JP2001502543A

JP2001502543A - 組換えヘモグロビン調製物においてプロトポルフィリンｉｘのレベルを減少させる方法

Info

Publication number: JP2001502543A
Application number: JP10519561A
Authority: JP
Inventors: エル．ハーシュバーガー，チャールズ; シー．フライ，クリストファー; エイ．ベスト，エレイン
Original assignee: バクスターバイオテックテクノロジーエス．エイ．アール．エル．; イーライリリーアンドカンパニー
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 2001-02-27
Also published as: EP0954586A1; US6136565A; AU4990697A; CA2268278A1; WO1998017809A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、減少した量のプロトポルフィリンIXを含む組換えヘモグロビン溶液、およびこのようなヘモグロビン溶液を生成する方法に関する。これらの方法は、適切な宿主細胞においてhemH遺伝子を過剰発現させることによるか、または宿主細胞においてhemHの産生を増加させることによって（例えば、hemH遺伝子の宿主細胞の染色体への組み込みによるか、またはhemH遺伝子を天然に有する宿主細胞において遺伝子の複数のコピーを挿入することによる）、達成される。

Description

【発明の詳細な説明】組換えヘモグロビン調製物においてプロトポルフィリンIXのレベルを減少させる方法本発明は、一般的に、組換えヘモグロビンを産生する方法に関し、そしてより詳細には、プロトポルフィリンIXを含有するヘモグロビンの発現を減少させる方法に関する。発明の背景患者に献血を輸血することが、いつも実用的であるかまたは望ましいわけではない。これらの状況において、赤血球代用物の使用が望ましい。このような産物は、赤血球が行うように、酸素を輸送するのに必要である。患者が出血している場合、通常、損失した体液容量の全体を置換することが必要である。しかし、通常、損失したヘモグロビンの全てを置換する必要はない。ヘモグロビン置換治療の初期の目的は、肺から末梢組織へ酸素を輸送することである。ヘモグロビン投与はまた、血漿容量を増加および維持し、そして血液粘度を減少させる。多くの容量拡大コロイドおよびクリスタロイド溶液が、現在市販されているが、酸素を輸送し得るものはない。この能力を有する現在の唯一の治療は、ヒト血液輸血である。遺伝子操作技術は、多数の生物学的発現系（例えば、昆虫細胞株、トランスジェニック細胞、酵母系、および細菌系）において、異種タンパク質の発現を可能にしてきた。ヘモグロビンの発現は特に、トランスジェニックブタ（Loganら、W O 92/22646）、酵母（De Angeloら、WO 93/08831およびWO 91/16349;Hoffmanら、WO 90/13645）、および細菌E.coli系（Hoffmanら、WO 90/13645）において実証されている。これらの異種系におけるヘモグロビンの発現は、有用なレベルで達成され得るが、最終産物のヘモグロビンの実用的な使用に必要な純度の最高レベルへの精製は、困難なままである。夾雑しているヘモグロビンのイソ型の除去は、これらのイソ型が、時々、ヘモグロビンの所望の形態とともに同時精製するという点で、特に困難である。ヘモグロビン（Hb）は、２つのαおよび２つのβグロビンユニットから構成される四量体タンパク質分子である。αおよびβグロビンサブユニットは会合して、２つの安定なα／β二量体を形成し、これは次に緩く会合して、ヘモグロビン四量体を形成する。ヒトヘモグロビンAo（天然に存在するかまたは本来のヘモグロビンとしてもまた知られる）は、２つのαグロビンサブユニット（a₁、a₂）および２つのβサブユニット（b₁，b₂）から構成されるヘテロ四量体である。alと a2またはb₁とb₂との間に配列差異はない。未酸化（「デオキシ」または「緊張」についての「T」）状態において、サブユニットは四面体を形成する。a₁b₁およびa₂b₂境界面は、酸素が結合する間、比較的固定したままであるが、a₁b₂および a₂b₁境界面でかなりの流動が存在する。酸化（「オキシ」または「R」または「弛緩」）状述において、サブユニット間の距雌は増加する。サブユニットは、ファンデルワールス力、水素結合、およびデオキシについては塩橋によって、非共有結合的に結合される。完全に機能的な正常すなわち天然のヘモグロビンにおいて、ヘム分子は、各α およびβグロビンに取り込まれる。ヘムは、鉄原子の周りに配位された有機巨大分子である。ヘムはまた、ヘモグロビンにおける補因子であり、そして可溶性ヘモグロビンを形成するのに必要である。鉄原子を欠如しているヘム基は、プロトポルフィリンIX（PIX）として公知であり、そして非官能基（配位子に結合し得ない）である。PIXは、ヘモグロビンの１つ以上のａおよびｂサブユニットに取り込まれるが、PIX含有サブユニットは、酸素または他の配位子を結合および放出する能力を欠如する。全ての補欠分子族が、ヘムではなくプロトポルフィリン IXである場合、ヘモグロビンは酸素を結合または放出し得ず、それゆえ非官能性である。 E.coliおよび関連する細菌において、ヘムb（これは、「プロトヘム（protohe me）」、「プロトポルフィリンIX第１鉄」としてもまた公知であり、そして本明細書中で「ヘム」としてもまた称される）は、呼吸、および酸素の反応種の解毒に必須である。ヘムbは、b型シトクロム、カタラーゼ、およびペルオキシダーゼについての必須補因子として貢献する。ヘムbの生合成は、12までの遺伝子産物を含む複合分岐経路を介して生じる。非組換えE.coli細胞において、ヘム経路の巨大なプールの蓄積が中間に存在するか、または遊離ヘムは細胞に有害である。例えば、hemHをコードする遺伝子において特定の変異を有するE.coli細胞は、鉄をPIXに挿入するそれらの能力において損なわれる。このようなhemH変異体は、PIXの巨大なプールを蓄積し、そして光感受性である。Miyamotoら、J.Mol.Biol.，219:393〜398(1991)およびMiyamot oら、FEBS Letter，310:246〜248(1992)。ヘムは、細胞膜の脂質およびタンパク質成分に酸化損傷を引き起こす傾向を有するので、ヘムは、通常は、遊離ヘムとしてではなく、細胞におけるタンパタ質と会合していることが見いだされる。 hemH遺伝子座は、E.coliのヘム生合成経路において最終遺伝子を示す。遺伝子は、鉄を前駆体ポルフィリン分子に付加し、それゆえ、PIXをヘムに変換する原因となるフェロケラターゼタンパク質をコードする。上記で議論したように、PIX取り込みは、機能を低下したかまたは無機能のヘモグロビンを産生する。それゆえ、組換えヘモグロビンにおいてPIX形成を制御する必要性が存在する。本発明はこの必要性を満たし、そしてその上に関連する利点を提供する。発明の要旨本発明は、宿主細胞においてhemHの過剰発現によってPIX含有ヘモグロビンを減少させる方法に関する。方法は、hemH遺伝子の過剰発現を伴わない組換えヘモグロビンの産生と比較して、少なくとも50％のPIXレベルを減少し得る。適切な宿主細胞は、細菌細胞、好ましくはE.coliを含む。過剰発現は、hemH遺伝子発現を増加させるのに十分強力なプロモーター（例えばPtac16、Ptac17、PlacUV5、またはPlac（down））の挿入によって達成され得る。Ptacプロモーターは、特に良好に機能する。 hemH遺伝子自身の操作はまた、hemHの発現を増加させた。hemH遺伝子の複数のコピーおよびhemH遺伝子の変異体は、減少したPIXを生じるhemH遺伝子の過剰発現に使用され得る。宿主の染色体への遺伝子の組み込みもまた、本発明の方法に有用である。本発明はさらに、約10％未満のPIX含有ヘモグロビン、好ましくは約６％未満のPIX含有ヘモグロビン、および最も好ましくは約１％未満のPIX含有ヘモグロビンを有する、実質的にPIXを含まないヘモグロビン溶液に関する。図面の簡単な説明図１は、hemH遺伝子およびPtac17プロモーターを保有するpSFH2366についてのプラスミド構築物を示す。図２は、エピソームおよび染色体組み込み研究のために使用される構築物変数を示す。図３は、pMAK705についてのプラスミド構築物を示す。発明の詳細な説明本発明は、hemH遺伝子を過剰発現させることによって、組換えヘモグロビン溶液におけるPIXレベルを減少させる方法に関する。これらの方法は、例えば、強力なプロモーターを挿入して、hemH遺伝子の増加した発現を駆動し、増加したレベルのhemHタンパク質を産生することによって達成され得る。あるいは、本発明の方法は、hemH遺伝子および適切なオペロン（hemH遺伝子の発現を駆動する適切なプロモーターを含む）を含むベクターを、宿主細胞の染色体に組み込むことによって達成される。さらなる実施態様において、この方法は、hemH遺伝子の複数のコピーを、hemH遺伝子を天然に含む宿主細胞に挿入することによって達成され得る。以前に記載したように、細菌、特にE.coliにおいて発現される組換えヘモグロビンは、異なる型のヘモグロビン分子の混合物を生じる。分子の大部分は、補欠分子族としてプロトヘムプロトポルフィリン第一鉄を含むが、ヘモグロビン分子の小さな画分は、プロトヘムの位置においてPIXを取り込む。プロトヘムの位置において３つ以下のPIXの置換を含むヘモグロビン分子は、４つのプロトヘム基を含む分子よりも減少した熱安定性を有する。ヘモグロビンを含むこれらのPIX は、WO 96/15151に記載される熱不活化工程の間、溶解物から選択的に除去され得る。それにもかかわらず、さらなる精製の前の溶解物からのPIX含有ヘモグロビンの減少または排除は有利である。 WO 96/15151において議論されるように、ヘミンは、E.coli細胞からのヘモグロビンの産生において、外因的に補充され得る。しかし、組換え的に産生したヘモグロビンに取り込まれるPIXは、外来生遺伝子に由来する分解産物ではないようである。PIX夾雑物は、E.coli宿主細菌によって合成されると考えられる。 PIX形成についての２つの経路が可能である。これらの経路の両方は、酵素フェロケラターゼ（これは、hemH遺伝子によってコードされる）を必要とすることが予測される。フェロケラターゼ（hemH遺伝子によってコードされる）は、鉄の PIXへの挿入を触媒して、ヘムを形成する。hemH遺伝子の配列はまた、Miyamoto ら、J.Mol.Biol．219:393〜398(1991)に記載される。フェロケラターセのタンパタ質配列は、その配列が多くの種において十分保存されていることが確認されている。E.coliフェロケラターゼは、Hemophilus influenzaeフェロケラターゼに対してアミノ酸レベルで51％の同一性およびBradyrhizobium japoncium（グラム陰性細菌）由来のフェロケラターゼに対して43％の同一性、そしてグラム陽性細菌Bacillus subtilis由来のフェロケラターゼに対して23％の同一性を示す。１つの経路（「正方向反応」）において、PIXは蓄積する。なぜなら、E.coli 産生したPIXのプロトヘムへのフェロケラターゼによる変換が、ゆっくりとした反応であるからである。別の経路において、フェロケラターゼは、鉄のプロトヘムからの除去を触媒し、これは、細胞によって産生され得るかまたは外因的に補充され得、PIXの蓄積を生じる（「逆方向反応」）。「正方向反応」がPIXの供給源である場合が考えられ、次いで、PIXの細胞内プールを減少し、そして汚染したPIX含有ヘモグロビン種のレベルを減少するためのhemHの過剰発現が予測される。逆に、「逆方向反応」がPIXの供給源である場合、次いで、hemHの過剰発現は、PIXおよびPIX含有ヘモグロビンのレベルを増加することが予測される。組換えヘモグロビン、特にrHb1.1（pSGE72）および種々のレベルのフェロケラターゼを発現するE.coli株が構築された。株産生の詳細は、以下の実施例に記載される。結果は、驚くべきことに、PIXが「正方向反応」によって作製され、そしてhemHの過剰発現が、PIX-ヘモグロビン種を減少するための有用な方法であることを示した。それゆえ、本発明は、hemH遺伝子を過剰発現すること（これは、ヘム生合成ヘム経路における最終工程である）が、あまりPIXを含まないヘモグロビンを生じるという驚くべき発見に関する。それゆえ、PIX含有ヘモグロビンを減少するための方法が提供される。本発明はさらに、実質的にプロトポルフィリンIXを含まないヘモグロビン溶液、および本発明の方法によって得られる薬学的組成物に関する。本特許の解釈を補助するために、以下の用語は、本特許を通して以下の意味を有する：「ヘモグロビン」または「ヘモグロビシ様タンパク質」は、（a）２つのαグロピン様および２つのβグロビン様ポリペブチド、（b）１つのジαグロビン様および２つのジβグロビン様ポリペプチド、（c）２つのαグロビン様および１つのジβグロビン様ポリペプチド、（d）１つのジαグロビン様および１つのジ βグロビン様ポリペプチド、（e）１つの融合したα／βグロビン様ポリペプチドならびに分離したαおよびβグロビン様ポリペプチド、または（f）２つの融合したα／βグロビン様ポリペプチド、からなる１つ以上のヘテロ四量体を含む。１つの四量体のポリペプチドは、別の四量体のポリペプチドに架橋され得るかまたは遺伝的に融合され得る。ヘモグロビンは、４つ以上のグロビンサブユニットまたはドメインを含む場合、多量体であるといわれる。用語「多量体」は、それにより、八量体ヘモグロビン（２つの連結した四量体）、ならびにより高度な多量体を含む。ヘモグロビンまたはヘモグロビン様タンパク質ヘモグロビンにおいて、天然または組換え供給源のどちらに由来しようと、RまたはT状態のいずれかにおいて、各αおよびβグロビン様ポリペプチドは、ヘムまたはプロトポルフィリンIX補欠分子族を含み得、そしてそれゆえ、酸素を結合する能力を有する。「組換えヘモグロビン」は、α様グロビンポリペプチドおよびβ様グロビンポリペプチドを含み、その少なくとも１つが、組換えDNA分子によって生じるグロビン遺伝子の発現によって得られ、ヘモグロビンが従来のヘモグロビンまたは変異種のいずれであっても、このようなヘモグロビン遺伝子および／またはヘモグロビンタンパク質が天然に見いだされる細胞とは異なる細胞（すなわち、ヘモグロビン遺伝子は、それが発現される宿主に対して異種である）においてヘモグロビンタンパク質を産生するヘモグロビン遺伝子の発現を生じることを意味する。それゆえ、ヒト赤血球とは異なる任意の細胞における任意のヒトヘモグロビン遺伝子の発現は、組換えヘモグロビン（例えば、細菌、酵母、非ヒト赤血球（erth yrocyte）哺乳動物細胞および昆虫）であるとみなされる。さらに、無脊椎動物の任意の種における脊椎動物ヘモグロビンの発現、または発現されるヘモグロビンが天然に存在する脊椎動物細胞とは異なる任意の脊椎動物細胞が、組換えヘモグロビンであるとみなされる。さらに、天然に存在する種とは異なる任意の種における任意の天然に存在するヘモグロビン変異体の発現は、組換えヘモグロビンであるとみなされる。任意の種における任意の天然に存在しないヘモグロビンの発現は、組換えヘモグロビンであるとみなされる。「配位子ヘモグロビン」は、任意の配位子が結合される少なくとも１つのヘム補欠分子族を有するヘモグロビンを意味する。一般的な配位子としては、O₂、CO₂ 、NO、CO、HCN、などが挙げられるがこれらに限定されない。好ましくは、配位子は、ヘムポケットに結合するものである。一般的な好ましい配位子としては、 O₂、CO、NOなどが挙げられるがこれらに限定されない。「オキシヘモグロビン」は、各機能的酸素結合部位が酸素分子に結合しているヘモグロビンを意味する。「デオキシヘモグロビン」または「非配位子ヘモグロビン」は、配位子が、α グロビン、βグロビン、および／または任意の機能性ヘム補欠分子族に結合していない任意のヘモグロビンを意味する。「プロトポルフィリンIX含有ヘモグロビン」は、１つ以上のヘム補欠分子族が鉄原子を含まない任意のヘモグロビンを意味する。「R状態ヘモグロビン」は、ヘモグロビンの高親和性状態、および配位子がヘムポケットで結合されているときのヘモグロビンの優性形態である。配位子は代表的には酸素であり、従ってこの状態は、「オキシ」または「R」（弛緩するため）状態として知られている。R状態において、サブユニット間の距離は、T状態ヘモグロビンにおける距離に比例して増加される。「T状態ヘモグロビン」は、サブユニットがテトラヘドロンを形成する非酸化（「デオキシ」または「緊張」の「T」）状態を意味する。a₁b₁およびa₂b₂境界面は、酸素結合の間、比較的固定されたままであるが、a₁b₂およびa₂b₁境界面にｋなりの流動が存在する。「rHb1.1」は、１つのジα様グロビンおよび２つのβ様グロビンを意味し、ここで、２つのα様グロビンは、第１のα様グロビンのC末端と第２のα様グロビンのＮ末端との間の単一のグリシンによって接続され、β様グロビンは最長老の変異bN108→Ｋを含み、そして第１のα様グロビンおよびβグロビンは、N末端で Val→met変異を含む。「実質的にPIXを含まないヘモグロビン」は、ヘモグロビン溶液において無意味なレベルのプロトポルフィリンIX含有ヘモグロビンが、特定の有用性についての適合性および／または活性に悪影響しないプロトポルフィリンIX含有ヘモグロビンのレベルであることに関する。好ましくは、ヘモグロビン溶液におけるプロトポルフィリンIX含有ヘモグロビンの量は、全ヘモグロビンの約10％未満、より好ましくは全ヘモグロビンの約６％未満であり、より好ましくは全ヘモグロビンの約１％未満である。最も好ましくは、ヘモグロビン溶液におけるプロトポルフィリンIX含有ヘモグロビンは、例えば、以下の実施例に記載される所定の測定技術において、プロトポルフィリンIXの検出限界より下である（すなわち、約0.4 ％の検出限界）。組換えヘモグロビンを作製するための一般的な方法は現在公知である。所望のヘモグロビンのサブユニットをコードする遺伝子は、クローン化され、適切な発現ベクターに配置され、そして生物（例えば、微生物、動物、または植物）あるいは培養動物または植物細胞または組織に挿入され得る。これらの生物は、標準的な組換えDNA技術を用いて産生され得る。ヒトαおよびβグロビン遺伝子は、それぞれ、Liebhaberら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA(1980)77;7054〜7058、および Marottaら、Journal of Biological Chemistry(1977)252;5040〜5053によって、クローン化および配列決定されている。野生型ならびに変異体のαおよびβグロビンの両方の発現のための技術、ならびにヘモグロビンへのそれらのアセンブリは、S.J.Hoffman、米国特許第5,028,588号、ならびにK.NagaiおよびHoffman,S.J .ら、PCT/US90/02654、Townes,T.M.およびMcCune,S.L.，PCT/US91/09624、ならびにDe Angelo,J.ら、PCT/US91/02568およびPCT/US91/08108および欧州特許出願第 87116556.9およびPCT/US90/02654（全てを本明細書中で参考として援用する）に示される。フェロケラターゼ変異体はまた、本発明に有用である。例えば、hemH225変異体は、スレオニン-15からメチオニンに変化する。当業者は、本明細書中に提供される以下のガイダンスに有用な他のhemH変異体を容易に決定し得る。 pSFH2367（SGE2885）（E.coli HemH遺伝子がE.coli plac UV5プロモーターから発現される、pACYC184由来プラスミド）を含むE.coli株SGE1464の誘導体は、以下の表１に示されるように、15リットルファーメンターにおいて、コントロール株（SGE1464）の半分の量のPIX rHbl.1を産生した。PIX含有ヘモグロビン種におけるこの驚くべき50％の減少は、PIXを含まないヘモグロビンの収率において有意な改良を生じる。例えば、6.56％〜3.30％のPIXの減少は、PIXを含まないヘモグロビンにおいて約12％の改良を生じる。好ましくは、実質的にPIXを含まないヘモグロビン溶液は、約10％未満のPIX、より好ましくは約６％未満のPIX、および最も好ましくは約１％未満のPIXを含む。株は、rHbl.1効力にネガティブに影響することなくPIXレベルを減少するレベルで、HemHタンパク質を同時発現するように設計された。pACYC184ベースのベクター骨格を用いるエピソーム研究のために、一連のプロモーターが、変動する転写強度で挿入された。これらの株は、フェロケラターゼ活性について、実施例４に記載の亜鉛-メソポルフィリン（mesoporphyrin)アッセイを用いて分析された。研究の結果は、亜鉛産物（亜鉛メソポルフィリン）の増加レベルと以下のように増加したプロモーター強度との間の相関関係を示した：Ptac16＞Ptac17＞PlacUV 5＞Plac＞Plac（down）。好ましくは、有用なプラスミドは、hemH遺伝子の（種々のプロモーターの制御下で）所望の発現宿主の染色体への組み込みを可能にするように設計される。この組み込みは、pMAK705ベース誘導体を用いて達成され得る。組み込みは、E.col iのgalE遺伝子座に「標的され」、従って成分は、gal表現型を保有する。組み込まれた株は、ファーメンターにおいて次いで評価され、そしてrHbl.1効力にネガティブに影響することなく、PIXを含有するグロビンの量を40％付近まで減少することが示された。本発明のさらなる実施態様において、複数コピーのhemH遺伝子は、hemHタンパク質の産生を増大させるために、所望の宿主細胞に挿入され得る。当業者に公知の任意の従来の方法または他の方法が、このような複数のコピーを挿入するために使用され得る。次いで、産生された実質的にプロトポルフィリンIXを含まないヘモグロビン溶液は、当該分野で公知のさらなる精製技術に供されて、他のヘモグロビンおよび非ヘモグロビン夾雑物が、実質的にプロトポルフィリンIXを含まないヘモグロビン溶液からさらに除去され、非常に純粋なヘモグロビン溶液が生じ得る。さらなる精製のための技術は、例えば、WO 96/15151（本明細書中で参考として援用される）に記載されるものであり得る。本発明の実質的にPIXを含まない組換えヘモグロビンは、多数のインビトロまたはインビボ適用のために使用され得る。このようなインビトロ適用は、例えば、インビトロで酸素レベルを維持することによる細胞培養における細胞増殖の増強のための、本発明の組成物による酸素の送達を含む（DiSorboおよびReeves，P CT公開WO 94/22482、本明細書中で参考として援用される）。さらに、本発明のヘモグロビンは、酸素の除去を必要とする溶液から酸素を除去するため（Bonave nturaおよびBonaventura、米国特許第4,343,715号、本明細書中で参考として援用される）、そして分析アッセイおよび器具使用（Chiang、米国特許第5,320,96 5号、本明細書中に参考として援用する）ならびに当業者に公知である他のこのようなインビトロ適用についての参照標準として使用され得る。さらなる実施態様において、本発明の実質的にPIXを含まないヘモグロビンは、治療用適用における使用のために処方され得る。本発明のヘモグロビンに適切な処方物の例は、Milneら、WO 95/14038およびGerberら、PCT/US95/10232（両方を本明細書中で参考として援用する）に記載される。本発明の薬学的組成物は、例えば、皮下、静脈内、または筋肉内注射、局所的もしくは経口投与、血液置換物として有用な大容量非経口溶液などによって投与され得る。本発明の薬学的組成物は、任意の従来の手段によって、例えば、経口またはエアロゾル投与によって、経皮または粘膜吸着によって、あるいは注射によって投与され得る。例えば、本発明のヘモグロビンは、赤血球が使用される任意の適用において、または酸素送達が所望される任意の適用のために、赤血球についての置換体として有用な組成物において使用され得る。赤血球置換物として処方される本発明のこのようなヘモグロビンは、血液量が欠失し、そして体液量または酸素保持能力のいずれかまたはその両方が置換されなければならない、出血、外傷、および手術の処置のために使用され得る。さらに、本発明のヘモグロビンは、薬学的に受容可能に作製され得るので、本発明のヘモグロビンは、酸素を送達する血液置換物としてだけでなく、巨大なヘモグロビンタンパク質分子の存在に起因して膨張圧を提供する単純な容量の増量剤としても使用され得る。さらなる実施態様において、本発明のヘモグロビンは、当該分野で公知の方法によって架橋され得、そして管外遊出を制限するかまたはヘモグロビンベース血液の置換物のコロイド浸透圧を減少させることが所望される状況に使用され得る。従って、本発明のヘモグロビンは、過剰の管外遊出に関連し得る有害な影響を減少しながら、赤血球置換体として酸素を輸送するために作用し得る。酸素送達因子としての本発明のヘモグロビンの代表的な用量は、患者の体重１キログラムあたり、２mg〜５ｇ以上の細胞外ヘモグロビンであり得る。従って、ヒト患者についての代表的な用量は、数グラム〜350グラム以上であり得る。各剤形の個々の用量に含まれる活性成分の単位含量は、それ自体が有効量を構成する必要はないことが認識される。なぜなら、必要な有効量は、注射などのような複数の投与の適用によって到達され得るからである。投薬の選択は、利用される剤形、処置される状態、および当業者の決定に従って達成される特定の目的に依存する。本発明のヘモグロビンの投与は、ヘモグロビン使用の目的に依存して、数秒間から数時間にわたって生じ得る。例えば、酸素送達ビヒクルのように、投与の通常の時間経過は、可能な限り迅速である。血液置換物としてのヘモグロビン溶液についての代表的な注入速度は、約100ml/時間〜約3000ml/時間であり得る。さらなる実施態様において、本発明のヘモグロビンは、貧血である患者にさらなる酸素運搬能力を提供すること、および／またはPCT公開WO 95/24213に記載のように造血を刺激することの両方によって、貧血を治療するために使用され得る。造血を刺激するために使用される場合、投与速度はゆっくりであり得る。なぜなら、ヘモグロビンの投薬量は、出血を処置するのに要求され得る投薬量より十分小さいからである。それゆえ、本発明のヘモグロビンは、患者への高容量のヘモグロビンの投与を必要とする適用のため、ならびに本発明のヘモグロビンの小容量のみが投与される状況において使用され得る。本発明のヘモグロビンの血管系における分布は、赤血球のサイズによって限定されないので、本発明のヘモグロビンは、赤血球が浸透できない領域に酸素を送達するために使用され得る。これらの領域は、赤血球の流れに対する障害物の下流に位置する任意の組織領域（例えば、血栓、鎌状赤血球閉塞、動脈閉塞、血管形成用バルーン、手術用器機使用の下流領域）、酸素飢餓を被るかまたは低酸素である任意の組織などを含み得る。さらに任意の型の組織虚血は、本発明のヘモグロビンを用いて処置され得る。このような組織虚血としては、例えば、発作、突発性発作、一過性脳虚血発作、心筋気絶および冬眠、急性または不安定狭心症、突発性アンギナ、梗塞などが挙げられる。身体において広範に分布するので、本発明のヘモグロビンはまた、薬物を送達するため、およびインビボ画像化のために使用され得る。本発明のヘモグロビンはまた、外科手順の間に取り出される血液の置換物として使用され得る。ここで、患者の血液は取り出され、そして手術の終わりまたは回復の間の再注入（急性正常血液量血液希釈または血液増加（hemoaugmentation ））のために保存される。さらに、本発明のヘモグロビンは、与えられる酸素運搬能力のいくらかを置換するのに作用することによって、手術の前に予め与えられ得る（predonate）血液の量を増加させるのに使用され得る。以下の実施例は、本発明の例示を意図するが、本発明を限定することを意図しない。実施例実施例１粗プロトポルフィリンIX含有ヘモグロビン溶液中のプロトポルフィリンIX含有量を測定する方法ヘモグロビンサンプル中のプロトポルフィリンIX（PIX）含有量の決定を、逆相カラム上でのグロビンからのヘムおよびプロトポルフィリンIXの分離に基づく HPLC（高速液体クロマトグラフィー）分析によって達成する。サンプルを、分析の前に、約１mg/mlヘモグロビンに希釈する。全てのヘム化合物を、同じ色因子で定量することを確実にするために、溶液中の全てのヘムを、分析前にヘミンに酸化する。この酸化を、カラムにサンプルを注入する直前に、K₃[Fe(CN)₆]とヘモグロビンサンプルとを混合してヘム中のFe²⁺をFe³⁺に酸化することによって達成する。ヘム、プロトポルフィリンIX、およびグロビンの溶出を、だんだん非極性の緩衝液勾配によって達成する（例えば、水／TFAからアセトニトリル）。ヘミンおよびプロトポルフィリンIXのスペクトルは類似しており、それぞれ、398n mおよび405nmの吸収極大を有する。396nmで、ヘムおよびプロトポルフィリンIX についての色因子はほとんど等しく、それゆえ、各ピーク下の領域は、各成分の相対含有量に直接対応する。0.4％未満のプロトポルフィリンIXのレベル（プロトポルフィリンIX／ヘム＋プロトポルフィリンIX）を、好ましい分析方法論の検出限界より下にあるとみなす。スペクトル測定を、約390〜410nmの範囲のいずれにおいても、同様の結果を伴って行い得る。実施例２Ａ．エピソームヘモグロビン発現ヘモグロビンを、WO 95/15151（本明細書中で参考として援用される）に本質的に記載されるように、hemH遺伝子を過剰発現するのに必要な改変を行って産生した。当業者は、酵素フェロケラターゼが過剰発現される株を産生するための改変を容易に決定し得る。ヘモグロビンを産生するために使用したベクターは、以下を含んでいた： pSGE720プラスミドは、WO 97/04110に記載される。プラスミドpSFH2337は、Pt ac16プロモーターによって駆動される発現を伴って、pACYC184バックグラウンドにおいてhemH遺伝子を含む。プラスミドpSFH2337は、プラスミドpSGE590からの発現カセットを、BanHI/ClaIフラグメントとしてpACYC184（ATCC 37033）にサブクローン化することによって構築した。この構築物は、上流を含まないが、下流の転写ターミネーターを有する。Ptac17プロモーターを、BamHI/NdeIアダプターを介して、HemH発現を駆動するpSFH2337（pACYC184/hemHベース）骨格にクローン化して、pSFH2366プラスミドを構築した（図１）。プラスミドpSFH2367、pSFH 2368、およびpSFH2369を、BamHI/NdeIアダプターを介して、pSFH2337に同様にクローン化したが、それぞれ、PlacUV5プロモーター、Placプロモーター、およびP lac（下流）プロモーターを有した。クローニング改変物を図２に示す。Ｂ．組込みプロトコル所望のプラスミド（pMAK705）を、従来の方法に従って、所望の株に形質転換し、そして抗生物質選択下で30℃にて一晩増殖させた。得られた培養物を、OD₆₀ ₀ =0.05まで希釈し直し、そしてOD₆₀₀=0.2まで増殖させた。次いで、培養物を、1 0^-3、10^-4、および10^-5に希釈し、そして100μＬを、適切な抗生物質選択を有するL寒天にプレートした。プレートした培養物を、44℃にて一晩増殖させた。シングルコロニーを拾い、そして30℃にて選択しながら一晩増殖させた（除去）。培養物を継代し、そして３回の継代について継代培養を続けながら、44℃にて選択を伴わずに（回復）増殖させた。シングルコロニーを、L寒天（選択なし）に画線することによって選択した。各コロニーを、選択を有するかまたは有さない L寒天にパッチして、回復を確認した。次いで、コロニーを、所望の表現型についてスクリーニングした。組込みのための構築改変体を図２に示す。提案された組込み体の遺伝的構築物を、PCR分析によって確認した。Ｃ．結果実施例４フェロケラターゼアッセイ以下の逆相HPLC（RP-HPLC）パラメーターを使用して、フェロケラターゼアッセイを行った：Ａ）移動相１）移動相Ａ（0.1M酢酸アンモニウム、pH5.15+/-0.03、２リットル容量）２）移動相Ｂ（50％メタノール：50％アセトニトリル、２リットル容量）Ｂ）器具１）20〜100μＬ容量が可能な可変ループを有する冷却（５〜10℃）自動注入器、または適切なシリンジ注入器。クエンチ反応の注入容量＝100μＬ。２）1.0〜1.2ml/分までの流速を生じ得る勾配HPLCシステム。３）ガードカラム−Betasil C8滴下ガードカラム（Keystone Scientific）。４）分析カラム−Betasil C8（150mm×4.6mm）（Keystone Scientific）。５）399nmに設定したUV検出器。６）勾配結果一覧表：注釈：勾配傾斜は変更されないべきである。緩衝液Ｂの開始％は、Znメソポルフィリンピークについて600〜900秒の保持時間を得るために調整され得る。７）50℃に設定したカラムオーブン。アッセイにおいて、１mlの細胞ペレットを、１mlの50mM TrisおよびDTT（pH8. 0）に添加し、そして60秒間超音波処理して、細胞を溶解させた。次いで、超音波処理した物質を遠心分離して、細胞抽出物を回収した。細胞抽出物（フェロケラターゼ）を、好気条件下で37℃にて10分間、Zn⁺²およびメソポルフィリンに添加して、Znメソポルフィリンを形成し、そして続いてEtOH/EDTA/DMSOでクエンチして、RP-HPLCによるZnメソポルフィリンの分析を可能にした。このアッセイを用いる利点は、（１）Znは+2の好ましい原子価で存在するので、反応は嫌気条件を要求しない；（２）37℃にて10分間の反応時間；（３）２連のサンプル泳動は、良好な再現性を示す；（４）５サンプル／日から30サンプル／日まで増加したサンプルロード能力；（５）反応をメタノール、EDTA、およびDMSOでクエンチし、そしてそれゆえ、いずれの危険な化学物質も必要としなかった；そして（６） 20分間のRP-HPLCでの検出による増加した感度、を含んでいた。本発明の前述の説明は、例証および説明の目的のための例示である。当業者には、本発明の精神および範囲を逸脱せずに、変更および改変が可能であることが明らかである。以下の請求の範囲は、全てのこのような変更物および改変物を包含すると解釈されることが意図される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ハーシュバーガー，チャールズエル. アメリカ合衆国インディアナ 46140, グリーンフィールド，ハーモニートレイルウエスト 1475 (72)発明者フライ，クリストファーシー. アメリカ合衆国インディアナ 47401, ブルーミントン，ウッズエッジベンド 3818 (72)発明者ベスト，エレインエイ. アメリカ合衆国コロラド 80303，ボルダー，モンロードライブナンバーディー 4160

Claims

【特許請求の範囲】１．組換えヘモグロビンの産生において、プロトポルフィリンIX(PIX)含有ヘモグロビンを減少させる方法であって、宿主細胞においてhemII遺伝子を過剰発現させる工程を包含する、方法。２．前記hemH遺伝子の過剰発現が、hemII遺伝子の発現を増加させるのに十分であるように、プロモーターを前記宿主細胞に挿入することによって達成される、請求項１に記載の方法。３．前記プロモーターが、Ptac16、Ptac17、Plac、PlacUV5、またはPlac（down ）である、請求項２に記載の方法。４．前記プロモーターがPtacプロモーターである、請求項３に記載の方法。５．前記hemH遺伝子が、天然に存在するhemH遺伝子の変異体である、請求項１〜４に記載の方法。６．前記hemH遺伝子の過剰発現が、該hemH遺伝子の複数のコピーを前記宿主細胞に挿入することによって達成される、請求項１〜５に記載の方法。７．前記hemH遺伝子の１コピーを、前記宿主細胞の染色体に組み込んで該hemH遺伝子の発現を増加させる、請求項１に記載の方法。８．前記宿主細胞が細菌細胞である、請求項１および７に記載の方法。９．前記細菌細胞がE.coliである、請求項８に記載の方法。１０．前記PIXが、hemH遺伝子の過剰発現を伴わない組換えヘモグロビンの産生と比較して、少なくとも50％減少される、請求項１に記載の方法。１１．該溶液中に約10％未満のPIX含有ヘモグロビンを有する、実質的にPIXを含まないヘモグロビン溶液。１２．前記溶液が、前記溶液中に約６％未満のPIX含有ヘモグロビンを含む、請求項１１に記載のヘモグロビン溶液。１３．前記溶液が、前記溶液中に約１％未満のPIX含有ヘモグロビンを含む、請求項１１に記載のヘモグロビン溶液。