JP2001011093A - マトリックスメタロプロテイナーゼペプチド - Google Patents

マトリックスメタロプロテイナーゼペプチド

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JP2001011093A JP2000132398A JP2000132398A JP2001011093A JP 2001011093 A JP2001011093 A JP 2001011093A JP 2000132398 A JP2000132398 A JP 2000132398A JP 2000132398 A JP2000132398 A JP 2000132398A JP 2001011093 A JP2001011093 A JP 2001011093A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】マトリックスメタロプロテイナーゼ阻害剤とし
て有用な特定のアミノ酸配列を有するペプチドの提供。 【解決手段】以下の配列:VAAHEFGHAMGLE
HSQ、VAAHEFGAAMGLEHSQ、VAAH
ELGHSLGLSHST、VAAHEIGHSLGL
FHSA、VVAHELTHAVTDYTAGおよびA
AHEEICTTNEGVMからなる群から選択される
ゼラチナーゼまたはコラーゲナーゼを阻害する精製およ
び合成ペプチド。ゼラチナーゼまたはコラーゲナーゼを
阻害する配列AAHEまたはVAHEを含む上記合成ペ
プチドの断片。担体中の上記ペプチドである物質の組成
物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、メタロプロティナ
ーゼの検出および阻害に有効なペプチドに関する。特
に、本発明は酵素活性および酵素とその基質との相互作
用に関わる酵素のドメインに相当する、IV型コラーゲ
ナーゼの配列から得られるペプチドに関する。ペプチド
に認知される抗体は酵素の検出に有効である。機能研究
により確認された、特定のペプチドはメタロプロテイナ
ーゼ阻害剤の新しい種類を構成する。
【0002】
【従来の技術】間質および基底膜コラーゲンの減成は特
定の種類のメタロプロテイナーゼ(そのマトリックスメ
タロプロテイナーゼは酵素前駆体型として細胞外マトリ
ックス中に分泌されるコラーゲナーゼ(BC3.4.2
4.7)としても公知である)によって開始される。こ
のコラーゲナーゼ遺伝子ファミリーのメンバーは次のも
のを含んでいる。コラーゲンI、IIおよびIII型を
減成し、基質特異性と活性の必要条件によって特徴づけ
られている間質コラーゲナーゼ(Stricklin, G.P., Jef
frey, J.J., Rosewit, W.T.,およびEisen, A.Z., 1983,
Biochemistry 22, 61-68; Goldberg, G.I., Wilhlem,
S., Kronberger, A., Bauer, E.A., Grant, G.A., およ
びEisen, A.Z., 1986, J. Biol. Chem. 261, 6600-660
5; Hasty, K.A., Jeffrey, J.J., Hibbs, M.S.,およびW
elgus, H.G., 1987, J. Biol. Chem.262, 10048-10052;
Fields, G.B., Van Wart, H.E.,およびBirkedal-Hanse
n, H., 1987, J. Biol. Chem. 262, 6221-6226; Grant,
G.A., Eisen, A.Z., Marmer, B.L. Rosweit, W.T., お
よびGoldberg, G.I., 1987, J. Biol. Chem. 262, 5886
-5889 );プロテオグリカン、グリコプロテインおよび
コラーゲン分子の非らせん部位を減成するストロメリジ
ン(Wilhlem, S.M., Collierm, I.E., Kronberger, A.,
Eisen, A.Z., Marmer, B.L., Grant, G.A., Bauer, E.
A., およびGoldberg, G.I., 1987, Proc. Natl. Acad.
Sci. U.S.A. 84, 6725-6729; Whitman,S.E., Murphy,
G., Angel, P., Rahmsforf, H.-J., Smith, B.J., Lyon
s, A., Harris, T.J.T., Reynolds, J.J., Herrlich,
P. およびDocherty, A.J.P., 1986, Biochem. J. 240,
913-916);およびペプシン抵抗性三重らせんIV型コ
ラーゲンおよび間質コラーゲン(ゼラチン)を減成する
IV型コラーゲナーゼ。IV型コラーゲナーゼはヒト腫
瘍細胞(Liotta, L.A., Kleinerman, J., Catanzaro,
P.,およびRynbrandt, D., 1977, J. Natl. Cancer Ins
t. 58, 1427-1439; Turpeenniemi-Hujanen, T., および
Tryggvason, K., 1982, Int. J. Cancer 30p, 669-673;
Liotta, L.A., Abe, S., Gehron-Robey, P., およびMa
rtin, G.R., 1979, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 7
6, 2268-2272; Liotta, L.A., Tryggvason,K., Garbis
a, S., Hart, I., Foltz, C.M.,およびShafie, S., 198
0, Nature,Lond., 284, 67-68; Collier, I.E., Wilhel
m, S.M., Eisen, A.Z., Marmer, B.L., Grant, G.A., S
eltzer, J.L., Kronberger, A., He., C., Bauer, E.
A., およびGoldberg, G.I., 1988, J. Biol. Chem. 26
3, 6579-6587 );内皮細胞(Kalebic, T., Barbisa,
S., Glaser, B., およびLiotta, L.A., 1983, Science
221, 281-283);骨(Murphy, G., McAlpine, C.G., Po
ll, C.T., およびReynolds, J.J., 1985, Biochem. Bio
phys. Acta 831, 49-58 );繊維芽細胞(Collier,I.
E., Wilhelm, S.M., Eisen, A.Z., Marmer, B.L., Gran
t, G.A., Seltzer, J.L., Kronberger, A., He., C., B
auer, E.A.,およびGoldberg, G.I., 1988, J.Biol. Che
m. 263, 6579-6587 );多形核白血球(Uitto, V.J., S
chwartx, D.,およびVeis, A., 1980, Eur. J. Biochem.
105, 409-417 )およびマクロファージ(Garbidsa,
S., Ballin, M., Daga-Giordini, D., Fastelli, G., N
aturale,M., Negro, A., Semenzato, G.,およびLiotta,
L.A., 1986, J. Biol. Chem. 261, 2369-2375 )から
確認されている。この酵素は68ないし72キロダルト
ンの中性メタロプロテイナーゼであり、それは酵素前駆
体型で分泌される(Liotta, L.A., Abe, S., Gehron-Ro
bey, P.,およびMartin, G.R., 1979, Proc. Natl.Acad.
Sci. U.S.A. 76, 2268-2272; Liotta, L.A., Tryggvas
on, K., Garbisa,S., Gehron-Robey, P., およびAbe,
S., 1981, Biochemistry 20, 100-104; Salo, T., Liot
ta, L.A.,およびTryggvason, K., 1983, J. Biol. Che
m. 258, 3058-3063 )。さらに、いくつかの他のコラー
ゲナーゼ遺伝子ファミリーのメンバーは近年、ストロメ
リジンの第2型(ストロメリジン−2)、92キロダル
トン型のIV型コラーゲナーゼおよびピュータティブ・
ウテリンメタロプロテイナーゼ(PUMP)−1、低分
子量ウテリンコラーゲナーゼ(Wilhlem, S.M., Collie
r, I.E., Kronberger, A., Marmer, B.L., Eisen, A.
Z., Grant, G.A., およびGoldberg, G.I., 1989, J. Bi
ol. Chem. 264, 17213-17221; Woessner, J.F. およびT
alpin, C. J., 1988, J. Biol. Chem. 263, 16918-1692
5)を含めて開示されている。70キロダルトンIV型
コラーゲナーゼは、マウス腫瘍型での腫瘍の転移潜在性
に密接に関係しており(Liotta, L.A., Tryggvason,
K., Garbisa, S., Hart,I., Foltz, C.M., およびShafi
e, S., 1980, Nature, Lond., 284, 67-68 )、そして
それに伴い転移表現型の遺伝子誘導が誘発するH−ra
s癌遺伝子を増加させる(Muschel, R., Williams, J.
E., Lowy, D.R.,およびLiotta, L.A.,1985,Amer. J. Pa
thol. 121, 1-8; Garbisa, S., Pozzatti, R., Musche
l, R.J., Saffiotti, U., Ballin, M., Goldfarb, R.
H., Khoury, G.,およびLiotta, L.A.,1987, Cancer Re
s. 47, 1523-1528 )。トリプシン処理の結果、潜在酵
素の活性化とそれに伴う分子量の減少が起こる(Liott
a, L.A., Tryggvason, K., Garbisa, S., Gehron-Robe
y, P.,およびAbe, S., 1981, Biochemistry 20, 100-10
4 )。有機水銀化合物もまたこの酵素の活性化を提示
し、このことも分子量の減少に関連づけられる(Collie
r, I.E., Wilhelm, S.M., Eisen, A.Z., Marmer, B.L.,
Grant, G.A., Seltzer, J.L., Kronberger, A., He.,
C., Bauer, E.A.,およびGoldberg, G.I., 1988, J. Bio
l. Chem. 263, 6579-6587; Murphy, G., McAlpine, C.
G., Poll, C.T.,およびReynolds, J.J., 1985, Bioche
m. Biophys. Acta 831, 49-58 )。活性化された酵素は
IV型コラーゲンを分解させ、特徴的な1/4アミノ末
端および3/4カルボキシ末端の断片を生成させる(Li
otta, L.A.,Tryggvason, K., Garbisa, S., Gehron-Rob
ey, P.,およびAbe, S., 1981, Biochemistry 20, 100-1
04; Collier, I.E., Wilhelm, S.M., Eisen, A.Z., Mar
mer,B.L., Grant, G.A., Seltzer, J.L., Kronberger,
A., He., C., Bauer, E.A.,およびGoldberg, G.I., 198
8, J. Biol. Chem. 263, 6579-6587; Fessler, L.I., D
uncan, K.G., Fessler, J.H., Salo, T.,およびTryggva
son, K., 1984, J. Biol. Chem. 259, 9783-9789 )。
ゼラチン分解活性がこの酵素に関連することも示されて
いる(Collier, I.E., Wilhelm, S.M., Eisen, A.Z., M
armer, B.L., Grant, G.A., Seltzer, J.L., Kronberge
r, A., He., C., Bauer, E.A.,およびGoldberg, G.I.,
1988, J. Biol. Chem. 263, 6579-6587; Hoyhtya, M.,
Turpeenniemi-Hujanen, T., Stetler-Stevenson, W., K
urtzsch, H., Tryggvason, K.,およびLiotta, L.A., 19
88, FEBS Letters 233, 109-113; Murphy, G., McAlpin
e,C.G., Poll, C.T.,およびReynolds, J.J., 1985, Bio
chem. Biophys. Acta 831, 49-58 )。同様に、V型コ
ラーゲン分解活性も示されている(Collier, I.E.,Wilh
elm, S.M., Eisen, A.Z., Marmer, B.L., Grant, G.A.,
Seltzer, J.L., Kronberger, A., He., C., Bauer, E.
A.,およびGoldberg, G.I., 1988, J. Biol.Chem. 263,
6579-6587; Murphy, G., McAlpine, C.G., Poll, C.T.,
およびReynolds, J.J., 1985, Biochem. Biophys. Acta
831, 49-58 )。IV型コラーゲナーゼはヒトメラノー
マ(黒色腫)細胞から精製されており、そして全タンパ
ク質アミノ末端における配列情報はトリプシンおよび臭
化シアンのペプチド断片と同様に得られる(Hoyhtya,
M., Turpeenniemi-Hujanen, T., Stetler-Stevenson,
W., Kurtzsch, H., Tryggvason, K., およびLiotta, L.
A.,1988, FEBS Letters 233, 109-113 )。配列情報は
IV型コラーゲナーゼが間質コラーゲナーゼおよびスト
ロメリシンに対する限定された配列相同性を示すことを
明らかにする。最近の報告はH−ras変性ヒト気管上
皮細胞により分泌されたメタロプロテイナーゼに対して
部分的なcDNAクローンを特徴づけた(Collier, I.
E., Wilhelm, S.M., Eisen, A.Z., Marmer, B.L., Gran
t, G.A., Seltzer, J.L., Kronberger, A., He., C., B
auer, E.A.,およびGoldberg, G.I., 1988, J. Biol. Ch
em. 263, 6579-6587 )。変性気管上皮酵素は特にIV
型コラーゲンの減成に有効で、そして推定されたアミノ
酸配列はヒト腫瘍IV型コラーゲナーゼのトリプシンお
よび臭化シアン断片に対して報告されたものと一致して
いることを示す(Hoyhtya, M., Turpeenniemi-Hujanen,
T., Stetler-Stevenson, W., Kurtzsch, H., Tryggvas
on, K., およびLiotta, L.A., 1988, FEBS Letters 23,
109-113)。このように、ヒトメラノーマ細胞のIV型
コラーゲナーゼはH−ras変性ヒト気管上皮細胞の酵
素と一致すると考えられ、それは繊維芽細胞(Collier,
I.E., Wilhelm, S.M., Eisen, A.Z., Marmer, B.L., G
rant, G.A., Seltzer, J.L., Kronberger, A., He.,
C., Bauer, E.A.,およびGoldberg, G.I.,1988, J. Bio
l. Chem. 263, 6579-6587 )および骨細胞外植体(Murp
hy, G., McAlpine, C.G., Poll, C.T., およびReynold
s, J.J., 1985, Biochem. Biophys.Acta 831, 49-58 )
からも発見されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明はマトリックス
メタロプロテイナーゼ阻害剤として有用な特定のアミノ
酸配列を有するペプチドの提供を課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】発明の要約 ヒト黒色腫細胞から精製されたIV型コラーゲナーゼの
酵素前駆体の全アミノ酸配列が今分析され、そして該酵
素の種々のドメインに相当する一連の阻害性合成ペプチ
ドが調製された。これらのドメインは活性化の間にプロ
酵素から切断される80残基のアミノ末端;システイン
に富む(システインリッチ)内部ドメイン;ヒスチジン
含有領域;およびカルボキシ末端から領域159残基を
包含する。これらのドメインからのペプチドはIV型コ
ラーゲナーゼ分子内の特定のドメインに対する抗体を生
成するために使用された。本発明において、抗体、直接
アミノ酸配列分析、およびペプチドはa)基質との結合
および相互作用に関与する酵素の領域、およびb)有機
水銀化合物p−アミノフェニル水銀アセテートでの酵素
前駆体活性化の間に生成される主なIV型コラーゲナー
ゼ変換体の構造を決定するために使用された。
【0005】有機水銀化合物、pAPMAによるIV型
コラーゲナーゼプロ酵素活性化は、結果として62kD
aの安定な活性酵素種を生じるアミノ酸80個のアミノ
末端断片の自触的除去を伴うことが発見された。さら
に、これらのデータはIV型コラーゲナーゼがその他の
細胞外マトリックス分解性メタロプロテイナーゼのアミ
ノ末端領域と配列相同性だけでなく機能的ドメイン同一
性を有することを示す。
【0006】下の図8および9に示されるように、アミ
ノ末端ペプチド(残基1−80)はIV型コラーゲナー
ゼ活性化の間に切除される。この発見により、このペプ
チドが、活性部位をブロックしそして酵素を不活性にす
る内在酵素阻害剤を含むという可能性が高まった。従っ
て、活性化の間の上記アミノ末端断片の除去はこの阻害
剤を除去するであろうし、そして活性部位を露出する。
この阻害に関与する重要な領域は対になっていないシス
テイン残基を含む図10においてボックスで囲まれた領
域である。この領域はその他のマトリックスメタロプロ
テイナーゼにおいて保存された性質を示し、そしてCh
ou−Fassmanによる分析法によりベータターン
コンホメーションの高い可能性を有する。さらに、この
配列内の対になっていないシステイン残基が酵素の活性
部位においてメタロイオンと非共有結合的に相互作用す
ると仮定することは正当だった。従って、有機水銀活性
化(APMAがスルフヒドリル残基に結合することは知
られている)がこの相互作用を乱し、そして阻害剤断片
が活性部位に接近しないようにするコンホメーション変
化を引き起こすであろう。この全く新しい仮説を試験す
るために、アミノ末端残基1−87における一連の重複
領域に相当する合成ペプチドが調製された。下の図11
および12ならびに表4に示されるように、対になって
いないシステインを含む保存領域を含有するそれらのペ
プチドだけが0.1mM未満の濃度で強く阻害性だっ
た。システインは活性のために必要だった。それ故に、
これらのペプチドはメタロプロティナーゼのための阻害
剤の全く新しいクラスを構成する。
【0007】要するに、この分析に基づく発見はa)酵
素が潜在状態にあるとき該酵素の活性部位をブロックし
得る内在性酵素阻害剤を構成する型プロコラーゲナーゼ
のアミノ末端近傍の領域、およびb)基質との結合およ
び相互作用に関与する酵素の中央近傍の領域の確認を導
いた。これらの領域に相同なペプチドは新規マトリック
スメタロブロティナーゼ阻害剤を構成する。具体的に本
発明は以下のとおりのものである: (1)以下の配列からなる群:VAAHEFGHAMG
LEHSQ、VAAHEFGAAMGLEHSQ、VA
AHELGHSLGLSHST、VAAHEIGHSL
GLFHSA、VVAHELTHAVTDYTAGおよ
びAAHEEICTTNEGVMから選択されるゼラチ
ナーゼまたはコラーゲナーゼを阻害する精製および合成
ペプチド。 (2)ゼラチナーゼまたはコラーゲナーゼを阻害する配
列AAHEまたはVAHEを含む上記(1)記載の精製
および合成ペプチドの断片。 (3)担体中の上記(1)または(2)記載のペプチド
である物質の組成物。
【0008】図面の簡単な説明 図1は腫瘍細胞により分泌されたヒトIV型プロコラー
ゲナーゼの全アミノ酸配列を示す。図2はドメインにま
とめられたIV型プロコラーゲナーゼとプロストロメリ
シンとプロコラーゲナーゼIとのアミノ酸相同性の比較
を示す。 図3 (A)抗ペプチド抗体Al−17のエリザ確認。
IV型プロコラーゲナーゼのアミノ末端残基1ないし1
7に相当する合成ペプチドが合成され、そして抗原とし
て使用された。ペプチド−ウシ血清アルブミン複合体は
このエリザにおいて被覆抗原として使用された。 (B)抗ペプチド抗体A472−490のエリザ確認。
IV型プロコラーゲナーゼの内部残基472−490に
相当する合成ペプチドが合成され、そして抗原として使
用された。ペプチド−ウシ血清アルブミン複合体はこの
エリザにおいて被覆抗原として使用された。 (C)競合エリザアッセイは各々の抗体に対して適当な
ペプチドを用いて行われた。ペプチド−ウシ血清アルブ
ミンは被覆抗原として使用され、そして遊離ペプチドは
競合抗原として使用された。 (D)粗製およびゼラチンアフイニティ精製IV型プロ
コラーゲナーゼのウエスタンブロット。Al−17とイ
ムノブロットされた粗製IV型プロコラーゲナーゼ(A
2058黒色腫細胞調整培地20μl,列A)、A47
2−490とイムノブロットされた精製IV型コラーゲ
ナーゼ(30ng,列C)が示されている。 図4はIV型コラーゲナーゼの基質IV型コラーゲンに
結合する該コラーゲナーゼに対するアッセイを示す。精
製IV型コラーゲナーゼは、微量滴定ウエルに被覆され
たペプシン消化IV型コラーゲンへの標識されたIV型
コラーゲナーゼの結合を競合させるために用いられた
(平均値±S.D.)。結合の飽和は増加する量の基質
を用いる下側の曲線に示されている。図5は示された合
成ペプチドによるIV型コラーゲナーゼ阻害のゼラチン
チモグラムを示す。ゼラチナーゼ活性は約70kDaの
位置に白色の明瞭なバンドとして可視化されている。こ
の白色の明瞭なバンドは阻害剤の存在下で消失してい
る。3重の試験が示されている。図6は示されたペプチ
ドによるIV型コラーゲンヘの標識IV型コラーゲナー
ゼの結合の阻害の例を示す。ヒスチジン含有ペプチドは
図2およぴ5に示されたIV型コラーゲナーゼのヒスチ
ジン含有ドメインに相同なフイブロネクチン中の領域か
ら誘導される。ヒスチジン残基は結合性競合に必要とさ
れる。図7はゼラチンチモグラムおよびウエスタンブロ
ッティングにより続けられたIV型プロコラーゲナーゼ
のpAPMA活性化に対する時間経過を示す。A205
8黒色腫細胞調整培地の一部20μlは示された時間
(分)1.0mM pAPMAの存在下で活性化され
た。反応はEDTAを10mMまで添加して停止され、
そして試料はゼラチンを含むか、または含まない9%ア
クリルアミドゲル上で電気泳動された。ゼラチンを含む
ゲルは電気泳動後チモグラムとして現像された。ゼラチ
ンを含まないゲルは電気泳動でニトロセルロースに移さ
れ、そして次に示されたアフィニティー(親和性)精製
抗体(1μg/ml)で免疫染色された。アミノ末端抗
原ドメインの損失は70kDa体から62kDa体への
pAPMA誘導変換の間に起こる。MWM,前染色され
た分子量マーカー。図8はIV型コラーゲン減成アッセ
イにより続けられた精製IV型コラーゲナーゼのpAP
MA活性化の時間経過を示す。精製IV型コラーゲナー
ゼ(23μg/ml)の一部10μlはpAPMA中に
1mMとされ、そして示された時間37℃で予備保温さ
れた。試料を次に50mMトリスHCl、0.15M
NaCl、5mM CaCl2、pH7.6の添加により
最終容量60μlまで希釈し、3 H−IV型コラーゲン
(ニュー・イングランド・ヌクレアー)を添加し、そし
て反応混合物を37℃で30分間保温した。試料は次に
3重にアッセイされた。最大活性は37℃での2.8μ
g減成IV型コラーゲン/h/精製酵素μgに相当す
る。図9は精製酵素の直接アミノ酸配列決定法により決
定されるIV型プロコラーゲナーゼの潜在および活性体
のアミノ酸配列を示す。pAPMA活性化の際の自触作
用の切断部位も示してある。書込みは精製潜在酵素(2
0ng,列A)および活性酵素(20ng,列B)の銀
染色NaDodSO4 −PAGEゲルでの明らかな分子
量を示す。図10はIV型プロコラーゲナーゼのアミノ
末端(残基1−110)(上段)、間質プロコラーゲナ
ーゼのアミノ末端(中段)およびプロストロメリシンの
アミノ末端(下段)を示す。切断部位からわずかに上流
の相同領域はボックスAで示されており、pAPMA活
性化に続く切断部位はボックスBで示されており、そし
てシステイン残基には下線を付してある。間質コラーゲ
ナーゼおよびストロメリシンのpAPMA活性化に続く
切断のその他の報告された部位は星印により示されてい
る。図11はペプシン消化IV型コラーゲンの精製活性
化IV型コラーゲナーゼによる切断の示された合成ペプ
チドによる投与量依存阻害を示す。ペプチドTMRKP
RCGNPDVANは0.1mMの濃度で酵素活性の8
0%を阻害する。より高い濃度は全ての酵素活性を消失
させる。図12は酵素阻害活性が試験されたペプチドの
比較を示す。ペプチドは図10に示されたアミノ末端配
列から誘導された。コア配列PRCGは、この配列のな
いベプチドが顕著な阻害活性を欠くという事実に基づい
て阻害活性に必要である。最少の配列必要条件のさらな
る精選は表2に列挙したペプチドを用いて行われた。図
13は、活性化に際してヒトIV型プロコラーゲナーゼ
から切断されるアミノ末端ペプチドの80個のアミノ酸
配列をコード化するヒトIV型プロコラーゲナーゼのた
めのヒトcDNAクローンの部分のヌクレオチド配列を
示す。
【0009】発明の詳細な説明 マトリックスメタロプロテイナーゼを阻害する能力を有
するペプチド配列を提供することが本発明の目的であ
る。マトリックスメタロプロテイナーゼの存在の同定に
使用するための抗体を提供することが本発明の別の目的
である。活性化マトリックスメタロプロテイナーゼによ
り引き起こされる組織破壊から生じる組織損傷に罹患し
た患者を治療する方法を提供することが本発明の別の目
的である。
【0010】ヒトIV型コラーゲナーゼの全アミノ酸配
列は図1に示されている。この配列はこのタンパク質が
図2に示される一連のドメインに分割され得ることを示
す。約1kbの断片によりコード化されるシステインリ
ッチ(12システイン残基)ドメインはその他の配列決
定されたメタロプロテイナーゼ例えばI型コラーゲナー
ゼおよびストロメリシンと願著な相同性がない。しかし
なから、このシステインリッチ領域はフィブロネクチン
と顕著な相同性を示す。システインリッチ配列がメタロ
プロテイナーゼ活性においてその機能的役割を直接試験
されたことはこれまで決してなかった。システインに富
む領域(残基200−370)から誘導されたペプチド
は酵素基質結合を阻害し、そして本発明の実施態様と見
なされる。IV型コラーゲナーゼの他の3つのドメイン
はその他のマトリックスメタロプロテイナーゼと顕著な
相同牲を示す(図2)。特に、「MBD」と表記され、
そして図2に示されている残基371ないし386の領
域はサーモリシンを含む3種全てのマトリックスメタロ
プロテイナーゼ中に密接な相同配列を有する。実際の結
晶化されたサーモリシンにおいて、この領域は酵素の推
定上のZn結合ドメインに関連する。しかしながら、M
BD配列はメタロプロテイナーゼ活性においてその機能
的役割を直接試験されたことはこれまで決してなかっ
た。本発明において、(a)これらの領域から誘導され
た合成ペプチドおよび(b)これらの領域に対して指示
されたアフイニティー精製抗体はゼラチナ−ゼおよびI
V型コラーゲナーゼ活性をブロックする阻害剤を構成す
る。さらに、概説したIV型コラーゲナーゼドメインに
相同なフィブロネクチンから誘導されたペプチドはま
た、その基質へのIV型コラーゲナーゼの結合を阻害す
る。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明のマトリックスメタロプロ
テイナーゼ阻害剤は不適当な血管形成、関節炎、腫瘍増
殖、侵入および転移、および肉芽腫性炎症状態例えばサ
ルコイドーシスの治療に使用され得る。これらの状態に
おいて、産生された酵素の量および図11に示されるよ
うな活性酵素を90%以上阻害するのに必要なペプチド
阻害剤の量を見積もることは可能である。阻害性ペプチ
ドの治療的投与量は10−250mg/kg/dの許容
できる薬学的範囲であり、より好ましくは25−100
mg/kg/dの範囲である。投薬される患者の投与量
は該患者において産生される酵素の量、該患者の状態お
よび体格に依存するであろう。阻害剤は注射として、ま
たは血流中に速やかに移行するあらゆる手段により投与
され得る。凍結乾燥粉末は「飲み込まれ」てもよい。経
頬または舌下投与のための調剤も与えられ得る。呼吸器
に欠陥を有する患者のために、ペプチドは吸入により投
与され得る。エアロゾルがこの目的のために特に有用で
ある。目の異常に対して、ペプチドは点眼薬として投与
されてもよい。
【0012】
【実施例】実施例1 ヒスチジン含有ペプチド阻害剤 IV型コラーゲナーゼの残基371−386(MBD領
域)に相当する合成ペプチドは、ゼラチナーゼおよびコ
ラーゲナーゼIV型活性を消失させる。これはゼラチン
酵素電気泳動像(チモグラム)を使用した図5に示され
ている。さらに、これらのドメインを認識するアフィニ
ティ精製抗体もまたゼラチナーゼおよびコラーゲナーゼ
IV型活性を阻害する。これらのペプチドの作用メカニ
ズムは、少なくとも一部分、IV型コラーゲンヘのIV
型コラーゲナーゼの結合を完成させるそれらの能力に帰
している(図6)。メタロプロテイナーゼペプチド阻害
剤は、IV型コラーゲナーゼの残基371−386での
ヒスチジン含有ドメインと実質的な相同関係を持つタン
パク質ペプチドを有している。該クンパク質ペプチドは
メタロプロテイナーゼのゼラチン分解およびコラーゲン
分解活性を阻害する。メタロプロテイナーゼ阻害剤のク
ンパク質ペプチドは好ましくは活性のための少なくとも
ヒスチジン残基を含有する。メタロプロテイナーゼ阻害
剤のタンパク質ペプチドの一つの望ましい具体例は、ヒ
スチジン含有配列を持ち、該配列は、VAAHEFGH
AMGLEHSQ,VAAHEFGAAMGLEHS
Q,VAAHELGHSLGLSHST,VAAHEL
GHSLGLSHST,VAAHEIGHSLGLFH
SA,VVAHELTHAVTDYTAGおよびフィブ
ロネクチンペプチドAAHEEICTTNEGVMより
なる群から選択されたメンバーである。後者のペプチド
が有効でヒスチジン残基を必要としたので、コア配列A
HEは本発明の一主要具体例の最小抗原決定基であるこ
とが決定された。保存残基領域中のアミノ酸を置換する
ことにより、図5および図6に示すように、ペプチドの
阻害活性のためにヒスチジン残基が幾分必要であること
が判明した。全3個のヒスチジンがアラニンで置換され
た場合、ペプチドは完全に不活性となった。しかしなが
ら、中央のヒスチジンのみがアラニンで置換された場
合、阻害活性は残された。さらに、2個のグルタミン酸
(E)残基をグルタミン(Q)で置換することは、ペプ
チドの阻害活性を改変した。これらの阻害性ペプチド
は、IV型コラーゲン基質またはゼラチン基質における
解裂部位と相同関係を持たない。それらの作用メカニズ
ムには、金属イオンと相互作用できるプロテイナーゼの
領域内の酵素−基質相互作用の干渉が含まれ、そのよう
な相互作用は基質解裂にとって必要である。その活性ペ
プチドはIV型コラーゲナーゼ活性を消失させるペプチ
ド濃度下で、サーモリシンのゼラチン分解活性を部分的
に阻害した。活性ペプチドは、プラスミンおよびトリプ
シンを含めて試験された多様なセリンおよびチオールプ
ロテアーゼ類または「非メタロプロテイナーゼ類」を阻
害しなかった。表1は、発明者らによる機能的研究に基
づいて、また他のメタロプロテイナーゼとの相同性比較
に基づいて図1中の配列から選択された、マトリックス
メタロプロテイナーゼの阻害剤の候補として試験された
アミノ酸置換を含む合成ヒスチジン含有ペプチドのリス
トである。
【0013】
【0014】方法 ゼラチン酵素電気泳動像 ストック溶液および下記混合操作を用いて、ゼラチナー
ゼ活性の目視のためのゼラチン酵素電気泳動像が作成さ
れた。
【0015】ストック溶液 混合操作 a)2MトリスHCl dH2 O800ml中にトリス塩基242gを入れ pH8.8 濃塩酸でpH8.8に調整し、1lに稀釈する。 b)0.5Mトリス dH2 O80ml中にトリス塩基6.05gを入れ pH6.8 濃塩酸でpH6.8に調整し、100mlに稀釈す る。 c)30%アクリルアミド アクリルアミド100gにビスアクリルアアミド +0.8%ビスアクリ 2.4gを加え、水を充分に加えてアクリルアミド ルアミド を溶解する。333mlに稀釈し、アルミホイル被 覆ボトル中4℃で貯蔵する。 d)10%SDS SDS100gをdH2 Oに溶解し、最終容量1l に稀釈する。 e)10%過硫酸アンモニ 過硫酸アンモニウム1gにdH2 Oを加えて最終容 ウム 量10mlにする。4℃で貯蔵。 f)10×電極緩衝液 dH2 O600mlにグリシン144gを溶解し、 2MトリスHCl,pH8.8,125mlおよび 10%SDS100mlを加える。最終容量1lに 稀釈する。 g)5×試料緩衝液 0.5MトリスHCl,pH6.8,2.5mlに ブロモフェノールブルー50mgを溶解し、10% SDS4ml,グリセロール2.5mlを加え,4 ℃で貯蔵する。 h)TEMED i)1%ゼラチン 蛇口から熱水流下で懸濁液を温めることによりdH 2 O100mlにゼラチン1gを溶解する。 j)ゲル染色溶液 30%メタノール,10%酢酸,0.1%アミドブ ラック10 k)脱染色溶液 30%メタノール,10%酢酸
【0016】操作 この実施例のために使用するゼラチンのチモグラム調製
の操作は下記の段階と試薬を利用した。 1)ゲルを形成する装置を集める。 2)重合のためにゲル溶液を解膠して準備する: 最終容量40mlの9%アクリルアミド:50mlのフ
ァルコン管に、 30%アクリルアミド,0.8%ビスアクリルアミド
12ml 10%SDS 0.4ml 2MトリスHCl,pH8.8 7.5ml 1%ゼラチン 4ml dH2 O 16mlを入れる。 3)混合後、10%過硫酸アンモニウム0.4mlを添
加し、再び混合する。 4)TEMED40μlで重合を開始し、混合し、そし
てゲル溶液32mlをゲル型中に注ぐ。 5)ブタノールで飽和した水で溶液上を覆い、30〜4
5分間重合させる。 6)重合の後、ゲル表面をdH2 Oで洗浄し、乾燥させ
る。 7)重合のための積層ゲル溶液を準備する:最終容量1
0mlの3%アクリルアミド:15mlのファルコン管
に、 0.5MトリスHCl,pH6.8 2.5ml 10%SDS 0.1ml 30%アクリルアミド,0.8%ビスアクリルアミド
1.0ml 10%過硫酸アンモニウム 0.1ml dH2 O 5.3mlを添加する。 8)積層ゲルの重合をTEMED40μlで開始し、そ
して混合する。 9)約6mlをゲル型中にの重合した流動性ゲルの上に
注ぎ、ウエルコームを挿入する。 10)コーム歯の底部から空気泡を除き、必要ならば追
加のゲル液を添加する。 11)積層ゲルを15〜20分間重合させる。 12)重合の後、積層ゲルからコームを取り除き、1×
電極緩衝液を両方の電極室に入れる。 13)空気をウエルとゲルの底部から取り除く。 14)試料を添加し、30ミリアンペア/ゲルで電気泳
動する。 15)電気泳動の終了後、ゲルを室温でゆっくり揺動し
ながら、2.5%トリトンX−100を2回交換して6
0分間にわたり洗浄する。 16)トリトンX−100の溶液を捨て、ゲルを1×コ
ラーゲン緩衝液中に置き、37℃で2〜4時間または室
温で一晩保温する。 17)保温期間後、0.1%のアミドブラック中で30
分間染色し、次に約90分間脱色する。 18)清浄になっている範囲は、ゼラチン分解活性に該
当する。種々の濃度の分離ゲルの調製を下に記載する。 最終容量40ml 6% 8% 9% 10% 30%アクリルアミド, 8ml 10.6ml 12ml 13.3ml 0.8 %ビスアクリルアミド dH2 O 20ml 17.4ml 16ml 14.7ml
【0017】溶解性コラーゲナーゼ検定 この実施例の溶解性コラーゲナーゼの検定のための操作
には下記の調製物を利用した。0.5Mトリス,2.0
M NaCl,0.05M CaCl2 ,2%Brij
35の最終濃度を得るように10×コラーゲナーゼ緩衝
液を調製する。1lを調製するために、 トリス 60.55g NaCl 116.88g CaCl2 7.35g Brij35 20g を一緒にする。次いで、dH2 O800ml中に溶解
し、濃塩酸を添加してpHを7.6に調整する。最終容
量を1lにし、濾過して殺菌する。10×細菌性コラー
ゲナーゼ(陽性対照)を調製して、最終濃度0.5%
(w/v)を得る。これは、細菌性コラーゲナーゼ(シ
グマ社製♯C−5138)10mgを1×コラーゲナー
ゼ緩衝液2mlに溶解し、100mlずつにして−20
℃で貯蔵することにより得られる。ウシ血清アルブミン
(輸送タンパク質)溶液を調製して、1×コラーゲナー
ゼ緩衝液中で0.5%(w/v)の最終濃度にする。こ
れは、ウシ血清アルブミン100mgを1×コラーゲナ
ーゼ緩衝液20mlに溶解し、1mlずに分けて−20
℃で貯蔵することにより得られる。トリクロロ酢酸−タ
ンニン酸−プロリン溶液(TCATAP)を調製して、
10%TCA、0.5%タンニン酸、2mMプロリンの
最終濃度にする。これは、100%トリクロロ酢酸溶液
10ml、5%タンニン酸溶液10mlおよび200m
Mプロリン液1mlを一緒にし、100mlの最終容量
に稀釈し、4℃で貯蔵し、そしてこの溶液を4週毎に取
り替えることにより得られる。
【0018】操作 1.酵素試料活性化剤(通常は1mMのpAPMA)と
試験液を1.5mlのエッペンドルフ管に入れる。一緒
にした容量は60μlでなければならない。必要ならば
1×コラーゲナーゼ緩衝液を添加する。必要ならば前保
温する。 2. 3H−IV型コラーゲン(NEN♯NET−931
ロット♯2511−018)の貯蔵品をコラーゲナーゼ
緩衝液で1:120に稀釈することによりIV型コラー
ゲン基質を製造する。55℃で10分間加熱し、氷上冷
却する。 3.稀釈した 3H−IV型コラーゲンの溶液5μlを、
各々の検定管に入れる。攪拌して混合し、28℃で4時
間保温する。 4.保温の終了時点で、輸送BSAの溶液2μlとTC
ATAPの溶液を添加する。攪拌して混合し、少なくと
も10分間氷上に置く。 5.速度を6に設定して、マイクロフュージ中10分間
遠心分離することにより沈殿をペレット状にする。ペレ
ットの位置がわかるように、試験管をマイクロフュージ
に入れるときに方向づけをする。 6.遠心分離の直後に、上澄み液55μlを吸い取り、
シンチレーション瓶中に入れる。シンチレーション混合
液57mlを添加し、十分に震盪し、そして計数する。
【0019】実施例2 システインを含有するペプチド阻害剤 単一特異性抗体の製造に使用するために、A2058メ
ラノーマ細胞IV型プロコラーゲナーゼのアミノ末端配
列(残基1−17,APSIIKFPGDVAPKT
D)ならびに内部ドメインの配列(残基472−49
0,DKPMGPLLVATFNPELPEK)を合成
した。これらは下記の理由で選択された。酵素の直接配
列決定で得られ(Collier, I.E., Wilhelm, S.M., Eise
n, A.Z., Marmer, B.L., Grant, G.A., Seltzer, J.L.,
Kronberger, A., He., C., Bauer, E.A.,およびGoldbe
rg, G.I., 1988, J. Biol. Chem. 263, 6579-6587; Hoy
htya,M., Turpeenniemi-Hujanen, T., Stetler-Stevens
on, W., Kurtzsch, H., Tryggvason, K.,およびLiotta,
L.A., 1988, FEBS Letters 233, 109-113 )、cDN
Aクローンから予測される配列に確認され(Collier,
I.E., Wilhelm, S.M., Eisen, A.Z., Marmer, B.L., Gr
ant, G.A., Seltzer, J.L., Kronberger, A., He., C.,
Bauer, E.A.,およびGoldberg, G.I., 1988, J. Biol.
Chem. 263, 6579-6587 )、そして他のメタロプロテイ
ナーゼと相同性を示さない領域から誘導されている。ア
フィニティ精製抗体は、直接エリザならびに競合実験を
使用して特徴づけられる。この抗体は、ウシ血清アルブ
ミンまたは無関係のペプチドとの交叉反応性は示さなか
った。アフィニティ精製抗体はIV型プロコラーゲナー
ゼを免疫沈殿する能力がある(Hoyhtya, M., Turpeenni
emi-Hujanen, T., Stetler-Stevenson, W., Kurtzsch,
H., Tryggvason, K., およびLiotta, L.A., 1988, FEBS
Letters 233, 109-113 )。ウエスタンブロット法は、
精製IV型コラーゲナーゼとのウエスタンブロッティン
グと同じく、両方の抗体がIV型プロコラーゲナーゼを
A2058で調製した媒体において単一のバンドとして
認識したということを示した。pAPMA活性化の時間
経過を、ゼラチンチモグラム分析、IV型コラーゲナー
ゼ検定およびイムノブロット上の両方のアフィニティ精
製抗体を使用して追跡した(図7)。A2058メラノ
ーマ細胞IV型コラーゲナーゼのゼラチンチモグラム
(図7)分析は、70kDダルトンの分子量を持つゼラ
チン分解活性の単一バンドを示した。1mMのpAPM
Aの存在下における37℃での保温は、ゼラチン分解活
性のこのバンドのより低い分子量の62kDへの漸進的
な変換をもたらした。この変換は10mMのEDTAの
存在下では完全に阻害され、添加するpAPMAの不在
下では起きなかった(図示せず)。精製したIV型プロ
コラーゲナーゼのIV型コラーゲナーゼ検定は、保温期
間における有機水銀化合物pAPMAの不在下ではコラ
ーゲン分解の活性を示さなかった。pAPMAを使用す
る保温により、酵素は活性化できた。コラーゲナーゼ検
定により測定されたように、pAPMAを使用する前保
温における活性化の時間経過は、完全なコラーゲン分解
活性が得られることを示している(図8)。抗体A47
2−490は、保温により、ゼラチンチモグラム(図
7)に示されたものに該当する時間依存の分子量減少を
示した。この変換は、60分迄に50%完了し、90分
迄に実質的に完了するように見える。アミノ末端エピト
ープに該当する抗体A1−17は、pAPMA活性化の
間の免疫染色における直接の減少を示した。これらの結
果は、有機水銀化合物を使用することによる潜在型から
安定な、活性コラーゲナーゼへの変換に従う明白な分子
量の減少がアミノ末端ペプチド配列の欠失の結果である
ことを示している。ゼラチン−アフィニティ精製IV型
プロコラーゲナーゼを、pAPMA活性化の前後両方の
逆相HPLCによりさらに精製した。クロマトグラム
は、潜在型または活性型保持時間に顕著な変化のないこ
とを示した。ピークを集め、NaDodSO4 −PAG
Eにより分析した時に、pAPMA活性化に先立つプロ
コラーゲナーゼのピークは、非還元条件下では約70k
Daの単一バンドを示した(図9,挿入)。pAPMA
活性化(16時間,37℃)の後のコラーゲナーゼのピ
ークは、非還元条件下で62kDaに単一バンドを示し
た(図3A)。pAPMA活性化の前のHPLC上のプ
ロコラーゲナーゼのピークから得られる物質を、直接ア
ミノ酸配列分析に供した。この物質はこの酵素のための
前に決めたものと同一であるアミノ末端配列を与えた
(図9)。HPLC精製後のpAPMA活性化物質の直
接配列分析は、単一の新規アミノ末端配列を示している
(図9)。これは、pAPMA活性化が約8kDaの分
子量低下と共に起こる潜在的酵素からのアミノ末端ペプ
チド断片の自触媒的脱離を伴うことを決定的に示してい
る。この切断は単一部位においてだけ起こる。なぜなら
ば、精製、活性化した酵素の多くの試料の配列を分析し
ても、他のアミノ末端アミノ酸の証拠が見いだされず、
そしてウエスタンブロッティングまたはゼラチンチモグ
ラム分析によって中間体の痕跡が見いだされないからで
ある。この研究の結果は、IV型コラーゲナーゼがコラ
ーゲン分解活性を得る前に活性化を必要とする潜在的酵
素前駆体の型で分泌されることを示している。有機水銀
化合物pAPMAにはこの活性化の能力がある。IV型
プロコラーゲナーゼの有機水銀活性化は、酵素前駆体型
のアミノ末端から80個のアミノ酸残基ペプチド断片の
除去による、より低い分子量の活性化型への変換を伴
う。pAPMAに晒した後、最大のコラーゲン分解活性
が速やかに得られる。安定なより低分子量型への完全な
変換に先立つこの活性への到達は、活性であるが不安定
種である酵素前駆体における構造転位と一致しており、
これは間質コラーゲナーゼとストロメリシンで報告され
ているとおりである(Stricklin, G.P., Jeffrey, J.
J., Rosewit, W.T.,およびEisen, A.Z., 1983, Biochem
istry 22, 61-68; Murphy, G.,Cockett, M.I., Stephen
s, P.E., Smith, B.J., およびDocherty, A.J.P., 198
7, Biochem. J. 248, 265-268)。活性化は高度に精製
したIV型コラーゲナーゼ酵素前駆体に起こる。かくし
て、有機水銀化合物の存在下における活性化は、pAP
MAそのものがペプチド結合を切断する能力に欠けるの
で自己分解的である有機水銀化合物による活性化のこの
自己触媒的機構は、間質コラーゲナーゼ(Grant, G.A.,
Eisen, A.Z., Marmer, B.L. Rosweit, W.T., およびGo
ldberg, G.I., 1987, J. Biol. Chem. 262, 5886-5889;
Whitman, S.E., Murphy, G., Angel, P., Rahmsforf,
H.-J., Smith, B.J., Lyons, A., Harris, T.J.T., Rey
nolds, J.J., Herrlich, P. およびDocherty, A.J.P.,
1986, Biochem. J. 240, 913-916)、およびストロメリ
シン(Wilhlem, S.M., Collier, I.E., Kronberger,A.,
Eisen, A.Z., Marmer, B.L., Grant, G.A., Bauer, E.
A.,およびGoldberg,G.I., 1987, Proc. Natl. Acad. Sc
i. U.S.A. 84, 6725-6729; Whitman, S.E.,Murphy, G.,
Angel, P., Rahmsforf, H.-J., Smith, B.J., Lyons,
A., Harris,T.J.T., Reynolds, J.J., Herrlich, P. お
よびDocherty, A.J.P., 1986, Biochem. J. 240, 913-9
16; Murphy, G., Cockett, M.I., Stephens, P.E., Sm
ith,B.J.,およびDocherty, A.J.P., 1987, Biochem. J.
248, 265-268; Sanchez-Lopez, R., Nicholson, R., G
ensel, M.C., Matrisian, L.,およびBreatnach, R.,198
8, J. Biol. Chem. 263, 11892-11899)のような他の細
胞外マトリックスを分解するメタロプロテイナーゼで示
されている。これら3種のメタロプロテイナーゼ、IV
型コラーゲナーゼ、間質プロコラーゲナーゼおよびプロ
ストロメリシンはアミノ酸レベルで顕著な相同性を示す
(Grant, G.A., Eisen, A.Z., Marmer, B.L. Rosweit,
W.T., およびGoldberg, G.I., 1987, J. Biol. Chem. 2
62, 5886-5889; Collier, I.E., Wilhelm, S.M., Eise
n, A.Z., Marmer, B.L., Grant,G.A., Seltzer, J.L.,
Kronberger, A., He., C., Bauer, E., およびGoldber
g, G.I., 1988, J. Biol. Chem. 263, 6579-6587; Wilh
lem, S.M., Collier, I.E., Kronberger, A., Eisen,
A.Z., Marmer, B.L., Grant, G.A., Bauer, E., および
Goldberg, G.I., 1987, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.
A. 84, 6725-6729; Saua, J., Quinones, S., Otani,
Y., Nagase, H., Harris, E.D., Jr.,およびKurkinen,
M., 1988, J. Biol. Chem. 263, 6742-6745; Whitman,
S.E., Murphy,G., Angel, P., Rahmsforf, H.-J., Smit
h, B.J., Lyons, A., Harris, T.J.T.,Reynolds, J.J.,
Herrlich, P. およびDocherty, A.J.P., 1986, Bioche
m. J.240, 913-916; Sanchez-Lopez, R., Nicholson,
R., Gensel, M.C., Matrisian,L.,およびBreatnach,
R., 1988, J. Biol. Chem. 263, 11892-11899)。これ
ら酵素のアミノ末端のアミノ酸配列が最大の相同のため
に一直線になっている場合(図10)、2つの相関性が
観察された。第一に、IV型コラーゲナーゼにおいて、
pAPMA(結果として安定な活性酵素となる)による
活性化の際のタンパク質自動分解の部位は、プロストロ
メリシン活性化および間質プロコラーゲナーゼ活性化の
主産生物について以前に報告されたものと同一の遺伝子
座にて発生する(Whitman, S.E., Murphy, G., Angel,
P., Rahmsforf, H.-J., Smith, B.J., Lyons, A., Harr
is, T.J.T., Reynolds, J.J., Herrlich, P.およびDoch
erty, A.J.P., 1986, Biochem. J. 240, 913-916; Murp
hy, G., Cockett, M.I., Stephens, P.E., Smith, B.
J.,およびDocherty, A.J.P., 1987, Biochem. J. 248,
265-268)。pAPMA処理に続くタンパク質自動分解
の同様な部位はプロストロメリシンについて(Wilhlem,
S.M., Collier, I.E., Kronberger, A.,Eisen, A.Z.,
Marmer, B.L., Grant, G.A., Bauer, E.A.,およびGoldb
erg, G.I., 1987, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 84,
6725-6729 )および間質プロコラーゲナーゼについて
(Grant, G.A., Eisen, A.Z., Marmer, B.L. Rosweit,
W.T., およびGoldberg, G.I., 1987, J. Biol. Chem. 2
62, 5886-5889 )の他の文献により報告されている。第
二に、全ての3つの酵素の活性化の間に除かれるアミノ
末端ペプチド断片は奇数個のシステイン残基を含む。I
V型プロコラーゲナーゼにおいて、3種のシステイン残
基が除去されたペプチド断片の中に存在する;Cys−
31,Cys−36およびCys−73。間質プロコラ
ーゲナーゼおよびプロストロメリシンにおいては、IV
型プロコラーゲナーゼにおけるCys−73に相当する
1個のシステイン残基が除去されたペプチド断片の中に
存在する。従って、潜伏メタロプロテイナーゼにおける
奇数個のシステイン残基からpAPMA活性化形態にお
ける偶数個のシステイン残基への変換は全て3つの酵素
において共通の特徴であると思われる。不対システイン
の除去は機能的に重大なものであろう。最後に、3つの
全ての酵素は高度保存領域をアミノ酸配列PRCGVP
DVよりなる活性化座の直上流に含む。この配列は間質
コラーゲナーゼおよびストロメリシンのプロペプチドに
おいて不対システイン残基(Whitman, S.E.,Murphy,
G., Angel, P., Rahmsforf, H.-J., Smith, B.J., Lyon
s, A., Harris, T.J.T., Reynolds, J.J., Herrlich,
P.およびDocherty, A.J.P., 1986, Biochem. J. 240, 9
13-916)、そして相同によりIV型コラーゲナーゼプロ
ペプチドにおいて不対システイン(存在する3種以外の
もの)を含む。最近の報告はラット・トランシンの部位
特異的突然変異誘発研究(ヒトストロメリシンの相同)
により、このメタロプロテイナーゼ族の自動活性化にお
けるこの保存領域の重要性を示している。この配列にお
いて突然変異を含む組換えトランシン形態は本来の配列
と比較した場合、より高速度の自発活性化を示した(Sa
nchez-Lopez, R., Nicholson, R., Gensel, M.C., Matr
isian, L.,およびBreatnach, R., 1988, J.Biol. Chem.
263, 11892-11899)。そこで、本発明者はIV型プロ
コラーゲナーゼ活性化遺伝子座に関連した多くの小ペプ
チドをIV型コラーゲナーゼ酵素活性を阻害する能力に
ついて試験するためにゼラチンチモグラム技術を使用し
た。図11および図12に示されるように、不対システ
インを含む保存領域(PRCGVPDV)を組み入れた
ペプチドのみが0.1mM未満の濃度にて強く抑制性で
あった。システインは活性のために必要とされた。表2
は、阻害活性を保持する最小のペプチド配列が実際には
ペンタペプチドRKPRCであることを示した。
【0020】 ────────────────────────────── 表 2 IV型コラーゲナーゼの阻害のための最小ペプチド配列 および必須配列 ペプチド♯ 配列 阻害(a) ────────────────────────────── 74 TMRKPRCGNPDVAN + 78 TMRKPRSGNPDVAN − 82 KPRCG- 85 MRKPRCG+ 86 KPRCGNP- 88 RKPRC+ 93 RQPRC+ 94 RKARC+ 95 QKPRC- 101 RKPQC- 106 KKPRC+ 107 RKPKC+ 108 RKLRC+ ──────────────────────────────(a) 阻害活性は、実施例1に記載したゼラチンチモグラム法の変 法を用いて評価した。全てのペプチドは1mg/mlの最終濃度 にて試験した。 ──────────────────────────────
【0021】さらに表2におけるデータは、ペプチド阻
害剤活性は臨界のシスティニル残基をフランキングする
特定の荷電配列要素を必要とすることを示す。明確に
は、保存領域の2つのアルギニル残基は阻害活性のため
に重要であると考えられた。これらの位置での極性不荷
電残基との置換(RからQ)は活性の損失の結果となっ
た。しかしながら、これら2つのアルギニル残基の間の
プロリル残基およびリシル残基はグリシル残基と置き換
わることができ、そしてこれらペプチドは阻害活性を保
持したであろう。このことは、この領域の局所配座にと
って重要であり得るリシル残基およびプロリル残基(Sa
nchez-Lopez 等, 1988 )は阻害相互作用に直接には関
与しないことを示唆する。従って、IV型コラーゲナー
ゼのプロ酵素断片は、マトリックスメタロプロテイナー
ゼ族の他のメンバーと共有する保存領域を含む。この配
列は活性化されたIV型コラーゲナーゼを阻害すること
が可能である。この阻害剤配列は、必須システィニル残
基に関して位置−1および−4に荷電された2個の陽性
残基を含む特定のフランキングペプチド配列中に不対シ
スティニル残基の存在を必要とする。この阻害剤による
酵素活性の阻害は、酵素活性のための2つの要素、定ま
ったペプチド配列中の不対システィニル残基を必要とす
る点において特異的であると考えられる。これらのデー
タは、プロ酵素断片中に存在するRKPRC配列がシス
ティニル残基と活性部位にて配位した金属原子との相互
作用を通して酵素の内因性阻害剤として振る舞うという
新規な仮説を支持する。さらに、システィニル残基に隣
接した位置でのアミノ酸置換はペプチドのIV型コラー
ゲナーゼ活性を妨げる能力を消失させることができるの
で、不対システィニル残基を囲む配列は、この阻害相互
作用を促進すると考えられる。これらの結果は潜伏コラ
ーゲナーゼ遺伝子族酵素の構造およびそれらの活性につ
いて統一する仮説に統合することができる。酵素前駆体
形態は酵素活性部位との相互作用をして触媒活性を阻止
する保存配列MRKPRCGN(V)PDVを含むプロ
酵素断片の結果である。この相互作用は亜鉛原子の配位
を通してシスティニル残基の不対スルフヒドリル側鎖に
より安定化される。従って、システィニル残基−金属原
子配位を妨げる全ての因子は結果としてプロ酵素断片の
酵素活性およびこれに続く自動触媒的除去に帰する。こ
れは、金属原子−スルフヒドリル配位のために直接競合
する試薬、例えば有機水銀試薬により達成される。ま
た、金属原子配位の崩壊に帰する臨界システィニル残基
を囲むプロ酵素断片の立体配座を妨げるカオトロピック
因子によっても達成され得る。また、非タンパク質分解
組織活性物質、例えばTyree 等, 1981(Archiv. Bioche
m, Biophys. 208, 440-443)により記載されたものは、
これらの酵素を、提示されたように、誘発配座転位の機
構により活性化する。本発明の別の好ましい態様は、I
V型プロコラーゲナーゼ酵素のプロペプチド配列1−8
0により具体化される。これは不対システイン残基を組
み入れた内因性阻害剤配列RKPRCを含む。加えて、
この80アミノ酸ペプチドのアミノ末端は内部ジスルフ
ィド結合を含み、そしてこのペプチドはまた腫瘍細胞表
面結合部位を含む。80merペプチドは、例えば合成
化学によるか、または組換え手段により製造されるが、
従って少なくとも3つの理由のために阻害剤としての利
点を有する。第一に、阻害配列の二次構造が正確に再生
されるので、その阻害活性はモルベースでペプチドに比
べ高い。第二に、組換え80merペプチドタンパク質
はアミノ末端でのジスルフィド結合の存在により、より
大きいインビボ安定性(より長い半減期)を有する。第
三に、80merは細胞結合部位を含むので、有害なタ
ンパク質分解が起きる腫瘍細胞の表面を標的とすること
ができる。図13は、活性化の際、ヒトIV型プロコラ
ーゲナーゼから開裂するアミノ末端ペプチドの80アミ
ノ酸配列をコードするヒトIV型プロコラーゲナーゼに
ついてヒトcDNAクローンの部分のヌクレオチド配列
を示す。このヌクレオチド配列(または普遍的遺伝子コ
ードに従い同一のアミノ酸配列を特定する全ての他の配
列)を有するDNA断片は種々の組換えタンパク質産生
システムにおいてマトリックスメタロプロテイナーゼの
阻害剤としての用途のための80merを産生するため
に使用することができる。また、このヌクレオチド配列
を有するDNA断片はヒトゲノムに由来するが、哺乳動
物の中に組換え表現ベクターの部分としてマトリックス
メタロプロテイナーゼの80mer阻害剤の産生の内部
遺伝子源を産生するために配することができる。
【0022】方法 培養方法 ヒトA2058黒色腫細胞を、10%ウシ胎児血清を入
れたDMEM中において80%集密にまで増殖した。そ
の後、培地を無血清DMEMと置き換え、そして培養を
24時間続行した。無血清ならし培地を集め、そして−
20℃での貯蔵の前に限外濾過(アミコンYM30メン
ブラン)により濃縮した。 IV型プロコラーゲナーゼの精製 IV型プロコラーゲナーゼをヒトA2058黒色腫細胞
濃縮ならし培地から直接、0.05MトリスHCl、
0.005M CaCl2 、0.5M NaCl、0.
02%Brij35(シグマ)を含むpH7.6の緩衝
液(TCS緩衝液)中のゼラチン−セファロース(シグ
マ)アフィニティクロマトグラフィにより精製した。
0.02%Brijと7%ジメチルスルホキシドとを含
むTCS緩衝液を使用して酵素を溶離した。その後、試
料を濃縮し、そして同じ緩衝液中で−70℃にて使用す
るまで保存した。さらにIV型プロコラーゲナーゼをア
ミノ酸配列分析の前に、0.1%トリフルオロ酢酸中で
平衡化され、0.46×10cm RP300カラム
(ピース社製)を備えたDionex A1400シス
テムで逆相HPLCにより精製した。カラムは60%ア
セトニトリルに対して線形勾配となるように溶離した。 合成ペプチドに対する抗体の製造 免疫感作において使用されたペプチドをバイオサーチ9
600ペプチドシンセサイザーにより合成した。抗体を
実施例3に記載したように製造し、そして精製した。抗
体製剤は図3に示すように市販のエリザ(ELISA)
キット(キルケガード・アンド・ペリー・ラボラトリー
ズ)イムロン2プレート(ダイナテック社)を使用して
エリザによる特徴づけた。 有機水銀によるIV型プロコラーゲナーゼの活性化 0.05N NaOH中の0.01M p−APMAの
貯蔵溶液を毎日新たに製造した。プロ酵素試料を最終濃
度0.5または1.0mM p−APMAで時間を変え
て(0−16時間)37℃にて保温した。保温に続い
て、試料を直接、0.1%ゼラチンを含む9%アクリル
アミドゲル上でNaDodSO4 −PAGEにより分析
した(ゼラチンチモグラム)。あるいは、試料を9%N
aDodSO4 −PAGE上で走査し、そしてイモビロ
ンPメンブラン(ミリポア)の上に電気的に斑点づけを
行った。 IV型コラーゲン分解活性の分析 IV型コラーゲナーゼ活性を実施例1に記載されている
ように、阻害ペプチドの存在下で分析した。使用した基
質は 3H−プロペニル化ヒトIV型コラーゲン(ニュー
イングランド・ヌクレア)である。反応は28℃にて4
ないし16時間行った。
【0023】実施例3 抗体認識メタロプロテイナーゼペプチド アミノ末端(残基1−17)からカルボキシ末端(残基
472−490)近傍の内部領域に伸びるIV型プロコ
ラーゲナーゼの連続領域に相当する合成ペプチド(図
1,表3)は、本来のIV型プロコラーゲナーゼに対し
てそれらの個々の領域を認識したアフィニティ精製ポリ
クローナル抗体を生じる抗原として使用された。
【0024】
【0025】固相合成ペプチドに結合した抗体は液相ペ
プチドにより競合される可能性があるということを示す
ために酵素結合イムノソルベントアッセイ(エリザ)が
使用され、そして各々のアフィニティ精製抗体は単一特
異性であった(図3)。有機水銀活性化法の経時的なウ
エスタンイムノブロッティング研究は、抗体が精製形態
における、または培養液中で腫瘍細胞により分泌された
タンパク質の複合混合物中の、固相酵素を認識したとい
うことを示した(図3)。ウエスタンイムノブロッティ
ングは、低分子量形態への変換中のアミノ末端領域(残
基1−80)の直接的損失も示した(図7)。それ故
に、最初の1−80アミノ末端残基中のペプチド領域を
認識する抗体は、酵素の活性形態から潜伏体を区別する
ために使用することができる。表3中のペプチドを認識
する抗体は、ヒト血清およびヒト尿中のIV型コラーゲ
ナーゼ抗体を検出するための固相または液相の直接また
は競合イムノアッセイにおいて有用であることが示され
た。そのような抗体アッセイは局部または転移癌の診断
に有用である。抗体−ペプチド抗体は、免疫組織学によ
るヒト結腸癌の診断のために有用であることも示された
(表4)。表4は、表3のペプチドに対して導かれる抗
体が悪性腫瘍細胞に結合した酵素抗原を同定するために
使用することができるということを示すヒト結腸癌症例
における免疫組織学例の要約である。
【0026】 ────────────────────────────── 表 4 IV型コラーゲナーゼの免疫学的活性 抗ペプチド抗体 組織 陽性/全体 ────────────────────────────── 正常胃粘膜 0/20 胃癌 粘膜に限定 18/20* 粘膜下に侵入 20/20** 全厚に侵入 20/20** 正常結腸直腸粘膜 0/10 腫瘍正の結腸ポリプ 1/10 結腸直腸癌 粘膜に限定 1/10* 粘膜下に侵入 8/10** 全厚に侵入 18/20** ──────────────────────────────* 10−30%腫瘍細胞活性** 50−80%腫瘍細胞活性 ──────────────────────────────
【0027】方法 タンパク質ペプチド タンパク質ペプチドの合成は、標準メリフィールド固相
ペプチド合成プロトコルを使用して、バイオサーチモデ
ル9600ペプチド合成装置により行った。合成された
最初の配列は、図1に示すようにヒトIV型コラーゲナ
ーゼにおける残基371−386に正確に相当するVA
AHEFGHAMGLEHSQであった。3個のHis
残基および2個のGlu残基はAla残基を用いた種々
の組合せで置換され、そしてIV型コラーゲナーゼに関
するこの置換の効果およびチモグラムゼラチナーゼ活性
が検討された。
【0028】抗ペプチド抗体の調製 抗ペプチド抗体は下記工程に従って調製された。BSA
に対するペプチドの結合:ペプチド抗原性を形成するた
めに、BSAまたは他の抗原性タンパク質に共有結合的
に結合させなければならない。ペプチド2mgにPBS
1mlを加え、次いでBSA6mgにPBS4mlを加
える。これらの溶液を混合し、次いで0.25%グルタ
ルアルデヒド溶液5mlをこの混合物に加える。この結
果得られた溶液を室温で4時間攪拌し、次いで室温で一
晩PBS1lにより透析した。翌日、この溶液を6ml
に濃縮し、次いで免疫化のために1mlずつに分けた。 ウサギの免疫化:可能な限りの抗体の高力価を確保する
ため、全ての免疫化は完全フロイントアジュバントを使
用して行うべきである。最初の2回の注射のために、B
SA−ペプチド抱合体1mlおよびCFA1mlを乳化
し、次いで2匹のウサギの背中の約30箇所に乳化剤1
mlを用いて皮下注射する。第2の注射後、抱合体溶液
0.5mlをPBS0.5mlを用いて稀釈して乳化剤
を調製する。免疫化は2週間毎に行う。採血は免疫化の
前、および第3または第4の注射を始めるまでの注射の
間の週に行う。 ペプチド抗体親和性樹脂の調製:一旦、抗ペプチド抗体
血清が使用可能となれば、次工程は親和性精製工程を行
うことである。第1工程において、ペプチド抗体親和性
樹脂を調製する。アフィーゲル10(バイオラド社)約
10−12mlを、冷PBS40mlを用いて3回素早
く洗浄し、次いで冷PBSに再懸濁して全容量約20m
lを得る。同時に、ペプチド2mgをPBS1mlに溶
解し、次いで中程度に攪拌しながらアフィーゲル懸濁液
に加える。この結果得られた混合物を冷却状態で一晩穏
やかに攪拌する。翌日、0.2M溶液を調製するために
十分な1MトリスHCl(pH8.0)を加え、次いで
このゲルを冷却状態でさらに4時間攪拌する。このゲル
はPBS40mlを用いて3回洗浄後は抗体吸着が容易
である。 抗体の親和性精製:担体含有血清を30分間56℃で加
熱し、冷却し、次いでペプチド樹脂(これは予め準備さ
れ、かつ注入された過剰のPBSを含んでいた)と混合
する。冷却状態で一晩穏やかに攪拌後、ゲル懸濁液をカ
ラムに注入し、次いで冷1M酢酸をゲル容量の2倍用
い、続いてPBSをゲル容量の1倍用いて洗浄する。抗
体溶出液を6N NaOHで約pH7.0に調整し、次
いでこの結果得られた溶液を約5mlにダイアフロ(Y
M−30)濃縮し、緩衝液をPBSに変える。 樹脂への抗体カップリング:わずか1時間前に反応を停
止させるためにトリスを加え、次いで未使用の活性部位
を封止することにより抗体のカップリングを進めること
以外、操作は上記全く同一である。 イムノアッセイ:酵素結合イムノソルベントアッセイ、
ウエスタンブロッティング研究および免疫組織学は標準
的な慣用法を使用して行った。 上記のように選択され、次いで精製されたペプチドに対
するポリクローナルまたはモノクローナル抗体は、慣用
の方法により適する放射性酵素または蛍光標識を用いて
標識化することが可能であるが、これは当業者には明ら
かであろう。本文中に記載されたペプチド及び抗体を用
いる免疫学的分析は、慣用の免疫学的方法を使用し、か
つ非標識化、結合性または非結合性抗体またはペプチド
の手段を用いることにより、体液、組織抽出物または組
織部分を包含するいずれかのタイプの生物学的試料に対
して適用するができる。抗体またはペプチドは、適する
固相、例えば支持体、例としてミクロ滴定ウエルに結合
させることができる。IV型コラーゲナーゼのための前
記抗ペプチド抗体は、自然の全酵素に対して作成された
抗体を上回る十分な利点を有する(Tryggvason, K.およ
びLiotta, L.A., 米国特許第4677058号)。第一
に、それらはIV型コラーゲナーゼ(これは他の広く用
いられているメタロプロテイナーゼと同族ではない)に
特有の特定領域を認識する。これは非自明のことであ
り、かつIV型コラーゲナーゼのアミノ酸配列の大部分
は図2に示されるように他のメタロプロテイナーゼと非
常に同族的であるか、または同一でさえあるということ
に関する多くの問題を克服する。表3のペプチドに対し
て作られた抗体は他のメタロプロテイナーゼとIV型コ
ラーゲナーゼとを区別し、かつさらに活性化体を潜酵素
と区別し得る。この後者の特徴は、活性化酵素に対する
潜伏体の比率が病気の診断または予後における決定因子
である病的状態が存在し得るので非常に重要である。上
記の発明は、明確性および理解の目的のためにある程度
詳細に記載された。形態および細部についての種々の変
化および組合せが、本発明の範囲から逸脱することなく
なし得るということも当業者には自明であろう。特に、
本文中に記載されたペプチド阻害剤の側面(フランキン
グ)配列における変性がメタロプロテイナーゼ類の個々
のメンバーに対する安定性、活性または特異性を変え得
るということは当業者には自明である。例えば、図10
に示される活性化結合開裂部位の左側に対する特定配列
の選択は、IV型コラーゲナーゼに比べてストロメリシ
ンまたはI型コラーゲナーゼを好ましく阻害するための
阻害剤を生じさせ得る。これは、前記配列のこの領域は
異なるマトリックスメタロプロテイナーゼタイプ間でい
くつかの変異性を示すからである。非臨界領域における
アミノ酸のある種の置換の選択は、ペプチドの阻害性を
十分には変えないであろうということもさらに明らかで
ある。マトリックスメタロプロテイナーゼに対して特異
的な抗体のための免疫原または抗原として使用すべき合
成ペプチドの場合において、当業者は抗体結合部位によ
る認識に関する特異的アミノ酸配列が、4ないし6個の
アミノ酸の配列[これは抗体が使用されるべき環境(例
えば人間の生物学的検体)において他のタンパク質中に
存在することは知られていない]からなるということを
理解するであろう。最後に、組換えタンパク質ペプチド
は自然にペプチドまたは合成ペプチドに比べて活性を有
し得るということは従来技術において知られている。本
発明の態様は、それ故に明らかなごとく、合成ペプチド
化学により適する発現ベクター中に具合よく挿入された
適当なDNA断片または利用し得る自然源からの単離物
を使用して調製された。いくつかの場合には、本発明の
ペプチドは従来技術においてよく知られている標準法の
変法に基づいて精製し得る。
【0029】従来技術の記載および本開示を完全にする
目的で、本明細書においてこれまでに示した刊行物、特
許および特許願の各々は、それ故に、参照により本明細
書に編入される。
【図面の簡単な説明】
【図1】腫瘍細胞により分泌されたヒトIV型プロコラ
ーゲナーゼの全アミノ酸配列を示す。
【図2】ドメインにまとめられたIV型プロコラーゲナ
ーゼとプロストロメリシンとプロコラーゲナーゼIとの
アミノ酸相同性の比較を示す。
【図3】(A)抗ペプチド抗体A1−17のエリザ確認
を示すグラフ。(B)抗ペプチド抗体A472−490
のエリザ確認を示すグラフ。(C)競合エリザアッセイ
の結果を示すグラフ。(D)粗製およびゼラチンアフイ
ニティ精製IV型プロコラーゲナーゼのウェスタンブロ
ット。
【図4】IV型コラーゲナーゼの基質IV型コラーゲン
に結合する該コラーゲナーゼに対するアッセイの結果を
示す。
【図5】合成ペプチドによるIV型コラーゲナーゼ阻害
のゼラチンチモグラムを示す。
【図6】ベプチドによるIV型コラーゲンへの標識IV
型コラーゲナーゼ結合の阻害の例を示す。
【図7】ゼラチンチモグラムおよびウエスタンブロッテ
ィングにより続けられたIV型プロコラーゲナーゼのp
APMA活性化に対する時間経過を示す。
【図8】IV型コラーゲン減成アッセイにより続けられ
た精製IV型コラーゲナーゼのpAPMA活性化に対す
る時間経過を示す。
【図9】精製酵素の直接アミノ酸配列決定法により決定
されるIV型プロコラーゲナーゼの潜在および活性体の
アミノ酸配列を示す。
【図10】IV型プロコラーゲナーゼのアミノ末端(残
基1−110)(上段)、問質プロコラーゲナーゼのア
ミノ末喘(中段)およびプロストロメリシンのアミノ末
端(下段)を示す。
【図11】ペプシン消化IV型コラーゲンの精製活性化
IV型コラーゲナーゼによる切断の示された合成ペプチ
ドによる投与量依存阻害を示す。
【図12】酵素阻害活性が試験されたペプチドを対比し
て示す。
【図13】活性化に際しヒトIV型プロコラーゲナーゼ
から切断されるアミノ末端ペプチドの80個のアミノ酸
配列をコード化するヒトIV型プロコラーゲナーゼのた
めのヒトcDNAクローンの一部のヌクレオチド配列を
示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C07K 17/00 C12N 9/99 C12N 9/99 G01N 33/53 D // G01N 33/53 A61K 37/64 (72)発明者 ステットラー−スティーブンソン,ウィリ アム アメリカ合衆国,メリーランド 20879, ゲイザースバーグ,ホワイト バーン コ ート 11227 (72)発明者 クルッシュ,ヘンリー アメリカ合衆国,メリーランド 20817, ベテスダ,デポール ドライブ 9704

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 以下の配列からなる群:VAAHEFG
    HAMGLEHSQ、VAAHEFGAAMGLEHS
    Q、VAAHELGHSLGLSHST、VAAHEI
    GHSLGLFHSA、VVAHELTHAVTDYT
    AGおよびAAHEEICTTNEGVMから選択され
    るゼラチナーゼまたはコラーゲナーゼを阻害する精製お
    よび合成ペプチド。
  2. 【請求項2】 ゼラチナーゼまたはコラーゲナーゼを阻
    害する配列AAHEまたはVAHEを含む請求項1記載
    の精製および合成ペプチドの断片。
  3. 【請求項3】 担体中の請求項1または2記載のペプチ
    ドである物質の組成物。
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