JP2002507894A

JP2002507894A - 真核生物宿主細胞においてタンパク質の分泌を増加するための方法

Info

Publication number: JP2002507894A
Application number: JP50742799A
Authority: JP
Inventors: マイヤー、ダーフィト、イー．; ベッカー、フランク
Original assignee: THE REGENTS OF THE UNIVERSITY OF CARIFORNIA
Current assignee: THE REGENTS OF THE UNIVERSITY OF CARIFORNIA
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 2002-03-12
Also published as: CA2295310A1; AU744484B2; AU8287398A; WO1999001565A1; EP0991774A4; WO1999001565A9; EP0991774A1

Abstract

(57)【要約】遺伝的に改変された細胞が、組換えタンパク質の収量増加などのタンパク質の分泌量の増加を示す方法を提供する。細胞は、分泌経路の成分の増殖を誘導するリボソーム受容体の合成を増加するように遺伝的に改変される。

Description

【発明の詳細な説明】真核生物宿主細胞においてタンパク質の分泌を増加するための方法技術分野本発明は、細胞の分泌能を増加するための方法に関し、さらに詳細には多量の分泌（または細胞内タンパク質輸送）能を示すように、遺伝的に改変してリボソーム受容体の発現が増加した真核生物細胞を使用することに関する。本発明は、国立医療研究所(ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｅａｌｔｈ)の決定による付与番号第ＧＭ−３８５３８号に基づいた米国政府の支援により実施された。米国政府は本発明に所与の権利を有する。本発明は、発明の名称「細胞の分泌経路の誘導(ＩｎｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳｅｃｒｅｔｏｒｙＰａｔｈｗａｙｉｎＣｅｌｌｓ)」で１９９７年７月３日に提出された米国特許暫定出願番号第６０／０５１，７２１号の優先権を主張する。背景技術多数の生物工学会社および製薬会社の目的は、治療用途に使用するために大量の組換えタンパク質を産生することである。ここ数年で大きな評判を呼んだ２つの例はＴＰＡ（組織プラスミノーゲン活性化因子）とＥＰＯ（エリスロポイエチン）である。組換えタンパク質を産生するために使用されている細胞培養系から組換えタンパク質の分泌を増加する方法が求められている。例えば、発明者トマソン(Ｔｈｏｍａｓｏｎ)、１９９３年１２月２１日に付与された米国特許第５，２７２，０６４号に記載されているように、血小板由来増殖因子Ｂを組換えにより産生するためにより高等進化した真核生物宿主細胞系および酵母宿主細胞系を使用しても、一般に、生物活性のあるｒＰＤＧＦＢの分泌は比較的低量であるので、この発明者は大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）発現系に変えた。いくつかの他の例では、発明者ホンジョウ（Ｈｏｎｊｏ）ら、１９９８年６月２日に付与された米国特許第５，７５９，８１０号は、多量のグルタチオン還元酵素と共に標的である組換えタンパク質を産生するように遺伝的に改変した大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）宿主細胞を発現させることによって、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）宿主細胞においてヒト成長ホルモンを分泌するための方法を開示している。発明者ローリス(Ｌａｗｌｉｓ)、１９９７年１０月２１日に付与された米国特許第５，６７９，５４３号は、糸状菌中で発現されると、ヒト組織プラスミノーゲン活性化因子、ヒト成長ホルモン、ヒトインターフェロン等などの望ましいポリペプチドの分泌量が増加すると言われている融合ＤＮＡ配列について記載している。これら上記の技術は数多くのタンパク質を分泌するのに有利であったかもしれないが、いくつかの欠点が含まれる可能性もある。原核生物および真核生物からタンパク質を分泌させる能力はシグナル配列の存在に依存する。これらは非分泌タンパク質に付加されたり、分泌タンパク質間で交換することができるが、進化は、分泌される成熟タンパク質に適合する最もよいシグナル配列を選択してきた可能性が大きい。言い換えると、タンパク質のシグナル配列のスプライシングによりタンパク質の分泌が可能としても、分泌される速度または量にはほとんど明白な影響を与えないことが考えられるのである。さらに重要なことには、これらの技術は、生物的に活性な組換えタンパク質を産生する際に非常に重要であることが多い数多くの共有結合修飾または処理段階を宿主細胞が実施する能力について対処していないことが多い。このために、全ての処理酵素を含む分泌装置の全体性がアップレギュレーションされている宿主細胞を作製する能力がたいへん大きな利便を供すると思われる。多くの場合、最も経済的な細胞培養系（細菌細胞、酵母細胞、昆虫細胞等）は適当な生物活性を有するタンパク質を産生しない。これらの場合では、ＣＨＯ（チャイニーズハムスター卵巣）などのほ乳類動物の細胞を使用することが必要である。しかし、このようなほ乳類動物細胞系は、培地１リッターあたり増殖させられる細胞数に限度があること、および増殖培地そのものの成分が高価であることによりより高価なものになる。従って、産生される組換えタンパク質を多量に分泌量する培養哺乳動物細胞の能力は、細胞培養においてタンパク質を産生しなければならない会社にとって明らかな利益をもたらすものであると思われる。しかし、他の種類の真核生物細胞を用いた場合も、タンパク質分泌の増加が望ましい。例えば、酵母は、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）以外の細胞において組換えタンパク質を産生するための魅力的な代替細胞である。発明の開示本発明者らは種々の真核生物細胞における膜増殖を誘導するために、リボソーム受容体およびその部分の発現を使用することができた。増殖した膜はその細胞の種類におけるタンパク質の分泌に必要なものである。本発明者らは、膜の誘導によりこれらの細胞において分泌能力が増加することを明らかにした。本発明の一態様において、真核生物宿主細胞において望ましいタンパク質の細胞内輸送または分泌を増加するための方法は、遺伝的に改変された真核生物宿主細胞において望ましいタンパク質をコードする遺伝子を発現するステップを含む。遺伝的改変は、野生型真核生物宿主細胞に対して、望ましいタンパク質の細胞内輸送(該望ましいタンパク質が膜結合受容体または酵素である場合)、または分泌のどちらかを増加するように、リボソーム受容体の少なくとも一部を大量に発現させるのに有効である。リボソーム受容体またはその断片の増殖が遺伝的に改変された本発明の細胞（すなわち、分泌能力の増加を示す細胞）を使用することが考慮される用途には、治療目的に有用なタンパク質などの産生用がある。望ましいタンパク質（常に組換えタンパク質とは限らず）の収量は、この技術によって増加することができる。従って、本発明は細胞の分泌能力を増加する方法を提供する。本発明の方法では、関心のある組換えタンパク質を輸送もしくは分泌する能力が増加した細胞を作製するこができ、またすでに望ましいタンパク質を発現している細胞は、これまで到達できなかった輸送量および分泌量に達するように、本発明の実施によって形質転換することができる。図面の簡単な説明図面中：図１Ａは、イヌリボソーム受容体の一次構造（アミノ酸配列）である。図１Ｂは、以下に概略する検討に使用した構築物をダイアグラムで示した物である。図１Ｃは、マウスおよびヒト起源のリボソーム受容体相同配列をコードするcD NAクローンから推定したアミノ酸配列を並べたものを示す(ダッシュは同一箇所を示し、マウスおよびヒトの配列中の文字はイヌと異なる部分を示し、点は欠損と思われるところを示す)。図２は、野生型酵母の電子顕微鏡写真で、３つの主要な細胞小器官である核( Ｎ)、ミトコンドリア（Ｍ）および液胞（Ｖ）だけが見える。図３は、全長のリボソーム受容体の発現に応答して作製された粗面膜が見える酵母の電子顕微鏡写真である。図４は、リボソーム結合ドメインが受容体に欠損していることにより、滑面膜を増殖させる構築物（図１ＢのΔＮＴ）を発現している酵母の電子顕微鏡写真である。図５は、リボソーム結合ドメインおよび膜アンカー（図１ＢのΔＣＴ）だけを含むことにより、粗面膜を最も劇的に増殖する構築物を発現している酵母の電子顕微鏡写真である。図６は、膜増殖の刺激が、分泌経路に沿って細胞小器官に特異的なタンパク質をコードする遺伝子の発現を誘導することを示すノーザンブロットで、各菌株にトランスフェクションされた遺伝子は図の上部に示し、各列は、異なる細胞小器官特異的な様相の分泌過程に関与することが周知のタンパク質をコードする遺伝子の発現量を示す。図７は、対照実験の酵母（上の列）とΔＣＴ構築物を発現する細胞（下の列）を発現する細胞の間接的な免疫蛍光を示し、抗リボソーム受容体抗体(左のパネル)、内在ＥＲタンパク質Ｓｅｃ６１ｐに対する抗体（真ん中のパネル）およびゴルジ体の内在タンパク質であるＧｄａｌｐに対する抗体（右のパネル）による染色を示す。図８は、ウシ膵臓トリプシン阻止因子（ＢＰＴＩ）をコードする遺伝子を大量に発現する細胞は、ΔＣＴまたは全長のリボソーム受容体をコードする遺伝子でトランスフェクションされないと、増殖することができないことを示す増殖アッセイである。図９は、対照実験の酵母細胞またはΔＣＴを発現する細胞のＢＰＴＩ量を培養培地中で測定したアッセイである。図１０は、対照実験のサルＣＯＳ−７細胞（パネルＡ、下の細胞およびパネルＣ）と全長のリボソーム受容体をコードするプラスミドで一過的にトランスフェクションしたＣＯＳ−７細胞（パネルＡ、上の細胞およびパネルＢ）の電子顕微鏡写真である。図１１は、リボソーム受容体をコードするｃＤＮＡ構造物で安定にトランスフェクションされたチャイニーズハムスター卵巣（ＣＨＯ）細胞のリボソーム受容体を免疫蛍光法で検出したものを示す。図１２は、リボソーム受容体の発現の誘導を可能にするｃＤＮＡ構造物で安定にトランスフェクションされたチャイニーズハムスター卵巣（ＣＨＯ）細胞のリボソーム受容体を免疫蛍光法により検出したものを示す。図１３は、酵素であるアルカリ性ホスファターゼの分泌型をコードするプラスミドで図１２に記載した細胞を一過的にトランスフェクションした、アルカリ性ホスファターゼの分泌に関するアッセイの結果を示す。好ましい実施態様の詳細な説明広義には、本発明の一態様は真核生物宿主細胞において望ましいタンパク質の細胞内輸送または分泌を増加するための方法である。「細胞内輸送」は、望ましいタンパク質が細胞過程によって細胞膜方向に搬送されることを意味する。例えば、本発明を実施することによって輸送が望ましく増加すると思われる多数の膜結合タンパク質の中には、市販上重要なタンパク質に共有結合修飾を実施するものがある。多数の処理段階はインビトロにおいてこれらのタンパク質によって酵素的に実施されている。分泌経路の増殖刺激によってそれらの産生増加すると思われるいくつかの重要な酵素の例には、グリコシル化(中心部および末端)、チロシン硫酸化、タンパク質分解による切断または脂質アンカーの付加に関与する酵素が含まれる。望ましいタンパク質が分泌タンパク質である場合には、本発明の方法の実施は、細胞膜を通過する望ましいタンパク質の分泌を増加する。例えば、好適な候補の中には、増殖因子、凝固因子、リンフォカインおよび他のサイトカイン、ホルモン、プロテアーゼ阻害剤並びに他の血清タンパク質などの組換えタンパク質がある。本発明は真菌細胞、植物細胞、原生動物細胞、無脊椎動物細胞または脊椎動物細胞のいずれに由来する細胞であろうとも、実質的にいかなる真核生物宿主細胞においても実施することができる。遺伝的に改変された真核生物宿主細胞における望ましいタンパク質をコードする遺伝子の発現は、遺伝的に改変された構築物および現在では当業者に周知の方法によって実施することができる。酵母は数世紀にわたって大規模発酵に使用されており、細菌より高密度まで増殖できることが多く、連続発酵工程に容易に順応させられる。酵母系における組換えタンパク質産生に好適な培養細胞系は、例えば米国特許第５，６１８，６７６号に記載されているように周知である。一方、脊椎動物細胞、特にほ乳動物細胞を使用する利点も多いが、ショウジョウバエやガから誘導される昆虫細胞が好ましい場合やウィルスベクター（バキュロウイルス）が大量の発現を産生できる場合もある。バキュロウイルス発現系においてキメラタンパク質を産成することはよく知られている。例えば、発明者ケイレイ（Ｃａｙｌｅｙ）ら、１９９８年６月２３日に付与された米国特許第５，７７０，１９２号は、組換えバキュロウイルスを感染させた昆虫細胞から分泌される異種タンパク質を発現する組換えバキュロウイルスについて記載している。タンパク質を産生するために最も広範に使用されるほ乳動物細胞系統は常にＣＨＯ（チャイニーズハムスター卵巣）であるが、ある種のタンパク質を産生するために新生仔ハムスター腎臓（ＢＨＫ）系統を使用している会社もある。組換え抗体を分泌させるためには、ハイブリドーマ（ＳＰ２／０などの血漿細胞系統と抗体産生脾臓細胞との融合物から誘導される）が最も頻繁に使用される。その理由はそれらは抗体産生過程自体によって作製されるからである。特異的抗体をコードする遺伝子をハイブリドーマからクローニングできると、さらに産生するために安定にトランスフェクションされたＣＨＯ細胞を使用することができる。最近、組換え抗体の「ヒト化」方法の一部としてハイブリドーマをヒトＢ細胞に融合させた「トリオーマ」が作製された。ほ乳動物細胞については、ヒトサイトメガロウィルス（ＣＭＶ）から誘導されたプロモーターが最も普通に使用される。呼吸器系合胞性ウィルス（ＲＳＶ）プロモーターを使用しても大量の発現を達成することができるが、組換えタンパク質を発現するために使用される第一のプロモーターの１つＳＶ−４０は依然として広範に使用されている。ＳＶ−４０プロモーターは、遺伝子「増幅」技術を使用した系では普通である。この場合、構築物は、メトトレキセートを使用した増幅の選択を可能にするジヒドロ葉酸還元酵素（ＤＨＦＲ）遺伝子を通常含有する。これらの種々の真核生物細胞系において、遺伝的に改変されて分泌能が増加した細胞は、本発明を実施することによって得ることができる。このような遺伝的に改変された真核生物宿主細胞は、野生型の真菌生物宿主細胞に比較してリボソーム受容体またはその断片を多量に発現するように改変または工作される。結果として、全ての処理酵素を含む分泌装置の全体を上流で制御することができる。本発明者らの１名によって以前に報告されているように、１８０ｋＤのイヌリボソーム受容体（ＲＲｐ）の推定一次構造は３つの別個のドメイン：膜アンカーである２８個の無荷電アミノ酸のアミノ末端伸長部、アミノ末端の残りを含む塩基性領域（ｐＩ＝１０．７４）および酸性カルボキシ末端（ｐＩ＝４．９９）を示した。アミノ酸配列の最も顕著な特徴は、アミノ末端の正に荷電した領域において、１０個のアミノ酸が中断なく５４回反復して連結した共通部分である。参考として本明細書に組み入れられているウァンカー（Ｗａｎｋｅｒ）ら、Ｊ．ＣｅｌｌＢｉｏｌ.，１３０，２９−３９ページ(１９９５年)。ＲＲｐの一次構造（アミノ酸配列）を図１Ａに示す。ＲＲｐのヌクレオチド配列はジーンバンク（ＧｅｎＢａｎｋ）に提出されており、寄託番号Ｘ８７２２４号として入手できる。図１Ｂを参照すると、ＲＲ鎖は全長のリボソーム受容体を示し、ＭＡは膜アンカー領域を示し、ＲＢＤはリボソーム結合領域を示し、ＣＴはカルボキシ末端領域を示す。カルボキシ末端ドメインの切断部分をΔＣＴとして示し、ＲＢＴ欠損部を有する構築物をΔＮＴとして示す。制限地図などのさらに詳細な説明はウァンカー（Ｗａｎｋｅｒ）ら、上記に記載されている。図１Ａに示すリボソーム受容体の一次構造は、イヌｃＤＮＡ配列から推定される。このタンパク質は、配列データが入手できる他の種の中でも保存性が非常に高い。発現される配列標識(ｅｘｐｒｅｓｓｅｄｓｅｑｕｅｎｃｅｔａｇｓ( ＥＳＴ))として周知のｃＤＮＡ断片の数はデータベース中にこれまでに数を増している。最も普通に標識されるほ乳動物の配列はマウス起源およびヒト起源由来である。アミノ酸に翻訳されると、それらの数多くはイヌリボソーム受容体の配列と全くうまく並ぶ。その繰り返し性のために、短いＥＳＴをＮ−末端繰り返しを含有するドメイン内に配列することは困難である。しかし、図１Ｃからわかるように、非繰り返し領域由来のかなりの数のヒトＥＳＴおよびマウスＥＳＴはその全長にわたって顕著なアミノ酸同一性（＞９０％）を示す。図１Ｃに示す全てのＥＳＴでは、ヒト配列の８４％およびマウス配列の７９％においてアミノ酸の同一性が存在する。タンパク質のまさにＮ−末端において、膜アンカードメインに及ぶと、ヒト、マウスおよびイヌ配列のアミノ酸同一性は９５％を越える。アミノ酸９４６〜９７９をコードするＥＳＴは配列決定エラーを有する可能性が最も高いので、マウスでの全体的な値は、７９％よりずっと高い可能性が最も大きい。マウスゲノム配列決定から得られた証拠は、マウスの相同染色体は、イヌ一次構造において見られる５４の繰り返しのうち少なくとも４５を有することを示す。種間に渡り見られるようなリボソーム受容体の保存性のかなりの高さを考慮すると、本発明者らは、イヌリボソーム受容体断片を有するほ乳動物細胞中で本発明の態様を明らかにしているので、本発明を実施する際、リボソーム受容体または断片がどの種に由来するかということに大きな問題があるとは考えられない。上記の１９９５年の報告により、サッカロマイセスセレビシアエ（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）における発現によってインビボでのリボソーム受容体の特徴が解析された。しかし、（組換えリボソーム受容体自体以外の）組換えタンパク質は発現されなかった。酵母細胞におけるＲＲｐの過剰発現によりＥＲ膜に結合するリボソームの数は増加することがこれまでに推測されている。本発明を用いて本発明者らは、リボソーム受容体の少なくとも一部を多量に発現するように遺伝的に改変または工作されている真核生物細胞により、望ましいタンパク質の細胞内輸送または分泌が増加することを明らかにする。本発明を実施することによって、真核生物細胞（酵母からヒトにまで渡る）の分泌能を膜の生物遺伝的事象の刺激により増加することができる。望ましいリボソーム受容体またはリボソーム受容体の一部は望ましい細胞種において安定に発現される。これらの細胞は膵臓細胞、肝臓細胞または血漿細胞などの高度に分化した分泌組織に属する。これらの工作細胞は、正しく処理された市場的に重要な分泌タンパク質または膜タンパク質を大量に産生するための宿主となる。機能的には、その発現が宿主細胞の処理能および分泌能の限界まで最適化されている関心のあるタンパク質をコードする遺伝子で宿主細胞をトランスフェクションすることができる。本発明を実施することによって、市場的に有用な所定のタンパク質を産生するように異種ＤＮＡでプログラムした真核生物細胞（酵母からヒトまで渡る）を本発明の方法によって操作して、このようなタンパク質を輸送、処理およびおそらく分泌する能力を増加することができる。機能的には、リボソーム受容体をコードする遺伝子またはその一部でこれらの細胞をトランスフェクションすることができる。上記のように、細胞は分泌組織の属性を得ることによって、未操作の起源細胞と比較した場合輸送、処理および分泌が増加する。リボソーム受容体構築物の発現程度は、関心のあるタンパク質の輸送、処理および分泌に対して最適であるように調整することができる。理解されるように、数多くのカテゴリーの「望ましいタンパク質」が存在し、それらの細胞内輸送および／または、分泌は本発明を使用することによって増大されると思われる。好適なプロモーターによって駆動されるクローン化ｃＤＮＡの転写に基づき発現する組換えタンパク質が最も明らかである。現在の技術に基づくと、より安定で、再現性のある発現程度を得るために、このような構築物が、常にではないにしても、最も頻繁に宿主細胞のゲノムに導入される。組換えタンパク質をコードするｃＤＮＡは宿主細胞の転写相補物ではない起源に由来することが多く、「異種」と定義されると思われる(例えば、ＣＨＯ細胞中で発現されるヒトｃＤＮＡ)。ヒト宿主細胞を使用するころによって、ヒトタンパク質の同種発現も実施できると思われる。「ヒト化」モノクローナル抗体の例に見られるように、人工タンパク質の輸送、処理および分泌も、本発明を使用することによって現行の技術より改良することができよう。本発明を実施する際には、多量の望ましいタンパク質の発現が誘導されても、誘導されなくてもよい。通常の市場状況では構成的な発現が一般に好ましいと思われる。しかし、組換えタンパク質の合成とタンパク質が輸送され、処理され、分泌される能力との間を最適化させるべく、組換えタンパク質または分泌装置のどちらかを調節された制御下におくことにより、このような最適化を促進する助けとすることができる。望ましいタンパク質が野生型真核生物宿主細胞に対して多量に得られたら、望ましいタンパク質は、好ましくは、遺伝的に工作された宿主細胞の増殖培地から、または宿主細胞からの抽出および精製によって直接精製される。分泌タンパク質の場合には、増殖培地から単離するための周知の技術を使用することができる。細胞内タンパク質または膜結合酵素の場合には、多数の生化学的精製が実施されている。さらに、本発明を実施する際には、真核生物宿主細胞の遺伝物質に導入された組換えＤＮＡ分子は真核生物宿主細胞のゲノムに組み込まれても、組み込まれなくてもよい。さしあたり、長期間にわたってタンパク質を安定して発現する細胞系統を作製する能力、これはＦＤＡの承認を得るために必要な必要条件であるが、それは宿主細胞の染色体に組み込まれることによってのみ達成することができる。エピソームによる（プラスミドに基づいた）トランスフェクションによりより多量に発現することができるが、現在の技術を使用すると、それは本質的に不安定である。エピソームの発現が安定化できるような進歩が将来起こるかもしれない。このような場合には、組換えタンパク質の多量の産生は宿主細胞が大きい分泌能を有することにより利益となると思われる。本発明は、以下の実施例と図を参照することによって本明細書において例示されるが、それは例示的な意図であり、限定するものではない。実施例１構築物の作製とタンパク質の発現酵母における粗面ＥＲ膜（図５に示すように）並びに分泌経路の他の要素（図６および図７）を増殖させるために、イヌリボソーム受容体のＮ−末端部分（アミノ酸１〜８２６）を、ＣＵＰ１遺伝子から誘導したプロモーターの下流のｐＹＥＸ−ＢＸベクター（アムラドバイオテック（ＡｍｒａｄＢｉｏｔｅｃｈ）社製）にクローニングした。リボソーム受容体はウァンカー（Ｗａｎｋｅｒ）ら、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｌｌＢｉｏｌｏｇｙ、１３０巻、２９〜３９ページ（１９９５）によって記載されており、その論文中では、１８０−ｋＤのイヌリボソーム受容体をコードするｃＤＮＡがクローニングされ、GenBank／ＥＭＢＬ／ＤＤＢＪ寄託番号第Ｘ８７２２４号から入手できる配列データを用いて配列決定されたことが報告されている。報告されているＬｉＡｃ／ＤＭＳＯ手法を使用して、５×１０⁷個の細胞に５μｇのＤＮＡをトランスフェクションする。次いで、増殖培地（ＳＤ）中に銅（Ｃｕ₂ＳＯ₄、０．５ｍＭ）を存在させることによって、または添加することによって、遺伝子の発現を制御した。本発明を実施する際に有用な構築物を作製する際には、種々の他のプロモーターを使用することもできる。例えば、ＣＵＰ１遺伝子の代わりとしては、ＡＤＨがそうであり、そのプロモーターにより多量の遺伝子の発現を可能にすると思われ、好適な等価物となる。リボソーム結合（繰り返し−含有）ドメインと膜アンカーだけを含有するように構築物を操作することによって、同等の程度、またはさらに大量の程度までも膜の増殖を誘導することもできる。別の方法として、繰り返しがさらに少ない構築物または繰り返しがさらに多い構築物が膜の作製、従って分泌活性を増大することが出来る。実施例２哺乳動物の細胞において本発明を実証するために、全長のリボゾーム受容体cD NA並びに受容体のＮ-末端部分（アミノ酸１〜８２６）を、構築遺伝子の発現がC MVプロモーターによって制御されるpcDNA３．１／Zeoベクター（インビトロゲン（Introgen，カリフォルニア州サンジエゴ）社製）にクローニングした。哺乳動物細胞の一時的なトランスフェクション（１．６×１０⁶個の細胞に１０ｇのＤＮＡをトランスフェクション）をエレクトロポレーションによって実施してから、１０ｃｍの培養皿でＤＭＥＭ（＋１０％ＦＢＳ）上で増殖させた。ＣＨＯ細胞は、宿主細胞ゲノムへの組込みを可能にするＳｃａＩ線状化発現構築物を用いてエレクトロポレーションによってトランスフェクションした。ｐｃＤＮＡ３．１ベクターにクローニングされたタンパク質を安定して発現する細胞系統は、増殖培地に抗生物質のゼオシン（２５０μｇ／ｍｌ）を添加することによって選択した。小胞体（ＥＲ）補足物を増加することによってトランスフェクションに対してうまく応答する他の動物細胞には、Ｈｅｌａ（ヒト子宮頸癌）細胞、ＣＯＳ−７（アフリカミドリサル腎臓）細胞および２９３（ヒト胎児腎臓）細胞が含まれる。構成的な発現構築物：標準的な技法により、ΔＣＴｃＤＮＡ断片をｐｃＤＮＡ３．１／Ｚｅｏ（−）発現ベクターにライゲーションした。誘導発現構築物：標準的な技法によって、ΔＣＴｃＤＮＡ断片をｐＩＮＤ発現ベクター（インビトロゲン（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）社製）にライゲーションした。得られた構築物において、エクジソン／糖質コルチコイド応答要素および最小熱ショックプロモーターにより転写が開始された。分泌タンパク質構築物：分泌型アルカリ性ホスファターゼ（ｐＳＥＡＰ２−対照）をコードする発現ベクターはクローンテック（Ｃｌｏｎｅｔｅｃｈ，カリフォルニア州パロアルト）社から入手した。リポフェクション技法を使用して、これらの構築物を適当な細胞種に導入した(フュージーン（Ｆｕｇｅｎｅ）６、ベーリンガー、マンハイム（Ｂｏｅｈｒｉｎｇｅｒ，Ｍａｎｎｈｅｉｍ）社製；リポフェクタミンプラス(ＬｉｐｏｆｅｃｔａｍｉｎｅＰｌｕｓ)、ライフテクノロジーズ（ＬｉｆｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、メリーランド州ゲイセルズバーグ）社製)。細胞培養条件：ＣＨＯ／Ｋ１細胞は、１０％ＦＢＳを添加したＨａｍ’ｓ／Ｆ１２培地で増殖させた。ＣＨＯ−Ｅｃｒ（エクジソン受容体発現）細胞はＣＨＯ／Ｋ１と同じ方法で増殖させたが、２５０μｇ／ｍｌまでの濃度のゼオシンを添加した。トランスフェクションの４８時間前に、集密度２５％で細胞を平板培養し、トランスフェクションの１６時間前に新鮮な培地を添加し、ＣＨＯ−Ｅｃｒの場合はゼオシンを除去した。トランスフェクション：エレクトロポレーションによって、１０μｇの線状化発現構築物をＣＨＯ／Ｋ１またはＣＨＯ−Ｅｃｒ細胞（インビトロゲン(Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ)）に導入した。細胞（１．６×１０⁶個）は最終容量４００μｌの培養培地中でトランスフェクションした。パルス後、１０ｍｌの培養培地を入れた１００ｍｍの培養皿に細胞を移した。２４時間の回復時間後、培地を変え、３００μｇのゼオシン（非誘導構築物）または２５０μｇ／ｍｌのゼオシンと５００μｇ／ｍｌのＧ４１８（誘導構築物）のどちらかを添加することによって選択を適用した。次いで、細胞をさらに２４時間増殖させてからクローン選択を実施した。クローン選択：高倍希釈を使用し、９６−ウェルプレートに播種することによって、または１５０ｍｍプレート上の別個の細胞増殖巣を円筒クローニングすることによってクローン選択を実施した。最初に、抗−ｐ１８０抗体を使用した免疫蛍光法によってｐ１８０−関連タンパク質の過剰発現について細胞をスクリーニングした。最初のスクリーニング後に、さらに特徴づけるために陽性の結果を示したクローンを増殖させた。トランスフェクションおよび分泌経路のアップレギュレーションの評価を形態学的および生化学的に実施した。これらの検討の結果を図１０〜１３に図示し、本明細書において説明する。野生型酵母細胞（図２）では、細胞質中、観察できる膜構造は全体的に欠損している。この電子顕微鏡写真を図３および５に示すものと比較すると、細胞質における劇的な変化があきらかである。粗面小胞体を思わせる、活発に分泌する組織の特徴を示す、リボソームが点在する多量の膜が見えている。図４では、リボソーム結合ドメインは、発現されている受容体から削除されているが、図３におけるように、多量の膜が依然として作製されている。しかし、膜に結合する濃く染まった粒子（リボソーム）は見られない。図５では、酵母は、繰り返しドメインおよび膜アンカーにほぼ等しいものをコードする構築物がトランスフェクションされているが、粗面膜の増殖が最も強く、細胞質内に占められていない空間があったとしてもわずかしか残っていない。誘導され、図３および５にはっきりと見られる膜は粗面ＥＲであると思われる。これらの膜が真実のＥＲであるという考えを支持するさらに別の証拠を図６に示す。粗面膜を誘導する構築物の発現は粗面ＥＲタンパク質をコードする遺伝子の同時発現を誘導する。さらに、分泌経路に沿ったさらに別のマーカータンパク質をコードする遺伝子の発現はΔＣＴ構築物による膜誘導の場合に生じる。ΔＣＴがこれらの遺伝子を選択的に誘導する能力の独自性は、酵母において滑面膜の増殖を誘導するものもある（例えば、ΔＮＴ）他の構築物が同様の変化を可能にする、比較的低い能力によって実証される。図７は、それをコードする遺伝子が誘導細胞（図６）中で大量に発現されたようなタンパク質も合成され、適切な細胞小器官内に組み込まれているという事実が、図７において実証されていることを示している。適当な抗体を使用した間接的な免疫蛍光法は、内在するグアノシンジホスファターゼ（Ｇｄａｌ）タンパク質を含有するトランスフェクション細胞において、内在タンパク質の１つ（Ｓｅｃ６１ｐ）がそろったＥＲの外観のアップレギュレーション並びにゴルジ様構造物の数の増加を示す。併せて考慮すると、図６および７に示すデータは、リボソーム受容体（の一部）の発現によって誘導される膜増殖中に、分泌経路の遺伝子が発現され、細胞小器官に適切に組み込まれることを示す。図８は、分泌型タンパク質であるウシ膵臓トリプシン阻害剤（ＢＰＴＩ）をコードする遺伝子を大量に発現する細胞は、ΔＣＴまたは全長のリボソーム受容体をコードする遺伝子をトランスフェクションしないと、増殖することができないことを実証する増殖アッセイである。ＢＰＴＩは調節された様式でこれらの細胞中で発現される；細胞をガラクトース含有培地で増殖するとき、ＧＡＬプロモーターを使用すると発現が可能になるが、グルコース上では可能にならない。図９は、ＢＰＴＩ量を対照の酵母細胞またはΔＣＴを発現する細胞の培養培地中で測定するアッセイである。ＢＰＴＩは、図９の図の説明に記載されているように、ＧＡＬ制御下で発現された。ＢＰＴＩの定量は本明細書の以下に記載するように実施した。分泌経路の明らかなアップレギュレーションと分泌能の増加との相関関係が、本発明の方法を使用するにあたって極めて重要である。記載するように、誘導ＧＡＬプロモーターの制御下でウシ膵臓トリプシン阻害剤（ＢＰＴＩ）をコードするベクターを細胞にトランスフェクションしたとき、野生型細胞中にＢＰＴＩ産生が誘導されると、増殖は停止した（ベクターのみ）(図８)。この阻止は過剰のＢＰＴＩで分泌経路を阻害する結果であったと思われる。膜の増殖（従って、分泌経路）が、ＲＢＤを含有する構築物（全長のＲＲｐおよびΔＣＴ）の発現によって誘導される細胞の場合には、阻害は解放される。ΔＮＴの発現の場合に生じるように、膜の増殖だけでは、これらの細胞をＢＰＴＩ阻害から解放することができない。分泌経路を富化した細胞からのＢＰＴＩの分泌によってＢＰＴＩ阻害が緩和されることを図９に実証する。この場合、トリプシンによる基質のタンパク質分解的切断を阻害するＢＰＴＩの能力に関する感受性アッセイは、ベクターだけの対照と比較して、ΔＣＴ−含有細胞ではＢＰＴＩ分泌の４００％の増加が生じたことを示した。ＢＰＴＩ量だけでなく、ΔＣＴも最適状態でなかったので、この値は、分泌能をアップレギュレーションする細胞の能力の最小値であるかもしれない。酵母で観察されたことはほ乳動物細胞でも生じる可能性がある。トランスフェクションしたアフリカミドリサル腎臓（ＣＯＳ−７）の細胞質の粗面膜の増殖は、図１０に示す電子顕微鏡写真において劇的に実証されている。パネルＡは低倍率の２つの細胞を示し、一方はトランスフェクションされ(上)、他方はトランスフェクションされていない(下)。トランスフェクションした細胞の高倍率像（パネルＢ）は、トランスフェクションされていない細胞（パネルＣ）と比較して、広範囲の粗面ＥＲの増殖を示す。この場合には、全長のリボソーム受容体を使用したが、免疫蛍光法のデータは、ΔＣＴ構築物を使用したとき、同様の膜増殖が生じることを示す(データはここには示していない)。二重標識免疫蛍光法による検討は、これらの細胞中でリボソーム受容体が発現することにより、その合成がトランスフェクションに応答して誘導されると思われる他の内在タンパク質を大量に含有する粗面ＥＲ膜が増殖されることを明らかにしている(データはここには示していない)。多数の商業的用途は重要なタンパク質を分泌するためにチャイニーズハムスター卵巣細胞（ＣＨＯ）を使用しているので、本発明者らは、膜増殖のインデューサーとしてΔＣＴをコードする構築物を安定にトランスフェクションした２種のＣＨＯ細胞系統を樹立した。第１の場合では、構成的なヒトサイトメガロウィルス（ＣＭＶ）プロモーターの制御下にΔＣＴをおくベクターを使用したが、第２の構築物は、増殖培地中に昆虫ホルモンエクジソンまたはエクジソン類似物質を含有させることによって刺激される誘導性ハイブリッドプロモーターの下流にΔ ＣＴをおいた。図１１は、リボソーム受容体をコードするｃＤＮＡを安定にトランスフェクションしたチャイニーズハムスター卵巣（ＣＨＯ）細胞における免疫蛍光法によるリボソーム受容体の検出を示す。トランスフェクションした細胞における広範な膜増殖に注目すること。左のパネル：リボソーム受容体をコードするｃＤＮＡをトランスフェクションした細胞。右のパネル：ベクターだけをトランスフェクションした細胞。図１２は、リボソーム受容体の誘導による発現を可能にするｃＤＮＡ構築物を安定にトランスフェクションしたチャイニーズハムスター卵巣（ＣＨＯ）細胞における免疫蛍光法によるリボソーム受容体の検出を示す。左のパネル：リボソーム受容体を発現するように誘導されなかった細胞。右のパネル：インデューサーの存在下で２４時間増殖した細胞。図１３は、図１２に記載する細胞が、酵素であるアルカリ性ホスファターゼの分泌型をコードするプラスミドで一過的にトランスフェクションされた、分泌型アルカリ性ホスファターゼについてのアッセイの結果を示す。誘導後２４時間経過時の培養培地に出現する酵素の量を、対照細胞およびリボソーム受容体の発現が誘導された細胞について比色分析により測定した。図１１および図１２は、ΔＣＴを発現する細胞における小胞体の増殖を示す。ＣＭＶプロモーターによって駆動されるΔＣＴの構成的発現によって膜の増殖が駆動される細胞の場合には、ベクターのみの対照細胞と比較して、豊富な粗面ＥＲ染色パターンが観察される(図１１)。誘導性プロモーターの制御下でΔＣＴを安定にトランスフェクションした細胞の場合には、同様の像が得られた。本発明の例では、未誘導の対照細胞と比較して、インデューサーの存在下での２４時間の増殖後に、粗面ＥＲの顕著なアップレギユレーションが観察された(図１２)。酵母の場合と同様に、本発明者らは、本発明の方法で操作した哺乳動物細胞は、組換えタンパク質を分泌する能力が増加したことを実証した。従って、酵素アルカリ性ホスファターゼの分泌型は、構成的ＳＶ−４０プロモーターの制御下において、上記の誘導性ＣＨＯ細胞系統にトランスフェクションされた。図１３に要約する実験は、ΔＣＴをコードする遺伝子の誘導の結果、細胞の分泌が２〜３倍増加したことを示す。これは分泌の増加の最小の値であり、アルカリ性ホスファターゼの量とΔＣＴ発現の量を最適化したとき、より大きい値が得られると考えられる。本発明は好ましい具体的な実施態様に関連して上記に説明されているが、説明、実施例および図は例示的な意図のものであり、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によって規定されることが理解されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，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，ＧＭ，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，ＧＭ，ＧＷ，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)発明者ベッカー、フランクアメリカ合衆国 90024 カリフォルニア州ロサンゼルスイーストボーンアベニュー 10651 ナンバー 208

Claims

【特許請求の範囲】１．真核生物宿主細胞において所望のタンパク質の細胞内輸送または分泌を増加するための方法であって、遺伝的に改変された真核生物宿主細胞において前記望ましいタンパク質をコードする遺伝子を発現するステップであって、その遺伝的改変が野生型真核生物宿主細胞に対して多量のリボソーム受容体またはその断片を発現させるのに有効であるステップを含み、望ましいタンパク質の細胞内輸送または分泌が野生型真核生物宿主細胞に対して増加させられる方法。２．望ましいタンパク質が膜結合タンパク質である請求項１に記載の方法。３．望ましいタンパク質が分泌タンパク質である請求項１に記載の方法。４．遺伝的に改変された真核生物宿主細胞が真菌細胞、植物細胞、原性動物細胞、無脊椎動物細胞または脊椎動物細胞に由来する請求項１に記載の方法。５．遺伝的に改変された真核生物宿主細胞がほ乳類動物細胞に由来する請求項１に記載の方法。６．遺伝的に改変された真核生物宿主細胞がヒト細胞に由来する請求項５に記載の方法。７．遺伝的に改変された真核生物宿主細胞が培養ＣＨＯ細胞に由来する請求項１に記載の方法。８．望ましいタンパク質が組換えタンパク質である請求項１に記載の方法。９．遺伝的改変がリボソーム受容体の少なくとも一部をコードするＤＮＡ分子を野生型宿主細胞に安定にトランスフェクションするステップを含む請求項１に記載の方法。１０．多量の所望のタンパク質の発現が誘導される請求項９に記載の方法。１１．ＤＮＡ分子が複数のリボソーム受容体繰り返し単位をコードするものを含む請求項９に記載の方法。１２．組換えタンパク質の産生を増大するための方法であって、リボソーム受容体の少なくとも一部をコードする遺伝子配列を有する組換えＤＮＡ分子を単離するステップと、組換えＤＮＡ分子を真核生物宿主細胞の遺伝物質に導入して、遺伝的に改変された細胞を作製するステップであって、その遺伝的に改変された細胞はコード配列が発現されると、多量の組換えタンパク質を分泌することができるようになるステップとを含む方法。１３．組換えタンパク質を分泌する細胞培養条件下において遺伝的に改変された細胞を維持するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。１４．遺伝的に改変された細胞から分泌された組換えタンパク質を精製するステップをさらに含む請求項１３に記載の方法。１５．真核生物宿主細胞がほ乳類性である請求項１２に記載の方法。１６．導入ステップに真核生物宿主細胞を安定にトランスフェクションするステップが含まれる請求項１２に記載の方法。１７．組換えＤＮＡ分子が真核生物宿主細胞のゲノムに導入される請求項１２に記載の方法。