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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf rekombinante Expressionsvektoren,
die eine Basensequenz exprimieren können, die für einen Hepatocytenwachstumsfaktor
(im folgenden HGF) codiert, auf Transformanten davon und auf ein
Verfahren zur Herstellung von HGF.
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Es
wird erwartet, dass HGF gute Dienste leistet für Hepatocytenkultivierungsreagentien,
Leberregenerationspromotoren, die Grundlagenforschung der Leberfunktion,
die Erforschung der Wirkung verschiedener Hormone und Medikamente
auf Hepatocyten, die Erforschung des Carcinogenese-Mechanismus von
Hepatomen, klinische Diagnostika, die einen Antikörper gegen
das Polypeptid verwenden, sowie therapeutische Medikamente für Leberkrankheiten.
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Hintergrund
der Erfindung
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Traditionellerweise
ist bekannt, dass Epithelzellen-Wachstumsfaktor (EGF), Fibroblasten-Wachstumsfaktor
(FGF), Nervenzellen-Wachstumsfaktor (NGF), Thrombocyten-abgeleiteter
Wachstumsfaktor (PDGF), Endothelzellen-Wachstumsfaktor (ECGF) und weitere Polypeptide
eine Zellwachstumsaktivität
besitzen. Neben diesen Zell-Wachstumsfaktoren wurde 1984 von Nakamura
et al. ein Polypeptid, das in vitro Hepatocyten-Wachstumsaktivität zeigt,
aus dem Serum von Ratten mit regenerierter Leber partiell gereinigt
und Hepatocytenwachstumsfaktor (im folgenden als HGF abgekürzt) genannt.
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Bis
zur Entdeckung von HGF war es unmöglich, Hepatocyten in vitro
zu kultivieren; sie zeigten auch in Gegenwart von Säugerserum,
das ein kräftiges
Wachs tum von verschiedenen Linien etablierter Zellen erlaubt, kein
Wachstum, und sie fielen gewöhnlich
in etwa 1 Woche von der Wand des Kultivierungsgefäßes herab.
In Gegenwart von HGF zeigten Hepatocyten ein sehr gutes Wachstum,
und ihre Kultivierung wurde möglich
[Biochem. Biophys. Res. Commun., 122, 1450 (1984)]. Weitere Forscher
bestätigten,
dass diese HGF-Aktivität
auch im Blut nach partieller Hepatektomie sowie im Blut von Patienten
mit fulminanter Hepatitis vorhanden ist.
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Mit
diesem Hintergrund führten
die Erfinder eine Reihe von Untersuchungen an HGF durch, das aus Ratten-Thrombocyten
abgetrennt und gereinigt worden war, und fanden, dass dieses von
Ratten-Thrombocyten abgeleitete HGF zwei Arten von Untereinheiten
umfasst, und es gelang, 27 Aminosäurereste einer partiellen Aminosäuresequenz
von HGF zu identifizieren (Japanische Patentanmeldung Nr. 311866/1988).
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Außerdem offenbaren
EP-A-0 412 557 und EP-A-0 462 277 (beides Dokumente, die unter Art.
54(3)(4) EPÜ relevant
sind) die Verwendung von Tierzellen für die Expression des aus Placenta
abgeleiteten hHGF-Gens bzw. eine cDNA, die eine Nucleotidsequenz
umfasst, die für
das Peptid von 3 codiert.
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Das
native HGF ist ein Polypeptid, das nur in Spuren aus Lebergeweben
und Blutplättchen
sezerniert wird, und Schwierigkeiten bei der Gewinnung entsprechender
Gewebe machen einen stabilen Nachschub an HGF fast unmöglich. Insbesondere
die Aktivität
von Human-HGF wurde bisher nur in Seren von Patienten mit fulminanter
Hepatitis bestätigt.
Um dieses HGF für
die Hepatocytenkultivierung, die Erforschung von Hepatocyten sowie
als Mittel für
Leberkrankheiten zu verwenden, ist also die Massenproduktion von
HGF oder eines Polypeptids, das eine ähnliche Aktivität besitzt,
durch Gen-Rekombinationstechnik wünschenswert.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Mit
dem Ziel, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, führten die Erfinder intensive
Untersuchungen durch und fanden, dass eine cDNA, die die Basensequenz
enthält,
die für
Ratten-HGF-Polypeptid codiert, aus einer cDNA-Bibliothek erhalten
werden kann, die aus Rattenleber-mRNA hergestellt wurde, indem man als
Sonde ein Oligonucleotid verwendet, das auf der Basis der Aminosäuresequenz
des von Ratten-Thrombocyten abgeleiteten HGF synthetisiert wurde.
Weiterhin wurde gefunden, dass cDNA, die eine Basensequenz enthält, die
für Human-HGF-Polypeptid
codiert, aus einer cDNA-Bibliothek erhalten werden kann, die aus mRNA
aus menschlicher Leber hergestellt wurde, indem man diese von Ratten
abgeleitete cDNA (Nature, 342, 440, 1989) als Sonde verwendet.
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Die
Erfinder führten
weiterhin eine Northern-Hybridisierung mit mRNA durch, die von verschiedenen anderen
menschlichen Geweben als Leber stammt, wobei sie einen Teil oder
die gesamte der von menschlicher Leber abgeleiteten cDNA als Sonde
verwendeten, und fanden, dass man ein HGF-artiges Transkript in Placenta-
und Leucocyten-mRNA finden kann. Die Erfinder isolierten cDNA, die
eine Basensequenz enthält, die
für Human-HGF
codiert, aus einer cDNA-Bibliothek,
die von aus Leucocyten stammender mRNA hergestellt wurde, um die
Basensequenz aufzuklären.
Weiterhin erhielten die Erfinder eine Transformante, indem sie einen
rekombinanten Expressionsvektor herstellten, der diese cDNA enthielt,
und mit diesem rekombinanten Expressionsvektor eine Transformation
durchführten,
und fanden, dass von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF-Gen exprimiert
wird, wenn man diese Transformante kultiviert, und dies führte zur
Fertigstellung der vorliegenden Erfindung.
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Das
heißt,
diese Erfindung bezieht sich auf
- (1) ein Verfahren
zur Herstellung eines Hepatocytenwachstumsfaktors (HGF), umfassend:
- 1) Transformieren von Säugerzellen
mit einem rekombinanten Expressionsvektor, der einen Promotor, ein Gen,
das für
eine in 2 gezeigte Aminosäuresequenz
codiert, und das DHFR-Gen enthält;
- 2) Kultivieren der transformierten Zellen in Gegenwart von sukzessive
erhöhten
Konzentrationen an Methotrexat; und
- 3) Ernten des HGF aus konditionierten Medien der in 2) erhaltenen
Zellen;
- (2) eine Transformante, erhältlich
durch Transformieren von Säugerzellen
mit einem rekombinanten Expressionsvektor, der einen Promotor, ein
Gen, das für
eine in 2 gezeigte Aminosäuresequenz
codiert, und das DHFR-Gen enthält;
sowie
- (3) einen rekombinanten Expressionsvektor, der einen Promotor,
ein Gen, das für
eine in 2 gezeigte Aminosäuresequenz
codiert, und das DHFR-Gen
enthält.
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Kurze Erklärung der
Zeichnungen
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1 zeigt
eine Restriktionsenzymkarte von HLC3.
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2 zeigt einen Teil der Basensequenz von
HLC3 und die daraus abgeleitete Aminosäuresequenz.
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3 zeigt einen Teil der Basensequenz von
HLC2 und die daraus abgeleitete Aminosäuresequenz.
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4 zeigt
ein Konstruktionsschema eines Expressionsvektors für von Human-Leucocyten abgeleitetes
HGF für
COS-Zellen.
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5 zeigt
ein Konstruktionsschema eines Expressionsvektors für von Human-Leucocyten abgeleitetes
HGF für
Maus-C127-Zellen.
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6 zeigt
ein Konstruktionsschema eines Expressionsvektors für von Human-Leucocyten abgeleitetes
HGF für
Eierstockzellen Chinesischer Hamster (CHO-Zellen).
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7 ist
eine Kurve, die Fraktionsnummern von S-Sepharose-Eluat sowie die
Extinktion der eluierten Komponente und ihre Beziehung zur DNA-Synthese-Aktivität zeigt.
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8 ist
eine Kurve, die Fraktionsnummern von Heparineluat sowie die Extinktion
der eluierten Komponente und ihre Beziehung zur DNA-Synthese-Aktivität zeigt.
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9 ist
eine Kurve, die Beziehungen zwischen den durch Umkehrphasen-HPLC
geleiteten Acetonitrilkonzentrationen und der Extinktion der eluierten
Komponente zeigt.
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10 zeigt
ein SDS-Polyacrylamid-Elektrophoresemuster des gereinigten rekombinanten
Human-HGF unter reduzierenden und nichtreduzierenden Bedingungen.
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11 ist
eine Kurve, die das Chromatographiemuster des S-Sepharose-Eluats
zeigt.
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12 ist
eine Kurve, die Fraktionsnummern des Heparineluats sowie die Extinktion
der eluierten Komponente und ihre Beziehung zur DNA-Synthese-Aktivität zeigt.
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13 ist
eine Kurve, die Fraktionsnummern des Phenyl-5PW-Säulenchromatographie-Eluats
sowie die Extinktion der eluierten Komponente und ihre Beziehung
zur DNA-Synthese-Aktivität
zeigt.
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14 zeigt
ein SDS-Polyacrylamid-Elektrophoresemuster des gereinigten rekombinanten
Human-HGF unter reduzierenden und nichtreduzierenden Bedingungen.
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15 zeigt
ein SDS-Polyacrylamid-Elektrophoresemuster des gereinigten einkettigen
rekombinanten Human-HGF unter reduzierenden und nichtreduzierenden
Bedingungen.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Der
rekombinante DNA enthaltende Expressionsvektor, der für Human-Hepatocytenwachstumsfaktor codiert,
und die Transformante der Erfindung können zum Beispiel in folgender
Weise hergestellt werden.
- (1) mRNA wird aus
Human-Leucocyten isoliert, und daraus wird nach einem bekannten
Verfahren eine cDNA-Bibliothek hergestellt;
- (2) unter Verwendung eines Teils oder der gesamten von menschlicher
Leber abgeleiteten HGF-cDNA, die bereits isoliert wurde, als Sonde
wird die oben genannte, von Human-Leucocyten abgeleitete cDNA-Bibliothek
einer Durchmusterung unterzogen, und die gewünschte cDNA wird aus dem isolierten
Klon extrahiert;
- (3) ein cDNA-Fragment, das für
das Human-HGF codiert, wird aus dieser von Human-Leucocyten abgeleiteten
cDNA herausgeschnitten und in einen Expressionsvektor eingefügt;
- (4) der erhaltene rekombinante Expressionsvektor wird verwendet,
um eine Wirtszelle zu transformieren, so dass man eine Transformante
erhält;
und
- (5) diese Transformante wird kultiviert, und aus dem resultierenden
Kulturüberstand
kann Human-Leucocyten-HGF geerntet und erzeugt werden.
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Die
entsprechenden Verfahren sind unten im einzelnen beschrieben.
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(1) Isolierung von mRNA
und Northern-Hybridisierung
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mRNA
von Human-Leucocyten kann nach einem herkömmlichen Verfahren erhalten
werden. Zum Beispiel kann die mRNA gemäß dem Verfahren von J. M. Chirgvin
et al., das in Biochemistry, 18, 5294 (1979), beschrieben ist, erhalten
werden, indem man aus dem Guanidinthiocyanat-Lysat von Human-Leucocyten
erhaltene RNA einer Flüssigchromatographie
auf einer Oligo-(dT)-Cellulosesäule
oder Oligo-(dT)-Latex unterzieht. Außerdem sind auf dem Markt Human-Leucocyten-mRNAs
erhältlich,
wobei die Produkte von Clontech Lab. verwendet werden können. Eine
Northern-Hybridisierung der so erhaltenen mRNA und der cDNA, die
für von
Human-Leber abgeleitetes HGF codiert, kann zum Beispiel nach dem
Verfahren von Maniatis et al. durchgeführt werden, wie es beschrieben
ist in Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor
Laboratory, New York, 202 (1982). Nach Markierung mit 32P
kann ein Teil oder die gesamte aus Human-Leber abgeleitete HGF-cDNA
als Sonde verwendet werden.
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(2) Herstellung von cDNA
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cDNA-Bibliotheken
können
aufgebaut werden, indem man unter Verwendung von Reverser Transcriptase
cDNAs aus der Human-Leucocyten-mRNA synthetisiert, wobei das HGF-Transcript
als Matrize zum Beispiel nach dem Verfahren von H. Okayama et al.
(Mol. Cell. Biol., 2, 161, 1982, und Mol. Cell. Biol., 3, 280, 1983)
oder dem Verfahren von U. Gubler et al. (Gene, 25, 263, 1983) bestätigt wird
und man diese cDNAs in Plasmide oder Phagen-DNAs einsetzt. Beispiele
für die
Plasmidvektoren, in die die cDNAs eingesetzt werden, sind die von
Escherichia coli abgeleiteten pBR322, pUC18 und pUC19 (Toyobo) sowie
das von Bacillus subtilis abgeleitete pUB110 (Sigma). Die oben genannten
Beispiele für
die zu verwendenden Vektoren sind nicht eingeschränkt, und
es kann jeder Vektor verwendet werden, solange er zur Replikation
und Amplifikation in Wirtszellen befähigt ist. Als Verfahren, bei
denen die aus mRNA als Matrize synthetisierten cDNAs in Plasmide
oder Phagen-DNAs eingesetzt werden, um die cDNA-Bibliotheken herzustellen,
seien zum Beispiel erwähnt
das Verfahren von T. Maniatis (Molecular Cloning, Cold Spring Harbor
Laboratory, New York, 1982, S. 239) oder das Verfahren von T. V.
Hyunh et al. (DNA Cloning: A Practical Approach, 1, 49, 1985). Außerdem sind
auf dem Markt Human-Leucocyten-cDNA-Bibliotheken
ebenso wie mRNAs erhältlich
und können
von Clontech Corp. bezogen werden.
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(3) Durchmusterung der
cDNA-Bibliothek
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Die
als cDNA-Bibliothek erhaltenen rekombinanten Expressionsvektoren
in Form von Plasmiden oder Phagen-DNAs sind in einer geeigneten
Wirtszelle untergebracht, wie Escherichia coli. Beispiele für Escherichia
coli als Wirtszelle sind Escherichia coli NM514, C600 (Stratagene),
NM522 und JM101 (Pharmacia). Unter Verwendung des Calciumchloridverfahrens,
des Calciumchlorid/Rubidiumchlorid-Verfahrens oder eines anderen
Verfahrens in dem Falle, dass Plasmide als cDNA-Vektor verwendet
werden, und unter Verwendung des in-vitro-Verpackungsverfahrens
in dem Falle, dass Phagen-DNAs als cDNA-Vektor verwendet werden,
können die
rekombinanten Expressionsvektoren in einer zuvor gezüchteten
Wirtszelle untergebracht werden (Molecular Cloning, Cold Spring
Harbor Laboratory, New York, 1982, S. 249). Aus der so erhaltenen
Transformanten können
cDNA-Klone unter Verwendung von 32P-markierter,
von menschlicher Leber abgeleiteter HGF-cDNA als Sonde nach dem
Kolonie-Hybridisierungsverfahren (Gene, 10, 63, 1980) oder dem Plaque-Hybridisierungsverfahren
(Science, 196, 180, 1977) herausgefischt werden. Das Klonieren kann
auch nach dem Enzym-Antikörper-Verfahren
(DNA Cloning, A Laboratory Manual: A Practical Approach, 1, 49,
1985) mit einem Antikörper
gegen das Ziel-Polypeptid durchgeführt werden, um die cDNA-Klone
zu erhalten.
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Die
rekombinante DNA, wie Plasmid- oder Phagen-DNA, wird gemäß dem herkömmlichen
Verfahren (Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, New
York, 1982) aus der Transformanten isoliert, und dann wird die Nucleotidsequenz
der cDNA direkt und so, wie sie ist, oder nach Abbau mit einem Restriktionsenzym bestimmt.
Die Basensequenz wird nach dem chemischen Verfahren von Maxam und
Gilbert [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74, 560 (1977)] oder dem Didesoxy-Verfahren
nach Sanger [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74, 5463 (1977)] bestimmt.
Weiterhin wird eine andere cDNA nach dem Primerverlängerungsverfahren
[Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 76, 731 (1979)] aus der oben genannten
mRNA frisch synthetisiert, wobei als Primer ein Teil der cDNA, deren
Sequenz bestimmt wird, oder eine synthetisierte DNA, die einen Teil
der cDNA darstellt, verwendet wird, und das Klonieren der rekombinanten
DNA des Plasmids oder Phagen, das bzw. der die cDNA enthält, die
mit einer ersten cDNA ligasiert werden kann, die bereits aus der
cDNA-Bibliothek erhalten wurde, kann in derselben Weise wie oben
durchgeführt
werden. Diese Schritte der Primerverlängerung und Klonierung können mehrmals
wiederholt werden, falls notwendig.
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(4) Konstruktion eines
rekombinanten Expressionsvektors für Human-HGF
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Ein
rekombinanter Expressionsvektor kann hergestellt werden, indem man
cDNA unter Verwendung eines Restriktionsenzyms aus mehreren Arten
von Plasmiden, Phagen oder einem anderen rekombinanten Vektor, der
die klonierte chromosomale DNA enthält, die für die gesamte oder einen Teil
der Aminosäuresequenz
von Human-Leucocyten-HGF codiert, herausschneidet und sie stromabwärts eines
Vektorpromotors, der für
die Expression von aus Human-Leucocyten abgeleitetem HGF geeignet
ist, unter Verwendung von Restriktionsenzym und DNA-Ligase wieder
einligasiert.
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Insbesondere
wird der rekombinante Expressionsvektor für eine erhöhte Expressionseffizienz des
von Human-Leucocyten abgeleiteten HGF so konstruiert, dass 1) ein
Promotor, 2) eine Ribosomenbindungsstelle, 3) ein Initiationscodon,
4) eine DNA, die die Basensequenz enthält, die für das von Human-Leucocyten abgeleitete
HGF codiert, 5) ein Terminationscodon und 6) ein Terminator in dieser
Reihenfolge in der Stromabwärtsrichtung
der Transcription darin vorhanden sind. Als in der vorliegenden
Erfindung zu verwendende DNA-Vektoren
seien zum Beispiel genannt die von Escherichia coli abgeleiteten
Plasmide pBR322, pUC18 (Toyobo), das von Bacillus subtilis abgeleitete
Plasmid pUB110 (Sigma), das von Hefe abgeleitete Plasmid pRB15 (ATCC
37062), die Bakteriophagen λgt10, λgt11 (Stratagene),
die Viren SV40 (BRL Corp.), BPV (ATCC VR-703), von Retrovirusgenen
abgeleitete Vektoren usw. Für
die vorlie gende Erfindung kann jeder DNA-Vektor verwendet werden,
solange er sich im Wirt replizieren und amplifizieren lässt. Insbesondere
wird für
eine bequeme Expression des von Human-Leucocyten abgeleiteten HGF
vorzugsweise ein Vektor verwendet, der vom Gen eines Virus wie SV40
abgeleitet ist. Zum Beispiel kann der rekombinante Expressionsvektor,
in dem die oben genannte klonierte DNA, die für von Human-Leucocyten abgeleitetes
HGF codiert, mit dem späten Bereich
eines SV40-Vektors ligasiert ist, exprimiert werden, indem man ihn
in eine Affenzellinie einbaut, die als COS-Zellen bekannt ist [Cell,
23, 175 (1981)]. Für
Promotoren und Terminatoren gibt es keine Einschränkung, solange
sie zu dem Wirt passen, der verwendet wird, um die gewünschte Basensequenz,
die für
von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF codiert, zu exprimieren. Zum
Beispiel seien erwähnt
der von Viren abgeleitete SV40-Promotor und der HSV1-TK-Promotor für Wirte
in Form von tierischen Zellen, wie Maus-Fibroblasten und Eierstockzellen
Chinesischer Hamster (CHO-Zellen). Als Terminator seien zum Beispiel
erwähnt der
SV40-Terminator sowie der HSV1-TK-Terminator für Wirte in Form von tierischen
Zellen. Diese Promotoren und Terminatoren werden in geeigneter Kombination
gemäß dem verwendeten
Wirt verwendet. Die DNA, die eine Basensequenz enthält, die
für das
von Human-Leucocyten abgeleitete HGF codiert, unterliegt keiner Einschränkung, solange
diese DNA für
das Polypeptid codiert, das Hepatocyten-Wachstumsaktivität besitzt, und
die in der später
zu erwähnenden 2 gezeigte Sequenz aufweist. Die DNA,
die die Basensequenz enthält,
die für
das von Human-Leucocyten abgeleitete HGF codiert, kann das Translations-Startcodon
ATG sowie ein Translations-Stopcodon TAA, TGA oder TAG enthalten.
Außerdem
kann, falls notwendig, auch mehr als ein Startcodon oder Stopcodon
in Kombination verwendet werden oder mit einem anderen Codon kombiniert werden,
und diese Kombinationen unterliegen keiner Einschränkung. Außerdem enthält der Vektor
an einer geeigneten Stelle das DHFR-Gen, das als Selektionsmarker für den mit
diesem rekombinanten Expressionsvektor transformierten Wirt dienen
kann.
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(5) Transformation und
Kultivierung der Wirtszellen
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Der
so aufgebaute rekombinante Expressionsvektor für Human-Leucocyten-HGF wird
nach dem Verfahren der kompetenten Zellen [J. Mol. Biol., 53, 154
(1970)], dem Protoplastenverfahren [Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
75, 1929 (1978)], dem Calciumphosphatverfahren [Science, 221, 551
(1983)], dem DEAE-Dextran-Verfahren
[Science, 215, 166 (1983)], dem Verfahren des elektrischen Pulses
[Proc. Natl. Acad. USA, 81, 7161 (1984)], dem in-vitro-Verpackungsverfahren
[Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 72, 581 (1975)], dem Virusvektorverfahren
[Cell, 37, 1053 (1984)] oder dem Mikroinjektionsverfahren [Exp.
Cell. Res., 153, 347 (1984)] in den Wirt eingeschleust.
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Bevorzugte
Säuger-Wirtszellen
sind Maus-Fibroblasten C127 [J. Viol., 26, 291 (1978)] und Eierstockzellen
Chinesischer Hamster (CHO-Zellen) [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77,
1929 (1978)].
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Die
erhaltene Transformante wird in einem Kulturmedium kultiviert, das
geeignet ist, dass der Wirt das gewünschte rekombinante Human-Leucocyten-HGF
erzeugt. Das Medium wird mit Kohlenstoffquellen, Stickstoffquellen,
Mineralstoffen, Vitaminen, Serum, Chemikalien und anderen Additiven,
die für
das Wachstum der Transformanten notwendig sind, versetzt. Beispiele
für das
Kulturmedium sind MEM-Medium, DMEM-Medium, RPMI1640-Medium (Nissui
Pharmaceutical) usw., die Rinderfetusserum in einem Anteil von nicht
mehr als 20% enthalten.
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Die
Kultivierung der Transformante wird normalerweise bei einer Temperatur
von 20 bis 45°C
und einem pH von 5 bis 8 durchgeführt, wobei je nach Bedarf belüftet und/oder
gerührt
wird. Wenn der Wirt eine adhäsive
Tierzelle ist, werden Glaskügelchen,
Collagenkügelchen,
Acetylcellulose-Hohlfasern oder ein anderer Träger verwendet. Andere Mediumzusammensetzungen
oder Kulturbedingungen als diese können ebenfalls verwendet werden,
solange sie ein Wachstum der Transformante ermöglichen.
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(6) Reinigung von Human-HGF
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Das
in dieser Weise in der Transformanten oder ihrem Kulturüberstand
erzeugte rekombinante Human-Leucocyten-HGF kann durch eine Kombination
von bekannten Techniken, wie Aussalzen, Lösungsmittelfällung, Dialyse,
Ultrafiltration, Gelelektrophorese, Gelfiltrations-Chromatographie,
Ionenaustausch-Chromatographie, Umkehrphasenchromatographie und
Affinitätschromatographie,
abgetrennt und gereinigt werden. Besonders bevorzugte effiziente
Verfahren sind die Kombination von Aussalzen mit Ammoniumsulfat,
S-Sepharose-Ionenchromatographie, Heparin-Sepharose-Affinitätschromatographie
und Phenyl-Sepharose-Umkehrphasenchromatographie
sowie die Kombination von Aussalzen mit Ammoniumsulfat, S-Sepharose-Ionenchromatographie
und Anti-HGF-Antikörper-Sepharose-Affinitätschromatographie.
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Das
so erhaltene rekombinante, von Human-Leucocyten abgeleitete HGF
zeigte eine merkliche, das Wachstum von Ratten-Hepatocyten fördernde
Aktivität,
wie von Rattenleber abgeleitetes HGF, von Ratten-Thrombocyten abgeleitetes
HGF und rekombinantes, von menschlicher Leber abgeleitetes HGF.
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(7) Bestimmung der HGF-Aktivität
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Die
HGF-Aktivität
wurde im Einklang mit dem in Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 80, 7229
(1983), beschriebenen Verfahren wie folgt bestimmt: Hepatocyten
wurden nach dem Collagenase-Rückflussverfahren
aus Wistar-Ratten abgetrennt und gereinigt. Die erhaltenen Ratten-Hepatocyten
wurden in William-E-Medium (Flow Laboratory), dem 5% Rinderserum,
2 × 10–9 M
Insulin und 2 × 10–9 M
Dexamethason zugesetzt war, suspendiert und in einer Dichte von
1,25 × 105 Zellen/Napf über 24-Napf-Multiplatten verteilt.
Nach der Kultivierung in Gegenwart von 5% CO2,
30% O2 und 65% N2 bei
37°C während 20
Stunden wurde das Medium gegen William-E-Medium ausgetauscht, dem
0,1 μg/ml
Aprotinin zugesetzt war, wobei gleichzeitig eine gegebene Menge
der jeweiligen Probe hinzugefügt
wurde. Fünfzehn
Stunden später
wurden 15 μCi/ml 125I-Desoxyuridin
in einer Menge von 10 μl/Napf
hinzugefügt.
Für die
Kontrollgruppe wurden 15 Minuten vor der Zugabe von 125I-Desoxyuridin
5 μg/ml
Aphidicolin hinzugefügt.
Die Kultivierung wurde für
die Markierung mit 125I noch 4 Stunden lang
fortgesetzt. Nach dem Waschen mit zwei Portionen PBS, pH 7,4, wurden
die Zellen in einer kalten 10%igen wässrigen Lösung von Trichloressigsäure (TCA)
fixiert. Die Zellen wurden mit 0,5 ml/Napf einer 1 N Natronlauge
in Lösung
gebracht, und ihre Radioaktivität
wurde mit einem Gammazähler
bestimmt. Außerdem
wurde ein Teil der Probe, deren Radioaktivität bestimmt worden war, entnommen
und einer Bestimmung des Proteingehalts nach dem Lowry-Verfahren unterzogen
[J. Biol. Chem., 193, 265 (1951)]. Die Menge des nach Zugabe der
jeweiligen Probe in Hepatocyten aufgenommenen 125I
wurde als Differenz zwischen dem Zählergebnis und dem der Kontrolle
berechnet, und der erhaltene Wert wurde auf einen Wert pro mg Ratten-Hepatocytenprotein
umgerechnet, um die DNA-Synthese-Aktivität (dpm/mg Protein) zu erhalten.
Die HGF-Aktivität
der entsprechenden Probe, die 50% der DNA-Synthese-Aktivität von Hepatocyten
entspricht, die man in demselben Test mit 10 ng/ml Epithelzellen-Wachstumsfaktor
erhält,
wurde als 1 Einheit definiert.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
die Zufuhr eines neuen physiologisch aktiven Peptids, das das Züchten von
Hepatocyten in vitro ermöglicht,
in großen
Mengen. Das rekombinante, von Human-Leucocyten abgeleitete HGF eignet
sich als klinisches Diagnostikum und als Therapeutikum für Leberkrankheiten.
Außerdem
sind Hepatocyten, die durch die Einwirkung des rekombinanten, von
Human-Leucocyten abgeleiteten HGF der Erfindung gezüchtet und
gehalten wurden, äußerst nützlich als
Wirtszellen für
Grundlagenforschung der Leberfunktionen, die Erforschung der Wirkung
verschiedener Hormone und Medikamente auf Hepatocyten, die Erforschung
der Carcinogenese von Hepatomen oder das Züchten von Hepatocyten in vitro.
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Die
vorliegende Erfindung wird unten im einzelnen anhand von erläuternden
Arbeitsbeispielen beschrieben, auf die die Erfindung nicht beschränkt ist.
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Beispiel 1
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1) Northern-Hybridisierung
von Human-Gewebe-mRNA und aus menschlicher Leber abgeleiteter HGF-cDNA
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Menschliche
Hirn-, Placenta-, Leucocyten-, Lungen- und Leber-mRNA (jeweils 2 μg, Clontech
Lab.) wurde einer Elektrophorese auf einem 0,66 M Formaldehyd enthaltenden
Agarose-Gel nach dem Verfahren von Maniatis et al. [Molecular Cloning:
A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor, New York, 202 (1982)] und anschließend einer
Immobilisierung auf einem Nylonfilter des Typs Gene Screen Plus
(DuPont) unterzogen. Die Nylonfilter wurden in eine Hybridisierungslösung eingetaucht,
die eine Sonde enthielt, die durch Isolierung und Reinigung eines
BamHI-KpnI-2,2-kb-Fragments von aus menschlicher Leber abgeleiteter
HGF-cDNA durch Agarose-Gelelektrophorese
und Markierung mit [α32P]dCTP unter Verwendung des Multi-Prime-DNA-Markierungssystems
(Amersham Corp.), 5 × SSPE-Puffer
(1 × SSPE:
180 mM NaCl, 10 mM Natriumphosphat, 1 mM EDTA, pH 6,8), 5 × Denhardt-Lösung, 10%
Dextransulfat, 40% Formaldehyd, 0,1% SDS und 0,1 mg/ml Escherichia-coli-DNA
hergestellt worden war, und 16 Stunden lang einer Hybridisierungsreaktion
bei 42°C
unterzogen. Nach der Reaktion wurden die Nylonfilter dreimal bei
60°C mit
1 × SSC-Puffer,
der 0,1% SDS enthielt, gewaschen und an der Luft getrocknet. Die
Nylonfilter wurden auf Verstärkerfolie
Lightning Plus (DuPont) und Röntgenfilme
RX (Fuji Photo Film) geheftet, und man ließ sie 16 Stunden bei –80°C darauf einwirken.
Nach der Entwicklung wurden in Placenta- und Leucocyten-mRNA sowie
in Leber-mRNA HGF-artige Transcripte bestätigt.
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2) Herstellung einer von
Human-Leucocyten abgeleiteten cDNA-Bibliothek
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cDNA
wurde nach dem Verfahren von Gubler et al. (Gene, 25, 263, 1983)
unter Verwendung des cDNA Synthesis System Plus (Amersham Corp.)
synthetisiert, wobei Human-Leucocyten-mRNA (3 μg) als Matrize verwendet wurde
und ein Oligonucleotid mit der Basensequenz 5'ACATTCTCTGAAATCTTCAT3' (SEQ
ID NO: 1), das im 3'-nichttranslationalen
Bereich der von menschlicher Leber abgeleiteten HGF-cDNA vorhanden war,
als Primer verwendet wurde. Nachdem die cDNA mit Phenol/Chloroform
(1:1, v/v) extrahiert und durch Ethanolfällung gereinigt worden war,
wurde sie in 10 mM Tris-HCl-Puffer gelöst, der 0,5 M NaCl und 1 mM EDTA
enthielt (abgekürzt
als STE-Puffer), und die Konzentration der Lösung wurde auf 0,7 μg/20 μl eingestellt. Die
cDNA wurde in der folgenden Weise gemäß dem Verfahren von Huynh et
al. (DNA Cloning I, A Practical Approach, 1, 49, 1982) mit dem cDNA-Klonierungssystem λgt10 (Amersham
Corp.) an der EcoRI-Stelle von λgt10
einligasiert. Mit Hilfe von T4-DNA-Lipase wurde ein EcoRI-Adapter
an beiden Termini mit der cDNA ligasiert. Das Reaktionsgemisch wurde
für die
cDNA-Reinigung auf eine Gelfiltrationssäule aufgetragen, die mit STE-Puffer äquilibriert
worden war. Nach der Elution mit STE-Puffer wurden 500 μl der cDNA-Fraktionen
aufgefangen. Nachdem die Ethanolfällung zweimal nach einem herkömmlichen
Verfahren wiederholt worden war, wurde die an den Linker gebundene
cDNA durch Trocknen unter reduziertem Druck erhalten. Die cDNA wurde mit
einer Konzentration von 50 ng/μl
wiederum in STE-Puffer gelöst,
und 0,1 μg
der an den Adapter gebundenen cDNA wurden in 1 μg λgt10-Vektor eingesetzt, der
im voraus unter Verwendung von T4-DNA-Ligase hergestellt worden war. Nachdem
das Reaktionsgemisch mit kaltem Ethanol behandelt worden war, wurde
es leicht getrocknet, und die gesamte Menge der erhaltenen rekombinanten
DNA wurde in 5 μl
10 mM Tris-HCl-Puffer gelöst,
der 1 mM EDTA enthielt, pH 7,5 (abgekürzt als TE-Puffer). Diese rekombinante
DNA wurde einer in-vitro-Verpackungsreaktion unterzogen, was rekombinanten λgt10-Phagen
ergab. Die durch Titration mit Escherichia coli auf Phagenplattierung
gemessene Zahl der aus 1 μg
cDNA erhaltenen rekombinanten Phagen betrug 5,0 × 106.
Die so erhaltene cDNA-Bibliothek wurde bis zur Verwendung bei 4°C in SE-Puffer mit
einer kleinen Menge zugesetzten Chloroforms konserviert (100 mM
NaCl, 10 mM MgSO4 und 20 mM Tris-HCl-Puffer
mit 0,01% Gelatine, pH 7,5).
-
3) Isolierung von aus
Human-Leucocyten abgeleiteter HGF-cDNA und Bestimmung der Nucleotidsequenz
-
Eine
Klonierung des von Human-Leucocyten abgeleiteten HGF-Gens aus der
oben genannten cDNA-Bibliothek wurde durchgeführt, wobei ein 0,2-kb-EcoRI-Fragment von HAC
69 als Sonde verwendet wurde; es handelt sich dabei um einen Teil
der von menschlicher Leber abgeleiteten HGF-cDNA, die durch das
Multi-Prime-DNA-Markierungssystem (Amersham Corp.) mit [α32P]dCTP
markiert wurde. Die Durchmusterung wurde bei einer Hybridisierungstemperatur
und einer Waschtemperatur von 60°C
unter Verwendung von 2 × SSC-Puffer,
der 0,1% SDS enthielt, durchgeführt,
was die positiven Klone HLC2 und HLC3 ergab. HLC2- und HLC3-cDNA,
die von jedem Phagen nach einem herkömmlichen Verfahren isoliert
und gereinigt worden war, wurden einer Restriktionsenzym-Spaltungsanalyse
und einer Bestimmung der Nucleotidsequenz unterzogen. In 1 ist
die Restriktionsenzymkarte von HLC3 gezeigt, und in 2 sind
ein Teil der Nucleotidsequenz sowie die daraus abgeleitete Aminosäuresequenz
gezeigt (SEQ ID NO: 2). Der von Human-Leucocyten abgeleitete HGF-Klon
HLC3 zeigt ähnliche
Merkmale wie das früher
identifizierte, von menschlicher Leber abgeleitete HGF (Nature,
342, 440, 1989). Dennoch gibt es im codierenden Bereich 38 unterschiedliche
Teile in der Nucleotidsequenz, was zu 14 Unterschieden in der abgeleiteten
Aminosäuresequenz
führt.
HLC2-cDNA weist fast dieselbe Nucleotidsequenz auf wie die HLC3-cDNA,
abgesehen von der Nucleotidsequenz vom 483. bis zum 497. Nucleotid,
die deletiert wurde (3) (SEQ ID NO:
3).
-
4) Konstruktion eines
Expressionsvektors für
von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF für Affen-COS-Zellen:
-
Die
Konstruktionsschemata der Human-HGF-Expressionsvektoren CDM[dLeHGF]
und CDM[LeHGF] für
Affen-COS-Zellen sind in
4 gezeigt. Die in 3) oben erhaltenen
HLC2- und HLC3-Phagen-DNAs wurden mit den Restriktionsenzymen BamHI
und KpnI abgebaut, und das 2,2-kb-DNA-Fragment wurde isoliert und
gereinigt. Die Oligonucleotide
![Figure 00170001](https://patentimages.storage.googleapis.com/d2/61/47/48b249b4e39620/00170001.png)
die aus
der KpnI-Spaltstelle von HLC2 und HLC3, einem Teil der in seinem
3'-Bereich enthaltenen
Sequenz sowie HpaI-, SmaI- und SalI-Spaltstellen bestehen, wurden
synthetisiert und dann als KpnI-SalI-Adapter verwendet. Die beschriebenen
BamHI-KpnI-DNA-Fragmente von HLC2 und HLC3, der KpnI-SalI-Adapter und Blue
Script KSM13+ (Stratagene), das zuvor mit den Restriktionsenzymen
BamHI und SalI gespalten worden war, wurden miteinander gemischt
und mit T4-DNA-Ligase ligasiert, so dass man zwei Plasmide erhielt, pBS[dLeHGF]
und pBS[LeHGF]. Die so erhaltenen Plasmide pBS[dLeHGF] und pBS[LeHGF]
wurden mit den Restriktionsenzymen BamHI und SalI gespalten, und
mit T4-DNA-Polymerase wurden glatte Enden erzeugt; danach wurden
sie mit dem Expressionsvektor CDM8 für COS-Zellen (Nature, 329,
840, 1987) gemischt, der zuvor mit dem Restriktionsenzym BstX1 gespalten
worden war, mit T4-DNA-Polymerase wurden glatte Enden erzeugt, und
mit T4-DNA-Ligase wurde ligasiert, was die Expressionsvektoren für von Human-Leucocyten
abgeleitetes HGF CDM[dLeHGF] bzw. CDM[LeHGF] ergab.
-
5) Transformation von
Affen-COS-Zellen und Expression des von Human-Leucocyten abgeleiteten HGF-Gens:
-
Die
erhaltenen Plasmide CDM[dLeHGF] und CDM[LeHGF] wurden einer Ethanolfällung unterzogen und
danach in 10 mM PBS-Puffer gelöst,
und die Konzentration wurde auf 2 μg/ml eingestellt. Die COS-1-Zellen
(ATCC CRL-1650), die in DMEM-Medium (Nissui Pharmaceutical), das
10% Rinderfetusserum (Gibco) enthielt, bis zur gesättigten
Zelldichte kultiviert worden waren, wurden zweimal mit 10 mM PBS-Puffer
gewaschen und dann einer Behandlung mit Trypsin unterzogen. Nachdem
die Zellen dreimal mit dem Puffer gewaschen worden waren, wurden
sie mit einer Dichte von 2 × 107 Zellen/ml in dem Puffer suspendiert. Die
Plasmidlösung (250 μl) und die
Zellsuspension (250 μl),
die zuvor hergestellt worden waren, wurden miteinander gemischt, und
man ließ das Gemisch
10 Minuten lang auf Eis stehen. Das eisgekühlte Gemisch des Plasmids und
der Zellen erhielt einen Hochspannungspuls bei einer angelegten
Spannung von 4 kV/cm während
einer Pulszeit von 20 ms mit einem Hochspannungspuls-Geneinschleusungsapparat
ZA-1200 (PDS Corp.). Die erhaltenen Zellen wurden in dem obigen
Medium verdünnt
und 3 Tage lang bei 37°C
in Gegenwart von 5% CO2 kultiviert. Die
HGF-Aktivität
im Kulturüberstand
nach 3 Tagen Kultur wurde bestimmt, und es wurden 20 Einheiten/ml bzw.
5 Einheiten/ml gefunden. Dagegen wurde der Expressionsvektor CDM8,
in den die HGF-cDNA nicht eingefügt
worden war, in derselben Weise in COS-1-Zellen eingeführt und
kultiviert, aber im Kulturüberstand
wurde keine HGF-Aktivität
nachgewiesen.
-
Beispiel 2
-
1) Konstruktion eines
Expressionsvektors für
von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF für Maus-C127-Zellen:
-
Die
Konstruktionsschemata der Expressionsvektoren für von Human-Leucocyten abgeleitetes
HGF pBPMT[LeHGF] (FERM BP-2897, hinterlegt beim Fermentation Research
Institute, Agency of Industrial Science and Technology, Ministry
of International Trade and Industry, Japan) und pBPMT[dLeHGF] (FERM BP-2898)
für Maus-C127-Zellen
sind in 5 gezeigt. Die in Beispiel 1
erhaltenen Plasmide pBS[LeHGF] und pBS[dLeHGF] wurden mit den Restriktionsenzymen
XbaI und SalI gespalten, und mit T4-DNA-Polymerase wurden glatte
Enden erzeugt; danach wurden sie mit dem Expressionsvektor pBPMT
für C127-Zellen
gemischt, der zuvor mit dem Restriktionsenzym EcoRV gespalten worden
war, und mit T4-DNA-Ligase wurde ligasiert, was die Human-HGF-Expressionsvektoren
pBPMT[LeHGF] (FERM BP-2897) bzw. pBPMT[dLeHGF] (FERM BP-2898) ergab.
Die so erhaltenen Expressionsvektoren für von Human-Leucocyten abgeleitetes
HGF weisen ein von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF-Gen zwischen
einem MT-1-Promotor und dem Poly(A)-Zusatzsignal des frühen SV40-Gens auf, und mit
diesen Expressionsvektoren transfizierte Maus-C127-Zellen werden
durch das Rinder-Papillomvirus (BPV) transformiert. Die Selektion
der transformierten Zellen kann durch ein neo-Chimärengen erfolgen,
wobei das neo-Gen des Transposons Tn5 (Gene, 19, 329, 1982) zwischen
die Promotorsequenz und das Poly(A)-Zusatzsignal des vom Herpes-simplex-Virus
Typ I abgeleiteten Thymidin-Kinase-Gens (HSV1-TK) eingesetzt wurde.
-
2) Transformation von
Maus-C127-Zellen und Expression des Human-HGF-Gens:
-
Die
Expressionsvektoren für
von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF pBPMT[LeHGF] (FERM BP-2897)
und pBPMT[dLeHGF] (FERM BP-2898) wurden nach dem Verfahren von Wigler
et al. (Cell, 11, 223, 1977) in Maus-C127-Zellen eingeschleust.
-
Die
in 1) erhaltenen Plasmide pBPMT[LeHGF] (FERM BP-2897) und pBPMT[dLeHGF]
(FERM BP-2898) (29 μg)
wurden jeweils in 240 μl
0,5 M Calciumchlorid gelöst,
und unter Rühren
wurden 240 μl
2 × HEPES-Puffer,
pH 7,1, der 20 mM HEPES enthielt, 280 mM NaCl und 1,5 mM Natriumphosphat
hinzugefügt. Es
wurde noch 30 Minuten bei Raumtemperatur weitergerührt, um
eine gemeinsame Fällung
des Plasmids und von Calciumphosphat zu bewirken. C127-Zellen (5 × 105) wurden im voraus 24 Stunden bei 37°C in Gegenwart von
5% CO2 in DMEM-Medium (Nissui Pharmaceutical),
dem 10% Rinderfetusserum (Gibco) und 10 mM Glutamin zugesetzt worden
war, kultiviert. Nach dem Ersetzen des Kulturmediums wurden das
gemeinsam ausgefällte
Plasmid und Calciumphosphat hinzugefügt, und man ließ das Gemisch
20 Minuten lang bei Raumtemperatur stehen. Nach einer weiteren Inkubation
bei 37°C
während
4 Stunden wurde das Medium entfernt, und 1 × HEPES-Puffer mit 15% zugesetztem
Glycerin wurde hinzugefügt,
und man ließ das
Gemisch 5 Minuten lang bei Raumtemperatur stehen. Nachdem die Zellen
mit dem Medium gewaschen worden waren, wurde das Medium ersetzt,
und eine weitere Inkubation bei 37°C während 2 Tagen wurde durchgeführt. Die
Zellen wurden auf das Zehnfache verdünnt, und unter Verwendung desselben
Mediums, das G418 (Sigma Corp.) in einer Konzentration von 1 mg/ml
enthielt, wurde eine Kultivierung bei 37°C während 7 Tagen in Gegenwart
von 5% CO2 durchgeführt, wobei man transformierte
Zellen erhielt. Die Zellen mit hoher HGF-Aktivität im Kultur überstand der erhaltenen Zellstämme wurden
einer Durchmusterung nach dem Grenzverdünnungsverfahren unterzogen,
wobei man die von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF erzeugenden
Zellstämme
BPI-14 (pBPMT[LeHGF] (FERM BP-2897))
und BPD-27 (pBPMT[dLeHGF] (FERM BP-2898)) erhielt. Die HGF-erzeugende Aktivität der Zellen
betrug 120 000 Einheiten/l/Tag bzw. 150 000 Einheiten/l/Tag.
-
Beispiel 3
-
1) Konstruktion eines
Expressionsvektors für
von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF für Eierstockzellen Chinesischer
Hamster (CHO-Zellen):
-
Die
Konstruktionsschemata der Expressionsvektoren für von Human-Leucocyten abgeleitetes
HGF pEVSSV[LeHGF] (FERM BP-2899) und pEVSSV[dLeHGF] (FERM BP-2900)
für CHO-Zellen
sind in 6 gezeigt. Nachdem die in Beispiel
1 erhaltenen Plasmide pBS[LeHGF] und pBS[dLeHGF] mit den Restriktionsenzymen
XbaI bzw. SalI gespalten und mit T4-DNA-Polymerase glatte Enden
erzeugt worden waren, wurden sie mit dem Expressionsvektor pEVSSV
für CHO-Zellen
gemischt, der zuvor mit dem Restriktionsenzym EcoRV gespalten worden
war, und mit T4-DNA-Lipase wurde ligasiert, was die Expressionsvektoren
für von
Human-Leucocyten abgeleitetes HGF pEVSSV[LeHGF] (FERM BP-2899) und
pEVSSV[dLeHGF] (FERM BP-2900) ergab. Die so erhaltenen Expressionsvektoren
für von
Human-Leucocyten abgeleitetes HGF weisen ein von Human-Leucocyten
abgeleitetes HGF-Gen zwischen dem frühen SV40-Promotor und dem Poly(A)-Zusatzsignal auf.
Die Selektion der transformierten Zellen kann durch ein DHFR-Chimärengen erfolgen,
wobei das Maus-Dihydrofolat-Reductase-(DHFR)-Gen mit dem frühen SV40-Promotor
und dem Poly(A)-Zusatzsignal ligasiert wurde.
-
2) Transformation von
CHO-Zellen und Expression des von Human-Leucocyten abgeleiteten HGF-Gens:
-
Die
Expressionsvektoren für
von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF pEVSSV[LeHGF] (FERM BP-2899)
und pEVSSV[dLeHGF] (FERM BP-2900) wurden in derselben Weise wie
in Beispiel 2 in CHO-DUKX-Zellen eingeschleust, d.h. CHO-Zellen,
die kein DHFR erzeugen können.
Die Zellen mit hoher HGF-Aktivität
im Kulturüberstand
der erhaltenen Zellstämme
wurden einer Durchmusterung nach dem Grenzverdünnungsverfahren unterzogen,
so dass man Zellen im Kulturüberstand
erhielt, wobei man α-MEM-Medium
(Flow-Laboratory) verwendete, das frei von Ribonucleosiden und Desoxyribonucleosiden
war, aber 10% Rinderfetusserum (Gibco), 1% Glutamin und 50 nM Methotrexat
enthielt. Die erhaltene Kolonie wurde bis zur neunten Überimpfung
in derselben Kultur kultiviert, wobei man Stämme erhielt, die in stabiler
Weise eine große Menge
von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF erzeugten. Die Zellstämme wurden
in demselben Medium gezüchtet,
während
die Konzentration von Methotrexat nacheinander auf 100 nM, 250 nM,
500 nM, 750 nM und 1000 nM erhöht
wurde, wobei man die Stämme
EVI-65 (pEVSSV[LeHGF] (FERM BP-2899)) und EVD-104 (pEVSSV[dLeHGF]
(FERM BP-2900)) erhielt, die in stabiler Weise eine große Menge
von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF erzeugten. Die von Human-Leucocyten abgeleitetes
HGF erzeugende Aktivität
dieser Zellen betrug 90 000 Einheiten/l/Tag bzw. 130 000 Einheiten/l/Tag.
-
Beispiel 4
-
Reinigung von rekombinantem,
von Human-Leucocyten abgeleitetem HGF aus dem Kulturüberstand
transformierter C127-Zellen:
-
Rekombinantes,
von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF wurde aus dem Kulturüberstand
des in Beispiel 2 erhaltenen, von Human-Leucocyten abgeleitetes
HGF erzeugenden rekombinanten Maus-C127-Zellstammes BPD-27 (HGF
mit einer Deletion von 15 Nucleotiden erzeugender Stamm) gereinigt.
-
1) Kationenaustauschchromatographie
-
Tween
80 wurde zu einer Kulturlösung
(500 ml) des BPD-27-Stammes gegeben, so dass die endgültige Konzentration
0,01% betrug, und das Gemisch wurde durch ein Sterivex-HV-Filter
(Japan Millipore Limited) filtriert. Zu dem Filtrat wurde 1/20 Volumen
1 M Tris-HCl-Puffer (pH 8,5) gegeben, und dann wurde es auf S-Sepharose
FF (Pharmacia, Säulengröße: Innendurchmesser
1,6 cm, Höhe
5 cm) gegossen, die mit Puffer A (50 mM Tris-HCl, 10 mM HEPES, 2
mM CaCl2, 150 mM NaCl, 0,01% Tween 80, pH
8,5) äquilibriert
worden war. Nach dem Waschen der adsorbierten Substanz mit Puffer
A wurde die nicht adsorbierte Substanz mit einem linearen NaCl-Gradienten
(Gesamtmenge 100 ml) von 0,15 M bis 1,0 M eluiert. 7 zeigt
das erhaltene chromatographische Muster.
-
Die
Fraktionen mit HGF-Aktivität
wurden aufgefangen und als S-Sepharose-Eluat verwendet.
-
2) Affinitätschromatographie
-
Das
S-Sepharose-Eluat wurde mit 1 N Essigsäure auf pH 7,5 eingestellt,
mit destilliertem Wasser, das ein doppeltes Volumen von 0,01% Tween
80 enthielt, verdünnt
und mit Puffer B (10 mM Tris-HCl, 0,3 M NaCl, 0,01% Tween 80, pH
7,5) äquilibriert,
und dann wurde es auf Heparin-Sepharose CL-6B gegossen (Pharmacia,
Säulengröße: Innendurchmesser
1 cm, Höhe
3 cm). Nach dem Waschen der Säule
mit Puffer B wurde eine Elution mit einem linearen NaCl-Gradienten (Gesamtmenge
30 ml) von 0,3 M bis 2,0 M durchgeführt. 8 zeigt
das erhaltene chromatographische Muster. Die Fraktionen mit HGF-Aktivität wurden
aufgefangen und als Heparin-Eluat verwendet.
-
3) Umkehrphasen-HPLC
-
Das
Heparin-Eluat wurde auf eine Phenyl-5PW-Umkehrphasensäule (Toso
Corp., Innendurchmesser 0,75 cm, Höhe 7,5 cm) gegossen, die mit
destilliertem Wasser, das 0,1% TFA (Trifluoracetat, v/v) enthielt, äquilibriert
worden war, und eine Elution wurde mit einem Gradienten von 0,1%
TFA enthaltendem Acetonitril von 0% bis 90% durchgeführt. Das
rekombinante, von Human-Leucocyten abgeleitete HGF wurde bei einer
Acetonitrilkonzentration von etwa 40% eluiert. 9 zeigt
das chromatographische Muster. Die Ausbeute des gereinigten rekombinanten
Human-HGF betrug etwa 20 μg,
und die Ausbeute der Aktivitätsgewinnung
aus dem Kulturüberstand
betrug 18%.
-
4) SDS-Polyacrylamidgel-Elektrophorese
-
Das
rekombinante, von Human-Leucocyten abgeleitete HGF des Typs mit
einer Deletion von 15 Nucleotiden, das durch die drei oben genannten
Chromatographieschritte gereinigt worden war, wurde einer SDS-Polyacrylamidgel-Elektrophorese unter
reduzierenden (mit 2-Mercaptoethanol) und nichtreduzierenden Bedingungen
unterzogen. Die Ergebnisse sind in 10 gezeigt.
Das gereinigte rekombinante HGF zeigte unter nichtreduzierenden
Bedingungen (2-ME(–)) eine
einzelne Bande mit einem Molekulargewicht von 70 000 bis 90 000
und unter reduzierenden Bedingungen (2-ME(+)) eine α-Kette mit
einem Molekulargewicht von 60 000 bis 75 000 und eine β-Kette mit
einem Molekulargewicht von 30 000 bis 40 000. Das heißt, das
rekombinante HGF ist ein Heterodimer, das α- und β-Ketten umfasst.
-
5) Hepatocytenwachstumsaktivität des rekombinanten,
von Human- Leucocyten
abgeleiteten HGF (Typ mit einer Deletion von 15 Nucleotiden)
-
Von
den zur Zeit bekannten in-vitro-Assaysystemen haben Ratten-Hepatocyten
in Primärkultur
Leberfunktionen, die denen in vivo am ähnlichsten sind. Die Zugabe
des gereinigten rekombinanten, von Human-Leucocyten abgeleiteten
HGF des Typs mit einer Deletion von 15 Nucleotiden zu Ratten-Hepatocyten, wie
man sie gemäß dem unter "Bestimmung der HGF-Aktivität" beschriebenen Verfahren
erhält,
induzierte bei einer Konzentration von 1–20 ng/ml eine starke Zellproliferation.
Als weitere Faktoren, die bei diesem Kulturstamm eine Wachstumsaktivität zeigten,
sind Insulin und EGF bekannt. Das rekombinante HGF zeigt für sich allein
eine stärkere
Aktivität
als diese beiden, und in Gegenwart aller drei Faktoren wurde eine
additive Wirkung beobachtet.
-
Beispiel 5
-
Transformation von Eierstockzellen
Chinesischer Hamster (CHO-Zellen) durch von Human-Leucocyten abgeleitetes
HGF-Gen und Expression desselben:
-
Der
Expressionsvektor für
von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF pEVSSV[dLeHGF] (FERM BP-2900)
wurde nach dem Verfahren von Wigler et al. (Cell, 11, 223, 1977)
in CHO-Zellen, die kein DHFR erzeugen können, eingeschleust. Plasmid
pEVSSV[dLeHGF] (etwa 30 μg)
wurde in 0,5 M Calciumchlorid (240 μl) gelöst, und unter Rühren wurden
2 × HEPES-Puffer
(240 μl,
pH 7,1), der 20 mM HEPES enthielt, 280 mM Natriumchlorid und 1,5
mM Natriumphosphat hinzugefügt.
Es wurde noch 30 Minuten bei Raumtemperatur weitergerührt, um
eine gemeinsame Fällung
des Plasmids und von Calciumphosphat zu bewirken. CHO-Zellen (5 × 105) wurden 24 Stunden bei 37°C in Gegenwart
von 5% CO2 in α-MEM-Kulturmedium (Flow-Laboratory Corp.),
das 10% Rinderfetusserum (Gibco) und 1% Glutamin enthielt, kultiviert.
Nach dem Austausch des Mediums wurden das gemeinsam ausgefällte Plasmid
und Calciumphosphat hinzugefügt,
und dann ließ man
das Gemisch 20 Minuten lang bei Raumtemperatur stehen. Die Inkubation
wurde 4 Stunden lang bei 37°C
fortgesetzt, dann wurde das Medium entfernt, 1 × HEPES-Puffer mit 15% zugesetztem
Glycerin wurde hinzugefügt, und
man ließ das
Gemisch 5 Minuten lang bei Raumtemperatur stehen. Die Zellen wurden
mit dem Medium gewaschen, das Medium wurde ausgetauscht, und dann
erfolgte eine 7tägige
Kultur bei 37°C,
was transformierte Zellen ergab. Die erhaltenen Zellstämme wurden
wiederholt kultiviert, wobei man α-MEM-Kulturmedium (Flow-Laboratory
Corp.) verwendete, das 10% Rinderfetusserum (Gibco) und 1% Glutamin
enthielt, aber kein Ribonucleosid und kein Desoxyribonucleosid enthielt;
dabei wurde die Konzentration von Methotrexat nacheinander auf 100
nM, 250 nM, 500 nM, 750 nM, 1 μM
und 2 μM
erhöht,
wobei man Stämme
mit stabiler hoher HGF-Produktion erhielt. Mit den erhaltenen rekombinanten
Zellen, die von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF in großer Menge
erzeugten, wurde eine Klonierungsselektion durchgeführt, wobei
man den Zellstamm 515C erhielt, der in stabiler Weise von Human- Leucocyten abgeleitetes
HGF erzeugte. Die HGF-erzeugende Aktivität der Zellen betrug etwa 800
000 Einheiten/l/Tag.
-
Beispiel 6
-
Reinigung von rekombinantem,
von Human-Leucocyten abgeleitetem HGF aus dem Kulturüberstand
transformierter CHO-Zellen:
-
Der
in Beispiel 5 erhaltene, von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF erzeugende
rekombinante CHO-Zellstamm 515C (HGF des Typs mit einer Deletion
von 15 Nucleotiden erzeugender Stamm) wurde in α-MEM-Medium (Flow-Laboratory
Corp.) kultiviert, das frei von Ribonucleosiden und Desoxyribonucleosiden war,
aber 10% Rinderfetusserum (Gibco), 1% Glutamin und 2 μM Methotrexat
enthielt; aus dem betreffenden Kulturüberstand wurde rekombinantes,
von Human-Leucocyten abgeleitetes HGF gereinigt.
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1) Kationenaustauschchromatographie
-
Tween
80 wurde zu der Kultur (500 ml) des 515C-Stammes gegeben, so dass
die endgültige
Konzentration 0,01% betrug, und das Gemisch wurde durch ein Sterivex-HV-Filter
(Japan Millipore Limited) filtriert. Zu dem Filtrat wurde 1/20 Volumen
1 M Tris-HCl-Puffer (pH 8,5) gegeben, und dann wurde es auf S-Sepharose FF (Pharmacia,
Säulengröße: Innendurchmesser
1,6 cm, Höhe
5 cm) gegossen, die mit Puffer C (50 mM Tris-HCl, 0,01% Tween 80,
pH 8,5), der 150 mM NaCl enthielt, äquilibriert worden war. Nach
dem Waschen der Puffer-C-Säule mit
Puffer C, der 150 mM NaCl enthielt, und Puffer C, der 400 mM NaCl
enthielt (in 11 durch Pfeil A markiert),
wurde mit Puffer C, der 1 M NaCl enthielt (in 11 durch
Pfeil B markiert), eluiert. 11 zeigt
das erhaltene chromatographische Muster. Die Fraktionen mit maximaler
Aktivität,
die mit Puffer C, der 1 M NaCl enthielt, eluiert wurden (in 11 durch ↔ markiert),
wurden aufgefangen und als S-Sepharose-Eluat verwendet.
-
2) Affinitätschromatographie
-
Das
S-Sepharose-Eluat wurde mit 1 N Salzsäure auf pH 7,5 eingestellt,
mit destilliertem Wasser, das ein doppeltes Volumen von 0,01% Tween
80 enthielt, verdünnt
und dann auf Heparin-Sepharose CL-6B (Pharmacia, Säulengröße: Innendurchmesser
1 cm, Höhe
5 cm) gegossen, die mit Puffer B (10 mM Tris-HCl, 0,3 M NaCl, 0,01% Tween 80, pH
7,5) äquilibriert
worden war. Nach dem Waschen der Säule mit Puffer B wurde eine Elution
mit einem linearen NaCl-Gradienten
(Gesamtmenge 40 ml) von 0,3 M bis 2,0 M durchgeführt. 12 zeigt
das erhaltene chromatographische Muster. Die Fraktionen mit NGF-Aktivität wurden
aufgefangen und als Heparin-Eluat verwendet.
-
3) Hydrophobe Chromatographie
-
Das
Heparin-Eluat wurde auf eine Phenyl-5PW-Säule (Toso Corp., Innendurchmesser
0,75 cm, Höhe 7,5
cm) gegossen, die mit 20 mM Phosphatpuffer, pH 7,0, der 4 M NaCl
enthielt, äquilibriert
worden war, und eine Elution wurde mit einem Gradienten von Lösungsmittel
A, d.h. 20 mM Phosphatpuffer, der 4 M NaCl enthielt (pH 7,0), zu
Lösungsmittel
B, d.h. 20 mM Phosphatpuffer, der 50% Ethylenglycol enthielt (pH
7,0), durchgeführt.
Die HGF-Aktivität
wurde bei etwa 2 M NaCl, 25% Ethylenglycol eluiert. 13 zeigt
ihr Chromatogramm. Die Ausbeute des gereinigten rekombinanten, von
Human-Leucocyten abgeleiteten HGF betrug etwa 500 μg, und die
Ausbeute der Aktivitätsgewinnung
aus dem Kulturüberstand
betrug 25%.
-
4) Eigenschaften des gereinigten
rekombinanten, von Human-Leucocyten abgeleiteten HGF
-
Die
biologischen, chemischen und physikochemischen Eigenschaften des
in 3) oben erhaltenen rekombinanten, von Human-Leucocyten abgeleiteten
HGF wurden gemessen.
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➀ SDS-Polyacrylamidgel-Elektrophorese
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Das
rekombinante HGF wurde einer SDS-Polyacrylamidgel-Elektrophorese
unter reduzierenden (mit 2-Mercaptoethanol) und nichtreduzierenden
Bedingungen unterzogen. Nach der Elektrophorese wurde das Gel nach
dem Silberfärbungsverfahren
angefärbt.
Die Ergebnisse sind in 14 zusammengefasst. Das rekombinante
HGF zeigte unter nichtreduzierenden Bedingungen eine einzelne Bande
mit einem Molekulargewicht von 70 000 bis 90 000 und unter reduzierenden
Bedingungen eine α-Kette
mit einem Molekulargewicht von 60 000 bis 75 000 und eine β-Kette mit
einem Molekulargewicht von 30 000 bis 40 000. Die β-Kette zeigte weiterhin
zwei Banden, was auf eine unterschiedliche Zahl der gebundenen Zuckerketten
hinweist.
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➁ Zuckerzusammensetzungsanalyse
(neutraler Zucker und Aminozucker)
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Nach
dem Eindampfen des gereinigten rekombinanten HGF zur Trockne wurde
es 6 Stunden lang bei 110°C
einer Hydrolyse in Gegenwart von 2,5 N Trifluoracetat unterzogen.
Das Hydrolysat wurde zur Trockne eingedampft und in Wasser wieder
aufgelöst,
so dass man eine Probe erhielt. Die Probe wurde einer Zuckerzusammensetzungsanalyse
durch HPLC unter Verwendung eines Anionenaustauscherharzes unterzogen.
Als Ergebnis wurden Fucose, Galactose, Mannose und N-Acetylglucosamin
nachgewiesen; dies bestätigte,
dass das rekombinante HGF ein Glycoprotein war.
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➂ Biologische
Wirkung
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Die
Hepatocytenwachstumsaktivität
des gereinigten rekombinanten HGF wurde im Einklang mit dem unter "Bestimmung der HGF-Aktivität" beschriebenen Verfahren
bestimmt. Als Ergebnis wurde eine relative Aktivität des gereinigten
rekombinanten HGF von 200–500
Tausend Einheiten/mg gefunden.
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Beispiel 7
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Herstellung von rekombinantem
einkettigem, von Human-Leucocyten abgeleitetem HGF (HGF des Typs
mit einer Deletion von 15 Nucleotiden)
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Der
in Beispiel 5 erhaltene rekombinante, von Human-Leucocyten abgeleitetes
HGF erzeugende CHO-Stamm 515C (HGF des Typs mit einer Deletion von
15 Nucleotiden) wurde bei 37°C
in α-MEM-Kulturmedium
(Flow-Laboratory Corp.), das frei von Ribonucleosiden und Desoxyribonucleosiden
war, aber 10% Rinderfetusserum (Gibco), 1% Glutamin und 2 μM Methotrexat
enthielt, in 5% CO2 kultiviert, bis die
Zellen konfluent wurden. Nach der Kultivierung wurde die Kulturlösung entfernt,
und die Zellen wurden zweimal mit PBS gewaschen. Dazu wurde α-MEM-Kulturmedium
gegeben, das frei von Ribonucleosiden und Desoxyribonucleosiden
war, dem aber 1% Glutamin, 500 μM
Methotrexat und 400 Einheiten/ml Aprotinin, ein Protease-Inhibitor, zugesetzt
worden waren, und die Zellen wurden bei 37°C in 5% CO2 kultiviert.
Nach der Kultivierung während etwa
1 Tages wurde der Kulturüberstand
geerntet, und rekombinantes HGF wurde in derselben Weise wie in Beispiel
6 durch ein Chromatographieverfahren gereinigt. Die Ausbeute der
Aktivitätsgewinnung
aus dem Kulturüberstand
betrug etwa 15%.
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Das
gereinigte rekombinante, von Human-Leucocyten abgeleitete HGF des
Typs mit einer Deletion von 15 Nucleotiden wurde einer SDS-Acrylamidgel-Elektrophorese unterzogen.
Die Ergebnisse sind in 15 zusammengefasst. Das gereinigte
rekombinante HGF zeigte unter nichtreduzierenden Bedingungen eine
einzelne Bande mit einem Molekulargewicht von 70 000 bis 90 000
und unter reduzierenden Bedingungen mit 2-Mercaptoethanol eine einzelne
Bande mit einem Molekulargewicht von 80 000 bis 95 000, was darauf
hinweist, dass das erhaltene rekombinante HGF einkettig war. Weiterhin
wurde die biologische Aktivität
des rekombinanten einkettigen HGF gemessen; dies beinhaltete die
Messung der Wachstumsaktivität
bei einer Primärkultur
von Ratten-Hepatocyten, wie es unter "Bestimmung der HGF-Aktivität" beschrieben ist.
Als Ergebnis zeigte das rekombinante einkettige HGF eine Hepatocytenwachstumsaktivität, und seine
relative Aktivität
war fast die gleiche wie die in Beispiel 6, 4) erhaltene; sie betrug
200–500
Tausend Einheiten/mg.