CN1413251A - 新的分布在内质网的蛋白质和含有该蛋白质的糖蛋白异常症治疗药、以及用于编码该蛋白质的dna以及含有该dna的治疗糖蛋白异常症的基因治疗药 - Google Patents
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Abstract
由具有糖蛋白生成抑制活性的序列表中序列1记载的氨基酸序列构成的蛋白质、其变异体蛋白质、由序列表中序列2记载的核苷酸序列组成的DNA、其DNA变异体以及使用上述蛋白质和DNA的糖蛋白异常症(例如囊性纤维化症)的包括基因治疗在内的治疗药。
Description
技术领域
本发明涉及到具有糖蛋白生成抑制活性的新的分布在内质网的蛋白质(以下称之为ELP(endoplasmic localization protein)或ELP蛋白质)以及编码它的基因。
背景技术
内质网(endoplasmic reticulum,以下也称为ER)是新生的分泌型或膜结合型糖蛋白折叠和组装场所的重要的细胞小器官。在内质网中,作为承担新生糖蛋白折叠和组装功能的蛋白质到目前为止已知有钙联接蛋白(calnexin)、(肌)钙网蛋白(calreticulin)等。
钙联接蛋白是存在于粗面内质网的Ca2+结合I型膜蛋白,其特征为:从核苷酸序列推测的分子量为65kDa(573个氨基酸),含有底物结合结构域的N末端一侧大部分朝向ER内腔,具有C末端89个氨基酸的细胞质结构域,而且在该C末端细胞质结构域中含有磷酸化部位和局限在ER的信号肽(RKPRRE)。参照Wada,I.等人,J.BiolChem.,266,29,19599-19610,1991文献。
另外(肌)钙网蛋白也是存在于ER的Ca2+结合可溶性蛋白,特征为:分子量为46kDa(400个氨基酸)、C末端含有局限于ER的信号肽(KDEL),是钙联接蛋白的可溶性同源蛋白。参照Michalak,M.等人,Exp.CellRes.,197,91-99,1991文献。
已经了解到钙联接蛋白和钙网蛋白识别糖蛋白的天冬酰胺(N-)结合型糖链的单葡糖基化糖链,与折叠中间体结合,将糖蛋白留在ER中,与成熟蛋白质不结合。这些蛋白质在ER内起着分子伴侣的功能。
从以往报道已知钙联接蛋白和钙网蛋白与cystic fibrosis(囊性纤维化症)囊性纤维化跨膜传导调节蛋白(transmembrane conductanceregulator)(以下称为CFTR)、烟碱能乙酰胆碱受体、α1-抗胰蛋白酶、α1-抗胰凝乳蛋白酶、α-胎甲球蛋白、补体3(C3)、脱辅基蛋白β-100、铁转递蛋白、LDL受体、MHC类I、MHC类II、流感凝血素、T细胞受体、integrin、葡萄糖转运蛋白(Glut 1)等各种分泌型或膜结合型糖蛋白的折叠和组装的调控有关,另外对出现折叠异常的异常蛋白质有抑制其表达、分泌的功能。
如上所述钙联接蛋白和钙网蛋白在糖蛋白合成的最初阶段由于与糖蛋白的质量管理有关,是生理意义的重要性正在被广泛认识的与糖链有关的功能分子。因此,控制钙联接蛋白和钙网蛋白功能的内源性物质的发现有可能成为治疗囊性纤维化症(CF)、幼年性肺气肿、家族黑蒙性白痴、先天性蔗糖酶异麦芽糖酶缺乏症、家族性高胆固醇血症(familialhypercholesterolaemia:FH)等变异糖蛋白不与钙联接蛋白和钙网蛋白分开,长时间滞留在ER为原因的蛋白质异常症的划时代的治疗方法。
例如,发现在大约70%的囊性纤维化症患者的上皮细胞中表达的CFTR的第508位氨基酸苯丙氨酸(ΔF508 CFTR)缺损。这种情况下,ΔF508CFTR由于折叠异常,不能从钙联接蛋白上脱离,一直长时间保持在ER中直至最终被分解,所以CFTR没有出现在细胞膜上。然而如果在使钙联接蛋白功能抑制的30℃以下的温度条件下对ΔF508 CFTR表达细胞进行培养的话,确认在细胞膜上有ΔF508 CFTR的出现。另外通过添加作为化学伴侣的DMSO也看到同样的现象。这些事实表明作为糖蛋白异常症的治疗法使钙联接蛋白和钙网蛋白的功能降低是有效的。
发明内容
本发明是鉴于上述事实而构思的,提供具有糖蛋白生成抑制活性的新蛋白质、以及编码该蛋白的基因。
本发明经不懈努力,结果发现了与钙联接蛋白或钙网蛋白不同的具有抑制糖蛋白生成抑制活性的蛋白质以及编码它的基因。
就是说本发明提供由以下1~5记载的氨基酸序列构成的蛋白质。
1.由序列表中序列1记载的氨基酸序列组成的蛋白质。
2.由对序列表中序列1记载的氨基酸序列进行置换、缺失或附加一个或多个氨基酸后的氨基酸序列构成的,而且具有糖蛋白生成抑制活性的蛋白质。
3.由序列表中序列2记载的核苷酸序列构成的DNA。
4.由对序列表中序列2记载的核苷酸序列进行置换、缺失或附加一个或多个核苷酸后的核苷酸序列构成的DNA。
5.与上述3或4记载的DNA相对应的反义DNA或其衍生物。
另外本发明提供含有上述1或2记载的蛋白质的糖蛋白异常症治疗药。其中该蛋白质即使是其药学上容许的盐形式也可以。
另外本发明提供含有上述3或4记载的DNA的用于治疗糖蛋白异常症的基因治疗药。
另外在本说明书中只要没有预先说明,DNA(包括cDNA)是指由有意链和反义链两条链构成的DNA,RNA是指由一条链构成的,反义DNA是指有一条链构成的DNA。
附图的简单说明
图1表示通过膜片钳法对正常表达CFTR的16HBE14o-细胞和包括导入ELP基因的各种CFTR29o-细胞的CFTR表达能力进行研究,结果得到的电流波形。
以下详细地对本发明进行说明。(ELP蛋白质和ELP基因)
本发明人为了克隆钙联接蛋白的全长使用与其5’末端和3’末端相对应的寡核苷酸引物,以来自人癌细胞株的cDNA为模板,进行PCR,扩增产物经琼脂糖凝胶电泳分离。另外按照常规方法对该cDNA进行克隆,使用Original TA Clonig Kit,克隆于PCR2.1载体,确定得到的DNA的核苷酸序列。另外确定与该核苷酸序列对应的氨基酸序列。由该氨基酸序列组成的蛋白质可以通过将上述DNA整合到适当的载体,使其表达得到。得到的蛋白质就象预料的那样是由256个氨基酸组成,其表观分子量大约是38kDa。
前者的核苷酸序列作为序列2,后者的氨基酸序列作为序列1,分别表示在序列表中。以下,将由序列1记载的氨基酸序列构成的蛋白质称之为「本发明的ELP」,而由序列2记载的核苷酸序列构成的DNA称之为「本发明的DNA」。
如下所述对本发明的ELP的生理活性进行了研究。
首先进行了在经ELP的反义DNA处理抑制正常细胞的ELP表达情况下对于CFTR在细胞膜上表达的影响的研究。结果表明CFTR在细胞膜上表达减少了。另外将ELP基因(本发明的DNA)导入正常细胞之后,研究在过量表达情况下对CFTR在细胞膜上表达的影响。结果表明CFTR在细胞膜上表达显著增大。从这些实验结果证实本发明的ELP具有抑制糖蛋白生成的功能。
另外研究了向表达Δ508CFTR基因(该基因不能表达在细胞膜上具有正常功能的CFTR)的人气管上皮细胞导入ELP基因后使其过量表达情况下对CFTR在细胞膜上表达的影响。结果表明CFTR在细胞膜上表达显著增大,而且表达的CFTR具有正常的功能。从这些实验结果证实本发明的ELP基因具有使因基因变异而使新生成的变异糖蛋白与钙联接蛋白没有脱开,停留在ER为原因的糖蛋白生成低下恢复的作用。
因此本发明的ELP以及本发明的DNA在囊性纤维化症、幼年性肺气肿、家族黑蒙性白痴、先天性蔗糖酶异麦芽糖酶缺乏症、家族性高胆固醇血症等变异糖蛋白与钙联接蛋白和钙网蛋白没有脱开,长时间滞留在ER为原因的糖蛋白质异常症的治疗中是有用的。
而由对序列表中序列1记载的氨基酸序列进行置换、缺失一个或多个氨基酸后的氨基酸序列构成的多肽,或在序列1记载的氨基酸序列附加一个或多个氨基酸的氨基酸序列构成的多肽也具有上述糖蛋白生成抑制活性。这些多肽链是本发明的ELP的变异体蛋白质,只要具有上述糖蛋白生成抑制活性的都包括在本发明的ELP中。同样只要由对序列2记载的核苷酸序列进行置换、缺失一个或多个核苷酸后的核苷酸序列构成的聚核苷酸,或在序列2记载的核苷酸序列附加一个或多个核苷酸构成的聚核苷酸也编码上述本发明的ELP的变异体蛋白质都包括在本发明的DNA中。
在通常的很多蛋白质中附加糖链,通过改变一个或多个氨基酸可以对糖链附加进行调节。在序列1记载的氨基酸序列中,只要调节该糖链附加的多肽具有上述糖蛋白生成抑制活性也都包括在本发明的ELP中。另外编码上述多肽的聚核苷酸也同样包括在本发明的DNA中。(基因治疗)
本发明的DNA整合到治疗用的载体中,用于对先前列举的各种各样疾病进行基因治疗中是可能的。
目前对很多糖蛋白异常症都正尝试基因治疗。例如在囊性纤维化症的基因治疗中,作为治疗用载体主要使用的腺病毒载体理论上可以整合直至大约7kb的基因,而正常CFTR基因本身为6.5kb,如果再将启动子整合,必定整合成一个大于6.5kb的非常大的药物基因。使用整合了这样大的药物基因(CFTR)的腺病毒载体的基因治疗虽然实施了多例,但现状是无论哪一例都没有获得充分的治疗效果。这是由于即使将正常CFTR基因导入细胞,50~80%的CFTR分子没有出现在细胞表面被分解了。因此为了使有效量的CFTR表达,必须要考虑这些因素。另外毒性小、有望作为下一代病毒载体的腺伴随病毒载体也存在可插入药物基因的大小要在4,5kb以下等限制。
以上用于基因治疗的药物基因要小些,通用性和利用率要高,与直接使用CFTR基因的以往的方法相比,本发明的DNA由于可小到0.8kb,所以作为药物基因其利用率高。
作为使本发明的DNA用于基因治疗的载体并没有特别限定,例如可以使用由重组疫苗病毒、脊髓灰质炎病毒、流感病毒、腺病毒、腺伴随病毒、疱疹病毒、HIV病毒、仙台病毒等诱导的载体。另外再向上述载体导入适当的启动子和复制起点、选择标志、RNA剪切位点、聚腺苷酸信号序列等与性状表达有关的序列。
本发明的DNA整合到上述载体中,可以作为利用通常的手法的基因治疗药使用。即在进行基因治疗时,使该重组表达载体与作为治疗的靶细胞接触,或插入质粒载体等表达载体中,导入靶细胞就可以。此时基因导入法可以通过磷酸钙法、脂质体法、电穿孔法、DEAE-葡聚糖法等众所周知的方法进行。(反义DNA)
在本发明中对应于由序列2记载的核苷酸序列构成的DNA的反义DNA也包括在本发明的DNA中。这样的反义DNA具有与原来应该被转录的mRNA互补的核苷酸序列,通过与mRNA形成碱基对,阻断遗传信息的传递,抑制基因的表达,抑制最终产物ELP蛋白质的合成。本发明中使用的反义DNA基因含有与序列2记载的核苷酸序列的一部分互补的序列,它编码的反义RNA是能特异地与上述mRNA的核苷酸序列杂交的寡核苷酸。
本说明书中使用的「寡核苷酸」用语是指由天然存在的碱基和通过原来的磷酸二酯键结合的糖部分生成的寡核苷酸和其类似物。因此该用语包括的第1组是天然存在的种类、或由天然存在的亚单位或它们的同族成员生成的合成种类。这里的亚单位是指相对于相邻亚单位通过磷酸二酯键或其它键结合的碱基-糖的组合。而寡核苷酸的第2组是类似物,这些类似物虽然起着与上述寡核苷酸同样的作用,但含有的残基带有天然不存在的部分。在这些类似物中含有用于增加稳定性的磷酸基团、糖部分、3’,5’末端实施化学修饰的寡核苷酸。例如,核苷酸间的磷酸二酯基的一个氧原子被硫置换的寡硫代磷酸[酯]、被-CH3置换的寡甲基膦酸盐。另外磷酸二酯键也可以用非离子性且非手性的其它结构置换。而作为寡核苷酸的类似物也可以用含有除了修饰的碱基形式、即通常天然中出现的修饰碱基以外的嘌呤和嘧啶。以上那样的寡核苷酸类只要起到与本发明的反义DNA同样功能,作为该DNA衍生物也都包括在本发明中。
在本发明中,上述寡核苷酸进行杂交的mRNA的靶部分最好是转录起始部位、翻译开始部位、内含子/外显子结合部位或5’帽子部位,但考虑到mRNA的二级结构,应当选择没有空间阻碍的部位。
本发明的反义DNA可以利用同行人都知道的合成方法,例如使用Applied Biosystem公司生产的DNA合成仪按照固相合成法制造。其类似物,即其它的寡核苷酸类似物,如硫代磷酸[酯]和烷基化的类似物也可同样制造。(ELP的制造及其用途)
本发明的ELP可以通过导入了序列2记载的DNA、以及适合载体的启动子和复制起点、选择标志、RNA剪切部位、聚腺苷酸化信号序列等与表达形式有关的序列的表达载体转化原核细胞或真核细胞的宿主,在各个宿主细胞中使ELP基因表达来制造。另外将编码其它的蛋白质基因与本发明的DNA连接,以融合蛋白表达,有时可使ELP纯化变得容易,有时可提高表达量,而在纯化过程中通过实施适当处理,将生成的ELP切出也可以制造ELP。
为了达到上述目的,在表达系统中使用的宿主中作为原核生物细胞如使用大肠杆菌、枯草杆菌。而在真核生物中,作为真核微生物的宿主细胞可以使用诸如酵母菌、黏菌。也可以使用Sf9等昆虫细胞作为宿主细胞。另外作为来自动物细胞的宿主细胞可以使用诸如COS细胞、CHO细胞。
通过上述手法制造的本发明的ELP可以从宿主细胞内或细胞外分离、纯化。在ELP的分离、纯化中,可以使用在通常蛋白质中使用的分离、纯化法。例如可以适当地选择、组合使用各种层析、超滤、盐析、透析等。
象以上那样得到的本发明的ELP通过培养大量生产是有可能的,可用作药物。即可以作为治疗与钙联接蛋白或钙网蛋白有关的囊性纤维化症、幼年性肺气肿、家族黑蒙性白痴、先天性蔗糖酶异麦芽糖酶缺乏症、家族性高胆固醇血症等糖蛋白异常症的治疗药。
将本发明的ELP用于治疗时,可以通过静脉注射、向病灶部位局部投药、口服给药等给需要治疗的患者用。为了给药,如有必要可以向ELP中添加药学上容许的载体、赋形剂、稳定剂、溶解辅助剂等添加物,做成适合上述给药的制剂。另外本发明的ELP也可以以药学上容许的盐的盐形式被包含在该制剂中。在这样的药学上容许的盐中包括象由盐酸、磷酸、醋酸、柠檬酸和酒石酸等衍生的那样与蛋白质游离的氨基形成的盐,以及由钠、钾、铵、钙、氢氧化亚铁、异丙基胺、三乙基胺、2-乙胺基乙醇、组氨酸、普鲁卡因等衍生的那样与蛋白质游离的羧基形成的盐。
另外制作识别由本发明ELP氨基酸序列(序列1)中至少5个连续氨基酸构成的寡肽的抗体也是可能的。具体来说,就是通过用上述寡肽作为抗原免疫动物,采集、纯化在动物体内产生的抗体来获得。在抗体中存在多克隆抗体和多克隆抗体,它们各自的制作方法同行人都熟悉。这样得到的任一种抗ELP抗体都可以用于ELISA等酶免疫测定、发射免疫测定、免疫荧光法等各种免疫学上的测定方法的ELP的检测和定量、或通过上述的ELP的柱子纯化。
(实施例)
以下列举实施例更具体地说明本发明,但本发明并不限定于这些实施例。(实施例1)基因的克隆
将钙联接蛋白的5’末端和3’末端的各24对碱基对(5’-catgatggacatgatgtgacatg-3’和5’-ctctcttcgtggctttctgtttct-3’)作为引物,用来自人癌细胞A549的cDAN作为模板,进行PCR。得到的PCR产物经电泳确认大小后,利用克隆用试剂盒(Original TA ClonigKit,Invitron公司生产)进行克隆。得到的DNA利用碱基序列解读试剂盒(Dye Terminator Cycle Sequencing FS Ready Kit,Jperkin Elmer公司生产)确定其核苷酸序列。序列表中的序列2给出了这样确定的序列。(实施例2)ELP蛋白的分离、纯化和鉴定
从在上述cDNA克隆时的cDNA文库的资源中使用的人癌细胞A549按照常规方法提取细胞可溶物。通过凝胶过滤对可溶物进行粗纯化后,再通过7.5%SDS-PAGE电泳进一步纯化。然后转移到PVDF膜上,将膜上形成的斑点ELP直接用气相蛋白测序仪确定氨基酸序列。结果与由cDAN序列推测出的氨基酸序列完全一致。序列表中的序列1给出了这样确定的序列。(实施例3)ELP向CF细胞内的导入1.CF细胞株的培养
将表达ΔF508 CFTR人气管上皮细胞的CF细胞株(CFTE29o-)用在基础培养液(MEM(GIBCO公司生产)、pH=7.4)添加了10%胎牛血清(HyClone,Lot.No.AGB 6235)、抗生素(penicillin G(100units/ml)、streptomycin(100μg/ml))的细胞增殖用培养液悬浮直至1.0×105cells/ml,用Fibronectin(ナカライテスク公司生产)分别加到包被的35mm培养皿(Falcon公司生产),每个培养皿1ml,然后于5%CO2、37℃条件下进行静置培养。2.基因导入
首先将整合了ELPcDAN的表达载体(pCB6)2μg和用于荧光标记的质粒(pE-GFP-N1(CLONTECH公司生产))2μg进行乙醇沉淀,溶解于无血清培养基(MEM)300μl中(溶液A)。然后向300μl无血清培养基中加入10μl转染试剂(Promega公司生产)(溶液B)。将溶液A和溶液B混合,于室温下反应10分钟(溶液C)。将该溶液C添加到用上述1记载的方法培养的分汇合的CF细胞(CFTE29o-,70%),于5%CO2、37℃的条件下培养2小时。培养后,除去得到的溶液,加培养基(含有血清),于5%CO2、37℃的条件下培养2天。
导入基因后2天除去培养基,用细胞外液(150mM NaCl、2.5mM CaCl2、2.5mM MgCl2、10mM HEPES、pH:7.3(用NaOH调))洗两次细胞。再加1ml的上述细胞外液。然后将培养皿放到荧光显微镜(IMT-20、BH2-RFL-T3,OLYMPUS公司生产)中,照射488nm的激发光,观察细胞。用下述的膜片钳法研究标志的GFP表达的只发出绿色荧光的细胞。(实施例4)膜片钳法(cell-attached mode)
为了确认ELP对糖蛋白的影响,使用表达正常的CFTR的16HBE14o-细胞、上述ELP基因转染的CFTR29o-细胞,以及作为对照只导入载体的或什么也不导入的CFTE29o-细胞,实施FEBS Letters,455,215-218,1999记载的膜片钳法。
膜片钳法使用的电极(膜片钳电极)(GC120TF-10、ClarkElectromedical Instruments公司生产)用微小电极制作装置(MF-830、NARISIGE公司生产)制作,使用用マイクロフオ-ジ进行ヒ-トポリシュ的电极。一边向该钳电极加矩形波电压脉冲,使用三维水压微操作设备(MV-3、NARISIGE公司生产),使钳电极轻轻地接触细胞表面,通过轻轻地加电压,形成千兆欧姆封口。在维持电流记录和膜电位中使用膜片钳放大器(AXOPATCH ID、Axon Instruments公司生产)。得到的电流波形用示波器(DS0450、GOULD公司生产)观察、解析。
在表达正常的CFTR的16HBE14o-细胞中给予forskolin(10μM),在保持电压40mv中看到0.4pA向外的CFTR电流,但在表达ΔF508 CFTR的CFTR29o-细胞看不到电流。然后向CFTR29o-细胞导入ELP基因后,给予forskolin(10μM)后,看到有向外的CFTR电流。而作为对照即使向细胞内导入载体,也看不到CFTR电流。
由这些实验结果能够确认使ΔF508 CFTR在细胞膜上表达增大,表达的ΔF508 CFTR具有正常的功能。
工业上的利用可能性
钙联接蛋白和钙网蛋白表现出抑制CFTR等膜结合糖蛋白的折叠和组装,或抑制相对异常的这些蛋白质表达、分泌的功能。本发明的ELP通过抑制钙联接蛋白的功能,由于阻碍变异糖蛋白从钙联接蛋白脱开,长时间停留在ER上,所以可以在该病因的糖蛋白异常症(例如囊性纤维化症)的治疗法中使用。
另外本发明的DNA也由于编码ELP蛋白质,所以如应用于基因治疗,在细胞内产生ELP,在上述糖蛋白异常症的治疗中是有用的。
序列表<110>久光制药株式会社<120>新的分布在内质网的蛋白质和含有该蛋白质的糖蛋
白异常症治疗药、以及用于编码该蛋白质的DNA
以及含有该DNA的治疗糖蛋白异常症的基因治疗药<130>FP00-0271-00<150>JP 11/344795<151>1999-12-03<160>2<170>PatentIn Ver.2.0<210>1<211>256<212>PRT<213>人<400>1Met Glu Gly Lys Trp Leu Leu Cys Met Leu Leu Val Leu Gly Thr Ala1 5 10 15Ile Val Glu Ala His Gly Gly His Asp Asp Asp Met Ile Asp Ile Glu
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Claims (7)
1.一种由序列表中序列1记载的氨基酸序列构成的蛋白质。
2.由对序列表中序列1记载的氨基酸序列进行置换、缺失或附加一个或多个氨基酸后的氨基酸序列构成的,而且具有糖蛋白生成抑制活性的蛋白质。
3.由序列表中序列2记载的核苷酸序列构成的DNA。
4.由对序列表中序列2记载的核苷酸序列进行置换、缺失或附加一个或多个核苷酸后的核苷酸序列构成的DNA。
5.与权利要求3或4记载的DNA相对应的反义DNA或其衍生物。
6.含有权利要求1或2记载的蛋白质的糖蛋白异常症治疗药。
7.含有权利3或4记载的DNA的用于治疗糖蛋白异常症的基因治疗药。
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