DE69033857T2 - Humanisierte Antikörper - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft humanisierte Antikörpermoleküle und therapeutische oder diagnostische Zusammensetzungen, welche diese enthalten.
- Der Begriff "humanisiertes Antikörpermolekül" wird verwendet, um ein Molekül mit einer Antigenbindungsstelle, abgeleitet von einem Immunglobulin einer nicht- humanen Spezies, und die übrigen Immunglobulin-abgeleiteten Teile des Moleküls, abgeleitet von einem humanen Immunglobulin, zu beschreiben. Die Antigenbindungsstelle umfaßt typischerweise komplementaritätsbestimmende Regionen bzw. "Complementarity Determining Regions" (CDRs) in den variablen Domänen, welche die Bindungsspezifität des Antikörpermoleküls bestimmen und welche von geeigneten Gerüstregionen getragen werden. Es gibt drei CDRs (CDR1, CDR2 und CDR3) in jeder variablen Domäne der schweren und leichten Kette.
- In der Beschreibung wird auf eine Reihe von Publikationen durch Nummern verwiesen. Die Publikationen sind in nummerischer Reihenfolge am Ende der Beschreibung aufgelistet.
- Natürliche Immunglobuline sind seit vielen Jahren bekannt sowie verschiedene Fragmente davon, wie die Fab-, (Fab')&sub2;- und Fc-Fragmente, welche durch enzymatische Spaltung erhalten werden können. Natürliche Immunglobuline umfassen allgemein ein Y-förmiges Molekül mit einer Antigenbindungsstelle zum Ende jedes oberen Armes hin. Der Rest der Struktur, insbesondere der Stamm des Y, vermittelt die Effektorfunktionen, welche mit Immunglobulinen assoziiert sind.
- Natürliche Immunglobuline sind in Nachweisverfahren, in der Diagnostik und, in einem eher begrenzten Umfang, für die Therapie verwendet worden. Solche Anwendungen jedoch, insbesondere für die Therapie, wurden bis vor kurzem durch die polyklonale Natur der natürlichen Immunglobuline verhindert. Ein bedeutender Schritt in Richtung der Realisierung des Potentials der Immunglobuline als therapeutische Mittel war die Entdeckung von Verfahren zur Herstellung von monoklonalen Antikörpern (MAbs) mit definierter Spezifität (1).
- Die meisten MAbs werden jedoch aus Hybridomen, welche Verschmelzungen aus Nagetiermilzzellen mit Nagetiermyelomzellen sind, hergestellt. Sie sind daher im wesentlichen Nagetierproteine. Es gibt nur sehr wenige Berichte über die Herstellung von humanen MAbs.
- Weil die meisten verfügbaren MAbs von Nagetieren stammen, sind sie natürlicherweise im Menschen antigen und können daher eine unerwünschte Immunantwort, bezeichnet als HAMA (Mensch-anti-Maus-Antikörper)-Antwort, hervorrufen. Daher ist die Verwendung von Nagetier-MAbs als therapeutische Mittel im Menschen von Natur aus durch die Tatsache begrenzt, daß die Versuchsperson eine Immunantwort gegen den MAb aufbauen und ihn entweder ganz entfernen oder zumindest in seiner Effektivität vermindern wird. In der Praxis können MAbs, welche von Nagetieren stammen, nicht in Patienten für mehr als eine oder wenige Behandlungen verwendet werden, da sich bald eine HAMA-Reaktion entwickelt, welche den MAb ineffektiv macht sowie auch unerwünschte Reaktionen hervorruft. Zum Beispiel ist OKT3, ein Maus-IgG2a/k-MAb, weicher ein Antigen im T-Zell- Rezeptor-CD3-Komplex erkennt, für die Verwendung in vielen Ländern überall in der Welt als ein immunsuppressives Mittel zur Behandlung der akuten Allotransplantatabstoßungsreaktion [Chatenoud et al. (2) und Jeffers et al. (3)] verbessert worden. Angesichts der Nagetiernatur dieses oder anderer solcher MAbs, kann sich jedoch eine bedeutende HAMA-Reaktion, welche auch eine Haupt- Antiidiotyp-Komponente einschließen kann, durch die Verwendung aufbauen. Offensichtlich wäre es sehr wünschenswert, diese unerwünschte HAMA-Reaktion zu verringern oder zu verhindern und so die Bereiche der Verwendung von diesen sehr nützlichen Antikörpern zu vergrößern.
- Es wurden daher Vorschläge gemacht, nicht-humane MAbs weniger antigen im Menschen zu machen. Solche Techniken können allgemein als "Humanisierungs"- Techniken bezeichnet werden. Diese Techniken schließen typischerweise die Verwendung von rekombinanter DNA-Technologie ein, um DNA-Sequenzen, welche für die Polypeptidketten des Antikörpermoleküls kodieren, zu manipulieren.
- Frühe Methoden zur Humanisierung der MAbs schlossen die Herstellung von chimeren Antikörpern ein, in welchen eine antigenbindende Stelle, welche die vollständige variable Domäne eines Antikörpers umfaßt, mit konstanten Domänen verknüpft ist, welche von einem anderen Antikörper abgeleitet ist. Verfahren zur Durchführung solcher Chimärisierungsverfahren sind in EP-A-0 120 694 (Celltech Limited), EP-A-0 125 023 (Genentech Inc. and City of Hope), EP-A-0 171 496 (Res. Dev. Corp. Japan), EP-A-0 173 494 (Stanford University) und WO 86/01533 (Celltech Limited) beschrieben. Die letztere Celltech-Anmeldung (WO 86/01533) offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Antikörpermoleküls mit den variablen Domänen von einem Maus-MAb und den konstanten Regionen von einem humanen Immunglobulin. Solche humanisierten chimeren Antikörper enthalten jedoch noch immer einen bedeutenden Anteil an nicht-humanen Aminosäuresequenzen, d. h. die vollständigen nicht-humanen variablen Domänen, und können daher noch immer irgendeine HAMA-Reaktion auslösen, insbesondere falls sie über eine längere Periode verabreicht werden. [Begent et al. (4)].
- In einem alternativen, in EP-A-0 239 400 (Winter) beschriebenen Versuch werden die "Complementarity Determining Regions" bzw. hypervariablen Regionen (CDRs) eines Maus-MAb auf die Gerüstregionen der variablen Regionen eines humanen Immunglobulins durch spezifische Mutagenese unter Verwendung langer Oligonukleotide gepfropft bzw. übertragen. Die vorliegende Erfindung betrifft humanisierte Antikörpermoleküle, hergestellt gemäß diesem alternativen Versuch, d. h. CDR-gepfrofte humanisierte Antikörpermoleküle. Derartige CDR-gepfropfte humanisierte Antikörper lösen weniger wahrscheinlich eine HAMA-Reaktion aus als ein humanisierter chimärer Antikörper angesichts des sehr viel geringeren Anteils von nicht-humaner Aminosäuresequenz, welche diese enthalten.
- Die früheste Arbeit über humanisierte MAbs durch CDR-Pfropfung wurde mit MAbs durchgeführt, welche synthetische Antigene, wie NP- oder NIP-Antigene, erkennen. Es sind jedoch Beispiele, in welchen ein Maus-MAb, welcher Lysozym erkennt, und ein Ratten-MAb, welcher ein Antigen auf humanen T-Zellen erkennt, durch CDR- Pfropfung humanisiert wurden, von Verhoeyen et al. (5) bzw. Riechmann et al. (6) beschrieben worden. Die Herstellung eines CDR-gepfropften Antikörpers gegen das Antigen von humanen T-Zellen ist ebenso in WO 89/07452 (Medical Research Council) beschrieben.
- In Riechmann et al./Medical Research Council wurde festgestellt, daß der Transfer der CDR-Regionen allein [wie durch Kabat (7) und (8) definiert] nicht ausreichend war, um eine zufriedenstellende Antigenbindungsaktivität in dem CDR-gepfropften Produkt bereitzustellen. Riechmann et al. Haben festgestellt, daß es notwendig ist, einen Serinrest in Position 27 der humanen Sequenz in den korrespondierenden Ratten-Phenylalaninrest umzuwandeln, um ein CDR-gepfropftes Produkt mit einer verbesserten Antigenbindungsaktivität zu erhalten. Dieser Rest in Position 27 der schweren Kette befindet sich innerhalb der an die CDR1 angrenzende Strukturschleife. Ein weiteres Konstrukt, welches zusätzlich eine Änderung eines humanen Serins in ein Ratten-Threonin in der Position 30 der schweren Kette enthält, wies keine bedeutend veränderte Bindungsaktivität gegenüber dem humanisierten Antikörper mit der alleinigen Änderung des Serins zu Phenylalanin in der Position 27 auf. Diese Ergebnisse zeigen, daß Änderungen der Reste der humanen Sequenz außerhalb der CDR-Regionen, insbesondere in der an CDR1 angrenzenden Strukturschleife, notwendig sein können, um eine wirksame Antigenbindungsaktivität für CDR-gepfropfte Antikörper zu erhalten, welche komplexere Antigene erkennen. Allerdings war die Bindungsaktivität der besten CDR-gepfropften Antikörper, welche erhalten wurden, noch immer bedeutend geringer als die der Original-MAb.
- Erst kürzlich hat Queen et al. (9) die Herstellung eines humanisierten Antikörpers, welcher an den Interleukin-2-Rezeptor bindet, durch Kombination der CDRs von Maus-MAb (Anti-Tac) mit humanen Immunglobulingerüsten und konstanten Regionen beschrieben. Die humanen Gerüstregionen wurden ausgewählt, um die Homologie mit der Anti-Tac-MAb-Sequenz zu maximieren. Zusätzlich wurde Computermodellierung verwendet, um das Gerüst der Aminosäurereste zu identifizieren, welche möglicherweise mit den CDRs oder Antigenen wechselwirken, und Maus-Aminosäuren wurden an diesen Positionen in dem humanisierten Antikörper verwendet.
- In WO 90/07861 schlagen Queen et al. vier Kriterien zum Design humanisierter Immunglobuline vor. Das erste Kriterium ist, als humanen Akzeptor das Gerüst von einem bestimmten humanen Immunglobulin, welches eine ungewöhnliche Homologie zu dem nicht-humanen, zu humanisierenden Donorimmunglobulin aufweist, zu verwenden, oder ein Konsensusgerüst aus vielen humanen Antikörpern zu verwenden. Das zweite Kriterium ist eher die Donoraminosäure als Akzeptor zu verwenden, falls der humane Akzeptorrest ungewöhnlich ist und der Donorrest typisch für humane Sequenzen an einem spezifischen Gerüstrest ist. Das dritte Kriterium ist, eher das Donorgerüst des Aminosäurerestes als Akzeptor in den direkt an die CDRs angrenzenden Positionen zu verwenden. Das vierte Kriterium ist, den Donor-Aminosäurerest in Gerüstpositionen zu verwenden, für welche vorhergesagt wird, daß die Aminosäure ein Seitenkettenatom innerhalb von ungefähr 3 Å der CDRs in einem dreidimensionalen Immunglobulin aufweist und dazu befähigt ist, mit dem Antigen oder mit den CDRs der humanisierten Immunglobuline zu wechselzuwirken. Es wird vorgeschlagen, daß das Kriterium zwei, drei oder vier zusätzlich oder als Alternative zu Kriterium eins angewendet wird und allein oder in irgendeiner Kombination angewendet werden kann.
- WO 90/07861 beschreibt im Detail die Herstellung eines einzelnen CDR-gepfropften humanisierten Antikörpers, eines humanisierten Antikörpers mit einer Spezifität für das p55-Tac-Protein des (L-2-Rezeptors. Die Kombination aller vier Kriterien, wie vorstehend beschrieben, wird zum Design dieses humanisierten Antikörpers, der variablen Gerüstregion des humanen Antikörpers Eu (7), welcher als Akzeptor verwendet wird, verwendet. In dem sich ergebenden humanisierten Antikörper werden die Donor-CDRs, wie bei Kabat et al. (7 und 8) definiert, und zusätzlich Maus-Donorreste anstelle der humanen Akzeptorreste in den Positionen 27, 30, 48, 66, 67, 89, 91, 94, 103, 104, 105 und 107 in der schweren Kette und in den Positionen 48, 60 und 63 in der leichten Kette der variablen Gerüstregion verwendet. Von dem humanisierten anti-Tac-Antikörper, welcher erhalten wird, wird berichtet, daß er eine Affinität für p55 von 3 · 10&sup9; M&supmin;¹, ungefähr ein Drittel von derjenigen des Maus-Mab, aufweist.
- Wir haben weiter die Herstellung von CDR-gepfropften humanisierten Antikörpermolekülen untersucht und haben eine Hirarchie der Positionen innerhalb des Gerüsts der variablen Regionen identifiziert (d. h. außerhalb sowohl der Kabat- CDRs als auch der strukturellen Schleifen der variablen Regionen), an denen die Identitäten der Aminosäuren der Reste wichtig sind, um CDR-gepfropften Produkte mit zufriedenstellender Bindungsaffinität zu erhalten. Dies hat uns ermöglicht, ein Protokoll zu etablieren, um zufriedenstellende CDR-gepfropfte Produkte zu erhalten, welche sehr breit unabhängig vom Niveau der Homologie zwischen dem Donorimmunglobulin und dem Akzeptorgerüst angewendet werden können. Die Gruppe von Resten, bei denen wir identifiziert haben, dass sie eine kritische Bedeutung aufweisen, stimmt nicht mit den durch Queen et al. (9) identifizierten Resten überein.
- Daher stellt die Erfindung gemäß dem ersten Aspekt ein Antikörpermolekül mit einer Affinität für ein vorbestimmtes Antigen bereit, umfassend:
- eine CDR-gepfropfte schwere Kette, wobei gemäß dem Kabat-Numerierungssystem, die Reste 31 bis 35, 50 bis 65 und 95 bis 102 Donorreste sind, und
- eine komplementäre leichte Kette, wobei die CDR-gepfropfte schwere Kette einen variablen Bereich aufweist, welcher überwiegend Gerüst-Reste der schweren Ketten eines Akzeptor-Antikörpers und Antigenbindungsreste der schweren Kette eines Donorantikörpers umfaßt, wobei der Donor-Antikörper eine Affinität für das vorbestimmte Antigen aufweist,
- worin nach dem Kabat-Numerierungssystem, in der CDR-gepfropften schweren Kette die Aminosäurereste 23, 24, 26 bis 30 und 49 mindestens zusätzliche Donorreste sind, unter der Voraussetzung, daß das Antikörpermolekül nicht eine schwere Kette mit einer variablen Region mit der Sequenz (numeriert gemäß des Kabat- Numerierungssystems) besitzt:
- und eine leichte Kette, die einen variablen Bereich mit der Sequenz aufweist (numeriert nach dem Kabat-Numierungssystems):
- Vorzugsweise sind im Antikörpermolekül des ersten Aspektes der Erfindung die Aminosäurereste 71, 73 und 78 in der CDR-gepfropften schweren Kette zusätzlich Donorreste.
- Falls erwünscht, ist in dem Antikörpermolekül des ersten Aspektes der Erfindung mindestestens einer der Aminosäurereste 1, 3 und 76 in der CDR-gepfropften schweren Kette zusätzlich ein Donorrest.
- Falls es weiter gewünscht wird, sind in dem Antikörpermolekül des ersten Aspektes der Erfindung zumindest einer der Aminosäurereste 36, falls nicht Tryptophan, 94, falls nicht Arginin, 104 und 106, falls nicht Glycine, und 107, falls nicht Threonin, in der CDR-gepfropften schweren Kette zusätzlich Donorreste. Falls es noch weiter gewünscht wird, ist mindestens einer der Aminosäurerest 2, 4, 6, 38, 48, 67 und 69 in der CDR-gepfropften schweren Kette zusätzlich ein Donorrest.
- Im Antikörpermolekül des ersten Aspekts der Erfindung ist vorzugsweise die komplementäre leichte Kette eine CDR-gepfropfte leichte Kette, wobei nach dem Kabat-Numerierungssystem die Reste 24 bis 34, 50 bis 56 und 89 bis 97 Donorreste sind, wobei die CDR-gepfropfte leichte Kette einen variablen Bereich aufweist, welcher überwiegend Gerüstreste der leichten Kette eines Akzeptor-Antikörper und Antigen-Bindungsreste der leichten Kette eines Donor-Antikörpers umfaßt, wobei der Donor-Antikörper eine Affinität für das vorbestimmte Antigen aufweist, wobei nach dem Kabat-Numerierungssystem in der CDR-gepfropften leichten Kette zumindestens die Aminosäurereste 46, 48, 58 und 71 Donorreste sind.
- Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine therapeutische oder diagnostische Zusammensetzung bereitgestellt, welche das Antikörpermolekül des ersten Aspektes der Erfindung in Kombination mit einem pharmazeutisch verträglichen Träger, Verdünnungsmittel oder Arzneimittelträger umfaßt.
- Im ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auf CDR-gepfropfte schwere und leichte Ketten Bezug genommen, welche ein Akzeptorgerüst und Donor- Antigenbindende Regionen umfassen. Man erkennt, daß diese Erfindung weit für die CDR-Pfropfung schwerer und leichter Ketten verwendbar ist. Deshalb können die Donor- und Akzeptor-Antikörper von Tieren der gleichen Spezies und sogar von der gleichen Antikörperklasse oder Subklasse abstammen. Gewöhnlicherweise stammen jedoch Donor- und Akzeptor-Antikörper von Tieren verschiedener Spezies. Typischerweise ist der Donor-Antikörper ein nicht-humaner Antikörper, wie ein Nagetier-MAb, und der Akzeptorantikörper ist ein humaner Antikörper.
- Die Bezeichnung der Reste, welche vorstehend oder sonst in der vorliegenden Erfindung angegeben werden, werden nach der Kabat-Numerierung nummeriert [(7) und (8)]. Daher korrespondieren die Bezeichnungen der Reste nicht immer direkt mit der linearen Numerierung der Aminosäurereste. Die aktuelle lineare Aminosäuresequenz kann weniger oder zusätzliche Aminosäuren als in der strikten Kabat-Numierung in Übereinstimmung mit einer Kürzung von oder Insertion einer Strukturkomponente, ob Gerüst oder CDR, der variablen Basisbereichstruktur enthalten. Zum Beispiel enthält die variable Region der schweren Kette des anti-Tac- Antikörpers, beschrieben durch Queen et al. (9), ein Ein-Aminosäure-Insert (Rest 52a) nach Rest 52 der CDR2 und ein Drei-Aminosäureninsert (Rest 82a, 82b und 82c) nach dem Gerüstrest 82, in der Kabat-Numerierung. Die korrekte Kabat- Numerierung der Reste kann für einen vorgegebenen Antikörper durch ein Alignment der homologen Regionen der Antikörpersequenz mit einer "Standard"-Kabat- Nummerierungssequenz bestimmt werden.
- Das humanisierte Antikörpermolekül der vorliegenden Erfindung kann umfassen: ein vollständiges Antikörpermolekül mit einer schweren und leichten Kette mit voller Länge, ein Fragment davon, wie Fab, (Fab')&sub2; oder FV-Fragmente, oder einen einzelkettigen Antikörper, z. B. einen einzelkettigen FV, in welchem die variablen Regionen der schweren und leichten Kette durch einen Peptidlinker verbunden sind. In ähnlicher Weise können die variablen Regionen der CDR-gepfropften schweren und leichten Kette mit anderen Antikörperregionen in geeigneter Weise kombiniert werden. Ebenso kann die schwere oder leichte Kette des humanisierten Antikörpermoleküls der vorliegenden Erfindung mit einem Effektor- oder Rezeptormolekül verknüpft werden. Zum Beispiel kann es ein Makromolekül zur Chelatisierung eines Schwermetallatoms, oder ein Toxin, wie Ricin, mit diesem durch eine kovalente Brückenstruktur verknüpft, aufweisen. Alternativ können die Verfahren der rekombinanten DNA-Technologie verwendet werden, um ein Immunglobulinmolekül herzustellen, in welchem das Fc-Fragment oder die CH3- Domäne des vollständigen Immunglobulinmoleküls durch ein funktionelles Nicht- Immunproteinglobulin, wie ein Enzym oder toxisches Molekül, ersetzt worden ist oder damit durch eine Peptidbindung verknüpft worden ist.
- Jede geeignete Sequenz der variablen Gerüstregion eines Akzeptors kann im Hinblick auf die Typklasse des Donor-Antikörpers verwendet werden, von welchem die Antigenbindenden Regionen stammen. Vorzugsweise ist der Typ des Akzeptorgerüstes, welches verwendet wird, von der/vom gleichen/ähnlichen Klasse/Typ wie der Donor-Antikörper. Günstigerweise kann das Gerüst ausgewählt werden, um die Homologie mit der Sequenz des Donor-Antikörpers, insbesondere in den Positionen nahe oder angrenzend zu den CDRs, zu maximieren/zu optimieren. Ein hoher Grad an Homologie zwischen Donor- und Akzeptor-Sequenzen ist jedoch für die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht wichtig. Die vorliegende Erfindung identifiziert eine Hierarchie der Positionen der Gerüstreste, in welcher die Donor-Reste wichtig oder wünschenswert sein können, um ein Antikörpermolekül der vorliegenden Erfindung mit zufriedenstellenden Bindungseigenschaften zu erhalten. Die Antikörpermoleküle der vorliegenden Erfindung weisen gewöhnlich Bindungsaffinitäten von mindestens 10&sup5; M&supmin;¹, vorzugsweise mindestens über 10&sup8; M&supmin;¹, oder insbesondere im Bereich von 10&sup8;-10¹² M&supmin;¹, auf. Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung in jeder Kombination von Donor- und Akzeptor-Antikörpern, unabhängig vom Grad der Homologie zwischen ihren Sequenzen, anwendbar. Ein Protokoll zur Anwendung dieser Erfindung für einige bestimmte Donor-Akzeptor-Antikörperpaare wird nachstehend angegeben. Beispiele humaner Gerüste, welche verwendet werden können, sind KOL, NEWM, REI, EU, LAY und POM (4 und 5) und ähnliche, z. B. KOL und NEWM für die schwere Kette und REI für die leichte Kette und EU, LAY und POM sowohl für die schwere Kette als auch die leichte Kette.
- Ebenso können die Bereiche der Domänen der konstanten Region der Antikörpermoleküle der Erfindung im Hinblick auf die vorgeschlagene Funktion des Antikörpers, insbesondere der Effektorfunktionen, welche benötigt werden können, ausgewählt werden. Zum Beispiel können die Domänen der konstanten Region humane IgA-, IgE-, IgG- oder IgM-Domänen sein. Insbesondere können Domänen der konstanten Region humaner IgGs verwendet werden, besonders die IgG1- und IgG3-Isotypen, falls das humanisierte Antikörpermolekül für therapeutische Verwendungen gedacht ist und Antikörper-Effektorfunktionen benötigt werden. Alternativ können IgG2- und IgG4-Isotypen verwendet werden, wenn das humanisierte Antikörpermolekül für therapeutische Zwecke gedacht ist und Antikörper-Effektorfunktionen nicht benötigt werden, z. B. zum einfachen Blocken der Lymphokinaktivität.
- Der Rest des Antikörpermoleküls braucht jedoch nicht nur Proteinsequenzen von Immunglobulinen zu umfassen. Ein Gen kann zum Beispiel konstruiert werden, in welchem eine DNA-Sequenz, welche für einen Teil der humanen Immunglobulinkette kodiert, mit einer DNA-Sequenz fusioniert wird, die für die Aminosäuresequenz eines funktionellen Polypeptids, wie ein Effektor- oder Reportermolekül, kodiert.
- Vorzugsweise werden die Antikörpermoleküle der vorliegenden Erfindung durch rekombinante DNA-Technologie hergestellt.
- Die allgemeinen Verfahren, mit welchen Vektoren konstruiert werden können, Transfektionsverfahren und Kulturverfahren, sind an sich gut bekannt und bilden keinen Teil der Erfindung. Solche Methoden werden z. B. in den Referenzen (10) und (11) gezeigt.
- Die DNA-Sequenzen, welche für die Donor-Aminosäuresequenz kodieren, können durch im Stand der Technik bekannte Verfahren erhalten werden. Die kodierenden Donor-Sequenzen können zum Beispiel durch genomisches Klonieren oder cDNA- Klonierung von geeigneten Hybridomazellinien erhalten werden. Positive Klone können unter Verwendung geeigneter Proben aus infragekommenden Genen schwerer und leichter Ketten ausgewählt werden. Ebenso kann PCR-Klonierung verwendet werden.
- Für Akzeptor-Sequenzen, z. B. des humanen Akzeptors, kodierende DNA kann in jeder geeigneten Weise erhalten werden. Zum Beispiel sind DNA-Sequenzen, welche für bevorzugte humane Akzeptor-Gerüste wie KOL, REI, EU und NEWM, kodieren, für eine Fachmann weit verfügbar.
- Die Standardtechniken der Molekularbiologie können verwendet werden, um DNA- Sequenzen, welche für die schweren und leichten Ketten des Antikörpermoleküls der vorliegenden Erfindung kodieren, herzustellen. Die gewünschten DNA-Sequenzen können, vollständig oder zum Teil, unter Verwendung von Oligonukleotidsynthesetechniken synthetisiert werden. Die zielgerichtete Mutagenese und Polymerasekettenreaktion (PCR)-Techniken können in geeigneter Weise verwendet werden. Zum Beispiel kann die Oligonukleotidspezifische Synthese, wie von Jones et al. (20) beschrieben, verwendet werden. Ebenso kann die Oligonukleotidspezifische Mutagenese einer bereits existierenden variablen Region, wie z. B. durch Verhoeyen et al. (5) oder Riechmann et al. (6) beschrieben, verwendet werden. Ebenso kann enzymatisches Auffüllen von lückenhaften Oligonukleotiden unter Verwendung der T&sub4;-DNA-Polymerase, wie zum Beispiel in Queen et al. (9) beschrieben, verwendet werden.
- Jedes geeignete Wirtszell/Vektor-System kann für die Expression von DNA- Sequenzen, welche für CDR-gepfropfte schwere und leichte Ketten kodieren, verwendet werden. Bakterielle, z. B. E. coli, und andere mikrobielle Systeme, können, insbesondere für die Expression von Antikörperfragmenten, wie FAb- und (Fab')&sub2;- Fragmente und speziell FV-Fragmente und Antikörperfragmente einzelner Ketten, z. B. einzelkettige FVs, verwendet werden. Eukaryotische, z. B. Säuger-, Wirtszellexpressionssysteme, können zur Produktion großer Antikörpermoleküle der vorliegenden Erfindung, einschließlich vollständiger Antikörpermoleküle, verwendet werden. Geeignete Säugerwirtszellen schließen CHO-Zellen und Myelom- oder Hybridomazellinien ein.
- Zur Herstellung der Antikörpermoleküle der vorliegenden Erfindung, umfassend sowohl leichte als auch schwere Ketten, kann die Zellinie mit zwei Vektoren transfiziert werden, wobei der erste Vektor ein Operon, welches für ein von einer leichten Kette abgeleitetes Polypeptid kodiert, enthalten kann und der zweite Vektor ein Operon, welches für ein einer schweren Kette abgeleitetes Polypeptid kodiert, enthält.
- Vorzugsweise sind die Vektoren identisch, ausgenommen insofern als die kodierenden Sequenzen und selektionierbare Marker betroffen sind, um soweit wie möglich sicherzustellen, daß jede Polypeptidkette gleich stark exprimiert wird. Alternativ kann ein einzelner Vektor verwendet werden, wobei der Vektor die Sequenzen einschließt, welche sowohl für von leichten Ketten als auch von schweren Ketten abgeleitete Polypeptide kodieren.
- Die DNA in der für leichte und schwere Ketten kodierenden Sequenz kann cDNA oder genomische DNA oder beides umfassen. Es ist jedoch bevorzugt, daß die für eine schwere oder leichte Kette kodierende DNA-Sequenz mindestens teilweise genomische DNA, vorzugsweise eine Fusion aus cDNA und genomischer DNA, umfaßt.
- Die vorliegende Erfindung ist auf Antikörper jeder geeigneten Spezifität anwendbar. Vorteilhafterweise kann die Erfindung jedoch zur Humanisierung von nicht-humanen Antikörpern angewendet werden, welche für die in-vivo-Therapie oder Diagnose verwendet werden. Deshalb können die Antikörper ortsspezifische Antikörper, wie Tumor-spezifische oder Zelloberflächen-spezifische Antikörper, sein, welche zur Verwendung für in-vivo-Therapie oder zur Diagnose, z. B. Tumordarstellung, geeignet sind. Beispiele für Zelloberflächen-spezifische Antikörper sind Anti-T-Zell-Antikörper, wie Anti-CD3-, Anti-CD4- und Anti-Adhäsionsmolekül-Antikörper, wie Anti-CR3-, ICAM- und ELAM-Antikörper. Die Antikörper können eine Spezifität für Interleukine (einschließlich Lymphokine, Wachstumsfaktoren und Stimulationsfaktoren), Hormone oder andere biologisch aktive Verbindungen und Rezeptoren für jede von diesen aufweisen. Zum Beispiel können die Antikörper eine Spezifität für jede der folgenden aufweisen: Interferone α, β, γ oder δ, IL1, IL2, IL3 oder IL4 usw., TNF, GCSF, GMCSF, EPO, hGH oder Insulin usw.
- Ein bevorzugtes Protokoll, um schwere und leichte Ketten zur Verwendung in Antikörpermolekülen der vorliegenden Erfindung zu erhalten, ist nachstehend zusammen mit den Überlegungen angegeben, mit Hilfe derer wir dieses Protokoll abgeleitet haben. Dieses Protokoll und die Überlegungen werden, bezogen auf die Verallgemeinbarkeit der Erfindung, wie vorstehend beschrieben und definiert, ohne Vorurteil angegeben.
- Es ist zu allererst erforderlich, die DNA, welche für die variablen Regionen der schweren und leichten Kette des Donorantikörpers kodiert, zu sequenzieren, um ihre Aminosäuresequenzen zu bestimmen. Es ist ebenso erforderlich, geeignete variable Regionen der schweren und leichten Kette des Akzeptors aus der bekannten Aminosäuresequenz auszuwählen. Die CDR-gepfropfte Kette wird dann, ausgehend von der Basis der Akzeptorsequenz, entworfen. Es ist ersichtlich, daß in einigen Fällen die Donor- und Akzeptor-Aminosäurereste in bestimmten Positionen identisch sein können und so keine Änderung des Akzeptor-Gerüstrests erforderlich ist.
- 1. Als erster Schritt werden die Donor-Reste durch Akzeptor-Reste in den CDRs ersetzt. Zu diesem Zweck werden die CDRs wie folgt definiert:
- Die Positionen, in denen die Donor-Reste durch den Akzeptor im Gerüst ersetzt werden, werden dann wie folgt ausgewählt, zu allererst hinsichtlich der schweren Kette und anschließend hinsichtlich der leichten Kette.
- 2.1 Wähle die Donorreste an allen Positionen 23, 24, 49, 71, 73 und 78 der schweren Kette oder aller Positionen 23, 24 und 49 (71, 73 und 78 sind immer entweder alle Donoren oder alle Akzeptoren).
- 2.2 Überprüfe, daß die Folgenden die gleiche Aminosäure in Donor- und Akzeptor-Sequenzen aufweisen und falls nicht, wähle vorzugsweise den Donor: 2, 4, 6, 25, 36, 37, 39, 47, 48, 93, 94, 103, 104, 106 und 107.
- 2.3 Um weiter die Affinität zu optimieren, ziehe das Auswählen der Donor-Reste in einer, einigen oder jeder in Betracht von:
- i. 1, 3
- ii. 72, 76
- iii. Falls 48 unterschiedlich in den Donor- und Akzeptor-Sequenzen unterschiedlich ist, ziehe 69 in Betracht.
- iv. Falls bei 48 der Donor-Rest ausgewählt ist, ziehe 38 und 46 in Betracht.
- v. Falls bei 69 der Donor-Rest ausgewählt ist, ziehe 80 und dann 20 in Betracht.
- vi. 67
- vii. Falls bei 67 der Donor-Rest ausgewählt wird, betrachte 82 und dann 18
- viii. 91
- ix. 88
- x. 9, 11, 41, 87, 108, 110, 112.
- 3.1 Wähle den Donor bei 46, 48, 58 und 71.
- 3.2 Überprüfe, ob die Folgenden gleiche Aminosäuren in Donor- und Akzeptor- Sequenzen aufweisen, falls nicht, wähle vorzugsweise den Donor aus:
- 2, 4, 6, 35, 38, 44, 47, 49, 62, 64 bis einschließlich 69, 85, 87, 98, 99, 101 und 102.
- 3.3 Um die Affinität weiter zu optimieren, ziehe das Auswählen der Donor-Reste in einer, einigen oder jeder in Betracht von:
- i 1, 3
- ii. 63
- iii. 60, falls 60 und 54 befähigt sind, eine potentielle Salzbrücke zu bilden.
- iv. 70, falls 70 und 24 befähigt sind, eine potentielle Salzbrücke zu bilden.
- v. 73 und 21, falls 47 zwischen Donor und Akzeptor unterschiedlich ist.
- vi. 37 und 45, falls 47 zwischen Donor und Akzeptor unterschiedlich ist.
- vii. 10, 12, 40, 80, 103, 105.
- Um die Bindungsstelle eines Antikörpers auf ein anderes Akzeptorgerüst zu übertragen, müssen eine Reihe von Faktoren in Betracht gezogen werden.
- Die CDRs ("Complementary Determining Regions") wurden von Wu und Kabat (4 und 5) auf Basis einer Analyse der Variabilität der unterschiedlichen Regionen der variablen Antikörper-Regionen definiert. Es wurden drei Regionen pro Bereich ermittelt. In der leichten Kette sind die Sequenzen 24- 34, 50-56, 89-97 einschließlich (Nummerierung nach Kabat (4), Eu Index) enthalten und in der schweren Kette sind die Sequenzen 31-35, 50-65 und 95-102 einschließlich enthalten.
- Als die Antikörper-Strukturen verfügbar wurden, wurde es offensichtlich, daß diese CDR-Regionen hauptsächlich in den Schleifenregionen übereinstimmen, welche sich vom β-Barrel-Gerüst der leichten und schweren variablen Bereiche ausdehnen. Für H1 gab es eine Abweichung derart, daß die Schleife von 26 bis einschließlich 32 war und für H2 die Schleife von 52 bis einschließlich 56 war und für L2 von 50 bis 53 war. Mit Ausnahme von H1 jedoch, daß die CDR-Regionen die Schleifenregionen umfassen und sich in die β-Strang-Gerüste ausdehnen. In H1 neigt Rest 26 dazu, ein Serin und 27, ein Phenylalanin oder Tyrosin zu sein, Rest 29 ist in den meisten Fällen ein Phenylafanin. Die Reste 28 und 30, welche Oberflächenreste sind, die dem Lösungsmittel ausgesetzt sind, können in der Antigenbindung involviert sein. Eine vorsichtige Definition der H1 CDR würde daher die Reste 26-35 einschließen, um sowohl die Schleifenregion als auch die hypervariablen Reste 33-35, einzuschließen.
- Es ist von Interesse, auf das Beispiel von Riechmann et al. (3) zu verweisen, welcher die Auswahl der Reste 31-35 für CDR-H1 verwendet. Um eine effiziente Antigenbindung herzustellen, muß Rest 27 ebenso vom Donor- (Ratte)-Antikörper mit einbezogen werden.
- Durch Untersuchung der verfügbaren Röntgenstrukturen haben wir eine Reihe von Resten identifiziert, welche einen Effekt auf die reine Antigenbindung aufweisen können und welche experimentell rachweisbar sind. Diese Reste können in eine Reihe von Gruppen unterteilt werden.
- 2.1 Oberflächenreste nahe CDR [die gesamte Numerierung wie in Kabat et al. (7)].
- 2.1.1 Schwere Kette - Schlüsselreste sind 23, 71 und 73. Andere Rest, welche zu einem geringeren Ausmaß beitragen können, sind 1, 3 und 76. Schließlich ist 25 gewöhnlich konserviert, aber der Maus-Rest sollte verwendet werden, falls ein Unterschied besteht.
- 2.1.2 Leichte Kette - Viele Reste nahe den CDRs, z. B. 63, 65, 67 und 69 sind konserviert. Falls sie konserviert sind, weist wahrscheinlich keiner der Oberflächenreste in der leichten Kette einen wesentlichen Effek auf. Falls jedoch der Maus-Rest in diesen Positionen ungewöhnlich ist, dann wäre es von Vorteil, den möglichen Beitrag näher zu untersuchen. Andere Reste, welche auch zur Bindung beitragen können, sind 1 und 3 und ebenso 60 und 70, falls die Reste in diesen Positionen bzw. in 54 bzw. 24 potentiell dazu befähigt sind, eine Salzbrücke zu bilden, d. h. 60 + 54, 70 + 24.
- 2.2 Packungsreste nahe den CDRs
- 2.2.1. Schwere Kette - Schlüsselreste sind 24, 49 und 78. Andere Schlüsselreste scheinen, 36, falls nicht ein Tryptophan, 94, falls nicht ein Arginin, 104 und 106, falls nicht Glycine und 107, falls nicht ein Threonin, zu sein. Reste, welche nicht weiter zur stabilen Verpackung der schweren Kette beitragen und daher die Affinität verbessern, sind 2, 4, 6, 38, 46, 67 und 69. 67 packt gegen den CDR-Rest 63, und bei diesem Paar könnten entweder beide aus der Maus oder beide aus dem Menschen sein. Schließlich sind die Reste, welche zur Packung in dieser Region, aber in eine größeren Bereich, beitragen, 18, 20, 80, 82 und 86. 82 packt gegen, 67 und 18 wiederum packt gegen 82. 80 packt gegen 69 und 20 wiederum packt gegen 80. 86 bildet ein Netzwerk von H-Bindungen mit 38 und 46. Viele der Unterschiede zwischen Maus und Mensch scheinen gering zu sein, z. B. Leulle, können aber einen geringen Einfluß auf die korrekte Packung aufweisen, welche in eine veränderte Position der CDRs übertragen werden könnte.
- 2.2.2. Leichte Kette - Schlüsselreste sind 48, 58 und 71. Andere Schlüsselreste scheinen, 6, falls nicht Glutamin, 35, falls nicht Tryptophan, 62, falls nicht Phenylalanin oder Tyrosin, 64, 66, 68, 99 und 101, falls nicht Glycine, und 102, falls nicht Threonin, zu sein. Reste, welche einen weiteren Beitrag leisten, sind 2, 4, 37, 45 und 47. Schließlich können die Reste 73 und 21 und 19 Beiträge geringerer Natur zur Packung über eine größere Distanz leisten.
- 2.3. Reste an der Schnittstelle der variablen Bereiche zwischen schweren und leichten Ketten - Sowohl in den leichten als auch den schweren Ketten sind die meisten Nicht-CDR-Schnittstellenreste konserviert. Wenn der konservierte Rest durch einen Rest mit einem anderen Charakter ersetzt wird, z. B. Größe oder Ladung, sollte er zur Beibehaltung als Mausrest in Betracht gezogen werden.
- 2.3.1. Schwere Kette - Reste, welche in Betracht gezogen werden müssen, sind 37, falls der Rest kein Valin ist, aber ein größeres Seitenkettenvolumen aufweist oder eine Ladung oder Polarität aufweist. Andere Reste sind 39, falls nicht ein Glutamin, 45, falls nicht ein Leucin, 47, falls nicht ein Tryptophan, 91, falls nicht ein Phenylalanin oder Tyrosin, 93, falls nicht ein Alanin und 103, falls nicht ein Tryptophan. Rest 89 befindet sich ebenso in der Schnittstelle, aber er befindet sich nicht in einer Position, wo die Seitenkette einen großen Einfluß ausüben könnte.
- 2.3.2. Leichte Kette - Reste, welche in Betracht gezogen werden müssen, sind 36, falls nicht ein Tyrosin, 38, falls nicht ein Glutamin, 44, falls nicht ein Prolin, 46, 49, falls nicht ein Tyrosin, 85, 87, falls nicht ein Tyrosin, und 98, falls nicht ein Phenylalanin.
- 2.4. Schnittstelle zwischen der variablen und konstanten Region - Der Krümmungswinkel zwischen variablen und konstanten Regionen kann durch Veränderung der Packung der Schlüsselreste in der variablen Region gegenüber der konstanten Region beeinflußt werden, was die Position von VL und VH in bezug aufeinander beeinflussen kann.
- Daher ist es sinnvoll zu beachten, daß die Reste möglicherweise in Kontakt mit der konstanten Region sind. In der schweren Kette sind die Oberflächenreste, welche potentiell in Kontakt mit der variablen Region sind, zwischen Maus und menschlichen Antikörpern konserviert, daher können die Kontakt-Reste der variablen Region die V-C-Wechselwirkung beeinflussen. In der leichten Kette variieren die an einer Reihe von Kontaktpunkten der konstanten Region gefundenen Aminosäuren, und die V- und C-Regionen sind nicht in so unmittelbarer Nähe wie die schwere Kette. Daher kann der Einfluß der leichten Ketten-V-C-Schnittstelle geringer sein.
- 2.4.1. Schwere Kette - Kontaktreste sind 7, 11, 41, 87, 108, 110, 112.
- 2.4.2. Leichte Kette - In der leichten Kette sind mögliche Kontaktreste 10, 12, 40, 80, 83, 103 und 105. Die oben genannte Analyse, gekoppelt mit unseren bedeutenden praktischen experimentellen Erfahrungen in der CDR-Pfropfung einer Reihe von verschiedenen Antikörpern, hat uns zu dem oben gegebenen Protokoll geführt.
- Die vorliegende Erfindung wird nachstehend lediglich durch Beispiele, bezug nehmend auf die begleitenden Fig. 1-13, beschrieben.
- Fig. 1 zeigt DNA- und Aminosäure-Sequenzen der leichten Kette von OKT3,
- Fig. 2 zeigt DNA- und Aminosäure-Sequenzen der schweren Kette von OKT3,
- Fig. 3 zeigt das Alignment der OKT3-Aminosäuresequenz der leichten variablen Region mit der leichten variablen Region des humanen Antikörpers REI,
- Fig. 4 zeigt die Angleichung bzw. Alignment der OKT3 Aminosäuresequenz der schweren variablen Region mit der schweren variablen Region des humanen Antikörpers KOL,
- Fig. 5 zeigt die Aminosäuresequenzen der schweren variablen Region von OKT3, KOL und anderen entsprechenden CDR-Pfropfungen,
- Fig. 6 zeigt die Aminosäuresequenzen der leichten variablen Region von OKT3, REI und verschiedenen entsprechenden CDR- Pfropfungen,
- Fig. 7 zeigt ein Diagramm eines Bindungsuntersuchung, welche sich aus verschiedenen gepfropften OKT3-Antikörpern ergibt,
- Fig. 8 zeigt ein Diagramm der Ergebnisse von Bindungstests, welche sich aus verschiedenen gepfropften OKT3-Antikörpern ergeben,
- Fig. 9 zeigt ein ähnliches Diagramm der Ergebnisse von Blockierungstests,
- Fig. 10 zeigt ähnliche Diagramme sowohl der Ergebnisse von Bindungstests als auch Blockierungstests,
- Fig. 11 zeigt weiter ähnliche Diagramme sowohl der Ergebnisse von Bindungstests als auch Blockierungstests,
- Fig. 12 zeigt ein Diagramm der Ergebnisse eines Kompetitionstests für einen minimal gepfropften OKT3-Antikörper, verglichen mit dem OKT3-Maus-Referenzstandard, und
- Fig. 13 zeigt eine ähnliche Grafik der Ergebnisse einer Kompetitionsuntersuchung vergleichend einen voll gepfropften OKT3-Antikörpers mit einem Mausereferenzstandard.
- Hybridomazellen, welche den Antikörper OKT3 herstellen, werden von Ortho bereitgestellt (Quellencharge 4882.1) und werden in Antibiotika-freiem Dulbecco's Modified Eagles Medium (DMEM), ergänzt mit Glutamin und 5% fötalem Kälberserum, herangezogen und aufgeteilt, um sowohl einen überwachsenen Überstand zur Bewertung als auch Zellen zur RNA-Extraktion bereitzustellen. Es wurde gezeigt, dass der überwachsene Überstand 250 ug/ml Maus-IgG2a/kappa-Antikörper enthielt. Der Überstand war negativ hinsichtlich der Maus-lambda-leichte Kette und IgG1-, IgG2b-, IgG3-, IgA- und IgM-schwere Ketten. 20 ml des Überstandes wurden untersucht, um zu bestätigen, daß der vorliegende Antikörper OKT3 war.
- Molekularbiologische Basisverfahren waren, wie in Maniatis et al. (9) beschrieben, mit in einigen Fällen geringfügigen Modifikationen. DNA- Sequenzierung wurde, wie in Sanger et al. (11) und im Amersham International Plc Sequencing Handbook beschrieben, durchgeführt. Spezifische Mutagenese war wie in Kramer et al. (12) und im Anglian Biotechnology Ltd. Handbook beschrieben. COS-Zellexpression und metabolische Markierungsstudien waren, wie in Whittle et al. (13) beschrieben.
- Zusammenlagerungs- bzw. Assembly-Tests wurden mit Überständen von transfizierten COS-Zellen durchgeführt, um die Menge des vohandenen intakten IgG zu bestimmen.
- Der Zusammenlagerungs- bzw. Assembly-test für intaktes Maus-IgG in Überständen von COS-Zellen war ein ELISA mit dem folgenden Format: Mikrotiterplatten mit 96 Vertiefungen wurden mit F(ab')&sub2;-Ziege-anti-Maus-IgG- Fc beschichtet. Die Platten wurden mit Wasser gewaschen und die Proben für 1 Stunde bei Raumtemperatur hinzugefügt. Die Platten wurden gewaschen und F(ab')&sub2;-Ziege-anti-Maus-IgG-F(ab')&sub2; (HRPO-konjugiert) wurden dann hinzugefügt. Substrat wurde hinzugefügt, um die Reaktion herbeizuführen. UPC10, ein Maus-IgG2a-Myelom, wurde als Standard verwendet.
- Die Zusammenlagerungs- bzw. Assembly-Untersuchung für chimäre oder CDR-gepfropfte Antikörper in Überständen von COS-Zellen war ein ELISA mit folgendem Format:
- Mikrotiterplatten mit 96 Vertiefungen wurden mit F(ab')&sub2;-Ziege-anti-Mensch- IgG-Fc beschichtet. Die Platten wurden gewaschen, und die Proben hinzugefügt und für 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert. Die Platten wurden gewaschen, und die monoklonale Maus-anti-Mensch-kappa-Kette wurde für 1 Stunde bei Raumtemperatur hinzugefügt.
- Die Platten wurden gewaschen und F(ab')&sub2;-Ziege-anti-Maus-IgG-FC (HRPO- konjugiert) wurde hinzugefügt. Enzymsubstrat wurde hinzugefügt, um die Reaktion herbeizuführen. Chimärer B72.3 (IgG4) (13) wurde als Standard verwendet. Die Verwendung einer monoklonalen Anti-kappa-Kette in diesem Test erlaubt es, den gepfropften Antikörper anhand desd chimären Standards abzulesen.
- Material aus Überständen von COS-Zellen wurde hinsichtlich OKT3- Antigenbindungsaktivitäten auf CD3-positiven Zellen in einem direkten Test untersucht. Das Verfahren war wie folgt:
- HUT78-Zellen (humane T-Zellinie, CD3-positiv) wurden in Kultur gehalten. Monolayer von HUT78-Zellen wurden in ELISA-Platten mit 96 Vertiefungen unter Verwendung von poly-L-Lysin und Glutaraldehyd hergestellt. Proben wurden zu den Monolayern für 1 Stunde bei Raumtemperatur hinzugefügt. Die Platten wurden sanft unter Verwendung von PBS gewaschen. F(ab')&sub2;- Ziege-anti-Mensch-IgG-Fc (HRPO-konjugiert) oder F(ab')&sub2;-Ziege-anti-Maus- IgG-Fc (HRPO-konjugiert) wurde, wie für humanisierte oder Mausproben geeignet, hinzugefügt. Substrat wurde hinzugefügt, um die Reaktion herbeizuführen. Die Negativkontrolle für den auf Zellen basierenden Test war chimärer B72.3. Die Positivkontrolle war Maus-Orthomune-OKT3 oder chimärer OKT3, falls verfügbar. Dieser auf Zellen basierende Test war schwierig durchzuführen, und ein alternativer Test wurde für den CDR- gepfropften-OKT3 entwickelt, welcher sensitiver und leichter durchzuführen war.
- In diesem System wurde CDR-gepfropfter OKT3, hergestellt in COS-Zellen, auf seine Fähigkeit an die CDR3-positive HPB-ALL- ("Human Peripheral Blood Acute Lymphocytic Leukemia" bzw. akute lymphozytäre Leukämie des humanen peripheren Blutes) Zellinie zu binden, überprüft. Ebenso wurde es auf seine Fähigkeit, die Bindung von Maus-OKT3 an diese Zellen zu blockieren, untersucht. Die Bindung wurde durch das folgende Verfahren gemessen: HPB-ALL-Zellen wurden aus einer Gewebekultur geerntet. Die Zellen wurden bei 4ºC für 1 Stunde mit verschiedenen Verdünnungen des Testantikörpers, des Positivkontroll-Antikörpers oder des Negativkontroll- Antikörpers inkubiert. Die Zellen wurden einmal gewaschen und für 1 Stunde bei 4ºC mit einem FITC-markierten Ziege-anti-Mensch-IgG (Fc-spezifisch, Maus-absorbiert) inkubiert. Die Zellen wurden zweimal gewaschen und durch Zytofluorographie analysiert. Chimärer OKT3 wurde als Positivkontrolle für die direkte Bindung verwendet. Zellen, inkubiert mit Überstand aus scheintransfizierten COS-Zellen, gefolgt durch FITC-markierten Ziege-anti- Mensch-IgG, stellten die Negativkontrolle bereit. Um die Fähigkeit des CDR- gepfropften OKT3, die Bindung von Maus-OKT3 zu blockieren, zu überprüfen, wurden HPB-ALL-Zellen bei 4ºC für 1 Stunde mit verschiedenen Verdünnungen des Test-Antikörpers oder des Kontroll-Antikörpers inkubiert. Eine festgelegte Sättigungsmenge des FITC-OKT3 wurde hinzugefügt. Die Proben wurden für 1 Stunde bei 4ºC inkubiert, zweimal gewaschen und durch Zytofluorographie analysiert.
- FITC-markierter OKT3 wurde als Positivkontrolle verwendet, um die maximale Bindung zu bestimmen. Unmarkierter Maus-OKT3 diente als Referenzstandard für die Blockierung. Negativkontrollen waren ungefärbte Zellen mit oder ohne Überstand der scheintransfizierten Zellen. Die Fähigkeit von CDR-gepfropften OKT3-leichten Ketten, an CDR3-positive Zellen zu binden und die Bindung von Maus-OKT3 zu blockieren, wurde anfänglich in Kombination mit der chimären OKT3-schweren Kette überprüft. Die chimäre OKT3 schwere Kette ist aus der variablen Region des Maus-OKT3 und der konstanten Region des humanen IgG4 zusammengesetzt. Das Gen der chimären schweren Kette wird im gleichen Expressionsvektor exprimiert, welcher für CDR-gepfropfte Gene verwendet wird. Der Expressionsvektor der CDR-gepfropften leichten Ketten und der Expressionsvektor der chimären schweren Ketten wurde in COS-Zellen kotransfiziert. Es wurde festgestellt, dass der vollständig chimäre OKT3-Antikörper (chimäre leichte Kette und chimäre schwere Kette) wurde entdeckt, voll dazu befähigt ist, CD3-positive Zellen zu binden und die Bindung von Maus-OKT3 an diese Zellen zu blockieren.
- Die relativen Bindungsaffinitäten von CDR-gepfropften anti-CD3- monoklonalen Antikörpern wurden durch Kompetitionsbindung (6) unter Verwendung der humanen HPB-ALL T-Zell-Linie als Quelle für CD3-Antigen und Fluorescein-konjugiertem Maus-OKT3 (FI-OKT3) bekannter Bindungsaffinität als Markierungs-Antikörper bestimmt. Die Bindungsaffinität des FI-OKT3-Markierungs-Antikörpers wurde durch einen direkten Bindungstest bestimmt, in welchem ansteigende Mengen von FI-OKT3 mit HPB-ALL (5 · 10&sup5;) in PBS mit 5% fötalem Kälberserum für 60 Minuten bei 4ºC inkubiert wurden. Die Zellen wurden gewaschen und die Fluoreszenzintensität in einem FACScan-Durchflußzytometer bestimmt, welches mit quantitativen Mikrobeadstandards bzw. Mikrokügelchenstandards (Durchflußzytometriestandards, Research Triangle Park, NC) kalibriert wurde. Fluoreszenzintensität pro Antikörpermolekül (F/P-Verhältnis) wurde unter Verwendung von Mikrobeads bzw. Mikrokügelchen bestimmt, welche eine vorbestimmte Zahl von Maus-IgG-Antikörper-Bindungsstellen aufweisen (einfache zelluläre Beads bzw. Kügelchen, Durchflußzytometriestandards). F/P entspricht der Fluoreszenzintensität der mit FI-OKT3 gesättigten Kügelchen, geteilt durch die Zahl der Bindungsstellen pro Kügelchen. Die Menge des gebundenen und freien F1-OKT3 wurde aus der mittleren Fluoreszenzintensität pro Zelle berechnet, und das Verhältnis von gebundenen/freien wurde gegen die Zahl der Mole des gebundenen Antikörpers aufgetragen. Eine lineare Anpassung wurde verwendet, um die Bindungsaffinität zu bestimmen (absoluter Wert der Steigung).
- Für eine kompetitive Bindung wurden ansteigende Mengen eines Kompetitionsantikörpers zu einer nicht-sättigenden Dosis von FI-OKT3 hinzugefügt und mit 5 · 10&sup5; HPB-ALL in 200 ml PBS mit 5% fötalem Kälberserum für 60 Minuten bei 4ºC inkubiert. Die Fluoreszenzintensitäten der Zellen wurden in einem FACScan-Durchflußzytometer gemessen, welches mit quantitativen Mikrokügelchenstandards kalibriert wurde. Die Konzentrationen des gebundenen und freien FI-OKT3 wurden berechnet. Die Affinitäten der kompetitierenden Antikörper wurden nach der Gleichung [X] - [OKT3] = (1/Kx) - (1/Ka) kalkuliert, wobei Ka die Affinität des Maus-OKT3 ist, Kx die Affinität des Kompetitors X ist, [] die Konzentration des Kompetitonsantikörpers ist, bei welcher gebundene/freie Bindung R/2 ist und R die maximale gebundene/freie Bindung ist.
- OKT3-herstellende Zellen wurden, wie oben beschrieben, gezüchtet und 1, 2 · 10&sup9; Zellen wurden geerntet und mRNA unter Verwendung des Guanidin/LiCl- Extraktionsverfahrens extrahiert. cDNA wurde durch Priming mit Oligo-dT hergestellt, um Gesamtlängen-cDNA herzustellen. Die cDNA war methyliert und EcoR1-DNA-Linker wurden für die Klonierung hinzugefügt.
- Die cDNA-Bibliothek wurde in die pSP65-Vektor-DNA ligiert, welche mit EcoR1 geschnitten wurde, und die 5'-Phosphatgruppen wurden mit Phosphatase aus Kälberdarm (EcoR1/CIP) entfernt. Die Ligation wurde verwendet, um Escherichia coli (E.coli) HB101 mit hoher Transformationseffizienz zu transformieren. Eine cDNA-Bibliothek wurde hergestellt. 3.600 Kolonien wurden hinischtlich für die leichte Kette gescreent bzw. durchmustert bzw. abgesucht, und 10.000 Kolonien wurden hinsichtlich der schwere Kette gescreent.
- E.coli-Kolonien, entweder gegenüber schweren oder leichten Kettenproben positiv, wurden durch Oligonukleotid-Screening identifiziert unter Verwendung der Oligonukleotide:
- 5' TCCAGATGTTAACTGCTCAC für die leichte Kette, welche komplementär zu einer Sequenz in der Maus-kappa-konstanten-Region ist, und 5' CAGGGGCCAGTGGATGGATAGAC für die schwere Kette, welche komplementär zu der Sequenz in der Donmäne der konstanten CH1-Region der IgG2a einer Maus ist. Klone von 12 leichten Ketten und 9 schweren Ketten wurden identifiziert und für eine zweite Screeningrunde verwendet. Positive Klone aus der zweiten Runde des Screenings wurden wachsen gelassen und die DNA wurde präpariert. Die Größe der Geninserts wurde durch Gelelektrophorese abgeschätzt und Inserts mit einer Größe, befähigt Gesamtlängen-cDNA zu enthalten, wurden in M13 zur DNA-Sequenzierung subkloniert.
- Klone, welche vier Größenklassen für sowohl schwere als auch leichte Ketten darstellen, wurden aus M13 erhalten. DNA-Sequenzen für die 5'- untranslatierten Regionen, Signalsequenzen, variable Regionen und 3'- untranslatierte Regionen der Gesamtlängen-cDNA [Fig. 1 (a) und 2(a)] wurden erhalten und die korrespondierenden Aminosäuresequenzen vorhergesagt [Fig. 1 (b) und 2(b)]. In Fig. 1 (a) werden die untranslatierten DNA-Regionen im oberen Fall gezeigt, und in beiden Fig. 1 und 2 sind die Signalsequenzen unterstrichen.
- Celltech-Expressionsvektoren basieren auf dem Plasmid pEE6hCMV (14). Ein Polylinker für die Insertion von Genen, welche exprimiert werden sollen, ist nach dem Haupt-"immediate-early"-Promotor/Enhancer des humanen Cytomegalivirus (hCMV) eingeführt worden. Markergene für die Selektion des Plasmids in transfizierten eukaryotischen Zellen können als BamH1-Kassetten in die einzige BamH1-Stelle von pEE6hCMV insertiert werden, zum Beispiel der Neomarker, um pEE6 hCMV Neo bereitzustellen. Es ist eine gängige Praxis, die Neo- und gpt-Marker vor der Insertion der interessierenden Gene zu insertieren, während der GS-Marker wegen der Gegenwart der internen EcoR1-Stelle in der Kassette zuletzt insertiert wird. Die selektionierbaren Marker wurden von dem späten Promotor von SV40 exprimiert, welcher ebenso einen Replikationsursprung bereitstellt, so daß die Vektoren für die Expression im transienten Expressionssystem in COS-Zellen verwendet werden können.
- Die Maussequenzen wurden aus den oben beschrieben M13-basierten Vektoren als EcoR1-Fragmente ausgeschnitten und entweder in pEE6-hCMV- Neo für die schwere Kette oder EE6-hCMV-gpt für die leichte Kette kloniert, um pJA136- bzw. pJA135-Vektoren zu erhalten.
- Die Plasmide pJA135 und pJA136 wurden in COS-Zellen kotransfiziert, und es zeigte sich, dass der Überstand von dem transienten Expressionsexperiment zusammengesetzten Antikörper enthielt, welcher an T-Zell-angereicherte Lymphozyten band. Metabolische Markierungsexperimente unter Verwendung von ³&sup5;S-Methionin zeigten die Expression und Zusammenlagerung der schweren und leichten Ketten.
- Die Konstruktion von chimären Genen folgte einer kürzlich beschriebenen Strategie [Whittle et al. (13)]. Eine Restriktionsschnittstelle nahe dem 3'-Ende der Sequenz des variablen Bereichs wurde identifiziert und verwendet, um einen Oligonukleotid-Adapter anzuknüpfen, welcher für den Rest der variablen Region der Maus und eine geeignete Restriktionsschnittstelle für eine Verknüpfung mit der konstanten Region der Wahl kodiert.
- Die cDNA-Sequenz der leichten Kette der Maus enthält eine Ava1- Schnittstelle nahe dem 3'-Ende der variablen Region [Fig. 1 (a)]. Der Hauptteil der Sequenz der variablen Region wurde als ein 396 Bp EcoR1- Ava1-Fragment isoliert. Ein Oligonukleotidadapter wurde entworfen, um den Rest der 3'-Region der variablen Region von der Ava1-Schnittstelle zu ersetzen und um die 5'-Reste der humanen konstanten Region bis dort und einschließlich einer einzigartigen Nar1-Schnittstelle, welche vorher in die konstante Region konstruiert wurde, einzuschließen.
- Eine HindIII-Schnittstelle wurde eingeführt, um als Marker für die Insertion der Linker zu dienen.
- Die Linker wurden in das VL-Fragment ligiert, und das 413-bp EcoR1-Nar1- angepaßte Fragment wurde aus dem Ligationsgemisch gereinigt.
- Die konstante Region wurde als ein Nar1-BamH1-Fragment aus einem M13- Klon NW361 isoliert und wurde mit der variablen DNA-Region in einen EcoR1/BamH1/CIP-behandelten pSP65-Vektor in einer Dreiwegereaktion ligiert, um das Plasmid JA143 zu erhalten. Klone wurden nach der Transformation in E.coli isoliert, und die Linker und Verknüpfungssequenzen wurden durch die Gegenwart der HindIII-Schnittstelle und durch DNA- Sequenzierung bestätigt.
- Die Konstruktion des ersten chimären leichten Kettengenes erzeugt eine Fusion aus Maus- und Mensch-Aminosäuresequenzen in der variablen- konstanten Verbindungsregion. Im Fall der leichten Kette von OKT3 sind die Aminosäuren in der chimären Verbindung:
- Diese Anordnung der Sequenz führt eine potentielle Stelle für eine Asparagin- (Asn)-verknüpfte-(N-verknüpfte)-Glykolisierung an der V-C-Verknüpfung ein.
- Deshalb wurde eine zweite Version des Oligonukleotidadapters der chimären/leichten Kette entworfen, in welchem Threonin (Thr), die erste Aminosäure der humanen konstanten Region, durch eine äquivalente Aminosäure aus der konstanten Mausregion, Alanin (Ala), ersetzt wurde. Eine interne HindIII-Stelle wurde nicht in diesen Adapter eingeschlossen, um zwischen den zwei chimären Genen der leichte Kette zu unterscheiden. Das Fragment der variablen Region wurde als ein 376 bp EcoR1-Ava1- Fragment isoliert. Der Oligonukleotidlinker wurde in Nar1-geschnittenes pNW361 ligiert und dann wurde die angepaßte 396 bp konstante Region nach dem Nachschneiden des modifizierten pNW361 mit EcoR1 isoliert. Das Fragment der variablen Region und das Fragment der modifizierten konstanten Region wurden direkt in EcoR1/CIP-behandelten pEE6hCMVneo ligiert, um pJA137 zu erhalten.
- Anfänglich wiesen alle untersuchten Klone das Insert in der nicht-korrekten Orientierung auf. Daher wurde das Insert re-isoliert und re-kloniert, um die Insertrichtung umzudrehen und das Plasmid pJA141 zu erhalten. Verschiedene Klone mit dem Insert in der korrekten Orientierung wurden erhalten, und die Adaptersequenz von einem davon wurde durch DNA- Sequenzierung bestätigt.
- Der Isotyp der konstanten Region, der für die schwere Kette ausgewählt wird, war humanes IgG4.
- Die cDNA-Sequenz der schweren Kette zeigte eine Ban1-Schnittstelle nahe dem 3'-Ende der variablen Region [Fig. 2(a)]. Die Hauptteil der Sequenz der variablen Region wurde als ein 426 bp EcoR1/CIP/Ban1-Fragment isoliert. Ein Oligonukleotidadapter wurde entworfen, um den Rest der 3'-Region der variablen Region von der Ban1-Stelle und bis einschließlich einer einzigigen HindIII-Schnittstelle zu ersetzen, welche zuvor zwischen den ersten zwei Aminosäuren der konstanten Region konstruiert worden war.
- Der Linker wurde an das VH-Fragment ligiert, und das EcoR1-HindIII- angepaßte Fragment wurde aus dem Ligationsgemisch gereinigt.
- Die variable Region wurde an die konstante Region durch Schneiden von pJA91 mit EcoR1 und HindIII, Entfernen des Intron-Fragments und durch das Ersetzen mit VH ligiert, um pJA142 zu erhalten. Klone wurden nach der Transformation in E.coli JM101 isoliert, und die Linker und Verbindungssequenzen wurden durch DNA-Sequenzierung bestätigt. (N. B. Die HindIII-Stelle wird bei der Klonierung verloren).
- Die chimäre leichte Kette (Version 1) wurde von pJA143 als ein EcoR1- Fragment entfernt und in einen EcoR1/CIP-behandelten pEE6hCMVneo- Expressionsvektor kloniert, um pJA145 zu erhalten. Klone mit dem Insert in der korrekten Orientierung wurden durch Restriktionskartierung identifiziert.
- Die chimäre leichte Kette (Version 2) wurde, wie oben beschrieben, konstruiert.
- Das Gen der chimären schweren Kette wurde aus pJA142 als ein 2,5 kBp EcoR1/BamH1-Fragment isoliert und in das Fragment des EcoR1/Bcl1/CIP- behandelten Vektors eines Derivats von pEE6hCMVgpt kloniert, um das Plasmid pJA144 zu erhalten.
- GS-Versionen von pJA141 und pJA144 wurden durch Ersetzen der neo- und gpt-Kassetten durch eine BamH1/Sal1/CIP-Behandlung der Plasmide, Isolierung des Vektorfragments und Ligation an ein GS-enthaltendes Fragment aus dem Plasmid pR049 konstruiert, um den leichten Kettenvektor pJA179 und den schweren Kettenvektor pJA180 zu erhalten.
- Konstruktionen von Einzelvektoren, enthaltend die cL- (chimäre leichte), cH- (chimäre schwere) und GS-Gene auf einem Plasmid in der Reihenfolge cL-cH- GS oder cH-cL-GS und mit der Transkription der Gene von Kopf nach Schwanz, z. B. cL> cH> GS, wurden konstruiert. Diese Plasmide wurden durch Behandlung von pJA179 oder pJA180 mit BamH1/CIP und Ligation in eine BgIII/HindIII hCMV-Promotorkassette, hergestellt, zusammen mit entweder dem HindIII/BamH1-Fragment aus pJA141 in pJA180, um das cH-cL-GS- Plasmid pJA182 zu ergeben, oder δem HindIII/BamH1-Fragment von pJA144 in pJA179, um das cL-cH-GS-Plasmid pJA181 zu ergeben.
- Die chimären Antikörperplasmide pJA145 (cL) und pJA144 (cH) wurden in COS-Zellen kotransfiziert, und es wurde gezeigt, daß der Überstand aus dem transienten Expressionsexperiments zusammengelagerte Antikörper enthielt, welcher an die humane HUT78-T-Zellinie bindet. Metabolische Markierungsexperimente, welche ³&sup5;S-Methionin verwenden, zeigten die Expression und Zusammenlagerung von schweren und leichten Ketten. Die beobachtete Beweglichkeit der leichten Ketten auf reduzierenden Gelen deutete jedoch an, daß die potentielle Glykolisierungsstelle glykolisiert war. Expression in COS-Zellen in Gegenwart von Tunicamycin zeigte eine Reduktion in der Größe der leichten Kette gegenüber derjenigen, welche für einen chimären Kontroll-Antikörper und die OKT3-leichten-Kette einer Maus gezeigt wurde. Daher wurde JA141 konstruiert und exprimiert. In diesem Fall zeigte die leichte Kette keine abweichende Mobilität oder eine Verschiebung der Größe in der Gegenwart oder Abwesenheit von Tunicamycin. Diese zweite Version der chimären leichten Kette, wenn sie in Verbindung mit einer schweren Kette (cH) exprimiert wird, stellt einen Antikörper her, welcher eine gute Bindung an HUT-78-Zellen zeigte. In beiden Fällen war die Antigenbindung gleichwertig zu der des Maus-Antikörpers.
- Stabile Zellinien wurden aus den Plasmiden PJA141/pJA144 und aus pJA179/pJA180, pJA181 und pJA182 durch Transfektion in CHO-Zellen hergestellt.
- Die verwendete Vorgehensweise war zu versuchen, ausreichend Reste der Maus in ein Gerüst der humanen variablen Region einzuführen, um eine Antigenbindungsaktivität, vergleichbar mit derjenigen von Maus- und chimären Antikörpern, zu erzeugen.
- Anhand der Untersuchung einer kleinen Datenbank von Strukturen von Antikörpern und Antigen-Antikörper-Komplexen ist es ersichtlich, daß nur eine kleine Zahl von Antikörper-Resten einen direkten Kontakt mit dem Antigen haben. Andere Reste können zur Antigenbindung durch Positionierung der Kontaktreste in vorteilhaften Konfigurationen beitragen und ebenso durch Induktion einer stabilen Packung des individuellen variablen Bereichs und einer stabilen Wechselwirkung des variablen Bereichs der leichten und schweren Kette.
- Die für die Übertragung ausgewählten Reste können durch eine Reihe von Wegen identifiziert werden:
- (a) Durch die Untersuchung der Antikörper-Röntgenstrahlkristallstrukturen kann die Antigen-Bindungsoberfläche vornehmlich an einer Reihe von Schleifen, drei pro Bereich, lokalisiert werden, welche sich vom β- Tonnengerüst ausdehnen.
- (b) Durch Analyse der Sequenzen der variablen Antikörperbereiche können Regionen der Hypervariabilität [von Wu und Kabat (5) als "Complementarity Determining Regions" (CDRs) bezeichnet] identifiziert werden. In den meisten, aber nicht in allen, Fällen stimmen diese CDRs mit den oben bezeichneten Schleifenregionen überein, erstrecken sich aber ein kurzes Stück darüber hinaus.
- (c) Durch (a) und (b) nicht identifizierte Reste können direkt zur Antigenbindung oder indirekt durch Beeinflussung Seitentopologie der Antigenbindung oder durch Induktion einer stabilen Packung der individuellen variablen Bereiche und Stabilisierung der Wechselwirkung zwischen den variablen Domänen beitragen. Diese Reste können entweder durch Übereinanderlegen der Sequenzen für einen gegebenen Antikörper auf einer bekannten Struktur und Suchen nach Schlüsselresten für ihren Beitrag oder durch Sequenz- Alignmentanalyse und Notieren der idiosynkratischen Reste, gefolgt durch Überprüfung ihrer strukturellen Lokalisierung und möglicher Effekte, identifiziert werden.
- Fig. 3 zeigt ein Alignment von Sequenzen für die humane Gerüstregion REI und die leichte variable Region von OKT3. Die strukturellen Schleifen (LOOP) und CDRs (KABAT), von denen angenommen wird, daß sie mit der Antigenbindenden Region korrespondieren, sind markiert. Ebenso sind eine Reihe von anderen Resten markiert, welche ebenso zur Antigenbindung, wie in 13.1 (c) beschrieben, beitragen. Über der Sequenz in Fig. 3 weist der Resttyp auf die räumliche Lokalisierung jedes Seitenkettenrestes, abgeleitet durch die Untersuchung der gelösten Strukturen aus Röntgenkristallstrukturanalysen, hin. Der Schlüssel für die Bezeichnung dieser Resttypen ist wie folgt:
- N - nahe an CDR (aus Röntgenstrukturen)
- P - Packung
- S - Oberfläche
- I - Schnittstelle
- ^- Packung/teilweise exponiert
- ?- Nicht-CDR-Reste, welche als Maus-Sequenz zu belassen, erforderlich sein können.
- B - Verborgene Nicht-Packung
- E - exponiert
- * - Schnittstelle.
- REI wurde als humanes Gerüst gewählt, dal die leichte Kette eine kappa-Kette ist, und die variablen kappa-Regionen eine höhere Homologie mit den Maus- Sequenzen zeigen als die leichte variable lambda-Region, z. B. KOL (siehe unten). REI wurde gegenüber einer anderen leichten kappa-Kette bevorzugt ausgewählt, da die Röntgenstruktur der leichten Kette bestimmt worden ist, so daß die strukturelle Untersuchung von individuellen Resten durchgeführt werden konnte.
- Ähnlich dazu zeigt Fig. 4 ein Alignment der Sequenzen für die humane Gerüstregion KOL und die schwere variable Region von OKT3. Die strukturellen Schleifen und CDRs, von denen angenommen wird, dass sie mit der Antigenbindungsregion korrespondieren, sind markiert. Ebenso sind eine Reihe von anderen Resten markiert, welche auch zur Antigenbindung, wie in 12.1 (c) beschrieben, beitragen können. Der Schlüssel des Resttypen oder anderer in Fig. 4 verwendeter Indikatoren sind die gleichen wie diejenigen, welche in Fig. 3 verwendet werden. KOL wurde als schweres Kettengerüst ausgewählt, da die Röntgenstruktur in einer besseren Auflösung bestimmt wurde als z. B. NEWM, und auch das Sequenz-Alignment der schweren variablen Region von OKT3 eine geringfügig bessere Homologie zu KOL als zu NEWM zeigte.
- Die Domänen der variablen Regionen wurden mit optimaler Kodonverwendung der variablen Region der Maus entworfen [Grantham und Perrin (15)] und verwendeten die B72.3-Signalsequenzen [Whittle et al. (13)]. Die Sequenzen wurden entworfen, um mit der konstanten Region in derselben Weise verknüpft zu sein, wie die oben beschriebenen chimären Gene. Einige Konstrukte enthielten die "Kozak-Konsensus-Sequenz" [Kozak (16)], welche direkt mit dem 5'-Ende der Signalsequenz in dem Gen verbunden ist. Es wird angenommen, daß dieses Sequenzmotiv eine vorteilhafte Rolle bei der Initiation der Translation in Eukaryoten spielt.
- Um die variablen Regionen zu konstruieren, sind verschiedene Strategien verfügbar. Die Sequenz kann durch Verwendung von Oligonukleotiden, in ähnlicher Weise wie Jones et al. (17), oder durch gleichzeitiges Ersetzen aller CDRs oder Schleifenregionen durch Oligonukleotid-gerichtete. ortsspezifische-Mutagenese, in ähnlicher Weise wie Verhoeyen et al. (2), zusammengesetzt werden. Beide Strategien wurden verwendet, und eine Liste von Konstruktionen ist in Tabellen 1 und 2 und Fig. 4 und 5 dargestellt. Es wurde in mehreren Fällen festgestellt, daß der Mutageneseschritt zu Deletionen und Umlagerungen in den Genen, welche umgestaltet wurden, führt, während der Erfolg des Zusammensetzungsversuch in Bezug auf die Qualität der Oligonukleotide sehr sensitiv war.
- Gene wurden aus M13- oder Sp65-basierenden Vektorzwischenstufen isoliert und in pEE6hCMVneo für die leichten Ketten und in pEE6hCMVgpt für die schweren Ketten in ähnlicher Weise zu derjenigen, welche vorstehend für die chimären Gene beschrieben wurde, kloniert. Tabelle 1
- n.d. nicht durchgeführt
- SDM ortsspezifische Mutagenese
- Genzusammenlagerung vollständig aus Oligonukleotiden zusammengelagerte variable Region
- Teilweise Genzusammenlagerung Variable Region, zusammengelagert durch Kombination von Restriktionsfragmenten entweder aus anderen ursprünglich durch SDM und Genzusammenlagerung erzeugten Fragmenten oder durch Oligonukleotid Zusammenlagerung von Teilen der variablen Region und Rekonstruktion mit Restriktionsfragmenten aus anderen Genen, welche ursprünglich durch SDM und Genzusammenlagerung erzeugt wurden
- Alle gL-Ketten, in Verbindung mit mH oder cH, lieferten angemessene Antikörpermengen. Die Insertion der Kozak-Konsensussequenz in einer Position 5' zu ATG (kgL-Konstrukte), führte jedoch zu einer 2-5-fachen Verbesserung der Nettoexpression. Über eine ausgedehnte Reihe von Experimenten wurde der Expressionslevel von annähernd 200 ng/ml auf ungefähr 500 ng/ml für kgL/cH- oder kgL/mH-Kombinationen erhöht. Wenn die direkte Bindung des Antigens an HUT78-Zellen gemessen wurde, führte ein Konstrukt, welches entworfen wurde, um Maussequenzen, basierend auf der Schleifenlänge (gL121), einzuschließen, nicht zu einem aktiven Antikörper in Verbindung mit mH oder cH. Ein Konstrukt, welches entworfen wurde, um Maus-Sequenzen, basierend auf Kabat CDRs (gL221) einzuschließen, zeigte eine etwas schwache Bindung in Verbindung mit mH oder cH. Wenn jedoch die Gerüstreste 1, 3, 46, 47 von den humanen zu den OKT3-Äquivalenten der Maus, basierend auf den in Abschnitt 12.1 ausgeführten Argumenten, geändert wurden, wurde eine Antigenbindung gezeigt, wenn beide der neuen Konstrukte, welche als 121A und 221A bezeichnet wurden, mit cH koexprimiert wurden. Wenn die Effekte dieser Reste detailierter untersucht wurden, schien es, daß die Reste 1 und 3 nicht die hauptsächlich beitragenden Reste sind, da das Produkt des Genes gL221B eine geringe nachweisbare Bindungsaktivität in Verbindung mit cH zeigt. Das Produkt der leichten Kette von gL221C, in welchem Maussequenzen in 46 und 47 vorliegen, zeigt eine gute Bindungsaktivität in Verbindung cH.
- Die Expression der gH-Gene erwies sich als viel schwieriger zu erreichen als für gL. Zuerst schien der Einschluß der Kozak-Sequenz keinen deutlichen Effekt auf die Expression der gH-Gene zu haben. Die Expression schien geringfügig verbessert, aber nicht im selben Ausmaß als bei der gepfropften leichten Kette.
- Ebenso erwies es sich als schwierig, die Herstellung der erwarteten Mengen des Materials zu zeigen, wenn die Schleifenwahl (Aminosäure 26-32) für CDR1 verwendet wird, z. B. gH121, 131, 141, und es können keine Schlüsse über diese Konstrukte gezogen werden.
- Darüber hinaus ist die Koexpression der gH341 Gene mit cL oder mL veränderlich gewesen und hat dazu geneigt, geringere Mengen des Antikörpers als die cH/cL- oder mH/mL-Kombinationen zu liefern. Die Veränderungen an gH341, um gH341A und gH341B herzustellen, führten zu verbesserten Expressionsniveaus.
- Dies könnte entweder an dem allgemeinen Anstieg in der Fraktion der Maus- Sequenz in der variablen Region oder an der Veränderung an der Position 63 sein, wo der Rest von Phenylalanin (Phe) in eine humane Aminosäure Valin (Val) umgewandelt wird, um mögliche interne Packungsprobleme mit dem übrigen humanen Gerüst zu verhindern, liegen. Diese Anordnung kommt ebenso in gH331 und gH321 vor.
- Wenn gH321 oder gH331 in Verbindung mit cL exprimiert wurden, wurde der Antikörper hergestellt, aber es wurde keine Antikörperbindungsaktivität nachgewiesen.
- Wenn das stärker konservierte gH341-Gen verwendet wurde, konnte eine Antigenbindung in Verbindung mit cL oder mL nachgewiesen werden, aber die Aktivität war nur kaum über dem Hintergrundniveau. Wenn weitere Maus- Reste, basierend auf den Argumenten in 12.1, substituiert wurden, konnte eine deutliche Antigenbindung bei dem hergestellten Antikörper gezeigt werden, wenn kgH341A und kgH341B in Verbindung mit cL exprimiert wurden.
- Das kgL221A-Gen wurde mit kgH341, kgH341A oder kgH341B koexprimiert. Für die Kombination kgH221A/kgH341 wurde wenig Material in einer normalen COS-Zellen-Expression hergestellt.
- Für die Kombinationen kgL221A/kgH341A oder kgH221A/kgH341B wurden im Vergleich zu gL/cL ähnliche Antikörpermengen hergestellt.
- In verschiedenen Experimenten konnte keine Antigen-Bindungsaktivität mit kgH221A/gH341- oder kgH221A/kgH341-Kombinationen nachgewiesen werden, obwohl die Expressionsniveaus sehr niedrig waren.
- Antigenbindung wurde nachgewiesen, wenn kgL221A/kgH341A- oder kgH221A/kgH341B-Kombinationen exprimiert wurden. In dem Fall, wenn der Antikörper aus kgL221A/kgH341A-Kombinationen hergestellt wurde, war die Antigenbindung ähnlich zu derjenigen der chimären Antikörper. Eine Analyse der oberen Ergebnisse wird nachstehend gegeben.
- Beim Entwurf der vollständig humanisierten Antikörper war es das Ziel, eine minimale Zahl von Maus-Aminosäuren zu übertragen, welche dem humanen Antikörpergerüst eine Antigenbindung verleihen würden.
- Für die leichte Kette sind die Regionen, welche die Schleifen definieren, die aus strukturellen Studien von anderen Antikörpern bekannt dafür sind, dass sie Antigen-kontaktierende Reste enthalten, und die hypervariablen Sequenzen, von Kabat et al. (4 und 5) als "Complementarity Determining Regions" (CDRs) definiert, für CDR2 gleich. Bei CDR1 erstreckt sich die hypervariable Region von den Resten 24 bis einschließlich 34, während die Strukturschleife sich von 26 bis einschließlich 32 erstreckt. Im Fall von OKT3 ist nur ein Aminosäure-Unterschied zwischen den zwei Möglichkeiten, an Aminosäure 24, wo die Maussequenz ein Serin ist und das humane Gerüst REI Glutamin aufweist. Bei CDR3 erstreckt sich die Schleife von den Resten 91 bis einschließlich 96, während die Kabat- Hypervariabilität sich von den Resten 89 bis einschließlich 97 erstreckt. Bei OKT3 sind die Aminosäuren 89, 90 und 97 dieselben für OKT3 und REI (Fig. 3). Wenn die Konstrukte, basierend auf der Schleifenwahl für CDR1 (gL121) und der Kabat-Wahl (gL221), hergestellt und mit mH oder cH coexprimiert wurden, konnte kein Hinweis auf eine Antigenbindungsaktivität für gL121 gefunden werden, aber es konnten Aktivitätsspuren für gL221 nachgewiesen werden, was darauf hinweist, daß ein einzelner zusätzlicher Mausrest in der gepfropften variablen Region einen bedeutenden nachweisbaren Effekt haben könnte. Beide Genkonstrukte wurden angemessen gut in transienten Expressionssystemen exprimiert.
- Die übrigen Gitterreste wurden dann weiter untersucht, insbesondere die Aminosäuren, von denen aus der Röntgenstrukturanalyse von anderen Antikörpern bekannt ist, daß sie nahe an den CDRs liegen, und ebenso die Aminosäuren, welche in OKT3 Unterschiede zum Konsensusgerüst der Maus-Untergruppe (Untergruppe VI) zeigten, zu welcher OKT3 die meiste Homologie zeigt. Vier Positionen, 1, 3, 46 und 47, wurden identifiziert, und ihr möglicher Beitrag wurde durch Substitution der Mausaminosäure gegen die menschliche Aminosäure in jeder Position untersucht.
- Daher wurden gL221A (gL221 + D1Q, Q3V, L46R, L47W, siehe Fig. 3 und Tabelle 1) hergestellt, in EE6hCMVneo kloniert und mit cH (pJA144) koexprimiert. Der sich ergebende Antikörper wurde gut exprimiert und zeigte eine gute Bindungsaktivität. Wenn die verwandten Gene gL221B (gL221 + D1Q, Q3V) und gL221C (gL221 + L46R, L47W) hergestellt und ähnlich getestet wurden, während beide Gene den Antikörper herstellten, wenn sie mit cH coexprimiert wurden, zeigte nur die gL221C/cH-Kombination eine gute Antigenbindung. Wenn das gL121A (gL121 + D1Q, Q3V, L46R, L47W)-Gen hergestellt und mit cH coexprimiert wurde, wurde ein Antikörper hergestellt, welcher ebenso an das Antigen band.
- Bei der schweren Kette stimmen die Schleifen- und Hypervariabilitäts- Analysen nur für CDR3 überein. Bei CDR1 erstreckt sich die Schleifenregion von den Resten 26 bis einschließlich 32, während die Kabat-CDR sich von den Resten 31 bis einschließlich 35 erstreckt. Bei CDR2 erstreckt sich die Schleifenregion von 50 bis einschließlich 58, während die hypervariable Region die Aminosäuren 50 bis einschließlich 65 umschließt. Daher wurden humanisierte schwere Ketten unter Verwendung des Gerüsts des Antikörpers KOL und verschiedenen Kombinationen dieser CDR-Auswahlen, einschließlich einer kürzeren Auswahl für CDR2 von 50 bis einschließlich 65, konstruiert, da eine gewisse Ungewißheit bezüglich der Definition des Endpunktes für die CDR2-Schleife rund um die Reste 56 bis 58 vorhanden war. Die Gene wurden anfänglich mit mL oder cL koexprimiert. Im Fall der gH-Gene mit Schleifenauswahlen für CDR1, z. B. gH121, gH131, gH141, wurden nur sehr wenig Antikörper in den Kulturüberständen erzeugt. Da keine freie leichte Kette nachgewiesen wurde, wurde angenommen, daß der Antikörper erzeugt und in der Zelle zusammengelagert wurde, aber daß die schwere Kette in irgendeiner Weise abweichend, möglicherweise unkorrekt gefaltet, war und daher der Antikörper intern abgebaut wurde. In einigen Experimenten konnten Spuren des Antikörpers in ³&sup5;S- Markierungsstudien nachgewiesen werden.
- Da netto kein Antikörper hergestellt wurde, wurde die Analyse dieser Konstrukte nicht weiter verfolgt.
- Wenn jedoch eine Kombination der Schleifenwahl und der Kabat-Wahl für CDR1 überprüft wurde (Maus-Aminosäuren 26 bis einschließlich 35), und in welcher die Reste 31 (Ser nach Arg), 33 (Ala nach Thr), und 35 (Tyr nach His) von den humanen Resten zu den Mäuseresten geändert und mit der ersten Reihe verglichen wurden, wurde ein Antikörper für gH321, kgH331 und kgH341 hergestellt, wenn mit cL coexprimiert wurde. Die Expression war allgemein niedrig und konnte nicht deutlich durch die Insertion einer Kozak-Konsensussequenz 5' zum ATG der Signalsequenz des Genes verbessert werden, wie sie im Fall der gL-Gene bestimmt wurde, wo eine derartige Insertion zu einem 2-5-fachen Anstieg in Netto-Antikörpererzeugung führte. Nur im Fall von gH341/mL oder kgH341/cL konnte jedoch eine marginale Antigenbindungsaktivität gezeigt werden. Wenn das kgH341-Gen mit kgL221A koexprimiert wurde, war die Nettoausbeute des Antikörpers zu niedrig, um ein Signal über dem Hintergrundniveau im Antigenbindungstest zu ergeben.
- Wie im Fall der leichten Ketten wurden die Gerüste der schweren Ketten nochmalig untersucht. Möglicherweise wegen der geringen anfänglichen Homologie zwischen Maus und menschlichen schweren variablen Bereichen, verglichen mit den leichten Ketten, erwiesen sich mehr Aminosäurepositionen von Interesse. Zwei Gene kgH341A und kgH341B wurden konstruiert, wobei 11 bzw. 8 humane Reste entsprechend durch Mäusereste, verglichen mit gH341, substituiert wurden und der CDR2-Rest 63 in eine humane Aminosäure geändert wurde, um möglicherweise Domänenpackung zu verbessern. Beide zeigten eine Antigenbindung, wenn sie mit cL oder kgL221A kombiniert wurden, wobei das kgH341A-Gen mit allen 11 Änderungen die bessere Wahl zu sein schien.
- Es wurde daher für OKT3 gezeigt, daß zum Übertragen der Antigenbindungsfähigkeit auf den humanisierten Antikörper, Mausreste außerhalb der CDR-Regionen, definiert durch die Kabat- Hypervariabilität oder Auswahlen der strukturellen Schleifen für sowohl die leichten als auch schweren Ketten benötigt werden. Weniger Extrareste werden für die leichte Kette benötigt, möglicherweise wegen der höheren anfänglichen Homologie zwischen den Maus und humanen variablen kappa-Regionen.
- Von den Änderungen werden sieben (1 und 3 der leichten Kette und 6, 23, 71, 73 und 76 der schweren Kette) anhand der Kenntnis anderer Antikörperstrukturen vorhergesagt, dass sie entweder teilweise oder auf der Antikörperoberfläche exponiert sind. Es ist hier gezeigt worden, daß es für die Reste 1 und 3 in der leichten Kette nicht unbedingt nötig ist, die Maussequenz aufzuweisen, und für die schwere Kette, daß die gH341B schwere Kette in Kombination mit der 221A leichten Kette nur eine schwache Bindungsaktivität erzeugte. Daher ist das Vorhandensein der Änderungen in 6, 23 und 24 wichtig, um eine Bindungsaffinität ähnlich der des Mausantikörpers zu erhalten. Es war daher wichtig, weiter den individuellen Beitrag der 8 anderen Mausreste des kgH341A-Gens, verglichen mit kgH341, zu untersuchen.
- Zusätzlich wurden CDR-gepfropfte Gene schwerer Ketten im wesentlichen, wie oben beschrieben, hergestellt. In bezug auf Tabelle 2 basieren die weiteren Gene der schweren Ketten auf gH341 (Plasmid pJA178) und gH341A (Plasmid pJA185) mit entweder Maus OKT3- oder humanen KOL-Resten an 6, 23, 24, 48, 49, 63, 71, 73, 76, 78, 88 und 91, wie angegeben. Die in diesen weiteren Experimenten verwendeten Gene der CDR-gepfropften leichten Ketten waren GL221, gL221A, gL221B und gL221C, wie oben beschrieben. Tabelle 2 OKT3 schwere Kette CDR-Propfung 1. gH341 und Derivate OKT3 leichte Ketten CDR-Pfropfungen 2. gL und Derivate
- Die CDR-gepfropften Gene der schweren und leichten Ketten wurden in COS-Zellen entweder miteinander in verschiedenen Kombinationen, aber ebenso mit den korrespondierenden Maus- und chimären Genen der schweren und leichten Kette, im wesentlichen wie vorstehend beschrieben, coexprimiert. Die resultierenden Antikörperprodukte wurden dann in Bindungs- und Blockierungstests mit HPB-ALL- Zellen, wie oben beschrieben, untersucht.
- Die Ergebnisse der Untersuchungen für verschiedene gepfropfte schwere Ketten, koexprimiert mit der gL221C leichten Kette, werden in den Fig. 7 und 8 (für die Konstrukte JA184, JA185, JA197 und JA198 - siehe Tabelle 2), in Fig. 9 (für die Konstrukte JA183, JA184, JA185 und JA197) in Fig. 10 (für die chimären Konstrukte JA185, JA199, JA204, JA205, JA207, JA208 und JA209) und in Fig. 11 (für die Konstrukte JA183, JA184, JA185, JA198, JA203, JA205 und JA206) angegeben.
- Das gepfropfte Basisprodukt ohne jegliche Mensch-nach-Maus-Änderungen in dem variablen Gerüst, d. h. gL221 koexprimiert mit gH341 (JA 178), und ebenso das vollständig gepfropfte Produkt, welches die meisten Änderungen von Mensch-nach- Maus in dem gepfropften Gerüst der schweren Kette aufweist, d. h. gL221C koexprimiert mit gH341A (JA185), wurden auf ihre relative Bindungsaffinität in einem Kompetitionstest gegen den Maus-OKT3-Referenzstandard unter Verwendung von HPB-ALL-Zellen untersucht. Der verwendete Test war wie vorstehend im Abschnitt 3.3. beschrieben. Die erhaltenen Ergebnisse werden in Fig. 12 für das gepfropfte Basisprodukt und in Fig. 13 für das vollständig gepfropfte Produkt angegeben. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, daß das Basis-gepfropfte Produkt eine vernachlässigbare Bindungsfähigkeit, verglichen mit dem OKT3-Maus- Referenzstandard, aufweist, während das vollständig gepfropfte Produkt eine Bindungsfähigkeit sehr ähnlich der des OKT3-Maus-Referenzstandards aufweist.
- Die Ergebnisse der Bindungs- und Blockierungstests weisen auf Folgendes hin: Die JA198- und JA207-Konstrukte scheinen die besten Bindungseigenschaften und ähnliche Bindungsfähigkeiten aufzuweisen, beide im wesentlichen die gleichen wie chimäre und vollständig gepfropfte gH341A-Produkte. Dies zeigt, daß die Positionen 88 und 91 und die Position 76 nicht sehr kritisch für das Aufrechterhalten der OKT3- Bindungsfähigkeit sind, während mindestens einige der Positionen 6, 23, 24, 48, 49, 71, 73 und 78 wichtiger sind.
- Dies ergibt sich daraus, daß JA209 und JA199 trotz ähnlicher Bindungsaktivität zueinander eine geringere Bindungsfähigkeit als die JA198- und JA207-Konstrukte aufweisen. Dies zeigt die Bedeutung der Mausreste in den Positionen 71, 73 und 78, welche entweder vollständig oder teilweise human in den JA199- bzw. JA209- Konstrukten sind.
- Darüber hinaus ist es durch Vergleich der Ergebnisse, erhalten für die JA205- und JA183-Konstrukte, ersichtlich, daß es eine Abnahme in der Bindung, ausgehend von den JA205- zu den JA183-Konstrukten, vorhanden ist. Dies zeigt die Bedeutung des Erhalts des Mausrests in Position 23, der einzigen zwischen JA205 und JA183 geänderten Position.
- Diese und andere Ergebnisse führen uns zu dem Schluß, daß es wichtig ist, von den 11 im gH341A (JA185)-Konstrukt verwendeten Maus-Gerüstresten die Mausreste in allen der Positionen 6, 23, 24, 48 und 49 und potentiell für eine maximale Bindungsaffinität in 71, 73 und 78 zu erhalten.
- Ähnliche Experimente wurden durchgeführt, um eine Reihe von Nagetierantikörpern CDR-zupfropfen, einschließlich der Antikörper mit einer Spezifität für CD4 (OKT4), ICAM-1 (R6-5), TAG72 (B72.3) und TNFα (61E71, 101.4, hTNF1, hTNF2 und hTNF3).
- Anti-OKT4A-CDR-gepfropfte Gene schwerer und leichter Ketten wurden hergestellt, exprimiert und im wesentlichen, wie oben in Beispiel 1 für CDR-gepfropften OKT3 beschrieben, untersucht. Die CDR-Propfung von OKT4A ist im Detail in PCT/GB90/02015 beschrieben, deren Offenbarung hierin als Referenz aufgenommen ist. Eine Reihe von CDR-gepfropften OKT4-Antikörpern ist hergestellt worden. Gegenwärtig ist der CDR-gepfropfte OCT4A der Wahl die Kombination der gepfropften leichten Kette LCDR2 und der gepfropften schweren Kette HCDR10.
- Das für die gepfropften leichten Ketten verwendete Gerüst des humanen Akzeptors, war REI. Die bevorzugten LCDR2 leichten Ketten weisen Mensch-nach-Maus- Änderungen in den Positionen 33, 34, 38, 49 und 89, zusätzlich zu den strukturellen Schleifen der CDRs, auf. Von diesen geänderten Positionen fallen Positionen 33, 34 und 89 in die bevorzugt ausgedehnten CDRs der vorliegenden Erfindung (Positionen 33 und 34 in CDR1 und Position 89 in CDR3). Die Mensch-nach-Maus-Änderungen in Positionen 38 und 49 stimmen mit den Positionen überein, in welchen die Aminosäurereste bevorzugt Donor-Maus-Aminoreste in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind.
- Ein Vergleich der Aminosäuresequenzen des variablen Bereichs der leichten Kette des Maus-Donors und der variablen leichten Kette des REI-humanen-Akzeptors offenbart weiter, daß die Maus- und Mensch-Reste in allen der Positionen 46, 48 und 71 und in allen der Positionen 2, 4, 6, 35, 36, 44, 47, 62, 64-69, 85, 87, 98, 99 und 101 und 102 identisch sind. Der Aminosäurerest in Position 58 in LCDR2 ist jedoch der humane REI-Gerüst-Rest nicht der Maus-OKT4-Rest, wie es gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt wäre.
- Das für die gepfropften schweren Ketten verwendete humane Akzeptor-Gerüst war KOL.
- Die bevorzugte CDR-gepfropfte HCDR10-schwere Kette weist Mensch-nach-Maus- Änderungen in den Positionen 24, 35, 57, 58, 60, 88 und 91, zusätzlich zu den strukturellen Schleifen-CDRs, auf.
- Von diesen Positionen fallen die Position 35 (CDR1) und die Positionen 57, 58 und 60 (CDR2) innerhalb die bevorzugt ausgedehnten CDRs der vorliegenden Erfindung. Ebenso stimmt die Mensch-nach-Maus-Änderung an Position 24 mit einer Position überein, in welcher der Aminosäurerest ein Donor-Maus-Rest gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Darüber hinaus stimmen die Mensch-nach-Maus- Änderungen in den Positionen 88 und 91 mit Positionen überein, an welchen die Aminosäurereste gegebenenfalls Donor-Maus-Reste sind. Darüber hinaus offenbart ein Vergleich der Aminosäuresequenzen der variablen schweren Ketten von Maus- OKT4A und humanem KOL, daß die Maus- und Mensch-Reste in allen der Positionen 23, 49, 71, 73 und 78 und in allen der Positionen 2, 4, 6, 25, 36, 37, 39, 47, 48, 93, 94, 103, 104, 106 und 107 identisch sind.
- Daher stimmt die OKT4A-CDR-gepfropfte schwere Kette HCDR10 mit einer besonders bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung überein.
- Die Klonierung der Gene, welche für den anti-Mucin-spezifischen monoklonalen Maus-Antikörper B72.3 kodieren, und die Herstellung der B72.3 chimären Maus- Mensch-Antikörper ist kürzlich beschrieben worden (13 und WO 89/01783).
- CDR-gepfropfte Versionen von B72.3 werden wie folgt hergestellt.
- CDR-Propfung dieser leichten Kette wurde durch den direkten Transfer der Maus-CDRs in das Gerüst der humanen leichten Kette REI durchgeführt. Die übertragenen Regionen waren:
- 1 24-34
- 2 50-56
- 3 90-96
- Die Aktivität der sich ergebenen gepfropften leichten Ketten wurde durch die Koexpression in COS-Zellen der Gene für die Kombinationen
- B72.3 cH/B72.3 cL
- und B72.3 cH/B72.3 gL bestimmt.
- Die Überstände wurden auf die Antikörperkonzentration untersucht und auf die Fähigkeit, an mit Mucin beschichtete Mikrotiterplatten zu binden. Die erhaltenen Ergebnisse zeigten, daß, in Kombination mit der B72.3 cH-Kette, B72.3 cL und 872.3 gL ähnliche Bindungsfähigkeiten aufwiesen.
- Der Vergleich der Aminosäuresequenzen der leichten Ketten von Maus-B72.3- und REI offenbart, daß die Reste in den Positionen 46, 58 und 71 identisch, aber an der Position 48 unterschiedlich sind. Daher kann die Änderung des humanen Restes in einen Maus-Donor-Rest in der Position 48 die Bindungseigenschaften der CDR- gepfropften leichten Kette (B72.3 gL) gemäß der vorliegenden Erfindung weiter verbessern.
- Zu Beginn war es notwendig, das humane Gerüst auszuwählen. Einfach gestellt, war die Frage wie folgt: War es notwendig, die Gerüstregionen, von einem Antikörper dessen Kristallstruktur bekannt war, zu verwenden oder konnte die Wahl bezüglich einiger anderer Kriterien getroffen werden?
- Für die 872.3-schwere Kette wurde gefolgert, dass, während die Kenntnis der Struktur wichtig war, der Transfer der CDRs von Maus- auf Mensch-Gerüste erleichtert sein könnte, wenn die Gesamthomologie zwischen Donor- und Rezeptor-Gerüsten maximiert war.
- Der Vergleich von B72.3 schweren Kettensequenzen mit denen in Kabat (4) für humane schwere Ketten zeigte deutlich, daß B72.3 eine geringe Homologie zu KOL und NEWM aufweist (für welche Kristallstrukturen verfügbar sind), aber sehr homolog zu der schweren Kette für EU war.
- Auf dieser Basis wurde EU für die CDR-Propfung ausgewählt und die folgenden Reste als CDRs übertragen.
- 1 27-36
- 2 50-63
- 3 93-102
- Ebenso wurde festgestellt, daß die FR4-Region von EU verschieden von jeglichem anderen Mensch- (oder Maus-)Antikörper war. Konsequenterweise wurde auch in den Genen gepfropfter schwerer Ketten dies geändert, um eine humane "Konsensus"-Sequenz herzustellen. (Vorläufige Experimente zeigten, daß die Gene der gepfropften schweren Ketten, welche die EU FR4-Sequenz enthalten, sehr dürftig in transienten Expressionssystemen exprimiert werden).
- Die Expression von Genen gepfropfter schwerer Ketten, welche alle humanen Gerüstregionen mit entweder gL- oder cL-Genen enthalten, lieferten einen gepfropften Antikörper mit geringer Fähigkeit Mucin zu binden. Der gepfropfte Antikörper wies ungefähr 1% der Aktivität des chimären Antikörpers auf. In diesen Experimenten wurde jedoch festgestellt, daß die Aktivität des gepfropften Antikörpers auf ca. 10% von B72.3 durch Exposition gegenüber pH-Werten von 2-3,5 erhöht werden konnte.
- Diese Beobachtung stellte den Schlüssel zur Verfügung, wie die Aktivität des gepfropften Antikörpers ohne Säurebehandlung verbessert werden konnte. Es wurde postuliert, daß die Säureexposition die Protonierung eines sauren Restes hervorruft (pKa von Asparginsäure = 3,86 und von Glutaminsäure = 4,25), welche wiederum eine Änderung in der Struktur der CDR-Schleifen verursachte oder einen besseren Zugang des Antigens erlaubte.
- Aus dem Vergleich der Sequenzen von B72.3 (13) und EU (4 und 5) war es klar, daß durch den Übergang von Maus zu Mensch-Gerüsten nur zwei Positionen derart geändert worden waren, daß saure Reste eingeführt worden waren. Diese Positionen sind die Reste 73 und 81, wo K-nach-E-, beziehungsweise Q-nach-E-Änderungen, eingeführt wurden.
- Welche dieser Positionen bedeutsam sein könnte, wurde durch Untersuchungen der Kristallstrukturen des KOL-Antikörpers bestimmt. In der KOL-schweren Kette ist die Position 81 weit von den CDR- Schleifen entfernt.
- Die Position 73 befindet sich jedoch nahe an den beiden CDRs 1 und 3 der schweren Kette, und in dieser Position war es möglich, sich vorzustellen, daß eine K-nach-E-Änderung in dieser Region einen nachteiligen Effekt auf die Antigenbindung haben könnte.
- Auf Basis der obigen Analyse wurde E73 in ein Lysin (K) mutiert. Es wurde festgestellt, daß diese Änderung einen dramatischen Effekt auf die Fähigkeit des gepfropften Antikörpers hatte, an Mucin zu binden. Weiter war die Fähigkeit von gepfropftem 872.3, hergestellt durch mutierte gH/gL-Kombinationen, an Mucin zu binden, ähnlich derjenigen des chimären 872.3-Antikörpers.
- Im Verlauf der obigen Experimente wurden andere Änderungen in den Gerüstregionen der schweren Kette eingeführt. Innerhalb der Genauigkeit der verwendeten Tests schien keine der Änderungen, entweder allein oder zusammen, vorteilhaft zu sein.
- Alle verwendeten Tests maßen die Fähigkeit des gepfropften Antikörpers, an Mucin zu binden und zeigten insgesamt, daß die einzelne Änderung im Gerüst in Position 73 ausreicht, um einen Antikörper mit ähnlichen Bindungseigenschaften wie B72.3 zu erzeugen.
- Der Vergleich der Sequenzen der schweren Ketten von Maus-B72.3 und EU offenbart, daß die Maus- und Mensch-Reste in den Positionen 23, 24, 71 und 78 identisch sind. Daher entspricht die mutierte, CDR-gepfropfte schwere Kette von B72.3 der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- Ein Maus-Antikörper, R6-5-D6 (EP-A-0 314 863) mit einer Spezifität für das intrazelluläre Adhäsionsmolekül 1 (ICAM-1), wurde, im wesentlichen wie in den obigen Beispielen beschrieben, CDR-gepfropft. Diese Arbeit ist detaillierter in einer co-anhängigen Anmeldung, Britische Patentanmeldung Nr. 9009549.8, beschrieben, wobei deren Offenbarung hierin als Referenz aufgenommen ist.
- Das humane EU-Gerüst wurde als Akzeptorgerüst für sowohl schwere als auch leichte Ketten verwendet. Der gegenwärtig CDR-gepfropfte Antikörper der Wahl wird durch Coexpression der gepfropften leichten Kette gL221A bereitgestellt und auf die schwere Kette gH341 D gepropft, welche eine Bindungsaffinität für ICAM 1 von ungefähr 75% des korrespondierenden chimären Maus-Mensch-Antikörpers aufweist.
- gL221A weist Maus-CDRs in den Positionen 24-34 (CDR1), 50-56 (CDR2) und 89-97 (CDR3) auf. Zusätzlich sind verschiedene Gerüstreste ebenso eine Maus- Aminosäure. Diese Reste werden nach Betrachtung der möglichen Verteilung dieser Reste für die Domänenpackung und die Konformationsstabilität der Antigenbindenden-Region ausgewählt. Die Reste, welche als Maus erhalten werden, befinden sich in den Positionen 2, 3, 48 (?), 60, 84, 85 und 87.
- Der Vergleich der Maus-anti-ICAM 1- und humaner EU-Aminosäuresequenzen der leichten Kette offenbart, daß die Maus- und Mensch-Reste in den Positionen 46, 58 und 71 identisch sind.
- gH341 D weist Maus-CDRs in den Positionen 26-35 (CDR1), 50-56 (CDR2) und 94- 100B (CDR3) auf. Zusätzlich wurden Mausreste in gH341 D in den Positionen 24, 48, 69, 71, 73, 80, 88 und 91 verwendet. Im Vergleich sind die Aminosäuresequenzen der schweren Kette von anti-ICAM 1 der Maus und humanem EU in den Positionen 23, 49 und 78 identisch.
- Eine Reihe von monoklonalen Maus-anti-TNF-α-Antikörpern wurde im wesentlichen, wie oben in den vorherigen Beispielen beschrieben, CDR-gepfropft. Diese Antikörper schließen die monoklonalen Maus-Antikörper, bezeichnet mit 61E71, hTNF1, hTNF3 und 101.4, ein. Eine kurze Zusammenfassung der CDR-Propfung von jedem dieser Antikörper wird nachstehend angegeben.
- Eine ähnliche, wie oben beschriebene, Analyse (Beispiel 1, Abschnitt 12.1) wurde für 61E71 ausgeführt, und für die schwere Kette wurden 10 Reste in den Positionen 23, 24, 48, 49, 68, 69, 71, 73, 75 und 88 als Reste identifiziert, welche potentiell als Maus zu erhalten sind. Die humanen Gerüste, ausgewählt für die CDR-Pfropfung dieses Antikörpers, und die hTNF3- und 101.4-Antikörper waren REI für die leichte Kette und KOL für die schwere Kette.
- Drei Gene wurden erzeugt, wobei das Erste von diesen 23, 24, 48, 49, 71 und 73 [gH341(6)] als Maus-Reste enthielt. Das zweite Gen wies ebenso 75 und 88 als Maus-Reste [gH341 (8)] auf, während das dritte Gen zusätzlich 68, 69, 75 und 88 als Maus-Reste [gH341(10)] aufwies. Jedes wurde mit gL221, der minimal gepfropften leichten Kette (nur CDRs), koexprimiert. Die gL221/gH341(6)- und gL221/gH341(8)- Antikörper banden beide genauso gut an TNF wie Maus-61E71. Der gL221/gH341(10)-Antikörper wurde nicht exprimiert, und diese Kombination wurde nicht weiter verwendet.
- Anschließend wurde der gL221/gH341(6)-Antikörper in einer L929- Zellkompetitionstest bewertet, in welchem der Antikörper mit dem TNF-Rezeptor auf den L929-Zellen um die Bindung an das freie TNF in Lösung konkurriert. In diesem Test war der gL221/gH341 (6)-Antikörper ungefähr 10% so aktiv wie Maus-61E71.
- hTNF1 ist ein monoklonaler Antikörper, welcher ein Epitop des humanen TNF-α erkennt. Das humane EU-Gerüst wurde für die CDR-Pfropfung sowohl schweren als auch leichten variablen Domänen verwendet.
- In der CDR-gepfropften schweren Kette (ghTNF1) wurden Maus-CDRs in den Positionen 26-35 (CDR1), 50-65 (CDR2) und 95-102 (CDR3) verwendet. Maus-Reste wurden ebenso in den Gerüsten in den Positionen 78, 67, 69, 71, 73, 76, 89, 91, 94 und 108 verwendet. Der Vergleich der schweren Kettenreste von Maus-TNF1 und humanem EU offenbart, daß diese in den Positionen 23, 24, 29 und 78 identisch sind.
- In der CDR-gepfropften leichten Kette (gLhTNF1) wurden Maus-CDRs in den Positionen 24-34 (CDR1), 50-56 (CDR2) und 89-97 (CDR3) verwendet. Zusätzlich wurden Maus-Reste in den Gerüsten in den Positionen 3, 42, 48, 49, 83, 106 und 108 verwendet. Der Vergleich der leichten Kettenreste von Maus-hTNF1 und humanem EU offenbart, daß diese in den Positionen 46, 58 und 71 identisch sind.
- Die gepfropfte hTNF1 schwere Kette wurde mit der chimären leichten Kette koexprimiert und die Bindungsfähigkeit des Produktes mit der des Produktes aus chimärer leichte Keife/chimärer schwere Kette in einem TNF-Bindungstest verglichen. Das gepfropfte schwere Kettenprodukt schien eine geringfügig bessere Bindungsfähigkeit für TNF als für das volle chimäre Produkt aufzuweisen. Ähnlich dazu wurde ein Produkt einer gepfropften schweren Keife/gepfropften leichten Kette koexprimiert und mit dem vollständig chimären Produkt verglichen, und es wurde festgestellt, dass es sehr ähnliche Bindungseigenschaften wie das letztere Produkt aufwies.
- hTNF3 erkennt ein Epitop des humanen TNF-α. Die Sequenz des hTNF3 zeigt, verglichen mit 61E71, nur 21 Unterschiede in den variablen Regionen der leichten und schweren Kette, 10 in der leichten Kette (2 in den CDRs in den Positionen 50, 96 und 8 in dem Gerüst in 1, 19, 40, 45, 46, 76, 103 und 106) und 11 in der schweren Kette (3 in den CDR-Regionen in den Positionen 52, 60 und 95 und 8 in dem Gerüst in 1, 10, 38, 40, 67, 73, 87 und 105). Die leichten und schweren Ketten der 61E71 und hTNF3 chimären Antikörper können ohne Verlust der Aktivität in einem direkten Bindungstest ausgetauscht werden. 61E71 ist jedoch, verglichen mit hTNF3, eine Größenordnung weniger dazu befähigt, mit dem TNF-Rezeptor von L929-Zellen um TNF-α zu konkurrieren. Basierend auf den 61E71 CDR-Pfropfungsdaten gL221 und gH341 (+23, 24, 48, 49, 71 und 73 als Maus), wurden Gene für hTNF3 erzeugt und überprüft, und der sich ergebende gepfropfte Antikörper bindet gut an TNF-α aber konkurriert sehr schlecht im L929-Test. Es ist möglich, daß in diesem Fall ebenso die für das OKT3-Programm identifizierten Gerüstreste die kompetitive Bindungsfähigkeit dieses Antikörpers verbessern können.
- 101.4 ist ein weiterer monoklonaler Maus-Antikörper, welcher befähigt ist, humanes TNF-α zu erkennen. Die schwere Kette dieses Antikörpers zeigt eine gute Homologie mit KOL, und daher basiert die CDR-Pfropfung auf REI für die leichte Kette und auf KOL für die schwere Kette. Verschiedene gepfropfte Gene schwerer Ketten sind mit konservativer Auswahl der CDRs (gH341) konstruiert worden, und welche eine oder eine geringe Zahl von nicht-CDR-Resten in den Positionen 73, 78 oder 77 bis einschließlich 79 aufweisen, wie die Maus-Aminosäuren. Diese sind mit cL oder gL221 koexprimiert worden. In allen Fällen wird eine Bindung an TNF äquivalent zu derjenigen des chimären Antikörpers beobachtet, und falls mit cL coexprimiert wird, sind die sich ergebenden Antikörper dazu befähigt, im L929-Test gut zu konkurrieren. Mit gL221 jedoch sind die sich ergebenden Antikörper um mindestens eine Größenordnung weniger befähigt, mit dem TNF-Rezeptor auf L929-Zellen um TNF zu konkurrieren.
- Maus-Reste in anderen Positionen der schweren Kette, zum Beispiel in 23 und 24 zusammen oder in 76, haben gezeigt, daß keine Verbesserung der Kompetitionsfähigkeit des gepfropften Antikörpers im L929-Test bereitgestellt wird.
- Eine Reihe anderer Antikörper, einschließlich Antikörper mit einer Spezifität für Interleukine, z. B. IL1, und Krebsmarker, wie das karzinogene embryonische Antigen (CEA), z. B. der monoklonale Antikörper A5B7 (21), sind erfolgreich gemäß der vorliegenden Erfindung CDR-gepfropft worden.
- Es sollte bewußt werden, daß die vorhergehenden Beispiele als eine Art Erläuterung gegeben wurden und nicht beabsichtigen, den Umfang der beanspruchten Erfindung einzuschränken. Änderungen und Modifikationen der beschriebenen Methoden können durchgeführt werden, so lange diese noch in den Schutzumfang der Erfindung fallen.
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Claims (7)
1. Antikörper-Molekül, das Affinität für ein vorbestimmtes
Antigen aufweist, umfassend:
eine CDR-gepfropfte schwere Kette, worin nach dem Kabat-
Nummerierungssystem die Reste 31 bis 35, 50 bis 65 und 95
bis 102 Donor-Reste sind; und
eine komplementäre leichte Kette;
wobei die CDR-gepfropfte schwere Kette einen variablen
Bereich aufweist, der überwiegend Gerüst-Reste der schweren
Kette eines Akzeptor-Antikörpers und Antigen-Bindungsreste
der schweren Kette eines Donor-Antikörpers umfasst, wobei
der Donor-Antikörper Affinität für das vorbestimmte Antigen
aufweist;
worin nach dem Kabat-Nummerierungssystem in der
CDR-gepfropften schweren Kette die Aminosäure-Reste 23, 24, 26 bis
30 und 49 mindestens zusätzlich Donor-Reste sind;
unter der Voraussetzung, dass das Antikörper-Molekül nicht
eine schwere Kette aufweist, die einen variablen Bereich mit
der folgenden Sequenz (nummeriert nach dem
Kabat-Nummerierungssystem) besitzt:
und leichte Kette, die einen variablen Bereich mit der
folgenden Sequenz aufweist (nummeriert nach dem
Kabat-Nummerierungssystem).
2. Antikörper-Molekül gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Aminosäure-Reste 71, 73 und 78 in der
CDR-gepfropften schweren Kette zusätzlich Donor-Reste sind.
3. Antikörper-Molekül gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens einer der Aminosäure-Reste
1, 3 und 76 in der CDR-gepfropften schweren Kette zusätzlich
ein Donor-Rest ist.
4. Antikörper-Molekül gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens, einer der
Aminosäure-Reste 36, sofern nicht Tryptophan, 94, sofern nicht
Arginin, 104 und 106, sofern nicht Glycin, und 107, sofern
nicht Threonin, der CDR-gepfropften schweren Kette
zusätzlich ein Donor-Rest ist.
5. Antikörper-Molekül gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens einer der Aminosäure-Reste 2, 4, 6, 38, 48,
67 und 69 CDR-gepfropften schweren Kette zusätzlich ein
Donor-Rest ist.
6. Antikörper-Molekül gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die komplementäre leichte Kette
eine CDR-gepfropfte leichte Kette ist, worin nach dem Kabat-
Nummerierungssystem die Reste 24 bis 34, 50 bis 56 und 89
bis 97 Donor-Reste sind, die CDR-gepfropfte leichte Kette
einen variablen Bereich aufweist, der überwiegend Gerüst-
Reste einer leichten Kette eines Akzeptor-Antikörpers und
Antigenbindungs-Reste einer leichten Kette eines
Donor-Antikörpers umfasst, wobei der Donor-Antikörper Affinität für
das vorbestimmte Antigen aufweist, worin nach dem Kabat-
Nummerierungssystem die Aminosäure-Reste 46, 48, 58 und 71
in der CDR-gepfropften leichten Kette mindestens Donor-Reste
sind.
7. Therapeutische oder diagnostische Zusammensetzung, umfassend
ein Antikörper-Molekül gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis
6 in Kombination mit einem pharmazeutisch verträglichen
Träger, Verdünnungsmittel oder Arzneimittelträger.
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