JP2000500649A - IgG分離媒体および新規プロテインA変異体 - Google Patents

IgG分離媒体および新規プロテインA変異体

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Abstract

(57)【要約】 基本マトリックスおよび、システインを含む組み換えプロテインAを提示するマトリックス結合基を含む分離媒体。該基は式

Description

【発明の詳細な説明】 IgG分離媒体および新規プロテインA変異体 IgG−結合タンパク質を提示する吸着剤が、20年以上、水性媒体中のIg Gを捕獲するために使用されている。最初に、天然プロテインA(GB1,441 ,979(Sjoqvist))が使用された。後に、組み換え的に製造される形のプロテ インAおよびプロテインG((WO8400773)(Lofdahl,et al)およびEP 262,192(Guss,et al)およびU.S.5,082,773(Fahnestock))が 開発された。 プロテインAは、動物種に関しては広いIgG−特異性を有するが、特異性は サブクラスによって変化し得る(例えば、ヒトIgG3はプロテインAに結合し ない)。プロテインGは、主要な重要な哺乳類種の全てのIgGサブクラスに結 合する。プロテインGと比較したプロテインAの利点は、IgGとの結合が弱く 、プロテインAからIgGを遊離するために、相対的に緩和な条件が使用できる ことである。これは、個々のモノクローナル抗体の精製に重要である。 組み換え技術は、異なるドメインの機能に関して、IgG−結合タンパク質の 簡単な地図作成を可能にする。プロテインAの場合、天然の形は5つの連続して 配列されたIgG−結合ドメイン(E、D、A、BおよびC)、続いてIgGに結 合しないX−ドメインを含むことが判明した。新規方法は、IgG−結合フラグ メントおよび、1個またはそれ以上のアミノ酸が置換、付加または欠失している 変異体の製造を容易にする。特記しない限り、プロテインAという記載は、天然 形またはIgG−結合フラグメントおよび天然プロテインAと同じIgG特異性 を有するプロテインAの変異体を意味する。システインを含むプロテインAの変 異体は、相対的に初期に製造され、挿入されたシステイン残基は基本マトリック スへの結合に使用された。システインをC−末端残基として置かないことが重要 であった。システインを、C−末端部で最後から2番目のアミノ酸として有する 変異体は、ジスルフィド形成により活性化Thiol Sheparose(登録商標)(Pharmaci a Biotech AB,Uppsala,Sweden)に結合し、IgG−分離媒体として研究されて いる(T.Profy(Repligen);EP284,368およびU.S.5,084,559) 。同様の研究がまたFASEB 87、1987年3月29日−4月2日(ポス ターN44、Profy,et al)でも提示された。C−末端リンカー配列(C−末端か ら10個の配列)にシステインを有するプロテインAの3つの変異体(1、2およ び5ドメイン)で得られた結果は、後に提示された。これらの後の変異体は、ま たジスルフィド結合形成によりチオプロピルSepharose(登録商標)に共有的に結 合した。トレシルクロライドまたはトシルクロライド活性化ゲルへの固定化が、 還元的感受性結合基を避ける意図で、別法として示された。等モル関係が、Ig G結合キャパシティーと1ドメインおよび2ドメイン変異体のドメインの数の間 で判明した。5ドメイン変異体はIgGの2倍モル量以上は決して結合しなかっ た。天然プロテインAの可溶性形で初期に達成されたものと同等のIgG−キャ パシティーが達成された(ある適用において、非−cys−含有変異体が2から 3の間のモル結合比を与えるということが後に発見された)。 それと平行して、Genex(U.S.4,977,247(Fahnestock,et al))が、 システインがIgG−結合ドメインのC−末端位置に置かれたrProtein G−cy sの組み換え変異体を製造している。このプロテインG変異体を基にした分離媒 体の製造において、選択は、rProtein G-cysの2官キャパシティー性試薬4−( p−マレイミドフェニル)酪酸N−スルホサクシンイミジルで活性化したアミノ ヘキシル−アガロース(U.S.4,977,247、請求項1および18欄、22 −37行)への共有結合に関してであった。GammaBindG(登録商標)(Pharmacia Bi otech AB)は商品として入手可能な、C−末端残基としてシステインを有する固 相rProtein G-cys生産物である。生産物は、システイン残基を、4−(N−マレ イミドメチル)シクロヘキサン−1−カルボン酸N−スルホサクシンイミジルで 活性化したアミノヘキシルアガロースと結合させることにより合成する。 我々が気づいている限り、Repligenにより製造されたマトリックス−結合rPro tein A-cysは商品として有利であるとされたことはない。理由は、マトリック スへの結合が不安定な構造(−S−S−)によるものであるということであり得る が、理由は我々が知らないファクターによるものでもあり得る。しかしながら、 理由がどうであれ、完全に商品として優性である吸着剤は、天然プロテインAま たはシステインを欠く組み換えプロテインAの異なる形を使用している。プロテ インGを基本にした商品の市場は、恐らくプロテインAがより有利な結合特性を 有するため、これまで本質的に小さかった。 本発明の目的 本発明の目的は、a)プロテインAのIgG−結合特異性;b)天然プロテイン Aを基本にした他の吸着剤と少なくとも同程度の安定性;c)マトリックス結合r Protein A-cysの既知の変異体と比較して、同じまたは改善されたIgG結合の キャパシティー(先にmol IgG/mol プロテインAのcys-変異体の比率とし て、1、2またはそれ以上のIgG結合ドメインと先に計算された)を有する吸 着媒体を提供するという必要性に要約できる。2またはそれ以上のドメインを有 する変異体に関して、これはモル比2であることを意味する。これらの目的の 達成は、異なる出発物質からのIgGの洗浄に使用するより有効な方法を可能に する。 本発明 本発明の主態様は、式I: −B−X−rProtein A-cys I 〔式中、 a.rProtein A-cysはそのアミノ酸配列にシステインを含む組み換え的に製造 されたプロテインA; b.Bは基本マトリックスに結合する橋;および c.XはrProtein A-cys由来のヘテロ原子NまたはSを含む〕 に従った基で置換された基本マトリックスを含む分離媒体である。 特徴的性質は、Xがチオエーテル硫黄(−S−)および/または2級アミン(− NH−)であることであり、即ち、一つのおよび同じ分離媒体において、Xは、 本質的に100%の全てのXがチオエーテル硫黄であるように、50%の選択性 で、チオエーテル硫黄または/および2級アミンのいずれかまたは両方であり得 る。 全IgG結合キャパシティーとマトリックスのIgGの量の間の最適モル比は 、吸着剤のプロテインAに存在するIgG−結合ドメインの数に依存して変化し 得る。1ドメイン変異体において、比率は1であり、2ドメイン変異体において 比率は≒2である。3、4および5ドメイン変異体に関しては、比率は≒2また は好ましくは>2である。最大値は、IgG−結合ドメインの数により決定され 、それと共に使用するプロテインA構築物次第である。 本発明のこの態様において、Bは、本質的に、IgGの吸着/脱着に適応する 条件下(時間、温度、pH等)で十分な安定性を有する任意のものであり得る。橋 −B−の適切な構造の例は、アミド、エステル、エーテル、チオエーテル、炭化 水素鎖、アゾ、カルバメート等である。鎖−B−に存在する炭化水素は直鎖、分 枝鎖または環状であり得、一般に飽和炭素原子のみを有する(2−10炭素原子 、好ましくは2、3または4個の炭素原子で明白な親水性性質を保持する)。橋 −B−が基本マトリックスにエーテル構造またはアミド/エステル構造により結 合しているのが好ましい。Bが、所望により1個またはそれ以上の酸素/窒素原 子で中断され、1個またはそれ以上のアミノまたはヒドロキシ基で置換されてい てもよい、直鎖または環状飽和炭化水素鎖を含むことも好ましい。安定性の理由 のため、1個および同じ炭素原子が最大1個の酸素または窒素原子と結合してい る。−B−として無条件に好ましい構造は、rProtein A-cysがマトリックスに エポキシ基またはエピハロ基により結合している時に発生するもの、即ち、その 右端(Xに最も近い)に存在するBが構造 −CH2−CHOH−CH2− であるものである。Xは、リジン中のε−アミノ基またはN−末端アミノ基また はシステイン中のチオール基のいずれが結合しているかに依存して、2級アミン またはチオエーテルとなる。 前記橋構造は、現在の方法に従って、例えば、エピクロロヒドリン、ビスエポ キシド(1,4−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ブタン、4−(マレイミドメチ ル)−シクロヘキサン−1−カルボン酸N−スルホサクシンイミジル等)のような 2機能性試薬の使用により形成できる。適切な基本マトリックスは、それらが多 かれ少なかれチオールまたはアミノ基と選択的に反応する基を含むように、この ような試薬で活性化し得る。好ましい結合試薬および条件は、1級アミノ基(リ シル中のε−アミノおよびN−アミノ末端)と非常に僅かしか反応しない。 rProtein A-cysの適切な形は、天然配列中にシステインで置換されたアミノ 酸を有する。あるいは、システインが、末端に融合しているアミノ酸配列(リン カー)に、または天然配列の挿入としてまたはそのIgG−結合部位として存在 できる。システインはまた、好ましくはIgG−結合ドメインのN−末端または C−末端である、ペプチドリンカー中にも含まれ得る。一般に、末端システイン は内部システインとするのが好ましい。使用するリンカーの長さは、通常重要で はなく、例えば、1から15アミノ酸残基で変化し得る。全てのシステイン修飾 に関して、IgG結合キャパシティーが失われないことが必須である。 rProtein A-cysはまた他の方法でも修飾し得る。例えば、rProtein A-cysは 、プロテインAからのIgG−結合ドメインに加えて、1個またはそれ以上のプ ロテインG由来または他のIgG−結合タンパク質由来のIgG−結合ドメイン も含む融合タンパク質であり得る(Guss,et al.,EP262,192参照)。天然ドメイ ンは、変更され得、1回またはそれ以上の回数発生し、また欠失し得る。天然非 IgG−結合ドメインは完全にまたは一部欠失し得る。 rProtein A-cysは現法と同様にして製造できる(Profy T,EP294,386;およびL jungquist,et al.,Eur.J.Biochem.186(1989),557-561)。 基本マトリックスは、多くのアミノ基および/またはヒドロキシ基、主に後者 を含む親水性ポリマーである。基本マトリックスは通常水性媒体に不溶性である 。基本マトリックスは、意図される使用に適した異なる基と架橋し得るおよび/ またはそれらを提供し得るデキストラン、セルロース、澱粉、アガロース、プル ラン、キシラン等のようなポリサッカライドに由来し得る。合成ポリマーの中で 、ヒドロキシアルキルアクリレートまたは対応するメタクリレートのポリマー、 ポリビニルアルコール、ビニルヒドロキシアルキルエーテルのポリマー等を特記 できる。ポリマーが可溶性である限り、水性媒体に不溶性な支持体、例えばスチ レ ンジビニルベンゼンコポリマーと架橋または吸着または共有結合させて、不溶性 にできる。基本マトリックスは、多かれ少なかれ球状および/または多孔性また は非孔性であり得る粒子の形でもよい。マトリックスの一つの具体的な形は、ジ ビニルベンゼン−スチレンコポリマーまたは他の疎水性ポリマー/コポリマーか ら成る多孔性疎水性粒子であり、その内部および/または外部表面は親水性であ り、OH−基を備える。態様の一つの好ましいタイプにおいて、マトリックスは 通常水性媒体に不溶性であり、多孔性であり、ポリサッカライドを基本とする。 本発明の他の主要な態様は、分離媒体へのIgGの結合(吸着)に関する。次い で、IgGを前記のように分離媒体と接触させる。吸着は、通常、IgGを製造 できる血清または細胞培養物に由来する水性媒体で起こる。適当な条件は、0− 35℃、pH6−8、塩濃度0.1−3Mの範囲である(結合するIgGのタイプ に依存)。結合IgGの脱着前に、分離媒体を、適当には本質的に吸着緩衝液と同 じpHの緩衝液で通常洗浄し、その後脱着を慣用的に、例えば、5より下のpH を有する緩衝液で処置することにより行う。条件は非変性的であるべきである。 C−末端にシステインを有するrProtein A-cysは新規である。 本発明の分離媒体へのIgGの結合は、広い範囲で使用される。溶液からのI gGの捕獲を含む方法、即ち、水性溶液に溶解しているIgGをそこに存在する 他の成分から分離するために使用できる。IgGの結合は、クロマトグラフィー 中またはバッチ法の方法中の段階の一部であり得る。IgGの結合は、いわゆる イムノアッセイまたは全血または血漿からIgGを除去するための生体外法の一 部でもあり得る。使用の主要な領域は(モノクローナル抗体を含む)IgGの精製 に見られる。 本発明の非常に好都合な態様は、C−末端システインによるrProtein A-cys の、Anval(登録商標)(Anval,Torshalla,Swedem)のような浸した充填粒子を含 むクロマトグラフィー粒子マトリックスへの結合である。このようにして得たク ロマトグラフィー支持体は、固定化流動性ベッドにおけるIgGのクロマトグラ フィー的分離に非常に有用であることが判明した。"吸着法および分離媒体"に関 する我々の同時の特許出願SE9503926−9を参照(引用して包含させる) 。 拡張/流動化ベッドでのクロマトグラフィーに関しては、WO9218237(P harmacia Biotech AB)参照。 実験部分 rProtein A-cysの製造 rProtein A-cysはEP284,368の記載またはLjungqvist,et al.,Eur .J.Biochem.186(1989),557-561と同様にして製造した。配列は、最初の18 個のアミノ酸(シグナル配列)が欠失し、最後の103アミノ酸がC−末端にシス テインを有するヘキサペプチドに置換されている以外、EP284,365の記 載と同一であった。 rProtein A-cysの基本マトリックスへの結合 1,4−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ブタン(BPR−ブタン)による活性 化。1リットルの排出(drained)Sepharose(登録商標)FF(エピクロロヒドリン と架橋したビーズの形のアガロース、Pharmacia Biotech AB,Uppsala,Sweden) を蒸留水でフィルター漏斗上で洗浄し、300ml蒸留水に溶解した55g Na OHと、35℃で、システムを攪拌しながら温度制御反応器中で混合した。39 0ml BPR−ブタンを添加した。システムを2時間、35℃で攪拌し、続いて 15l水で洗浄した。 rProtein A-cysの結合。活性化ゲルをフィルター漏斗で、3×1リットルの 、窒素ガスを飽和させた0.1M Na−リン酸、1mM EDTA、pH8.5 で洗浄し、水分を排出させた。次いでゲルを、窒素ガスを飽和させた0.1M Na−リン酸、1mM EDTA、pH8.5に溶解した5.5g rProtein A- cysと混合した。システムを、窒素ガスを通しながら37℃で攪拌した。硫酸ナ トリウム(370g)を添加した。システムを2時間、37℃で攪拌した後、ゲル を3l蒸留水で洗浄し、吸引により水抜きした。 脱活性化。水抜きしたゲルを、900ml 0.2M炭酸水素ナトリウム、0.1 M NaCl、1mM EDTA、pH10に溶解した100mlチオグリセロー ルと、システムを攪拌しながら混合した。システムを一晩、37℃で攪拌し、そ の後ゲルをフィルター漏斗で、0.1Mトリス、0.15M NaCl、pH8お よび0.05M酢酸で、各サイクル3×1ゲル容量で3サイクル洗浄した。ゲル を最後に水で洗浄した。 ヒトIgGの全キャパシティーの測定 装置: スーパーループを有するFPLC(Pharmacia Biotech AB) カラム: 1ml HR 5/5(Pharmacia Biotech AB) 緩衝液A: 10mM リン酸2水素ナトリウム、0.15M 塩化ナ トリウム、10mM EDTA、pH7 緩衝液B: 0.5M酢酸(約2.7のpHを付与する) IgG−溶液: 緩衝液A中の150mg ヒトIgG(遠心および濾過) プリンター速度: 0.05−0.25cm/分 1.0mlの排出ゲルをカラムに詰め、緩衝液Aで平衡化した。IgG−溶液を 流速0.15ml/分で、ゲルがIgG飽和となるまでスーパーループを通して流 した。緩衝液Aで同じ流速で洗浄した後、結合IgGを9ml緩衝液Bで、0.3 0ml/分の流速で溶出した。緩衝液Bでの溶出物を回収し、その容量を測定した (秤量)。1:10に希釈した後、A280を読み取った。IgG−キャパシティー の決定に適応させた式は:溶出容量ml×溶出容量でのA280×7.244=mg排出 ゲルのIgG/mlであった。 ヒトIgGの除去キャパシティーQBの測定 カラム: XK16/20(Pharmacia Biotech AB) 緩衝液A: 20mM Na−リン酸、pH7.0 緩衝液B: 0.1Mグリシン、pH3.0 IgG−溶液: 約0.5g IgG/リットル緩衝液A 流速: 10ml/分(300cm/h) プリンター速度: 0.02cm/ml カラム容量: 23ml IgG溶液の輸送は、溶出液で測定しているc/c0(cおよびc0はカラムに 通した後および通す前のタンパク質濃度である)が1%に到達した時に妨害され た。次いで、吸着IgGを緩衝液Bで溶出し、その容量をmg IgG/ml排出ゲ ルとして測定した。 最も高い力学的キャパシティーを提供した結合実験の結果および条件は:Na −硫酸1.3M;rProtein A-cysの装填量7.1mg/mlゲル;結合緩衝液pH8 .5;結合温度37℃;結合時間2時間;全キャパシティー52.2mg IgG/ mlゲル;除去キャパシティーc/c0=1%で31.3mg/mlゲルであった。5− 6mg rProtein A-cysを各mlゲルに装填した実験において、大きい相対的力学 的キャパシティーが得られた。 他の結合法 rProtein A-cysのエポキシ結合を、N−ヒドロキシサクシンイミド(NHS) に結合した天然プロテインA(システイン欠失)と、4−(N−マレイミドメチル) シクロ−ヘキサン−1−カルボン酸N−スルホサクシンイミジル(Sulfo-SMCC)に 結合したProtein A-cysで比較した。天然プロテインとNHSまたはエポキシド との結合において、rProtein A-cysの結合はチオール基により行われる。rProt ein A-cysとエポキシ(BPR)の結合において、結合はアミノ基においてのみ起 こる。試薬Sulfo-SMCCの場合、結合はチオール基およびアミノ基の両方について 起こり、優性はpHにより測定できる。置換のかなりの程度で、全キャパシティ ーはNHS、エポキシ、Sulfo-SMCCの順番で増加した。差異は、恐らく末端に位 置しない基を経由したアミン結合によるステアリン効果によるものであろう。rP rotein GとrProtein G-cysの比較試験もまた下記に報告する。 1)Pharmacia Biotech AB、2)内部仕分け番号、3)具体化していない、4)GammaBin dG(登録商標)タイプ2はプロテインGおよびGammaBindG(登録商標)タイプ3はシ ステインをC−末端に有するプロテインG。両方の変異体は二つのIgG−結合 ドメインを有する。 結果は、非常に良好な全キャパシティーおよび除去キャパシティーが達成され 、mol IgG/mol rProtein A-cysのキャパシティーは、cys−含有Ig G−結合タンパク質について以前に達成されたものより遥かに優れていることを 示した。 ヒトIgGの除去キャパシティー。異なるプロテインAとの比較実験。 方法:プロテインAマトリックス(rProtein A Sepharose(登録商標)Fast Flo w)(本発明、エポキシにより固定化);Protein A Sepharose(登録商標)4 Fast Flow(CNBrにより固定化、Pharmacia Biotech AB);PROSEP A(登録商標)(Bio processing Ltd.,UK)およびProtein A Hyper D(登録商標)(BioSepra S.A.,Fra nce)をXK16/20カラムに、ベッド高10cmまで詰めた。ゲルを20mMリ ン酸緩衝液、pH7.4で平衡化した。同じ緩衝液にヒトポリクローナルIgG( 1mg/ml)を含むサンプルを各ゲルで、190cm/hの直線流動で流した。サン プル輸送を、溶出液中のIgG濃度がサンプル溶液の最初のIgG濃度の10% に到達したら中断した。非結合IgGを洗い流し、結合IgGを0.1Mクエン 酸、pH3で溶出した。除去キャパシティーQBを、溶出液中のIgGの量がサ ンプル中の最初のIgG濃度の5%に到達した時に、ゲルml当たりに結合するI gGの量として計算した。 溶出IgGフランクション中のプロテインAの濃度をELISAで測定した。 IgGフラクション中のプロテインAの量をプロテインA/mg IgGとして得 る。 結果: これらの値は、本発明が、その除去キャパシティーが他の商品として入手可能 なマトリックスよりも高いプロテインA吸着剤の構築を可能とする。同じマトリ ックスと比較して、プロテインA放出に関する安定性は、大まかに同じか良好で ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.基本マトリックスおよび、システインを含む組み換えプロテインAを提示 するマトリックス結合基を含み、該基が式 −B−X−rProtein A-cys I 〔式中、Bは基本マトリックスに結合する橋およびXはrProtein A-cys由来の ヘテロ原子NまたはSを含む〕 に従い、Xがチオエーテル硫黄(−S−)および/または2級アミン(−NH−)で あることを特徴とする、分離媒体。 2.橋−B−がエーテルにより基本マトリックスに結合し、それが所望により 1個またはそれ以上の酸素/窒素原子で中断され、1個またはそれ以上のアミノ またはヒドロキシ基で置換されていてもよい、直鎖または環状飽和炭化水素鎖を 含み、1個および同じ炭素原子が最大1個の酸素原子または窒素原子と結合して いる、請求項1記載の分離媒体。 3.システインが末端ペプチドリンカーに含まれることを特徴とする、請求項 1−2に記載の分離媒体。 4.ペプチドリンカーがC−末端であることを特徴とする、請求項1−3のい ずれかに記載の分離媒体。 5.システインがrProtein A-cysのC−末端アミノ酸であることを特徴とす る、請求項1−4のいずれかに記載の分離媒体。 6.基本マトリックスがポリヒドロキシポリマー、好ましくは不溶性ポリサッ カライドであることを特徴とする、請求項1−5のいずれかに記載の分離媒体。 7.C−末端残基がシステインであることを特徴とする、組み換えプロテイン A−cys。
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