JP2002518521A - 医用画像解析、診断および治療のための膜透過性ペプチド錯体 - Google Patents

医用画像解析、診断および治療のための膜透過性ペプチド錯体

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Abstract

(57)【要約】 標的細胞特異性を有する新規な細胞膜透過性コンジュゲートの配位結合および共有結合錯体の使用による、医用画像解析、細胞内プロセスおよび成分の評価、細胞内標的の放射線療法および薬物送達のための方法および組成物を提供する。放射性核種やその他の金属をペプチド配位結合錯体に結合させるためのキットをも提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、広く医学の分野に関する。さらに詳しくは、本発明は医用画像解析
(medical imaging)、診断、および治療の分野に関する。本発明は、標的細胞
特異性を有する新規な細胞膜透過性(permeant)コンジュゲートの配位結合およ
び共有結合錯体の使用による、医用画像解析、細胞内プロセスの評価、細胞内標
的の放射線療法および薬物送達のための方法および組成物を提供する。本発明は
また、放射性核種やその他の金属をペプチド配位結合錯体に結合させるためのキ
ットをも提供する。
【0002】 (背景技術)診断および治療における放射性医薬 放射性医薬は、種々の医学疾患の診断および治療の助けとなる極めて重要な情
報を提供する(Homら, Nucl. Med. Biol. 24:485-498,1997)。体内の組織の形
状、機能および局在性に関するデータは種々の放射性核種の一つの使用により中
継される。これら放射性核種は、気体の133Xeのような遊離の化学種か、ある
いは一層大きな有機または無機残基の一部として共有結合または配位結合により
結合したイオン123-および201Tl-のいずれかであってよく、影像は核種の放
射性崩壊の分布によって生成される。
【0003】 医用画像解析のために最も有用な放射性核種としては、ポジトロンエミッショ
ントモグラフィー(PET)のための11C(t1/2 20.3分)、13N(t1/2
9.97分)、15O(t1/2 2.03分)、18F(t1/2 109.7分)、64Cu
(t1/2 12時間)、68Ga(t1/2 68分)、およびシングルフォトンエミッ
ションコンピュータ断層撮影(SPECT)のための67Ga(t1/2 68分)、 99m Tc(t1/2 6時間)、123I(t1/2 13時間)および201Tl(t1/2
3.5時間)が挙げられる(Homら, Nucl. Med. Biol. 24:485-498,1997)。
【0004】 SPECTおよびPET画像解析は、放射性核種の崩壊の結果としてのガンマ
光子の検出により所望の標的組織での放射性核種の分布に関する正確なデータを
提供する。現代の市販SPECTおよびPETスキャナーの高度の空間的解像力
は、放射性核種崩壊事象を体内での薬剤の分布を反映する影像にマッピングする
ような影像を生成することを可能にしている。それゆえ、これら影像は医学的診
断に有用な解剖学的および機能的な情報を含んでいる。同様に、放射性核種が標
的細胞または組織の中または近傍で放射線エネルギーを沈積するような仕方で崩
壊するならば、同アプローチは治療に関連する投与量の放射性核種が該組織内に
沈積することを可能にするであろう。
【0005】 多くの放射性医薬が調製されているが、その組織局在特性はその全体のサイズ
、電荷、または物理的状態に依存する(Homら, Nucl. Med. Biol. 24:485-498,1
997)。特定のホルモン、神経伝達物質、細胞表面または薬剤のレセプター、並
びに特定の高親和性輸送系または酵素のリガンドであることを意図して他の放射
性医薬が合成されている。これらレセプターおよび酵素は生命維持に必要な様々
な生体機能の制御に関与していることが知られているので、有効な画像解析剤を
、そのようなレセプターの機能が異常であったりレセプターの分布が異常である
種々の疾患状態の診断またはステージング(staging)または治療のモニターに
用いることができる(Homら, Nucl. Med. Biol. 24:485-498,1997)。有効な治
療剤はまた、薬理学的に活性な投与量の化合物を同レセプターおよび酵素に送達
するのに用いることができる。
【0006】 分子生物学、構造生物学およびコンピューター生物学における近年の進歩は、
種々のリガンドのデザインに考慮しなければならないレセプターおよび酵素の構
造に対する洞察を提供し始めている。これらレセプターの構造および分布から派
生する2つの重要な問題が新たな放射性医薬の開発に直接的な影響を及ぼす:(
1)レセプターまたは酵素活性の生体内での位置(すなわち、末梢部位と脳部位
)、および(2)その細胞レベル以下の位置(すなわち、細胞表面と細胞内)は
、静脈内注射した放射性医薬が標的に到達するのに0、1、2またはそれ以上の
膜障壁を横切る必要があるか否かを決定するであろう。
【0007】 レセプターの構造およびレセプターとリガンドとの相互作用の性質は、どの程
度大きなリガンドまたは大きな置換基を有するリガンドが許容されうるか(tole
rated)を決定するであろう(Homら, Nucl. Med. Biol. 24:485-498,1997)。た
とえば、細胞表面のレセプターを標的とする放射性医薬は、その標的に到達する
までに膜障壁に出会わないであろう。これらレセプターに対する天然のリガンド
は大きく、またしばしば荷電しており、それゆえ大きな放射性医薬が許容されう
る。反対に、細胞内のレセプターまたは酵素に到達する放射性医薬の場合は少な
くとも一つの膜障壁(細胞質膜)を横切らなくてはならず、また標的部位が中枢
神経系内にある場合には放射性医薬は脳の内皮細胞の細胞質膜(血液−脳関門を
構成する)をも横切らなければならない。そのような状況では、リガンドのサイ
ズおよび分子量を極度に最小にする放射性医薬のデザインが好まれる(Homら、N
ucl. Med. Biol. 24:485-498, 1997)。それゆえ、膜障壁の数が増えるにつれて
、放射性医薬のサイズを小さく(<600Da)かつ脂質親和性を中くらい(オ
クタノール−水分配係数、logP〜2により特徴付けられる)にして薬剤が膜
を横切るのを可能にすることが推奨される(Dishinoら、J. Nucl. Med. 24:1030
-1038,1983;Papadopoulosら、Nucl. Med. Biol.20:101-104,1993; Eckelman, Eu
r. J. Nucl. Med.22:249-263,1995)。
【0008】 細胞表面レセプター(その天然のリガンドがペプチドである)に対して向けら
れた放射性医薬の開発のために極めて多くの研究がなされてきている。Tc−標
識したペプチドはサイズスペクトルに広がる(span)ことができる。小さなペプ
チドの誘導体化基またはキレート化コアは、これら化合物のインビトロ結合およ
びインビボ分布特性に強い影響を及ぼすことが報告されている(BabichおよびFi
schman, Nucl. Med. Biol. 22:25-30,1995; Liuら, Bioconj. Chem. 7:196-202,
1996)。より大きなペプチドまたはタンパク質では標識プロセスは通常、幾つか
の反応性部位のうちの1またはそれ以上で起こり、それゆえ最終的な化合物の混
合物は化学的に明確ではない。それゆえ、より大きなタンパク質では、通常、こ
れら部位のいずれが(もし存在するなら)レセプター相互作用にとって一層有利
であるのか、あるいは特定の標識が該薬剤の生物学的活性を増大させるのか否か
は全く明らかではない(Homら、Nucl. Med. Biol. 24:485-498, 1997)。
【0009】 低分子量のペプチドおよび抗体フラグメントは速やかな腫瘍ターゲティングお
よび腫瘍組織での均一な分布をもたらすことが知られている(Yokotaら, Cancer
Res. 53:3776-3783,1993)。そのような特性は、ターゲティング画像解析およ
び放射線療法の両者にとって低分子量ペプチドを放射能を腫瘍組織および器官に
送達するための魅力的なビヒクルとするものであるが、それにも拘わらず問題が
ある。放射能の高く持続的な局在が腎臓で観察され、このことが腎臓領域での腫
瘍の視覚化の障害となり治療の可能性を制限している(Buijsら, J. Nucl. Med.
33:1113-1120,1992; Baumら, Cancer(Phila) 73:896-899,1994; Choiら, Cance
r Res.55:5323-5329,1995; Behrら, J. Nucl. Med. 36:430-441,1995)。Arano
らが検討しているように(Cancer Res. 59:128-143.1999)、放射性標識した低
分子量ペプチドおよび抗体フラグメントは、標的組織での放射能レベルを損うこ
となしに腎臓の放射能レベルを低減することができるならば標的画像解析および
治療のために遥かに有用となるであろう。これまでの研究は、放射性標識した低
分子量ペプチドおよび抗体フラグメントが腎糸球体濾過後に近位尿細管によって
内腔エンドサイトーシスにより再吸収されやすいことを示している(Silberbagl
, S. Physiol. Rev. 68:811-1007,1988)。放射性標識したフラグメントが腎細
胞内でリソソームタンパク質加水分解した後に生成する放射性代謝産物の長期の
滞留時間もまた、持続的な腎臓放射能レベルの原因であるとの報告もなされてい
る(Choiら, Cancer Res. 55:5323-5329; Rogersら, Bioconjugate Chem. 7:511
-522,1996)。 細胞内レセプターまたは酵素活性をターゲティングするペプチドベースの放射
性医薬に対する必要性が依然として存在する。
【0010】ペプチドベースの金属配位錯体 小さなペプチドは、Applied Biosystems ABI 433Aペプチド合成機などの多数
のよく知られた市販の自動合成機のうちのいずれか一つを用い、自動固相ペプチ
ド合成(Merifield, Biochemistry 21:5020-5031,1982; Houghton, Proc. Natl.
Acad. Sic. USA 82:5131-5135, 1985; Linら, Biochemistry 27:5640-5645,198
8)により容易に調製することができる。天然および非天然アミノ酸およびペプ
チド配列ミメチック(ペプチドミメチック)の多くの組み合わせが可能であり、
望ましい標的−結合特性および薬動力学的特性の選択的操作を天然および非天然
ペプチドを用いて行うことができる(Lister-Jamesら、1997)。ペプチドミメチ
ックは、α−アミノ酸を含んでおらず、そうではなくて水素−結合基(尿素など
)、キラルセンター、側鎖官能基、および天然のポリペプチドと同様に挙動する
、あるいは天然のポリペプチドの生物活性を模倣するのに充分な程度のコンホメ
ーションの制限を有する骨格構造を導入している非天然のバイオポリマーである
。ペプチドベースの画像解析剤もまたよく知られており(Lister-Jamesら, 1997
; Lister-Jamesら, 1997)、とりわけ医用画像解析の分野で最も普通に用いられ
ている同位体であるTc−99mを放射性核種として導入したものはよく知られ
ている。
【0011】 Tc−99mの金属特性は、それがキレート化系によって安定化されて画像解
析剤に結合されることを必要とする。このキレート化剤は一般に、複数のへテロ
原子配位系、または不安定でない有機金属種の形成を必要とする。生物学的応用
のために金属を結合させるには広く2つの戦略がある。これらは「ペンダント(
pendant)法」および「インテグレーテッド(integrated)法」であり、Katzene
llenbogenおよび同僚によって最近概説がなれている(HomおよびKatzenellenbog
en 1997)。ペンダント(またはコンジュゲート(conjugate))法は、Tc−9
9m−キレート化剤−テザー残基を、リガンドとリガンドの高親和性レセプター
との結合を妨害しないリガンド上の部位に戦略的に配置することを含む。インテ
グレーテッド法は、最終的に得られる分子のサイズ、形状、構造および結合親和
性の変化が最小となるように、既知の高親和性レセプターリガンドの成員を必要
なTc−99mキレート化剤で置換するものである。ペプチドベースの画像解析
剤が関与する応用では、一般にコンジュゲートデザインを採用し、それによって
適当な金属キレート化残基を標的ペプチドのアミノ末端またはカルボキシ末端に
付着させる。
【0012】 放射性同位体および磁気共鳴ペプチドベースの画像解析剤の合成のために種々
の金属キレート化系が開発されている。ペプチドベースの薬剤は細胞外のすなわ
ち外側に向かって膜に結合したレセプターをターゲティングする(HomおよびKat
zenellenbogen 1997)。なぜなら、典型的なペプチド構造の電荷、サイズおよび
薬動力学特性は細胞質膜の脂質二重層を横断して拡散することを可能にしないか
らである。このような制限は、ペプチド金属キレートが細胞内のレセプターまた
は酵素の機能的状態または生物学的活性または他のホメオスタシス活性および細
胞内標的を報告することを妨げている。抗体および抗体フラグメントを金属−キ
レートで標識する技術および試薬は当該技術分野でよくしられているが(Homお
よびKatzenellenbogen 1997、およびその中に引用された文献)、それらは細胞
外のすなわち外側に向かった細胞表面レセプターをターゲティングするものであ
る。
【0013】Tatタンパク質およびペプチド Tatはヒト免疫不全ウイルス1型(HIV−1)の転写に関与する86アミ
ノ酸のタンパク質である。HIV−1 Tatトランス活性化タンパク質は細胞
によって効率的に取り込まれ(MannおよびFrankel 1991; Vivesら 1994)、HI
V−1プロモーターから発現されるリポーター遺伝子をトランス活性化するには
低濃度(nM)で充分である(MannおよびFrankel 1991)。外在性のTatタン
パク質は細胞質膜を通過して移動し、核に達してウイルスゲノムをトランス活性
化することができる(FrankelおよびPabo, Cell 55:1189-1193, 1988; Rubenら,
J. Virol.63:1-8,1989; Garciaら, EMBO J. 7:3143,1988; Jones, Genes Dev.1
1:2593-2599,1997)。
【0014】 塩基性アミノ酸の集団に集中しているTatタンパク質の領域が、この移動(
translocation)活性に関係している(Vivesら 1997)。Tatペプチドにより
媒介された細胞取りこみおよび核への移動は幾つかの系で示されている(Vives
ら, J. Biol. Chem. 272:16010-16017,1997; Jones, Genes Dev.11:2593-2599,1
997)。Tat由来のペプチド(残基37−72)を幾つかのタンパク質に化学
的に結合させると、幾つかの細胞株または組織でインターナリゼーションという
結果となる(Fawellら, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91:664-668,1994; Anders
onら, Biochem. Biophys. Res. Commun.194:876-8884,1993; Fahraeusら, Curr.
Biol.6:84-91,1996; Nagaharaら, Nat. Med.4:1449-1452,1998)。Tat塩基
性アミノ酸48−60からなりC末端のシステインがフルオレセインマレイミド
に結合した合成ペプチドは、蛍光顕微鏡によって決定されるように細胞核へ移動
する(Vivesら 1997)。さらに、Tatアミノ酸48−59とそのアミノ末端に
融合したβ−ガラクトシダーゼアミノ酸9−1023からなる融合タンパク質(
Tat−NLS−β−Gal)は、ATPに依存し細胞質因子に依存しない仕方
で細胞核に移動する(Efthymiadisら 1998)。
【0015】 文献はTatペプチド構築物および類似の膜透過性ペプチドが生きた細胞の細
胞質および核区画に容易に移動することを教示しているが、透過性ペプチド構築
物が細胞外の液体空間から細胞表面ともはや接触しなくなった後の経時的な細胞
保持特性については殆どわかっていない。さらに、生きた生物体(動物またはヒ
ト)の全体内での膜透過性ペプチドの薬動力学および分布特性に関する情報も利
用できない。
【0016】アポトーシス 癌の治療に用いる化学療法剤は、哺乳動物細胞に致死的な作用を及ぼすに際し
て多様な細胞標的と相互作用すると考えられている。最近、抗癌剤はその細胞内
標的と関係なしに、アポトーシスとして知られる共通の最終的死滅経路を誘発す
ることにより標的細胞でその生物学的作用を発揮することが示されている(Fuld
aら, Cancer Res.57:3823-3829,1997; Fisher, Cell 78:539-542,1994)。それ
ゆえ、多くの抗癌治療が、単に細胞代謝の種々の成員を損うことによるのではな
く、標的細胞における細胞内の死滅機構を活性化することによってアポトーシス
により死滅させるという証拠が蓄積しつつある(Fuldaら, Cancer Res. 57:3823
-3829,1997; Fisher, Cell 78:539-542,1994)。実際、イオン化放射線の作用、
薬物療法、および生理学的な生存因子の撤回(withdrawal of physiological su
rvival factors)は、すべてこの共通のアポトーシス経路の遂行を促進するうえ
で死の刺激として作用すると思われる(EvanおよびLittlewood, Science 281:13
17-1322,1998; AshkenaziおよびDixit, Science 281:1305-1308,1998)。それゆ
え、治療に対する耐性の新モデルは、アポトーシス経路の遂行に拮抗する機構に
集中し始めている。
【0017】 アポトーシスの刺激は、核、細胞膜表面、またはミトコンドリアから生じ得る
(Wyllie, Nature, 389:237-38,1997)。最終的に、刺激はシステインアスパル
ターゼ(「カスパーゼ(caspases)」)として知られるインターロイキン1β変
換酵素{(ICE)様システインプロテアーゼ}のファミリーの活性化のプロセ
スに収束する(Thornberryら, Science, 281:1312-16,1998)。カスパーゼの成
員がアポトーシスにおいて活性化されるのであり、多数の生物系でのプログラム
された細胞死に必要であることが示されている(Yuanら, Cell, 75:641-52,1993
; Thornberryら, Science, 281:1312-16,1998)。カスパーゼ遺伝子ファミリー
(配列ホモロジーにより定められる)はまた、基本的な触媒性の基質認識アミノ
酸の保存を特徴とする(Talanianら, J. Biol. Chem.,272:9677-82,1997)。か
くしてこれまでに13の哺乳動物カスパーゼ(1〜13)が単離されており、ア
ポトーシスおよび炎症において別個の役割を果たしている(Thornberryら, Scie
nce, 281:1312-16,1998)。
【0018】 アポトーシスにおいて、幾つかのカスパーゼは上流の制御事象に関与して「イ
ニシエーター」として知られ、他のカスパーゼは細胞の解体に導くタンパク質分
解開裂に直接関与して「エフェクター」として知られる。証拠は、カスパーゼが
相互の活性化によってシグナルを変換または増幅することを示している。たとえ
ば、Fasにより誘発されるアポトーシスは、早期の一過性のカスパーゼ1様の
プロテアーゼ活性についでカスパーゼ3様の活性が続くことを特徴としており、
順序立った活性化のカスケードを示唆している(Enariら, Nature, 380:723-26,
1996)。他のデータは、カスパーゼ3とカスパーゼ7の両者がカスパーゼ6およ
びカスパーゼ10によって活性化されることを示唆している(Thornberryら, Sc
ience, 281:1312-16,199; Fernandes-Alnemri, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 9
3:7463-69,1996)。それゆえ、活性化カスケード仮説はこれから必ず証明されな
ければならないが(Villaら, Trends in Biochem. Sic., 22:388-93,1997)、周
辺的な証拠はカスケード3を細胞死プログラムの遂行経路の中心に位置する一つ
の重要な「エフェクター」カスパーゼとして強く指摘している。
【0019】 カスパーゼはプロテアーゼのなかでも最も特異性の高いものに属し、アスパラ
ギン酸の後での開裂を絶対に必要とする(Thornberryら, Science, 281:1312-16
,1998)。この開裂部位のアミノ末端側の少なくとも4つのアミノ酸の認識もま
た、有効な触媒には必要である。好ましい認識モチーフはカスパーゼ間で有意に
異なっており、それによってその生物学的に多様な機能に寄与している(Talani
naら, J. Biol. Chem. 272:9677-82,1997)。高い特異性に加えて、カスパーゼ
はまた非常に効率的であり、Kcat/Km値は>106-1-1である(Thornberr
yら, Science, 281:1312-16,1998)。このことは、腫瘍画像解析のための分子標
的の観点からみるとき、放射性基質によりインビボでのカスパーゼ活性の検出を
可能とするカスパーゼの重要な特性である。
【0020】 標的を画像解析するものとしてのカスパーゼの他の利点は、生化学的な反応の
性質に集中している。正常細胞では本質的にカスパーゼ活性が検出されることは
なく、また一旦活性化されたら「カスパーゼカスケード」は反応速度を最大速度
まで増幅するため(Thornberryら, Science, 281:1312-16,1998)、画像解析に
より得られるシグナルの読み取りはバイナリーな特性を有する。すなわち、カス
パーゼ活性の不在下では画像解析シグナルは低いが、活性化されると非常に増幅
された画像解析シグナルが得られるであろう。このことは、カスパーゼに媒介さ
れた酵素反応をin situで本質的に0次のものとし、それゆえ放射性トレーサー
の濃度や比活性と無関係なものとし、かくして一次またはそれ以上の反応速度の
複雑さを排除するものである。
【0021】 不充分な細胞死という結果となるアポトーシスの脱制御は癌で起こり、悪性組
織を増殖させる(Thornberryら, Science, 281:1312-16,1998)。逆に、ある種
の疾患、たとえば神経変性疾患、虚血再潅流、移植片対宿主病、および自己免疫
疾患では過剰のアポトーシスを伴う(Thornberryら, Science, 281:1312-16,199
8)。従って、医薬産業では治療的な介入のために2通りの戦略が活発に行われ
ている。一つはカスパーゼの活性化によりアポトーシスを選択的に誘発すること
であり、他はカスパーゼ活性を抑制することである。アポトーシスを変える治療
を評価するには、アポトーシス活性を評価するための正確な手段が必要である。
【0022】 不活性なプロカスパーゼは殆どすべての細胞でプロ酵素として構成的に発現さ
れており、細胞の細胞質に潜伏した形態で存在している(Villaら, Trends in B
iochem. Sci. 22:388-93,1997)。それゆえ、カスパーゼ3はウエスタンブロッ
トにより容易に同定できるが、これには生検材料と細胞の溶解が必要である。さ
らに、カスパーゼ3の活性化はブロット上の低分子量の開裂フラグメントの観察
によってのみ推論される。カスパーゼ3の活性化はまた、生検材料の免疫組織化
学的分析により抗原の核シフトから推論されており、たとえば小児の神経芽細胞
腫での一層良好な予後と関係していることが示されている(Nakagawaら, Cancer
Res.57:4578-84,1997)。しかしながら、これら間接的な方法は活性化を暗示す
るに留まる。それゆえ、カスパーゼタンパク質の存在または不在の簡単な決定は
、必ずしも診断的に有用なわけではない。細胞死経路への肩入れをモニターする
ため、カスパーゼの酵素活性を直接かつ非侵襲的に検出および定量する方法が必
要である。カスパーゼは細胞質の酵素であるため、細胞膜を容易に横断すること
ができ、その特異性がプロテアーゼ活性の存在に基づく新たな診断および治療用
化合物が必要である。
【0023】 (発明の開示) (発明が解決しようとする技術的課題)Tatペプチド錯体 Frankelら(米国特許第5,804,604号;同第5,747,641号;同第
5,674,980号;同第5,670,617号;同第5,652,122号)は、
共有結合した生物学的に活性な貨物(cargo)分子を細胞質および細胞の核へ移
送するためのTatペプチドの使用を開示している。Frankelらは共有結合した
貨物残基を開示するのみで、金属配位錯体によるTatペプチドへの金属の結合
については教示も示唆もしていない。詳しくは、Frankelらは放射性画像解析材
料を細胞中へ導入するためのペプチドキレート化剤の使用を教示していない。さ
らに、FrankelらはTatタンパク質と貨物分子との間の開裂可能なカップリン
グ試薬の使用については教示しているが、開示されている開裂可能なリンカーは
非特異的であるため、貨物分子の保持は特定の細胞に限られるものではない。
【0024】 Andersonら(米国特許第5,135,736号および同第5,169,933号)
は、分子を細胞中に導入するための共有結合複合体(CLC)の使用を開示して
いる。CLCは、ターゲティングタンパク質、好ましくは抗体、細胞毒性試薬、
および促進残基を含む。特異性はターゲティングタンパク質(標的細胞の表面に
結合する)によってCLCに付与される。結合した後、CLCはエンドサイトー
シスによって細胞内に取り込まれ、エンドソームから細胞質中に放出される。一
つの態様において、Andersonらはエンドソームから細胞質へのCLCの移動を促
進する促進残基の一部としてTatタンパク質の使用を開示している。他の態様
において、Andersonらは画像解析に有用な放射性核種を細胞内へ移送するための
CLCの使用を開示している。
【0025】 Andersonらによって記載された複合体は、細胞表面マーカーによって同定でき
る細胞への特異性である点で限られている。多くの生物学的および医学的に重要
な細胞プロセス、たとえば上記のカスパーゼプロテアーゼ活性は、細胞表面マー
カーによっては検出されない。さらに、CLCへの促進残基の結合は2官能性リ
ンカーによってなされる。2官能性リンカーの使用は、種々の数の促進残基が種
々の位置で付着したCLCの不均一な集団の生成という結果となる。このことは
、ターゲティングタンパク質、促進残基、またはその両者の生物学的活性が失わ
れたCLCの生成へと導き得る。CLCの他の欠点は、結合した促進残基の数お
よび位置が各反応で変わり、一定の生成物が生成されないことである。
【0026】 細胞内へ放射性核種、他の金属、診断物質、たとえば蛍光色素、染料など、お
よび治療用および細胞毒性薬剤を特異的かつ選択的な仕方で送達することができ
、均一な組成の細胞膜透過性ペプチド錯体に対する必要性が当該技術分野に存在
する。さらに、生体の非標的細胞および組織からの該錯体の速やかなクリアラン
スは、そのような錯体のインビボでの使用を容易にし有用性を高めるであろう。
【0027】 (その解決方法) 本発明者は、驚くべきことに、機能性のリンカーが透過性ペプチド構築物に導
入された場合にのみ、Tatペプチドおよび他の細胞透過性ペプチドを用いて非
透過性または低透過性の薬剤、診断物質、たとえばオリゴヌクレオチド、ペプチ
ド、ペプチド核酸、蛍光色素、染料、酵素基質、および医学治療に有用な金属、
画像解析剤および/または診断剤をインビボで細胞へ選択的に送達し得ることを
見出し、そのような方法に使用するためにこれら物質をTatおよび他のペプチ
ドに結合させる方法を開発した。下記の実施例6および10に説明するように、
ターゲティングされないTatペプチド(細胞および組織の内部に確実に捉えら
れたもの以外のもの)は、生体中に導入されたときに生体組織から驚くほど速や
かに除去される。さらに、機能化されないそのような錯体の原型は、腎臓によっ
て速やかに排泄され、体全体から除去される。それゆえ、これまでに知られてい
るオリゴペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチド、および薬剤に共有結合さ
せた膜透過性ペプチドは、全生物体内で迅速で効果のない生物学的半減期を有す
る。それゆえ、この透過性ペプチドの驚くべきかつ予期しない特性に応じて、お
よび従来技術に改良を加えるため、本発明は、そのような化合物またはその断片
の生きた生物体の体全体の所望の細胞、組織および器官内での標的捕捉を可能に
するという利点を有する、新規な透過性ペプチドコンジュゲート、錯体および方
法を提供する。逆に、貨物オリゴペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチド、
金属、および薬剤のクリアランス速度を増大したい場合には、本発明はまた、生
体からのクリアランス速度を促進する方法をも提供する。
【0028】 従って、第一の側面において本発明は、細胞膜透過性ペプチド;診断物質また
は薬理学的に活性な物質;および該ペプチドと該診断物質または薬理学的に活性
な物質とを連結する機能性のリンカー残基を含む化合物であって、該機能性のリ
ンカー残基が標的細胞特異性を付与することを特徴とする化合物、または該化合
物の薬理学的に許容しうる塩を提供するものである。そのような化合物は、少な
くとも一つのD−アミノ酸を含んでいてよい。
【0029】 第二の側面において、本発明は、細胞膜透過性ペプチド;診断物質または薬理
学的に活性な物質;および該ペプチドと該診断物質または薬理学的に活性な物質
とを連結する機能性のリンカー残基を含む化合物であって、該機能性のリンカー
残基が標的細胞特異性を付与することを特徴とする化合物を含む、組成物を提供
する。そのような組成物は、さらに薬理学的に許容しうる担体、賦形剤、または
希釈剤を含んでいてよい。
【0030】 第三の側面において、本発明は、細胞膜透過性ペプチド;金属キレート化リガ
ンド;および該ペプチドと該金属キレート化リガンドとを連結する機能性のリン
カー残基を含む化合物であって、該機能性のリンカー残基が標的細胞特異性を付
与することを特徴とする化合物、および該金属キレート化リガンド中に配位結合
により導入できる金属を還元しうる還元剤を含む、キットを提供する。
【0031】 他の側面において、本発明は、インビボで細胞を画像解析する方法であって、
動物に、細胞膜透過性ペプチド;キレート化放射性核種またはキレート化リラク
シビティー(relaxivity)金属;および該ペプチドと該キレート化放射性核種ま
たはキレート化リラクシビティー金属とを連結する機能性のリンカー残基を含む
化合物であって、該機能性のリンカー残基が標的細胞特異性を付与することを特
徴とする化合物の細胞画像解析有効量を投与し、ついで該動物内での該放射性核
種またはリラクシビティー金属の位置をモニターまたは評価することを含む方法
を提供する。
【0032】 他の側面において、本発明は、インビトロで細胞を画像解析する方法であって
、細胞を、細胞膜透過性ペプチド;診断物質;および該ペプチドと該診断物質と
を連結する機能性のリンカー残基を含む化合物であって、該機能性のリンカー残
基が標的細胞特異性を付与することを特徴とする化合物の細胞画像解析有効量と
接触させ、ついで該細胞内での該診断物質の存在をモニターまたは評価すること
を含む方法を提供する。
【0033】 さらなる側面において、本発明は、インビボで細胞のアポトーシスを検出する
方法であって、動物に、細胞膜透過性ペプチド;診断物質;および該ペプチドと
該診断物質とを連結する機能性のリンカー残基を含む化合物であって、該機能性
のリンカー残基がカスパーゼ反応性の配列を含むことを特徴とする化合物の細胞
アポトーシス検出有効量を投与し、ついで該動物内で該診断物質をモニターする
ことを含む方法を提供する。
【0034】 他の側面において、本発明は、インビトロで細胞のアポトーシスを検出する方
法であって、細胞または組織をインビトロで、細胞膜透過性ペプチド;診断物質
;および該ペプチドと該診断物質とを連結する機能性のリンカー残基を含む化合
物であって、該機能性のリンカー残基がカスパーゼ反応性の配列を含むことを特
徴とする化合物の細胞アポトーシス検出有効量と接触させ、ついで該細胞または
組織内で該診断物質をモニターすることを含む方法を提供する。
【0035】 さらに他の側面において、本発明は、細胞中の酵素を検出する方法であって、
細胞を、細胞膜透過性ペプチド;診断物質;および該ペプチドと該診断物質とを
連結する機能性のリンカー残基を含む化合物であって、該機能性のリンカー残基
が該酵素と反応性の配列を含むことを特徴とする化合物の酵素検出有効量と接触
させ、シグナル/ノイズ比が診断目的に充分なものとなるように未反応の化合物
を該細胞から除去し、ついで該細胞内で該診断物質の存在をモニターすることを
含む方法を提供する。そのようなモニタリングは定量的に行うことができ、該細
胞は生きた動物内に存在していてよい。さらに、酵素は疾患、状態または異常と
特徴的に関連するものであってよい。
【0036】 さらに他の側面において、本発明は、動物における疾患、状態または異常の存
在の診断方法であって、該動物に、細胞膜透過性ペプチド;診断物質;および該
ペプチドと該診断物質とを連結する機能性のリンカー残基を含む化合物であって
、該機能性のリンカー残基が標的細胞特異性を付与するものであり、該疾患、状
態または異常の指標または特徴となる酵素と反応性の配列を含むことを特徴とす
る化合物の診断有効量を投与し、ついで該動物内で該診断物質をモニターするこ
とを含む方法を提供する。例示として、該疾患、状態または異常は、中枢神経系
の腫瘍、乳癌、肝臓癌、肺癌、脳腫瘍、首の腫瘍、リンパ腫、または黒色腫など
の癌であってよい。
【0037】 さらに他の側面において、本発明は、癌治療の有効性を評価する方法であって
、癌治療を受けている動物に、細胞膜透過性ペプチド;診断物質;および該ペプ
チドと該診断物質とを連結する機能性のリンカー残基を含む化合物であって、該
機能性のリンカー残基が標的細胞特異性を付与するものであり、カスパーゼ反応
性の配列を含むことを特徴とする化合物の診断有効量を投与し、ついで該動物内
で該診断物質をモニターすることを含む方法を提供する。そのようなモニタリン
グは定量的に行うことができる。さらに、該方法を癌治療の間に間隔をあけて繰
り返すことができ、各間隔で動物内で検出された診断物質の量を以前の間隔で検
出された診断物質の量と比較して該治療の有効性を決定することができる。
【0038】 さらに他の側面において、本発明は、薬理学的に活性な物質を細胞に送達する
方法であって、細胞を、細胞膜透過性ペプチド;薬理学的に活性な物質;および
該ペプチドと該薬理学的に活性な物質とを連結する機能性のリンカー残基を含む
化合物であって、該機能性のリンカー残基が標的細胞特異性を付与するものであ
ることを特徴とする化合物の有効量と接触させることを含む方法を提供する。
【0039】 他の側面において、本発明は、動物において薬理学的に活性な物質での治療に
応答性の疾患、状態、または異常を治療、抑制または予防する方法であって、動
物に、細胞膜透過性ペプチド;薬理学的に活性な物質;および該ペプチドと該薬
理学的に活性な物質とを連結する機能性のリンカー残基を含む化合物であって、
該機能性のリンカー残基が標的細胞特異性を付与するものであることを特徴とす
る化合物の薬理学的有効量を投与することを含む方法を提供する。
【0040】 他の側面において、本発明は、選択した酵素活性を発現する細胞を選択的に破
壊する方法であって、該細胞を、細胞膜透過性ペプチド;細胞毒性物質;および
該ペプチドと該細胞毒性物質とを連結する機能性のリンカー残基を含む化合物で
あって、該機能性のリンカー残基が標的細胞特異性を付与するものであることを
特徴とする化合物の細胞破壊有効量と接触させることを含む方法を提供する。
【0041】 さらに他の側面において、本発明は、薬剤が標的細胞における酵素の発現また
は活性を変化させる効果を評価する方法であって、標的細胞を、細胞膜透過性ペ
プチド;診断物質;および該ペプチドと該診断物質とを連結する機能性のリンカ
ー残基を含む化合物であって、該機能性のリンカー残基が標的細胞特異性を付与
するものであり、該化合物から該診断物質を該細胞の内部に放出するように該酵
素と相互作用しうる配列を含むことを特徴とする化合物の診断有効量と接触させ
、シグナル/ノイズ比が診断目的に充分になるように未反応の化合物を該細胞の
該位置から除去し、ついで該標的細胞中の診断物質をモニターまたは評価するこ
とを含む方法を提供する。そのようなモニタリングは定量的に行うことができ、
標的細胞は生きた動物内に存在していてよい。さらに、酵素は疾患、状態または
異常と関連するものであってよい。
【0042】 さらに他の側面において、本発明は、細胞中に導入された酵素、レセプターま
たは結合タンパク質をコードする核酸配列(DNAまたはRNAであってよい)
の発現を検出する方法であって、細胞を、細胞膜透過性ペプチド;診断物質;お
よび該ペプチドと該診断物質とを連結する機能性のリンカー残基を含む化合物で
あって、該機能性のリンカー残基が標的細胞特異性を付与するものであり、該診
断物質が該細胞内で選択的に保持されるように該酵素、レセプターまたは結合タ
ンパク質と相互作用しうる配列を含むことを特徴とする化合物と接触させること
を含む方法を提供する。
【0043】 本発明のさらなる適用範囲は、以下に記載する詳細な説明および図面から明ら
かとなるであろう。しかしながら、以下の詳細な説明および実施例は本発明の好
ましい態様を示すものではあるが、説明の例示としてのみ記載されるものである
ことが理解されなければならない。なぜなら、本発明の精神および範囲内での種
々の変更および改変は詳細な説明から当業者には明らかであろうからである。
【0044】 図面の簡単な説明 本発明の上記および他の目的、特徴および利点は添付の図面と関連させて下記
の詳細な記載からより理解され、これらすべては具体例のみであって、本発明を
制限するものではなく、図面において: 図1は、本発明の細胞−透過性ペプチド配位錯体の一般的な構造を示す。 図2は、オキソテクネチウム−Tat−ペプチド錯体の提案構造を示す。配位金
属(TcvО)はRevОで置換されていてもよく、実質的に異性体構造錯体を形成す
る。
【0045】 図3は、ヒトJurkat細胞のTc−99m−Tatペプチド錯体の細胞取りこみの
経時的変化を示す。ペプチドの細胞外濃度は950nMであった。各点は記号よ
り大のとき、4測定値の平均値±SEMを示す。Tc−99m−Tatペプチド錯
体の細胞蓄積値は2分以内に90%が完了し、準定常状態が少なくとも1時間継
続することが判明した(データは示さず)。
【0046】 図4は、ヒトJurkat細胞のTc−99m−Tatペプチド最高蓄積値の濃度依存
を示す。各点は記号より大のとき、4測定値の平均値±SEMを示す。
【0047】 図5は、ヒトJurkat細胞からの非−機能的Tc−99m−Tatペプチドの洗い
出し動態学を示す。細胞は最高取りこみまで充填され(〜30分)、冷緩衝液内に
洗い出され、細胞外間隙を除去し、ついで所定の時間37℃における同位元素−
無含有緩衝液中に浸漬した。細胞関連計数値を示した。各点は記号より大のとき
、4測定値の平均値±SEMを示す。
【0048】 図6は、KB−3−1ヒト癌細胞におけるTatペプチドキレートコンジュゲー
トの細胞蓄積を示す。KB−3−1細胞を室温にて15分間化合物とインキュベ
ートし、ついで急いで洗滌し、固定化した:フルオルセインマレイミド(5.0μ
M)のみ(左)またはTatペプチドキレート−フルオルセインマレイミドコンジュ
ゲート(右)を示す。TatペプチドキレートをC−末端Cys残基上フルオルセイン
マレイミドと連結した。この実施例ではヨウ化プロピジウムによる核の対応染色
はなかった。細胞基質および細胞核(核小体)分布に対応する標識ペプチドコンジ
ュゲートからの蛍光分布に注目すべきである。Bar=5μm
【0049】 図7は、Tatペプチド未添加の対照未処理Jurkat細胞(A)、フルオルセイン標
識Tatペプチド中でインキュベートした未処理Jurkat細胞(B)、およびフルオル
セイン標識Tatペプチド中でインキュベートしたセラミド−処理カスパーゼ−3
活性化細胞(C)のRP−HPLC(440nm)のグラフを示す。無きずのフルオル
セイン標識TatペプチドがBのグラフ中に見られる(Rt=33.5分の点の矢印)
。Cのグラフ中に無きずのTatペプチドがないことに注目すべきである。すべて
の3つのグラフはRt=22および28分に細胞中に存在する自己蛍光性化合物
を示す。
【0050】 図8は、注射30分後の正常FVBマウスにおけるTc−99m−Tatペプチ
ドの急速な腎排泄のシンチグラフィー像を示す。メトフェーン麻酔後、Tc−9
9m−Tatキレート(200μCi、この明細書中に記載と同様にして調製)を尾
静脈注射によって投与し、直後ガンマシンチレーションカメラによる画像解析診
断のために固定する(シーメンス・ベーシカム;5mmピンホールコリメーター、
140keV以上に中心付けた20%エネルギーウインドウ)。連続的なマウスの
尾方の像を128×128マトリックスの〜30分間にわたって1フレーム/分
で採取した。256×256マトリックスの最後の5分間の捕捉もまた採取した
。像は放射性減衰について補正したが、散乱または減弱については補正しなかっ
た。放射活性は主として体全体に分布しており、Tc−99m−Tatペプチドコ
ンジュゲートの急速な腎排泄を反映する30分後のみ尿膀胱内に集中した放射活
性に注目すべきである。
【0051】 図9は、注射30分後のFVBマウス中のカスパーゼ−3−切断可能Tc−9
9m−Tatペプチドの臓器分布のシンチグラフィー像を示す。開示された方法(B
lankenbergら、Proc Natl Acad Sci USA 95:6349-6354, 1998)を用いて、FVB
マウスに精製ハムスター抗−Fas mAb(Jo2、ParMingen; 8μg/匹)を静脈注
射し、画像解析診断45分前に回復させた。メトフェーン麻酔後、Tc−99m
−Tatキレート(200μCi、この明細書に記載と同様にして調製)を尾静脈注
射によって投与し、直後ガンマシンチレーションカメラによる画像解析診断のた
めに固定する(シーメンス・ベーシカム;5mmピンホールコリメーター、140k
eV以上に中心付けた20%エネルギーウインドウ)。連続的なマウスの尾方像を
128×128マトリックスの〜30分間にわたって1フレーム/分で採取した
。256×256マトリックスの最後の5分間の捕捉もまた採取した。像は放射
性減衰について補正したが、散乱または減弱については補正しなかった。左、未
処理対照マウス;右、抗−Fas mAbで前処理マウス。対照マウスの尿膀胱内に
のみ集中した放射活性、しかし、前処理動物の肝臓および腎臓内の豊富停留、F
asが発現し、そこではカスパーゼ仲介アポトーシスが誘導され撮影されている2
つの臓器に注目すべきである。
【0052】 下記の記載は当業者に本発明の実施の助けを提供するものである。従って、こ
の明細書で検討された具体例中の修正や変更は当業者が本発明の開示の主旨およ
び範囲からはずれることなくなし得るものであるから、この詳細な記載は本発明
を不当に制限するものと解釈されるべきではない。
【0053】 ここに引用された各文献の内容は引用によってその全部をこの明細書の記載と
する。
【0054】 この明細書で用いられるとき、用語「動物」はこれに限定されるものではないが
、ヒトを含む哺乳動物を含む。ここに開示された錯体および方法はヒトおよび獣
医学の医薬の両方に適用され得る。すなわち、本発明の化合物および方法は、ヒ
ト、ネコ、イヌ、げっ歯類、鳥などの家庭内のペット、乳牛、ヒツジ、ヤギ、ブ
タ、馬などの家畜、動物園の動物などに適用し得る。
【0055】 アミノ酸はここでは当分野で通常用いられる1文字記号を用いて示されている
。アミノ酸配列に用いられるとき、文字「X」はいずれかのアミノ酸を示す。アミ
ノ酸配列に用いられるとき、2個の隣接する文字の間の「/」は表示されたアミノ
酸のいずれかを用い得ることを示す。
【0056】 膜−透過性ペプチド共有結合または配位結合錯体の構造 本発明の化合物の一般的な構造はペプチド成分の独特の結合を含み、全臓器の
生体細胞内の所望の細胞内プロセスへの問いかけ、および/または相互作用を可
能にする新規な画像解析診断用および治療用コンジュゲートを産生するものであ
る。その非常に簡単な形態の新規な種類の試剤は3種の成分を含む:1)細胞膜−
透過性ペプチド配列;2)機能性または非機能性のリンカー残基;および3)医学的
画像解析診断および治療に用い得る金属を配位することが可能なキレーター残基
(図1)、または診断物質または薬理学的活性試剤などの他の付加分子(cargo mol
ecule)を含む。HIV−1Tat塩基性ペプチドは原型(prototypic)細胞膜−透過
性成分の一例である。リンカー領域は、例えばペプチド結合を経て、Tatペプチ
ドと金属キレーターの結合に用いられ得るアミノ酸残基、未置換または置換炭化
水素を含んでいてもよい。リンカー領域は、非機能性または機能性であるように
設計することができる。「非機能性」とは、非反応性炭化水素鎖、簡単なアミノ酸
配列、または一方の端のTatペプチドと他方の端の付加分子を共有結合的に単純
に結合する他の配列をいう。「機能性のリンカー」とは、画像解析診断、診断、治
療などに有用な生物学的性質を付与するアミノ酸残基を含む。このような機能に
はペプチドまたはタンパク質結合残基、プロテインキナーゼコンセンサス配列、
プロテインフォスファターゼコンセンサス配列、プロテアーゼ−反応性またはプ
ロテアーゼ−特異性配列を含むことができる。プロテアーゼ配列は特に、それら
が抱合複合体への酵素的作用を通して、それによって固着され捕捉された金属−
キレートまたは他の付加分子の細胞内濃度を上昇させ、画像解析診断、放射治療
的、診断学的または治療学的作用の増幅をもたらすから有用である。
【0057】 細胞膜透過性ペプチド 本発明の錯体の細胞膜透過性塩基性ペプチド成分は共有結合的または配位錯体
に所望の細胞内転位置および標的性質を付与する何らかのアミノ酸配列を含む。
好ましくは、これらのアミノ酸は、無処置の細胞、組織または臓器の外表面に投
与されたとき、錯体の構造の膜貫通性転位置および内部移行を付与する能力を特
徴とする。この錯体は、例えば、蛍光顕微鏡、共焦点顕微鏡、電子顕微鏡、オー
トラジオグラフィー、または免疫組織化学などの種々の検出手段によって示され
ているように、細胞質および/または細胞核区画内に局在化している。
【0058】 本発明の実施に有用な細胞膜透過性ペプチド配列は、これに限定されるもので
はないが、RQARRNRRRRWRERQR−51(HIV−1 Revタンパク
質塩基性残基;配列番号:1);MPKTRRRPRRSQRKRPPTP−11
9(HTLV−1Revタンパク質塩基性残基;配列番号:2)(Kubotaら、1989
;アンテナペディアのホメオドメインの第3ヘリックス(Derossiら、J. Biol. C
hem. 271:18188-93, 1996)(43−RQILIWFQNRRMKWLL−58;
配列番号:3);抗−DNAモノクローナル抗体の重鎖可変領域から誘導されるペ
プチド(Avrameasら、Proc. Natl. Acad. Sci. 95:5601-06, 1998)(VAYISR
GGVSTYYSDTVKGRFTRQKYNKRA(配列番号:4));および単
純ヘルペスウイルスVP22タンパク質(Elliot および O'Hare, Cell, 88:223-
33, 1997)
【0059】 好ましい態様において、塩基性ペプチドはヒト免疫不全ウイルス1型(HIV −1)Tatタンパク質(Fawellら、Proc. Natl. Acad. Sci., 91:664-68, 1994)で
ある。特に、TatペプチドはTatタンパク質塩基性ペプチド残基37−72(Viv
es et al.)(37−CFITKALGISYGRKKRRQRRRPPQGSQ
THQVSLSKQ−72(配列番号:6))のいくつかの連続する残基を含むこと
ができる。アミノ酸残基の最少数は約3〜約6の範囲であってもよく、好ましく
は約3〜約5であり、最も好ましくは約4であり、すなわち、アルファらせんの
一回転のための最少必要数である。好ましい具体例はTatタンパク質残基48−
57(GRKKRRQRRR)(配列番号:7)を含む。
【0060】 この明細書で用いられるとき、用語「アミノ酸」は細胞膜−透過性ペプチドにの
みならず、リンカー残基、配位リガンドおよび医薬的試剤を含む他の付加体、す
なわち、本発明の錯体のすべての各成分、に適用し得る。用語「アミノ酸」は広い
意味で用いられ、天然由来のアミノ酸およびアミノ酸類似体および誘導体を含む
非−天然由来のアミノ酸を含む。後者はアミノ酸残基を含む分子を含む。当業者
はこの広い意味からみてこの明細書でアミノ酸が引用された場合は、例えば、天
然由来の蛋白新生のL−アミノ酸;D−アミノ酸;アミノ酸類似体および誘導体
などの化学的に修飾されたアミノ酸;ノルロイシン、β−アラニン、オルニチン
などの天然由来の非−蛋白新生アミノ酸;アミノ酸の特徴であるとして当分野で
公知の性質を有する化学的合成化合物であると理解する。この明細書で用いる場
合、用語「蛋白新生の(proteogenic)」とは、代謝経路を通じて細胞中で、アミノ
酸がペプチド、ポリペプチド、またはタンパク質に組み込まれ得ることを指す。
【0061】 変性(非−未変性)アミノ酸、置換アミノ酸、または1つまたはそれ以上のD−
アミノ酸を含む非−天然アミノ酸の本発明のペプチド(または錯体の他の要素) (
以下、「D−ペプチド」という)への組込みは多くの異なる方法に有利である。D
−アミノ酸含有ペプチドはL−アミノ酸対応物に比較してインビトロおよびイン
ビボでより大きな安定性を示す。すなわち、D−アミノ酸を取りこんだペプチド
の構造は特に、より大きな細胞内安定性が望ましいか、必要とされる場合に有益
である。より具体的には、D−ペプチドは内在性ペプチダーゼおよびプロテアー
ゼに抵抗性があり、それによって、結合された薬物およびコンジュゲートのより
良い経口的経上皮性および経皮性輸送、膜透過性錯体の改善された生物学的利用
性、およびそのような性質が望ましい場合により長い血管内および間質性寿命を
もたらす。D−ペプチドの使用は結合された薬物および他の付加分子の経皮性お
よび経口的経上皮性輸送を促進する。さらに、D−ペプチドはヘルパーT細胞に
対する主要組織適合性複合体クラスII−拘束性提示について効率良く処理されず
、従って、全臓器において体液性免疫応答を誘導する可能性が少ない。ペプチド
コンジュゲートは従って、例えば、D−ペプチド膜透過性配列、L−ペプチド機
能性のリンカードメイン、およびD−ペプチドキレート化配列を用いて構築する
ことができる。この具体例において、機能性のL−ペプチドリンカー領域のみが
プロテアーゼ、キナーゼ、およびフォスファターゼなどの天然の酵素作用と相互
作用し得、それによって選択性の増強、生物学的半減期の延長、および選択され
た画像解析診断の適用にあたってシグナル/ノイズ率の改善をもたらす。一方、
ペプチドを短時間だけ活性を維持させておくのが望ましい場合、ペプチド中のL
−アミノ酸の使用により、細胞中の内在性ペプチダーゼにインビボでペプチドを
消化することが可能になり、それによって、ここに記載のペプチドを含む膜透過
性ペプチド共有結合および配位錯体に細胞を暴露することを制限する。
【0062】 D−アミノ酸の使用に加えて、当業者はペプチド、ポリペプチドまたはタンパ
ク質のアミノ酸配列の修飾がそれに等しいか、または改善され得た2次的産生ペ
プチドをもたらし得、それが、元のアミノ酸配列と比較した場合、等しいかまた
はより優れた機能的特徴を示すことに気づく。従って、本発明はこのような修飾
アミノ酸配列を含む。変更は、そのような修飾によって産生されたペプチド配列
がここに開示された天然由来の対応配列と実質的に同じ機能的性質を示すことを
条件として、アミノ酸の挿入、削除、置換、切り詰め、融合、サブユニット配列
の混合などを含むことができる。すなわち、例えば、修飾された細胞膜−透過性
ペプチドは、天然由来の対応配列と実質的に同じ膜貫通転位置および内部移行の
性質を有すべきである。
【0063】 このような変更を行うにあたって考慮され得る1つの要素はアミノ酸の疎水性
親水性指標の指数である。タンパク質の相互作用的生物学的機能を付与するにあ
たっての疎水性親水性指標のアミノ酸指数の重要性はKyteおよびDoolittleによ
って検討された(J. Mol. Biol., 157:105-132, 1982)。アミノ酸の相対的疎水性
親水性指標の性質が得られるタンパク質の2次構造に寄与していることは容認さ
れている。これは、タンパク質と酵素、基質、受容体、DNA、抗体、抗原など
の分子との相互作用に順番に影響を与える。
【0064】 その疎水性および荷電の特徴に基づいて、各アミノ酸には次のような疎水性親
水性指数が与えられている:イソロイシン(+4.5);バリン(+4.2);ロイシ
ン(+3.8);フェニルアラニン(+2.8);システイン/シスチン(+2.5);
メチオニン(+1.9);アラニン(+1.8);グリシン(−0.4);スレオニン(−
0.7);セリン(−0.8);トリプトファン(−0.9);チロシン(−1.3);プ
ロリン(−1.6);ヒスチジン(−3.2);グルタミン酸/グルタミン/アスパラ
ギン酸/アスパラギン(−3.5);リジン(−3.9)およびアルギニン(−4.5)
【0065】 当分野で知られているように、ペプチドやタンパク質のある種のアミノ酸は類
似の疎水性親水性指数を持つ他のアミノ酸と置換することができ、その結果類似
の生物学的活性をもつ、すなわち、生物学的機能性を維持している、ペプチドま
たはタンパク質を産生する。このような変更をなす場合、±2内の疎水性親水性
指数、すなわち、数値を有するアミノ酸をお互いに置換することが好ましい。よ
り好ましい置換はアミノ酸が±1内の疎水性親水性指数をもつものの置換であり
、最も好ましい置換はアミノ酸が±0.5内の疎水性親水性指数をもつものの置
換である。
【0066】 同様に、アミノ酸はまた親水性に基づいて置換することもできる。米国特許第
4554101号は、タンパク質の最も大きな局所的平均親水性は、その隣接す
るアミノ酸の親水性に支配されているから、タンパク質の生物学的性質と相関す
ると記載している。下記の親水性値がアミノ酸に与えられている:アルギニン/
リジン(+3.0);アスパラギン酸/グルタミン酸(+3.0±1);セリン(+0.
3);アスパラギン/グルタミン(+0.2);グリシン(0);スレオニン(−0.4
);プロリン(−0.5±1);アラニン/ヒスチジン(−0.5);システイン(−1
.0);メチオニン(−1.3);バリン(−1.5);ロイシン/イソロイシン(−1.
8);チロシン(−2.3);フェニルアラニン(−2.5)およびトリプトファン(−
3.4)。すなわち、あるペプチドやタンパク質の1個のアミノ酸は、類似の親水
性指数、すなわち、数値を持つ他のアミノ酸と置換することができ、その結果と
して、やはり類似の生物学的活性をもつ、すなわち、未だ正しい生物学的機能を
維持しているタンパク質を産生する。このような変更をなす場合、±2内の親水
性指数を有するアミノ酸をお互いに置換することが好ましい。より好ましくは±
1内であり、最も好ましくは±0.5内である。
【0067】 上記に概括したように、本発明中のペプチドのアミノ酸置換はアミノ酸側鎖置
換基、例えば、それらの疎水性親水性指標、親水性、電荷、大きさなどの相対的
類似性に基づいてなし得る。本発明のペプチドなどにおいて目立たない変化をも
たらす保存性のあるアミノ酸変更を生じさせるために、種々の前述の性質を考慮
した置換基の例は、天然由来のアミノ酸が属する種類の他の構成員から選ばれる
。アミノ酸は下記の4つの群に分類することができる:(1)酸性アミノ酸;(2)塩
基性アミノ酸;(3)中性極性アミノ酸;(4)中性非極性アミノ酸。以下に限定され
るものではないが、これらの各群に含まれる代表的なアミノ酸は:(1)アスパラ
ギン酸およびグルタミン酸などの酸性(陰性荷電)アミノ酸;(2)アルギニン、ヒ
スチジンおよびリジンなどの塩基性(陽性荷電)アミノ酸;(3)グリシン、セリン
、スレオニン、システイン、シスチン、チロシン、アスパラギン、およびグルタ
ミンなどの中性極性アミノ酸;(4)アラニン、ロイシン、イソロイシン、バリン
、プロリン、フェニルアラニン、トリプトファンおよびメチオニンなどの中性非
−極性アミノ酸である。有益でないと思われる変更も機能性の配列の産生をもた
らすならば有効である。小さなペプチドは通常の固体層合成技術によって容易に
産生することができるから、本発明は、ペプチド、リンカー領域、およびこの明
細書で検討されたような付加分子を含み、上記で検討されたアミノ酸修飾を単独
でまたは種々の組合せで含む。ペプチドの細胞膜透過性およびターゲティング性
質、およびリンカー領域および付加分子残基の生物学的機能およびの特異性を実
質的に保持しながら、このような修飾がなされる程度に、それらの修飾は本発明
の範囲に含まれる。このように修飾されたペプチド、リンカー、および付加分子
の用途は例えば、下記の実施例に記載の方法によって過度の実験をすることなく
決定することができる。
【0068】 リンカー領域 この明細書に記載のTatまたは他の細胞膜透過性ペプチドと、薬物などの不か
分子または金属キレーター残基などの診断物質との結合に有用なリンカー領域は
、アミノ酸残基または未置換または置換炭化水素鎖を含むことができる。有用な
リンカー領域は天然または非天然の生物学的ポリマーを含む。天然リンカーの例
には、オリゴヌクレオチドおよびL−オリゴペプチドが含まれ、一方、非天然リ
ンカーの例には、D−オリゴペプチド、リポオリゴマー、リポサッカライドオリ
ゴマー、ペプチド核酸オリゴマー、ポリラクテート、ポリエチレングリコール、
シクロデキストリン、ポリメタアクリレート、ゼラチンおよびオリゴウレアが含
まれる(Schilskyら、Eds., Principles of Antineoplastic Drug Development a
nd Pharmacology, Marcel Dekker, Inc., New York, 1996, pp.741)。リンカー
領域は機能性または非機能性に設計することができる。
【0069】 リンカー領域に適用される「非機能性」とは、非−反応的アミノ酸配列、炭化水
素鎖などをいい、一端でTatまたは他の細胞膜透過性ペプチドと結合することが
でき、例えば、他端で薬物またキレートするリガンドと共有結合で結合すること
ができる。この明細書に用いられるとき、用語「非反応性」とは、リンカーを含む
錯体が細胞または組織と接触しているとき、生物学的に非活性であり、生物学的
に安定であることをいう。特徴について、リンカーおよびコンジュゲートは、逆
層HPLCまたはTLCによって分析された場合、親化合物と同様未変性のまま
であることが示され得る。非機能性のリンカーは有用な錯体の設計および合成に
おいて望ましく、例えば、画像解析診断感染の白血球細胞の非特異的標識、潅流
画像解析診断の組織の非特異的標識、および細胞内受容体または他の活性または
部位との相互作用において望ましい。非機能性のリンカーの例には、これに限定
されるものではないが、アミノヘキサン酸、グリシン、アラニン、またはジ−ま
たはトリ−グリシンまたはトリ−アラニンなどの非極性アミノ酸の短いペプチド
鎖を挙げることができる。炭化水素鎖リンカーは、未置換および置換の両方のア
ルキル、アリール、米国特許第5403574号に記載の大環状R基を含むこと
ができる。R基は一般式:−CR3(式中、Rは同一または異なって、H、C、N
、O、S、F、Cl、Br、およびI原子を含む)中に示される。代表的な例とし
て、下記に限定されるものではないが、−CH3,−CH2CH3,−CH(CH3) 2 ,−C(CH3)3,−C(CH3)2,−OCH3,−C(CH3)2,−COOCH3
−C(CH3)2OCOCH3,CONH2,−C65,−CH2(C64)OH、また
はそれらの異性体が含まれる。「アルキル」は、直鎖状、分枝状、飽和、不飽和ま
たは環状のC1−C20アルキル基を意味する。典型的なC1−C20アルキル基には
、これに限定されるものではないが、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロ
ピル、n−ブチル、t−ブチル、i−ブチル、ペンチルおよびヘキシル基が含ま
れる。「アリール」は、6員環に基づく芳香族環状炭化水素を意味する。典型的な
アリール基には、これに限定されるものではないが、フェニル、ナフチル、ベン
ジル、フェネチル、フェナントリルおよびアントラシル基が含まれる。用語「大
環状」とは、7個以上の炭素原子を含む少なくとも1個の環を含むR基をいう。「
置換」とは、アルキル、アリール、または大環状基であり、H、C、N、O、S
、F、Cl、Br、またはI原子を含む機能基に、少なくとも1個の炭素原子が共
有結合で結合していることをいう。
【0070】 リンカー領域で用いられる「機能性」とは、例えば、リンカー成分に組込まれた
とき、本発明の実施に有益な生物学的または生理化学的性質を付与する上記で検
討された、例えば、アミノ酸残基、オリゴヌクレオチド、オリゴサッカライド、
ペプチド核酸、または未置換または置換炭化水素鎖を意味する。このような性質
には、例えば、特定の生理学的または疾患の症状の細胞に特有のまたは特徴的で
ある、機能性のリンカー領域と細胞内成分との相互作用による、医学的画像解析
診断、放射性治療、診断における有用性が含まれる。このような相互作用には、
例えば、細胞内成分との相互作用による機能性のリンカー領域の結合または他の
反応、例えば切断を含むことができる。しかし、この相互作用が生じると、この
相互作用は、この細胞で特定の細胞内成分の存在によって特定の細胞内で付加分
子の選択的保持をもたらす。細胞内成分と機能性のリンカーの相互作用はそれに
よって、標的細胞に特定の機能性のリンカー残基を含むペプチド錯体に対する特
異性を与える。機能性のリンカーの例は、ペプチドまたはタンパク質結合残基、
プロテインキナーゼコンセンサス配列、プロテインフォスファターゼコンセンサ
ス配列、プロテアーゼ−反応性またはプロテアーゼ−特異性配列である。さらな
る例は、エクソ−およびエンド−ペプチダーゼ、細胞外メタロプロテアーゼ、カ
テプシン(カテプシンB)などのリソソームプロテアーゼ、HIVプロテアーゼ、
およびトランスフェラーゼ、ヒドロラーゼ、イソメラーゼ、リガーゼ、オキシド
レダクターゼ、エステラーゼ、グリコシダーゼ、ホスホリパーゼ、エンドヌクレ
アーゼ、リボヌクレアーゼおよびβ−ラクタマーゼの認識部位を含む。
【0071】 有用なコンセンサス配列および認識モチーフの具体的な例には、RSXSphosphoS
XP (配列番号8)またはRXY/FXphosphoSXP (配列番号9) (Yaffe et al. 1997)のよ
うな14-3-3タンパク質結合モチーフがある。好ましい態様には、14-3-3タンパク
質結合モチーフRLSHphosphoSLP (配列番号10)、RLYHphosphoSLP (配列番号11) (
Peng, et al., Science 277:1501-1505); およびRLSHphosphoSLG (配列番号12)
が含まれる。プロテアーゼ-反応性または特異的コンセンサス配列には、例えば
、インターロイキン-1β変換酵素(ICE)相同体、例えば、カスパーゼ-1、CPP32/Y
ama/アポパイン/カスパーゼ-3、NEDD2/Ich-1/カスパーゼ-2、TX/Ich-2/カスパー
ゼ-4、ICE-LAP3/MCH-3/CMH-1/カスパーゼ-7、ICE-LAP6/カスパーゼ-9、およびFL
ICE/MACH/カスパーゼ-8((Nakagawara et al. 1997) およびその中の引用文献)
によって認識されるそれらペプチド配列が含まれ、これにはカスパーゼ-1ではYE
VDx、カスパーゼ-2ではYDVADx、カスパーゼ-3ではDEVDxおよびDMQDx、カスパー
ゼ-4ではLEVDx、カスパーゼ-6ではVEIDx、カスパーゼ-7ではDEVDx、カスパーゼ-
8ではIETDx、およびカスパーゼ-10ではIEADx(Villa, et al., Trends Biochem S
ci 22:388-393, 1997); HIV p17-p24A開裂部位ではSQVSQNY-PIVQNLQ、およびHIV
p7-p1D開裂部位ではCTERQAN-FLGKIWP (Ratner, et al., Nature 313:277-284,
1985; Welch, et al., Proc Natl Acad Sci USA 88:10792-10796, 1991); プロ
テインキナーゼAではxR(R/K)x(S/T)x、プロテインキナーゼGではx(R/K)2-3x(S/T
)x、プロテインキナーゼCではx(R/K1-3,x0-2)(S/T)(x0-2,R/K1-3)、カルモジュ
リンキナーゼIIではxRxx(S/T)x、ホスホリパーゼbキナーゼではKRKQI(S/T)VR、
インスリンレセプターキナーゼではTRDIYETDYYRK, およびEGFレセプターキナー
ゼではTAENAEYLRVAP(KempおよびPearson, Trends Biochem Sci 15:342-346, 199
0; KennellyおよびKrebs, J Biol Chem 266:15555-15558, 1991)が含まれる。他
の有用な非ペプチドモチーフの例には、例えば、DNA認識配列、例えば、グルコ
コルチコイドホルモン反応エレメントの3'-TCTTGTxxxACAGA-5'、エストロゲンレ
セプター反応エレメントの3'-TCCAGTxxxACTGGA-5'、および甲状腺ホルモン反応
エレメントの3'-TCCAGTACTGGA-5'(Fuller, FASEB J 5:3092-3099, 1991)が含ま
れる。当業者に知られた、公共のデータベースを参照して利用可能なさらなる配
列を、本発明錯体のリンカー残基に組み込むことができる。生物医学および製薬
科学の分野の研究者が利用可能なよく知られたタンパク質、DNA、およびRNAデー
タベースには、アメリカ合衆国国立衛生研究所のウェブサイトとリンクしたもの
が含まれる(例えば、http://molbio.info.nih.gov/molbio/、この内容は本明細
書の一部を構成する)。推定上の認識モチーフを含む生物分子またはそのフラグ
メントは、一次構造の配列を、例えば、BLASTのようなルーチンのコンピュータ
ー化配列スケーリング法を用いてデータベース中のタンパク質または生物分子の
一次コンセンサス配列または個々の配列と比較することにより同定することがで
きる。
【0072】 本発明の完全なTatまたは他のペプチド錯体に組み込む場合は、そのような配
列モチーフは、適切な細胞内配列-特異的または配列-反応性タンパク質を含む細
胞中で単独でかまたは選択的に作用し、これによりカーゴ分子、例えば薬剤また
は金属キレートの細胞内/サブセルラー(subcellular)分布および保持が変化す
るであろう。例えば、プロテアーゼ配列は、コンジュゲート錯体の酵素的作用に
よる画像解析または放射線治療的効果の酵素的増幅を生じ、金属-キレートを開
裂させ、次いで細胞内区画内へトラップさせることにより金属-錯体フラグメン
ト濃度を増加させるので特に有用である。 この原理をさらに示すために、検出すべき細胞内標的がカスパーゼファミリー
の特異的プロテアーゼ活性であり、成分(Tat ペプチド)-(カスパーゼ-3モチーフ
リンカー)-(キレート{金属})を含む本発明の配位錯体がカスパーゼ-3を含む細胞
中に移行する場合は、該酵素は錯体をリンカー領域で開裂し、細胞内部の金属-
キレートを放出するであろう(これは慣用の技術によりモニターすることができ
る。)
【0073】 他の生物活性、生化学的活性、または生理活性を有する細胞または組織は、適
切な機能性のリンカーを共有結合または配位結合錯体に組み込む時に検出するこ
ともできる。例えば、β-ガラクトシダーゼによって認識されるヘキソース配列
を合成し、本発明化合物のリンカー領域とすることができる(例えば、 (Tatペ
プチド)-(D-ガラクトース-D-グルコース)(キレート{金属})として)。次に、例
えば遺伝子療法においてβ-ガラクトシダーゼをコードするマーカー遺伝子で形
質導入した細胞に投与すると、β-ガラクトシダーゼを発現する細胞のみが開裂
し、キレート-金属錯体を保持し、次いで外部画像解析装置により検出される。
【0074】 金属キレート残基は、例えば、実施例1に示すごとくeKGCキレート化ペプチド
のGをKに置換することにより正味の荷電を持つように合成することができる。こ
れは完全な動物においてin vivoで適用するのに有用である。非標的または非反
応Tatペプチドコンジュゲートは膜を通過して双方向性に移動することができる
ため、Tatペプチドコンジュゲートの細胞外濃度が低下するにつれて、細胞内の
完全Tatペプチドコンジュゲートは血流を介して動物から外部へと移動し、一掃
されるであろう。しかしながら、プロテアーゼによる開裂がペプチドに作用する
とTatフラグメントはキレートフラグメントから分離し、さらに開裂したキレー
トフラグメントのアミノ末端に正の荷電を生じる。すなわち、放出されたペプチ
ドキレート錯体の全体の荷電はポリカチオン性(polycationic)であろう。結合
したTat透過性配列の欠損と一緒になったこのクラスターの荷電は開裂キレート
フラグメントを細胞膜非透過性にし、実質的にin vivoおよびin vitroの両方で
細胞内にキレートフラグメントがトラッピングされるであろう。標的とするプロ
テアーゼ活性を欠く細胞では、Tatペプチドの細胞外濃度が低下するので完全Tat
ペプチド-キレート錯体は細胞外空間へと移動する。このクリアランスは驚くべ
きことにin vivoでは急速に生じることがわかった。本発明はこの高いクリアラ
ンス速度を利用し、特定細胞、組織、および器官に対する金属キレートおよび薬
剤コンジュゲートの治療用送達、および画像解析、診断薬のための高い標的/パ
ックグラウンド比をもたらす。
【0075】 金属-キレートが放射性金属を含む場合は、シンチグラフガンマカメラまたはS
PECTのような外部画像解析装置は所望の生物活性を含む細胞、組織、または器官
内の高い放射活性のみを検出するであろう。反対に、金属-キレートがGd-DTPAの
ようなリラクシビティー(relaxivity)金属とキレート化したリガンドを含む場合
は、得られる増幅したT1リラクシビティーが臨床的磁気共鳴画像解析(MRI)装置
により生じた適切なT1-強調(weighted)パルス配列を用いて、生存患者の細胞
および組織内に検出できよう。当業者は、容易に適切なMRI装置を操作し、MR画
像解析剤として知られるリラクシビティー錯体により誘導された体内の水中のプ
ロトンのリラクシビティーの変化を検出することができる(StarkおよびBradley,
Magnetic Resonance Imaging, C.V. Mosby Co., St. Louis, 1988, pp. 1516)
。すなわち、本発明は、SPECT/PETを用いる標的とする医療画像解析および放射
線療法的応用に関してペプチドキレート-金属錯体の細胞内蓄積を生じず、MRI装
置による細胞内のプロトンのリラクシビティーの変化のインテロゲーション(int
errogation)も起こさない既存の方法にみられる制限を克服する。これに対し、
本発明は所望の金属錯体の目的とする保持と細胞内送達を提供する。
【0076】 上記画像解析装置で検出される残留する金属-キレートおよび目的とする細胞
内生化学的活性が作用する場合は、Tatまたは他のペプチド-リンカー-金属錯体
が機能性のリンカーを含み、所望の細胞に送達され、細胞内部に移動するのに十
分安定である他の改変も可能である。
【0077】 放射性および非放射性金属に加えて、フルオロクロム、色素、酵素基質などの
ような薬理学的に活性な物質、プロドラッグ、細胞毒性物質、および診断用物質
を本発明の膜透過性ペプチド錯体のリンカーとカップリングさせることができる
。種々の薬剤が本発明とともに用いるのに適しており、例えば、ビンブラスチン
、ドキソルビシン、ブレオマイシン、メトトレキセート、5-フルオロウリシル、
6-チオグアニン、シタラビン、シクロホスファミド、タキソール、タキソテール
(taxotere)、シスプラチン、アドリアマイシン、マイトマイシン、およびビン
クリスチンのような慣用の化学療法剤、ならびにCancer: Principles and Pract
ice of Oncology, 5th Ed., V.T. Devita, S. Hellman, S.A. Rosenberg,, J. B
. Lippincott, Co., Phila, 1997, pp. 3125に記載の他の慣用の化学療法剤が含
まれる。実験的薬物、例えば、 UCN-01、アクチビン、9-アミノカンプトテシン
、アザシチジン、ブロモデオキシウリジン、ブリオスタチン、カルボプラチン、
ジデオキシイノシン、エチノマイシン(echinomycin)、ファザラビン、ヘプス
ルファム、ホモハリントニン(homoharringtonine)、ヨードデオキシウリジン
、ロイコボリン(leucovorin)、メルバロン、ミソニダゾール、ペントスタチン
、セムスチン(semustine)、スラミン(suramine)、メフタルアミジン(mepht
halamidine)、テロキシロン、トリシリビンホスフェート、およびトリメトレキ
セート、および NCI Investigational Drugs, Pharmaceutical Data 1994, NIH
Publications No. 94-2141(1994年1月改訂)に記載の他の薬物も本発明で使用
するのに適している。
【0078】 他の有用な薬剤には、抗炎症剤、例えば、セレブレックス、インドメタシン、
フルビプロフェン(flurbiprofen)、ケトプロフェン、イブプロフェン、および
フェニルブタゾン; 抗生物質、例えばβ−ラクタム、アミノグリコシド、マクロ
ライド、テトラサイクリン、プリリドンカルボン酸、およびホスホマイシン; ア
ミノ酸、例えばアスコルビン酸およびN-アセチルトリプトファン; 抗真菌剤; プ
ロスタグランジン; ビタミン; ステロイド; および抗ウイルス剤、例えばAZT, D
DI, アシクロビル(acyclovir)、イドクスウリジン(idoxuridine)、アマンタ
ジン、およびビダラビン(vidarabine)が含まれる。
【0079】 本発明の錯体とコンジュゲートさせることができる薬理学的に活性な物質 に
は、限定されるものではないが、酵素、例えばトランスフェラーゼ、ヒドロリー
ゼ(hydrolyses)、イソメラーゼ、プロテアーゼ、リガーゼ、キナーゼ、およびオ
キシドレダクターーゼ、例えば、エステラーゼ、 ホスファターゼ、グリコシダ
ーゼ、およびペプチダーゼ; 酵素阻害剤、例えばロイペプチン、キモスタチン、
およびペプスタチン; および成長因子が含まれる。
【0080】 さらに、本発明は細胞内に生体色素(vital dyes)およびフルオロクロムを送
達するのに用いることができる。そのような生体色素およびフルオロクロムの例
は当業者に良く知られており、例えば、フルオレセイン、ローダミン、クマジン
(coumadin)、テキサスレッド、DAPI およびエチジウムブロミドが含まれる。
【0081】 細胞内部への薬剤および薬理学的に活性な化合物の送達は、Tatまたは他の本
発明膜透過性ペプチドへの直接コンジュゲーションにより増強することができる
。そのような化合物と、細胞膜透過性ペプチドと活性物質の間にある機能性のリ
ンカーとのカップリング、およびそれにより薬剤または薬剤コンジュゲートの機
能的に選択的な細胞トラッピングを可能にすることは新規である。本明細書に記
載のごとくデザインされた薬剤またはプロドラッグコンジュゲートは、限定され
るものではないが、顆粒球刺激因子、血小板刺激因子、赤血球刺激因子、マクロ
ファージコロニー刺激因子、インターロイキン、腫瘍壊死因子、インターフェロ
ン、他のサイトカイン、モノクローナル抗体、免疫アジュバントおよび遺伝子療
法ベクター(Devita, et al., Biologic Therapy of Cancer, 2nd Ed., J. B. Li
ppincott, Co., Phila, 1995, pp. 919)を含む治療に有用な生物活性物質および
治療的または生物学的エンハンサー、および薬剤を、上記のごとく金属キレート
を選択的にトラッピングするのと同様の方法により細胞内部に選択的に送達(お
よび保持)することを可能にするであろう。リンカーの機能性は、特異的細胞内
物質(例えば上記酵素またはリボザイム)が作用するあらゆるモチーフを含むこ
とができる。そのようなリンカーの機能性の例には、低分子量ペプチドまたはタ
ンパク質結合モチーフ、プロテインキナーゼコンセンサス配列、タンパク質ホス
ファターゼコンセンサス配列、またはプロテアーゼ特異的配列が含まれる。先に
説明したように、プロテアーゼ反応性またはプロテアーゼ特異的配列は、治療効
果の増幅を、薬剤またはプロドラッグコンジュゲートのリンカー領域に対する酵
素作用を介して生じさせ、細胞のサイトゾル中に薬理学的物質を放出し、該物質
の細胞内保持および濃度を増加するのに特に有用である。
【0082】 薬理学的に活性な物質、細胞毒性物質、診断用物質などは、実施例1に記載の
方法と同様にリンカー領域のアミノ末端またはカルボキシ末端を介して適切な細
胞膜透過性ペプチドリンカーコンジュゲートとカップリングすることができる。
例えば、ペプチドリンカーのカルボキシ末端が生体活性物質とカップリングする
薬剤コンジュゲートは、脱水剤の存在下で所望の生体活性物質の活性エステルを
用いることにより製造することができる。本発明を実施するのに用いることがで
きる活性エステルの例には、N-ヒドロキシスクシンイミド、スルホ-N-ヒドロキ
シ-スクシンイミド、ヒドロキシベンゾトリアゾール、およびp-ニトロフェノー
ルのヘミ-スクシネートエステルが含まれる。脱水剤には、ジシクロヘキシルカ
ルボジイミド (DCC)、1-(3-ジメチルアミノプロピル)-3-エチルカルボジイミド(
ECD)、および1-(3-ジメチルアミノプロピル)3-エチルカルボジイミドメチオダイ
ド(EDCI)が含まれる。ECDを用いるコンジュゲートの形成は、米国特許第4,526,7
14号(この内容は本明細書の一部を構成する)に開示されている。カップリング
試薬の他の例には、グルタチオン、3-(ジエトキシホスホリルオキシ)-1,2,3-ベ
ンゾチアジン-4(3H)-オン(DEPBT)、オニウム塩ベースのカップリング試薬、ポリ
オキシエチレンベースのヘテロ二機能的架橋試薬、および有機薬剤およびペプチ
ドの、種々のリガンドとのカップリングを促進する他の試薬が含まれる(Haitao,
et al., Organ Lett 1 :91-94, 1999; Albericio, et al., J Organic Chemist
ry 63: 9678-9683, 1998; Arpicco, et al., Bioconjugate Chem 8:327-337, 19
97; Frisch, et al., Bioconjugate Chem 7: 180-186, 1996; Deguchi, et al.,
Bioconjugate Chem 10: 32-37, 1998; Beyer, et al., J Med Chem 41: 2701-2
708, 1998; Dirven, et al., Chem Res Toxicol 9:351-360, 1996; Drouillat,
et al., J Pharm Sci 87: 25-30, 1998; Trimble, et al., Bioconjugate Chem
8: 416 423, 1997)。薬剤架橋およびペプチドコンジュゲーションに有用な化学
薬品、試薬、および技術は、当業者によく知られた一般的教科書(Dawson, et al
., (Eds.), Data for Biochemical Research, 3rd Ed., Oxford University Pre
ss, Oxford, UK, 1986, pp. 580; King, (Ed.), Medicinal Chemistry: Princip
les and Practice, Royal Society of Chemistry, Cambridge, UK, 1994, pp. 3
13; Shan およびWong, (Eds.), Chemistry of Protein Conjugation and Cross-
Linking,, CRC Press,, Boca Raton,, 1991, pp. 328)に開示されている。さら
なる化学的カップリング剤は、米国特許第5,747,641号に記載されている(この
内容は本明細書の一部を構成する)。
【0083】キレートリガンドおよび薬剤のコンジュゲート 本発明には、キレート化リガンドを用いて所望の金属と錯体結合を形成するこ
とも含まれる。放射性核種および所望の非放射性金属と高効率で安定なように結
合する場合は、所望のキレート化リガンドはペプチドコンジュゲートと結合する
。該金属が放射性核種であるとき、該コンジュゲートを動物に投与し、次いで、
外部画像解析装置(例えば、SPECT およびPET検出器)を用いて該コンジュゲー
トの空間的位置を示すことができる。先に開示したように、本発明の好ましい態
様では、動物の細胞中に存在する特異的酵素またはタンパク質活性に比例して細
胞および組織区画中にキレート化残基を濃縮させることができる。金属が選択的
治療的放射性核種である他の好ましい態様において、本発明は、特異的酵素また
はタンパク質活性に比例して標的細胞および組織区画内にキレート化残基を濃縮
させ、標的細胞または組織内に選択的に放射線を蓄積させることができる。他の
好ましい態様において、該金属がリラクシビティー金属であるとき、キレート化
残基により細胞または組織の磁気共鳴画像解析が可能となる。あるいはまた、透
過性ペプチド構築物の機能性のリンカー領域が薬剤とコンジュゲートするとき、
該薬剤は、本発明の方法により標的細胞または組織内に選択的に蓄積するであろ
う。 適切なキレート化リガンドは当業者によく知られており、これには限定される
ものではないがジエチレントリアミン五酢酸(OTPA)、エチレンジアミン四酢酸 (
EDTA)、テトラアザシクロドデカン四酢酸(DOTA)、および金属と結合するルイス
塩基として電子供与原子(例えばO、S、P、またはN)を取り込む他のキレーター
(Engelstad およびWolf 1988)が含まれる。本発明の錯体には、キレートリガン
ド(例えば、限定されるものではないが、N2S2、N3S、N2SO およびNS3 残基を含
むもの)も用いることができる(Meegalla et al. 1997)。これらキレート化残基
がペプチド残基の特異的配列に組み込まれる具体的な例(下記に示すような)(
例えば、ε-アミン修飾Lys-Gly-Cys タグ)は、ペプチドベースの配列内で直接
所望のキレート化基を合成するのに特に好都合である。好ましいキレート化リガ
ンドは、市販のペプチド合成装置に適合する適切にブロックされたペプチド前駆
体を用いる固相合成法により直接ペプチド構築物内にキレート化残基を組み込む
ことができるペプチドまたは修飾ペプチドである。この好ましい態様の例を以下
により詳細に示す。あるいはまた、他の好ましいキレート化リガンドは、1また
はそれ以上の上記リンカー試薬を用いてペプチドコンジュゲートと化学的にカッ
プリングさせることができる。本発明の他の好ましい態様には、透過性ペプチド
と結合した機能化リンカー領域と薬剤とのコンジュゲーションが含まれる。ある
態様において、本発明のキレート化錯体は、キレーターの配位部位が画像解析ま
たは放射線療法に有用な金属で満たされているペプチドベースのキレーターを含
む。
【0084】放射性および非放射性金属 キレート化により本発明の錯体を得るのに有用な金属には、細胞または組織内
に医学的に有用な放射線を蓄積させるか、または診断用トレーサーとして用いる
のに耐える減衰特性を有する放射性核種が含まれる。したがって、本発明には、
リガンドと放射性金属 (放射性核種)がコンジュゲートした配位錯体を用いるこ
とが含まれる。放射性核種は、例えば、Tc、Ru、In、Ga、Co、Pt、Fe、Os、Ir、
W、Re、Cr、Mo、Mn、Ni、Rh、Pd、Nb、Cu、およびTaの放射性同位元素、例えば
、Tc-99m、Tc-99、In-111、Ga-67、Ga-68、Cu-64、Ru-97、Cr-51、Co-57、Re-18
8、およびRe-186からなる群から選ぶことができる。そのような錯体は本明細書
に記載のごとく医学的画像解析、特にSPECTまたはPET画像解析に用いることがで
きる。テクネチウム-99m (Tc-99m; t1/2=6時間; 140 keV放出光子)は診断核医
学において最も一般的に用いられる放射性核種である(Jurisson et al. 1993)。 テクネチウム-99mは、臨床核医学放射線薬学研究所で利用可能なモリブデナム-
99/テクネチウム-99mジェネレータにより容易に製造することができ、臨床ガン
マカメラを用いて容易に検出できる好ましい放出特性を有する。本発明の錯体は
、好ましくはTc-99mおよび密接に関連したレニウム(rhenium)同位元素(Re-186
およびRe-188)を含むが、画像解析および放射線療法に有用な先に記載のものに
加え、他の放射性核種および金属(例えば、I-123、I-125、I-130、I-131、I-13
3、Sc-47、As-72、Se-72、Y-90、Y-88、Pd-100、Rh-100m、Sb-119、Ba-128、Hg-
197、At-211、Bi-212、Pd-212、Pd-109、Cu-67、Br-75、Br-76、Br-77、C-11、N
-13、O-15、F-18、Pb-203、Pb-212、Bi-212、Cu-64、Ru-97、Rh-105、Au-198、
およびAg-199)も本発明の範囲内に含まれる。さらに、種々の専門業者からのパ
ーテクネテート(pertechnetate)の供給品が一般に利用可能であることは、Tc-
99mの種々のペプチド錯体の製造用キットを使用するのに好都合である。本発明
のペプチドコンジュゲートの放射性金属による標識は容易に実施することができ
る。本発明の好ましい態様において、ペプチドコンジュゲートは金属交換反応を
用いるかまたは用いることなく、標準的還元剤を用いて放射性同位元素99mTcで
標識される(Grummon, et al., Inorg Chem 34:1764-1772, 1995; Lister-James,
et al., J Nucl Med 37:775-781, 1996; Meegalla,, et al., J Med Chem 40:9
-17, 1997)。
【0085】 有用な金属には、磁気共鳴画像解析(MRI)装置を用いて画像を得るのに有用な
水緩和特性を生じる常磁性を有するそれら金属の同位元素も含まれる。適切なリ
ラクシビティー金属には、限定されるものではないが、Mn、Cr、Fe、Gd、Eu、Dy
、Ho、Cu、Co、Ni、Sm、Tb、Er、Tm、およびYbが含まれる。MRリラクシビティー
金属と配位結合する適切なキレート化リガンドは、放射性核種について先に記載
の方法により本発明のペプチド錯体に容易に組み込むことができる。そのような
キレート化リガンドは、限定されるものではないがDTPA、EDTA、DOTA、EHPG、HB
ED、ENBPI、ENBPA、および当業者に知られた他のマクロサイクル(macrocycle)
を含むことができる(StarkおよびBradley, Magnetic Resonance Imaging, C.V.
Mosby Co., St Louis, 1988, pp 1516)。
【0086】 本発明のペプチド金属配位錯体は、当該分野で知られた方法により容易に製造
することができる。例えば、リンカーおよび金属キレート残基とコンジュゲート
したTatまたは他の細胞膜透過性ペプチドを、室温から還流温度にて水性媒質中
、要すれば適切な還元剤の存在下で放射性金属の塩と混合して最終生成物の配位
錯体を得、高(担体添加、例えばTc-99)濃度およびトレーサー(担体添加せず、例
えばTc-99m)濃度(典型的には10-6mol以下)の両方で高収率で単離することができ
る。(Tc-99m)パーテクネテート(TcO4 -)がキレートリガンド(例えば、限定され
るものではないが、N2S2、N2SO、N3S、およびNS3残基を含むもの)の存在下で、
還元剤(例えば、塩化第一スズ)で還元されると、(TcO)N2S2、(TcO)N2SO、(TcO
)N3S、および(TcO)NS3の錯体が形成されることはよく確証されている(Meegalla
et al. 1997)。ペプチドを放射性同位元素で標識するための他の好ましい方法に
は、還元剤(例えば塩化第一スズ)と一緒にグルコヘプトネートを用いてペプチ
ドのキレート化残基を標識することが含まれる (Lister-James, et al., J Nucl
Med 37:775-781, 1996; Meegalla, et al., J Med Chem 40:9-17, 1997)。その
ようなTc-99mキレート残基を、潜在的レセプター選択的画像解析(造影)剤に組
み込むことができる(HomおよびKatzenellenbogen 1997)。そのような残基、特に
、放射性金属、または画像解析(例えば、磁気共鳴リラクシビティー金属)もしく
は放射線療法のための目的とする他の金属をキレートにするものを、機能性のリ
ンカーを用いてTatまたは他のペプチドモチーフに組み込むことにより、金属錯
体複合物の選択的細胞内送達および保持を可能にすることは新規である。MR画像
解析に有用な非放射性金属は、前記のごとく同様にペプチドリンカー構築物にコ
ンジュゲートされている、リラクシビティー金属を結合するのに有用な適切なキ
レーターに組み込むことができる。本発明の好ましい態様は、上記方法を用い、
GdをMRリラクシビティー金属として用いてDOTAをペプチドコンジュゲートとカッ
プリングさせることである。標準的技術を用いる緩やかな酸性条件下(pH 5-6)で
、GdCl3のようなGdのクロリド塩とペプチドキレートコンジュゲートを反応させ
ることによりGdをDOTA残基にキレート化させることができる (Stark およびBrad
ley, Magnetic Resonance Imaging, C.V. Mosby Co., St. Louis, 1988, pp. 15
16; Wen-hong, et al., J Am Chem Soc 121:1413-1414, 1999)。
【0087】他の応用 本発明の錯体は細胞内の過程を研究するための蛍光共鳴エネルギートランスフ
ァー(FRET)にも用いることができる。FRET法について用いる場合、機
能性のリンカーを蛍光エネルギードナーとアクセプターの間に置く。蛍光エネル
ギードナーとアクセプターの適当なペアの例、そしてまたFRETを用いる方法
の例は、当業者によく知られ、例えば、Ubarretxena-Belamdia et al., Biochmi
stry, 38:7398-7405,1999; Blomberg et al., Cli. Chem.,45:855-861,1999 Ja
mieson et al., J. Biol. Chem. 274:12346-12354, 1999 に記載されている。
【0088】 医学的画像解析(imaging)、他の診断法及び薬物運搬用の組成物及び方法を提
供するほかに、本発明は、インビボでの生きている細胞おインビトロでの組織中
の細胞内の過程を評価する方法も提供する。そのような過程の例には、タンパク
質−タンパク質結合、プロテインキナーゼ活性、プロテインホスファターゼ活性
、又はプロテアーゼ活性が含まれる。更なる例は、それらがそれぞれの機能の喪
失又は獲得に関連する様々な病気の状態に関係するので、エキソ−及びエンド−
ペプチダーゼ、細胞外メタロプロテアーゼ、カテプシン(カテプシンB)等のリ
ソソームプロテアーゼ、そしてまたトランスフェラーゼ、ヒドロラーゼ、イソメ
ラーゼ、リガーゼ、オキシドレダクターゼ、エステラーゼ、グリコシダーゼ、ホ
スホリパーゼ、エンドヌクレアーゼ、リボヌクレアーゼ、及びβ−ラクタマーゼ
の活性を含む。これらの方法は、形質膜を横切って細胞中に場所を移し、検出装
置とそれらのインシトウの位置の間に介在する生物学的組織の存在にかかわらず
、生きている細胞中で検出可能な薬剤を投与することにより行なう。従って、生
体及び組織中の細胞をインシトウで検出可能である。
【0089】 本発明によれば、生きている細胞を画像解析できる。像を作り出すのに有用な
本発明の錯体を患者、又は細胞若しくは組織試料に投与する。画像解析方法は、
これらに限定するものではないが、磁気共鳴画像解析(MRI)、スーパーコン
ダクティング量子干渉装置(スクイッド)、近赤外線画像解析、ポジトロンエミ
ッショントモグラフィー(PET)を含み、非常に好ましい態様では、画像解析
は平面シンチグラフィー、シングルフォトンエミッションコンピュータ断層撮影
(SPECT)である。
【0090】 これらの方法は、インビトロの細胞内の生化学的反応の早いそして簡単なアッ
セイに、より重要なことには、インビボ又はインシトウ等の現在利用可能なアッ
セイ法が実施不可能であるか、不可能であるアッセイとしても応用できる。例え
ば、切り出した組織においては、細胞内機能にはタンパク質−タンパク質結合、
プロテインキナーゼ活性、プロテインホスファターゼ活性、又はプロテアーゼ活
性等の生化学的活性が含まれる。更なる例は、エキソ−及びエンド−ペプチダー
ゼ、細胞外メタロプロテアーゼ、カテプシン(カテプシンB)等のリソソームプ
ロテアーゼ、そしてまたトランスフェラーゼ、ヒドロラーゼ、イソメラーゼ、リ
ガーゼ、オキシドレダクターゼ、エステラーゼ、グリコシダーゼ、ホスホリパー
ゼ、エンドヌクレアーゼ、リボヌクレアーゼ、及びβ−ラクタマーゼの活性を含
む。それらはインビボ表現型を変化させる組織の分散及び増殖の必要なしに検出
できる。これらの方法はインビボアッセイに特に有用であり、細胞内の生物学的
活性が外傷性の手術なしに検出できる。
【0091】 本発明の使用により、細胞内機能が手術の必要なしに患者で検出できる。従っ
て、本発明は、細胞内へ位置を移し、介在する組織の存在により細胞から取り除
かれた距離にある生きている細胞中で検出可能である本発明の錯体を投与するこ
とにより、生物、動物全体、組織、又は細胞中の細胞内の生化学的活性を検出す
る化合物及び方法を包含する。本発明の方法が応用できる組織の例には、例えば
、癌細胞、特に中枢神経系腫瘍、乳癌、肝癌、肺、頭及び首の癌、リンパ腫、白
血病、多発性骨髄腫、膀胱癌、卵巣癌、前立腺癌、腎臓の腫瘍、肉腫、結腸及び
他の胃腸の癌、転移部、及びメラノーマが含まれる。本発明は、病気、状態、又
は障害に関連する酵素の存在を検出するのにも用いることができる。本発明の方
法が応用できる病気、状態、又は障害の例には、限定されるものではないが、感
染、炎症、アルツハイマー病及びパーキンソン病等の神経変性病、ALS,低酸
素症、自己免疫病、免疫欠損、インフラクション及び卒中等の心臓血管発作、慢
性関節リュウマチ、ルピス及び皮膚筋炎等の結合組織障害、並びに器官の他の特
異的な機能不全が含まれる。個々の病気、状態、又は障害に関連する酵素は当業
者に周知であり、標準的な医学文献、例えば、Stedman's Medical Dictionary,2
6 Edition, Williams & Wilkins, 1995,及びHarison's Priciples of Internal
Medicine, 14 Edition, McGraw-Hill, 1998 に見出される。それゆえ、本発明は
、ペプチドコンジュゲート金属配位錯体(及び他の診断に有用な錯体)、並びに
生きている細胞の中に移動する本発明の画像解析用錯体、特にシンチグラフィー
又は磁気共鳴画像解析用錯体を投与することによる生物、動物全体、組織、又は
細胞中のそのような錯体又はその反応生成物を検出する方法を包含する。
【0092】キット 本発明は、例えば Jones 等の米国特許第4452774号に記載されたような前もっ
て選択された放射性核種を還元するための還元剤の一定量を含むキットをも提供
する。そのようなキットは、所定量のTat又は他の細胞透過性のペプチドコン
ジュゲート及び所定量の前もって選択された放射性核種を還元できる所定量の還
元剤を含み得る。そのようなキットは所定量のグルコヘプトネートを含み得る。
ペプチドコンジュゲート及び還元剤は凍結乾燥し、貯蔵安定性を高めることがで
きる。コンジュゲート及び還元剤は密封した滅菌した容器に入れることがができ
る。必要な反応を行なうための指示や反応緩衝溶液もキット中に含ませ得る。
【0093】 一態様において、本発明は臨床核医学研究室で利用可能な、等張食塩水中の過
テクネチウム酸塩等のTc−99mの提供から細胞膜透過性配位錯体の製造にお
ける使用のためのキットを提供し、そのキットは、選択された量の過テクネチウ
ム酸塩と反応させる、所望量の選択したTat又は他のペプチドコンジュゲート
、及び選択された量の過テクネチウム酸塩を還元して所望のペプチド金属錯体を
形成するのに十分な量の亜ジチオン酸ナトリウム又は塩化第一スズ等の還元剤を
含む。好ましい態様において、そのキットは、Tc−99m−グルコヘプトネー
ト(それ自体はスズグルコヘプトネートの市販キット(Dupont Pharma)から製
造される)の形でキット中に提供された還元されたテクネチウムの選択された量
と反応させる選択されたペプチドコンジュゲートの所望量、並びに選択された量
の還元されたテクネチウムが所望のペプチド金属錯体を製造することを保証する
に十分な量で亜ジチオン酸ナトリウム又は塩化第一スズ等の還元剤を含む。
【0094】ペプチド錯体の薬理学的に許容し得る塩 アミノ酸と同様に、ペプチド及びタンパク質は、両性電解質である。即ち、そ
れらは分子内の様々な電子供与体及び受容体残基の存在のため酸及び塩基の両方
として働く。従って本発明のペプチド錯体は当業者に知られているように、遊離
の酸/塩基形、薬理学的に許容し得る塩形、又はそれらの混合物として用い得る
。そのような塩は例えば有機アニオン、有機カチオン、ハライド、アルカリ金属
と形成し得る。
【0095】 「薬理学的に許容し得る塩」という用語は、遊離の酸又は遊離の塩基のアルカ
リ金属塩及び付加塩を形成するために一般的に用いられる塩を含む。塩の性質は
薬理学的に許容し得る限り重要ではない。本発明のペプチド錯体の適当な薬理学
的に許容し得る塩基付加塩は金属塩及び有機塩を含む。
【0096】 限定するものではないが、好ましい金属塩には適当なアルカリ金属(Ia属)
塩、アルカリ土類金属(IIa属)塩、及び他の生理学的に許容できる金属が含
まれる。そのような塩は、例えばアルミニウム、カルシウム、リチウム、マグネ
シウム、カリウム、ナトリウム及び亜鉛から製造し得る。
【0097】 有機塩は、部分的にトロメタミン、ジエチルアミン、N,N−ジベンジル−エ
チレンジアミン、クロロプロカイン、コリン、ジエタノールアミン、エチレンジ
アミン、メグルミン(N−メチルグルカミン)、及びプロカインを含む三級アミ
ン及び四級アンモニウム塩から製造し得る。
【0098】 そのような塩は無機及び有機酸にも由来し得る。限定するものではないがこれ
らの塩には以下のものが含まれる:酢酸塩、アジピン酸塩、アルギン酸塩、クエ
ン酸塩、アスパラギン酸塩、安息香酸塩、ベンゼンスルホン酸塩、重硫酸塩、酪
酸塩、ショウノウ酸塩、ショウノウスルホン酸塩、ジグルコン酸塩、シクロペン
タンプロピオン酸塩、ドデシル硫酸塩、エタンスルホン酸塩、グルコヘプタン酸
塩、グリセロリン酸塩、ヘミ硫酸塩、ヘプタン酸塩、ヘキサン酸塩、フマール酸
塩、塩酸塩、臭化水素酸塩、ヨウ化水素酸塩、2−ヒドロキシ−エタンスルホン
酸塩、乳酸塩、マレイン酸塩、メタンスルホン酸塩、ニコチン酸塩、2−ナフタ
リンスルホン酸塩、蓚酸塩、パルモエート、ペクチン酸塩、過硫酸塩、3−フェ
ニルプロピオン酸塩、ピクリン酸塩、ピバル酸塩、プロピオン酸塩、コハク酸塩
、酒石酸塩、チオシアン酸塩、チオシアン酸塩、トシラート、メシラート、及び
ウンデカン酸塩。
【0099】 塩基性窒素含有基を、メチル、エチル、プロピル、及びブチルクロライド、ブ
ロマイド、ヨーダイド等の低級アルキルハライド;ジメチル、ジエチル、ジブチ
ル、及びジアミルサルフェート等のジアルキルサルフェート;デシル、ラウリル
、ミリスチル、及びステアリルクロライド、ブロマイド、ヨーダイド等の長鎖ハ
ライド;ベンジル及びフェネチルエチルブロマイド等のアラルキルハライド等の
試薬で4級化し得る。
【0100】 これらの塩のすべては、適当な酸又は塩基との反応により本明細書で開示する
対応するペプチド錯体から慣用的な方法により製造できる。必要に応じ水−又は
油−溶解性又は分散性の生成物がこれにより得られる。
【0101】製剤/医薬組成物 本発明の化合物を医薬組成物として製剤化できる。そのような組成物は、経口
的に、非経口的に、吸入スプレーにより、直腸に、皮内に、経皮的に、又は局所
的に、所望に応じ従来の非毒性の薬理学的に許容し得る担体、アジュバント、及
びビヒクルを含む投与単位製剤で投与できる。局所投与は、経皮パッチ又はイオ
ン導入装置等の経皮投与の使用も含み得る。本明細書で用いる「非経口的」とい
う用語は、皮下、静脈内、筋肉内、又は胸骨内の注射又は注入技術を含む。薬剤
の製剤は、例えば、Hoover, John E., Remington's Pharmaceutical Sciences,
Mack Publishing Co., Easton, Pennsylvania (1975) 及び Liberman, H.A. and
Lachman, L., Eds., Pharmaceutical Dosage Forms, Marcel Decker, New York
, N.Y. (1980)に議論されている。
【0102】 注射可能な製品、例えば滅菌した注射可能な水性又は油性懸濁液は、適当な分
散化剤又は湿潤化剤及び懸濁化剤を用いて公知の方法により製剤化できる。滅菌
した注射可能な製品は、非毒性の非経口的に許容し得る希釈剤又は溶媒中の滅菌
した注射可能な溶液又は懸濁液、例えば1,3−ブタンジオール中の溶液であり得
る。用い得る許容しるビヒクル及び溶媒には水、リンゲル溶液、及び等張性食塩
水溶液がある。更に、滅菌した脂肪油が溶媒又は懸濁化媒体として従来用いられ
ている。この目的のために、合成のモノ−又はジグリセリドを含むいずれかの刺
激のない脂肪油を用いうる。更に、オレイン酸等の脂肪酸も注入物の製造に有用
である。ジメチルアセトアミド、イオン性及び非イオン性の洗剤を含む界面活性
剤、並びにポリエチレングリコールを使用できる。本明細書で開示する溶媒及び
湿潤剤の混合物も有用である。
【0103】 本明細書で議論した化合物の直腸投与用の坐剤は、通常の温度では固体である
が、直腸温度では液体であり、それゆえ直腸で溶融し、薬剤を放出する、ココア
バター、合成のモノ−、ジ−、又はトリグリセリド、脂肪酸、又はポリエチレン
グリコール等の適当な非刺激性賦形剤と、活性薬剤を混合することにより製造で
きる。
【0104】 経口投与用固体用量形はカプセル、錠剤、丸薬、粉末、及び顆粒を含み得る。
そのような固体用量形において、本発明の化合物は指示された投与経路に適した
1以上のアジュバントと通常混合する。経口投与するなら、化合物をラクトース
、シュクロース、デンプン粉、アルカン酸のセルロースエステル、セルロースア
ルキルエステル、タルク、ステアリン酸、ステアリン酸マグネシウム、酸化マグ
ネシウム、リン酸及び硫酸のナトリウム及びカルシウム塩、ゼラチン、アカシア
ガム、アルギン酸ナトリウム、ポリビニルピロリドン、及び/又はポリビニルア
ルコールと混合し、次に便利な投与のため錠剤化又はカプセルに入れる。そのよ
うなカプセル又は錠剤は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース中の活性化合物
の分散物で提供されるような放出調節製剤を含み得る。カプセル、錠剤、丸薬の
場合、用量形はクエン酸ナトリウム等の緩衝剤、又は炭酸若しくは重炭酸マグネ
シウム若しくはカルシウムをも含んでもよい。錠剤、及び丸薬は更に、腸溶コー
ト剤を用いて製造し得る。
【0105】 治療目的の場合、非経口投与用製剤は水性又は非水性の等張性滅菌注射溶液又
は懸濁液の形であり得る。これらの溶液又は懸濁液は経口投与用製剤での使用に
ついて述べた1以上の担体又は希釈剤を有する滅菌した粉末、又は顆粒から製造
し得る。化合物を水、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、エタノ
ール、コーン油、綿実油、ピーナツ油、ゴマ油、ベンジルアルコール、塩化ナト
リウム、及び/又は様々な緩衝液に溶解し得る。他のアジュバント及び投与様式
は医薬分野でよく広く知られている。
【0106】 経口投与用液体用量形は薬理学的に許容し得る乳化液、溶液、懸濁液、シロッ
プ、水等の当業界で一般的に用いられる不活性の希釈剤を含むエリキシルを含み
得る。そのような組成物は湿潤化剤、乳化剤及び懸濁化剤、並びに甘味剤、芳香
剤等のアジュバントを含み得る。
【0107】 担体物質と混合して単一用量形を作る活性成分の量は、患者及び個々の投与様
式により変化するであろう。
【0108】ペプチド錯体の用量/量 放射標識及び画像解析に使用する放射性核種、又はリラクシビティー金属を含
む細胞膜透過性ペプチドの量は意図する目的に十分な量であるべきである。その
ような量は実験的に決めることができ、当業界で周知でもある。例えば、本発明
の錯体を介して投与される放射性核種の量は、約1μCi〜約100mCi、好
ましくは約1mCi〜約100mCi、より好ましくは約1mCi〜約50mC
iの範囲であり得る。この量は体重及び個々の病状につき調節でき、約1mCi
/kg体重でありうる。
【0109】 治療目的には、本発明の錯体を介して投与される放射性核種の量は、約1mC
i〜約300mCi、好ましくは約25mCi〜約250mCi、より好ましく
は約50mCi〜約200mCiの範囲であり得る。勿論、この量は処置すべき
病状の具体的な必要性を満たすよう適応され、当業界で周知のように体重及び個
々の状態に応じて変わり得る。例えば、Clinical Nuclear Medicine,1998, Thir
d Edition, Chapman & Hall Medical を参照。
【0110】 病気の状態を治療又は予防するため患者に投与するための薬剤又は他の薬理学
的に活性な薬品を含む錯体の量は、薬剤のタイプにより変わり、その治療的に有
効量を含むであろう。様々な状態を処置するための薬剤用量は当業界でよく知ら
れている。これに関し、例えば、Goodman & Gilman's The Pharmacological Bas
is of Therapeutics, 1996, Ninth Edition, McGraw-Hill, New York を参照。
【0111】投与経路 本発明の錯体は、経口的に、腸に、粘膜に、経皮的に、非経口的にを含む様々
な方法により投与できる。非経口的投与、特に静脈内、筋肉内、皮下、皮内、関
節内、鞘内、及び腹腔内注入又は注射(当業者に利用可能なポンプを用いる連続
的又は間欠的注入を含む)によるのが好ましい。或いは、錯体はマイクロカプセ
ル製品、例えば欧州特許出願第0213523号に記載のリポソームに基づくも
のにより投与し得る。
【0112】処置レジメ 本発明の化合物及び/又は組成物を用いる患者の処置レジメは、年齢、体重、
性、食事、及び患者の医学的状態、状態の重篤性、投与経路、用いる個々の薬理
学的に活性な化合物の活性、有効性、薬物動態学的及び毒物学的プロフィール等
の薬理学的考慮を含む、様々な因子に従い選択する。
【0113】 本明細書で開示する薬剤の錯体の投与は、数日、週、月、年の期間にわたって
一般には続けるべきである。本明細書で開示する薬剤の錯体による処置を受けて
いる患者を日常的にモニターして問題の個々の病気又は状態の治療の有効性を決
定できる。
【0114】 これらの方法により得られるデータの連続的な解析により治療中の治療レジメ
の改変が可能になり、ペプチド錯体における薬理学的に活性な物質の最適量を投
与でき、処置期間も決定できる。従って、処置レジメ/投与スケジュールは治療
の過程中合理的に改変でき、薬剤化合物の最低量を投与でき、薬剤化合物の投与
を病気又は状態を成功的に処置するに必要な長さだけ続けることができる。
【0115】 本発明を実施するのに有用な検出方法には、限定するものではないが、磁気共
鳴、スーパーコンダクティングカンタムインターフェアレンス装置(スクイッド
)、ポジトロンエミッショントモグラフィー、及び特に、平面シンチグラフィー
又はシングルフォトンエミッションコンピュータ断層撮影(SPECT)が含ま
れる。別の検出方法には、γカウンティング、シンチレーションカウンティング
、走査ラジオグラム、デンシトメトリー、及びフルオログラフィーが含まれる。
これらの検出方法は、本発明のペプチド錯体の投与に続く、診断又は画像解析の
ため、有効な時間間隔の間又はその後に用いることができる。そのような有効な
時間間隔は当業界で周知であるか、本明細書に開示のもの等の方法を用いて日常
的な実験により決定できる。
【0116】 以下に記載する実施例は多くの具体物を含むが、これらは本発明の範囲を限定
すると解釈すべきではなく、本発明の態様のいくつかの説明を提供するのみであ
る。
【0117】
【実施例】実施例1 アセチル−GRKKRRQRRR−AHA−εKGC−アミドトリフルオロアセ
テートの製造 Tatペプチド(残基48-57、GRKKRRQRRR(配列番号3))コンジ
ュゲートを、入ってくる金属のための所望のペプチドをベースとするN3Sキレ
ート基を生じさせるためN−α−tBOC,N−ε−FMOC−Lys残基を用
いた(Lister-James, et al., Q J Nucl Med 41:111-118,1997)ε−Lysを除
いて、N−α−FMOC−保護アミノ酸及び標準的なBOP/HOBtカップリ
ング化学(Merifield et al., Biochemistry 21:5020-5031, 1982; Houghten, P
roc. Natl. Acad. Sci. USA 82:5131-5135, 1985; Lin et al., Biochemistry 2
7:5640-5645, 1988)を用いる固相ペプチド合成により製造した。AHAはTa
t48−57残基とキレート残基間の非機能性リンカーの例としてのアミノヘキ
サン酸を表す。ペプチドをアミノアセチル化し、カルボキシアミド化し、標準的
な方法により脱保護した(Merifield et al., Biochemistry 21:5020-5031, 198
2; Houghten, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82:5131-5135, 1985; Lin et al.,
Biochemistry 27:5640-5645, 1988)。そのペプチドを調製用C18逆相HPLCで
精製(94%以上)し、リニアグラジエント(60分にわたって0%〜60%)により、
90%アセトニトリル/10%水中の0.1%トリフルオロ酢酸(0.1%TFA/(90%CH3CN/H2 O))で改変した水中の0.1%トリフルオロ酢酸(0.1%TFA/H2O)を溶出液として用
いた(ペプチドRt=21分)。ペプチドコンジュゲートの同一性をアミノ酸分
析(13のプロテイノジェニックアミノ酸:Glu 1; Gly 2; Cys 1; Lys 3, Arg
6)及びエレクトロスプレー質量分析(m/z:1839.0;計算値:C7414337161,1839.27)により確認した。その配列をアセチル−GRKKRRQRR
R−AHA−εKGC−アミドとして確認した。
【0118】実施例2 放射性標識したアセチル−GRKKRRQRRR−AHA−εKGC−アミド(
Tcv−99m)トリフルオロアセテートの製造 実施例1のTatペプチドコンジュゲート錯体をリガンド交換試薬としてTc
−99m−グルコヘプトネートを用いるリガンド交換により標識した(Lister-J
ames et al., J. Nucl. Med. 38:105-111, 1997)。商業的に入手できるスズグ
ルコヘプトネート放射性医薬キット(Glucosan, DuPont Pharma, Billercia, MA
)を市販の放射性核種Mo−99/Tc99mジェネレーターを溶出することに
より得られた等張性の食塩水中の(Tc−99m)過テクネチウム酸ナトリウム
1.0mlで再構築し、15分間室温に放置した。小さいガラス試験管中で、T
atペプチドコンジュゲート(1 mg)を0.9%食塩水(1 ml)に溶解した。次に、
(Tc−99m)過テクネチウム酸ナトリウム(250 μl)を加え、反応を15
分間室温で進めた。オクソテクネチウム錯体(図2)の放射化学的収率(95%以
上)及び純度(90%以上)を、15%TFAを用いるシリカゲルTLC及びラヂオメ
ーター検出(Bioscan)により測定した((Tc−99m)−ペプチド錯体、Rf
0.24;(Tc−99m)グルコヘプトネート、Rf 0.95;(Tc−99m)−T
cO4 -、Rf 0.95)。
【0119】実施例3 アセチル−GRKKRRQRRR−AHA−εKGC−アミド−フルオレセイン
−マレイミドトリフルオロアセテートの製造 実施例1のTatペプチド錯体を、ビベス(Vives)ら(1997)に従って
、フルオレセインを用いて標識した。小ガラスバイアル中、Tatペプチド錯体
(1mg)をリン酸バッファーサリン(pH 7.4)に溶解し、ジメチルホル
ムアミドに溶解させたフルオレセインマレイミド(1.2当量)と、暗中、室温
で2時間反応させた。その反応液をRP−HPLC(211nmおよび440n
mの両方で)で追跡した。蛍光ペプチドを、上記勾配条件を用いたHPLCによ
って精製し(純度>97%)、暗中で凍結乾燥した。目的のフルオレセイン標識
ペプチドの同定は電子スプレーマス分光学によって確認した(m/z:2211
.0)。
【0120】実施例4 細胞取り込み実験用の溶液 細胞取りこみ実験用のコントロール溶液は、改良したアール平衡塩類溶液(M
EBSS)((mM):145Na+、5.4K+、1.2Ca2+、0.8Mg2+
152Cl-、0.8H2PO4 -、0.8SO4 2-、5.6デキストロース、4.0ヘ
ペスおよび1%(容量比)子ウシ血清を含有、pH 7.4±0.05)であった
。130mM K+/20mM Cl-溶液を、ピウニカ−ウォルムス(Piwnica
−Worms)ら(1983)による記載に従って、NaClを当モルのメタンスル
ホン酸カリウムにおきかえることによって調製した。
【0121】実施例5 細胞培養 ヒト表皮癌KB−31細胞およびコルヒチン選別KB8−5およびKB8−5
−11誘導体セルラインの単層を、先の記載(アキヤマ(Akiyama)らによる1
985;Piwnica−Wormsらによる1993)に従って増殖させた。要するに、そ
れぞれ0、10および100ng/mlのコルヒチンの存在下、底に7つの25
mmガラスカバーグラスを入れた100mmペトリ皿に細胞をプレートし、DM
EM(ギブコ(GIBCO)社、グランド・アイランド(Grand Island)、NY)(
L−グルタミン(1%)、ペニシリン/ストレプトマイシン(0.1%)および
熱失活の胎ウシ血清(10%)で補足)中で集密まで増殖させた。ヒトJurkat白
血病細胞およびヒーラ腫瘍セルラインを、RPMI(5〜10%の胎児ウシ血清
、ペニシリン、ストレプトマイシンおよびL−グルタミンを用いて、5%CO2
雰囲気下、37℃で補足)中に保った(ペング(Peng)らによる1997)。
【0122】実施例6 Tat−ペプチドコンジュゲート金属錯体の細胞蓄積およびウォッシュアウト研
集密細胞を有するカバーグラスを、先の記載(ピウニカ−ウォルムスらによる
1993)に従い、標識したTatペプチドコンジュゲート錯体の細胞輸送およ
びその速度論の研究に使用した。細胞を培地から取り出し、コントロールバッフ
ァー中で15〜30秒間予め均衡させた。MEBSSおよび7nM〜8μMの実
施例2のペプチド錯体(1〜2μキュリー/ml)からなるローディング(load
ing)溶液(4mL)を入れた60mmガラスパイレックス皿にカバーグラスを
浸すことによって、蓄積実験を開始した。細胞が付いたカバーグラスを様々な時
点で取り出し、細胞外のスペースをきれいにするために、氷冷同位体を含まない
溶液(25ml)中で各8秒間、3回すすぎ、35mmのプラスチックペトリ皿
にプレートした。ロウリー(Lowry)(KB細胞)の方法(ロウリーらによる1
951)によるか、またはタンパク質標準品としてウシ血清アルブミンを用いた
BCA分析(ピース・ケミカル(Pierce Chemical)社)によるタンパク質アッ
セイ前に、1%ドデシル硫酸ナトリウム中で、10mMボロン酸ナトリウムを用
いて細胞を抽出した。細胞データを各Tc−錯体の細胞外濃度を用いて標準化す
るのに、ローディングバッファーおよびストック溶液のアリコートも得た。細胞
抽出物、ストック溶液および細胞外バッファーサンプルを、それぞれ、ウェルタ
イプのヨウ化ナトリウムガンマカウンター(コブラ(Cobra)II、ベックマン
(Beckman))中でガンマ活性をアッセイした。溶液中の全てのTc−錯体の絶
対濃度は、Mo/Tcジェネレーター(generator)平衡式に基づいて、ペプチ
ドストック溶液およびテクネチウムの具体的活性から決定した(ラムソン(Lams
on)らによる1975)。
【0123】 Tc−99m−ペプチド錯体の蓄積の確認は、文献(ボッシュ(Bosch)によ
る1997)の記載方法のわずかな改良法を用いて、非接着セルライン(例えば
、ヒトのJurkat白血病細胞)について行った。輸送実験は、シリコーン化したマ
イクロフォルジュ(microfuge)試験管中で行い、細胞(2〜3×106細胞/m
L、732.5μl)をバッファー含有Tc−99m−ペプチド錯体(10μl
)および、ビヒクルのみまたはビヒクル中のいずれかの添加薬物が目的濃度の1
00倍のもの(7.5μl)に加えることにより開始した。該試験管を37℃の
水浴中でインキュベートし、時々混合させた。反応液のアリコート(250μl
)を、シリコーン油(比重=1.050)(アルドリッチ(Aldrich))と鉱油(
比重=0.875)(アクロス(Acros))の75:25混合物(800μl)中
で10秒間遠心分離させることによって、反応を停止させた。錯体の細胞外濃度
を細胞関連活性に正規化するために水相のアリコートを得て、次いでその油と水
相を吸引し、細胞ペレットを1%SDS(0.5mL)およびボロン酸ナトリウ
ム(10mM)に抽出した。トレーサーウォッシュアウト実験のために、第1に
ローディングバッファー中での取りこみがプラトーに達するまで(10分)細胞
をインキュベートし(37℃)、高速遠心分離によって集め、そのペレットを5
0ml MEBSSに再懸濁して(4℃)、細部外トレーサーを除去した。更に
急速に回転させた後、細胞ペレットを同位体を含まないMEBSSに再懸濁させ
(37℃)、実験を上記の通り、様々な時点後、温ウォッシュアウトバッファー
中で停止させた。細胞ペレット、バッファーおよびストックの放射能をガンマカ
ウンター(コブラII、130〜165keVウィンドウ)で測定し、細胞タン
パク質についてはBCAアッセイ(ピアース)によって測定した。先に記載の通
り、輸送データはfmocTc−錯体(mgタンパク質)-1(nMo)-1として
報告し、ここで、(nMo)-1は細胞外バッファー中でのペプチド錯体の全濃度
を示す(ピウニカ−ウォルムスらによる1990)。
【0124】 放射性Tc−99m−Tatペプチド金属錯体に曝露させた場合、ヒトのJurk
at白血病細胞は該錯体を急速に蓄積し、2分以内にプラトーに達した(図3)。
Jurkat細胞中のTc−99m−Tatペプチド金属錯体の定常状態値は、116
±3fmol(mgタンパク質)-1(nMo)-1(n=4)であった。典型的な
細胞の水のスペースが4μl(mgタンパク質)-1と仮定すると、このことは錯
体の内/外比が〜30であることを示し、これは錯体が細胞中で急速に且つ非常
に濃縮されることを直接に証明するものである。該錯体に絶えず被曝させると、
細胞がこのプラトーを少なくとも1時間保つことが観察された。
【0125】 Tc−99m−Tatペプチド金属錯体の輸送を更に確認するためには、10
分間インキュベートした後、Jurkat細胞中での該薬物のプラトー蓄積を、放射性
薬品の細胞外濃度の関数として測定した。7nM程度の低い濃度では容易に検出
可能であるが、細胞外濃度が8μMの範囲まで上昇すると、Tat錯体の細胞含
有量は濃度−飽和の証拠を示した(図4)。データの曲線へのあてはめは、錯体
の最大蓄積の半値が〜3μMで起こることを示唆した。
【0126】 錯体と細胞との相互作用を更に明らかにするために、Jurkat細胞をTc−99
m−錯体と一緒に、MEBSSバッファーのみ中か、または130mM K+
20mM Cl-およびカリウムイオノホアであるバリノマイシン(1μg/m
l)を含有するバッファー中でインキュベートした。これらの条件下では、ミト
コンドリア膜電位(ΔΨ)および原形質膜電位(Em)は消極して0となり、疎
水性カチオン分子または両親媒性分子の取りこみについての内向き推進力はない
(ピウニカ−ウォルムスらによる1990)。しかしながら、錯体は両親媒性と
確認され得るのに、等電子的条件下での錯体の正味の取りこみはコントロールバ
ッファーの場合と比べて減少せず、このことは取りこみの機構が膜電位から独立
していることを意味する(データは示さない)。
【0127】 いくつかの膜透過性ペプチドは細胞骨格機能に関連する機構によって細胞中に
蓄積されると報告されているので(エリオット(Elliot)およびオ・ハレ(O'Ha
re)による1997)、ミクロチューブリン、アクチンミクロフィラメントおよ
び様々な細胞骨格が媒介する小胞輸送経路に影響を与えることが知られるいくつ
かのインヒビターを、Jurkat細胞アッセイで調べた。コルヒチン(100ng/
ml)、タキソール(1μM)、ノコダゾール(nocodozole)(5μg/ml)
、チトカラシン(cytochalasin)D(1μM)、ブレフェルジン(brefeldin)
A(2.5μg/ml)およびウォルトマンニン(wortmannin)(100nM)
の各々はこのTat−ペプチド金属錯体の正味の細胞取りこみにおいて有意な影
響を示さず、このことはこの試薬の蓄積経路がこれまでに未確認の経路によるこ
とを示している(データは示さない)。その上、氷冷バッファー(4℃)だけが
錯体の正味の蓄積を適度に阻害し、このことは細胞代謝にあまり依存しない特異
な細胞膜移動経路を更に指摘している。
【0128】 Jurkat細胞に以前、予めローディングさせた実施例2の非官能性ペプチド錯体
の細胞ウォッシュアウトも、非常に速い速度論を示した。ウォッシュアウトは〜
20分以内で〜90%完了した(図5)。このことは、ペプチドの細胞外濃度が
低い場合では、大多数の非官能性Tatペプチド錯体が細胞中に保たれないこと
を証明している。ピーク活性の<10%である残留ペプチドレベルのみが、ゆる
やかな交換区分および保持区分で保持されていた。
【0129】実施例7 蛍光顕微鏡検査法 カバーグラス上で指数的に増殖したヒトKB−8−5類表皮癌細胞を、血清を
含まないMEBSS中ですすぎ(37℃)、続いて血清を含まないMEBSS(
フルオレセインで標識したTat−ペプチド錯体(1μM)を含有)中、37℃
15分間インキュベートした。続いて、カバーグラス上の細胞を4%(容量比)
ホルムアルデヒドのPBSに室温で固定化し、次いでPBSで3回すすいだ(各
1分間)。次いで、細胞を染色し、製造者(ベクタシールド(Vectashield))
の推奨操作に従って、抗退色封入剤(ヨウ化プロピジウム(propidium)(1μ
g/ml)を含有)をマウントした。蛍光分布を、水銀ランプ、浸油物およびC
CDを備え、PCにインターフェイスさせたザイス(Zeiss)共焦点レーザー蛍
光顕微鏡を用いて分析した。ヨウ化プロピジニウム分布については340〜38
0nmの励起および430nmの発光を用いて応答指令シグナルを送り(intero
ggate)、一方でフルオレセイン分布については450〜490nmの励起およ
び520nmの発光を用いて応答指令シグナルを送った。
【0130】 Tat−ペプチド錯体の亜細胞分布を局在化させるために、ヒトKB−3−1
およびKB−8−5類表皮癌細胞を用いて、フルオレセイン誘導錯体について取
りこみ実験を行った。共焦点顕微鏡は、薬物の細胞外濃度が0.5μMでの、フ
ルオレセイン誘導錯体の細胞質蓄積および核蓄積を示した。KB−3−1細胞(
図6)およびKB−8−5細胞(図なし)は染色の類似したパターンや強度を示
した。結局、ほとんどのフルオレセイン細胞の核染色パターンは、該ペプチド錯
体の細胞質での局在化および核小体での局在化を示唆した。
【0131】実施例8 カスパーゼ−3で切断可能な金属およびフルオレセイン錯体の製造 カスパーゼ−3で切断可能なTatペプチド錯体を、実施例1の通り、N−α
−FMOC保護アミノ酸およびBOP/HOBtカップリング化学を用いた固相
ペプチド合成によって製造した。該製造したペプチドは、Tatペプチドとキレ
ートの間に公知のカスパーゼ−3で切断可能な配列(DEVD)を含む。先の実
施例1に記載の通り、該ペプチドは標準的方法によってアミノをアシル化され、
カルボキシをアミド化され且つ脱保護される。該ペプチドは、プレパラティブC 18 逆相HPLCによって精製され(>94%)(実施例1を参照)、該ペプチド
錯体の同定はアミノ酸分析および電子スプレーマス分光学によって確認した(m
/z:2412.23、計算値:C9617543181、2411.79)。配列
はアセチル−GRKKRRQRRR−GDEVDG−εKGCアミドであると確
認した。
【0132】 カスパーゼ−3で切断可能なTatペプチド錯体を、実施例2に記載のように
、配位子交換試薬としてTc−99m−グルコヘプトネートを用いた配位子交換
反応によって、Tc−99mで標識した。オキソテクネチウムの放射化学収率(
>95%)およびその純度(>90%)は、15%TFAおよび放射検出器(ビ
オスキャン(Bioscan))を用いたシリカゲルTLCによって測定した。(Tc−
99m)ペプチド錯体はRf=0.33を示し、(Tc−99m)−グルコヘプトネ
ート(Rf=0.95)および(TC−99m)−TcO4 -(Rf=0.95)と容易
に区別された。
【0133】 カスパーゼ−3で切断可能なTatペプチドは、配位子交換反応によって容易
にReとも錯形成した(リスター(Lister)−ジェームス(James)らによるJ.
Nucl. Med. 38:105−111、1997)。新たに製造したグルコヘプト
ネートおよび還元剤の溶液(0.1ml)(蒸留水(1ml)中、α−D−グル
コヘプトネートナトリウム(200mg、0.81mmol)および塩化スズ(
II)・二水和物(18.4mg、0.082mmol))に、過レニウム酸アン
モニウム溶液(0.1mL)((14.9mg、0.055mmol)の1mL)
を加え、その混合物を室温で15分間放置した。その混合物に、Tat−ペプチ
ドカスパーゼ−3で切断可能な錯体(1mg)を加え、その反応を室温で30分
間進行させた。実施例1に記載の通り、該錯体をRP−HPLCによって精製し
た。ReOペプチド錯体の同定は、電子スプレーマス分光学によって確認した(
m/z:2612.0;計算値:C9617243191Re1、2611.73)
【0134】 上記の実施例1に従って、同じ溶媒勾配系および放射検出器を用いたRP−H
PLC分析は、Tc−99m錯体(Rt,1=23.9分;Rt,2=25.8分)につ
いて2つの接近して溶出するピークを示した。RP−HPLC分析およびUV検
出は、Re錯体についての2つの対応するピーク(Rt,1=21.3分;Rt,2
25.8分)を示し、オキソ金属錯体の予想される異性体の生成と再び一致した
【0135】 カスパーゼ−3で切断可能なTatペプチド錯体もまた、実施例3に記載の製
法と同じ方法を用いて、該ペプチドキレート体の末端チオールの位置で、フルオ
レセインマレイミドで標識した。反応は、211nmおよび440nmの両方で
RP−HPLCによって追跡した。該フルオレセインペプチドは、実施例3で示
した勾配条件を用いたRP−HPLCによって精製し(Rt=33.5分、純度>
97%)、暗中で凍結乾燥した。目的のフルオレセイン標識ペプチドの同定は、
電子スプレーマス分光学によって確認した(m/z:2840.0)。
【0136】実施例9 カスパーゼ−3で切断可能なリンカーのインビボおよびイン シトゥーでの切断 小反応バイアル中で、実施例8のフルオレセイン標識錯体であるTatペプチ
ドキレートを、商業的に入手可能な反応バッファー(カスパーゼバッファー、イ
ンビトロゲン(Invitrogen))中で、ヒト活性カスパーゼ−3組換え体と一緒に
、およびそれをなしでインキュベートした。バイアル1はカスパーゼ−3なしバ
ッファー中のペプチド錯体であり、バイアル2は活性カスパーゼ−3と一緒のペ
プチド錯体であり、バイアル3はストックペプチド錯体であった。反応の完結を
確認するために、インキュベート6時間後、反応混合物をシリカゲルTLCプレ
ートの原点にスポットし、15%TFA中で展開し、UVランプ下で分析した。
未反応のペプチドキレートストックおよびバッファーのみでインキュベートした
ペプチドキレートはRf=0.33を保持する一方で、カスパーゼ−3の存在下で
インキュベートしたペプチドキレートは、Rf=0.33種が消失し、且つペプチ
ド切断生成物がRf=0.66に現われた。これらのデータは、D−G切断部位で
のTat−ペプチド錯体の切断と一致し、その結果、小分子量のC−末端G−e
KGC−フルオレセインフラグメントの放出を、TLC上の溶媒先端部の近くで
同定した。このことは、カスパーゼ−3で切断可能なTatペプチド画像解析錯
体の合成が成功したことの直接的な証拠を示している。
【0137】 ヒトのJurkat白血病細胞はプロ−カスパーゼ−3を発現する。細胞死プログラ
ムを活性化することが知られている透過性リン脂質、C−6セラミド含有培地中
で、Jurkat細胞を5時間予めインキュベートすることによって、アポトーシスは
誘発され得る(ヘラー(Herr)らによる、EMBO J16:6200−6208、
1997;ジャヤデブ(Jayadev)SらによるJ Biol Chem 270:2047−
2052、1995))。C−6セラミドなし(未処理)または5μM C−6
セラミド存在下でのMEBSSバッファー中、37℃でJurkat細胞を予めインキ
ュベートした後、実施例8のカスパーゼ−3で切断可能なフルオレセインのタブ
をつけたTatペプチド(1μM)を、MEBSSバッファーに30分間加えた
。次いで、Tatペプチドの細胞外のスペースをきれいにするために、非処理の
アポトーシス細胞を油中で回転させ(実施例6を参照)、ペレット中の無傷の細
胞を37℃で5分間インキュベートした。その油をすぐに吸引除去し、細胞溶解
バッファーを用いて反応を停止させ(1%SDS、10mM ボロン酸ナトリウ
ム)、細胞抽出物を遠心分離し(500×g、10分間)して、デブリおよび沈
降物をペレットにした。上清を除き、終夜凍結乾燥させ、水(500μL)に再
懸濁させた。未反応の細胞溶解液の場合では、フルオレセインを観察するための
440nmでのRP−HPLC分析は(実施例3を参照)、Rt=33.5分にピ
ークの存在を示し、これは親Tatペプチド錯体と一致した(図7)。しかしな
がら、C−6−セラミド処理細胞の場合では、種は全く観察されなかった。これ
らの結果は、カスパーゼ−3の活性化の場合には、カスパーゼ−3−反応性リン
カー残基を含むTat−ペプチド錯体の生体細胞での速い切断を証明する。
【0138】 上記の実験を、実施例8のTc−99m−Tatペプチドを用いて繰り返した
。Tc−99m―Tatペプチドを使用する点を除いては上記の通り、細胞を処
理し、ウォッシュアウトの期間またはインキュベーション後の期間を全く設けな
かった。Tc−99mおよびタンパク質含有物は、公知の方法(ボッシュ(Bosc
h)らによるLeukemia 11:1131−37,1997)を用いて決定した。C
6−セラミドを用いた処理によってアポトーシスを受けるように誘発させた細胞
はTc−99mの取りこみの増大を示し、このことはカスパーゼ−3で切断可能
なリンカーの存在がアポトーシス細胞の同定となることを再び示すものである。
【0139】実施例10 画像解析研究 FVBマウスを、メトファン(metophane)麻酔法を用いて麻酔をかけた。実
施例8のTc−99m−Tat−ペプチド錯体(50μlのサリン中、125μ
キュリー)を、ガンマシンチレーションカメラ(シーメンス・バシカム(Siemen
s Basicam)、シーメンス・メディカル・システムズ(Siemens Medical Systems
)、イセリン(Iserin)、NJ、5mmのピンホールコリメーター;Tc−99
mの140keVより多い光ピークを集めた20%エネルギーウィンドウ)下に
置いたマウスに尾の静脈から注射した。128×128マトリックスを用いて毎
分1フレームで60分間、マウスの連続後部イメージを集め、その放射能の減少
をPCプラットホームおよび標準的な市販のイメージ分析ソフトウェアを用いて
補正した。様々な器官にわたって関心ある領域を手動で掃引することによって、
Tc−99m−Tat−ペプチド錯体の蓄積を分析し、各マウスの胸部の近位で
の関心ある領域から測定したバックグラウンドの放射能を引くことによって分析
した。散乱および減衰については補正は行わなかった。様々な器官のコントラス
トの差異を目立たせるために、飽和カットオフフィルターを用いたり、または用
いないで、錯体の体全体の分布をスードグレースケールイメージで示す。
【0140】 Tc−99m−Tatペプチドは最初に体全体の微小血管分布を示し、続いて
速く且つ大量の腎臓での局在化およびその排泄を示した。画像解析剤を注入30
分後、放射能を画像解析可能な部位は膀胱のみであった(図8)。肝臓の活性、
または特定の器官の組織もしくは腫瘍の画像解析を潜在的に妨害するであろう他
のバックグラウンド活性は全く存在しなかった。この速い分布パターンは、イン
ビトロでの細胞の速度論およびその局在化データは一致するが、腎臓の排泄の速
さは予想外であった。
【0141】 次に、ガンマシンチグラフを用いた生体でのインビボカスパーゼ−3活性を画
像解析する実行可能性の直接の証明を示す。大量の肝アポトーシスは、抗Fas
抗体の静脈内注射1〜2時間後のマウスで誘発され得る(オガサワラ(Ogasawar
a)らによるNature 364:806〜809;1993;ブランケンベルグ(Bl
ankenberg)らによるProc Natl Acad Sci USA95:6349−6454、19
98)。該Fas受容体は肝臓、腎臓、胸腺、生殖腺および白血球群で発現する
(オガサワラらによるNature 364:806〜809;1993)。従って、
インビボでアポトーシスを受けている器官中での実施例8のカスパーゼ−3で切
断可能なTc−99m−Tacペプチド試薬の特定の局在化を調べるために、ア
ポトーシスの誘発後、公の方法を用いてマウスをイメージした(ブランケンベル
グらによるProc Natl Acad Sci USA95:6349−6454、1998)。F
VBマウスに、精製したハムスター抗−Fas mAbを静脈内注射し、画像解
析前に45分間回収した。メトファン麻酔後、Tc−99m−Tatキレート(
200μキュリー)を尾の静脈から注射し、該マウスを直ちにガンマシンチレー
ションカメラの下に置いた。未処理のマウスの場合、Tc−99m−Tatペプ
チドは、予想通り、最初は体全体の分布を示し、続いて速く且つ大量の腎臓での
局在化および排泄を示した。それに対して、予め抗−Fas mAbで処理した
マウスは、注射30分後、肝および腎臓での放射能の大量の保持を示し、このこ
とは標的器官内でのカスパーゼ−3により誘発される切断および画像解析フラグ
メントの保持を示した(図9、右)。これらのイメージは、カスパーゼ−3のイ
ンビボ活性をイメージした最初の例を表わすものであり、細胞膜透過性ペプチド
錯体を用いた画像解析へのこのアプローチの有用性を証明する。
【0142】 本発明、その原理およびその実用性を当該分野の当業者に知らせるために、図
および実施例によって本発明は詳細に記載されていると理解すべきである。本発
明の具体的な製剤および方法は、提供した具体的態様の記載に限定されるもので
はなく、むしろそれら記載および実施例は特許請求の範囲およびその均等物に関
して考慮されるべきである。上記のいくつかの実施例および記載は本発明が機能
し得る方法についてのいくつかの結論を含むが、発明者はそれらの結論および機
能によって拘束されることを意図するものではなく、可能な説明としてのみ提出
する。
【0143】 上記の本発明の具体的態様は、本発明を消尽したり、または限定することを意
図するものではなく、多くの改変、改良および変化が、上記の実施例および詳細
な説明を考慮して、当業者にとって明らかであろう。従って、この発明は、特許
請求の範囲の精神および範囲内にあるそれら全ての改変、改良および変化を包含
することを意図する。
【0144】
【表1】
【0145】
【表2】
【0146】
【表3】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の細胞−透過性ペプチド配位錯体の一般的な構造を示す。
【図2】 オキソテクネチウム−Tat−ペプチド錯体の提案構造を示す。
【図3】 ヒトJurkat細胞のTc−99m−Tatペプチド錯体の細胞取りこ
みの経時的変化を示す。
【図4】 ヒトJurkat細胞のTc−99m−Tatペプチド最高蓄積値の濃度
依存を示す。
【図5】 ヒトJurkat細胞からの非−機能的Tc−99m−Tatペプチドの
洗い出し動態学を示す。
【図6】 KB−3−1ヒト癌細胞におけるTatペプチドキレートコンジュ
ゲートの細胞蓄積を示す。
【図7】 Tatペプチド未添加の対照未処理Jurkat細胞(A)、フルオルセイ
ン標識Tatペプチド中でインキュベートした未処理Jurkat細胞(B)、およびフル
オルセイン標識Tatペプチド中でインキュベートしたセラミド−処理カスパーゼ
−3活性化細胞(C)のRP−HPLC(440nm)のグラフを示す。
【図8】 注射30分後の正常FVBマウスにおけるTc−99m−Tatペ
プチドの急速な腎排泄のシンチグラフィー像を示す。
【図9】 注射30分後のFVBマウス中のカスパーゼ−3−切断可能Tc
−99m−Tatペプチドの臓器分布のシンチグラフィー像を示す。
───────────────────────────────────────────────────── 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) G01N 33/58 G01N 33/68 33/68 A61K 49/02 C (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,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,UZ,VN,YU,ZA,Z W Fターム(参考) 2G045 AA25 AA29 BB20 CB01 CB26 DA12 DA13 DA14 DA30 DA35 DA36 DA80 FA16 FB01 FB03 FB07 JA01 JA20 4B050 CC02 CC10 GG01 LL03 4C076 AA95 EE59 FF68 4C085 HH03 KA27 KA29 KB02 KB07 KB09 KB11 KB82 LL01 LL18 4H045 AA10 BA21 BA50 BA53 BA54 CA05 EA20 EA53 FA34 HA04

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 細胞膜透過性ペプチド;診断物質または薬理学的に活性な物
    質;および該ペプチドと該診断物質または薬理学的に活性な物質とを連結する機
    能性のリンカー残基を含む化合物であって、該機能性のリンカー残基が標的細胞
    特異性を付与することを特徴とする化合物、または該化合物の薬理学的に許容し
    うる塩。
  2. 【請求項2】 少なくとも一つのD−アミノ酸を含む、請求項1に記載の化
    合物。
  3. 【請求項3】 該細胞膜透過性ペプチドが、配列番号1、配列番号2、配列
    番号3、配列番号4、配列番号5、およびHIV−1 Tatタンパク質に由来
    するペプチドよりなる群から選ばれたものである、請求項1に記載の化合物。
  4. 【請求項4】 該細胞膜透過性ペプチドがHIV−1 Tatタンパク質に
    由来するペプチドである、請求項3に記載の化合物。
  5. 【請求項5】 HIV−1 Tatタンパク質に由来する該ペプチドが少な
    くとも約4〜約6のアミノ酸を含む、請求項4に記載の化合物。
  6. 【請求項6】 HIV−1 Tatタンパク質に由来する該ペプチドがTa
    tアミノ酸37〜72、配列番号6を含む、請求項4に記載の化合物。
  7. 【請求項7】 該機能性のリンカー残基が、ペプチド、タンパク質、オリゴ
    ヌクレオチド、ペプチド核酸、オリゴ糖、および炭化水素鎖よりなる群から選ば
    れたものである、請求項1に記載の化合物。
  8. 【請求項8】 該機能性のリンカー残基が、ペプチドまたはタンパク質結合
    モチーフ、プロテインキナーゼコンセンサス配列、プロテインホスファターゼコ
    ンセンサス配列、プロテアーゼ反応性の配列、ペプチダーゼ反応性の配列、トラ
    ンスフェラーゼ反応性の配列、ヒドロラーゼ反応性の配列、イソメラーゼ反応性
    の配列、リガーゼ反応性の配列、HIVプロテアーゼ反応性の配列、細胞外メタ
    ロプロテアーゼ反応性の配列、リソソームプロテアーゼ反応性の配列、β−ラク
    タマーゼ反応性の配列、オキシドレダクターゼ反応性の配列、エステラーゼ反応
    性の配列、グリコシダーゼ反応性の配列、およびヌクレアーゼ反応性の配列より
    なる群から選ばれた配列を含む、請求項1に記載の化合物。
  9. 【請求項9】 該配列がプロテアーゼ反応性の配列である、請求項8に記載
    いの化合物。
  10. 【請求項10】 該プロテアーゼ反応性の配列がカスパーゼプロテアーゼ反
    応性の配列である、請求項9に記載の化合物。
  11. 【請求項11】 該カスパーゼプロテアーゼ反応性の配列が、カスパーゼ1
    、カスパーゼ2、カスパーゼ3、カスパーゼ4、カスパーゼ5、カスパーゼ6、
    カスパーゼ7、カスパーゼ8、カスパーゼ9、カスパーゼ10、カスパーゼ11
    、カスパーゼ12、およびカスパーゼ13よりなる群から選ばれたカスパーゼプ
    ロテアーゼにより開裂しうるものである、請求項10に記載の化合物。
  12. 【請求項12】 該診断物質が、放射性核種、リラクシビティー金属、蛍光
    色素、染料、および酵素基質よりなる群から選ばれたものである、請求項1に記
    載の化合物。
  13. 【請求項13】 該放射性核種またはリラクシビティー金属が、該機能性の
    リンカー残基に連結したキレート化リガンドに配位している、請求項12に記載
    の化合物。
  14. 【請求項14】 該キレート化リガンドが、DTPA、EDTA、およびD
    OTAよりなる群から選ばれたものである、請求項13に記載の化合物。
  15. 【請求項15】 該放射性核種が、Tc、Ru、In、Ga、Co、Pt、
    Fe、Os、Ir、W、Re、Cr、Mo、Mn、Ni、Rh、Pd、Nb、C
    u、およびTaよりなる群から選ばれた金属の放射性同位体である、請求項12
    に記載の化合物。
  16. 【請求項16】 該リラクシビティー金属が、Mn、Cr、Fe、Gd、E
    u、Dy、Ho、Cu、Co、Ni、Sm、Tb、Er、Tm、およびYbより
    なる群から選ばれた金属の常磁性同位体である、請求項12に記載の化合物。
  17. 【請求項17】 細胞膜透過性ペプチド;診断物質または薬理学的に活性な
    物質;および該ペプチドと該診断物質または薬理学的に活性な物質とを連結する
    機能性のリンカー残基を含む化合物であって、該機能性のリンカー残基が標的細
    胞特異性を付与することを特徴とする化合物を含む組成物。
  18. 【請求項18】 さらに薬理学的に許容しうる担体、賦形剤、または希釈剤
    を含む、請求項17に記載の組成物。
  19. 【請求項19】 細胞膜透過性ペプチド;金属キレート化リガンド;および
    該ペプチドと該金属キレート化リガンドとを連結する機能性のリンカー残基を含
    む化合物であって、該機能性のリンカー残基が標的細胞特異性を付与することを
    特徴とする化合物、および該金属キレート化リガンド中に配位結合により導入で
    きる金属を還元しうる還元剤を含むキット。
  20. 【請求項20】 インビボで細胞を画像解析する方法であって、動物に、細
    胞膜透過性ペプチド;キレート化放射性核種またはキレート化リラクシビティー
    金属;および該ペプチドと該キレート化放射性核種またはキレート化リラクシビ
    ティー金属とを連結する機能性のリンカー残基を含む化合物であって、該機能性
    のリンカー残基が標的細胞特異性を付与することを特徴とする化合物の細胞画像
    解析有効量を投与し、ついで該動物内での該放射性核種またはリラクシビティー
    金属の位置をモニターすることを含む方法。
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