JP2003504417A - 活性物質の細胞特異的、区画特異的、または膜特異的輸送媒介用コンジュゲート - Google Patents
活性物質の細胞特異的、区画特異的、または膜特異的輸送媒介用コンジュゲートInfo
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Abstract
Description
ンジュゲートに関する。本発明は、該コンジュゲートの製造方法およびその使用
にも関する。
えば、核酸、タンパク質、化学物質)に対して広く不透過性である。核酸の導入
については、物理的手段(真核生物の場合はトランスフェクション、原核生物の
場合は形質転換)や生物学的手段(感染)により細胞膜を透過させることができ
る。形質転換、即ち細胞によるむきだしの核酸の直接的な取り込みの場合、細胞
は予め処理される。種々の方法が、これらの「コンピテント細胞」を作製するの
に利用できる。大部分の方法は、マンデル(Mandel) とヒガ(Higa)によりなされ
た観察に基づいており(J. Mol. Biol. 53,159−163頁
(1970))、彼らは、ラムダDNAが塩化カルシウムの存在下で細菌により
取り込まれる際に生じる収量を実質的に増加することができることを示した最初
の人々である。この方法はプラスミドDNAに関してコーエン(Cohen)らにより
初めてうまく使用され(Proc. Natl. Acad. Sci. U.
S.A. 69、2210−2114頁(1972))、多くの改変法によって
改良されている。他の形質転換法は、高周波の交流場が細胞膜を破壊することが
できるという観察(エレクトロポレーション)に基づいている。この技術はむき
だしのDNAを、原核細胞系だけでなく、真核細胞系にも挿入するのに利用する
ことができる(ウィーバー(Weaver)ら、J. Cell Biochem. 5
1、426−435頁(1993))。DNAを真核細胞に導入する2つの非常
に穏やかな方法が、シクス(Sikes)ら(Hum. Gen. Therap.
5、837−840頁(1994))とヤング(Yang)ら(Proc. Natl
. Acad. Sci U.S.A. 87、9568−9572頁(199
0))により開発された。これらは、DNAの単細胞への直接注入(マイクロイ
ンジェクション)および表面に対応する核酸が結合されているタングステンのマ
イクロプロジェクタイルを用いる細胞群の打ち込み(遺伝子銃)にそれぞれ基づ
いている。細胞の物理的な形質転換と並行して普及しつつある、生物学的な感染
法がそれらの有効性を証明している。これらは、特に細胞への核酸のウイルス性
導入(チャタージー(Chatterjee)ら、Science 258、1485−14
86頁(1992)、コセット(Cossett)とルセル(Rusell)、Gene The
rapy 3、946−956頁(1996)、ビルバオ(Bilbao)ら、FASE
B J. 11、624−634頁(1997))およびリポソーム媒介リポフ
ェクション(ベネット(Bennett) ら、J. Drug Targeting 5
、149−162頁(1997))を包含している。リポソーム輸送の標準法(
ガオ(Gao) とホワン(Huang) 、Gene Therapy 2、710−722
頁(1995)、アフタール(Akhtar)ら、Nucl. Acid. Res.
19、5551−5559頁(1991))およびそれらの細胞への輸送を可能
にするため、活性物質のポリ−L−リジン形成(レオネッティ(Leonetti)ら、B
ioconj. Chem. 1(2)、149頁(1990))についても著
されている。
へ導入するのに役立つ普遍的な方法はない。上記物理的および生物学的な方法は
、細胞内在的な機構を使用しないかぎり、すべて人工的かつ非生理的なものであ
る。まだ現在でも、輸送媒介物として用いられるウイルスに毒性がないことは確
かめられていない。それらは効力がないことが多く、さらに免疫系によって看破
される。
入することができる可能性を提供することにある。以下の要求は、これに関連し
た条件に従うものでなければならない: −普遍的な適用 −細胞特異的、区画特異的かつ膜特異的な導入挙動 −高度な有効性 −低い免疫原性 −感染リスクの最小化 −十分に長い持続期間
ができるペプチドまたはタンパク質である。このペプチドまたはタンパク質の長
さは、上記特性を有するものであれば限定されるものではない。「P」の例とし
ては、好ましくはペネトラチン(Penetratin) ファミリー由来のもの(デロシィ
(Derossi) ら、1998、Trends Cell Biol. 8、84−8
7頁)またはそのトランスポータン(Transportan)もしくはその一部(プーガ(P
ooga) ら、The Faseb Journal(1998)、12巻、68頁
、以下参照)であり、ペネトラチンファミリーが好ましい。「P」の例は、以下
の配列を有するペネトラチンである:
または真核生物発現系もしくは原核生物発現系における配列のクローニングと発
現)、好ましくは合成的に、例えば確立されているメリフィールド法(メリフィ
ールド(Merrifield)、J. Am. Chem. Soc. 85:2149、
1963)に従って製造される。
れなければならない膜もしくは膜系、および細胞の標的区画(細胞質、核、ミト
コンドリア、葉緑体、小胞体)または到達すべき細胞小器官に依存する。このア
ドレスペプチドまたはタンパク質の長さは、細胞特異的、区画特異的または膜特
異的な輸送を確実にする特性を有するものであれば、限定されるものではない。
活性物質、特に核酸の導入について、細胞特異的、区画特異的または膜特異的な
認識シグナルを含有する「AP」が一般に使用され、結合した活性物質をその作
用部位に指向する。膜電位の存在下または非存在下で活性物質を輸送することが
できるものから選ぶべき「AP」がある。純粋なアドレス配列は、通常、細胞区
画内への輸送に十分である。しかしながら、細胞特異的または区画特異的なペプ
チダーゼ切断部位を有する「AP」を選ぶこともできる。最も好ましい場合、こ
の切断部位は、シグナル配列内に位置するが、標的区画に到達した後、アドレス
配列の切断を確実にするために、さらなるアミノ酸を、そこに付加することもで
きる。選択「AP」配列は、生物学的に(天然の輸送メディエータータンパク質
の精製または真核生物発現系もしくは原核生物発現系における配列のクローニン
グと発現)、好ましくは合成的に、例えば確立されているメリフィールド法(メ
リフィールド(Merrifield)、J. Am. Chem. Soc. 85:21
49、1963)に従って作製される。アドレスタンパク質またはペプチドの例
としては、以下のものがある:
ドと輸送対象の活性物質との間に位置するスペーサー(上記の略語「SP」)を
含みうる。しかしながら、それはまた、追加的または代替的に、輸送メディエー
ターとアドレスタンパク質との間に位置しうる。スペーサーは、任意に存在する
、成分間の立体相互作用を抑制したり、積極的に影響を及ぼしたりするのに役立
つ。例えば、スペーサーは、ポリリジン、ポリエチレングリコール(PEG)、
ポリメタクリル酸誘導体またはポリビニルピロリドン(PVP)から選ばれうる
。
H−は、好ましくは輸送メディエーターとアドレスタンパク質/ペプチドとの間
に存在する。輸送メディエーターとアドレスタンパク質との間に形成される結合
は、レドックス結合(DMSOによる中等度の細胞内在結合;Rietschお
よびBeckwith,1998,Annu.Rev.Gent 32,163
〜84頁): システイン−SH SH−システイン−−> シスチン−S−S−シスチン である。
で生じるべき効果に応じて自由に選択しうる。活性物質は、診断剤および/また
は治療剤でありうる。コンジュゲートは、また、1種を超える活性物質を含有し
得る。また、活性物質を、任意に例えば放射活性物質、色素、ビオチン/アビジ
ンなどにより標識してもよい。活性物質は核酸、タンパク質もしくはペプチド、
化学物質などであってもよい。次のもの:cDNA、ゲノムDNA、完全な遺伝
子、調節因子、転写因子、分子プローブ、オリゴヌクレオチド、mRNA、mT
RNA、アンチセンスRNA、アンチセンスオリゴヌクレオチド、プラスミド、
ウイルスDNA、合成ヌクレオチド、PNA(ペプチド核酸)、単独のアミノ酸
およびその誘導体、ペプチド、タンパク質、モノクローナルおよび/またはポリ
クローナル抗体、医薬用活性物質、化学療法剤、色素、感作剤(Sensibilisator
en)、粒子を例示として挙げる。
errifield,J.Am.Chem.Soc.85: 2149,196
3)に従って合成的に作製される。他の構成成分(例えば、スペーサーおよび/
または活性物質)との結合は、共有的化学結合により形成される。レドックス切
断部位を、上述のレドックス結合により「P」と「AP」との間に化学的に挿入
する。また、任意に存在するスペーサーと活性物質またはアドレスタンパク質と
活性物質との間にも、共有結合、好ましくは酸アミド結合がある。可能な代替例
は、コンジュゲート形成の対象である物質内に存在する1つまたは複数の官能基
に応じた、エーテル結合またはエステル結合である。
離ペプチド合成工程(例えば、Merrifield法により) 2)「AP」と活性物質との間、場合によっては(ggf.)、中間でのスペ
ーサーとの共有結合工程、 3)レドックス結合を用いる、工程2)からの生成物と「P」とのレドックス
結合工程(例えば、水/DMSO中) 4)精製工程(例えば、HPLCによる)
らが活性物質を細胞内に導入し、所望の細胞区画内に輸送することができるとい
う利点を有する。したがって、ヒト医学および獣医学における診断法と治療の改
善ならびに科学的研究における適用を予期することができる。特に、調節因子を
含む完全な遺伝子が輸送可能となるため、本発明のコンジュゲートによって遺伝
子治療の急激な発展が期待できる。しかしながら、他の活性物質もすべて、本発
明のコンジュゲートによってより特異的に作用部位に輸送することができ、これ
は、望ましくない副作用の発生を低減する。25MDaまでのコンジュゲートを
細胞内部に導入しうることがわかった。さらに、アポトーシスがしばしば誘発さ
れ、これは所望の効果でありうる。本発明のコンジュゲートは、自身の細胞特異
的、区画特異的および膜特異的導入挙動による普遍的な有用性を特徴とする。
Jakubke),Chemie und Biologie Spektru
m,Akad.Verl.1996,ISBN 3−8274−0000−7)
に従い、ペネトラチン配列、NLSおよびスペーサーを、別々に合成した。Fm
oc合成の概略図を図2に示す。異なる構成成分配列を合成するために、酸不安
定リンカー(saeurelabilen Linker)(=パラ−ベンジル
−オキシベンジル−アルコール−ハンドル(handle))を介して、最初に
、第1Fmocアミノ酸(カルビオヒェム ゲーエムベーハー(Calbioc
hem GmbH),デー65796 バット ゾーデン ドイツより購入可能
)を不溶性ポリスチレン担体樹脂に結合させる。20%ピペリジン含有ジメチル
ホルムアミド液を用いて前記樹脂を処理することにより、保護基の切断を行なう
。前活性化種(Spezies)(例えば、アミノ酸構成成分中に存在するスク
シンイミド、ペンタフルオロフェニルエステルまたはp−ニトロフェニルエステ
ル基)を用いてまたはイン サイチュ活性化を用いて、第2Fmocアミノ酸を
結合させるが、これは、塩基処理により、前記のアミノ酸から前記保護基を除去
した後、各ケースで行なわれた。続く各アミノ酸を、同様に結合させる。所望の
ペプチドを合成した後、95% トリフルオロ酢酸(TFA)+5% スカベン
ジャー(例えば、トリエチルシランなど)を用いて、所望のペプチドを処理する
ことにより担体から該ペプチドを離し、保護基を分離する。得られた粗ペプチド
を、水中に0.1%トリフルオロ酢酸を含む溶出試薬(A)または60%アセト
ニトリル水溶液中に0.1%トリフルオロ酢酸(B)を含む溶出試薬を用いて、
YMC ODS−A 7A S−5μm逆相カラム(20×250mm)での分
離用HPLCにより精製する。ペプチドを、25%B〜60%Bの連続直線グラ
ジェントで、40分間、流速10ml/分で溶出した。精製ペプチドに対応する
画分を凍結乾燥させた。
該成分の酸化的結合を生じる。例えば、ローダミン110を輸送対象の活性物質
としてスペーサーに結合させる。これは、リジンスペーサーの遊離α−アミノ基
における酸アミド結合により行なわれる。ついで、完全なコンジュゲートを逆相
HPLCにより精製する。
HTB−81)細胞を、10% FCSと2mM グルタミンと100U/分
ペニシリンと100μg/ml ストレプトマイシンとを補ったRPMI 16
40で培養した。
時間スライド上で生育させる。色素を含まないRPMI 1640(フェノール
レッドなし)を用いて培地を交換し、実施例1の含ペネトラチン コンジュゲー
ト(100nM)をRPMIを用いて細胞に設置し、37°C 、5% CO2 で
5、24、または48時間インキュベートする。その後、含コンジュゲート培地
を除去し、色素を含まないRPMI 200μlで2回洗浄し、ついで、FCS
で測定する。レーザー励起は、488nmで生じ、発光は、538nmで生じる
。
えば、細胞を選択し、光学顕微鏡下で焦点をあわせる。焦点をあわせてレーザー
をセットし、細胞を通過させるために、100μmステップを用い、蛍光を、光
電子増倍管によりフラッシュの形態で測定する。ここで、大きい分子と小さい分
子とは異なるスピードで移動する。100μmあたりのエリアで拡散する分子数
を検出する。このようにして、シグナルの持続時間により、拡散した分子の大き
さを測定することができる。付随するダイアグラムを図3に示す。
論を決定する。再度、AT−1細胞を24時間結合させる。コンジュゲートを含
む培地を上記のように用いた。しかしながら、この場合、直ちに、FCSにより
蛍光シグナルを測定した。
を明らかに示した。拡散は、検出できなかった。わずかに少量のコンジュゲート
が24時間のインキュベーション時間の後の細胞膜において見出され得た。つい
で、48時間の観察時間内により一層強くなる核における蓄積に注意をひいた。
かに結合させただけであるコンジュゲートを用いた。前記コンジュゲートは、前
記作用の核蓄積を示さなかった。細胞浸透において全て成功した場合、コンジュ
ゲートが蓄積した核外殻の細胞膜にコンジュゲートが留まった。
または核(N)へのそれらの時間依存性細胞内輸送に関して調べられた。しかし
ながら、前記インキュベーション時間とは異なり、インキュベーション時間は、
1、3、6、10および24時間であった。結果を表1に示す。
I培地の濃度がどの程度、時間に関して、細胞指向性輸送および核指向性輸送に
よく影響を及ぼすかを決定することにあった。終濃度20μMおよび100pM
Rhodamine110(L)−ペネトラチン/RPMI培地の蛍光間で比較を行なった
。この目的のために、DU−145細胞を、示された濃度で、1、6、12、2
4および48時間インキュベートした。その後、RPMI(ペネトラチンなし)
を用いて3回、PBSで1回、再度RPMIで洗浄を行なった。スライドカバー
を細胞に供し、以下、CLSM(共焦点レーザー走査顕微鏡)により直接的に蛍
光を決定した。結果を図4に示す。かかる図から、20μMを超える高濃度で、
非特異的輸送が生じることがわかり、これは細胞毒性を示唆する。しかしながら
、低濃度では、細胞質への特異的輸送がある。
物を生産した。ここで、活性物質は、ある場合、NH2-TAC TGC GAC TCC GG-COOH
を有するPNA(ラットP2プロモーターc−mycに関するアンチセンス=P
NAAS)であり、また、ヌクレオチド配列NH2-TTA AGG AGG CTC-COOH(=PNA NS )を有するノンセンス(ランダム)配列であった。
g/ml ストレプトマイシンとを補ったRPMI 1640中においてAT−
1細胞を培養した。
1640(フェノールレッドなし)を用いて、培地を交換し、コンジュゲート
(100nM)をRPMIとともに各細胞上に置き、37°C 、5% CO2 で
24、48、72または96時間インキュベートした。その後、含コンジュゲー
ト培地を除去し、色素を含まないRPMI 200μlで2回洗浄した。AT−
1細胞の細胞数をコルターカウント法により測定する。
。前記と同様に、これらの対照をAT−1細胞とともにインキュベートした。
後に阻害されただけであり、すなわち、これは、アンチセンス配列が所望の作用
を示しうる核の浸透が、本発明の構築物によってのみ生じることを明示する。非
連結アンチセンス配列は、対照またはAT−1配列の1つとハイブリダイズでき
ない構築物と同様に効果がない。
び時間依存性輸送を示す。 DU145細胞:20μMおよび100pM終濃度でのインキュベーション
Claims (18)
- 【請求項1】 以下の成分: −細胞膜用輸送メディエーター −細胞特異的、区画特異的または膜特異的なアドレスタンパク質またはペプチ ド、および −輸送対象の活性物質 を含有してなる、細胞特異的、区画特異的または膜特異的輸送媒介用コンジュゲ
ート。 - 【請求項2】 輸送メディエーターが細胞質膜を透過することができるペプ
チドまたはタンパク質である、請求項1記載のコンジュゲート。 - 【請求項3】 輸送メディエーターがペネトラチン(Penetratin) ファミリ
ー由来のものまたはトランスポータン(Transportan) もしくはその一部または細
菌性もしくはウイルス性輸送タンパク質である、請求項1または2記載のコンジ
ュゲート。 - 【請求項4】 ペネトラチンの一つが以下の配列: を有する、請求項3記載のコンジュゲート。
- 【請求項5】 細胞特異的、区画特異的もしくは膜特異的なアドレスタンパ
ク質またはペプチドが 小胞体内への移行について 小胞体内への再移行について ミトコンドリア内への移行について 核内への移行について (=SV40−T抗原由来の核局在化配列) ペルオキシソーム内への移行について 細胞膜への結合について からなる群より選ばれる、前記請求項いずれかに記載のコンジュゲート。 - 【請求項6】 核内への移行用配列が以下の配列: を有する、請求項5記載のコンジュゲート。
- 【請求項7】 活性物質が、核酸、タンパク質/ペプチドおよび/または化
学物質からなる群より選ばれる、前記請求項いずれかに記載のコンジュゲート。 - 【請求項8】 コンジュゲートが以下の構造: 輸送メディエーター−アドレスタンパク質−活性物質 を有する、前記請求項いずれかに記載のコンジュゲート。
- 【請求項9】 場合によっては(ggf.)、スペーサーも存在する、前記
請求項いずれかに記載のコンジュゲート。 - 【請求項10】 スペーサーがアドレスタンパク質と活性物質との間に局在
されてなる、請求項9記載のコンジュゲート。 - 【請求項11】 スペーサーがポリリジン、ポリエチレングリコールまたは
ポリビニルピロリドンである、請求項9または10記載のコンジュゲート。 - 【請求項12】 1)「P」、「AP」および場合によっては(ggf.)
、スペーサーの分離ペプチド合成工程、 2)「AP」と活性物質との間、場合によっては(ggf.)、中間でのスペー
サーとの共有結合工程、 3)レドックス結合を用いる、工程2)からの生成物と「P」とのレドックス結
合工程 を有する、請求項1〜11いずれかに記載のコンジュゲートを製造する方法。 - 【請求項13】 ペプチド合成が公知のメリフィールド法に従って行われる
、請求項12記載の方法。 - 【請求項14】 レドックス結合がDMSO水溶液中で行われる、請求項1
2または13記載の方法。 - 【請求項15】 さらなる精製工程が続く、請求項12〜14いずれかに記
載の方法。 - 【請求項16】 精製がHPLCを用いて行われる、請求項15記載の方法
。 - 【請求項17】 所望の活性物質の細胞特異的、区画特異的または膜特異的
な輸送のための、請求項1〜11いずれかに記載のコンジュゲートの使用。 - 【請求項18】 診断および/または治療での使用のための請求項17記載
の使用。
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