JP2003125789A - 組み換え型骨形態形成蛋白 - Google Patents

組み換え型骨形態形成蛋白

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JP2003125789A
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デイビッド・イスラエル
Neil M Wolfman
ニール・エム・ウォルフマン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、骨欠損の治療、骨損傷の治療およ
び一般的な傷の治療の分野に有用な組み換え型ホモダイ
マーBMP蛋白の製法、組み換え型ホモダイマーおよび
それらを含有する組成物を提供することを目的とする。 【解決手段】 イー・コリにおいて生成される骨刺激活
性を有する組み換え型BMP−2ホモダイマー、および
イー・コリ宿主細胞を培養し、得られた培養基からホモ
ダイマーBMP−2を単離、精製することからなる、骨
刺激活性を有するホモダイマーBMP−2蛋白の製法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、骨欠損の治療、骨
損傷の治療および一般的な傷の治療に有用な一連の新規
組み換え型ヘテロダイマー蛋白に関する。また本発明
は、これらのヘテロダイマーを得る方法、それらを遺伝
子組み換え法により製造する方法、およびそれらを含有
する組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、骨または軟骨成長誘導特性により
特徴づけられる蛋白性因子が単離、同定された。例え
ば、米国特許第5,013,649号、PCT出願公開W
O90/11366号、PCT出願公開WO91/05
802号およびそれらに引用された種々の文献参照。実
質的にヒト・BMP−7と同じであり、骨形成活性を有
すると報告されているOP−1と命名された蛋白配列を
開示しているPCT/US90/05903号も参照。
BMP−2ないしBMP−9と命名された個々の骨形成
蛋白(BMP)の族が単離、同定されている。これらの
蛋白およびその製法を開示するために、共同出願で同時
係属の米国特許出願第721,847号およびその前文
に引用された関連出願を、出典明示により本明細書の一
部とする。上記出願に示されたBMP−2およびBMP
−4と命名された蛋白、米国特許出願第438,919
号に開示されたBMP−7、第370,547号および
第356,033号に開示されたBMP−5、および第
370,544号および第347,559号に開示された
BMP−6、ならびに第525,357号に開示された
BMP−8は、特に興味深い。さらに、米国特許出願第
655,578号に開示されたBMP−1、第720,5
90号に開示されたBMP−9,第179,197号およ
びPCT公開89/01464号に開示されたBMP−
3も興味深い。これらの出願を出典明示により本明細書
の一部とする。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】当該分野においては、
骨および傷の治療の分野で有用な他の蛋白および組成物
が必要とされている。
【0004】
【課題を解決するための手段】1の態様において本発明
は、1つ目に選択したBMPまたはそのフラグメントお
よび2つ目に選択したBMPまたはそのフラグメントを
コードしているポリクレオチド配列を含む選択宿主細胞
を培養することからなる、組み換え型ヘテロダイマー蛋
白の製法を提供する。得られた同時発現した生物学的に
活性のあるヘテロダイマーを培養基から単離する。本発
明の1の具体例によれば、宿主細胞を、1種またはそれ
以上のBMPのコード配列を有する1種またはそれ以上
のベクターで同時形質転換してもよい。個々のBMPポ
リヌクレオチド配列が、細胞中に導入される同一のベク
ターまたは別々のベクター上に存在していてもよい。別
法として、BMPまたはそのフラグメントを宿主細胞染
色体中に取り込ませてもよい。さらに、単一の転写単位
が、異なるBMPをコードしている2つの遺伝子の単一
コピーをコードしていてもよい。
【0005】本発明のもう1つの具体例によれば、2つ
のポリペプチドのコード配列を含む選択宿主細胞は、1
つ目または2つ目のBMPあるいはそれらのフラグメン
トをコードしているポリヌクッレオチド配列で形質転換
され、これを安定に発現できる2種の安定な選択宿主細
胞を融合させることにより得られるハイブリッド細胞系
である。
【0006】それゆえ、本発明のもう1つの態様におい
て、2つ目のBMP蛋白またはそのフラグメントと会合
した1つ目のBMP蛋白またはそのフラグメントからな
る組み換え型ヘテロダイマー蛋白が提供される。ヘテロ
ダイマーを、骨刺激活性により特徴づけてもよい。ヘテ
ロダイマーが、BMP−5、BMP−6、BMP−7ま
たはBMP−8いずれかの蛋白またはそのフラグメント
と会合したBMP−2蛋白またはそのフラグメント、あ
るいはBMP−5、BMP−6、BMP−7またはBM
P−8いずれかの蛋白またはそのフラグメントと会合し
たBMP−4蛋白またはそのフラグメントからなってい
てもよい。さらなる具体例において、ヘテロダイマーが
BMP−1、BMP−3、またはBMP−4いずれかの
蛋白またはそのフラグメントと会合したBMP−2蛋白
またはそのフラグメントからなっていてもよい。BMP
−4が、BMP−1、BMP−2またはそのフラグメン
トと会合したヘテロダイマーの形態であってもよい。さ
らなる具体例が、BMP−5、BMP−6、BMP−7
およびBMP−8の組み合わせからなるヘテロダイマー
からなっていてもよい。例えば、へテロダイマーが、B
MP−6、BMP−7またはBMP−8に会合したBM
P−5からなっていてもよく、あるいはBMP−7、ま
たはBMP−8に会合したBMP−6からなっていても
よく、もしくはBMP−8に会合したBMP−7からな
っていてもよい。これらのへテロダイマーを、選択宿主
細胞で個々の蛋白を同時発現させることにより得て、該
へテロダイマーを培養基から単離してもよい。
【0007】本発明のさらなる態様として、1つ目のB
MPまたはそのフラグメントをコードしている1つ目の
ポリヌクレオチド配列および2つ目のBMPまたはその
フラグメントをコードしている2つ目のポリヌクレオチ
ド配列(これらの配列は、BMPをへテロダイマーとし
て同時発現されることのできる1つまたはそれ以上の発
現制御系のコントロール下にある)を含む細胞系が提供
される。細胞系を1種またはそれ以上のポリヌクレオチ
ド分子で形質転換してもよい。別法として、細胞系が、
上記細胞融合により作られたハイブリッド細胞系であっ
てもよい。
【0008】本発明の別の態様は、1つ目の選択BMP
またはそのフラグメントをコードしているポリヌクレオ
チド配列および2つ目の選択BMPまたはそのフラグメ
ントをコードしているポリヌクレオチド配列からなるポ
リヌクレオチド分子またはプラスミドベクターである。
該配列は、個々の蛋白またはフラグメントを同時発現さ
せることのできる少なくとも1つの適当な調節配列の制
御下にある。該分子が、両方の遺伝子のコピーを含む単
一の転写単位または単一遺伝子のコピーをそれぞれに含
む1個以上の転写単位を有していてもよい。
【0009】本発明のさらに別の態様として、1つ目の
選択BMPまたはそのフラグメントをコードしているポ
リヌクレオチド配列を有する選択宿主細胞を培養し、2
つ目の選択BMPまたはそのフラグメントをコードして
いるポリヌクレオチド配列を有する選択宿主細胞を培養
し、個々のモノマー形態のBMP蛋白を培養基から単離
してモノマー形態の1番目の蛋白とモノマー形態の2番
目の蛋白とを会合させることからなる、骨刺激活性のあ
る組み換え型ダイマーあるいはへテロダイマー蛋白を真
核細胞中で製造する方法が提供される。1つ目の蛋白お
よび2つ目の蛋白は、同じBMPであっても異なるBM
Pであってもよい。そして、得られた生物学的に活性の
あるダイマーまたはへテロダイマーを混合物から単離す
る。好ましい細胞はイー・コリ(E.coli)である。
【0010】したがって、本発明のさらなる態様は、適
当なベクターまたはプラスミド、およびかかる製法にお
いて有用な選択形質転換細胞のみならず、真核細胞中で
生産された組み換え型BMPダイマーまたはへテロダイ
マーである。さらに本発明の他の態様および利点を、以
下の本発明具体例の詳細な説明に記載する。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明は、組み換え型へテロダイ
マー自体のみならず骨刺激活性を有する組み換え型へテ
ロダイマー蛋白の製法、およびそれらを含有する骨刺激
用または骨治療用組成物を提供する。本明細書全体を通
して、「へテロダイマー」を、少なくとも1個の共有結
合またはジスルフィド結合により会合した2種の異なる
BMP蛋白モノマーまたはそれらの活性フラグメントか
らなる生物学的に活性のある蛋白構築物と定義する。2
種のBMP構成成分間の1〜7個のジスルフィド結合の
存在により本発明へテロダイマーを特徴づけてもよい。
【0012】それゆえ本発明によれば、本発明の組み換
え型BMPへテロダイマーの製法は、1つ目の選択BM
Pまたはその生物学的に活性のあるフラグメントをコー
ドしているポリヌクレオチド配列および2つ目の選択B
MPまたはその生物学的に活性のあるフラグメントをコ
ードしているポリヌクレオチド配列を有する選択宿主細
胞を培養することからなる。同時発現した生物学的に活
性のあるへテロダイマーは、宿主細胞中に生産され、そ
れより分泌され、培養基から単離される。本発明へテロ
ダイマー蛋白の製法の好ましい具体例を、以下に、そし
て後記実施例に詳細に記載する。本発明の好ましい方法
は、既知の遺伝子組換法を包含する(例えば、サムブル
ック(Sambrook)ら,「モレキュラー・クローニング.
ア・ラボラトリー・マニュアル(Molecular Cloning.A
Laboratory Manual)」第2版,ニューヨークのコールド
・スプリング・ハーバー(Cold Spring Harbor)のコー
ルド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー(Cold Spr
ing Harbor Laboratory)(1989年)参照)。しか
しながら、慣用的な化学合成のごとき他の方法も、本発
明へテロダイマーの調製に有用である。
【0013】本発明方法により得られたBMPへテロダ
イマーは、ホモダイマーとヘテロダイマーの混合物中に
生成される。古典的な蛋白生化学的方法またはへテロダ
イマーを形成するBMPの1つに特異的なアフィニティ
ーカラムのごとき本質的に慣用的な方法により、このホ
モダイマーとヘテロダイマーの混合物を、培養基中の汚
染物質から分離してもよい。さらに、所望ならば、ヘテ
ロダイマーを、混合物中のホモダイマーから分離しても
よい。かかる分離方法により、へテロダイマー種の活性
の明確な測定が可能になる。実施例4は、この目的のた
めに現に用いられる1つの精製方法を示す。好ましく
は、これらの方法により生産される本発明の組み換え型
へテロダイマーが、ヒト・BMP−2、ヒト・BMP−
4、ヒト・BMP−5、ヒト・BMP−6、ヒト・BM
P−7およびBMP−8と命名されたBMPを包含する
ものとする。しかしながら、BMP−3もまたBMP−
2と一緒になって活性へテロダイマーを形成することが
わかっている。上で特に示したBMPのみならずこれら
のBMPの他の種も、獣医学、診断または研究用に用い
ることができる。しかしながら、以下に特に示すヒト・
蛋白が、ヒトの医薬用に好ましい。
【0014】ヒト・BMP−2を、Figure1に開示する
アミノ酸配列およびDNA配列の全配列またはフラグメ
ントを実質的に含んでいることにより特徴づける。さら
にヒト・BMP−2を、成熟BMP−2サブユニットの
ジスルフィド結合したダイマーまたはホモダイマーとし
て特徴づける。遺伝子組換えにより発現したBMP−2
サブユニットは、異種のアミノ末端を有する蛋白種を含
んでいる。あるBMP−2サブユニットを、Figure1
(配列番号:1および2)のアミノ酸#249(Se
r)〜#396(Arg)からなることによって特徴づ
ける。別のBMP−2サブユニットを、Figure1のアミ
ノ酸#266(Thr)〜#396(Arg)からなる
ことによって特徴づける。さらに別のBMP−2サブユ
ニットを、Figure1のアミノ酸#296(Cys)〜#
396(Arg)からなることによって特徴づける。成
熟BMP−2を、Figure1のアミノ酸#283(Gl
n)〜#396(Arg)からなることによって特徴づ
ける。この後者のサブユニットが、実際には、組換法に
よる発現で得られるBMP−2の最も多い蛋白種である
(Figure1)。しかしながら、得られるある種のBMP
−2の特性を、培養条件を操作することにより変化させ
てもよい。BMP−2が、Figure1の配列において、例
えば#241〜280のアミノ酸の欠失および#245
ArgのIleへの変化、または他の変化のごとき修飾
を有していてもよい。
【0015】米国特許第721,847号(出典明示に
より本明細書の一部とする)に詳細に記載されているよ
うに、Figure1の#356ないし#1543のヌクレオ
チドコード配列からなるDNA配列で形質転換された細
胞を培養し、一緒に生産される他の蛋白性物質を実質的
に含まない1種またはそれ以上の上記蛋白種を培養基か
ら回収し、精製することにより、ヒト・BMP−2を製
造してもよい。ヒト・BMP−2蛋白を骨形成誘導能力
により特徴づけてもよい。また、ヒト・BMP−2は、
W20アッセイにおいてインビトロ活性を有している。
さらにヒト・BMP−2を軟骨形成誘導能力により特徴
づけてもよい。さらにヒト・BMP−2を上で参照した
出願に記載されたラット・骨形成アッセイにおいて軟骨
および/または骨形成活性を示す能力により特徴づけて
もよい。
【0016】ヒト・BMP−4を、Figure2(配列番
号:3および4)に開示したアミノ酸配列およびDNA
配列の全配列またはフラグメントを実質的に有すること
により特徴づける。さらにヒト・BMP−4を、成熟B
MP−4サブユニットのジスルフィド結合したダイマー
およびホモダイマーとして特徴づける。遺伝子組み換え
により発現したBMP−4サブユニットが、異種のアミ
ノ末端を有する蛋白種を含んでいてもよい。ヒト・BM
P−4の成熟サブユニットを、Figure2のアミノ酸#2
93(Ser)〜#408(Ser)からなることによ
り特徴づける。BMP−4の他のアミノ末端を、Figure
2の配列から選択してもよい。また、さらにアミノまた
はカルボキシ末端で切形された蛋白をはじめとするBM
P−4の修飾バージョンを、慣用的な変異法により構築
してもよい。
【0017】上で本明細書の一部とした米国特許出願第
721,847号に開示されているように、Figure2の
#403から#1626のヌクレオチドコード配列から
なるDNA配列で形質転換した細胞を培養し、一緒に生
産される他の蛋白性物質を実質的に含まない、Figure2
の#293から#408のアミノ酸配列からなる蛋白を
培養基から回収し、精製することにより、BMP−4を
生産してもよい。BMP−4蛋白は、骨形成を誘導する
能力がある。BMP−4蛋白は、軟骨形成誘導能力があ
る。さらにBMP−4蛋白を、ラット・骨形成アッセイ
において軟骨および/または骨形成活性を示す能力によ
り特徴づけてもよい。
【0018】ヒト・BMP−7を、Figure3に開示した
アミノ酸配列およびDNA配列の全配列またはフラグメ
ントを実質的に含むことにより特徴づける。さらにヒト
・BMP−7蛋白を、成熟BMP−7サブユニットのジ
スルフィド結合したダイマーおよびホモダイマーとして
特徴づける。遺伝子組み換えで発現したBMP−7サブ
ユニットは、異種のアミノ末端を有する蛋白種を含んで
いる。ヒト・BMP−7のある成熟サブユニットを、Fi
gure3(配列番号:5および6)のアミノ酸#293
(Ser)〜#431(His)からなることにより特
徴づける。このサブユニットが、BMP−7の組換え発
現により最も多く生産される蛋白である。別のBMP−
7サブユニットを、Figure3のアミノ酸#300(Se
r)〜#431(His)からなることにより特徴づけ
る。さらに別のBMP−7サブユニットを、Figure3の
アミノ酸#316(Ala)〜#431(His)から
なることにより特徴づける。BMP−7の他のアミノ末
端を、Figure3の配列から選択してもよい。同様に、さ
らにBMP−7のアミノまたはカルボキシ末端を切形し
た蛋白をはじめとする修飾バージョンを、慣用的な変異
法により構築してもよい。
【0019】上で本明細書の一部とした米国特許出願第
438,919号に開示されているように、Figure3の
ヌクレオチド#97からヌクレオチド#1389のヌク
レオチドコード配列からなるDNA配列で形質転換した
細胞を培養し、一緒に生産される他の蛋白性物質を実質
的に含まない、Figure3の#293から#431のアミ
ノ酸配列からなる蛋白を培養基から回収し、精製するこ
とにより、BMP−7を生産してもよい。これらの蛋白
は、軟骨および/または骨の形成を刺激、促進、あるい
は誘導する能力を有する。
【0020】ヒト・BMP−6を、Figure4のアミノ酸
配列およびDNA配列の全配列またはフラグメントを含
むことによって特徴づける。さらにヒト・BMP−6蛋
白を、成熟BMP−6サブユニットのジスルフィド結合
したダイマーとして特徴づける。組換えにより発現した
BMP−6サブユニットが、異種のアミノ末端を有する
蛋白種を含んでいてもよい。あるBMP−6サブユニッ
トを、Figure4(配列番号:7および8)のアミノ酸#
375(Ser)〜#513(His)からなることに
より特徴づける。BMP−6の他のアミノ末端を、Figu
re4の配列から選択してもよい。さらにアミノまたはカ
ルボキシ末端を切形したBMP−6の修飾バージョン
を、慣用的変異法により構築してもよい。
【0021】米国特許出願第490,033号(出典明
示により本明細書の一部とする)に詳細に記載されてい
るように、Figure4のヌクレオチド#160から#16
98のヌクレオチドコード配列からなるDNA配列で形
質転換した細胞を培養し、一緒に生産される他の蛋白性
物質を実質的に含まない、Figure4の#375から#5
13のアミノ酸配列からなる蛋白を培養基から回収し、
精製することにより、ヒト・BMP−6を生産してもよ
い。さらにヒト・BMP−6を、ラット・骨形成アッセ
イにおいて軟骨および/または骨形成活性を示す能力に
より特徴づけてもよい。ヒト・BMP−5を、Figure5
(配列番号:9および10)に開示したアミノ酸配列お
よびDNA配列の全配列またはフラグメントを含むこと
により特徴づける。さらにヒト・BMP−5蛋白を、成
熟BMP−5サブユニットのジスルフィド結合したダイ
マーとして特徴づける。組換発現したBMP−5サブユ
ニットが、異種のアミノ末端を有する蛋白種を含んでい
てもよい。あるBMP−5サブユニットを、Figure5の
アミノ酸#329(Ser)〜#454(His)から
なることにより特徴づけてもよい。アミノまたはカルボ
キシ末端を切形したBMP−5の修飾バージョンを、慣
用的変異法により構築してもよい。
【0022】米国特許出願第588,227号(出典明
示により本明細の一部とする)に詳細に記載されている
ように、Figure5のヌクレオチド#701から#206
0のヌクレオチドコード配列からなるDNA配列で形質
転換した細胞を培養し、一緒に生産される他の蛋白性物
質を実質的に含まない、Figure5の#329から#45
4のアミノ酸配列からなる蛋白を培養基から回収し、精
製することにより、ヒト・BMP−5を生産してもよ
い。さらにヒト・BMP−5を、上で参照した出願に記
載されているラット・骨形成アッセイにおいて軟骨およ
び/または骨形成活性を示す能力により特徴づけてもよ
い。
【0023】ヒト・BMP−8を、Figure6に開示した
アミノ酸配列およびDNA配列の全配列またはフラグメ
ントを含むことにより特徴づける。さらにヒト・BMP
−8蛋白を、成熟BMP−8サブユニットのジスルフィ
ド結合したダイマーとして特徴づけてもよい。組換え発
現したBMP−8サブユニットが、異種のアミノ末端を
有する蛋白種を含んでいてもよい。あるBMP−配列ま
たはサブユニット配列は、Figure6(配列番号:11お
よび12)のアミノ酸#143(Ala)〜#281
(His)からなる。BMP−8の他のアミノ末端を、
Figure6の配列から選択してもよい。アミノまたはカル
ボキシ末端を切形したBMP−8の修飾バージョンを、
慣用的変異法により構築してもよい。
【0024】米国特許出願第525,357号(出典明
示により本明細の一部とする)に詳細に記載されている
ように、Figure6のヌクレオチド#1から#850のヌ
クレオチドコード配列からなるDNA配列で形質転換し
た細胞を培養し、一緒に生産される他の蛋白性物質を実
質的に含まない、Figure6の#143から#281のア
ミノ酸配列、あるいは異種のN−末端を有する同様のア
ミノ酸配列からなる蛋白を培養基から回収し、精製する
ことにより、ヒト・BMP−8を生産してもよい。ま
た、アミノ酸#143の前にMetを挿入した#143
から#281のアミノ酸(Figure6)をコードしている
配列をベクター中に挿入することにより、イー・コリ中
で、このBMP−8を生産させてもよい。さらにヒト・
BMP−8を、ラット・骨形成アッセイにおいて軟骨お
よび/または骨形成活性を示す能力により特徴づけても
よい。
【0025】未修飾で非還元型の上記それぞれのBMP
蛋白を、12%レムリ(Laemmli)ゲル上の約28kD
ないし約40kDの間の範囲の見掛けの分子量により特
徴づけてもよい。後記実施例9記載のラット・骨形成ア
ッセイにおいて骨の刺激または修復活性を示す蛋白ある
いは活性フラグメントを提供する本明細書記載のDNA
およびアミノ酸配列の類似または修飾バージョンも、本
発明で使用するの適当なBMPに分類される。ただしジ
スルフィド結合に関与する1個またはそれ以上のCys
を有する蛋白またはフラグメントを有することが条件で
ある。これらの配列の有用な修飾を、当業者に知られた
遺伝子組換え法により行ってもよい。これらのBMP配
列は、哺乳動物における生産の際、ホモダイマー(普通
は、異種のN末端を有するホモダイマー混合物)として
生産される。イー・コリ中のこれらのBMP配列から
は、モノマー蛋白種が生産される。
【0026】したがって、本発明によれば、本発明の1
の組み替え型ヘテロダイマーは、例えば上記成熟BMP
−5サブユニットのモノマー部分またはその活性フラグ
メントを含めたヒト・BMP−5に1ないし7個までの
共有ジスルフィド結合により結合した、例えば上記成熟
BMP−2サブユニットのモノマー部分またはその活性
フラグメントを含めたヒト・BMP−2の会合物からな
る。本発明のもう1つの組み換え型ヘテロダイマーは、
例えば上記成熟BMP−6サブユニットのモノマー部分
またはその活性フラグメントを含めたヒト・BMP−6
に1ないし7個までの共有ジスルフィド結合により結合
した、上記ヒト・BMP−2の会合物からなる。本発明
の別の組み換え型ヘテロダイマーは、例えば上記成熟B
MP−7サブユニットのモノマー部分またはその活性フ
ラグメントを含めたヒト・BMP−7に1ないし7個ま
での共有ジスルフィド結合により結合した、上記ヒト・
BMP−2の会合物からなる。本発明のまた別の組み換
え型ヘテロダイマーは、例えば上記成熟BMP−8サブ
ユニットのモノマー部分またはその活性フラグメントを
含めたヒト・BMP−8に1ないし7個までの共有ジス
ルフィド結合により結合した、上記ヒト・BMP−2の
会合物からなる。
【0027】本発明のさらに別の組み換え型ヘテロダイ
マーは、例えば上記成熟BMP−5サブユニットのモノ
マー部分またはその活性フラグメントを含めたヒト・B
MP−5に1ないし7個までの共有ジスルフィド結合に
より結合した、例えば上記成熟BMP−4サブユニット
のモノマー部分またはその活性フラグメントを含めたヒ
ト・BMP−4の会合物からなる。本発明のもう1つの
組み換え型ヘテロダイマーは、1ないし7個までの共有
ジスルフィド結合により、上記ヒト・BMP−6に結合
した、上記ヒト・BMP−4の会合物からなる。本発明
の別の組み換え型ヘテロダイマーは、1個またはそれ以
上の共有ジスルフィド結合により、上記ヒト・BMP−
6に結合した、上記ヒト・BMP−4の会合物からな
る。さらにもう1つの本発明の組み換え型ヘテロダイマ
ーは、1個またはそれ以上の共有ジスルフィド結合によ
り、上記ヒト・BMP−7に結合した、上記ヒト・BM
P−4の会合物からなる。さらに別の本発明組み換え型
ヘテロダイマーは、1個またはそれ以上の共有ジスルフ
ィド結合により、上記ヒト・BMP−8に結合した、上
記ヒト・BMP−4の会合物からなる。本発明のさらな
る組み換え型ヘテロダイマーは、例えば上記成熟BMP
−3サブユニットのモノマー部分またはその活性フラグ
メントを含めたヒト・BMP−3に少なくとも1個のジ
スルフィド結合により結合した、例えば上記成熟BMP
−2サブユニットのモノマー部分またはその活性フラグ
メントを含めたヒト・BMP−2の会合物からなる。本
発明の別の組み換え型へテロダイマーは例えば上記成熟
BMP−4サブユニットのモノマー部分またはその活性
フラグメントを含めたヒト・BMP−4に少なくとも1
個のジスルフィド結合により結合した、上記ヒト・BM
P−2の会合物からなる。本発明もう1つの組み換え型
へテロダイマーは、例えば上記成熟BMP−6サブユニ
ットのモノマー部分またはその活性フラグメントを含め
たヒト・BMP−6に少なくとも1個のジスルフィド結
合により結合した、上記ヒト・BMP−5の会合物から
なる。本発明の別の組み換え型へテロダイマーは、例え
ば上記成熟BMP−7サブユニットのモノマー部分また
はその活性フラグメントを含めたヒト・BMP−7に少
なくとも1個のジスルフィド結合により結合した、上記
ヒト・BMP−5の会合物からなる。さらに、少なくと
も1個のジスルフィド結合により、ヒト・BMP−5
が、ヒト・BMP−8サブユニットまたはその活性フラ
グメントに結合していてもよい。
【0028】本発明のさらにもう1つの組み換え型へテ
ロダイマーは、少なくとも1個のジスルフィド結合によ
り、上記ヒト・BMP−7に結合した、例えば上記成熟
BMP−6サブユニットのモノマー部分またはその活性
フラグメントを含めたヒト・BMP−6の会合物からな
る。本発明の別の組み換え型へテロダイマーは、1個ま
たはそれ以上の共有またはジスルフィド結合により、上
記ヒト・BMP−8に結合した上記ヒト・BMP−6の
会合物からなる。本発明のもう1つの組み換え型へテロ
ダイマーは、1個またはそれ以上の共有またはジスルフ
ィド結合により、上記ヒト・BMP−8に結合した上記
ヒト・BMP−7の会合物からなる。
【0029】BMPのモノマー構成成分間に形成された
ジスルフィド結合が、各モノマー構成成分上の1個のC
ys間で形成されてもよい。ジスルフィド結合が、各B
MP上の2個のCys間で形成されてもよい。ジスルフ
ィド結合が、各BMP上の3個のCys間で形成されて
もよい。ジスルフィド結合が、各BMP上の4個のCy
s間で形成されてもよい。ジスルフィド結合が、各BM
P上の5個のCys間で形成されてもよい。ジスルフィ
ド結合が、各BMP上の6個のCys間で形成されても
よい。ジスルフィド結合が、各BMP上の7個のCys
間で形成されてもよい。これらのジスルフィド結合が、
各BMP上の隣接したCys間または個々の蛋白配列中
に散在する選択されたCysのみの間で形成されてもよ
い。同じBMP構成成分を有する種々のへテロダイマー
が、異なる数のジスルフィド結合で形成されてもよい。
同じBMP成分を有する種々のへテロダイマーが、異な
るCysの位置におけるジスルフィド結合で形成されて
もよい。本発明に包含される同じBMP成分を有する異
なるへテロダイマーが、哺乳動物細胞、細菌細胞、昆虫
細胞または酵母細胞における組換え生産に起因して異な
っていてもよい。
【0030】これらの組み換え型へテロダイマーを、個
々のBMPホモダイマー(その構成成分の1つがそれぞ
れのへテロダイマーを形成する)と比較するW20マウ
ス・基質細胞系アッセイ(実施例8)におけるアルカリ
ホスファターゼの上昇により特徴づけてもよい。さら
に、これらのへテロダイマーを、W20バイオアッセイ
における、個々のBMPダイマーの単なる混合物よりも
高い活性により特徴づけてもよい。W20バイオアッセ
イで調べられるへテロダイマーの予備的特徴により、B
MP−5、BMP−6またはBMP−7とBMP−2と
のへテロダイマーは非常に活性が高いことが示された。
同様に、BMP−5、BMP−6またはBMP−7とB
MP−4とのへテロダイマーもW20バイオアッセイに
おいて活性が高い。
【0031】本発明へテロダイマーを、骨成長および刺
激アッセイにおける活性により特徴づけてもよい。例え
ば、本発明へテロダイマーは、実施例9記載のラット・
骨形成アッセイにおいても活性がある。本発明へテロダ
イマーは、実施例8記載のオステオカルシンのバイオア
ッセイにおいても活性がある。本発明へテロダイマーの
他の特徴は、ウェスタンブロット、高速液体クロマトグ
ラフィー(HPLC)および2次元ゲル(還元条件下お
よび非還元条件下)のみならず、2種の異なる構成成分
BMPに対する抗BMP抗体との共沈も包含される。
【0032】BMPへテロダイマーを製造する本発明方
法の1の具体例は、適当な細胞系を培養し、既知調節配
列の調節下で、1つ目のBMPまたはそのフラグメント
をコードしているDNA配列と2つ目のBMPまたはそ
のフラグメントをコードしているDNA配列とで同時形
質転換させることを包含する。該形質転換した宿主細胞
を培養し、へテロダイマー蛋白を回収し、ついで培養基
から精製する。現在のところ本発明へテロダイマーの好
ましい発現法であるこの方法のもう1つの具体例におい
て、例えばCHO DUKX細胞のごとき単一宿主細胞
を、1のBMPをコードしているDNA配列を含むDN
A分子と、次に選択されたBMPをコードしているDN
A配列を含むDNA分子とで同時トランスフェクション
する。一方または両方のプラスミドは、BMPを発現す
る適当な細胞系を確立するのに用いることができる選択
マーカーを有している。別々のBMP遺伝子を別々の転
写単位上に含むこれらの別々のプラスミドを混合し、慣
用的プロトコールを用いてCHO細胞にトランスフェク
ションさせる。W20アッセイにおいて活性を最大に発
現させるプラスミドの割合(通常1:1)を調べる。
【0033】例えば、実施例3に詳述するように、リン
酸カルシウム共沈およびトランスフェクション、エレク
トロポーレーション、マイクロインジェクション、プロ
トプラスト融合またはリポフェクションによって、等し
い割合の、1つ目のBMPおよびジヒドロ葉酸レダクタ
ーゼ(DHFR)マーカー遺伝子を含むプラスミドと、
2つ目のBMPおよびDHFRマーカーを含むプラスミ
ドとを、DHFR欠損CHO細胞であるDUKX−BI
Iに同時導入できる。それぞれのDHFR発現形質転換
体を、慣用的手段により透析した子ウシ・胎児血清を含
むアルファ培地での増殖に関して選択する。遺伝子コピ
ーの増加したDHFR細胞を、メトトレキセート(M
XT)濃度を増加させていった場合(例えば段階的に
0.02、0.1、0.5および2.0μM MXT)の増
殖に関して選択できる(カウフマン(Kaufman)および
シャープ(Sharp),ジャーナル・オブ・モレキュラー・
バイオロジー(J.Mol.Biol.)第159巻:601〜6
29頁(1982年);およびカウフマンら,モレキュ
ラー・アンド・セルラー・バイオロジー(Mol.Cell.Bio
l.)第5巻:1750頁(1983年)の方法によ
る)。DHFRに結合したへテロダイマーまたは少なく
とも1種のBMPの発現は、MTX耐性レベルの上昇に
伴い増加するはずである。BMP/DHFR遺伝子のい
ずれかまたは両方を安定に発現する細胞が生き残るであ
ろう。いかに高頻度であっても、細胞系は、両方のプラ
スミド(最初のトランスフェクションの間存在してい
た)を安定に取り込み、発現する。その後、調整培地か
ら収穫を行い、へテロダイマーを慣用的方法により単離
し、活性測定する。このアプローチ法を、DHFR欠損
細胞に用いることができる。
【0034】本法の別の具体例としては、1の選択BM
P遺伝子を含んでいるDNA分子を、すでに別の選択さ
れたBMP遺伝子を発現するようになっている細胞系に
トランスフェクションさせてもよい。例えば後記実施例
3に詳述するように、BMP−7を発現する安定なCH
O細胞系(DHFRマーカーを有する)[ジェネティク
ス・インスティチュート,インク(Genetics Institute,
Inc)]を、BMP−2および2番目の選択マーカー遺
伝子(例えばネオマイシン耐性(Neo))を含むプラ
スミドでトランスフェクションしてもよい。トランスフ
ェクション後、細胞を培養し、MTXおよび抗生物質G
−418で処理することにより適当な細胞を選択する。
ついで、生き残った細胞を、へテロダイマーの発現に関
してスクリーニングる。この発現系は、単一ステップで
の選択ができるという利点を有している。
【0035】異なる細胞系または異なるマーカーを用い
る別の2段階選択法も使用できる。例えば、アデノシン
デアミナーゼ(ADA)マーカーを用いて、DHFRマ
ーカーと一緒に異なるBMPを発現する安定なCHO細
胞系における2つ目のBMP遺伝子を増幅することは好
ましいといえる。なぜならば、デオキシコホルマイシン
(DCF)による遺伝子増幅を用いて発現レベルを増加
させることができるからである(実施例1記載のADA
を含むプラスミド参照)。別法として、最初にこのマー
カーを用いて細胞系を作り、ついで、異なるマーカーを
含むベクターに対してレシピエントな状態にし、2重の
耐性およびBMP同時発現に関して選択することができ
る。
【0036】本発明のへテロダイマーを発現させる方法
のさらに別の具体例は、単一の転写単位上または別々の
転写単位上いずれかの上にある発現に関する複数の遺伝
子をコードしている単一のDNA分子で宿主細胞をトレ
ンスフェクションすることを包含する。多シストロン発
現は、例えばEMCウィルス、ポリオウィルスまたは他
の慣用的なリーダー配列の源に由来するリーダー配列の
ごときリーダー配列を用いてベクターから有効に翻訳さ
れうる単一の転写単位中にコードされている複数のポリ
ペプチドを含む。2個のBMP遺伝子および選択マーカ
ーは、単一の転写単位中で発現されうる。例えば、BM
Px−EMC−BMPy−DHFRまたはBMPx−E
MC−BMPy−EMC−DHFRの配置を含むベクタ
ーをCHO細胞中へトランスフェクションさせ、DHF
Rマーカーを用いて選択し、増幅する。2種の異なるB
MP、1種またはそれ以上のマーカー遺伝子および適当
なリーダーあるいは調節配列を単一転写単位上に有する
プラスミドを構築してもよい。
【0037】同様に、各BMPに関する別々の転写単位
を含む単一のプラスミドで宿主細胞をトランスフェクシ
ョンしてもよい。例えば、DHFRのごとき選択マーカ
ーが、別の転写単位上に含まれていてもよく、あるいは
BMP遺伝子の一方または両方の上の2番目のシストロ
ンとして含まれていてもよい。へテロダイマーを発現さ
せるために、これらのプラスミドを、選択宿主細胞中に
トランスフェクションさせ、へテロダイマーを該細胞ま
たは培養基から上記のごとく単離してもよい。
【0038】この発現法の別の具体例は細胞融合を包含
する。実施例1および本明細書の一部とした前記米国出
願に記載されているように、DHFR/MXT遺伝子増
幅システムおよび高レベルのBMP発現系を用いて開発
された、選択BMPを発現する2種の安定な細胞系(例
えばBMP−2を発現する細胞系(例2EG5)および
BMP−7を発現する細胞系(例7MB9))を、数個
の優勢なマーカー遺伝子のうちの1つ(例えばne
、ヒグロマイシン、GPT)でトランスフェクシ
ョンすることができる。同時培養において十分な時間
(約1日)経過後、得られた1種のBMPおよび1つの
優勢なマーカーを発現する細胞系を、ポリエチレングリ
コール、センダイウィルスあるいは他の知られた試薬の
ごとき融合剤を用いて別のBMPおよび好ましくは別の
マーカーを発現する細胞系と融合させることができる。
【0039】得られた優勢マーカーおよびDHFRを発
現する細胞ハイブリッドを、適当な培養条件を用いて選
択し、BMPまたはそれらのフラグメントの同時発現に
関してスクリーニングする。選択されたハイブリッド細
胞は、両方の選択BMPをコードしている配列を含んで
おり、細胞中にへテロダイマーが生成され、ついで分泌
される。へテロダイマーを調整培地から得、慣用的方法
(実施例4参照)により、そこから単離、精製する。得
られたへテロダイマーを本明細書記載の方法により特徴
づけてもよい。
【0040】上記アプローチにより得られた細胞系を用
いて、同時発現されるへテロダイマーBMPポリペプチ
ドを生産することができる。慣用的精製法により、宿主
細胞中に存在する他の夾雑物質のみならず同時生産され
る他の蛋白が実質的にない該へテロダイマー蛋白を細胞
培養物から単離する。実際上好ましい生産方法は、CH
O細胞中への異なるベクターの同時トランスフェクショ
ンおよびメトトレキセートによる遺伝子増幅である。安
定な細胞系を用いて組み換え型BMPを含有する調整培
地を得、該組み換え型BMPを精製し、インビトロおよ
びインビボ活性を測定する。例えば、本明細書記載のい
ずれかの方法により得られたへテロダイマー生産細胞
を、実施例8および9記載の分析による活性、RNA発
現、およびドデシル硫酸ナトリウムゲル電気泳動(SD
S−PAGE)による蛋白発現に関してスクリーニング
する。
【0041】本発明のへテロダイマーを同時発現させる
上記方法は、宿主細胞または細胞系を用いる。適当な細
胞は、好ましくは、チャイニーズハムスター卵巣(CH
O)細胞のごとき哺乳動物細胞を含む。適当な宿主細胞
の選択および形質転換、培養、増幅、スクリーニングな
らびに生成物の生産と精製に関する方法は、当該分野に
おいて公知である。例えば、ゲシング(Gething)およ
びサムブルック(Sambrook),ネイチャー(Nature)第
293巻:620〜625頁(1981年)、あるいは
カウフマンら,モレキュラー・アンド・セルラー・バイ
オロジー,第5巻第7号:1750〜1759頁(19
85年)、またはハウリー(Howley)らの米国特許第
4,419,446号参照。他の適当な哺乳動物細胞系
は、CV−1細胞系、BHK細胞系および293細胞系
である。サル・COS−1細胞系は、現在のところBM
Pへテロダイマー生産には不適と考えられている。
【0042】当業者に知られた多くの酵母細胞も、本発
明ポリペプチド発現宿主細胞として利用できる(例え
ば、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerev
isiae))。さらに、所望ならば、昆虫細胞を、本発明方
法に用いることができる。例えば、ミラー(Miller)
ら,ジェネティック・エンジニアリング(Genetic Engin
eering)第8巻:277〜298頁(プレナム・プレス
(Plenum Press)1986年)およびそこに引用されて
いる文献参照。本発明の生物学的に活性のあるへテロダ
イマー蛋白を生産する別の方法を、宿主細胞が微生物細
胞、好ましくは、細菌細胞、詳細にはイー・コリである
場合に用いてもよい。例えば、種々のイー・コリ株(例
えばHB101、MC1061)が、バイオテクノロジ
ーの分野では宿主細胞としてよく知られている。ビー・
ズブチリス(B.subtilis)、シュードモナス(Pseudomo
nas)、他のバチルス等の種々の株も本発明に使用でき
る。
【0043】モノマーおよびダイマー(ホモダイマーお
よびへテロダイマーの両方)を生産するために用いられ
てもよいこの方法は、欧州特許出願第433,225号
(出典明示により本明細書の一部とする)に記載されて
いる。簡単に説明すると、この方法は、蛋白発現を可能
にする発現調節配列に対する正当なリーディングフレー
ムに連結された所望のBMP蛋白をコードしているヌク
レオチド配列を有する微生物宿主を培養し、モノマー型
の可溶性蛋白を回収することを包含する。宿主細胞中で
蛋白が不溶性である場合、該水不溶性蛋白画分を宿主細
胞から単離し、ついで蛋白を可溶化させる。クロマトグ
ラフィー精製の後、可溶化した蛋白を選択された条件に
付して生物学的に活性のある該蛋白のダイマー配置を得
る。本発明のへテロダイマーを生産するのに用いられて
もよいこの方法を、BMP−2ホモダイマーの生産に関
して、特に実施例7に記載してある。
【0044】本発明のもう1つの態様は、これらの組み
換え型へテロダイマーの発現に用いるDNA分子または
プラスミドベクターを提供する。これらのプラスミドベ
クターを、当業者に知られた方法および利用可能なエレ
メントを用いて構築してもよい。一般的には、本発明方
法に有用なベクターを得るためには、所望のBMPをコ
ードしているDNAを、選択した宿主細胞に適する1個
またはそれ以上の適当な発現ベクター中に導入する。哺
乳動物細胞において有効ないかなる発現ベクターを用い
ても、哺乳動物細胞中で本発明組み換え型へテロダイマ
ーを生産させることができると現在考えられている。好
ましくは、ベクターが、上記し、図示した選択BMPの
DNA配列を含んでおり、選択されたへテロダイマーの
構成成分をコードしているものとする。別法として、上
で参照した特許出願記載の、修飾配列を取り込んだベク
ターもまた本発明の具体例であり、ベクターの構築に有
用である。
【0045】実施例1記載の特定のベクター以外に、当
業者は、Figure1〜6の配列またはFigure1〜6のコー
ド配列(配列番号:1、3、5、7、9および11)を
含む他のDNA配列、あるいは他の修飾配列およびpC
D[オカヤマ(Okayama)ら,モレキュラー・アンド・セ
ルラー・バイオロジー第2巻:161〜170頁(19
82年)]ならびにpJL3、pJL4[ゴフ(Gough)
ら,エムボー・ジャーナル(EMBO J.)第4巻:645〜
653頁(1985年)]のごとき既知ベクターを用いる
ことにより、哺乳動物発現ベクターを構築できる。コー
ド領域の5'および3'末端の非コードヌクレオチドを除
去することにより、BMPのDNA配列を修飾できる。
なくなった非コード領域を、発現に有益であることが知
られている他の配列で置き換えても、置き換えなくても
よい。上記の適当な宿主細胞中へのこれらのベクターの
形質転換により、所望のへテロダイマーを得ることがで
きる。
【0046】当業者ならば、コード配列の横にある哺乳
動物の調節配列を除去、あるいは例えば酵母または昆虫
の調節配列と置換することにより、Figure1〜6の配列
を処理して酵母または昆虫細胞による細胞内もしくは細
胞外発現用ベクターを作ることができよう[昆虫細胞に
おける発現については、例えば欧州特許出願第155,
476号記載の方法を、酵母細胞における発現について
はPCT出願公開WO86/00639号および欧州特
許出願EPA123,289号記載の方法を参照]。同
様に、細菌の配列および好ましいコドンを、記載、例示
した哺乳動物ベクターの代わりに用いて上記方法のBM
Pモノマーの生産に用いる適当な発現系を構築してもよ
い。例えば、コード配列をさらに処理することができる
(例えば、他の既知リンカーに連結、あるいはそこから
非コード領域を除去、またはその中のヌクレオチドを他
の既知方法により変更)。ついで、ティー・タニグチ
(T.Taniguchi)ら,プロシーディングス・オブ・ナショ
ナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユーエスエイ
(Proc.Natl.Acad.Sci.USA)第77巻:5230〜52
33頁(1980年)記載のごとき方法を用いて、修飾
されたBMPコード配列を既知ベクター中に挿入でき
る。ついで、典型的な細菌ベクターで細菌宿主細胞を形
質転換させ、そのことによりBMPへテロダイマーを発
現させる。典型的な微生物用(例えば細菌用)発現ベク
ターを後記実施例7に記載する。
【0047】本発明方法に有用な他のベクターが、単一
の転写単位中に複数の遺伝子を含んでいてもよい。例え
ば、提案されたプラスミドp7E2Dが、BMP−7遺
伝子、そのうしろにEMCリーダー配列、そのうしろに
BMP−2遺伝子、そのうしろにDHFRマーカー遺伝
子を含んでいてもよい。別の例はプラスミドp7E2E
Dであり、これはBMP−7遺伝子、EMCリーダー、
BMP−2遺伝子、もう1つのEMCリーダー配列およ
びDHFRマーカー遺伝子を含んでいる。別法として、
ベクターが、1個以上の転写単位を含んでいてもよい。
一例として、プラスミドp2ED7EDは、BMP−2
に関する転写単位およびBMP−7に関する別の転写単
位、すなわちBMP−2−EMC−DHFRおよびBM
P−7−EMC−DHFRを含んでいる。別法として、
プラスミド上の個々の転写単位が異なるマーカー遺伝子
を含んでいてもよい。例えば、プラスミドp2EN7E
Dは、BMP−2−EMC−NeoおよびBMP−7−
EMC−DHFRを含んでいる。 さらにまた、ベクタ
ーが、選択宿主細胞における複製およびBMP発現を支
配できる適当な発現調節配列を含んでいる。かかるベク
ターにとり有用な調節配列は当業者に知られており、選
択宿主細胞に応じて選択できる。かかる選択はよく行わ
れることであって、本発明の一部ではない。同様に、ベ
クターが、1種またはそれ以上の選択マーカー(例えば
抗生物質耐性遺伝子、NeoまたはDHFRおよびAD
Aのような選択可能なマーカーのごときもの)を含んで
いてもよい。目下好ましいマーカーはDHFRである。
これらの遺伝子は当業者により選択されうる。
【0048】上記方法のうちの1つによりベクターが発
現した場合、本発明へテロダイマーを、種々のアッセイ
および方法により同定し、特徴づけることができる。へ
テロダイマーを形成している個々のBMPに対する抗体
による共沈(免疫沈降)アッセイを行ってもよい。一般
的には、例えば、選択BMP、そのフラグメントまたは
合成BMPペプチドを抗原として、慣用的手段により、
この用途の抗体を得る。一般的に、アッセイに使用する
抗体は、古典的方法によりウサギに注射された個々のB
MPペプチドまたは蛋白から作られる。このアッセイを
慣用的に行い、へテロダイマーの両方のBMP構成成分
に対する抗体により沈澱するへテロダイマーの同定を行
う。対照的に、当該へテロダイマー生産法において得ら
れるすべてのホモダイマーに対しては、2種の抗体のう
ちの1種のみが沈澱を生じる。
【0049】特徴づけのためのもう1つのアッセイは、
沈澱を生じる抗体、プローブとなる抗体および検出用抗
体を用いるウエスタンアッセイである。ダイマーを沈澱
させるBMPのうちの1つに対する抗体を用い、ウエス
タン分析用の還元SDS−PAGE上でこのアッセイを
慣用的に行ってもよい。2つ目のBMPに対する抗体を
用いてウエスタンゲル上のヘテロダイマーに関する沈澱
を捜し当てる。ついで、セイヨウワサビ・ペルオキシダ
ーゼ(HRP)で標識したヤギ・抗ウサギ抗体のごとき
検出用抗体を適用し、へテロダイマーの構成成分のサブ
ユニットの1つの存在を明らかにする。
【0050】最終的には、へテロダイマーの比活性を、
実施例6記載のごとく定量してもよい。簡単に説明する
と、個々のBMPホモダイマーおよびへテロダイマーの
試料中の個々のBMP量を、ウエスタンブロット分析ま
たはパルスラベリングおよびSDS−PAGE分析によ
り定量する。詳細には実施例8記載のごとく、W20活
性も測定する。相対的な比活性を次式により計算しても
よい:W20アルカリホスファターゼ活性/ウエスタン
ブロットまたはフルオログラフィーによるBMP量。一
例として、この式をBMP−2/7へテロダイマーに用
い、該へテロダイマーが、見掛け上BMP−2ホモダイ
マーよりも5ないし50倍高い比活性を有することが示
された。
【0051】本発明へテロダイマーが、種々の治療上お
よび医薬上の用途(例えば、傷の治療用、組織の修復用
の組成物中に用いられ、また個々のBMPの用途につい
て指示された同様の組成物中に用いられる)を有してい
てもよい。個々のBMPに優るへテロダイマーの増大し
た能力により、単一のBMPのみを含有する組成物の用
量と比較すると、へテロダイマー含有組成物の患者に投
与すべき用量は少量でよい。本発明のへテロダイマー蛋
白は、骨が正常に成長しない環境下における軟骨および
/または骨の成長を誘導し、ヒトや他の動物の骨折およ
び軟骨欠損の治療に適用できる。本発明へテロダイマー
蛋白を用いるかかる調製物には、解放骨折のみならず閉
鎖骨折の減少おける、また人工関節の良い状態での固定
における用途がある。骨形成剤により誘導される骨のデ
ノボ合成は、先天性の、または外傷による、あるいは腫
瘍切除による頭蓋と顔の欠損の修復に貢献し、また美容
整形術にも有用である。
【0052】本発明のへテロダイマー蛋白を、歯周病お
よびその他の歯の修復法に用いてもよい。かかる薬剤
は、骨形成細胞を引き寄せ、骨形成細胞の成長を刺激
し、あるいは骨形成細胞の前駆細胞の分化を誘導する。
また本発明のへテロダイマーポキペプチドは、骨粗鬆症
の治療にも有用である。種々の骨形成性、軟骨誘導性、
および骨誘導性因子が記載されている。それらを議論す
るには、例えば、欧州特許出願第148,155号およ
び第169,016号参照。本発明蛋白を、傷の治療お
よび関連組織の修復に用いてもよい。傷のタイプは、熱
傷、切り傷および潰瘍を含むが、これらに限定しない
(PCT公開WO84/01106号参照、傷の治療お
よび関連組織の修復について議論するために、出典明示
により本明細書の一部とする)。
【0053】さらに、本発明蛋白は、神経の生存率を増
加させることができるので、移植および神経の生存率の
低下を示す症状の治療に有用である。それゆえ本発明へ
テロダイマーの有用性の見地からすると、本発明のさら
なる態様は、骨折および軟骨および/または骨の欠損あ
るいは歯周病に関連した他の症状の治療法および治療組
成物である。さらに、本発明は、傷の治療および組織修
復のための治療法ならびに組成物からなる。かかる組成
物は、医薬上許容される賦形剤、担体またはマトリック
スとの混合物となっている治療上有効量の本発明へテロ
ダイマー蛋白からなる。pH、等張性、安定性等につい
ての正当性を有するかかる生理学上許容される蛋白組成
物は、当該分野の技術的範囲内に属する。
【0054】本発明の蛋白が、他の関連蛋白および成長
因子と共同して作用することが予想される。それゆえ、
本発明治療法および組成物は、治療に用いる量の少なく
とも1種の他のBMP蛋白(共有かつ同時出願の前記米
国特許出願に開示)と一緒に治療に用いる量のへテロダ
イマー蛋白からなる。かかる混合物は、個々のBMP蛋
白分子または本発明の他のへテロ分子からなっていても
よい。
【0055】さらなる組成物において、本発明へテロダ
イマー蛋白が、骨および/または軟骨欠損、傷または問
題となる組織の治療に有益な他の薬剤と混合されていて
もよい。これらの薬剤には、上皮成長因子(EGF)、
血小板由来成長因子(PDGF)、腫瘍成長因子(TG
F−αおよびTGF−β)およびインスリン様成長因子
(IGF)のごとき種々の成長因子が包含される。BM
P蛋白は種特異性を欠くので、該治療組成物は、目下、
獣医用にも価値がある。詳細には、ヒトの他に家畜およ
びサラブレッド馬が、本発明へテロダイマー蛋白でかか
る治療をする対象として望ましい。
【0056】該治療方法は、移植片または器具による該
組成物の局所的、全身的あるいは局部的投与を包含す
る。投与の際には、本発明で使用する該治療用組成物
は、勿論、発熱原がなく生理学的に許容される形態であ
る。さらに、該組成物を、望ましくは、カプセルに入れ
るか、または粘性のある形態として注入して骨、軟骨あ
るいは組織損傷部位に到達させる。局所的投与は傷の治
療および組織修復に適するであろう。本発明へテロダイ
マー蛋白以外の治療上有用な薬剤を、所望により上記組
成物に含有させてもよく、本発明方法において、別法と
してあるいは付加的に該BMP組成物とともに同時また
は連続的に投与してもよい。好ましくは、骨および/ま
たは軟骨形成のためには、該組成物が、骨および/また
は軟骨損傷部位にへテロダイマー蛋白含有組成物を送達
し、骨および軟骨の成長に適した構造を提供し、最適に
体内に再吸収されるマトリックスを含有するものとす
る。かかるマトリックスを、他の体内移植用外用薬に直
ちに使用できる材料形態としてもよい。
【0057】マトリックス材料の選択を、生体適合性、
生分解性、機械的特性、美容的外観および界面特性に基
づいて行う。へテロダイマーBMP組成物の特殊な応用
は,適当な処方を決定するであろう。当該組成物に都合
のよいマトリックスは、生分解性であり化学的に性質の
分かっている硫酸カルシウム、りん酸三カルシウム、ヒ
ドロキシアパタイト、ポリ乳酸およびポリ無水物であ
る。他の都合のよい材料は、骨または皮膚コラーゲンの
ごとき生分解性であり生物学的に性質のよく分かってい
るものである。さらに、マトリックスは純粋な蛋白また
は細胞外マトリックス成分からなる。他の都合のよいマ
トリックスは、焼結ヒドロキシアパタイト、バイオグラ
ス、アルミン酸塩あるいは他のセラミックスのごとき非
生分解性であり化学的に性質の分かっているものであ
る。マトリックスが、ポリ乳酸およびヒドロキシアパタ
イト、またはコラーゲンおよびりん酸三カルシウムのご
とき上述したいずれかの形態の材料の混合物からなって
いてもよい。カルシウム−アルミン酸塩−りん酸中のご
とき組成物中においてバイオセラミックスを変更し、孔
のサイズ、粒子のサイズ、粒子の形態および生分解性を
変化させてもよい。
【0058】150ないし800ミクロンの範囲の直径
の多孔性粒子に形態の乳酸およびグリコール酸の50:
50(重量モル)のコポリマーが、本発明に好ましい。
ある適用法においては、カルボキシメチルセルロースま
たは自己由来の血餅のごとき放散防止剤を用いてBMP
組成物がマトリックスから解離するのを防止するのが便
利である。担当医師は、へテロダイマー蛋白の作用を調
節する種々の因子、例えば、形成されることが望まれる
骨の重量、骨の損傷部位、損傷した骨の状態、傷の大き
さ、損傷組織の形態、患者の年令、性別、食事、何等か
の感染症の重篤性、投薬期間および他の医療上の因子を
考慮したうえで、へテロダイマー蛋白含有組成物の投薬
規則を決定する。再構成に使用するマトリックスの形態
およびへテロダイマー中のBMP蛋白、医薬組成物中の
何等かの付加的なBMPまたは他の蛋白によっても薬用
量を変更しうる。例えばIGF−I(インシュリン様成
長因子I)のごとき他の知られた成長因子の最終組成物
への添加もまた、薬用量に影響しうる。骨の成長および
/または修復を、例えば、X線、組織形態的分析および
テトラサイクリン標識のごとき定期的な分析により、経
過をモニターする。以下の実施例は、本発明の説明であ
って、その範囲を限定するものではない。
【0059】
【実施例】実施例1−BMPベクターの構築および細胞
系 A. BMP−2ベクター 哺乳動物の発現ベクターpMT2 CXMは、p910
23[ウォング(Wong)ら,サイエンス(Science)第
228巻:810〜815頁(1985年)]の誘導体
であるが、前者は、テトラサイクリン耐性遺伝子(Te
t)の代わりにアンピシリン耐性遺伝子(Amp)を含
んでおり、さらにcDNAクローン挿入用にXhoI部
位を有していることで後者と異なる。pMT2 CXM
の機能的エレメントが記載されており[アイール・ジェ
イ・カウフマン(R.J.Kaufman),プロシーディングス・
オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ・
ユーエスエイ(Proc.Natl.Acad.Sci.USA)第82巻:6
89〜693頁(1985年)参照]、アデノウイルス
VA遺伝子、72bpのエンハンサーを含むSV40複
製開始点、5'スプライシング部位を有するアデノウイ
ルス大後期プロモーター、およびアデノウイルス後期m
RNA上に存在するアデノウイルス三分節リーダー配列
の大部分、3'スプライシング受容体部位、DHFR挿
入遺伝子、SV40初期ポリアデニル化部位(SV4
0)、ならびにイー・コリ中で増殖するのに必要なpB
R322配列を含んでいる。
【0060】pMT2−VWF(米国メリーランド州ロ
ックビルのアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクシ
ョン(ATCC)に、受託番号ATCC67122のも
と寄託された)を、EcoRI消化により切形し、pM
T2−VWF中に存在していたcDNA挿入部位を切除
し、線形のpMT2を得る。プラスミドpMT2を連結
し、イー・コリHB101またはDH−5をアンピシリ
ン耐性に形質転換させるのに用いることができる。プラ
スミドpMT2DNAを慣用的方法で調製することがで
きる。ついで、プラスミドpMT2 CXMを、ループ
アウト/イン変異法[モリナガ(Morinaga)ら,バイオ
テクノロジー(Biotechnology)第84巻:636頁
(1984年)]を用いて構築する。これにより、SV
40複製開始点およびpMT2のエンハンサー配列の近
くのHindIII部位に対して1075ないし1145
番目の塩基を除去する。さらに、以下の配列: 5'PO−CATGGGCAGCTCGAG−3'
(配列番号:15) を1145番目のヌクレオチド部位に挿入する。この配
列は、制限エンドヌクレアーゼXhoI認識部位を含ん
でいる。pMT23と命名したpMT2誘導体は、制限
エンドヌクレアーゼPstI、EcoRI、SalIお
よびXhoI認識部位を含んでいる。全長にわたるBM
P−2 cDNA(Figure1)(配列番号:1)を、E
coRI消化によりλGT10ベクターから切除し、こ
れをpSP65[ウィスコンシン州マディソンのプロメ
ガ・バイオテク(Promega Biotech)社製]中に両方向
にサブクローン化し、pBMP−2#39−3またはp
BMP−2#39−4を得る。
【0061】BMP−2 cDNAの非翻訳領域の大部
分を以下の方法により除去する。BMP−2 cDNA
を含むpSP65プラスミドをSalIで消化し、再連
結することにより、アダプター中のSalI部位(はじ
めのcDNAクローニングの時から存在)およびイニシ
エーターATGから7塩基対上流のSalI部位との間
で、5'側の配列を除去する。3'側の非翻訳部位を、オ
リゴヌクレオチド: AGCAAAATT3' (配列番号:16) を用いるヘテロ二重鎖変異法を用いて除去する。該配列
は、BMP−2 cDNAの末端3'コード領域とそれ
にすぐに続くSalI認識部位を含む。該配列は、終止
(TAG)コドンの次にSalI部位を有する。
【0062】このクローンのSalIフラグメントを、
発現ベクターpMT23中にサブクローン化し、pMT
23−BMP2ΔUTを得る。配列PstI−EcoR
I−SalI−BMP−2 cDNA−SalI−Ec
oRI−XhoI中のBMP−2コード領域に制限酵素
切断部位が隣接している。発現プラスミドpED4[カ
ウフマンら,ヌクレイック・アシッズ・リサーチ(Nucl.
Acids Res.)第19巻:4485〜4490頁(199
1年)]を、EcoRIで消化し、子ウシ・腸ホスファ
ターゼで処理することにより線形にする。EcoRIで
消化することにより、BMP−2 cDNA遺伝子をp
MT23−BMP2ΔUTから切除し、1.0%低融点
アガロースゲルによる電気泳動により1.2kbのフラ
グメントを回収する。線形にたったpED4ベクターと
EcoRI BMP−2フラグメントとを連結し、BM
P−2発現プラスミドpBMP2Δ−EMCを得た。も
う1つのベクターpBMP−2Δ−ENは、慣用的方法
によりDHFR遺伝子がTn5トランスポゾン由来のネ
オマイシン耐性遺伝子で置き換えられていること以外
は、ベクターpBMP2Δ−EMCに含まれるのと同じ
配列を含んでいる。
【0063】B. BMP4ベクター 3'非翻訳領域が除去されたBMP−4 cDNA(Fig
ure2(配列番号:3)に示す)を、変異原オリゴヌク
レオチド: GAATTC3' (配列番号:17) EcoRIを用いるヘテロ二重鎖変異法により調製す
る。これによりBMP−4 cDNAの翻訳終結コドン
に対する3'側のすべての配列が除去され、この終結コ
ドンとベクターのポリリンカー配列が並ぶ。このステッ
プをSP65ベクター[プロメガ・バイオテク社製]に
おいて行うが、前記BMP2ベクターと同様にBMP−
4 cDNAを含んでいるpMT2誘導体において行っ
てもよい。制限エンドヌクレアーゼBsmI(BMP−
4 cDNAの8番目のコドンを開裂する)を用いて
5'非翻訳領域を切除する。
【0064】はじめの8つのコドンの再構築を、以下の
オリゴヌクレオチド: EcoRI イニシエーター
BsmI 5'AATTCACCATGATTCCTGGTAAC
CGAATGCT3'(配列番号:18) および 3'GTGGTACTAAGGACCATTGGCTT
AC5'(配列番号:19) を連結することによって行う。これらのオリゴヌクレオ
チドは、BsmIで切断されたBMP−4 cDNAに
連結可能なBsmI相補的粘着末端を有する二重鎖を形
成する。また該二重鎖は、EcoRIで切断されたベク
ターpMT2に連結可能なEcoRI相補的粘着末端を
有している。よって、5'および3'非翻訳領域が除去さ
れているが全コード配列を保持しているBMP−4に対
するcDNAが、約1.2kbのEcoRI制限フラグ
メント中に含まれる。このBMP−4配列を含むpMT
2 CXMプラスミドをpXMBMP−4ΔUTと命名
する。これをEcoRIで消化して該ベクター由来の挿
入フラグメントを含むBMP−4 cDNAを遊離させ
る。この挿入フラグメントを、哺乳動物の発現ベクター
pED4のEcoRI部位中にサブクローン化する。
【0065】C. BMP−5ベクター Figure5(配列番号:9)の#699ないし#2070
のヌクレオチド由来の配列を含むBMP−5 cDNA
配列を、以下のごとく特異的に増幅する。オリゴヌクレ
オチドCGACCTGCAGCCACCATGCATC
TGACTGTA(配列番号:20)およびTGCCT
GCAGTTTAATATTAGTGGCAGC(配列
番号:21)をプライマーとして用いてλ−ZAPクロ
ーンU2−16[ATCC #68109]のBMP−
5挿入フラグメント由来の#699ないし#2070の
ヌクレオチド配列(Figure5)を増幅する。この方法に
より、ヌクレオチド#699のすぐ前にヌクレオチド配
列CGACCTGCAGCCACC(配列番号:22)
が、そしてヌクレオチド#2070のすぐ後にヌクレオ
チド配列CTGCAGGCAが導入される。これらの配
列の付加により、増幅されたDNAフラグメントの両方
の末端にPstI制限エンドヌクレアーゼ部位かでき
る。この方法で得られた増幅DNA産物を、制限エンド
ヌクレアーゼPstIで消化し、pMT2の誘導体であ
るpMT21[カウフマン,ヌクレイック・アシッズ・
リサーチ第19巻:4485〜4490頁(1991
年)]のPstI部位中にサブクローン化する。得られ
たクローンをH5/5/pMTと命名する。
【0066】H5/5/pMTの挿入フラグメントをP
stI消化で切除し、プラスミドベクターpSP65
(プロメガ・バイオテク社製)のPstI部位中にサブ
クローン化し、プラスミドBMP5/SP6を得る。B
MP5/sp6およびU2−16を制限エンドヌクレア
ーゼNsiIおよびNdeIで消化してそれらの挿入フ
ラグメントの一部(Figure5の#704から#1876
のヌクレオチドに対応)を切除する。得られた1173
個のヌクレオチドからなるクローンU12−16のNs
iI−NdeIフラグメントを、BMP5/SP6のN
siI−NdeI部位(ここから対応する1173個の
ヌクレオチドからなるNsiI−NdeIフラグメント
が除去された)中に連結する。得られたクローンをBM
P5mix/SP65と命名する。BMP5mix/S
P65の直接DNA配列分析を行って、増幅により得ら
れたヌクレオチド配列のFigure5に示す配列に対する同
一性を確認する。クローンBMP5mix/SP65を
制限エンドヌクレアーゼPstIで消化し、Figure5の
ヌクレオチド#699から#2070および上記Pst
I認識部位を含むさらなる配列からなる挿入フラグメン
トを切除する。得られた1382個のヌクレオチドから
なるPstIフラグメントを、pMT2誘導体であるp
MT21のPstI部位中にサブクローン化する。この
クローンをBMP5mix/pMT21#2と命名す
る。また、同じフラグメントをpED4のPstI部位
中にサブクローン化してBMP5mix−EMC−11
と命名されるベクターを得る。
【0067】D. BMP−6ベクター Figure4(配列番号:7)のヌクレオチド#160から
#1706のヌクレオチド配列からなるBMP−6 c
DNA配列を、当業者に知られた一連の方法により得
る。クローンBMP6C35[ATCC 68245]を
制限エンドヌクレアーゼApaIおよびTaqIで消化
し、1476個のヌクレオチドからなる挿入フラグメン
トの一部(Figure4のヌクレオチド#231から#17
03からなる)を切除する。1476個のヌクレオチド
からなるBMP−6 cDNA配列のApaI−Taq
Iフラグメントには含まれていない#160から#23
0および#1704から#1706に対応するヌクレオ
チドに置き換わるようにSalI制限エンドヌクレアー
ゼ部位コンバーターを伴う合成ヌクレオチを設計する。
なくたった配列
【化1】 に置き換わると考えられるオリゴヌクレオチド/Sal
Iコンバーターを互いにアニーリングする。ついでアニ
リングした5'および3'コンバーターを、上記1476
個のヌクレオチドからなるApaI−TaqIに連結
し、Figure4の#160から#1706のヌクレオチド
配列および両方の末端にSalI制限エンドヌクレアー
ゼ部位を生じるように工夫された付加的な配列からなる
1563個のヌクレオチドからなるフラグメントを得
る。得られた1563個のヌクレオチドからなるフラグ
メントを、pSP64[ウィスコンシン州マディソンの
プロメガ・バイオテク社製]のSalI部位中にサブク
ローン化する。このクローンをBMP6/SP64#1
5と命名する。
【0068】BMP6/SP64#15のDNA分析を
行い、コンバーターにより置き換わったFigure4に示す
配列に対する5'および3'配列の同一性を確認する。B
MP6/SP64#15の挿入フラグメントを制限エン
ドヌクレアーゼSalIで消化することにより切除す
る。得られた1563個のヌクレオチドからなるSal
Iフラグメントを、pMT21のXhoI制限エンドヌ
クレアーゼ部位中にサブクローン化し、BMP6/pM
T21と命名する。該プラスミドをPstIで消化し、
pED4のPstI部位を以下のコンバーターヌクレオ
チド:5'−TCGACAGGCTCGCCTGCA−
3' (配列番号:27)および3'−GTCCGAGC
GG−5' (配列番号:28)に連結することによ
り、SalI部位に変換する。上記1563個のヌクレ
オチドからなるSalIフラグメントもpED4ベクタ
ーのSalI部位中にサブクローン化し、発現ベクター
BMP6/EMCを得る。
【0069】E. BMP−7ベクター Figure3(配列番号:5)のヌクレオチド#97から#
1402のヌクレオチド配列配列からなるBMP−7配
列を以下のようにして特異的に増幅する。オリゴヌクレ
オチドCAGGTCGACCCACCATGCACGT
GCGCTCA(配列番号:29)およびTCTGTC
GACCTCGGAGGAGCTAGTGGC(配列番
号:30)をプライマーとして用いてクローンPEH7
−9[ATCC #68182]の挿入フラグメント由
来のFigure3の#97から#1402のヌクレオチド配
列を増幅する。この方法により、ヌクレオチド#97の
すぐ前に配列CAGGTCGACCCACC、そしてヌ
クレオチド#1402のすぐ後にヌクレオチド配列GT
CGACAGAの挿入フラグメントを生じる。これらの
配列の付加により、増幅されたDNAフラグメントの各
末端にSalI制限エンドヌクレアーゼ認識部位を生じ
る。この方法で得られた増幅DNA産物を制限エンドヌ
クレアーゼSalIで消化し、プラスミドベクターpS
P64[ウィスコンシン州マディソンのプロメガ・バイ
オテク社製]のSalI部位にサブクローン化し、BM
P7/SP6#2を得る。
【0070】クローンBMP7/SP6#2およびPE
H7−9を制限エンドヌクレアーゼNcoIおよびSt
uIで消化して、Figure3のヌクレオチド#363から
#1081に対応する挿入フラグメント部分を切除す
る。得られた719ヌクレオチドからなるPEH7−9
のNcoI−StuIフラグメントを、BMP7/SP
6#2(これより719ヌクレオチドからなるヌクレオ
チドフラグメントが除去されている)のNcoI−St
uI部位中に連結する。得られたクローンをBMP7m
ix/SP6と命名する。BMP7mix/SP6の直
接DNA配列決定により、その3'領域の、Figure3の
#1082から#1402のヌクレオチド配列に対する
同一性が確認されるが、5'領域には1個の異なるヌク
レオチドが含まれている。PEH7−9を鋳型として用
いるヌクレオチド配列(Figure3の#97から#140
2)の増幅を上記のごとく繰り返す。この方法で得られ
た増幅DNA産物を制限エンドヌクレアーゼSalIお
よびPstIで消化する。この消化により、Figure3の
ヌクレオチド#97から#833および前記SalI制
限エンドヌクレアーゼ認識部位を作るのに用いた5'側
のプライマーオリゴヌクレオチドの付加的配列からなる
747個のヌクレオチドからなるフラグメントが切形さ
れる。この747個のヌクレオチドからなるSalI−
PstIフラグメントを、SalI−PstI消化した
pSP65[ウィスコンシン州マディソンのプロメガ・
バイオテク社製]ベクター中にサブクローン化し、5'
BMP7/SP65を得る。DNA配列決定により、
5'BMP7/SP65#1の挿入部位がFigure3のヌ
クレオチド#97から#362と同じ配列からなること
が示される。
【0071】クローンBMP7mix/SP6および
5'BMP7/SP65を制限エンドヌクレアーゼSa
lIおよびNcoIで消化する。Figure3のヌクレオチ
ド#363から#1402のヌクレオチドからなる得ら
れたBMP7mix/SP6の3'NcoI−SalI
フラグメントと、Figure3のヌクレオチド#97から#
362からなるBMP7/SP65の5'SalI−N
coIフラグメントとをNcoI制限部位で連結して1
317個のヌクレオチドフラグメント(Figure3のヌク
レオチド#97から#1402からなる1317個のヌ
クレオチドフラグメントおよびこのフラグメント(13
17個のヌクレオチドフラグメント)の両末端にSal
I制限エンドヌクレアーゼ部位を作るための5'および
3'オリゴヌクレオチドプライマー由来の付加的配列か
らなる)を得る。この1317個のヌクレオチドからな
るSalIフラグメントを、pMT2由来のpMT2C
la−2のSalI部位中に連結する。pMT21をE
coRVおよびXhoIで消化し、この消化したDNA
をDNAポリメラーゼのクレノウフラグメントで処理
し、ついでClaIリンカー(ネビオ・ラブズ(NEBio
Labs)社製,CATCGATG)を連結することによ
り、pMT2Cla−2を構築する。これにより、SV
40複製開始点近傍のHindIII部位から始まる21
71から2420番目の塩基およびpMT2のエンハン
サー配列が除去され、唯一のClaI部位が導入される
が、アデノウイルスのVAI遺伝子はそのまま残る。か
くしてpMT2Cla−2が得られる。このクローンを
BMP−7−pMT2と命名する。BMP−7−pMT
2の挿入フラグメントを、制限エンドヌクレアーゼSa
lIで消化することにより切除する。得られた1317
個のヌクレオチドからなるSalIフラグメントをpM
T21のXhoI制限エンドヌクレアーゼ部位中にサブ
クローン化してクローンBMP−7/pMT21を得
る。このSalIフラグメントもpED4ベクター(上
記のごとくPstI部位をSalI部位に変換してあ
る)のSalI部位中にサブクローン化し、pBMP7
/EMC#4を得る。
【0072】F. BMP−8ベクター 現在のところ、哺乳動物のBMP−8ベクターは構築さ
れていない。しかしながら、Figure6(配列番号:1
1)の配列を用いれば、他のBMPについて上記したも
のと同様なベクターを容易に構築できると考えられる。
実施例7に詳述したBMP−2ベクターと同様な細菌の
発現ベクターを、Figure6のアミノ酸#284の前にM
etを導入することにより構築してもよい。このBMP
−8配列を、BMP−2配列の代わりにベクターpAL
BP2−781中に挿入する。実施例7参照。
【0073】G. アデノシンデアミナーゼ(Ada)マ
ーカーを有するBMPベクター BMP遺伝子をベクターpMT3SV2Ada[アール
・ジェイ・カウフマン,メソッズ・イン・エンザイモロ
ジー(Meth.Enz.)第185巻:537〜566頁(1
990年)]中に挿入して、BMP cDNA遺伝子お
よび選択マーカー(Ada)それぞれの転写単位を含む
発現プラスミドを得る。pMT3SV2Adaは、哺乳
動物細胞における遺伝子(例えばBMP)の挿入および
発現に使用可能なPstI、EcoRI、SalIおよ
びXbaI認識部位を有するポリリンカーを含んでい
る。さらに、該ベクターは、哺乳動物細胞における主要
かつ増幅可能なマーカーとして役立つAdaをコードし
ている2番目の転写単位を有している。BMP−5、B
MP−6、BMP−7それぞれの発現ベクターを構築す
るために、同一の一般的方法を用いる。BMP−5(Fi
gure5)、6(Figure4)または7(Figure3)に対す
る遺伝子を、pED4ベクターについて本質的に前記し
たポリリンカー中に挿入する。これらのベクターを、C
HO DUKX細胞中へのトランスフェクション、つい
で上記Adaマーカーを用いた選択および増幅[カウフ
マンら,プロシーディングス・オブ・ナショナル・アカ
デミー・オブ・サイエンシズ・ユーエスエイ(Proc.Nat
l.Acad.Sci.USA)第83巻:3136〜3140頁(1
986年)]に用いることができる。各ベクターはDH
FR遺伝子を含んでおらず、得られる形質転換細胞はD
HFR陰性のままであるので、DHFRと連結された異
なるBMPを含む2番目のベクターでトランスフェクシ
ョンし、メトトレキセートで増幅することができる。別
法として、pMT3SV2Ada/BMPベクターを用
いて、安定なCHO細胞系(前もって異なるBMP遺伝
子でトランスフェクションしてある)をトランスフェク
ションし、ついでDHFR/メトトレキセート系を用い
て増幅することができる。ついで、得られた形質転換体
をAda系を用いて増幅し、2種の異なるBMP遺伝子
を同時発現し、DHFRおよびAdaマーカー双方を用
いて増幅される細胞系を得る。
【0074】H. BMP−発現哺乳動物細胞系 現在のところ、本発明の組み替え型ホモダイマーおよび
へテロダイマーの製造に用いる最も望ましい細胞系は以
下のものである。上記ベクターを用いる慣用的な形質転
換により、これらの細胞系を調製した。BMP−2発現
細胞系2EG5は、ベクターpBMP2delta−E
MCで安定に形質転換されたCHO細胞である。BMP
−4発現細胞系4E9は、ベクターpBMP4delt
a−EMCで安定に形質転換されたCHO細胞である。
BMP−5発現細胞系5E10は、ベクターBMP5m
ix−EMC−11(増幅レベルは2マイクロモラーの
MXT)で安定に形質転換されたCHO細胞である。B
MP−6発現細胞系6HG8は、ベクターBMP6/E
MCで安定に形質転換されたCHO細胞である。BMP
−7発現細胞系7MB9は、ベクターBMP7/pMT
21で安定に形質転換されたCHO細胞である。
【0075】実施例2−BMPへテロダイマーの一時的
発現 以下の2つの異なる方法により、実施例8のアッセイの
スクリーニングのための一時的発現系における同時発現
によって本発明へテロダイマーを調製してもよい。1番
目の方法において、実施例1記載のpMT2由来および
EMC由来の発現プラスミドならびに同様にして誘導さ
れたベクター(それぞれBMP−2からBMP−7およ
び腫瘍増殖因子(TGFβ1)をコードしている)を構
築した。すべてのプラスミド対の組み合わせを等しい割
合で混合し、DEAE−デキストラン法[ソムペイラク
(Sompayrac)およびダンナ(Danna),プロシーディン
グス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエン
シズ・ユーエスエイ第78巻:7575〜7578頁
(1981年);ルスマン(Luthman)およびマグヌソ
ン(Magnusson),ヌクレイック・アシッズ・リサーチ
(Nucl.Acids Res.)第11巻:1295〜1308頁
(1983年)]を用いるCHO細胞の同時トランスフ
ェクションに用いた。10%ウシ胎児血清、アデノシ
ン、デオキシアデノシン、チミジン(各100μg/m
l)、ペニシリン/ストレプトマイシンおよびグルタミ
ン(1mM)を添加したアルファ最少必須培地(α−M
EM)で細胞を増殖させる。
【0076】ヘパリン、スラミン、デキストラン硫酸の
ごとき化合物の増殖培地への添加は望ましく、CHO細
胞調整培地中に存在するBMP−2の量を増加させる。
同様に、BMP−5もかかる化合物に応答する。それゆ
え、これらのBMP構成成分を含むすべてのへテロダイ
マーのためにこれらの化合物を添加することが考えられ
る。他のBMPも、これらの化合物の効果に応答するか
もしれず、その効果は、成熟BMPと細胞表面との相互
作用を抑制することであると考えられている。翌日、1
00μg/mlヘパリン添加あるいは無添加新鮮培地を
添加した。24時間後、培養物を収穫した。いくつかの
実験系において、トランスフェクション後24〜48時
間のヘパリン無添加培養物を集め、ついで同じプレート
を用いてトランスフェクション後48〜72時間のヘパ
リン存在下での培養物を得た。対照系は、BMP配列を
欠く発現プラスミドを有する形質転換細胞、ただ1つの
BMP配列を含むプラスミドを有する形質転換細胞、ま
たは単一BMP形質転換細胞による培養物と異なるBM
P形質転換細胞による培養物の混合物を含んでいる。
【0077】粗調整培地中に同時発現された(あるいは
未精製の)へテロダイマーBMPを特徴づけすることに
より、以下の結果を得た。一時的に同時発現したBMP
を、実施例8記載のW20基質細胞に対するアルカリホ
スファターゼ活性に関してアッセイした。以下に示すよ
うに、BMP−2とBMP−5、BMP−6およびBM
P−7との同時発現、BMP−4とBMP−5、BMP
−6およびBMP−7との同時発現は、W20アッセイ
において、個々のへテロダイマーのみあるいはホモダイ
マー混合物のいずれよりも強いアルカリホスファターゼ
誘導活性を示した。BMP−2とBMP−7が同時発現
した場合に最大活性が得られた。へテロダイマーBMP
−2/5;BMP−2/6;BMP−4/5;BMP−
4/6およびBMP−4/7も活性が高かった。
【0078】
【表1】
【表2】 単位:活性1単位は、1ng/mlのrhBMP−2に
相当する。 −:アッセイの検出限界以下の活性を示す。
【0079】ついで、CHO細胞の一時的トランスフェ
クションの間、種々の比率の発現プラスミド(9:1、
3:1、1:1、1:3、1:9)を用いてこれらのB
MPの組み合わせを発現させた。9:1ないし1:9の
範囲のプラスミド数の比で、BMP−2を含むプラスミ
ドとBMP−7を含むプラスミドとを用いてこの方法を
行い、個々のBMPのプラスミドが大体同数の場合に、
W20アッセイにおいて最大活性が得られた。単一のB
MPを含むプラスミドでトランスフェクションした宿主
細胞と比較すると、BMP−2のBMP−7に対する比
がそれぞれ3:1ないし1:3の場合にもW20アッセ
イにおける活性が増大した。しかしながら、これら後者
の比較においては1:1の比よりも活性が低かった。B
MP−2およびBMP−7以外からなるへテロダイマー
に関する同様な比率が当業者により決定されうる。例え
ば、BMP−2およびBMP−6間で形成されるへテロ
ダイマーに関する予備実験により、同時トランスフェク
ションに好ましい比率は3:1であることが示されてい
る。この方法に関する好ましい比率の決定は、当該分野
の技術的範囲内である。同時発現したBMPを一時的に
得るための別法として、それぞれBMP−2、BMP−
4、BMP−5、BMP−6およびBMP−7を発現す
る実施例1で確認された安定なCHO細胞系を1日間同
時培養し、ついで46.7%ポリエチレングリコール
(PEG)で融合させる。融合1日後、新鮮培地を添加
し、24時間後にW20アッセイ(実施例8に記載)用
に収穫する。そのアッセイの結果は、実質的に上記結果
と同様であった。それゆえ、BMP−5、6または7と
ともに同時発現したBMP−2または4との組み合わせ
のすべては、いかなる単独BMPホモダイマーよりも高
い活性を示した。個々のBMPホモダイマーのみが発現
される対照実験および収穫後混合された調整培地におい
ては、活性は常に個々のBMPの中間値であり、同時発
現されたへテロダイマーBMPは、個々に発現されたB
MPホモダイマーの組み合わせよりも高い活性を示すこ
とがわかった。
【0080】実施例3−BMPへテロダイマーの安定な
発現 A. BMP−2/7 実施例2の一時的な分析の結果に基づき、BMP−2お
よびBMP−7を同時発現する安定な細胞系を作った。
好ましい安定な細胞系2E7E−10を以下のようにし
て得た:プラスミドDNA(pBMP−7−EMCおよ
びpBMP−2−EMCの1:1混合物,実施例1に記
載)を、エレクトロポーレーション[ノイマン(Neuma
n)ら,エムボー・ジャーナル第1巻:841〜845頁
(1982年)]によりCHO細胞中へトランスフェク
ションさせた。2日後、細胞を、10%透析済みウシ胎
児血清を含み、ヌクレオシド不含選択培地に移した。1
0〜14日後にDHFRを発現するコロニーを数えた。
各コロニーまたはコロニーのプールを培養し、標準的方
法を用いて、各へテロダイマーBMP構成成分のRNA
および蛋白の発現について分析し、ついでMTXを増加
させた場合の増殖により、その増幅に関して選択を行っ
た。好ましいクローン(2E7Eと命名)の段階的選択
を、MTX濃度0.5μMまで行った。ついで得られた
細胞系を増殖させ、へテロダイマー2/7発現について
アッセイした。かかる分析法には、構成成分のDNAの
存在を検出するウエスタンブロット分析、代謝的に標識
された蛋白の定量およびSDS−PAGE分析、ならび
に部位の異なるラット・骨形成アッセイを用いた軟骨お
よび/または骨形成活性の分析(実施例9)が包含され
る。現在のところ、好ましいクローン的に誘導された細
胞系は2E7E−10であると確認されている。この細
胞系は、0.5μM MTX含有培地中にBMP−2/
7へテロダイマー蛋白を分泌する。
【0081】CHO細胞系2E7E−10を、10%ウ
シ胎児血清を含むダルベッコの改変イーグル培地(Dalb
ecco's modified Eagle's medium)(DMEM)/ハム
の(Ham's)栄養混合物F−12の1:1(v/v)混
合培地中で増殖させる。細胞が80ないし100%集密
的になった場合、培地を無血清DMEM/F−12に置
換する。4日にわたり24時間おきに培養物を収穫す
る。蛋白生産および精製のために細胞を無血清下で培養
する。同時発現細胞系2E7E−10が、最初は実施例
2記載のBMP−2発現細胞系2EG5よりも少量のB
MP蛋白を生産するように見えるが、推定へテロダイマ
ーの比活性が、少なくともBMP−ホモダイマーの5倍
であることがわかる(実施例6参照)。別のへテロダイ
マー生産細胞を構築するために、安定な細胞系7MB9
(前もってpBMP−7−pMT2でトランスフェクシ
ョンされ、BMP−7を発現する)を用いる。7MB9
を増幅し、DHFR/MTX系を用いて2μMメトトレ
キセート耐性により選択する。安定な同時発現細胞系を
得るために、BMP−2およびTn5トランスポゾン由
来のネオマイシン耐性遺伝子を含む発現ベクターpBM
P−2Δ−EN(EMC−Neo)で、細胞系7MB9
をトランスフェクションする。得られた形質転換された
安定細胞系を、G−418およびMTX耐性に関して選
択する。個々のクローンを拾い、前記したようにBMP
発現について分析する。一時的同時発現により上昇した
活性を示すBMPの他の組み合わせを同時発現する安定
な細胞系は、安定な発現においても同様に高い活性を示
すことが予想される。
【0082】B. BMP−2/6 実施例2の一時的アッセイの結果に基づいて、BMP−
2およびBMP−6を同時発現する安定な細胞系を作っ
た。好ましい細胞系12C07を以下のようにして得
た:プラスミドDNA(pBMP−6−EMCおよびp
BMP−2−EMCの1:3混合物)を、エレクトロポ
ーレーション[ノイマンら,エムボー・ジャーナル第1
巻:841〜845頁(1982年)]によりCHO細
胞中にトランスフェクションさせた。2日後、細胞を選
択培地(10%透析済みウシ胎児血清含有、ヌクレオシ
ド不含)に移した。DHFRを発現するコロニーを10
〜14日後に得た。個々のコロニーあるいはコロニーの
プールを広げ、標準的方法を用いて個々のへテロダイマ
ーBMP構成成分のRNAおよび蛋白の発現を分析し、
ついでMTX濃度を増加させて増殖させることにより、
増幅に関して選択した。MTX濃度2.0μMに至るま
で、好ましいクローン(12−Cと命名)の段階的選択
を行った。ついで細胞系を増殖させ、へテロダイマー2
/6発現についてアッセイした。かかるアッセイ方法に
は、構成成分のDNAの存在を検出するウエスタンブロ
ット分析、代謝的に標識された蛋白の定量およびSDS
−PAGE分析、ならびに部位の異なるラット・骨形成
アッセイを用いた軟骨および/または骨形成活性の分析
(実施例9)が包含される。現在のところ、好ましいク
ローン的に誘導された細胞系は12C07であると確認
されている。この細胞系は、2.0μMMTX含有培地
中にBMP−2/6へテロダイマー蛋白を分泌する。C
HO細胞系12C07を、10%ウシ胎児血清を含むダ
ルベッコの改変イーグル培地(Dalbecco's modified Ea
gle's medium)(DMEM)/ハムの(Ham's)栄養混
合物F−12の1:1(v/v)混合培地中で増殖させ
る。細胞が80ないし100%集密的になった場合、培
地を無血清DMEM/F−12に置換する。4日にわた
り24時間おきに培養物を収穫する。蛋白生産および精
製のために細胞を無血清下で培養する。同時発現細胞系
12C07が、最初は実施例2記載のBMP−2発現細
胞系2EG5よりも少量のBMP蛋白を生産するように
見えるが、推定へテロダイマーの比活性が、少なくとも
BMP−ホモダイマーの3〜5倍であることがわかる
(実施例6参照)。別のへテロダイマー生産細胞を構築
するために、安定な細胞系2EG5(前もってpBMP
−2−EMCでトランスフェクションされ、BMP−2
を発現する)を用いる。2EG5を増幅し、DHFR/
MTX系を用いて2μMTXメトトレキセート耐性によ
り選択する。安定な同時発現細胞系を得るために、BM
P−6およびADA耐性遺伝子を含む発現ベクターpB
MP−6−ada(adaデアミナーゼ)で、細胞系2
EG5をトランスフェクションする。得られた形質転換
された安定細胞系を、DCFおよびMTX耐性に関して
選択する。個々のクローンを拾い、前記したようにBM
P発現について分析する。一時的同時発現により上昇し
た活性を示すBMPの他の組み合わせを同時発現する安
定な細胞系は、安定な発現においても同様に高い活性を
示すことが予想される。
【0083】実施例4−BMP2/7およびBMP2/
6へテロダイマーの精製 BMP−2/6へテロダイマーおよびBMP−2/7へ
テロダイマーに関するのと同じ精製法を用いた。組換え
によりBMPへテロダイマー2/7または2/6を生産
するようになった細胞系2E7E−10または12C0
7を含む培養物を、付着または懸濁いずれかの培養によ
り得た。同時発現したBMPを小スケールの培養で得る
たまに、付着培養物をローラーボトル中に接種し、10
%透析済み熱失活ウシ胎児血清[ペンシルバニア州デン
バーのハズレトン(Hazleton)社製]含有アルファ最少
イーグル培地[α−MEM,ニューヨークのグランドア
イランド(Grand Island)のギブコ(Gibco)社製]中
で集密的になるまで培養した。ついで培地を無血清、無
アルブミン、低蛋白培地(ダルベッコの改変イーグル培
地およびハムのF−12培地の50:50混合物を基礎
とし、所望により100マイクログラム/mlのデキス
トラン硫酸を補足)に切り替えた。4〜5日間毎日収穫
してプールしておき、組み換え型蛋白の精製に用いた。
上記のごとくローラーボトル培養で得られた培養物を室
温でゆっくりと融解し、プールした。プールした培養物
のpHを、1M Tris,pH8.0を用いて8.0に
合わせた。カラムにマトレックス・セルファイン・サル
フェート(MatrexCellfine Sulfate)[アミコン社製]
を入れ、50mM Tris,pH8.0で平衡化した。
培養物の負荷が完了した後、カラムを50mM Tri
s、0.4M NaClを含む緩衝液(pH8.0)で、
280nmのベースラインが安定化するまで洗浄した。
ついでカラムを50mM Tris,pH8.0で洗浄し
て緩衝液からNaClを除去した。ついで樹脂を、50
mM Tris、0.2M NaCl、4M尿素(pH
8.0)で、ピークが溶出するまで洗浄した。ついでカ
ラムを、50mM Tris,pH8.0で洗浄して尿素
を除去した。ついで、結合したBMP−2/7またはB
MP−2/6を、50mM Tris、0.5M NaC
l、0.5Mアルギニン(pH8.0)を用いて溶出し
た。溶出液を1つに集め、所望ならばさらなる精製まで
凍結してもよい。このセルファイン・サルフェート溶出
物を、14倍体積の6M尿素で希釈し、ついで試料のp
Hを6.0にした。ヒドロキシアパタイト−ウルトロゲ
ル(Hydroxyapatite-Ultrogel)[アイビーエフ(IBF)
社製]をカラムに注入し、80mMリン酸カリウム、6
M尿素(pH6.0)で平衡化した。
【0084】試料負荷完了後、べッド体積の10倍の平
衡化緩衝液で洗浄した。結合しているBMP−2/7あ
るいはBMP−2/6へテロダイマーは、ベッド体積の
5倍の100mMリン酸カリウム、6M尿素(pH7.
4)で溶出された。この溶出物を、ビダック(Vydac)
逆相HPLCカラム(水−0.1%TFAで平衡
化)に直接負荷した。BMP−2/7あるいはBMP−
2/6へテロダイマーを、水−0.1%トリフルオロ酢
酸中30〜50%アセトニトリルのグラジエントで溶出
した。BMP−含有フラクションを、還元剤の存在また
は不存在下のSDS−PAGEにより確認した。ホモダ
イマー対へテロダイマーに関するBMP−の同定を2次
元PAGE(還元剤の存在または不存在下)により行っ
た。へテロダイマー含有フラクションのバンドは2個の
スポットに減少し、ホモダイマーのバンドは各BMP種
の1個のスポットに減少した。BMP−2/6へテロダ
イマーサブユニットを蛋白シーケネーターで分析した。
以下の種のBMP−2/6へテロダイマーが存在する:
アミノ酸#283 Gln−Ala−Lysまたは#2
49 Ser−Leu−Hisから始まるBMP−2サ
ブユニットに結合した、アミノ酸#375 Ser−A
la−Ser−Serから始まるBMP−6サブユニッ
ト。しかしより少量の他の種も存在しうる。本発明のい
かなる組み替え型BMPについても同一または実質的に
同様な精製法を用いることができると考えられる。本発
明のBMP−2/7あるいはBMP−2/6もしくは他
のへテロダイマーに関しては、ハイドロキシアパタイト
−ウルトロゲルカラムが不要であるかもしれず、その場
合、セルファイン・サルフェート溶出物を直接C逆相
HPLCカラムに負荷することにより精製スキームを変
更してもよい(ハイドロキシアパタイト−ウルトロゲル
カラムを用いず)。
【0085】実施例5−蛋白の特徴づけ35 Sメチオニン標識後、同時発現細胞系から分泌され
る全蛋白をウエスタンブロット分析(例えばBMP−2
およびBMP−7のへテロダイマーの両方のBMPに対
する抗体を用いる)により分析する。アルカリホスファ
ターゼのアッセイも一緒に行い、データによりへテロダ
イマーの存在およびその比活性が示される。以下の詳細
な説明は、BMP−2/7およびBMP−2/6へテロ
ダイマーについて集めたデーターに対するものである。
しかしながら、同様の方法を本明細書記載の他のへテロ
ダイマーに適用することにより、同様の結果が得られ
る。
【0086】A. 35S−Met標識 BMP2Δ−EMCおよびBMP7Δ−EMC発現ベク
ターの同時トランスフェクションにより誘導された細胞
系に35S−メチオニンを15分間パルスし、無血清培
地(ヘパリン存在または不存在)で6時間チェイスし
た。PAGEおよびフルオログラフィーにより、還元条
件下で全分泌蛋白を分析した。その結果により、いくつ
かの細胞系がBMP−2およびBMP−7蛋白を分泌す
ることが示された。アルカリホスファターゼ活性と同時
発現した蛋白量との間には良い相関関係がある。いくつ
かの細胞系は、BMP−2のみを分泌する細胞系2EG
5(10μg/mlのBMP−2を生産)よりも少量の
BMP−2および7を分泌する。細胞系2E7E−10
(0.5mM MTXのレベルで増幅)は、細胞系2E
G5と同じレベルでBMP−2およびBMP−7を等し
い割合で分泌する。細胞系2E7E−10は、ある分析
において600マイクログラム/mlのBMP−2ホモ
ダイマー活性に相当する量を生産する。全標識蛋白を2
次元非還元/還元ゲル系で分析してへテロダイマーが生
成しているかどうかを確認した。予備実験結果により、
BMP−2のみまたはBMP−7のみを発現するいずれ
かの細胞系においては見られない独自のスポットがこの
ゲル中に存在することが示され、2/7へテロダイマー
の存在が示唆された。精製物質を用いた同じゲルは、2
/7へテロダイマーの存在を示す同じ結果(ゲル上の2
つの特有のスポット)を示した。組み換え型BMP−2
/7の精製とは対照的に、BMP−2ホモダイマーはB
MP−2/6調製物中には検出されなかった。しかしな
がら、有意な量のBMP−6ホモダイマーが見られた。
さらに、有意な量のN−末端アミノ酸が20個切除され
ているBMP−6が見られた。細胞培養中、プロテアー
ゼインヒビターを添加することにより、この種を除去で
きた。BMP−2/6は、C逆相HPLCにおいて、
BMP−2/7よりも2ないし3フラクション遅れて溶
出することがわかった。主要なBMP−2/7へテロダ
イマー種が、成熟BMP−2サブユニット[アミノ酸#
283(Gln)〜#396(Arg)]およびBMP
−7成熟サブユニット[#293(Ser)〜#431
(His)]からなることがアミノ酸配列決定により示
される。BMP−2/6へテロダイマーは、成熟BMP
−2サブユニット(#283〜396)および成熟BM
P−6サブユニット[#375(Ser)〜#513
(His)]からなっている。
【0087】B. ウエスタンブロット分析と組み合わせ
た免疫沈降 BMP−2のみ(2EG5)、BMP−7のみ(7MB
9)または2E7E−10同時発現細胞系による調整培
地を、BMP−2またはBMP−7抗体(いずれもウサ
ギで得た慣用的なポリクローナル抗体)いずれかととも
に免疫沈降反応に付し、ついで抗BMP−2または抗B
MP−7抗体いずれかをプローブとするウエスタンブロ
ットで分析した。2/7へテロダイマーは沈澱し、ウエ
スタンブロットにおいてBMP−2およびBMP−7両
抗体と反応した。一方、いずれのBMPもそれ自身はそ
の特異的抗体と反応するが、相対する抗体とは反応しな
い。 抗BMP−7抗体W33[マサチューセッツ州ケ
ンブリッジのジェネティクス・インスティチュート,イ
ンク社製]により沈澱し、ウエスタンブロット上で抗B
MP−2抗体W12またはW10[ジェネティクス・イ
ンスティチュート,インク社製]と反応する、同時発現
細胞系中の蛋白は、BMP−2またはBMP−7のみを
発現する細胞系には存在しないことがこの方法を用いて
示された。この実験により、この蛋白種がへテロダイマ
ー蛋白であることが示される。逆に、W12との沈澱お
よびW33でのプローブにおいては同じ結果が得られ
た。
【0088】実施例6−へテロダイマーの比活性 A. インビトロでのアッセイ 安定な細胞系2E7E−10と2EG5との、および1
2C07と2EG5との増殖培地中に分泌されるBMP
−2/7またはBMP−2/6へテロダイマー、および
BMP−2ホモダイマーそれぞれの比活性を以下のごと
く測定した。ウエスタンブロット分析またはPAGEお
よびフルオロメトリーによる35Sメチオニン標識細胞
から分泌される蛋白を分析することにより、調整培地中
のBMP蛋白量を測定した。ついで、同じ細胞系により
W20細胞に対して生産されるアルカリホスファターゼ
または骨カルシウム沈着誘導の活性を測定した。増殖培
地中に分泌された蛋白に対する活性の比からBMP比活
性を計算した。ある実験において、PAGEおよびフル
オロメトリーによれば、2E7E−10および2EG5
は同程度の量の全BMP蛋白を分泌した。2E7E−1
0は2EG5の約50倍のアルカリホスファターゼ誘導
活性を示し、該へテロダイマーの比活性がそのホモダイ
マーの約50倍であることが示された。別の実験におい
て、2EG5により分泌されたBMP−2蛋白量は、2
E7E−10により分泌されたBMP−2/7よりも約
50%多かった。しかしながら、2E7Eー10は、2
EG5の約10倍の骨カルシウム沈着誘導活性を示し
た。このタイプのいくつかの異なる実験から、BMP−
2/7へテロダイマーの比活性は、BMP−2ホモダイ
マーの5ないし50倍であると評価された。
【0089】Figure8およびFigure9は、W20アルカ
リホスファターゼおよびBGP(骨Gla蛋白,オステ
オカルシン)アッセイにおけるBMP−2およびBMP
−2/7の活性の比較である。BMP−2/7は比活性
がBMP−2よりもずっと高い(Figure8)。Figure8か
らわかるように、W−20細胞において最大ホスファタ
ーゼ応答の50%を誘導するには約1.3ng/mlの
BMP−2/7で十分であった。アルカリホスファター
ゼ応答が極大化しないため、BMP−2の対応する値は
計算が困難である。しかし最大の半分の応答には30n
g/ml以上が必要である。よって、BMP−2/7
は、W−20アッセイにおいて、BMP−2の20ない
し30倍の比活性を有する。Figure9からわかるよう
に、この実験においてBMP−2/7は、BGP(骨G
la蛋白,骨カルシウム沈着)生成において、BMP−
2よりも効果的な刺激剤であった。BMP−2/7でW
−20−17細胞を4日間処理すると62ng/mlで
最大BGP応答が得られ、11ng/mlで最大BGP
の50%が誘発される。対照的に、468ng/mlの
蛋白を与えるまではBMP−2によるBGP合成に対す
る最大刺激が見られなかった。W−20−17細胞によ
るBGP応答を誘発するのに必要なBMP−2/7の最
少量は3.9ng/mlであり、BMP−2所要量29
ng/mlの約7分の1であった。これらの結果は、B
MP−2およびBMP−2/7について得られたW−2
0−17アルカリホスファターゼアッセイにおいて得ら
れたデータと矛盾しなかった。予備分析により、BMP
−2/6がインビトロにおいてBMP−2/7と同等の
比活性を有することが示される。W−20におけるBM
P−2およびBMP−2/6のアルカリホスファターゼ
誘導能力を比較すると、Figure12に示すように、この
アッセイ系においては、BMP−2/6はBMP−2よ
りも高い比活性を有している。このデータは、BMP−
2およびBMP−2/6のインビボでのアッセイにより
得られた値とよく一致している。
【0090】B. インビボでのアッセイ (i)BMP−2/7 精製BMP−2/7およびBMP−2/7を、ラットの
異なる部位における骨形成アッセイにおいて試験した。
一連の異なる量のBMP−2/7またはBMP−2を、
3系並列してラットに移植した。5および10日後、移
植物を取り出し、骨または軟骨の存在について組織学的
に試験した。新たに形成された軟骨および骨の量につい
ての組織学的スコアを表Aにまとめてある。
【0091】
【表3】
【0092】ラットの異なる部位における軟骨および骨
誘導アッセイに要したBMP−2/7の量はBMP−2
よりも少量である。組織学的には、BMP−2/7およ
びBMP−2により誘導された軟骨または骨の外観は同
じである。
【0093】(ii)BMP−2/6 種々の量のそれぞれのBMPをラットの異なる部位に1
0日間移植することにより、BMP−2/6のインビボ
活性をBMP−2のそれと比較した。この実験結果(表
B,Figure13)により、BMP−2/7同様BMP−
2/6もBMP−2にと比べてインビボ活性が上昇した
ことが示される。BMP−2/7、BMP−6およびB
MP−2/6の比活性を、蛋白をラットの異なる部位に
10日間移植した後比較する。これらの実験結果を表C
およびFigure14に示す。BMP−2/6は、BMP−
2/6またはBMP−6よりも、強力な骨形成誘導剤で
ある。BMP−2/6で観察された骨形成は、等量のB
MP−2/7で観察された結果と比肩しうる。BMP−
2/6移植物の外観は、BMP−2またはBMP−2/
7含有移植物の外観と全く同じである。
【0094】
【表4】
【0095】
【表5】
【0096】実施例7−イー・コリにおけるBMPダイ
マーの発現 欧州特許出願第433,255号の記載をわずかに改変
した方法により、生物学的に活性のあるホモダイマー形
態のBMP−2をイー・コリ中で発現させた。上記欧州
特許出願中に開示されている他の方法を用いて本発明へ
テロダイマーをイー・コリから生産させてもよい。本発
明へテロダイマーにこれらの方法を適用することは、イ
ー・コリから活性BMPへテロダイマー蛋白を生産させ
ることを予想させる。
【0097】A. BMP−2発現ベクター BMP−遺伝子の成熟部分(配列番号:14)および以
下に詳述する他の配列を含んでいる発現プラスミドpA
LBP−781(Figure7)(配列番号:13)を構築
した。下記のごとく、このプラスミドにより、イー・コ
リ宿主株GI724においてBMP−2が全蛋白の5〜
10にまで蓄積した。プラスミドpALBP−781は
以下の基本的特徴を有する。ヌクレオチド1〜2060
は、宿主イー・コリにおいて抗生物質アンピシリン耐性
を付与するβ−ラクタマーゼ遺伝子を含むpUC−18
由来の配列、およびcolE1由来の複製開始点を含ん
でいる。ヌクレオチド2061〜2221は、3つのオ
ペレーター配列O1、O2およびO3を有するバ
クテリオファージλの主要なレフトワードプロモーター
(leftward promotor)(pL)のDNA配列[サンガ
ー(Sanger)ら,ジャーナル・オブ・モレキュラー・バ
イオロジー(J.Mol.Biol.)第162巻:729〜77
3頁(1982年)]を含んでいる。オペレーターはλ
cIリプレッサー蛋白の結合部位であり、その細胞内レ
ベルはpLによる転写開始量を制御している。ヌクレオ
チド2222〜2723は、サンガーら,ジャーナル・
オブ・モレキュラー・バイオロジー第162巻:729
〜773頁(1982年)記載のバクテリオファージλ
由来のヌクレオチド35566ないし35472および
38137ないし38361に由来する配列上に含まれ
る強力なリボゾーム結合配列を含んでいる。ヌクレオチ
ド2724〜3133は、さらに62ヌクレオチドから
なる3'−非翻訳配列を伴った成熟BMP−2をコード
しているDNA配列を含んでいる。
【0098】ヌクレオチド3134〜3149は、制限
エンドヌクレアーゼ部位を有する「リンカー」DNAを
提供する。ヌクレオチド3150〜3218は、イー・
コリaspA遺伝子の転写終結配列[タカギ(Takagi)
ら,ヌクレイック・アシッズ・リサーチ第13巻:20
63〜2074頁(1985年)]に基づく転写終結配
列を提供する。ヌクレオチド3219〜3623はpU
C−18由来のDNA配列である。後記するように、イ
ー・コリ宿主株を適当な条件下で培養した場合、pAL
BP2−781により高レベル(全細胞蛋白の約10
%)のBMP−2蛋白が生産されうる。ダゲルト(Dage
rt)およびエールリッヒ(Ehrlich),ジーン(Gene)第
6巻23頁(1979年)の方法により、pALBP2
−781をイー・コリ宿主株GI724(F,lacI,lac
PL8,ampC::λcI)中に形質転換した。[形質転換さ
れない宿主株イー・コリGI724を、適用可能な法律
および規則に従い、特許目的のために受託番号ATCC
55151の下、1991年1月31日に、メリーラ
ンド州ロックビルのパークローンドライブ12301の
アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクションに寄託
した]形質転換株を、0.5%(w/v)グルコース、
0.2%(w/v)カザミノ酸および100μg/ml
アンピシリンを補足したM9培地[ミラー(Miller),
「エクスペリメンツ・イン・モレキュラー・ジェネティ
クス(Experiments in Molecular Genetics)」,ニュー
ヨークのコールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリ
ー(1972年)]からなる1.5%(w/v)寒天プ
レート上で選択した。GI724は、ampCの位置の
染色体中に安定に組み込まれた野生型λcIリプレッサ
ー遺伝子のコピーを含んでいる。この位置で該遺伝子は
サルモネラ・ティフィムリウム(Salmonalla typhimuri
um)のtrpプロモータ/オペレーター配列の支配を受
ける。GI724において、λcI蛋白は、トリプトフ
ァン不含培地中(最少培地または上記IMCのごときカ
ザミノ酸を補足した最少培地)で増殖している間のみ生
産される。GI724の培地へのトリプトファン添加に
よりtrpプロモーターを抑制し、λcI合成のスイッ
チを切り、徐々にpLプロモーター(細胞中に存在する
ならば)からの転写誘導を引き起こす。
【0099】pALBP2−781で形質転換されたG
I724を、A550(550nmにおける吸光度)が
0.5になるまでIMC培地中で37℃で増殖させる。
トリプトファンを最終濃度100μg/mlになるよう
添加し、さらに4時間培養した。この期間中、BMP−
2蛋白が、細胞の全蛋白の約10%になるまで蓄積し、
すべて「封入体」画分となる。BMP−を以下のごとく
不溶性モノマー形態として回収する。細胞破壊および回
収を4℃で行う。約9gの培養済み湿イー・コリGI7
24/pALBP2−781細胞を30mlの0.1M
Tris/HCl、10mM EDTA、1mMフェ
ニルメチルスルホニルフルオライド(PMSF),pH
8.3(破壊用緩衝液)に懸濁する。細胞を、細胞破壊
器に4回通し、破壊用緩衝液で体積を100mlにす
る。懸濁物を20分遠心分離(15000x g)す
る。得られたペレットを、1M NaCl含有破壊用緩
衝液(50ml)に懸濁し、上記のごとく10分間遠心
分離する。ペレットを、1% Triton X−10
0(ピアース(Pierce)社製)含有破壊用緩衝液(50
ml)に懸濁し、再度上記のごとく遠心分離する。つい
で洗浄したペレットを、25mlの20mM Tris
−HCl、1mM EDTA、1mM PMSF、1%
DTT,pH8.3に懸濁し、ガラス製ホモジナイザー
でホモジナイズする。得られた懸濁液に、不溶型の粗モ
ノマーBMP−2が含まれている。
【0100】上記のごとく得た10mlの該BMP−2
懸濁液を、10%酢酸で酸性にしてpH2.5とし、エ
ッペンドルフ遠心管に入れ室温で10分間遠心分離す
る。上清をクロマトグラフィーに付した。1%酢酸中セ
ファクリルS−100HRカラム(ファルマシア(Phar
macia)社製)クロマトグラフィーを行った(流速1.4
ml/分)。モノマーBMP−2含有フラクションをプ
ールする。これを用いて生物学的活性のあるホモダイマ
ーBMP−2を得る。上記可溶化および精製により得ら
れたモノマーBMP−2から、生物学的活性のあるホモ
ダイマーBMP−2を下記のようにして得ることができ
る。0.1、0.5または2.5mgのBMP−2をそれ
ぞれ20、100または500μg/mlとなるよう、
50mM Tris−HCl,pH8.0、1M NaC
l、5mM EDTA、2mM還元型グルタチオン、1
mM酸化型グルタチオンおよび33mM CHAPS
[カルビオケム(Calbiochem)社製]に溶解する。4℃
または23℃で4日おいた後、該混合物を0.1%TF
Aで5〜10倍に希釈する。透析した該混合物をビダッ
クC4 214TP54カラム(25x0.46cm)
[米国のザ・ネスト・グループ(The Nest Group)社
製]上の逆相HPLC(流速1ml/分)に付すことに
より、生物学的に活性のあるBMP−2の精製を行う。
緩衝液Aは0.1%TFAである。緩衝液Bは90%ア
セトニトリルおよび0.1%TFAである。直線的グラ
ジエントは、0から5分で緩衝液B20%;5から10
で緩衝液B20から30%;10から40分で緩衝液B
30から60%;40から50分で緩衝液B60から1
00%とした。ホモダイマーBMP−2をHPLCカラ
ムから溶出し、集める。
【0101】HPLCフラクションを凍結乾燥し、試料
用緩衝液(1.5M Tris−HCl,pH8.45、
12%グリセロール、4% SDS、0.0075%S
erva Blue G、0.0025%フェノールレ
ッド、100mMジチオスレイトール添加または無添
加)に再溶解し、95℃で5分間加熱する。泳動用緩衝
液は、100mM Tris、100mMトリシン(1
6%トリシンゲル)[ノベックス(Novex)社製]、0.
1% SDS(pH8.3)である。該SDS−PAG
Eゲルを、125ボルトで2.5時間通電する。ゲル
を、200mlの0.5%クーマシーブリリアントブル
ーR−250、25%イソプロパノール、10%酢酸
中、60℃に加熱して1時間染色する。ついで、ゲル
を、10%酢酸、10%イソプロパノールでバックグラ
ウンドが透明になるまで脱色する。還元型物質は約13
kDのところまで泳動した。非還元型物質は約30kD
まで泳動した。このことはBMP−2ダイマーであるこ
とを示す。この物質は、後のW20アッセイ(実施例
6)において活性を示した。
【0102】B. BMP−7発現ベクター BMP−7を高レベル発現させるためにプラスミドpA
LBP7−981を構築した。pALBMP7−981
は、2つの例外を除いてはpALBMP2−781と同
じである。BMP−2遺伝子(pALBP2−781の
2724〜3133番目の残基)がBMP−7成熟蛋白
の遺伝子で置き換えられており、成熟BMP−7蛋白配
列:
【化2】 の初めの7個の残基をコードしている配列が除去されて
おり、pALBP2−781の2707および2723
番目の残基間に見られるリボゾーム結合部位が別のリボ
ゾーム結合部位(T7ファージの遺伝子10に先行する
配列5'−CAAGAAGGAGATATACAT−3'
に基づく)に置き換えられている。BMP−7生産に用
いた宿主株および増殖条件はBMP−2に関して記載し
たものと同じであった。
【0103】C. BMP−3発現ベクター BMP−3を高レベル発現させるためにプラスミドpA
LB7−782を構築した。このプラスミドは、BMP
−2遺伝子(pALBP2−781の2724〜313
3番目の残基)が成熟BMP−3の形態をコードしてい
る遺伝子に置き換えられていること以外は、プラスミド
pALBP2−781と同じである。このBMP−3遺
伝子の配列は:
【化3】 である。BMP−3の生産に用いた宿主株および増殖条
件は、BMP−2に関して記載したものと同じであっ
た。
【0104】D. イー・コリにおけるBMP−2/7へ
テロダイマーの発現 前記のごとく、酸性化およびゲル濾過により、精製した
変性BMP−2およびBMP−7モノマーをイー・コリ
封入体ペレットから単離した。125μgの各BMP
(1%酢酸中)を混合し、急速真空乾燥した。得られた
物質を、2.5mlの50mM Tris、1.0M N
aCl、5mM EDTA、33mMCHAPS、2m
Mグルタチオン(還元型)、1mMグルタチオン(酸化
型),pH8.0に再懸濁した。この試料を23℃で1週
間インキュベーションした。BMP−2/7へテロダイ
マーを、ビダックC4カラム(25x0.46cm)上
のHPLCにより単離した。該試料を微量遠心機で5分
間遠心分離し、上清を22.5mlの0.1%TFAで希
釈した。 A緩衝液:0.1%TFA B緩衝液:0.1%TFA、95%アセトニトリル 1.0ml/分 0〜5分 20%B 5〜10分 20〜30%B 10〜90分 30〜50%B 90〜100分 50〜100%B SDS−PAGE分析によると、BMP−2/7へテロ
ダイマーは約23分で溶出した。Figure10は、イー・
コリBMP−2およびBMP−2/7へテロダイマーの
W20活性を比較したもので、へテロダイマーのほうが
活性が高いことを示す。
【0105】F.イー・コリにおけるBMP−2/3へ
テロダイマーの発現 BMP−2およびBMP−3モノマーを以下のようしし
て得た:1.0gの凍結した収穫細胞(BMP−2また
はBMP−3を発現する)に、3.3mlの100mM
Tris、10mM EDTA,pH8.3を添加し
た。細胞を激しくボルテックスすることにより再懸濁し
た。33μlのイソプロパノール中100mM PMS
Fを添加し、細胞を、フレンチプレスに1回かけること
により溶解させた。溶解物を微量遠心機にて4℃で20
分遠心分離した。上清を捨てた。封入体ペレットを8.
0Mグアニジン塩酸塩、0.25M DTT、0.5M
Tris、5mM EDTA,pH8.5中に取り、37
℃で1時間暖めた。還元され変性したBMPモノマー
を、以下のようにしてスペルコ(Supelco)C4ガード
カラム上のHPLCにより単離した。 A緩衝液:0.1%TFA B緩衝液:0.1%TFA、95%アセトニトリル 1.0ml/分 0〜5分 1%B 5〜40分 1〜70%B 40〜45分 70〜100%B モノマーBMPは28〜30分で溶出した。A280お
よび適当な吸光係数により蛋白濃度を測定した。10μ
gのBMP−2およびBMP−3を合一し、急速真空乾
燥した。これに50μlの50mM Tris、1.0
M NaCl、5mM EDTA、33mM CHAP
S、2mM還元型グルタチオン、1mM酸化型グルタチ
オン,pH8.5を添加した。得られた試料を23℃で3
日間インキュベーションした。該試料を、16%トリシ
ンゲル上のSDS−PAGE(還元または非還元条件
下)により分析した。BMP−2/3へテロダイマーは
非還元条件下で約35kDの位置まで移動し、還元条件
下では、BMP−2モノマーは13kDまで、BMP−
3は21kDまで移動した。イー・コリにおいて生産さ
れたBMP−2/3へテロダイマーを、インビボ活性に
ついて試験する。10日間にわたり、20μgを用いて
BMP−2/3とBMP−2のインビボ活性を比較す
る。BMP−2/3移植物は軟骨または骨形成活性を示
さなかったが、対象のBMP−2移植物は、予想どおり
の量の骨および軟骨形成を示した。BMP−2/3に関
して得られたインビボでのデーターは、W−20アッセ
イにより得られたインビトロでのデータと矛盾しない。
【0106】実施例8−W−20バイオアッセイ A. W−20細胞の説明 指示細胞系としてのW−20骨髄基質細胞の使用は、B
MP−2で処理した後、これらの細胞が骨芽細胞様細胞
へ転換することに基づく[アール・エス・シース(R.S.
Thies)ら,「ボーン・モルホジェネティック・プロテイ
ン・オルターズ・W−20・ストロマル・セル・ディフ
ァレンシエーション・イン・ビトロ(BoneMorphogeneti
c Protein alters W-20 stromal cell differentiation
in vitro)」,ジャーナル・オブ・ボーン・アンド・ミ
ネラル・リサーチ(Journal of Bone and Mineral Rese
arch)第5巻(2):305頁(1990年);および
アール・エス・シースら,「リコンビナント・ヒューマ
ン・ボーン・モルホジェニック・プロテイン 2 イン
デューシズ・オステオブラスティック・ディファレンシ
エーション・イン・W−20−17・ストローマル・セ
ルズ(RecombinantHuman Bone Morphogenetic Protein
2 Induces Osteoblastic Differentiationin W-20-17 S
tromal Cells)」,エンドクリノロジー(Endocrinolog
y)印刷中(1992年)]。詳細には、W−20細胞
は、ディー・ナタン(D.Nathan)博士(マサチューセッ
ツ州ボストンのチルドレンズ・ホスピタル(Children's
Hospital))の研究室の研究者により成長したマウス
から誘導された骨髄基質細胞系クローンである。W−2
0細胞のBMP−2処理により、(1)アルカリホスフ
ァターゼ生産が増大する、(2)PTH刺激によるcA
MPの誘導、および(3)該細胞によるオステオカルシ
ン合成の誘導が起こる。(1)および(2)は骨芽細胞
の表現形に関連するが、オステオカルシン合成能は、成
熟骨芽細胞によってのみ示される表現形の特徴である。
さらに、現在に至るまで、BMPでの処理によってのみ
W−20基質細胞の骨芽細胞様細胞への転換が観察され
た。この方法において、BMP−処理されたW−20細
胞によるインビトロ活性は、BMP−について知られて
いるインビボ骨形成活性と相関を有している。新規骨誘
導性分子のBMP活性の比較に有用な2種のインビトロ
でのアッセイを以下に記載する。
【0107】B.W−20アルカリホスファターゼのア
ッセイプロトコール W−20細胞を、ウェルあたり10000個(培地20
0μl)の密度で96ウェル組織培養用プレートに撒
く。培地は10%熱失活ウシ胎児血清,2mMグルタミ
ンおよび100U/ml+100μg/mlストレプト
マイシン含有DMEである。95%空気、5%CO
中、37℃のインキュベーター中に細胞を一晩置いて
付着させる。各ウェルから200μlの培地をマルチチ
ャンネルピペッターで除去し、10%熱失活ウシ胎児血
清、2mMグルタミンおよび1%ペニシリン−ストレプ
トマイシンを含有する同体積のDME中の試験試料で置
換する。試験物質を3系で分析する。試験試料および標
準物質を、W−20指示細胞とともに24時間インキュ
ベーションする。24時間後、プレーを37℃のインキ
ュベーターから出し、細胞から試験培地を除去する。W
−20細胞層を、ウェル当たり200μlのカルシウム
/マグネシウム不含リン酸緩衝化生理食塩水で3回洗浄
し、これらの洗液を捨てる。ガラス容器で蒸留した50
μlの水を各ウェルに添加し、ついで該アッセイプレー
トをドライアイス/エタノール浴で急速冷凍する。冷凍
したらすぐにアッセイプレートをドライアイス/エタノ
ール浴から除去し、37℃で融解する。このステップを
2回以上繰り返し、合計3回の凍結−融解工程を行う。
この工程が終了したならば、膜結合アルカリホスファタ
ーゼを測定に用いる。50μlのアッセイ混合物(50
mMグリシン、0.05% TritonX−100、
4mM MgCl、5mM p−ニトロフェノールホ
スフェート,pH=10.3)を各アッセイウェルに添加
し、ついで該アッセイプレートを、1分間に60回振盪
する水浴中、37℃で30分インキュベーションする。
30分間のインキュベーションが終了したとき、100
μlの0.2N NaOHを各ウェルに添加して反応停
止し、該アッセイプレートを氷上に置く。各ウェルの分
光学的吸光度を405ナノメーターにおいて読む。つい
で、これらの値を既知標準と比較して各試料のアルカリ
ホスファターゼ活性を評価する。例えば、既知量のp−
ニトロフェノールホスフェートを用いて吸光度値を得
る。これを表Iに示す。
【0108】
【表6】
【0109】既知量のBMP−2についての吸光度値を
決定し、表IIに示すように、単位時間当たり開裂された
pH−ニトロフェノールホスフェートのμモル数に換算
できる。
【表7】 ついで、これらの値を用いて、既知量のBMP−へテロ
ダイマーとBMP−2ホモダイマーの活性を比較する。
【0110】C. オステオカルシンRIAプロトコール W−20細胞を、24ウェル組織培養ディッシュにウェ
ルあたり10個撒く(ウェルあたり10%熱失活ウシ
胎児血清、2mMグルタミンを含有する2mlのDME
中)。95%空気、5%COの下、37℃で一晩細胞
を付着させる。翌日、培地を10%ウシ胎児血清、2m
Mグルタミンおよび試験物質を含有するDME(総体積
2ml)に交換する。試験物質をそれぞれ3系のウェル
に入れる。試験物質をW−20細胞とともに合計96時
間培養する(48時間で同じ培地と交換)。96時間
後、50μlの試験培地を各ウェルから除去し、マウス
・オステオカルシンに関するラジオイムノアッセイを用
いてオステオカルシン生成をアッセイする。アッセイの
詳細は、マサチューセッツ州02072スタウトンのペ
イジストリート378(378 Page Street,Stoughton,MA
02072)のバイオメディカル・テクノロジーズ・インク
(Biomedical Technologies Inc.)により製造されてい
るキットにおいて述べられている。アッセイ用試薬は、
製品番号BT−431(マウス・オステオカルシン標準
物質)、BT−432(ヤギ・抗マウス・オステオカル
シン)、BT−432R(ヨウ素化マウス・オステオカ
ルシン)、BT−415(正常ヤギ・血清)およびBT
−414(ロバ・抗ヤギ・IgG)である。BMP処理
に応答してW−20細胞により合成されたオステオカル
シンについてのRIAを、製造者により示されたプロト
コール中に記載のごとく行う。試験化合物について得ら
れた値を、マウス・オステオカルシンの既知標準につい
ての値、およびBMP−2の既知量に応答してW−20
細胞により生成されたオステオカルシン量と比較する。
BMP−2により誘導されたW−20細胞によるオステ
オカルシン合成に関する値を表IIIに示す。
【0111】
【表8】
【0112】実施例9−ローゼン改変サムパス−レディ
アッセイ(Rosen-modified Sampath-Reddi assey)サン
パスおよびレディ,プロシーディングス・オブ・ナショ
ナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユーエスエ
イ,第80巻:6951〜6595頁(1983年)記
載のラット・骨形成アッセイを用いて、BMP蛋白の骨
および/または軟骨活性を評価する。この改変法を本明
細書ではローゼン改変サムパス−レディアッセイと呼
ぶ。サムパス−レディ法のエタノール沈澱ステップを、
分析すべきフラクションを水に対して透析(組成物が溶
液の場合)または限外濾過(組成物が懸濁液の場合)す
ることに置き換える。ついで溶液または懸濁液を0.1
%TFAに溶解し、得られた溶液を20mgのラット・
マトリックスに添加する。蛋白処理しない模擬ラット・
マトリックスは対照として役立つ。この物質を凍結し、
凍結乾燥し、得られた粉末を#5ゼラチンカプセル中に
封入する。カプセルを21〜49日齢のオスのロング・
エバンズ(Long Evans)・ラットの腹胸部に移植する。
7〜14日後に移植物を取り出す。各移植物の半分をア
ルカリホスファターゼ分析[エイ・エイチ・レディ(A.
H.Reddi)ら,プロシーディングス・オブ・ナショナル・
アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユーエスエイ第69
巻:1061頁(1972年)]に用いる。移植物のも
う半分を固定し、組織学的分析用に処理する。1μmg
のグリコールメタクリレート切片をフォン・コッサ(Vo
n・Kossa)および酸フクシン染色して、各移植物に存在
する誘導された骨および軟骨形成量を評価する。+1か
ら+5は、新たな骨および/または軟骨細胞およびマト
リックスにより占められた移植物の各組織学的切片の面
積を表す。+5のスコアは、移植物の50%以上が、移
植物中の蛋白の直接的な結果として生成した新たな骨お
よび/または軟骨であることを示す。+4、+3、+2
および+1のスコアは、それぞれ移植物の40%、30
%、20%および10%以上が新たな軟骨および/また
は骨を含んでいることを示す。本発明のへテロダイマー
BMP蛋白をこのアッセイに関して評価してもよい。本
発明の実施に際しての多くの改変および変法が当業者に
より行われるであろう。かかる改変および変法は以下の
請求の範囲の包含される。
【0113】
【配列表】 (1)一般的情報: (i)出願人:イスラエル,デイビッド(Israel,David) ウォルフマン,ニール・エム(Wolfman,Niel M.) (ii)発明の名称:組み換え型骨形態形成蛋白へテロダイマー、組成物および 使用法 (iii)配列の数:30 (iv)連絡先: (A)名称:ジェネティクス・インスティチュート,インク(Genetics Instit ute,Inc) (B)通り名:リーガル・アフェアーズ(Legal Affairs)−ケンブリッジパー ク・ドライブ(CambridgePark Drive)87番地 (C)都市名:ケンブリッジ(Cambridge) (D)州名:マサチューセッツ州 (E)国名:アメリカ合衆国 (F)郵便番号:02140−2387 (v)コンピューター・リーダブル・フォーム(Computer Readable Form): (A)媒体形態:フロッピー(登録商標)ディスク (B)コンピューター:IBM PC コンパチブル (C)オペレーティングシステム:PC−DOS/MS−DOS (D)ソフトウェア:パテントイン・リリース(PatentIn Release)#1.0, バージョン#1.25 (vi)現在の出願データ: (A)出願番号:US (B)受理日: (C)分類: (viii)代理人等の情報: (A)氏名:カピノス,エレン・ジェイ(Capinos,Ellen J.) (B)登録番号:32,245 (C)代理人等における処理番号:GI 5192B (ix)テレコミュニケーションの情報: (A)電話番号:(617)876−1170 (B)ファックス番号:(617)876−5851 (2)配列番号:1に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:1607塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:不明 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:CDS (B)存在位置:356..1543 (xi)配列の記載:配列番号:1:
【化4】 (2)配列番号:2に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:396アミノ酸 (B)配列の型:アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:蛋白 (xi)配列の記載:配列番号:2:
【化5】 (2)配列番号:3に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:1954塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:不明 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:CDS (B)存在位置:403..1626 (xi)配列の記載:配列番号:3:
【化6】 (2)配列番号:4に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:408アミノ酸 (B)配列の型:アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:蛋白 (xi)配列の記載:配列番号:4:
【化7】 (2)配列番号:5に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:1448塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:不明 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:CDS (B)存在位置:97..1389 (xi)配列の記載:配列番号:5:
【化8】 (2)配列番号:6に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:431アミノ酸 (B)配列の型:アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:蛋白 (xi)配列の記載:配列番号:6:
【化9】 (2)配列番号:7に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:2923塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:環状 (ii)配列の種類:mRNAに対するcDNA (iii)ハイポセティカル配列:なし (vi)起源: (A)生物名:ヒト (F)組織の種類:ヒト・胎盤 (vii)直接の起源: (A)ライブラリー:ストラタジーン・カタログ#936203ヒト・胎盤 cDNAライブラリー (B)クローン:BMP6C35 (viii)ゲノム内での位置: (C)単位:bp (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:CDS (B)存在位置:160..1701 (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:mat peptide (B)存在位置:1282..1698 (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:mRNA (B)存在位置:1..2923 (xi)配列の記載:配列番号:7:
【化10】 (2)配列番号:8に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:513アミノ酸 (B)配列の型:アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:蛋白 (xi)配列の記載:配列番号:8:
【化11】 (2)配列番号:9に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:2153塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (iii)ハイポセティカル配列:なし (vi)起源: (A)生物名:ヒト (H)細胞系:U2−OS骨肉腫 (vii)直接の起源: (A)ライブラリー:U2−OSヒト・骨肉腫cDNAライブラリー (B)クローン:U2−16 (viii)ゲノム内での位置: (C)単位:bp (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:CDS (B)存在位置:699..2063 (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:mat peptide (B)存在位置:1647..2060 (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:mRNA (B)存在位置:1..2153 (xi)配列の記載:配列番号:9:
【化12】 (2)配列番号:10に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:454アミノ酸 (B)配列の型:アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:蛋白 (xi)配列の記載:配列番号:10:
【化13】 (2)配列番号:11に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:1003塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:環状 (ii)配列の種類:mRNAに対するcDNA (iii)ハイポセティカル配列:なし (vi)起源: (A)生物名:ヒト (H)組織の種類:ヒト・心臓 (vii)直接の起源: (A)ライブラリー:ヒト・心臓cDNAライブラリー・ストラタジーン・ カタログ#936208 (B)クローン:hH38 (viii)ゲノム内での位置: (C)単位:bp (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:CDS (B)存在位置:8..850 (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:mat peptide (B)存在位置:427..843 (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:mRNA (B)存在位置:1..997 (xi)配列の記載:配列番号:11:
【化14】 (2)配列番号:12に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:281アミノ酸 (B)配列の型:アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:蛋白 (xi)配列の記載:配列番号:12:
【化15】 (2)配列番号:13に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:3623塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:二本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (vii)直接の起源: (B)クローン:pALBP2−781 (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:CDS (B)存在位置:2724..3071 (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:mat peptide (B)存在位置:3150..3218 (ix)配列の特徴: (A)特徴を表す記号:RBS (B)存在位置:2222..2723 (xi)配列の記載:配列番号:13:
【化16】 (2)配列番号:14に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:115アミノ酸 (B)配列の型:アミノ酸 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:蛋白 (xi)配列の記載:配列番号:14:
【化17】 (2)配列番号:15に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:14塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:15: CATGGGCAGC TGAG 14 (2)配列番号:16に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:41塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:16: GAGGGTTGTG GGTGTCGCTA GTGAGTCGAC TAC AGCAAAT T 41 (2)配列番号:17に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:38塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:17: GGATGTGGGT GCCGCTGACT CTAGAGTCGA CGG AATTC 38 (2)配列番号:18に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:31塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:18: AATTCACCAT GATTCCTGGT AACCGAATGC T 31 (2)配列番号:19に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:25塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:19: GTGGTACTAA GGACCATTGG CTTAC 25 (2)配列番号:20に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:27塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:20: CGACCTGCAG CCATGCATCT GACTGTA 27 (2)配列番号:21に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:27塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:21: TGCCTGCAGT TTAATATTAG TGGCAGC 27 (2)配列番号:22に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:15塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:22: CGACCTGCAG CCACC 15 (2)配列番号:23に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:81塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:23: TCGACCCACC ATGCCGGGGC TGGGGCGGAG GGC GCAGTGG CTGTGCTGGT GGTGGGGGCT 60 GTGCTGCAGC TGCTGCGGGC C 81 (2)配列番号:24に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:73塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:24: CGCAGCAGCT GCACAGCAGC CCCCACCACC AGC ACAGCCA CTGCGCCCTC CGCCCCAGCC 60 CCGGCATGGT GGG 73 (2)配列番号:25に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:11塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:25: TCGACTGGT T 11 (2)配列番号:26に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:9塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:26: CGAAACCAG 9 (2)配列番号:27に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:18塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:27: TCGACAGGCT CGCCTGCA 18 (2)配列番号:28に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:10塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:28: GTCCGAGCGG 10 (2)配列番号:29に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:29塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:29: CAGGTCGACC CACCATGCAC GTGCGCTCA 19 (2)配列番号:30に関する情報: (i)配列の特徴: (A)配列の長さ:27塩基対 (B)配列の型:核酸 (C)鎖の数:一本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:DNA(ゲノム) (xi)配列の記載:配列番号:30: TCTGTCGACC TCGGAGGAGC TAGTGGC 27
【図面の簡単な説明】
【図1】 ヒト・BMP−2(配列番号:1および2)
のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure1A)。
【図2】 ヒト・BMP−2(配列番号:1および2)
のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure1B)。
【図3】 ヒト・BMP−2(配列番号:1および2)
のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure1C)。
【図4】 ヒト・BMP−4(配列番号:3および4)
のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure2A)。
【図5】 ヒト・BMP−4(配列番号:3および4)
のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure2B)。
【図6】 ヒト・BMP−4(配列番号:3および4)
のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure2C)。
【図7】 ヒト・BMP−7(配列番号:5および6)
のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure3A)。
【図8】 ヒト・BMP−7(配列番号:5および6)
のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure3B)。
【図9】 ヒト・BMP−7(配列番号:5および6)
のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure3C)。
【図10】 ヒト・BMP−6(配列番号:7および
8)のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure4A)。
【図11】 ヒト・BMP−6(配列番号:7および
8)のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure4B)。
【図12】 ヒト・BMP−6(配列番号:7および
8)のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure4C)。
【図13】 ヒト・BMP−6(配列番号:7および
8)のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure4D)。
【図14】 ヒト・BMP−6(配列番号:7および
8)のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure4E)。
【図15】 ヒト・BMP−5(配列番号:9および1
0)のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure5A)。
【図16】 ヒト・BMP−5(配列番号:9および1
0)のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure5B)。
【図17】 ヒト・BMP−5(配列番号:9および1
0)のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure5C)。
【図18】 ヒト・BMP−5(配列番号:9および1
0)のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure5D)。
【図19】 ヒト・BMP−8(配列番号:11および
12)のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure6)。
【図20】 ヒト・BMP−8(配列番号:11および
12)のDNAおよびアミノ酸配列を示す(Figure6の
つづき)。
【図21】 BMP−2成熟蛋白遺伝子(配列番号:1
3および14)を含むベクターpALB2−781のD
NA配列を示す(Figure7)。
【図22】 BMP−2成熟蛋白遺伝子(配列番号:1
3および14)を含むベクターpALB2−781のD
NA配列を示す(Figure7のつづき)。
【図23】 W20アルカリホスファターゼのアッセイ
におけるCHO BMP−2とCHO BMP−2/7
の活性の比較である(Figure8)。
【図24】 BGP(オステオカルシン(osteocalci
n))のアッセイにおけるCHO BMP−2とCHO
BMP−2/7の活性の比較である(Figure9)。
【図25】 イー・コリにより生産されたBMP−2と
BMP−2/7へテロダイマーのW−20活性の比較で
ある(Figure10)。
【図26】 BMP−3のDNAおよびアミノ酸配列を
示す(Figure11A)。
【図27】 BMP−3のDNAおよびアミノ酸配列を
示す(Figure11B)。
【図28】 BMP−3のDNAおよびアミノ酸配列を
示す(Figure11C)。
【図29】 W−20アッセイにおけるBMP−2とB
MP−2/6の比較を示す(Figure12)。
【図30】 BMP−2/6とBMP−2のインビボ活
性の比較を示す(Figure13A)。
【図31】 BMP−2/6とBMP−2のインビボ活
性の比較を示す(Figure13B)。
【図32】 インビボ活性におけるBMP−2、BMP
−6およびBMP−2/6比較を示す(Figure14A)。
【図33】 インビボ活性におけるBMP−2、BMP
−6およびBMP−2/6比較を示す(Figure14B)。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C07K 19/00 C12N 15/00 ZNAA C12P 21/02 A61K 37/02 (72)発明者 デイビッド・イスラエル アメリカ合衆国マサチューセッツ州01742、 コンコルド、アンソン・ロード117番 (72)発明者 ニール・エム・ウォルフマン アメリカ合衆国マサチューセッツ州02030、 ドーヴァー、ローリング・レイン30番 Fターム(参考) 4B024 AA01 BA80 CA04 DA02 DA06 EA04 GA11 HA01 4B064 AG13 CA02 CA19 CC24 CE10 DA01 4C084 AA02 AA06 AA07 BA01 BA08 BA22 BA23 CA53 DC50 NA14 ZA891 ZA892 ZA961 ZA962 4H045 AA10 AA20 AA30 BA10 BA17 BA18 CA40 EA20 FA74 GA25

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イー・コリにおいて生成される骨刺激活
    性を有する組み換え型BMP−2ホモダイマー。
  2. 【請求項2】 イー・コリ宿主細胞を培養し、得られた
    培養基からホモダイマーBMP−2を単離、精製するこ
    とからなる、骨刺激活性を有するホモダイマーBMP−
    2蛋白の製法。
  3. 【請求項3】 BMP−2である2つ目の蛋白またはそ
    のフラグメントに会合したBMP−2である1つ目の蛋
    白またはそのフラグメントからなる、骨刺激活性を有す
    る組み換え型へテロダイマー蛋白。
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