将酪氨酸至半胱氨酸突变(Y349C,其中349是使用EU编号的位置并且相对于如表3-5中所说明的位置)引入至第二Fc结构域,提供半胱氨酸夹钳。在一个实施例中,GDF15分子包含含有Fc结构域的Fc区(该Fc结构域具有半胱氨酸夹钳、带负电荷的成对突变和十六个氨基酸的铰链区缺失(例如,GDF15-FcΔ16(-,CC)))和含有Fc结构域的Fc分子(该Fc结构域包含半胱氨酸夹钳、带正电荷的成对突变和十六个氨基酸的铰链区缺失和任选的C-末端赖氨酸(例如,FcΔ16(+,K,CC)))。该半胱氨酸夹钳可增加GDF-Fc分子与Fc分子的异源二聚化。
可在GDF15分子中使用的Fc区的实例示出于表3中。
表3-Fc区
Fc分子的实例示出于表4中,其中C-末端赖氨酸是任选的。
表4-Fc分子
这些Fc分子可用于与包含互补Fc结构域的分子二聚化。例如,FcΔ10(+,K)的Fc分子可与包含Fc区(该Fc区包含十个氨基酸的铰链区缺失和带负电荷的成对突变例如,FcΔ10(-))的分子(例如,包含FcΔ10(-)的Fc区的GDF15分子)二聚化。FcΔ10(-,K)的Fc分子可与包含Fc区(该Fc区包含十个氨基酸的铰链区缺失和带负电荷的成对突变例如,FcΔ10(+))的分子(例如,包含FcΔ10(+)的Fc区的GDF15分子)二聚化。
FcΔ10(+,K,CC)的Fc分子可与包含Fc区(该Fc区包含十个氨基酸的铰链区缺失和带负电荷的成对突变例如,FcΔ10(-,CC))的分子(例如,包含FcΔ10(-,CC)的Fc区的GDF15分子)二聚化。FcΔ16(+,K,CC)的Fc分子可与包含Fc区(该Fc区包含十个氨基酸的铰链区缺失和带负电荷的成对突变例如,FcΔ16(-,CC))的分子(例如,包含FcΔ16(-,CC)的Fc区的GDF15分子)二聚化。FcΔ16(+,K)的Fc分子可与包含Fc区(该Fc区包含十个氨基酸的铰链区缺失和带负电荷的成对突变例如,FcΔ16(-))的分子(例如,包含FcΔ16(+)的Fc区的GDF15分子)二聚化。FcΔ10(+,K,L234A/L235A)的Fc分子可与包含Fc区(该Fc区包含十个氨基酸的铰链区缺失和带负电荷的成对突变例如,FcΔ10(-,L234A/L235A))的分子(例如,包含FcΔ10(-,L234A/L235A)的Fc区的GDF15分子)二聚化。
为GDF15-Fc融合蛋白的GDF15分子的实例示出于表5中。
表5-GDF15分子
在一些实施例中,该融合蛋白是scFc-GDF15,其中该GDF15区连接至两个Fc区。在一些实施例中,该融合蛋白包含氨基酸序列,该氨基酸序列与SEQ ID NO:38具有至少85%、90%、95%或99%序列同一性。在一些实施例中,该融合蛋白包含SEQ ID NO:38的氨基酸序列。在计算百分比序列同一性时,将比较的序列以给出序列间最大匹配的方式进行比对。可用于确定百分比同一性的计算机程序是GCG程序包,该GCG程序包包括GAP(Devereux等人,(1984)Nucl.Acid Res.[核酸研究]12:387;Genetics Computer Group[遗传学计算机集团],威斯康星大学,威斯康星州麦迪逊)。计算机算法GAP可用于比对要确定百分比序列同一性的两种多肽或多核苷酸。比对这些序列它们各自的氨基酸或核苷酸的最佳匹配(“匹配跨度”,由算法确定)。空位开放罚分(计算为对角线平均值的3倍,其中“对角线平均值”是所使用的比较矩阵的对角线的平均值;“对角线”是由特定的比较矩阵分配给每个完美氨基酸匹配的分数或数字)和空位延伸罚分(通常是空位开放罚分的1/10倍)、以及例如PAM 250或BLOSUM 62的比较矩阵与算法结合使用。在某些实施例中,算法也使用标准比较矩阵(PAM250比较矩阵参见Dayhoff等人,(1978)Atlas of Protein Sequence and Structure[蛋白质序列和结构图集]5:345-352;BLOSUM62比较矩阵参见Henikoff等人,(1992)Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.[美国科学院院刊]9:10915-10919)。可用于使用GAP程序确定百分比同一性的参数为如下:
算法:Needleman等人,1970,J.Mol.Biol.[分子生物学杂志]48:443-453;
比较矩阵:来自Henikoff等人,1992,同上的BLOSUM 62;
空位罚分:12(但是末端空位无罚分)
空位长度罚分:4
相似性阈值:0
用于比对两个氨基酸序列的某些比对方案可产生仅两个序列的短区域匹配,并且即使在两个全长序列之间没有显著关系,该小的比对区域也可具有非常高的序列同一性。因此,如果需要,可以调整所选择的比对方法(例如,GAP程序),以产生跨越靶多肽的至少50个连续氨基酸的比对。
在一些实施例中,该GDF15分子是FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15、FcΔ10(+)-(G4)-GDF15、FcΔ10(-)-GDF15(Δ3)、FcΔ10(-)-GDF15(N3D)、FcΔ10(-,CC)-GDF15(Δ3)、FcΔ10(-,CC)-GDF15(N3D)、FcΔ16(-,CC)-GDF15(Δ3/D5E)、FcΔ16(-,CC)-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15、FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q)、FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-(G4S)2-GDF15(N3Q)、FcΔ16(-)-(G4S)2-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q)、FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-GDF15(N3Q)、FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q)或FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)。
在一些实施例中,该GDF15分子包含SEQ ID NO:39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56或57的氨基酸序列。在一些实施例中,该GDF15分子包含氨基酸序列,该氨基酸序列与SEQ ID NO:39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56或57具有80%-99%、85%-99%、90%-99%或95%-99%序列同一性。在一些实施例中,该GDF15分子包含氨基酸序列,该氨基酸序列与SEQ ID NO:39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、或57具有至少85%序列同一性。在一些实施例中,该GDF15分子包含氨基酸序列,该氨基酸序列与SEQ ID NO:39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、或57具有至少90%序列同一性。在一些实施例中,该GDF15分子包含氨基酸序列,该氨基酸序列与SEQ ID NO:39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、或57具有至少95%序列同一性。在一些实施例中,该GDF15分子包含氨基酸序列,该氨基酸序列与SEQ ID NO:39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、或57具有至少99%序列同一性。
在一些实施例中,该GDF15分子是FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15、FcΔ10(+)-(G4)-GDF15、FcΔ10(-)-GDF15(Δ3)、FcΔ10(-)-GDF15(N3D)、FcΔ10(-,CC)-GDF15(Δ3)、FcΔ10(-,CC)-GDF15(N3D)、FcΔ16(-,CC)-GDF15(Δ3/D5E)、FcΔ16(-,CC)-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15、FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q)、FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-(G4S)2-GDF15(N3Q)、FcΔ16(-)-(G4S)2-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q)、FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-GDF15(N3Q)、FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q)或FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)分子。在一些实施例中,该GDF15分子是FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15、FcΔ10(+)-(G4)-GDF15、FcΔ10(-)-GDF15(Δ3)、FcΔ10(-)-GDF15(N3D)、FcΔ10(-,CC)-GDF15(Δ3)、FcΔ10(-,CC)-GDF15(N3D)、FcΔ16(-,CC)-GDF15(Δ3/D5E)、FcΔ16(-,CC)-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15、FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q)、FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-(G4S)2-GDF15(N3Q)、FcΔ16(-)-(G4S)2-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q)、FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-GDF15(N3Q)、FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q)或FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)分子,该分子与其Fc区和/或GDF15区具有80%-99%、85%-99%、90%-99%或95%-99%序列同一性。
在一些实施例中,该GDF15分子是FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15、FcΔ10(+)-(G4)-GDF15、FcΔ10(-)-GDF15(Δ3)、FcΔ10(-)-GDF15(N3D)、FcΔ10(-,CC)-GDF15(Δ3)、FcΔ10(-,CC)-GDF15(N3D)、FcΔ16(-,CC)-GDF15(Δ3/D5E)、FcΔ16(-,CC)-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15、FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q)、FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-(G4S)2-GDF15(N3Q)、FcΔ16(-)-(G4S)2-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q)、FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q/D5E)、FcΔ16(-)-GDF15(N3Q)、FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q)或FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)分子,该分子与其Fc区和/或GDF15区具有至少85%、90%、95%或99%序列同一性。例如,与其Fc区和/或GDF15区具有80%-99%、85%-99%、90%-99%或95%-99%序列同一性的FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15分子包括具有Fc区和/或GDF15区的GDF15分子,该Fc区具有铰链区的十个氨基酸缺失和带负电荷的成对突变,并且与SEQ IDNO:26具有80%-99%、85%-99%、90%-99%或95%-99%序列同一性,该GDF15区与SEQ IDNO:6具有80%-99%、85%-99%、90%-99%或95%-99%序列同一性。例如,与其Fc区和/或GDF15区具有至少85%、90%、95%或99%序列同一性的FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15分子包括具有Fc区和/或GDF15区的GDF15分子,该Fc区具有铰链区的十个氨基酸缺失和带负电荷的成对突变,并且与SEQ ID NO:26具有至少85%、90%、95%或99%序列同一性,该GDF15区与SEQ ID NO:6具有至少85%、90%、95%或99%序列同一性。
在另一个实例中,与其Fc区和/或GDF15区具有80%-99%、85%-99%、90%-99%或95%-99%序列同一性的FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)分子包括具有Fc区和/或GDF15区的GDF15分子,该Fc区具有铰链区的十六个氨基酸缺失和带负电荷的成对突变,与SEQ ID NO:30具有80%-99%、85%-99%、90%-99%或95%-99%序列同一性,该GDF15区与SEQ ID NO:18具有80%-99%、85%-99%、90%-99%或95%-99%序列同一性。在另一个实例中,与其Fc区和/或GDF15区具有至少85%、90%、95%或99%序列同一性的FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)分子包括具有Fc区和/或GDF15区的GDF15分子,该Fc区具有铰链区的十六个氨基酸缺失和带负电荷的成对突变,并且与SEQ ID NO:30具有至少85%、90%、95%或99%序列同一性,该GDF15区与SEQ ID NO:18具有至少85%、90%、95%或99%序列同一性。
在又另一个实例中,与其Fc区和/或GDF15区具有80%-99%、85%-99%、90%-99%或95%-99%序列同一性的FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)分子包括具有Fc区和/或GDF15区的GDF15分子,该Fc区具有铰链区的十个氨基酸缺失、带负电荷的成对突变和在位置234和235处的亮氨酸至丙氨酸突变并且与SEQ ID NO:31具有80%-99%、85%-99%、90%-99%或95%-99%序列同一性,该GDF15区与SEQ ID NO:18具有80%-99%、85%-99%、90%-99%或95%-99%序列同一性。在又另一个实例中,与其Fc区和/或GDF15区具有至少85%、90%、95%或99%序列同一性的FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)分子包括具有Fc区和/或GDF15区的GDF15分子,该Fc区具有铰链区的十个氨基酸缺失、带负电荷的成对突变和在位置234和235处的亮氨酸至丙氨酸突变并且与SEQ ID NO:31具有至少85%、90%、95%或99%序列同一性,该GDF15区与SEQ ID NO:18具有至少85%、90%、95%或99%序列同一性。
本文还提供了包含本文所提供的GDF15分子的二聚体和四聚体。在一个实施例中,该二聚体包含GDF15-Fc融合蛋白,该GDF15-Fc融合蛋白包含SEQ ID NO:39-57中任一个所述的氨基酸序列。在一些实施例中,包含SEQ ID NO:39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56或57的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:32、33、34、35、36或37的氨基酸序列的Fc分子(其中C-末端赖氨酸是任选的)二聚化,例如表6中所示。例如,在一些实施例中,该二聚体是FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15:FcΔ10(+,K)。在另一实施例中,该二聚体是FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q):FcΔ10(+,K,L234A/L235A)。在又另一个实施例中,该二聚体是FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q):FcΔ10(+,K,L234A/L235A)。
表6-二聚体
在一个实施例中,包含SEQ ID NO:39的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:32的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:40的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:33的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:41的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQID NO:32的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:42的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:32的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:43的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:34的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:44的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:34的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:44的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:34的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:45的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:35的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:46的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:35的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:47的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:36的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:48的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:36的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:49的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:36的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQID NO:50的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:36的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:51的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:36的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:52的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:36的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:53的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQID NO:36的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:54的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:36的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:55的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:36的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:56的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:37的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。在另一实施例中,包含SEQ ID NO:57的氨基酸序列的GDF15-Fc融合蛋白与包含SEQ ID NO:37的Fc分子(C-末端赖氨酸任选)二聚化。
在一些实施例中,这些二聚体形成了四聚体。例如,在表6中的这些二聚体可形成四聚体。在一些实施例中,这些四聚体从这些相同的二聚体形成。在一些实施例中,FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15:FcΔ10(+,K);FcΔ10(+)-(G4)-GDF15:FcΔ10(-,K);FcΔ10(-)-GDF15(Δ3):FcΔ10(+,K);
FcΔ10(-)-GDF15(N3D):FcΔ10(+,K);
FcΔ10(-,CC)-GDF15(Δ3):FcΔ10(+,K,CC);
FcΔ10(-,CC)-GDF15(N3D):FcΔ10(+,K,CC);
FcΔ16(-,CC)-GDF15(Δ3/D5E):FcΔ16(+,K,CC);
FcΔ16(-,CC)-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ16(+,K,CC);
FcΔ16(-)-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ16(+,K);
FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15:FcΔ16(+,K);
FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q):FcΔ16(+,K);
FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ16(+,K);
FcΔ16(-)-(G4S)2-GDF15(N3Q):FcΔ16(+,K);
FcΔ16(-)-(G4S)2-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ16(+,K);
FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q):FcΔ16(+,K);
FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ16(+,K);FcΔ16(-)-GDF15(N3Q):FcΔ16(+,K);
FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q):FcΔ10(+,K,L234A/L235A);或FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ10(+,K,L234A/L235A)中的两个二聚体形成四聚体,例如通过两个GDF15区的二聚化。
本文还提供了用于生产本文所披露的GDF15和Fc分子的宿主细胞(包含核酸和载体)。在多个实施例中,将该载体或核酸整合进宿主细胞基因组,在其他的实施例中,该载体或核酸是染色体外的。
提供了包含此类核酸、载体或核酸或载体中的一者或两者的组合的重组细胞(例如酵母、细菌(例如,大肠杆菌)和哺乳动物细胞(例如,永生化哺乳动物细胞))。在各种实施例中,包含非整合型核酸(例如质粒、黏粒、噬菌粒或线性表达元件)的细胞,该非整合型核酸包含编码GDF15分子和/或Fc分子的表达的序列。在一些实施例中,该细胞包含用于产生GDF15分子的核酸并且另一细胞包含用于产生Fc分子以与GDF15分子二聚化的核酸(例如,用于在一个细胞中编码GDF15分子的载体和用于在第二个细胞中编码Fc分子的第二载体)。在其他的实施例中,宿主细胞包含用于产生GDF15分子和Fc分子的核酸(例如,编码两种分子的载体)。在另一实施例中,宿主细胞包含用于产生GDF15分子的核酸和用于产生Fc分子的另一核酸(例如,在一个宿主细胞中的两个不同的载体,一个编码GDF15分子并且一个编码Fc分子)。
包含编码GDF15分子和/或Fc分子的核酸序列的载体可以通过转化或转染,例如通过本领域已知的方法,引入至宿主细胞中。
可以经由病毒载体将编码GDF15分子的核酸放置于和/或递送至宿主细胞或宿主动物。病毒载体可包含单独的或与一个或多个病毒蛋白组合的任何数量的病毒多核苷酸,病毒蛋白促进本发明的核酸在所希望的宿主细胞中的递送、复制和/或表达。该病毒载体可以是多核苷酸,该多核苷酸包含病毒基因组的全部或部分、病毒蛋白/核酸缀合物、病毒样颗粒(VLP)或包含病毒核酸和编码包含GDF15区的多肽的核酸的完整的病毒颗粒。病毒颗粒病毒载体可包含野生型病毒颗粒或经修饰的病毒颗粒。该病毒载体是如下载体:该载体的复制和/或表达需要另一种载体或野生型病毒(例如腺病毒载体扩增子)的存在(例如,病毒载体可以是辅助依赖性病毒)。在此方面,合适的病毒载体颗粒包括例如,腺病毒载体颗粒(包括属于或衍生自腺病毒科病毒的任何病毒)、腺相关病毒载体颗粒(AAV载体颗粒)或其他的细小病毒和细小病毒载体颗粒、乳头状瘤病毒载体颗粒、黄病毒载体、甲病毒载体、疱疹病毒载体、痘病毒载体、逆转录病毒载体(包括慢病毒载体)。
GDF15分子可以使用标准蛋白纯化方法分离。包含GDF15区的多肽可以从已经工程化以表达包含GDF15区的多肽的细胞(例如非天然地表达天然GDF15的细胞)中分离。可以使用本领域已知的蛋白纯化方法以及相关的材料和试剂来分离GDF15分子。在本文的实例中也提供了纯化GDF15分子的方法。可用于分离GDF15分子的另外的纯化方法可在以下参考文献中找到,例如,Bootcov MR,1997,Proc.Natl.Acad.Sci.USA[美国科学院院刊]94:11514-9,Fairlie WD,2000,Gene[基因]254:67-76。
还提供了包含GDF15分子(和任选地Fc分子,例如本文披露的二聚体或四聚体)的药物组合物。此类多肽药物组合物可包含治疗有效量的GDF15分子与为适合给予方式选择的药学上或生理上可接受的配制剂或载体混合。该药学上或生理上可接受的配制剂可以是一种或多种配制剂,该一种或多种配制剂适合实现或提高GDF15分子向人或非人受试者体内的递送。药学上可接受的物质例如润湿剂或乳化剂、防腐剂或缓冲剂(该物质提高GDF15分子的保质期或有效性)也可作为配制品载体,或形成配制品载体的组分。可接受的药学上可接受的载体优选地是在所使用的剂量和浓度下对接受者无毒性的。该药物组合物可含有一种或多种配制剂用于改变、保持或保存组合物的以下方面:例如,pH、渗透压、粘度、透明度、颜色、等渗性、气味、无菌性、稳定性、溶解或释放速率、吸附性或渗透性。
将在医疗上使用的包含GDF15分子的药物组合物的有效量将取决于例如治疗背景和目的。本领域技术人员将理解,治疗的适当剂量水平因此将部分地根据递送的分子、使用GDF15分子的适应症、给予途径和受试者的尺寸(体重、体表或器官尺寸)和状况(年龄和一般健康状况)而变化。给药频率取决于所用配制品中GDF15分子的药代动力学参数。
该药物组合物的给予途径可以是口服;通过静脉内途径、腹膜内途径、脑内途径(脑实质内途径)、脑室内途径、肌内途径、眼内途径、动脉内途径、门静脉内途径或病灶内途径的注射;通过缓释系统(该途径也可以注射);或通过植入设备。如果希望,这些组合物可以通过快速浓注给予或通过输注或通过植入设备连续给予。该组合物还可以通过植入膜、海绵或其他适当的材料局部给予,所希望的分子已被吸收或包封在这些材料上。在使用植入设备的情况下,可以将设备植入任何合适的组织或器官中,并且可以通过扩散、定时释放快速浓注或连续给予来递送所希望的分子。
GDF15分子可用于治疗,诊断或改善代谢病症或障碍。在一个实施例中,该代谢障碍是糖尿病,例如,2型糖尿病。在另一实施例中,该代谢病症或障碍是肥胖症。在其他的实施例中,该代谢病症或障碍是血脂紊乱、葡萄糖水平升高、胰岛素水平升高或糖尿病肾病。例如,可以使用GDF15分子治疗或改善的代谢病症或障碍包括其中人类受试者具有125mg/dL或更高,例如130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200或大于200mg/dL的空腹血糖水平的情形。血糖水平可以在进食或禁食状态下,或在随意状态下测定。该代谢病症或障碍还可包含如下情形:受试者患上代谢病症的风险增加。对于人类受试者,此类病症包括100mg/dL的空腹血糖水平。可以使用包含GDF15分子的药物组合物治疗的病症也可以发现于American Diabetes Association Standards ofMedical Care inDiabetes Care 2011[美国糖尿病协会2011年糖尿病护理医疗标准],American DiabetesAssociation,Diabetes Care[美国糖尿病协会:糖尿病护理]第34卷,增补版第1期,S11-S61,2010。
可以例如通过静脉内(IV)注射、腹膜内(IP)注射、皮下注射、肌内注射、或以片剂或液体组成物的形式口服进行给予。GDF15分子的治疗有效剂量将取决于给予方案、给予的药剂的单位剂量、GDF15分子是否与其他治疗剂组合给予、免疫状态和接受者的健康。治疗有效剂量是GDF15分子的量,该GDF15分子的量将引起由研究人员、医生或其他临床医师正在寻求的组织系统、动物或人的生物学或医学应答,该生物学或医学应答包括缓解或改善待治疗的疾病或障碍的症状,即,该GDF15分子的量支持可观察到的水平的一个或多个所希望的生物学或医学应答,例如,降低血糖、胰岛素、甘油三酯或胆固醇水平;减轻体重;改善葡萄糖耐量、能量消耗或胰岛素敏感性;或减少食物摄入。GDF15分子的治疗有效剂量还可以随着所希望的结果而变化。
本文还提供了一种方法,该方法包括测量受试者的一个或多个代谢相关化合物例如葡萄糖、胰岛素、胆固醇、脂质的基线水平,给予受试者包含GDF15分子的药物组合物,和在所希望的一段时间后,测量受试者的一个或多个代谢相关化合物(例如,血糖、胰岛素、胆固醇、脂质)的水平。然后可以比较这两个水平以确定受试者的代谢相关化合物的相对改变。根据比较的结果,可给予该药物组合物的另一剂量以实现一个或多个代谢相关化合物的所希望的水平。
包含GDF15分子的药物组合物可以与另一种化合物或治疗剂共同给予。GDF15分子(和任选地,其相应的Fc分子)可以和另一种治疗剂,例如降低血糖、胰岛素、甘油三酯或胆固醇水平;减轻体重;减少食物摄入;改善葡萄糖耐量、能量消耗、或胰岛素敏感性的药剂;或其任何组合(例如,抗糖尿病剂、降血脂剂、抗肥胖症剂、抗高血压剂、或过氧化物酶体增殖因子-活化剂受体的激动剂)组合给予。与GDF15分子共同给予的化合物的特性和性质将取决于待治疗或改善的病症的性质。与本文披露的GDF15分子一起给予的药剂可以是GLP-1R激动剂,例如GLP-1或其类似物;或激动肽、激动肽类似物或激动肽激动剂。可与该药物组合物组合给予的化合物的实例的非限制性列表包括利拉鲁肽、罗格列酮、匹格列酮、瑞格列奈、nateglitinide、二甲双胍、艾塞那肽、西他列汀(stiagliptin)、普兰林肽、格列吡嗪、格列美脲阿卡波糖(glimeprirideacarbose)、奥利司他、盐酸氯卡色林、苯丁胺托吡酯(phenterminetopiramate)、纳曲酮安非他酮(naltrexonebupropion)、塞美兰肽(setmelanotide)、索马鲁肽、朗来纳肽(efpeglenatide)、卡格列净、LIK-066、SAR-425899、Tt-401、FGFR4Rx、HDV-生物素和米格列醇。
在一个实施例中,包含SEQ ID NO:39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56或57的氨基酸序列的GDF15分子与另一种化合物或治疗剂(例如利拉鲁肽)一起给予。
在另一实施例中,GDF15分子和相应的Fc分子(分别地包含如下的氨基酸序列:SEQID NO:39和32(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:40和33(C-末端赖氨酸任选)、SEQ ID NO:41和32(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:42和32(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:43和34(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:44和34(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:45和35(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:46和35(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:47和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:48和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:49和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:50和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:51和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ IDNO:52和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:53和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:54和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:55和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:56和37(C-末端赖氨酸任选);或SEQ ID NO:57和37(C-末端赖氨酸任选))与另一种化合物或治疗剂(例如利拉鲁肽)一起给予。
在另一实施例中,分别地包含SEQ ID NO:50和36(C-末端赖氨酸任选)的氨基酸序列的GDF15分子和相应的Fc分子与另一种化合物或治疗剂(例如利拉鲁肽)一起给予。在另一实施例中,分别地包含SEQ ID NO:57和37(C-末端赖氨酸任选)的氨基酸序列的GDF15分子和相应的Fc分子与另一种化合物或治疗剂(例如利拉鲁肽)一起给予。
与另一种治疗剂一起给予GDF15分子可包括并行给予治疗有效量的该GDF15分子(和任选地其相应的Fc分子)和治疗有效量的另一种治疗剂。与另一种治疗剂一起给予的GDF15分子可包括相继给予治疗有效量的GDF15分子(和任选地其相应的Fc分子)和治疗有效量的另一种治疗剂,例如,给予治疗有效量的GDF15分子(和任选地其相应的Fc分子),随后给予治疗有效量的另一种治疗剂或给予治疗有效量的另一种治疗剂,随后给予治疗有效量的GDF15分子(和任选地其相应的Fc分子)。可以在给予治疗有效量的另一种治疗剂后至少1、2、3、4、5、6或7天给予治疗有效量的GDF15分子(和任选地,其相应的Fc分子)。在另一实施例中,可以在给予治疗有效量的治疗有效量的GDF15分子(和任选地,其相应的Fc分子)后至少1、2、3、4、5、6或7天后至少1、2、3、4、5、6或7天给予治疗有效量的另一种治疗剂。
与另一种治疗剂并行给予GDF15分子可包括给予包含GDF15分子(和任选地其相应的Fc分子)和另一种治疗剂的组合物,例如,治疗有效量的GDF15分子(和任选地其相应的Fc分子)与治疗有效量的另一种药剂在给予之前组合。在另一实施例中,并行给予GDF15分子(和任选地其相应的Fc分子)和另一种治疗剂可包括并行给予包含GDF15分子的第一种组合物和包含另一种治疗剂的第二组合物。
在一些实施例中,GDF15分子与另一种治疗剂一起给予具有协同效应。在一个实施例中,该效应大于单独的GDF15分子(和任选地其相应的Fc分子)或另一种药剂。在另一实施例中,该效应大于两种药剂(GDF15分子和任选地其相应的Fc分子、加另一种药剂)的累加效应。在一个实施例中,组合疗法(即,给予GDF15分子任选地和其相应的Fc分子、和另一种治疗剂)比GDF15单一疗法(给予GDF15分子和任选地其相应的Fc分子)具有大于1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30倍的效应。在另一实施例中,组合疗法(即,给予GDF15分子任选地和其相应的Fc分子、和另一种治疗剂)比用另一种药剂的单一疗法具有大于1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30倍的效应。该效应可以是体重减轻的量(例如,总质量或身体变化百分比的降低);血糖、胰岛素、甘油三酯或胆固醇水平的降低;葡萄糖耐量、能量消耗或胰岛素敏感性的改善;或食物摄入的减少。该协同效应可以是给予后约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、21、28、35、42、49、56、63或70天。
在一个实施例中,GDF15分子和相应的Fc分子(分别地包含如下的氨基酸序列:SEQID NO:39和32(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:40和33(C-末端赖氨酸任选)、SEQ ID NO:41和32(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:42和32(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:43和34(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:44和34(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:45和35(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:46和35(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:47和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:48和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:49和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:50和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:51和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ IDNO:52和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:53和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:54和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:55和36(C-末端赖氨酸任选);SEQ ID NO:56和37(C-末端赖氨酸任选);或SEQ ID NO:57和37(C-末端赖氨酸任选))与GLP-1R激动剂(例如,利拉鲁肽或激动肽或其类似物或激动剂)一起给予比GDF15单一疗法具有大于1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30倍的效应;比GLP-1R激动剂单一疗法(即,给予单独的GLP-1R激动剂)具有大于1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30倍的效应;或具有这两种效应,这两种效应是给予该一种或多种药剂后约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、21、28、35、42、49、56、63或70天。
详细描述和以下实例说明了本发明,并且不应解释为将本发明限制于此。本领域技术人员可以基于本发明的描述进行各种改变和修改,并且这些改变和修改也包括在本发明中。
实例
以下实例(包括进行的实验和实现的结果)仅提供解释说明目的,并且不应被解释为限制本发明。
实例1:GDF15(WT)-接头-Fc分子
制备了scFc-GDF15(SEQ ID NO:38)和FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15(SEQ ID NO:39)的GDF15分子并且测试了这些分子的活性。
FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15(SEQ ID NO:39)在适应无血清悬浮培养的CHO-K1细胞系中稳定地表达。将其克隆至含有嘌呤霉素抗性的稳定表达载体中,而将用于与FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15、FcΔ10(+,K)(SEQ ID NO:32)形成异源二聚体的Fc链克隆至含潮霉素的表达载体(Selexis公司(Selexis,Inc.))中。这些质粒以1:1的比率使用lipofectamineLTX转染并且在转染后2天在含有10ug/mL嘌呤霉素和600ug/mL潮霉素的专用生长培养基中对细胞进行选择。在选择期间每周更换2次培养基。当细胞达到约90%活力时,将它们按比例扩大以进行分批式生产运行。将细胞以2x106/mL接种在生产培养基中。在第7天收获细胞产生的条件培养基(CM)并且澄清。端点活力通常是高于90%。
将FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15(SEQ ID NO:39)(和任意成对的Fc)澄清。使用两步色谱法程序将条件培养基纯化。将大约5L的CM直接应用至GE MabSelect SuRe柱上,该柱提前用杜尔贝科氏磷酸盐缓冲盐水(Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline,PBS)平衡。结合蛋白经历三个清洗步骤:首先,3个柱体积(CV)的PBS;其次,1CV的20mM Tris、100mM氯化钠、pH 7.4;和最后,3CV的500mM L-精氨酸、pH 7.5。这些清洗步骤除去了未结合的或轻微结合的培养基组分和宿主细胞杂质。该柱然后用5CV的20mM Tris、100mM氯化钠在pH 7.4重新平衡,这将UV吸光度调节回基线。所希望的蛋白用100mM乙酸在pH 3.6洗脱并且整批收集。使用1M Tris-HCl、pH 9.2将蛋白池快速滴定到pH范围为5.0至5.5。然后将pH经调节的蛋白池加载到GE SP HP柱上,该柱提前用20mM 2-乙磺酸(MES)在pH 6.0平衡。然后将结合蛋白用5CV的平衡缓冲液清洗,并且最后经20CV、0至50%线性梯度(从0至400mM氯化钠,在20mM MES中,pH 6.0)洗脱。在洗脱过程中收集级分,并通过分析型尺寸排阻色谱法(200)进行分析,以确定合适的级分以合并均质产物。SP HP色谱法去除了与产物相关的杂质,例如游离Fc、剪除的种类(clipped species)和Fc-GDF15多聚体。然后通过渗析将SP HP池缓冲交换到10mM乙酸钠、5%脯氨酸、pH 5.2中。使用Sartorius 20十千道尔顿分子量截留离心设备将其浓缩至大约15mg/ml。最后,将其无菌过滤,并将含有纯化的Fc-GDF15分子的所得溶液在5℃储存。使用质谱分析、十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺电泳和尺寸排阻高效液相色谱法评估最终产物的特性和纯度。
以相似的方式制备ScFc-GDF15(SEQ ID NO:38)。这一GDF15分子在CHO/CS9细胞系中稳定地表达。将这些分子克隆至稳定表达载体中。将这些质粒(线性化的)以1:1的比率使用电穿孔转染并且在转染后2天对细胞进行选择。在选择期间每周更换3次培养基。当细胞达到约90%活力时,将它们按比例扩大以进行分批补料式生产运行。将细胞以1x106/mL接种在生产培养基中并且当细胞数目达到4-5x106/ml时补料一次。在第10天收获细胞产生的条件培养基(CM)并且澄清。端点活力通常是高于90%。将ScFc-GDF15澄清并且将条件培养基使用两步偶联色谱法程序纯化。合并来自多次收获的条件培养基并且将其通过切向流过滤使用1sq ft 210kD再生纤维素膜(Millipore)通过超滤浓缩近5倍。将大约5L的浓缩的CM直接应用至GE MabSelect SuRe柱上,该柱提前用杜尔贝科氏磷酸盐缓冲盐水(PBS)平衡。通过12CV PBS洗涤步骤除去非特异性结合的蛋白。将所希望的蛋白用0.5%乙酸(pH 3.5、150mM NaCl)以3CV洗脱并且在储存回路中收集。将收集的蛋白池直接加载到GEHiLoad26/60Superdex200制备等级分级柱上,该柱提前用30mM乙酸盐(pH5.0、150mM NaCl)平衡。通过十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳分析在分级运行过程中收集的峰值级分,以确定合适的级分以合并均质产物。通过添加10%冰乙酸,将最终分级池的pH调节至pH4.5,并且然后通过渗析将其缓冲交换到10mM乙酸钠、9%(w/v)蔗糖、pH4.5。使用十千道尔顿分子量截留离心设备将其浓缩至高于15mg/ml。通过3个冷冻和解冻循环测试蛋白对冷冻的稳定性。最后,将最后一批进行无菌过滤,并将含有纯化的GDF15分子的所得溶液在-80℃储存。使用质谱分析、n-末端测序、十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺电泳和尺寸排阻高效液相色谱法评估最终产物的特性和纯度。
然后分析scFc-GDF15和FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15的活性以用于体内活性。每周给予食蟹猴(n=10每组)媒介物、3mg/kg的阳性对照FGF21-Fc、1.5mg/kg的scFc-GDF15或1.5mg/kg的FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15:FcΔ10(+,K),持续六周,随后进行五周的洗脱。测定了体重和甘油三酯水平。对雄性天生自发肥胖的食蟹猴针对健康且具有体重指数>41进行预筛选。在治疗前,使这些猴适应独立的住所、实验程序和处理,持续6周。将这些猴分成4组,每周接受一次SC注射,持续6周(第0、7、14、21、28和35天),每组有相似的基线。在治疗期,在给药前第-24、-17和-10天和第6、13、20、27、34、和41天(在每周给药后6天),收集过夜空腹血液样品。在洗脱期期间,在第48、55、62、69和76天收集血液样品。每周测量一次体重并在整个研究中每天监控每只猴的食物摄入。每只猴在早晨和晚上喂食时在有限的时间(1小时)内接受无限制的喂食,间隔大约8小时。在两餐之间提供150g苹果零食,持续有限的时间(1小时)。取出剩余的食物或苹果并在每餐或零食后称重以计算食物摄入。
GDF15-Fc融合蛋白使体重(图1)和甘油三酯水平(图2)降低,这与FGF21-Fc相似。
实例2:GDF15(WT)-接头-Fc分子属性
分析如实例1所描述的FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15(SEQ ID NO:39)分子和FcΔ10(+)-(G4)-GDF15(SEQ ID NO:40)的可能影响其稳定性和可制造性(例如,用于商业制造)的属性。测定了GDF15分子(例如,FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15和FcΔ10(+)-(G4)-GDF15)是高度异质的(例如,FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15的离子交换柱级分分析示出该分子是高度异质的,图3),这是对分子可制造性来说不希望的特征。为了确定产生高度异质群体的GDF15分子的属性,通过尺寸排阻色谱法、SDS PAGE凝胶和质谱分析进行了分子分析。通过尺寸排阻色谱法在保留时间方面缺乏差异表明聚集或总降解不太可能是异质性的原因。在SDS PAGE凝胶上也存在差异,这表明二硫键错配(disulfide mispairing)或总降解也不太可能是异质性的原因。
也进行了MS分析以评估FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15(SEQ ID NO:39)的异质性。使用mono S、1ml柱纯化GDF15分子并且收集级分数25(P1)、级分数28(P2)和级分数31(P3)(图3)并进行MS分析。将约50μg的这些级分干燥,重新悬浮在25μL的150mM Tris、pH 7.5/8M尿素/40mM羟胺/10mM DTT中,并且然后在37℃孵育1小时。将样品在室温在黑暗中用20mM碘乙酰胺(IAM)烷基化30分钟。然后用水和2μg的胰蛋白酶(1:25)将样品稀释至100μL,并在37℃消化过夜。将消化液酸化,随后注入沃特斯公司(Waters)(马萨诸塞州米尔福德)NanoAcquityUPLC系统。先将样品以15μL/min加载到180μm X 20mm Symmetry C18捕获柱上,随后在安捷伦公司(Agilent)(加利福尼亚州圣克拉拉)Zorbax0.5mm X 250mm300SB-C18柱上进行肽分离。缓冲液A是0.1%甲酸/水,而缓冲液B是0.1%甲酸/99.9%乙腈。梯度由以下组成:在1%B的初始条件,随后在85分钟内增加至45%B,在1分钟内增加至97%B,在97%B等度进行6分钟,在3分钟内增加至1%B,和然后在1%B等度进行20分钟。使用标准加热的电喷雾电离II(HESI II)电离源将UPLC柱流出物喷雾到赛默飞世尔科技公司(Thermo FisherScientific)(加利福尼亚州圣何塞)Orbitrap Velos Pro质谱仪中。质谱仪方法由以下组成:以30K分辨率m/z[300-2000]的全MS扫描,随后是前10个最丰富的前体离子的MS/MS(CID活化)。以下仪器参数用于分析:电源电压=3.5kV;毛细管温度=275℃;S-透镜RF水平=50%;活化时间=10msec;标准化碰撞能量=35;分离宽度=2.0Da;和阈值=1.0E4。ThermoXcalibur 2.1软件的Xtract组件用于高分辨率MS数据的反卷积。使用1.2的S/N阈值和以m/z 400的100,000分辨率对来自[300-2000]的平均数据进行反卷积。反卷积的肽质量(糖基化的和非糖基化的)显示为单一同位素[M+H]+。通过聚糖亚基的逐步丧失和非糖基化前体离子作为CID活化后最强烈的片段的存在证实了各种糖基化种类。
MS结果示出,不同程度的脱酰胺种类(例如,P1的70%,P2的47%和P3的24%)和接头上的糖基化分布(主要是单糖和三糖)有助于GDF15分子的高度异质性,如其CEX谱中所示(图3)。确定了(G4S)4接头(例如,存在于FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15中)是高度糖基化和磷酸化的,具有不同程度和类型的糖基化和/或磷酸化,并且野生型人GDF15的活性片段的N-末端对脱酰胺和异构化高度敏感(参见例如图4,这示出从完整质谱数据中提取的某些质量,其对应于在位置3处含有天冬酰胺的肽的未修饰的、脱酰胺的和异构化的种类。提取的质量是来自肽的双电荷形式的m/z[590.25-590.75])。在位置3处的天冬酰胺(参考SEQ ID NO:6,编码hGDF15的活性片段的氨基酸序列)对脱酰胺和异构化高度敏感并且在位置5处的天冬氨酸(参考SEQ ID NO:6,编码hGDF15的活性片段的氨基酸序列)对异构化高度敏感。
基于这些属性,制造GDF15-Fc融合蛋白(该融合蛋白具有野生型人GDF15的活性片段和连接Fc区的接头)的普遍同质的群体(例如,用于商业制造)将是具有挑战性的。
实例3:无接头的GDF15-Fc融合蛋白的活性
为解决实例2中描述的异质性问题,1)消除GDF15区和该Fc区之间的接头和2)消除或替换了野生型人GDF15(例如,GDF15(Δ3)的活性片段(SEQ ID NO:13)的N-末端残基(其中野生型人GDF15的活性片段的前三个氨基酸缺失)的新GDF15-Fc融合蛋白;或GDF15(N3D)(SEQ ID NO:16)(其中野生型人GDF15的活性片段上在位置3处的天冬酰胺突变为天冬氨酸))。
除了GDF15-Fc融合蛋白的Fc区的带电荷的成对突变和用于Fc分子与GDF15-Fc融合蛋白的Fc区的非共价结合以形成异源二聚体的Fc分子,设计了使这些新分子的一些还包括在CH3区内的链间二硫键或“半胱氨酸夹钳”(其名称中包括“CC”的分子)以增加GDF-Fc分子与Fc分子的异源二聚化。
产生了四个新GDF15-Fc融合蛋白,其中1)GDF15区和Fc区之间的接头缺失和2)GDF15的N-末端残基被消除或替换。在这四个分子的两者中,还将链间二硫键引入至GDF15-Fc融合蛋白的Fc区的CH3结构域(以及其相应的Fc分子用于异源二聚化)。在小鼠中对这些分子(FcΔ10(-)-GDF15(Δ3)(SEQ ID NO:41);FcΔ10(-)-GDF15(N3D)(SEQ ID NO:42);FcΔ10(-,CC)-GDF15(Δ3)(SEQ ID NO:43);FcΔ10(-,CC)-GDF15(N3D)(SEQ ID NO:44))的效力和药代动力学(PK)特性与前一代FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15(SEQ ID NO:39)进行了比较。
为了确定这些分子的效力,测定了食物摄入。将7至8周龄的单独圈养的雄性ob/ob小鼠分成不同的治疗组,每组具有相当的治疗前体重和食物摄入水平。这些动物用0.32ug/kg、1.6ug/kg、8ug/kg、40ug/kg、0.2mg/kg、1mg/kg或5mg/kg的GDF15-Fc融合蛋白(二聚体:FcΔ10(-)-GDF15(Δ3):FcΔ10(+,K)(SEQ ID NO:41和32);FcΔ10(-)-GDF15(N3D):FcΔ10(+,K)(SEQ ID NO:42和32);或FcΔ10(-,CC)-GDF15(Δ3):FcΔ10(+,K,CC)(SEQ ID NO:39和32))通过皮下注射治疗,并且测量过夜食物摄入。呈现的数据是2-4个独立研究的平均数(图5)。这四个新分子FcΔ10(-)-GDF15(Δ3)(SEQ ID NO:41);FcΔ10(-)-GDF15(N3D)(SEQ ID NO:42);FcΔ10(-,CC)-GDF15(Δ3)(SEQ ID NO:43);和FcΔ10(-,CC)-GDF15(N3D)(SEQ ID NO:44)与前一代GDF15-Fc融合蛋白FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15(SEQ ID NO:39)具有相当的效力。
为了确定分子的药代动力学,18周龄的雄性饮食诱导的肥胖型C57Bl/6小鼠皮下给药1mg/kg蛋白,并且在给药后1、4、8、24、72、168、240和336小时进行连续取样。这四个新分子FcΔ10(-)-GDF15(Δ3)(SEQ ID NO:41);FcΔ10(-)-GDF15(N3D)(SEQ ID NO:42);FcΔ10(-,CC)-GDF15(Δ3)(SEQ ID NO:43);和FcΔ10(-,CC)-GDF15(N3D)(SEQ ID NO:44)与前一代GDF15-Fc融合蛋白FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15(SEQ ID NO:39)具有相当的药代动力学特性(图6)。
实例4:无接头的GDF15-Fc融合蛋白的进一步工程化
由于新设计的具有改善的可制造性和稳定性属性的分子与前一代分子具有相似的效力和PK特性,因此进一步工程化这些分子以减少可能的异质性并降低Fc效应子功能并增加效力。
为了进一步降低GDF15区的异质性,不是用天冬氨酸取代在位置3处的天冬酰胺,而是用谷氨酰胺取代天冬酰胺。此外,这些分子被工程化以在GDF15的N-末端引入两个变化,例如,GDF15(Δ3/D5E)(SEQ ID NO:17)、GDF15(N3Q/D5E)(SEQ ID NO:18)以消除天然GDF15蛋白中高比率的脱酰胺和异构化。为了降低Fc效应子功能和改善效力,还进一步通过从Fc铰链区缺失额外的6个氨基酸来工程化这些分子以使Fc区的铰链区缺失(例如,FcΔ16而不是FcΔ10)以减少结合至FcγR。对GDF15-Fc融合蛋白与其异源二聚化的相应Fc分子进行相同的铰链区工程化。
在食蟹猴中测试了该进一步工程化的GDF15-Fc融合蛋白FcΔ16(-,CC)-GDF15(Δ3/D5E)(SEQ ID NO:45)、FcΔ16(-,CC)-GDF15(N3Q/D5E)(SEQ ID NO:46)和FcΔ16(-)-GDF15(N3Q/D5E)(SEQ ID NO:47)的活性。在治疗开始前,持续10周,使雄性天生自发肥胖的食蟹猴适应程序性操控或将它们训练以习惯程序性操控(例如,血液采集、皮下注射、体重测量、喂养方案)。根据在适应/训练期的期间收集的数据(血液化学和体重),将八十(80)只猴分成8个n=10只猴的治疗组。每个治疗组给予媒介物、3mg/kg的阳性对照FGF21-Fc、0.5mg/kg的FcΔ16(-,CC)-GDF15(Δ3/D5E)(以及其异源二聚化伴侣FcΔ16(+,K,CC)(SEQID NO:35))、3.0mg/kg的FcΔ16(-,CC)-GDF15(Δ3/D5E)(以及其异源二聚化伴侣FcΔ16(+,K,CC)(SEQ ID NO:35))、0.5mg/kg的FcΔ16(-,CC)-GDF15(N3Q/D5E)(以及其异源二聚化伴侣FcΔ16(+,K,CC))、3.0mg/kg的FcΔ16(-,CC)-GDF15(N3Q/D5E)(以及其异源二聚化伴侣FcΔ16(+,K,CC))、0.5mg/kg的FcΔ16(-)-GDF15(N3Q/D5E)(以及其异源二聚化伴侣FcΔ16(+,K)(SEQ ID NO:36))或3.0mg/kg的FcΔ16(-)-GDF15(N3Q/D5E)(以及其异源二聚化伴侣FcΔ16(+,K)(SEQ ID NO:36))。在治疗期间每组每周给予皮下注射一次,持续4周,随后进行4周的洗脱期;每周进行血液收集和体重监测,并且在治疗和洗脱期每天进行食物摄入。该图表示n=5-6只/组并且数据表示为组平均值±SEM。通过ANCOVA进行统计学分析并且统计学显著性表示为相对于媒介物*p<0.05、**p<0.01和***p<0.001。具有快速药物清除率的猴怀疑具有抗药物抗体(ADA)并被排除在分析之外。
出乎意料的是,新工程化的GDF15-Fc融合蛋白几乎丧失了所有效力(图7)。与先前产生的GDF15-Fc融合蛋白相比,新工程化的GDF15-Fc融合蛋白均未将体重降低至与FGF21-Fc相似的程度(参见实例1,图1)。
实例5:食蟹猴中GDF15-Fc融合蛋白活性的恢复
与实例1中的GDF15-Fc融合蛋白相比,实例4中的GDF15-Fc融合蛋白具有如表7中所示的以下差异:
表7:实例1和4中的GDF15-Fc融合蛋白的差异
为了恢复效力,将在猴中有效的分子的不同方面重新引入新的GDF15-Fc融合蛋白中。将半胱氨酸夹钳(CH3链间二硫键)消除并且将接头重新引入FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q)(SEQ ID NO:49);FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)(SEQ ID NO:50)和FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q/D5E)(SEQ ID NO:54)。然而,该实例中使用的接头不能被糖基化(例如,G4Q)或更短(G4S而不是(G4S)4)以减少糖基化。而且对于FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q),消除了在位置5处的突变。最后,对于新分子FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)(SEQ ID NO:57),重新引入Fc区的铰链区的更小的缺失,但是伴有在Fc区中的L234A/L235A突变,其应该消除了FcγR结合。
将这些新分子与FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15进行比较,其在实例1中示出对食蟹猴有效。在治疗开始前,持续2周,使雄性天生自发肥胖的食蟹猴适应程序性操控或将它们训练以习惯程序性操控(例如,血液采集、皮下注射、体重测量、喂养方案)。根据在适应/训练期的期间收集的数据(血液化学和体重),将四十二(42)只猴分成6个n=7只猴的治疗组。每个治疗组给予媒介物、1.5mg/kg的FcΔ10(-)-(G4S)4-GDF15(以及其异源二聚化伴侣FcΔ10(+,K))、1.5mg/kg的FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q)(以及其异源二聚化伴侣FcΔ16(+,K))、1.5mg/kg的FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)(以及其异源二聚化伴侣FcΔ16(+,K))、1.5mg/kg的FcΔ16(-)-G4S-GDF15(N3Q/D5E)(以及其异源二聚化伴侣FcΔ16(+,K))或1.5mg/kg的FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)(以及其异源二聚化伴侣FcΔ10(+,K,L234A/L235A)(SEQ ID NO:37)。在治疗期间每周给予皮下注射一次,持续2周;每周进行血液采集和体重监测并在治疗期间每天监测食物摄入。该图表示n=7只/组并且数据表示为组平均值+SEM。通过ANCOVA进行统计学分析并且统计学显著性表示为相对于媒介物*p<0.05、**p<0.01和***p<0.001。这些新分子恢复了效力(图8)。
基于这些结果,确定N3Q突变不影响猴中的GDF15活性,并且GDF15中的双突变(N3Q/D5E)也不影响猴中的GDF15活性。还显示出16个氨基酸的Fc铰链区缺失(Δ16)与猴中10个氨基酸的Fc铰链区缺失(Δ10)具有类似的作用。最后,示出接头是猴中活性的关键组件。虽然接头是G4S还是G4Q不影响活性,但接头的长度对活性是重要的。与较短的接头(例如,G4S)相比,较长的接头(例如,图8中的(G4S)4和(G4Q)4)更有效力。
实例6:在ob/ob小鼠针对FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)和FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)进行的食物摄入测定
食物摄入测定用于评估两种不同GDF15-Fc融合蛋白的功效。将7至8周龄的单独圈养的雄性ob/ob小鼠分成不同的治疗组(n=5只每组),每组具有相当的治疗前体重和食物摄入水平。将这些动物用0.32ug/kg、1.6ug/kg、8ug/kg、40ug/kg、0.2mg/kg、1mg/kg或5mg/kg的异源二聚体FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ16(+,K)或FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E):FcΔ10(+,K,L234A/L235A)通过皮下注射治疗,并且测量过夜食物摄入。每种GDF15-Fc融合蛋白的代表性实验的结果以剂量应答曲线示出:FcΔ16(-)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)(图9)和FcΔ10(-,L234A/L235A)-(G4Q)4-GDF15(N3Q/D5E)(图10)。结果示出GDF15-Fc融合蛋白均减少急性ob/ob小鼠的食物摄入。本测定中的ED50示出于表8中。
表8:食物摄入测定中的ED50
虽然已经根据各种实施例描述了本发明,但是应该理解,本领域技术人员将会想到许多变化和修改。因此,所附权利要求书旨在覆盖落入所要求保护的本发明范围内的所有此类的等效变化。另外,本文使用的章节标题只是出于组织的目的,并且不应被解释为限制所描述的主题。
本申请中引用的所有参考文献出于任何目的通过引用明确并入本文。
Claims (18)
1.一种融合蛋白,该融合蛋白包含通过接头连接至Fc区的GDF15区,其中该GDF15区包含SEQ ID NO:6的氨基酸序列和至少一个突变,其中所述突变中的至少一个是在位置5处的天冬氨酸的突变。
2.如权利要求1所述的融合蛋白,其中在位置5处的天冬氨酸突变为谷氨酸。
3.如权利要求2所述的融合蛋白,其中该GDF15区包含SEQ ID NO:16的氨基酸序列。
4.如权利要求1或2所述的融合蛋白,其中该GDF15区进一步包含在位置3处的天冬酰胺的突变。
5.如权利要求3所述的融合蛋白,其中在位置3处的天冬酰胺突变为谷氨酰胺。
6.如权利要求5所述的融合蛋白,其中该GDF15区包含SEQ ID NO:18的氨基酸序列。
7.如权利要求1-6中任一项所述的融合蛋白,其中该接头是(G4S)n或(G4Q)n接头,其中n大于0。
8.如权利要求7所述的融合蛋白,其中n是1或2。
9.一种融合蛋白,该融合蛋白包含通过接头连接至Fc区的GDF15区,其中该GDF15区包含SEQ ID NO 6的氨基酸序列和至少一个突变,其中所述突变中的至少一个是在位置3处的天冬酰胺的突变或在位置5处的天冬氨酸的突变,并且其中该接头是(G4Q)n接头并且n大于2。
10.如权利要求7或9所述的融合蛋白,其中n是3或4。
11.如权利要求9或10所述的融合蛋白,其中该GDF15区包含在位置5处的天冬氨酸至谷氨酸的突变。
12.如权利要求11所述的融合蛋白,其中该GDF15区包含SEQ ID NO:16的氨基酸序列。
13.如权利要求9-11中任一项所述的融合蛋白,其中该GDF15区包含在位置3处的天冬酰胺至谷氨酰胺的突变。
14.如权利要求13所述的融合蛋白,其中该GDF15区包含SEQ ID NO:18的氨基酸序列。
15.如权利要求1-14中任一项所述的融合蛋白,其中该Fc区包含带电荷的成对突变。
16.如权利要求1-14中任一项所述的融合蛋白,其中该Fc区包含截短的铰链区。
17.如权利要求1-10中任一项所述的融合蛋白,其中该Fc区选自表3。
18.一种用于治疗代谢病症或障碍的方法,该方法包括给予如权利要求1-17中任一项所述的融合蛋白。
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