JP2002500013A - ヒトプロインシュリンの製造方法 - Google Patents

ヒトプロインシュリンの製造方法

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ジェオング−ウー シン,
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ヒトプロインシュリンの製造方法に関する。より具体的に、本発明は化学式(I)のヒトプロインシュリンの製造方法に関する。式中、Rが酵素的または化学的に分解できるアミノ酸残基またはペプチドであり、そして、Xが、A−1ないしA−21の領域がインシュリンA鎖で、B−1ないしB−30の領域がインシュリンB鎖である場合、インシュリンA鎖中のA−1のアミノ基とインシュリンB鎖中のB−30のカルボキシル基との結合であって、酵素的または化学的にA鎖またはB鎖から分離することができる結合である。本発明のヒトプロインシュリンの製造方法によると、溶解とスルホン化、濃縮、脱塩および精製の工程を単純化し、再生反応の収率を向上させることから、再現性を確保しながらヒトプロインシュリンを生産することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】発明の背景 発明の技術分野 本発明は、ヒトプロインシュリンの製造方法に関する。より具体的に、本発明
は下記化学式(I)のヒトプロインシュリンの製造方法に関する。
【0002】
【化3】
【0003】 Rが酵素的または化学的に分解できるアミノ酸残基またはペプチドであり、そ
して、 Xが、A−1ないしA−21の領域がインシュリンA鎖で、B−1ないしB−
30の領域がインシュリンB鎖である場合、インシュリンA鎖中のA−1のアミ
ノ基とインシュリンB鎖中のB−30のカルボキシル基との結合であって、酵素
的または化学的にA鎖またはB鎖から分離することができる結合である。
【0004】 化学式(I)において、A鎖、B鎖には、6個のシステイン残基からなる3個
のジサルファイド結合(A−6とA−11、A−7とB−7、A−20とB−1
9)が存在する。
【0005】従来技術 一般に、ヒトインシュリン前駆体(プロインシュリン)は当該遺伝子を大腸菌
のプラスミドDNAに挿入することにより、目的とする成熟インシュリン(イン
シュリン)を生産する段階を含む組換えDNAの技術により製造されてきた。
【0006】 図1から分かるように、プロインシュリンを含む融合タンパク質は大腸菌細胞
内で封入体の形で発現され、細胞破砕の後、遠心分離により得られた封入体は非
イオン性またはイオン性の界面活性剤、または低濃度の変性剤で洗浄される。こ
のような処理は遠心分離とともに繰り返して行われ、目的タンパク質の純度を増
加させる(参照:Mukhopadhyay, A. et al., Adv
ances in Biochemical Engineering/Bio
technology, 56, 61−108, 1997)。洗浄された封
入体は分子間の疎水性作用との誤ったジサルファイド結合の形成を最小化するた
め、ジチオスレイトール(DTT)または2−メルカプトエタノールなどの還元
剤を含む尿素または塩酸グアニジン溶液などの変性剤で溶解するか、またはNa
OHによりアルカリ溶解する(参照:Fischer et al., Bio
technology & Bioengineering, 41,3−13
, 1993)。溶解された封入体は手早く遠心分離し、上澄液を冷却水で希釈
して沈澱物として回収する(参照:EP 0 055 945 A2)。回収さ
れた封入体はプロインシュリンとβ−ガラクトシダーゼなどの異種タンパク質が
メチオニン残基の架橋化により、つながって融合状態で存在する。なお、封入体
は融合部をシアノゲンブロマイド(CNBr)で切断し、プロインシュリンに存
在する6個の−SH基を−S−SO3 - に置換することにより、プロインシュリ
ンをプロインシュリンS−スルホン酸塩に転換し、プロインシュリンの安定性を
増加させ、かつ後続工程の再生反応の効率を高める(参照:EP 0 055
945 A2)。プロインシュリンS−スルホン酸塩は自然構造を有するように
2−メルカプトエタノール、DTTなどの還元剤または酸化・還元グルタチオン
のような酸化還元系により再生される(参照:Fischer et al.,
Biotechnology & Bioengineering, 41,
3−13, 1993)。このように得られた自然状態のプロインシュリンは
トリプシンとカルボキシペプチダーゼBでA鎖とB鎖をつなげているX(または
、C鎖)を取り除くことにより活性形インシュリンに転換される(参照:Kem
mler W., et al., J.B.C., 246, 6786−6
790, 1971)。インシュリンは逆相高性能クロマトグラフィー(RP−
HPLC)などを通して精製し(参照:Kroeff, E.P. et al
., J. Chromatogr., 461, 45−61, 1989)
、最終段階で亜鉛−結晶化法により結晶化される(参照:Mirsky, et
al., J. Clinical Investigation, 42,
1869−1872, 1963; Brader M.L.,TIBS, 1
6, 341−345, 1991)。
【0007】 一方、このような従来技術は溶解とスルホン化の過程と精製、濃縮および脱塩
の過程が複雑であり、再生反応の効率が落ち、産業的な生産においてプロインシ
ュリンの収率の向上が期待されなかった。従って、当業界では、より簡単で効率
的な工程を通して生物学的な活性の優秀な活性形プロインシュリンの改良された
製造方法が切実に要求されてきた。
【0008】発明の概要 本発明者らは従来のヒトプロインシュリンの製造方法においての問題点を解決
するために鋭意努力した結果、溶解とスルホン化の工程および精製、濃縮、脱塩
の工程を単純化し、再生反応の収率向上および規模の増加の際に再現性を確保し
得るヒトプロインシュリンの製造方法を確立することから本発明を完成するに至
った。
【0009】 結局、本発明の主な目的は、単純な工程と再生反応の収率を高めることのでき
るヒトプロインシュリンの製造方法を提供することである。
【0010】 上述した本発明の目的および構成は、以下の添付図面および説明によりさらに
明確になる。
【0011】発明の詳細な説明 本発明のヒトプロインシュリンの製造方法によると、封入体の形で発現された
ヒトインシュリン前駆体を尿素溶液または塩酸グアニジン溶液で溶解させる過程
中、ソジウムテトラチオネート(Na2 4 4 )とソジウムサルファイト(N
2 SO3 )を同時に処理することにより、封入体を精製する際にプロインシュ
リンのシステイン残基の−SH基を−SSO3 - に置換し、下記化学式(II)の
プロインシュリンS−スルホン酸塩を取得した後、これを水溶性媒質内で2−メ
ルカプトエタノールと混合反応させ、前記化学式(I)のプロインシュリンに転
換させる。
【0012】
【化4】
【0013】 式中、RおよびXは上記と同様である。
【0014】 以下、本発明のヒトプロインシュリンの製造方法を図2および図3を参考にし
、より詳しく説明する。ヒトプロインシュリンの製造において、全ての工程は便
宜上、室温下で行うこともできるが、約4℃の低い温度で行う方が好ましい。
【0015】第1工程 :封入体の精製 本発明者らは組換えヒトプロインシュリンを製造するため、大腸菌で発現され
る修飾されたβ−ガラクトシダーゼとプロインシュリンの融合タンパク質を用い
た(参照:大韓民国特許公告第94−1855)。封入体の形で発現されたプロ
インシュリンの融合タンパク質を含む大腸菌を1:5ないし10(w/v)の比
率で緩衝溶液に溶解させ、約9,000psiの圧力で破砕し、Triton
X−100と蒸留水で封入体を洗浄し遠心分離することにより、封入体を精製し
た。
【0016】第2工程 :溶解およびスルホン化 精製された封入体は1:10ないし20(w/v)の比率、より好ましくは1
:5ないし10(w/v)の比率で6Mないし8Mの尿素溶液または塩酸グアニ
ジン溶液を含む0.02Mないし0.1Mのトリス緩衝溶液(pH8ないしpH
10)に溶解させた。この際、0.1Mないし0.6M、より好ましくは0.2
Mないし0.5Mのソジウムサルファイト(Na2 SO3 )と0.01Mないし
0.1M、より好ましくは0.05Mないし0.1Mのソジウムテトラチオネー
ト(Na2 4 4 )を同時に添加し攪拌することにより、スルホン化反応を誘
導し目的とするプロインシュリンの−SH基を−SSO3 - に置換した。この際
のpHは7.0ないし9.5辺りに維持し、反応温度は4℃ないし8℃程度に維
持した。このようにして、プロインシュリン配列内の−SH基を亜硫酸化(−S
SO3 - )して取得したスルホン化されたプロインシュリンを得た。
【0017】第3工程 :シアノゲンブロマイド切断 スルホン化反応の後、反応混合液を12,000rpmで30分間遠心分離に
より沈殿物を取り除き、得られた上澄液に5ないし20:1(v/v)の比率で
冷却水を加えた後、pHを5ないし6程度に調整し沈殿物を取得した。沈澱され
たタンパク質を10−30mg/mlの濃度になるまで70%(v/v)のギ酸
に溶解し、タンパク質の量に対してモル比が100:1になるようにシアノゲン
ブロマイドを処理し、プロインシュリンS−スルホン酸塩を融合タンパク質から
分離した後、減圧乾燥した。
【0018】第4工程 :イオン交換クロマトグラフィー プロインシュリンS−スルホン酸塩を1mMのEDTAと7Mの尿素を含む2
0mMのトリス緩衝溶液(pH8.0)で30mg/mlになるまで溶解した後
、同一の緩衝溶液で平衡化されたDEAE−セファセル樹脂に積み込み、0−1
MのNaClの濃度勾配でプロインシュリンS−スルホン酸塩を溶出させた結果
、0.3M−0.5MのNaClの濃度区間で溶出されることを確認した。
【0019】第5工程 :再生(プロインシュリンS−スルホン酸塩のプロインシュリンへの転
換) 精製されたプロインシュリンS−スルホン酸塩は脱塩化の過程または前処理な
しに、溶出液のタンパク質濃度が1mg/mlないし10mg/mlになるよう
に1Mの尿素を含む50mMのグリシン緩衝溶液(pH10.6)で希釈し、さ
らに窒素ガスを注入することにより酸素脱気した後、密封して他の容器に前記と
同様な、1M尿素を含む50mMのグリシン緩衝溶液(pH10.6)に2−メ
ルカプトエタノールをプロインシュリンS−スルホン酸塩の−SSO3 - 残基当
たり1ないし3当量比で添加した。その後、タンパク質溶液と2−メルカプトエ
タノールの添加された緩衝溶液をかさが0.1mlないし10Lである混合容器
に二個の容器をつなげ、手早く1:1の比率(v/v)で混合し、再生反応溶液
を貯蔵容器で徐々に攪拌して4℃ないし5℃で15時間ないし20時間反応させ
た(参照:図3)。このような再生工程により、プロインシュリンS−スルホン
酸塩の80%まで自然の状態のプロインシュリンに転換することができた。
【0020】第6工程 :吸着クロマトグラフィー 再生されたプロインシュリンを精製、濃縮するため、再生反応混合液のpHを
約3ないし4に調整し、極性メタクリレート系の樹脂であるHP−2MGに再生
されたプロインシュリンを含む混合タンパク質の量を樹脂1リットル当たり8g
に調節し接触させる。この際、積み込む試料のタンパク質濃度はプロインシュリ
ンの再生反応条件に応じ0.1mg/mlないし5mg/mlの範囲の内で調節
する。吸着段階が完了したら、酢酸緩衝溶液(pH3ないしpH4)で洗浄し、
アセトン約15%ないし50%(v/v)を含む酢酸緩衝溶液(pH3ないしp
H4)、好ましくは30%ないし50%(v/v)のアセトンを含む酢酸緩衝溶
液(pH3−pH4)により溶出させる。次いで、活性分画を減圧乾燥および凍
結乾燥し、再生ヒトプロインシュリンを粉末の形で取得したり、活性分画に溶出
物のpHをNaOHで5ないし7、好ましくは5ないし6に調整し、0.004
%ないし4%(w/v)、好ましくは0.004%ないし0.04%(w/v)
の濃度で塩化亜鉛を加えることにより、沈澱物の形で取得する。
【0021】 本発明のヒトプロインシュリンの製造方法は従来の製造方法に比べ、次のよう
な長所を有する:第一、溶解とスルホン化を同時に行うことにより、大量生産の
工程を単純化することができる。第二、高濃度の試料が分子間の重合化(pol
ymerization)から生じるゲル化現象のような変性を予防することが
できる。第三、溶解の際、分子間の誤ったジサルファイト結合のため、試料にお
いて溶解度が減少する問題を根本的に解決する。これは時々2−メルカプトエタ
ノールまたはDTTなどの還元剤処理により解決し得るが、サルファイトとテト
ラチオネートによるスルホン化の方がより安定であり、溶解度の面でもより好ま
しい。第四、シアノゲンブロマイド反応の前段階にシステイン基の−SH基を−
S−SO3 - に置換することにより、溶解とその後の工程から発生し得るシステ
イン基の非可逆的変性、例えばシステインがシステイン酸に変性するなどの現象
を防ぐことができる(参照:米国特許第4,451,396)。第五、シアノゲ
ンブロマイド反応の後、乾燥してから脱塩などの前処理なしにイオン交換クロマ
トグラフィーまたは吸着クロマトグラフィーを行うことにより、工程の連続性を
与えるという長所を有する。
【0022】 本発明のいま一つの特徴は、インシュリンの産業的生産において重要な段階の
一つである再生反応を効率的に行うことである。とりわけ、混合容器を用い連続
的に反応させることにより、収率の向上および生産規模の増加の際の再現性を確
保した。さらに再生反応の後、工業用吸着樹脂により自然状態のプロインシュリ
ンを反応混合物から精製、濃縮および脱塩を同時に行うことができる。
【0023】 従来、再生反応を必ず伴うプロインシュリンの製造において、上記化学式(I
)のポリペプチドはシステイン残基をスルホン化してプロインシュリンS−スル
ホン酸塩を形成した後、pH7ないしpH11.5の中性またはアルカリ条件下
、各−SSO3 - 残基当たり1当量ないし5当量の2−メルカプトエタノールと
反応させる方法を用いた(参照:米国特許第4,430,266)。前記提示の
回分式の条件下、約60%の再生収率を見せ、追加的な収率の向上のため、再生
反応の後、pHを4ないし6に調整し直して正しく再生できなかった中間物質を
凝集体の形で取得し、さらにこのものをスルホン化してから再生の再循環系を導
入する工程を行うことにより、約80%の収率を得た(参照:米国特許第4,8
01,684)。しかしながら、本発明の反応工程はただ一回の再生反応からプ
ロインシュリンS−スルホン酸塩の80%まで自然状態のプロインシュリンに転
換することができ、工程の短縮および収率の向上をともに成し遂げた。
【0024】 今までの再生反応に対する多くの研究の結果、タンパク質の再生収率を落とす
主な因子は、再生反応の際に中間物質等の間に露出されている疎水性部位等の間
の非共有性結合による凝集体の形成と知られている。なお、このような凝集体の
形成にはタンパク質の濃度、反応のかさ、温度およびpHなどの要因が影響を及
ぼすと知られている。その中でも、タンパク質の濃度は収率に大きい影響を及ぼ
すので、収率を考慮し低いタンパク質の濃度で再生反応を行う場合、産業的生産
の経済性を悪化させることから、組換えタンパク質を適切な濃度で再生するため
の効率的な方案等が提示された。例えばアルギニンなどの凝集阻害剤またはポリ
エチレングリコールなどの界面活性剤および変性剤を添加する方法などが提示さ
れた。かつ、反応途中のタンパク質を段階的に高める方法なども提示された。
【0025】 それにもかかわらず、インシュリンを産業的な規模で生産するためには、再生
反応に一定した規模以上の反応かさを必要とし、この際、プロインシュリンS−
スルホン酸塩と2−メルカプトエタノールなどの各反応液内の構成要素等の均一
な混合が迅速に行われにくくなり、凝集現象が加速化され、結局再生の収率が低
くなる。故に、本発明者らはプロインシュリンS−スルホン酸塩と2−メルカプ
トエタノールを混合する際、平衡に達するにかかる時間を最小化するため、それ
ぞれを小さい混合容器で連続混合しながら再生反応を誘導した結果、高濃度のプ
ロインシュリンS−スルホン酸塩を用いながらも、高収率でプロインシュリンを
製造することができた。
【0026】 一般に、組換え非活性形プロインシュリンの再生反応の後、再生プロインシュ
リンを精製するため、セファデックスG−50などのゲル濾過クロマトグラフィ
ーとイオン交換クロマトグラフィーなどを行う。このためには、まず反応液の緩
衝液を交換する必要があり、かつ脱塩化過程が伴われた(参照:米国特許第4,
430,266)。脱塩化に幅広く用いられている通常的な方法には、ゲル濾過
法、透析および限外濾過がある。この中で、ゲル濾過法はセファデックスG−2
5などのポリデクストランと呼ばれるゲルを用いたクロマトグラフィー法で、物
質の分子量または構造に応じゲルの一定の穴を通過するにかかる時間の差を利用
する。一方、透析法はゲルの代わりに透析膜を用いる反面、限外濾過法はホロー
ファイバーやカセット(cassette)などのカートリッジ(cartri
dge)とディスク膜(disc membrane)を用いる。
【0027】 しかしながら、上記方法は次のようないくつかの問題点を有している。例えば
、ゲル濾過法の試料処理の容量は、試料の量または濃度より、カラムに充填され
たゲルのかさに依存するため(処理容量:ゲルのかさの10%ないし25%)、
試料の濃度が希釈されるほどカラムのサイズが大きくなる。さらに、溶出された
試料の濃度が希釈されるため、かさが増え後続工程に問題を起こす恐れがある。
透析法は、透析膜での試料の非特異的な結合による試料の損失と処理容量の制限
などが問題になる反面、限外濾過法は大きい処理容量および濃縮の効果を有して
いるが、特別な施設を備えなければならないし、非特異的な結合、ファウリング
(fouling)およびプラギング(plugging)などから試料の損失
と流速の減少が発生する。
【0028】 本発明は従来の上記方法の原理とは違って、吸着クロマトグラフィーを利用し
て脱塩化することにより、上記列挙の方法等の問題点、すなわち処理容量の制限
、溶出試料の希釈、非選択的な結合および経済的な負担を解決した。例えば、活
性形プロインシュリンを含む再生反応液を約pH3ないしpH4に調整し、極性
メタクリルレート系の樹脂に適用し、約15%ないし50%(v/v)のアセト
ンを含む緩衝溶液(pH3ないしpH4)で再生プロインシュリンをほとんど回
収した。この際、用いられる極性メタクリルレート系の樹脂はHP−2MGとい
う商標で三菱化学(株)から市販されており、比較的極性の高い有機物の吸着に
適切である。本発明においては吸着および脱着が脱塩、濃縮および精製の効率の
面で、カラム条件下で工程を行うことがより好ましいが、回分法でも行うことが
できる。本発明のヒトプロインシュリンの製造方法によると、活性形プロインシ
ュリンの回収率が90%以上であり、吸着段階で積み込む試料の濃度によって数
倍から数十倍の濃縮効果を有する。
【0029】 すなわち、再生プロインシュリンを経済的に脱塩、濃縮および精製するだけで
なく、溶出液自体を後続工程に直接用いることもできる。
【0030】 以下、実施例を通して本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明は、こ
れら実施例等にその技術的範囲を限定するものではない。
【0031】実施例1 :封入体の精製 封入体の形でプロインシュリンの融合タンパク質を発現する大腸菌(参照:大
韓民国特許公告第94−1855)を1:5ないし10(w/v)の比率で、5
0mMのEDTA、10%の蔗糖、0.1mMのPMSFを含む0.1Mのトリ
ス緩衝溶液(pH7.9)に溶解させ9,000psiの圧力で細胞を破砕した
。破砕液を5,000rpmで4℃で30分間遠心分離し沈澱物を取得した後、
得られた沈殿物の含水重量300gの封入体を10倍のかさに該当する2%のト
リトンX−100と蒸留水で洗浄し遠心分離することにより、精製された封入体
を得た。
【0032】実施例2 :アルカリによる封入体の溶解 実施例1より得られた封入体を20倍のかさの蒸留水で均一に懸濁し、3時間
攪拌し、12,000rpmで30分間遠心分離して沈殿物を取り除いた。上澄
液を1Mの塩酸でpH5.5に調整し、5,000rpmで30分間遠心分離し
て沈澱物を取り除いた後、沈澱したタンパク質を10mg/mlになるまで70
%(v/v)のギ酸で溶解し、タンパク質の量に対し100:1のモル比に該当
するシアノゲンブロマイドを加え、25℃で12時間攪拌した。次いで、減圧蒸
留して完全に乾燥し、7Mの尿素を含む20mMのトリス緩衝溶液(pH9.5
)で溶解した後、ソジウムサルファイトとソジウムテトラチオネートの最終濃度
が各々0.3Mと0.1Mになるまで添加し、6時間攪拌した。その後、HPL
Cで分析し、スルホン化プロインシュリンの濃度を計った(参照:表1)。
【0033】実施例3 :塩酸グアニジンおよび還元剤による封入体の溶解 実施例1より得られた封入体を10倍のかさの下記各変性剤を含む緩衝溶液に
懸濁した:第一、6M−7Mの塩酸グアニジンと1mMのEDTAを含む20m
Mのトリス緩衝溶液(pH9.5)で溶解した;第二、6M−7Mの塩酸グアニ
ジンと1mMのEDTAを含む20mMのトリス緩衝溶液(pH9.5)で溶解
し、1mMの2−メルカプトエタノールを加えた;第三、6M−7Mの塩酸グア
ニジンと1mMのEDTAを含む20mMのトリス緩衝溶液(pH9.5)で溶
解し、ソジウムサルファイトとソジウムテトラチオネートの最終濃度が各々0.
3Mと0.1Mになるまで添加した。その後、前記3種類の溶液を各々4℃で1
2時間攪拌し、反応液を12,000rpmで30分間遠心分離して沈殿物を取
り除いた。次いで、上澄液に約10倍のかさの冷却水を添加し、5,000rp
mで30分間遠心分離して沈澱物を取り除いた。該沈澱したタンパク質を10m
g/mlになるまで70%(v/v)のギ酸で溶解し、タンパク質の量に対し1
00:1のモル比に該当するシアノゲンブロマイドを加え、25℃で12時間攪
拌した。次いで、減圧蒸留して完全に乾燥し、7Mの尿素を含む20mMのトリ
ス緩衝溶液(pH9.5)で溶解した後、ソジウムサルファイトとソジウムテト
ラチオネートの最終濃度が各々0.3Mと0.1Mになるまで添加し、25℃で
6時間攪拌した。その後、HPLCで分析し、スルホン化プロインシュリンの濃
度を計った(参照:表1)。
【0034】実施例4 :尿素および還元剤による封入体の溶解 実施例1より得られた封入体を10倍のかさの下記各変性剤を含む緩衝溶液に
懸濁した:第一、7M−8Mの尿素と1mMのEDTAを含む20mMのトリス
緩衝溶液(pH9.5)で溶解した;第二、7M−8Mの尿素と1mMのEDT
Aを含む20mMのトリス緩衝溶液(pH9.5)で溶解し、1mMの2−メル
カプトエタノールを加えた;第三、7M−8Mの尿素と1mMのEDTAを含む
20mMのトリス緩衝溶液(pH9.5)で溶解し、ソジウムサルファイトとソ
ジウムテトラチオネートの最終濃度が各々0.3Mと0.1Mになるまで添加し
た。その後、前記3種類の溶液を各々4℃で12時間攪拌し、反応液を12,0
00rpmで30分間遠心分離して沈殿物を取り除いた。次いで、上澄液に約1
0倍のかさの冷却水を添加し、5,000rpmで30分間遠心分離して沈澱物
を取り除いた。該沈澱したタンパク質を10mg/mlになるまで70%(v/
v)のギ酸で溶解し、タンパク質の量に対し100:1のモル比に該当するシア
ノゲンブロマイドを加え、25℃で12時間攪拌した。次いで、減圧蒸留して完
全に乾燥し、7Mの尿素を含む20mMのトリス緩衝溶液(pH9.5)で溶解
した後、ソジウムサルファイトとソジウムテトラチオネートの最終濃度が各々0
.3Mと0.1Mになるまで添加し、25℃で6時間攪拌した。その後、HPL
Cで分析し、スルホン化プロインシュリンの濃度を計った(参照:表1)。 表1:実施例2ないし実施例4において、各溶解方法がスルホン化に及ぼす影
【0035】
【表1】
【0036】 *各群の試料はTriton X−100と冷却蒸留水で洗浄した封入体30
g(含水重量)を用い、コントロールは溶解工程を経ていない非処理群であって
、Triton X−100と蒸留水で洗浄した封入体をシアノゲンブロマイド
処理した。
【0037】 表1から分かるように、尿素または塩酸グアニジンにソジウムサルファイトと
ソジウムテトラチオネート処理したら、非処理群より1.5倍ないし2倍程度の
精製収率が増加される効果を見せた。一方、還元剤を添加していない塩酸グアニ
ジンのみで溶解した場合には、70%(v/v)のギ酸を加えたらゲル化現象が
現れたため、溶解後のタンパク質の量やスルホン化の収率を測定することができ
なかった。これは分子間の疎水性作用またはジサルファイド結合形成による重合
現象と推定された。なお、2−メルカプトエタノールの添加は収率に相当の損失
をもたらし、これも同様の原因と推定された。
【0038】 スルホン化プロインシュリンの融合タンパク質の場合、−SSO3 - の置換に
より全体的な分子がマイナス電荷を含むため、分子間の相互作用を防ぎ、アルカ
リ溶解の場合はタンパク質の安全性に影響を及ぼすため、タンパク質を変性させ
ることが立証された。かつ、産業的な利用の面では、サルファイトとテトラチオ
ネートを添加した尿素と塩酸グアニジンとの結果があまり相違しないことから、
尿素の溶解は相当の費用節減の効果を有することが分かった。
【0039】 なお、スルホン化反応を含む溶解過程を経てシアノゲンブロマイド処理した後
、7Mの尿素を含む20mMのトリス緩衝溶液で溶解した試料をHPLCにより
分析した結果、サルファイトとテトラチオネートを添加してもスルホン化の収率
は増加しなかった。
【0040】実施例5 :尿素の溶解およびスルホン化 実施例2ないし4の結果に基づき、封入体を尿素溶液に溶解し、スルホン化の
工程を行った。すなわち、含水重量110gの精製された封入体を含水重量の1
0倍のかさの8Mの尿素と1mMのEDTAを含む20mMのトリス緩衝溶液(
pH8.5)で溶解した後、ソジウムサルファイトとソジウムテトラチオネート
を各々最終濃度が0.3Mと0.1Mになるまで添加し、4℃で12時間攪拌し
た。その後、反応液を12,000rpmで30分間遠心分離して沈澱物を取り
除き、上澄液に約10倍のかさの冷却水を加えた。次いで、2Nの塩酸溶液によ
りpHを5.5辺りに調整した後、5,000rpmで30分間遠心分離して沈
澱物を取り除いた。この際、含水重量は250g、タンパク質は約40gと定量
された。
【0041】実施例6 :シアノゲンブロマイド処理 沈澱したタンパク質を70%(v/v)ギ酸2Lで溶解し、タンパク質の量に
対し100:1のモル比に該当するシアノゲンブロマイドを加え、25℃で12
時間攪拌した。次いで、減圧蒸留して完全に乾燥し、7Mの尿素を含む20mM
のトリス緩衝溶液(pH8.0)で溶解しHPLCで分析した。
【0042】実施例7 :陰イオン交換クロマトグラフィー DEAE−Sephacelを時間当たり1.5カラムのかさの流速で2.5
×30cmのカラムに充填し、7Mの尿素を含む20mMのトリス緩衝溶液(p
H8.0)で平衡させた。平衡が完了した後、実施例6の試料を樹脂1ml当た
り20mgずつ積み込み、1カラムのかさの平衡緩衝溶液で洗浄した。0M−1
MのNaClを含む平衡緩衝溶液を用い、濃度勾配により溶出した。次いで、0
.35M−0.45MのNaClの濃度区間の溶出液を集めてHPLCで分析し
た結果、純度は80%以上で、回収率は91%であった。
【0043】実施例8 :プロインシュリンS−スルホン酸塩の再生 逆相クロマトグラフィー(RP−HPLC)により精製された活性形組換えプ
ロインシュリンを逆にスルホン化して取得したプロインシュリンS−スルホン酸
塩1gを50mMのグリシン緩衝溶液500ml(pH10.6)で溶解し、さ
らに窒素ガスを注入することにより酸素脱気した後、密封した溶液と、他の容器
にある50mMのグリシン緩衝溶液(pH10.6)500mlに104μlの
2−メルカプトエタノールを添加し、さらに窒素ガスを注入することにより酸素
脱気した後、密封した2種類の溶液を同じ50ml/hrの流速でかさが1ml
である混合容器内に流入させ攪拌しながら、手早く注入した。混合された再生反
応溶液を時間当たり100mlの流速で窒素ガスにより脱気された反応容器(r
eservoir)に移し、徐々に攪拌しながら4℃で18時間反応させた。反
応の終了した後、2Mの塩酸でpH2.9±0.1に酸性化し、HPLCで分析
した結果、再生の収率は55%であった。
【0044】実施例9 :再生に対するタンパク質濃度の影響 タンパク質濃度以外は、実施例8と同様の反応条件下で同時に行われる一連の
反応において、プロインシュリンS−スルホン酸塩からプロインシュリンへの転
換収率にタンパク質濃度が与える影響を調べた(参照:表2)。 表2:再生に対するタンパク質濃度の影響
【0045】
【表2】
【0046】実施例10 :再生に対する−SH:−SSO3 - の比率の影響 −SH:−SSO3 - の比率以外は、実施例8と同様の反応条件下で同時に行
われる一連の反応において、プロインシュリンS−スルホン酸塩からプロインシ
ュリンへの転換収率に与える−SH:−SSO3 - の比率の影響を調べた(参照
:表3)。 表3:再生に対する−SH:−SSO3 - の比率の影響
【0047】
【表3】
【0048】実施例11 :再生に対する尿素濃度の影響 尿素濃度以外は、実施例8と同様の反応条件下で同時に行われる一連の反応に
おいて、プロインシュリンS−スルホン酸塩からプロインシュリンへの転換収率
に与える尿素濃度の影響を調べた(参照:表4)。 表4:再生に対する尿素濃度の影響
【0049】
【表4】
【0050】実施例12 :陰イオン交換クロマトグラフィーより精製されたプロインシュリン
S−スルホン酸塩の再生 実施例7より得られた10gのプロインシュリンS−スルホン酸塩を含む溶出
液を最終かさが5Lになるように1Mの尿素を含む50mMのグリシン緩衝溶液
(pH10.6)で希釈した。さらに窒素ガスを注入することにより脱気した後
、密封した。他の容器にある1Mの尿素を含む50mMのグリシン緩衝溶液5L
に781μlの2−メルカプトエタノールを添加し、さらに窒素ガスを注入する
ことにより脱気した後、密封して2種類の溶液を同じ500ml/hrの流速で
かさが1mlである混合容器内に流入させ攪拌しながら、手早く混合した。混合
された再生溶液を時間当たり1L/hrの流速で窒素ガスにより脱気された反応
容器に移し、徐々に攪拌しながら4℃で18時間反応させた。反応の終了した後
、2Mの塩酸でpH2.9±0.1に酸性化し、HPLCで分析した結果、再生
の収率は81%であった。
【0051】実施例13 :組換えヒトプロインシュリンの吸着クロマトグラフィーによる精製 極性メタクリレート系の樹脂であるHP−2MG樹脂(三菱化学(株)、日本
国)を常温で6時間、樹脂1g当たり5mlのアセトンで湿潤化し、樹脂を順番
に0.1NのNaOH、蒸留水、0.1NのHCl、蒸留水および20mMの酢
酸(pH3.2±0.2)で充分洗浄してカラムに充填した。その後、カラムの
かさの3倍の平衡緩衝溶液(20mMの酢酸、pH3.2±0.2)を時間当た
りカラムのかさの1倍の流速で通過させ平衡させた。次いで、実施例12より得
られた再生プロインシュリンを含む反応液を樹脂1L当たりタンパク質が8gに
なるまで積み込んだ。その後、カラムを20mMの酢酸緩衝溶液(pH3.2±
0.2)1カラムのかさで洗浄し、再生プロインシュリンを30%のアセトンを
含む同一の緩衝溶液で溶出した。その結果、再生プロインシュリンの92%以上
が回収され、グリシン、尿素などの夾雑物が取り除かれた。また、約10倍の濃
縮効果と約1.3倍以上のタンパク質純度の増加をHPLCおよび定量のタンパ
ク質分析により確認した。一方、上記活性形プロインシュリンを含む溶出液を減
圧によりアセトンを取り除いて凍結乾燥するか、または溶出液のpHを1NのN
aOHでpH5.4に調整し、塩化亜鉛を最終濃度が0.04%になるまで加え
て再生プロインシュリンを回収した。
【0052】 以上詳細に説明し、立証した通り、本発明はヒトプロインシュリンの製造方法
において、溶解とスルホン化、濃縮、脱塩および精製の工程を単純化し、再生反
応の収率を向上させることから、再現性を確保しながらヒトプロインシュリンを
生産することができる効率的なプロインシュリンの製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、従来の組換え大腸菌で発現されたプロインシュリンの融
合タンパク質からヒトプロインシュリンを製造する方法を示す工程図である。
【図2】 図2は、本発明の組換え大腸菌で発現されたプロインシュリンの
融合タンパク質からヒトプロインシュリンを製造する方法を示す工程図である。
【図3】 図3は、本発明のヒトプロインシュリンの製造方法において、再
生システムを示す模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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) C12R 1:19) C12N 15/00 A (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,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,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U S,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 リー, ワング−シク 大韓民国、ソウル 135−10、カングナム −グ、アプグジェオング−ドング、ミソン グ アパートメント 3−806 (72)発明者 キム, チャング−キュウ 大韓民国、ソウル 153−030、クムチュン −グ、シフング−ドング、ラッキー アパ ートメント 9−301 (72)発明者 キム, ヨング−イン 大韓民国、キュンギ−ド 423−010、クァ ングミュング、クァングミュング−ドン グ、ハンジン アパートメント 107−510 (72)発明者 フュー, ジェ−ニイ 大韓民国、キュンギ−ド 423−064、クァ ングミュング、ハアン4−ドング、ジュウ コング アパートメント 1008−602 (72)発明者 シン, ジェオング−ウー 大韓民国、キュンギ−ド 425−140、アン サン、シュンブ−ドング、ジュウコング アパートメント 1513−202 (72)発明者 オー, スング−ジン 大韓民国、キュンギ−ド 427−030、クァ チョン、ウォンムン−ドング、ジュウコン グ アパートメント 279−408 Fターム(参考) 4B024 AA01 BA02 DA06 GA19 HA01 4B064 AG16 CA02 CA19 CC24 CD01 CD11 CD16 CE09 CE11 DA01 4B065 AA26X AA93Y AB01 AC14 BD01 BD15 BD22 BD25 BD35 CA24 CA44 4H045 AA10 AA20 BA41 BA50 CA40 DA37 EA27 FA50 FA58 FA74 GA23

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (i)封入体の形でプロインシュリンの融合タンパク質を発
    現する大腸菌細胞を緩衝溶液に懸濁させ、そして該細胞を溶解することにより、
    封入体を取得する工程; (ii)工程(i)で得られた該封入体を変性剤を含む緩衝溶液中に懸濁させる
    と同時に、ソジウムサルファイトとソジウムテトラチオネートでスルホン化し、
    下記化学式(II)のプロインシュリンS−スルホン酸塩の融合タンパク質を取得
    する工程; (iii )工程(ii)で得られたプロインシュリンS−スルホン酸塩の融合タン
    パク質を遠心分離して取得した沈澱物をギ酸に溶解し、さらにシアノゲンブロマ
    イドで処理して該融合タンパク質からプロインシュリンS−スルホン酸塩を分離
    して減圧乾燥する工程; (iv)工程(iii )で得られた乾燥したプロインシュリンS−スルホン酸塩を
    緩衝溶液に溶解し、該プロインシュリンを陰イオン交換クロマトグラフィーで精
    製する工程; (v)工程(iv)で得られた該精製プロインシュリンS−スルホン酸塩を第一
    緩衝溶液に希釈し、さらに窒素ガスを注入することにより酸素を除いて第一混合
    物を取得し、第一混合物と、2−メルカプトエタノールの添加された第二緩衝溶
    液とを混合セル中で混合し、貯蔵容器で攪拌することにより、次の化学式(I)
    のプロインシュリンを含む再生(refolding)反応の混合物を取得する
    工程;および、 (vi)工程(v)で得られた再生反応の混合物を吸着クロマトグラフィー樹脂
    に添加し、水性溶出剤で溶出させることにより、再生されたプロインシュリンを
    取得する工程、 を含むヒトプロインシュリンの製造方法であって、 【化1】 【化2】 Rが酵素的または化学的に分解できるアミノ酸残基またはペプチドであり、そし
    て、 Xが、A−1ないしA−21の領域がインシュリンA鎖で、B−1ないしB−3
    0の領域がインシュリンB鎖である場合、インシュリンA鎖中のA−1のアミノ
    基とインシュリンB鎖中のB−30のカルボキシル基との結合であって、酵素的
    または化学的にA鎖またはB鎖から分離することができる結合である方法。
  2. 【請求項2】 変性剤が尿素または塩酸グアニジンである請求項1記載のヒ
    トプロインシュリンの製造方法。
  3. 【請求項3】 変性剤の濃度が6Mないし8Mである請求項1記載のヒトプ
    ロインシュリンの製造方法。
  4. 【請求項4】 封入体が、変性剤を含む0.02Mないし0.1Mのトリス
    緩衝溶液(pH8ないしpH10)に懸濁されるものである請求項1記載のヒト
    プロインシュリンの製造方法。
  5. 【請求項5】 ソジウムサルファイトとソジウムテトラチオネートの濃度が
    それぞれ0.1Mないし0.6Mと0.01Mないし0.1Mである請求項1記
    載のヒトプロインシュリンの製造方法。
  6. 【請求項6】 封入体が、変性剤を含む緩衝溶液に10ないし20(w/v
    )の比率で懸濁されるものである請求項1記載のヒトプロインシュリンの製造方
    法。
  7. 【請求項7】 封入体が、変性剤を含む緩衝溶液に4℃ないし8℃の反応温
    度で懸濁されるものである請求項1記載のヒトプロインシュリンの製造方法。
  8. 【請求項8】 乾燥したプロインシュリンS−スルホン酸塩が1mMのED
    TAおよび7Mの尿素を含むトリス緩衝溶液(pH7ないしpH9)に溶解され
    、かつ、同じ緩衝溶液で平衡化された陰イオン交換クロマトグラフィーを用いて
    精製されるものである請求項1記載のヒトプロインシュリンの製造方法。
  9. 【請求項9】 精製プロインシュリンS−スルホン酸塩が、1Mの尿素を含
    むグリシン緩衝溶液(pH9ないしpH11)によって0.1mg/mlないし
    10mg/mlの濃度に希釈されるものである請求項1記載のヒトプロインシュ
    リンの製造方法。
  10. 【請求項10】 プロインシュリンS−スルホン酸塩の−SSO3 - 基当た
    り1ないし3当量比の2−メルカプトエタノールが1Mの尿素を含む緩衝溶液に
    添加されるものである請求項1記載のヒトプロインシュリンの製造方法。
  11. 【請求項11】 希釈されたプロインシュリンS−スルホン酸塩を含む緩衝
    溶液と2−メルカプトエタノールを含む緩衝溶液とが1:1の比率(v/v)で
    混合されるものである請求項1記載のヒトプロインシュリンの製造方法。
  12. 【請求項12】 用いた緩衝溶液が50mMのグリシン緩衝溶液(pH10
    .6)である請求項10または11いずれかに記載のヒトプロインシュリンの製
    造方法。
  13. 【請求項13】 容積が0.1mlないし10Lの混合セルで混合するもの
    である請求項11記載のヒトプロインシュリンの製造方法。
  14. 【請求項14】 吸着クロマトグラフィーに極性メタクリレート系の樹脂を
    用いるものである請求項1記載のヒトプロインシュリンの製造方法。
  15. 【請求項15】 再生反応の混合物が、極性メタクリレート系の樹脂にpH
    3ないしpH4で吸着されるものである請求項14記載のヒトプロインシュリン
    の製造方法。
  16. 【請求項16】 再生されたプロインシュリンを溶出させる前に、極性メタ
    クリレート系の樹脂が酢酸緩衝溶液(pH3ないしpH4)で洗浄されるもので
    ある請求項14記載のヒトプロインシュリンの製造方法。
  17. 【請求項17】 水性溶出液がアセトンを15%ないし50%(v/v)含
    む酢酸緩衝溶液(pH3ないしpH4)である請求項1記載のヒトプロインシュ
    リンの製造方法。
  18. 【請求項18】 水性溶出液で溶出された再生ヒトプロインシュリンが再生
    プロインシュリンを含む溶出液から塩化亜鉛の添加により回収されるものである
    請求項1記載のヒトプロインシュリンの製造方法。
  19. 【請求項19】 再生プロインシュリンを含む溶出液に、pH5ないしpH
    7の範囲で、0.004%ないし4%(w/v)の最終濃度になるまで塩化亜鉛
    が添加されるものである請求項18記載のヒトプロインシュリンの製造方法。
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