JP2004121261A - Method for enriching mutant protein having modified bonding property - Google Patents

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ウエルズ,ジェームズ・エー
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phagemid expression vector containing a transcription control element operatively bonded to a gene fusion encoding a fusion protein. <P>SOLUTION: The phagemid expression vector comprises a gene fusion comprising the first gene encoding polypeptide and the second gene encoding at least one part of a phage coat protein, wherein (a) the vector contains no gene encoding a mature coat protein and (b) no perfect phage genome, (c) host cell transformation caused by the vector produces no phage particle in the absence of a helper phage, or (d) a DNA triplet codon encoding a termination codon capable of controlling mRNA is inserted between the fusion terminals of the first and the second genes or substituted instead of an amino acid-encoded triplet codon adjacent to the gene fusion connecting point. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本発明は、標的分子に対して改変された結合性を有する新規な結合タンパク質の製造および体系的な選択に関する。さらに具体的には、本発明は、天然の結合パートナーの結合活性を模倣した外性ポリペプチドを製造するための方法に関する。 The present invention relates to the production and systematic selection of new binding proteins with altered binding to target molecules. More specifically, the present invention relates to methods for producing exogenous polypeptides that mimic the binding activity of a natural binding partner.

  結合パートナーとは、通常は非共有性の相互作用によって互いに特異的に結合する物質である。結合パートナーの例には、リガンド−受容体、抗体−抗原、薬物−標的、および酵素−基質の相互作用が含まれる。結合パートナーは、治療および診断の両分野で極めて有用である。 Binding partners are substances that specifically bind to each other, usually through non-covalent interactions. Examples of binding partners include ligand-receptor, antibody-antigen, drug-target, and enzyme-substrate interactions. Binding partners are extremely useful in both therapeutic and diagnostic fields.

 過去において、結合パートナーは、天然からの収集(例えば、抗体−抗原、およびリガンド−受容体ペアリング)を含む種々の方法によって、および偶発的な同定(例えば、候補分子のランダムスクリーニングを用いる伝統的な薬物開発)によって調製されている。ある場合には、これら2種類の方法が組合せられている。例えば、結合に関与している鍵となる機能的残基を含むタンパク質またはポリペプチドの変異体(ポリペプチドフラグメントなど)が調製されている。次いで、これらのポリペプチドフラグメントは、伝統的な薬物開発と同種の方法によって誘導体化されている。このような誘導体化の例には、ポリペプチドフラグメントを立体配座的に制約して新規な候補結合パートナーを得るための環化などの方法が含まれるであろう。 In the past, binding partners have been identified by various methods, including collection from nature (eg, antibody-antigen and ligand-receptor pairing), and by accidental identification (eg, using random screening of candidate molecules). Drug development). In some cases, these two methods are combined. For example, variants of proteins or polypeptides (eg, polypeptide fragments) containing key functional residues involved in binding have been prepared. These polypeptide fragments are then derivatized by methods similar to traditional drug development. Examples of such derivatization would include methods such as cyclization to conformationally constrain the polypeptide fragment to obtain new candidate binding partners.

 従来の方法を用いたときの問題は、天然のリガンドがすべての治療学的応用に適した性質を有していないことがあることである。さらに、ポリペプチドリガンドは一部の標的物質に対して使用できないこともある。また、非天然の合成結合パートナーを製造するための方法は高価かつ困難であることが多く、通常はそれぞれの候補を得るために複雑な合成法を必要とする。候補分子をさらに最適化するために合理的な薬物設計法を適用することができるように、得られた候補の構造の特徴を調べることができないことが、これらの方法の一層の妨げとなっている。 The problem with conventional methods is that natural ligands may not have properties suitable for all therapeutic applications. Furthermore, polypeptide ligands may not be available for some target substances. Also, methods for producing non-natural synthetic binding partners are often expensive and difficult, and usually require complex synthetic methods to obtain each candidate. The inability to characterize the resulting candidate structure so that rational drug design methods can be applied to further optimize the candidate molecule further hinders these methods. I have.

 これらの問題を克服しようとする試みにおいて、Geysen〔Immun.Today 6: 364-369 (1985)〕およびGeysenら〔Mol.Immun. 23: 709-715 (1986)〕は、体系的な反復結合パートナーの同定および製造のための骨組みを与えるポリペプチド合成の使用を提案した。Geysenら(同上)によると、初めにジペプチドなどの短いポリペプチドを、標的分子に結合する能力についてスクリーニングする。次いで、最も活性なジペプチドを次の試験用に選択する。この試験は、出発ジペプチドに別の残基を結合させ(または、最初の出発ジペプチドの構成成分を内部修飾することによる)、次いでこの一組の候補を所望の活性についてスクリーニングすることからなる。所望の性質を有する結合パートナーが同定されるまでこの過程を繰り返す。 In an attempt to overcome these problems, Geysen ( Immun. Today 6: 364-369 (1985)) and Geysen et al . (Mol. Immun. 23: 709-715 (1986)) The use of polypeptide synthesis to provide a framework for the identification and production of A. was proposed. According to Geysen et al. (Ibid.), Short polypeptides, such as dipeptides, are first screened for the ability to bind to a target molecule. The most active dipeptide is then selected for the next test. The test consists of attaching another residue to the starting dipeptide (or by internally modifying the components of the first starting dipeptide) and then screening this set of candidates for the desired activity. This process is repeated until a binding partner with the desired properties is identified.

 Geysenらの方法は、その方法の基礎となっている化学、即ちペプチド合成が明白ではないかまたは変化に富んだ2次および3次構造を有する分子を生成するという不都合が障害となっている。選択の繰り返し回数が増えるにつれて、ランダムな相互作用がポリペプチドの種々の置換基の間で加速度的に増え、再現性ある高次構造を有する相互作用分子の真のランダム集団が得られなくなる。例えば、アミノ酸の側鎖(これらは配列的には大きく離れているが、空間的には隣接している)の間の相互作用が任意に起こる。さらに、立体配座的に安定な2次構造を促進しない配列は複雑なペプチド−側鎖の相互作用を与え、これがあるアミノ酸の標的分子との側鎖相互作用を妨げることもある。このような複雑な相互作用は、ポリペプチド候補のポリアミド骨格の柔軟性によって促進される。また、候補は多数の立体配座において存在することができ、最大の親和性または特異性を有する標的と相互作用するかまたはそれに結合する配座異性体の同定を困難にし、合理的な薬物設計を困難にする。 The method of Geysen et al is hampered by the inconvenience that the chemistry underlying the method, ie, peptide synthesis, produces molecules with unclear or varied secondary and tertiary structures. As the number of selection iterations increases, random interactions increase at an accelerated rate among the various substituents of the polypeptide, and a truly random population of interacting molecules with reproducible conformations is no longer obtained. For example, interactions between amino acid side chains, which are widely separated in sequence but adjacent in space, occur arbitrarily. In addition, sequences that do not promote a conformationally stable secondary structure may provide complex peptide-side chain interactions, which may interfere with side chain interactions of certain amino acids with the target molecule. Such complex interactions are facilitated by the flexibility of the polyamide backbone of the candidate polypeptide. Also, candidates can exist in a number of conformations, making it difficult to identify the conformer that interacts with or binds to the target with maximum affinity or specificity, and provides rational drug design. Make it difficult.

 Geysenの反復ポリペプチド法を用いたときの最後の問題は、現在のところ、多様性の高い別種ペプチドを製造、スクリーニングおよび分析しうる実際的な方法が存在しないことである。20種の天然アミノ酸を用いると、合成しなければならないヘキサペプチドのすべての組合せの合計数は64,000,000である。このような多様性の高いペプチドを製造したとしても、このような多様性の高いペプチドの混合物を迅速にスクリーニングして標的分子に対して高い親和性を有するペプチドを選択することができる利用可能な方法が存在しない。現在のところ、それぞれの「付着」ペプチドは、タンパク質の配列決定を行なうに十分な多量で回収されなければならない。 A final problem with Geysen's iterative polypeptide method is that there is currently no practical way to produce, screen and analyze highly diverse alternative peptides. Using 20 natural amino acids, the total number of all combinations of hexapeptides that must be synthesized is 64,000,000. Even if such a highly diversified peptide is produced, a mixture of such highly diversified peptides can be rapidly screened to select a peptide having a high affinity for a target molecule. There is no way. At present, each "attached" peptide must be recovered in large enough quantities to perform protein sequencing.

 Geysenの方法に固有の多くの問題を克服するために、生物学的な選択およびスクリーニングが代替法として選ばれた。生物学的な選択およびスクリーニングは、タンパク質機能の探索および所望の性質を有する変異タンパク質の単離のための強力な手段である〔Shortle, Protein Engineering, OxenderおよびFox編, A.R.Liss,Inc., NY, pp.103-108 (1988); およびBowieら, Science 247: 1306-1310 (1990)〕。しかし、得られる選択またはスクリーニングは、1つだけかまたは少数の関連タンパク質に適用できるにすぎない。 To overcome many of the problems inherent in Geysen's method, biological selection and screening were chosen as alternatives. Biological selection and screening is a powerful tool for exploring protein function and isolating mutant proteins with desired properties (Shortle, Protein Engineering, Oxender and Fox eds., ARLiss, Inc., NY pp. 103-108 (1988); and Bowie et al., Science 247: 1306-1310 (1990)]. However, the resulting selection or screening is only applicable to one or a few related proteins.

 最近になって、Smithとその共同研究者〔Smith, Science 228: 1315-1317 (1985); およびParmleyおよびSmith, Gene 73: 305-318 (1985)〕は、短い遺伝子フラグメントをfdファージ(「融合ファージ」)の遺伝子III中に挿入することにより、小さなタンパク質フラグメント(10〜50アミノ酸)を線状ファージの表面に効率的に「表示(顕示)」させうることを示した。遺伝子IIIの副コートタンパク質(ビリオンの一方の末端に約5コピー存在する)は、適切なファージ組立ておよび大腸菌の線毛への付着による感染に重要である〔Raschedら, Microbiol.Rev. 50: 401-427 (1986)〕。最近、「融合ファージ」は、外性タンパク質〔Devlinら, Science 249: 404-406 (1990)〕または抗体〔Scottら, Science 249: 386-390 (1990); およびCwirlaら, Proc.Natl.Acad.USA 87: 6378-6382 (1990)〕と反応しうるペプチドを同定するための短い突然変異ペプチド配列を表示させるのに有用であることがわかった。 More recently, Smith and coworkers [Smith, Science 228: 1315-1317 (1985); and Parmley and Smith, Gene 73: 305-318 (1985)] reported that short gene fragments could be fused to fd phage ("fusion" Phage ") has shown that small protein fragments (10-50 amino acids) can be efficiently" displayed "on the surface of filamentous phage. The gene III minor coat protein (approximately 5 copies at one end of the virion) is important for proper phage assembly and infection by adherence to E. coli fimbria [Rasched et al., Microbiol. Rev. 50: 401. -427 (1986)]. Recently, "fusion phages" have been described as exogenous proteins (Devlin et al., Science 249: 404-406 (1990)) or antibodies (Scott et al., Science 249: 386-390 (1990); and Cwirla et al., Proc. Natl. Acad. USA 87: 6378-6382 (1990)] has been shown to be useful in displaying short mutant peptide sequences to identify peptides that can react with the peptide.

 しかし、このような「融合ファージ」を、新規または増強された結合性を有する改変されたペプチドまたはタンパク質を同定するために使用する際には、いくつかの重要な制限が存在する。第1に、大きな挿入体は恐らくは遺伝子IIIの機能を破壊し、従ってファージの組立ておよび感染性を破壊するので、100未満、好ましくは50未満のアミノ酸残基のタンパク質を表示させるときにのみ融合ファージが有用であることが示されている〔Parmleyら, Gene 73: 305-318 (1988)〕。第2に、従来の方法は、標的分子に対して最大の結合親和性を有するライブラリーからペプチドを選択することができない。例えば、ランダムペプチドライブラリーを抗−βエンドルフィン モノクローナル抗体で徹底的に選別した後には、Cwirlaとその共同研究者はファージに融合させた高親和性ペプチド(Kd〜0.4μM)から中親和性ペプチド(Kd〜10μM)を分離することができなかったであろう。さらに、極めて高い親和性(Kd〜7nM)を有する親のβ−エンドルフィンペプチド配列は、エピトープライブラリーから選別されなかった。 However, there are some important limitations when using such "fusion phages" to identify modified peptides or proteins with new or enhanced binding. First, the fusion phage is only displayed when displaying proteins with less than 100, preferably less than 50 amino acid residues, since large inserts probably disrupt gene III function, and thus disrupt phage assembly and infectivity. Has been shown to be useful [Parmley et al., Gene 73: 305-318 (1988)]. Second, conventional methods fail to select peptides from a library that have the greatest binding affinity for the target molecule. For example, after exhaustive selection of a random peptide library with an anti-β endorphin monoclonal antibody, Cwirla and coworkers found that high-affinity peptides fused to phage (Kd-0.4 μM) (Kd-10 μM) could not be separated. In addition, parental β-endorphin peptide sequences with extremely high affinity (Kd〜7 nM ) were not selected from the epitope library.

 Ladner〔WO 90/02802〕は、ウイルス粒子および細胞の外側表面に表示された新規な結合タンパク質を選択するための方法を開示している(異種タンパク質は164個までのアミノ酸残基を有していてよいとされている)。この方法は、表示されたタンパク質を単離および増幅して標的分子に対して所望の親和性を有する新しい群の結合タンパク質を設計することを意図している。さらに具体的には、Ladnerは、M13遺伝子IIIコートタンパク質に融合させた46残基(クラムビン)から164残基(T4リソチーム)までの範囲の「最初のタンパク質結合ドメイン」を有するタンパク質を表示する「融合ファージ」を開示している。Ladnerは、比較的小さいアミノ酸配列に制限部位をアレンジするのは比較的容易であるので、「必要以上に大きくない」これらタンパク質の使用を教示し、58アミノ酸残基のウシ膵臓トリプシンインヒビター(BPTI)を好んで用いている。BPTIなどの小さい融合タンパク質は標的がタンパク質または巨大分子であるときに好ましく、一方、T4リソチームなどの比較的大きい融合タンパク質はステロイドなどの小さい標的分子に好ましいが、これはこのような大きいタンパク質が小さい分子を嵌め込むことができる裂け目および溝を有しているためである。この好ましいタンパク質BPTIをSmithらまたはde la Cruzら〔J.Biol.Chem. 263: 4318-4322 (1988)〕が開示した遺伝子IIIの部位に、またはその末端の一方に、遺伝子IIIの第2の合成コピーと共に融合させて、「一部」の未改変遺伝子IIIタンパク質が存在するようにすることが提案されている。Ladnerは、従来技術の生物学的な選択およびスクリーニング法の障害となる、ランダムペプチドライブラリーから高親和性ペプチドを成功裏に選別する際の問題についてはふれていない。 Ladner [WO 90/02802] discloses a method for selecting novel binding proteins displayed on the outer surface of virions and cells (heterologous proteins have up to 164 amino acid residues). Is allowed). This method contemplates isolating and amplifying the displayed protein to design a new group of binding proteins with the desired affinity for the target molecule. More specifically, Ladner displays a protein having an "initial protein binding domain" ranging from residue 46 (clambin) to residue 164 (T4 lysozyme) fused to the M13 gene III coat protein. "Fusion phage" are disclosed. Ladner teaches the use of these proteins "not too large" because it is relatively easy to arrange restriction sites in relatively small amino acid sequences, and a 58 amino acid residue bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) I prefer to use. Small fusion proteins, such as BPTI, are preferred when the target is a protein or macromolecule, while relatively large fusion proteins, such as T4 lysozyme, are preferred for small target molecules, such as steroids, where such large proteins are small. This is because it has crevices and grooves into which molecules can be fitted. This preferred protein, BPTI, is placed at the site of gene III disclosed by Smith et al . Or de la Cruz et al . [ J. Biol. Chem. 263: 4318-4322 (1988)], or at one of its ends, the second of gene III. It has been proposed to fuse with the synthetic copy so that "part of" the unmodified Gene III protein is present. Ladner does not address the problems of successfully selecting high affinity peptides from random peptide libraries, which hinders the prior art biological selection and screening methods.

 ヒト成長ホルモン(hGH)は、正常なヒトの成長および発達の調節に多大に関与している。この22,000ダルトンの脳下垂体ホルモンは、特に、線状成長(体形成)、泌乳、マクロファージの活性化、インスリン様および糖尿発生作用を含む多数の生物学的作用を示す〔Chawla,R.K., Ann.Rev,Med. 34: 519 (1983); Edwards,C.K.ら, Science 239: 769 (1988); Thomer,M.O.ら, J.Clin.Invest. 81: 745 (1988)〕。子供における成長ホルモンの欠損は小人症を導くが、これは10年以上にわたるhGHの外部投与によって成功裏に治療されている。hGHは、胎盤ラクトゲン、プロラクチン、ならびに他の遺伝的および種的変異体または成長ホルモンを含む一群の相同ホルモンの一員である〔Nicoll,C.S.ら, Endocrine Reviews 7: 169 (1986)〕。hGHはこれらの中で独特であり、広い種特異性を示し、クローン化した体形成受容体〔Leung,D.W.ら, Nature 330: 537 (1987)〕またはプロラクチン受容体〔Boutin,J.M.ら, Ce 53: 69 (1988)〕に結合する。クローン化されたhGHの遺伝子は大腸菌において分泌型で発現されており〔Chang,C.N.ら, Gene 55: 189 (1987)〕、そのDNAおよびアミノ酸配列が報告されている〔Goeddelら, Nature 281: 544 (1979); Grayら, Gene 39: 247 (1985)〕。hGHの3次元構造は利用することができない。しかし、ブタ成長ホルモン(pGH)の3次元折り畳みパターンは普通の分解能および精度で報告されている〔Abdel-Meguid,S.S.ら, Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84: 6434 (1987)〕。ヒト成長ホルモンの受容体および抗体エピトープは、ホモログ-スキャニング突然変異誘発によって同定されている〔Cunninghamら, Science 243: 1330 (1989)〕。ヒスチジン18とヒスチジン21を含むヒト成長ホルモンのスプライスされた配列を含有する新規なアミノ末端メチオニル ウシ成長ホルモンの構造が示されている〔米国特許 No.4,880,910〕。 Human growth hormone (hGH) is greatly involved in regulating normal human growth and development. This 22,000 dalton pituitary hormone exhibits a number of biological effects including, inter alia, linear growth (formation), lactation, macrophage activation, insulin-like and diabetic effects [Chawla, RK, Ann. Rev, Med. 34: 519 (1983); Edwards, CK et al., Science 239: 769 (1988); Thomer, MO et al., J. Clin. Invest. 81: 745 (1988)]. Growth hormone deficiency in children leads to dwarfism, which has been successfully treated by external administration of hGH for over a decade. hGH is a member of a group of homologous hormones including placental lactogen, prolactin, and other genetic and species variants or growth hormones [Nicoll, C.S. et al., Endocrine Reviews 7: 169 (1986)]. hGH is unique among these, exhibits broad species specificity, and has cloned somatic receptors [Leung, DW et al., Nature 330: 537 (1987)] or prolactin receptors [Boutin, JM et al., Ce 53 : 69 (1988)]. The cloned hGH gene is expressed in a secretory form in E. coli [Chang, CN et al., Gene 55: 189 (1987)], and its DNA and amino acid sequences have been reported [Goeddel et al., Nature 281: 544]. (1979); Gray et al., Gene 39: 247 (1985)]. The three-dimensional structure of hGH is not available. However, the three-dimensional folding pattern of porcine growth hormone (pGH) has been reported with normal resolution and precision [Abdel-Meguid, S.S. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84: 6434 (1987)]. Human growth hormone receptor and antibody epitopes have been identified by homolog-scanning mutagenesis [Cunningham et al., Science 243: 1330 (1989)]. The structure of a novel amino-terminal methionyl bovine growth hormone containing the spliced sequence of human growth hormone including histidine 18 and histidine 21 has been shown [US Pat. No. 4,880,910].

 ヒト成長ホルモン(hGH)は、種々の動物モデルにおいて線状骨格成長、泌乳、マクロファージの活性化、インスリン様および糖尿作用などを含む多種の生理学的および代謝作用を引き起こす〔R.K.Chawlaら, Annu.Rev.Med. 34: 519 (1983); O.G.P.Isakssonら, Annu.Rev.Physiol. 47: 483 (1985); C.K.Edwardsら, Science 239: 769 (1988); M.O.ThornerおよびM.L.Vance, J.Clin.Invest. 82: 745 (1988); J.P.HughesおよびH.G.Friesen, Ann.Rev.Physiol. 47: 469 (1985)〕。これらの生物学的作用は、hGHと特異的な細胞受容体の間の相互作用によって導かれる。 Human growth hormone (hGH) causes a variety of physiological and metabolic effects in various animal models, including linear skeletal growth, lactation, macrophage activation, insulin-like and diabetic effects [RKChawla et al., Annu. .Med. 34: 519 (1983); OGPIsaksson et al., Annu. Rev. Physiol. 47: 483 (1985); CKEdwards et al., Science 239: 769 (1988); MOThorner and MLVance, J. Clin. Invest. 82: 745 (1988); JP Hughes and HGFriesen, Ann. Rev. Physiol. 47: 469 (1985)]. These biological effects are guided by the interaction between hGH and specific cellular receptors.

 従って、本発明の目的は、候補の結合物質の体系的製造のための迅速かつ効率的な方法を提供することである。
 本発明の別の目的は、ファージミド粒子の表面に表示される立体配座的に安定な候補結合物質を製造することである。
 本発明の他の目的は、ファージのコートタンパク質と異種ポリペプチドの融合タンパク質からなる候補結合物質を製造することである〔ここで、該ポリペプチドは長さが100アミノ酸以上であり、1サブユニット以上であってよく、そしてファージミド粒子上に表示されるものである(該ポリペプチドはこのファージミドのゲノムにコードされている)〕。
 本発明のさらに別の目的は、非共有性の結合相互作用に関与する可能性のあるすべてのペプチジル部分を与えるかまたは表示し、また、立体的に制限された様式でこれらの部分を与えるに十分な融通性を備えた結合物質を製造および選択するための方法を提供するものである。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rapid and efficient method for the systematic production of candidate binding agents.
It is another object of the present invention to produce conformationally stable candidate binding agents displayed on the surface of phagemid particles.
Another object of the present invention is to produce a candidate binding substance consisting of a fusion protein of a phage coat protein and a heterologous polypeptide [wherein the polypeptide is 100 amino acids or more in length and 1 subunit And displayed on a phagemid particle (the polypeptide is encoded in the phagemid genome)].
Yet another object of the invention is to provide or display all peptidyl moieties that may be involved in non-covalent binding interactions and to provide these moieties in a sterically restricted manner. It provides a method for producing and selecting a binding material with sufficient flexibility.

  上記の目的は、
 (a)ポリペプチドをコードしている第1の遺伝子と天然または野生型ファージコートタンパク質の少なくとも一部をコードしている第2の遺伝子を含有する複製可能な発現ベクター(ここで、第1および第2の遺伝子は異種であり、転写調節要素が第1および第2の遺伝子に機能的に結合されており、従って融合タンパク質をコードしている遺伝子融合が得られる)を構築し;
 (b)該ベクターの第1の遺伝子内の1またはそれ以上の選択した位置において突然変異を行なって一群の関連プラスミドを生成させ;
 (c)該プラスミドで適当な宿主細胞を形質転換し;
 (d)該形質転換した宿主細胞を該ファージコートタンパク質をコードしている遺伝子を有するヘルパーファージに感染させ;
 (e)該プラスミドの少なくとも一部を含有する組換えファージミド粒子の形成に適切かつ宿主を形質転換しうる条件のもと、少量のファージミド粒子だけが融合タンパク質の1を越えるコピーを粒子の表面に表示するように該条件を調節して、該形質転換して感染させた宿主細胞を培養し;
 (f)該ファージミド粒子を標的分子と接触させて、ファージミド粒子の少なくとも一部を該標的分子に結合させ;そして
 (g)結合したファージミド粒子を未結合の粒子から分離する;
ことからなる新規な結合ポリペプチドを選択するための方法を提供することによって達成した。この方法は、さらに、標的分子に結合する組換えファージミド粒子で適切な宿主細胞を形質転換し、工程(d)〜(g)を1またはそれ以上の回数繰り返す工程を含んでいるのが好ましい。
The purpose of the above is
(a) a replicable expression vector containing a first gene encoding a polypeptide and a second gene encoding at least a portion of a native or wild-type phage coat protein, wherein the first and the second The second gene is heterologous and the transcriptional regulatory element is operably linked to the first and second genes, thus resulting in a gene fusion encoding the fusion protein).
(b) mutating at one or more selected positions in the first gene of the vector to generate a family of related plasmids;
(c) transforming a suitable host cell with the plasmid;
(d) infecting the transformed host cell with a helper phage having a gene encoding the phage coat protein;
(e) only a small amount of phagemid particles will deposit more than one copy of the fusion protein on the surface of the particles, under conditions suitable for the formation of recombinant phagemid particles containing at least a portion of the plasmid and capable of transforming the host. Culturing the transformed and infected host cells, adjusting the conditions as indicated;
(f) contacting the phagemid particles with a target molecule to bind at least a portion of the phagemid particles to the target molecule; and (g) separating bound phagemid particles from unbound particles;
By providing a method for selecting a novel binding polypeptide comprising: Preferably, the method further comprises the step of transforming a suitable host cell with the recombinant phagemid particles that bind to the target molecule and repeating steps (d)-(g) one or more times.

 さらに、1を越えるサブユニットからなる新規な結合タンパク質を選択する方法を、次のように新規な結合ペプチドを選択することによって達成する:即ち、この選択法は、
 ・1またはそれ以上のサブユニットを含む所望のタンパク質をコードしているDNAに機能的に結合させた転写調節要素を含有する複製可能な発現ベクター(ここで、該サブユニットの少なくとも1つをコードしているDNAはファージコートタンパク質の少なくとも一部をコードしているDNAに融合している)を構築し;
 ・1またはそれ以上の選択した位置において該所望のタンパク質をコードしているDNAに突然変異を行なって一群の関連ベクターを生成させ;
 ・該ベクターで適当な宿主細胞を形質転換し;
 ・該形質転換した宿主細胞を該ファージコートタンパク質をコードしている遺伝子を有するヘルパーファージに感染させ;
 ・該プラスミドの少なくとも一部を含有する組換えファージミド粒子の形成に適切かつ宿主を形質転換しうる条件のもと、少量のファージミド粒子だけが融合タンパク質の1を越えるコピーを粒子の表面に表示するように該条件を調節して、該形質転換して感染させた宿主細胞を培養し;
 ・該ファージミド粒子を標的分子と接触させて、ファージミド粒子の少なくとも一部を該標的分子に結合させ;そして
 ・結合したファージミド粒子を未結合の粒子から分離する;
ことからなる。
Further, a method for selecting a novel binding protein consisting of more than one subunit is achieved by selecting a novel binding peptide as follows:
A replicable expression vector containing a transcription regulatory element operably linked to DNA encoding a desired protein comprising one or more subunits, wherein at least one of the subunits The DNA is fused to DNA encoding at least a portion of the phage coat protein).
Mutating the DNA encoding the desired protein at one or more selected positions to generate a family of related vectors;
Transforming a suitable host cell with the vector;
Infecting the transformed host cell with a helper phage having a gene encoding the phage coat protein;
Only small amounts of phagemid particles display more than one copy of the fusion protein on the surface of the particles, under conditions suitable for the formation of recombinant phagemid particles containing at least part of the plasmid and capable of transforming the host. Culturing the transformed and infected host cells by adjusting the conditions as described above;
Contacting the phagemid particles with a target molecule to bind at least a portion of the phagemid particles to the target molecule; and separating bound phagemid particles from unbound particles;
Consisting of

 本発明の方法においては、プラスミドが転写調節要素の厳格な制御下にあり、粒子の表面に融合タンパク質の1を越えるコピーを表示するファージミド粒子の量または数が約1%未満となるように培養条件が調節されているのが好ましい。    In the method of the present invention, the plasmid is cultured under strict control of transcriptional regulatory elements such that the amount or number of phagemid particles displaying more than one copy of the fusion protein on the surface of the particles is less than about 1%. Preferably, the conditions are adjusted.

 また、融合タンパク質の1を越えるコピーを表示するファージミド粒子の量が、融合タンパク質の単一コピーを表示するファージミド粒子の量の10%未満であるのが好ましい。最も好ましいのは、この量が20%未満である。 It is also preferred that the amount of phagemid particles displaying more than one copy of the fusion protein is less than 10% of the amount of phagemid particles displaying a single copy of the fusion protein. Most preferably, this amount is less than 20%.

 通常、本発明の方法においては、発現ベクターはポリペプチドのそれぞれのサブユニットをコードしているDNAに融合させた分泌シグナル配列をさらに含有し、転写調節要素はプロモーター系であろう。好ましいプロモーター系は、LacZ、λPL、TAC、T7ポリメラーゼ、トリプトファン、およびアルカリホスファターゼプロモーターならびにこれらの組合せから選択される。 Usually, in the methods of the invention, the expression vector will further contain a secretory signal sequence fused to the DNA encoding each subunit of the polypeptide, and the transcriptional regulatory element will be a promoter system. Preferred promoter systems are selected from LacZ, λ PL , TAC, T7 polymerase, tryptophan, and alkaline phosphatase promoters and combinations thereof.

 また、第1の遺伝子は通常は哺乳動物タンパク質をコードしているであろう。好ましいタンパク質は次のものから選択されるであろう:ヒト成長ホルモン(hGH)、N-メチオニル ヒト成長ホルモン、ウシ成長ホルモン、副甲状腺ホルモン、チロキシン、インスリンA鎖、インスリンB鎖、プロインスリン、レラキシンA鎖、レラキシンB鎖、プロレラキシン、糖タンパク質ホルモン、例えば卵胞刺激ホルモン(FSH)、甲状腺刺激ホルモン(TSH)およびロイチナイジング(Leutinizing)ホルモン(LH)、糖タンパク質ホルモン受容体、カルシトニン、グルカゴン、因子VIII、抗体、肺表面活性物質、ウロキナーゼ、ストレプトキナーゼ、ヒト組織型プラスミノーゲン活性化因子(t−PA)、ボンベシン、因子IX、トロンビン、造血成長ホルモン、腫瘍壊死因子αおよびβ、エンケファリナーゼ、ヒト血清アルブミン、ミュラー阻害物質、マウスゴナドトロピン関連ペプチド、微生物タンパク質、例えばβ−ラクタマーゼ、組織因子タンパク質、インヒビン、アクチビン、血管内皮成長因子、ホルモンまたは成長因子の受容体;インテグリン、トロンボポエチン、プロテインAまたはD、リウマトイド因子、神経成長因子、例えばNGF−β、血小板成長因子、トランスフォーミング成長因子(TGF)、例えばTGF−αおよびTGF−β、インスリン様成長因子IおよびII、インスリン様成長因子結合タンパク質、CD−4、DNアーゼ、潜在性関連ペプチド、エリトロポエチン、骨誘導因子、インターフェロン、例えばインターフェロンα、βおよびγ、コロニー刺激因子(CSF)、例えばM−CSF、GM−CSFおよびG−CSF、インターロイキン(IL)、例えばIL−1、IL−2、IL−3、IL−4、スーパーオキシドジスムターゼ;崩壊促進因子、ウイルス抗原、HIVエンベロープタンパク質、例えばGP120、GP140、心房性ナトリウム利尿ペプチドA、BまたはC、免疫グロブリン、ならびに上記タンパク質のいずれかのフラグメント。 Also, the first gene will usually encode a mammalian protein. Preferred proteins will be selected from: human growth hormone (hGH), N-methionyl human growth hormone, bovine growth hormone, parathyroid hormone, thyroxine, insulin A chain, insulin B chain, proinsulin, relaxin A chain, relaxin B chain, prorelaxin, glycoprotein hormones such as follicle stimulating hormone (FSH), thyroid stimulating hormone (TSH) and leutinizing hormone (LH), glycoprotein hormone receptor, calcitonin, glucagon, factor VIII, antibody, lung surfactant, urokinase, streptokinase, human tissue-type plasminogen activator (t-PA), bombesin, factor IX, thrombin, hematopoietic growth hormone, tumor necrosis factors α and β, enkephalinase , Human serum albumi , Mueller inhibitors, mouse gonadotropin-related peptides, microbial proteins such as β-lactamase, tissue factor protein, inhibin, activin, vascular endothelial growth factor, hormone or growth factor receptor; integrin, thrombopoietin, protein A or D, rheumatoid factor A nerve growth factor such as NGF-β, platelet growth factor, transforming growth factor (TGF) such as TGF-α and TGF-β, insulin-like growth factors I and II, insulin-like growth factor binding protein, CD-4, DNase, latency-related peptide, erythropoietin, osteoinductive factors, interferons such as interferons α, β and γ, colony stimulating factors (CSF) such as M-CSF, GM-CSF and G-CSF, interleukin (IL), eg, IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, superoxide dismutase; decay-accelerating factor, viral antigen, HIV envelope protein, eg, GP120, GP140, atrial natriuretic peptide A, B or C, immunoglobulins, as well as fragments of any of the above proteins.

 好ましくは、第1の遺伝子は約100以上のアミノ酸残基を含む1またはそれ以上のサブユニットのポリペプチドをコードしており、標的と相互作用しうる複数のアミノ酸を表示する複数の堅い2次構造を形成するように折り畳まれているであろう。好ましくは、第1の遺伝子は、堅い2次構造の完全性が保存されるように、標的と相互作用しうるアミノ酸にのみ対応するコドンのところで突然変異が為されているであろう。 Preferably, the first gene encodes a polypeptide of one or more subunits comprising about 100 or more amino acid residues, and comprises a plurality of rigid secondary proteins displaying a plurality of amino acids capable of interacting with a target. Will be folded to form a structure. Preferably, the first gene will be mutated at codons corresponding only to amino acids that can interact with the target, such that the integrity of the rigid secondary structure is preserved.

 通常、本発明の方法は、M13KO7、M13R408、M13-VCSおよびPhiX174から選択されるヘルパーファージを用いるであろう。好ましいヘルパーファージはM13KO7であり、好ましいコートタンパク質はM13ファージの遺伝子IIIコートタンパク質である。好ましい宿主は大腸菌であり、大腸菌のプロテアーゼ欠損株である。本発明の方法によって選択される新規なhGH変異体を検出した。このポリペプチドとファージコートタンパク質をコードしている核酸の間に機能的に設置した抑制可能な終止コドンを含有するファージミド発現ベクターを構築した。 Usually, the method of the invention will use a helper phage selected from M13KO7, M13R408, M13-VCS and PhiX174. A preferred helper phage is M13KO7 and a preferred coat protein is the gene III coat protein of M13 phage. A preferred host is E. coli, which is a protease-deficient strain of E. coli. Novel hGH variants selected by the method of the present invention were detected. A phagemid expression vector was constructed containing a suppressible stop codon functionally located between this polypeptide and the nucleic acid encoding the phage coat protein.

 以下の議論は、図1を参照することによって最も良く理解されるであろう。最も単純な形態においては、本発明の方法は、標的分子に対して所望の通常は高い親和性を有する新規な結合ポリペプチド(タンパク質リガンドなど)を構造的に関連した結合ポリペプチドのライブラリーから選択する方法からなる。ファージコートタンパク質に融合させた構造的に関連したポリペプチドのライブラリーは突然変異誘発によって調製し、好ましくはそれぞれの関連ポリペプチドの単一コピーを、該ポリペプチドをコードしているDNAを含有するファージミド粒子の表面に表示(顕示)する。次いで、これらのファージミド粒子を標的分子と接触させ、標的に対して最も高い親和性を有する粒子を低親和性の粒子から分離する。次いで、高親和性の結合体を細菌宿主の感染によって増幅し、競合結合工程を繰り返す。所望の親和性のポリペプチドが得られるまでこの過程を繰り返す。 The following discussion will be best understood by referring to FIG. In its simplest form, the method of the present invention provides a novel binding polypeptide (such as a protein ligand) having a desired, usually high affinity for a target molecule from a library of structurally related binding polypeptides. Consist of ways to choose. Libraries of structurally related polypeptides fused to phage coat proteins are prepared by mutagenesis, preferably containing a single copy of each related polypeptide containing the DNA encoding the polypeptide. Displayed on the surface of phagemid particles. These phagemid particles are then contacted with a target molecule and the particles with the highest affinity for the target are separated from the low affinity particles. The high affinity binder is then amplified by infection of the bacterial host and the competitive binding step is repeated. This process is repeated until the desired affinity polypeptide is obtained.

 本発明の方法によって製造される新規な結合ポリペプチドまたはリガンドは、それ自体が生物学的有機体の処置において用いられる診断薬または治療薬(例えば、アゴニストまたはアンタゴニスト)として有用である。また、選択したポリペプチドの構造分析を用いて合理的な薬物設計を進めることもできる。 The novel binding polypeptides or ligands produced by the methods of the present invention are themselves useful as diagnostic or therapeutic agents (eg, agonists or antagonists) used in the treatment of biological organisms. In addition, rational drug design can be advanced using the structural analysis of the selected polypeptide.

 本明細書において用いる「結合ポリペプチド」は、選択性の親和性でもって標的分子に結合するあらゆるポリペプチドを意味する。好ましくは、このポリペプチドはタンパク質であり、最も好ましくは約100以上のアミノ酸残基を含有するタンパク質である。通常、このポリペプチドはホルモンもしくは抗体またはそれらのフラグメントであろう。 結合 "Binding polypeptide" as used herein refers to any polypeptide that binds to a target molecule with selective affinity. Preferably, the polypeptide is a protein, most preferably a protein containing about 100 or more amino acid residues. Usually, the polypeptide will be a hormone or antibody or a fragment thereof.

 本明細書において用いる「高親和性」は、生理学的条件下で<10-5M、好ましくは<10-7Mの親和定数(Kd)を意味する。 As used herein, “high affinity” means an affinity constant (Kd) of <10 −5 M, preferably <10 −7 M under physiological conditions.

 本明細書において用いる「標的分子」は、それに対してリガンドを製造するのが所望であるあらゆる分子であり、必ずしもタンパク質に限られない。しかし、この標的はタンパク質であるのが好ましく、最も好ましくは、この標的はホルモン受容体などの受容体である。 「" Target molecule "as used herein is any molecule for which it is desired to produce a ligand, and is not necessarily limited to proteins. However, the target is preferably a protein, most preferably the target is a receptor, such as a hormone receptor.

 本明細書において用いる「ヒト化抗体」は、マウスまたは他の非ヒト抗体の相補性決定領域(CDR)がヒト抗体のフレームワーク(枠組み構造)に結合している抗体を意味する。ヒト抗体のフレームワークはCDRを除く全ヒト抗体を意味する。 用 い る "Humanized antibody", as used herein, refers to an antibody in which the complementarity determining regions (CDRs) of a mouse or other non-human antibody are bound to the framework of a human antibody. The framework of a human antibody refers to all human antibodies except CDRs.

I.ファージの表面に表示させるためのポリペプチドの選択
 本発明の方法における第1の工程は、ファージの表面に表示させるためのポリペプチドの表面に露出される堅い2次構造を有するポリペプチドを選択することである。
I. Selection of Polypeptide for Display on Phage Surface The first step in the method of the present invention is to select a polypeptide having a rigid secondary structure exposed on the surface of the polypeptide for display on the phage surface. That is.

 本明細書において用いる「ポリペプチド」は、特異的なDNA配列によって発現させることができる任意の分子を意味する。本発明のポリペプチドは1を越えるサブユニットからなり、それぞれのサブユニットは別個のDNA配列によってコードされている。 用 い る "Polypeptide" as used herein refers to any molecule that can be expressed by a specific DNA sequence. A polypeptide of the present invention consists of more than one subunit, each subunit being encoded by a separate DNA sequence.

 本明細書において用いる「堅い2次構造」は、例えば、α−ヘリックス、310ヘリックス、πヘリックス、平行および逆平行β−シート、ならびに逆ターンなどにおいて見い出される規則的な反復構造を示す任意のポリペプチドセグメントを意味する。また、認識しうる幾何秩序を欠くある種の「非秩序」構造も、それらが標的との相互作用が可能なアミノ酸残基のドメインまたは「パッチ」を形成し、構造の全体形状が構造中のアミノ酸の置換によって破壊されない限り、堅い2次構造の定義中に含まれる。ある種の非秩序構造は逆ターンの組合せであると考えられている。これら堅い2次構造の幾何は、ペプチド「骨格」のα−炭素のまわりのφおよびψねじれ角によって十分に定義される。 As used herein, "rigid secondary structure", for example, alpha-helix, 3 10 helix, [pi helices, any showing a regular repeating structure found in such parallel and antiparallel β- sheet and reverse turns, Means a polypeptide segment. Also, certain "disordered" structures lacking recognizable geometric order form domains or "patches" of amino acid residues that allow them to interact with the target, and the overall shape of the structure in the structure Unless destroyed by amino acid substitutions, they are included in the definition of a rigid secondary structure. Certain types of disordered structures are thought to be combinations of reverse turns. The geometry of these rigid secondary structures is well defined by the φ and ψ twist angles around the α-carbon of the peptide “backbone”.

 2次構造をポリペプチド表面に露出させるのに必要なことは、標的分子に対して露出され標的分子と結合することができるアミノ酸残基のドメインまたは「パッチ」を提供することである。これは基本的には突然変異誘発によって置換されるアミノ酸残基であり、この突然変異誘発によってファージの表面に表示される構造的に関連した(突然変異体)結合ポリペプチドの「ライブラリー」が得られ、これから新規なポリペプチドリガンドが選択される。通常、ポリペプチドの内部に向かうアミノ酸残基の突然変異誘発または置換は避けられ、これにより堅い2次構造の全体構造が保存される。堅い2次構造の内部領域のアミノ酸の、特に疎水性アミノ酸残基による置換の一部は、これら保存性の置換がポリペプチドの全体構造を歪めるようには考えられないので許容されるであろう。 All that is required to expose the secondary structure to the polypeptide surface is to provide a domain or "patch" of amino acid residues that can be exposed to and bind to the target molecule. This is basically an amino acid residue that is replaced by mutagenesis, which results in a "library" of structurally related (mutant) binding polypeptides displayed on the surface of the phage. Obtained, from which a novel polypeptide ligand is selected. Generally, mutagenesis or substitution of amino acid residues towards the interior of the polypeptide is avoided, thereby preserving the overall structure of the rigid secondary structure. Some substitutions of amino acids in internal regions of the rigid secondary structure, especially with hydrophobic amino acid residues, may be tolerated because these conservative substitutions do not appear to distort the overall structure of the polypeptide. .

 「ポリペプチド」選択の繰返しサイクルを用い、複数の選択サイクルによって選択した複数のアミノ酸変化のファージミド選択によってさらに高い親和性の結合を選択する。第1ラウンドのファージミド選択(リガンドポリペプチド中のアミノ酸の選択または第1領域が関係する)に続いて、リガンドポリペプチドの他の領域またはアミノ酸において追加ラウンドのファージミド選択を行なう。リガンドポリペプチドの所望の親和性が達成されるまでこのファージミド選択サイクルを繰り返す。この方法を説明するために、実施例VIIIのhGHのファージミド選択をサイクルで行なった。第1サイクルにおいて、hGHのアミノ酸172、174、176および178に突然変異を行ない、ファージミドを選択した。第2サイクルにおいて、hGHのアミノ酸167、171、175および179をファージミド選択した。第3サイクルにおいて、hGHのアミノ酸10、14、18および21をファージミド選択した。先のサイクルからの最適アミノ酸変化は、次サイクルの選択の前にポリペプチド中に導入することができる。例えば、hGHのアミノ酸置換174(セリン)および176(チロシン)を、hGHのアミノ酸167、171、175および179のファージミド選択の前にhGH中に導入した。 繰 Using repeated cycles of “polypeptide” selection, select higher affinity binding by phagemid selection of multiple amino acid changes selected by multiple selection cycles. Following the first round of phagemid selection (which involves the selection of amino acids or first regions in the ligand polypeptide), additional rounds of phagemid selection are performed on other regions or amino acids of the ligand polypeptide. This phagemid selection cycle is repeated until the desired affinity of the ligand polypeptide is achieved. To illustrate this method, phagemid selection of hGH in Example VIII was performed in cycles. In the first cycle, mutations were made to amino acids 172, 174, 176 and 178 of hGH and phagemids were selected. In the second cycle, amino acids 167, 171, 175 and 179 of hGH were phagemid selected. In the third cycle, amino acids 10, 14, 18 and 21 of hGH were phagemid selected. Optimal amino acid changes from the previous cycle can be introduced into the polypeptide before selection for the next cycle. For example, amino acid substitutions 174 (serine) and 176 (tyrosine) of hGH were introduced into hGH prior to phagemid selection of amino acids 167, 171, 175, and 179 of hGH.

 上記から、ポリペプチドの結合ドメインを形成するアミノ酸残基が連続的に結合したものではなく、ポリペプチドの異なるサブユニット上に存在していてよいことが理解されるであろう。即ち、結合ドメインは、結合部位における特定の2次構造をたどるものであって、1次構造をたどるものではない。従って、突然変異はポリペプチドの内部から外側へ向かう部位の特定の2次構造内のアミノ酸をコードしているコドンに導入して、それらが標的と相互作用する可能性を持つようにするのが普通である。説明のため、hGH−結合タンパク質への結合を強力に変調させることが知られているhGH中の残基の位置を図2に示す〔Cunninghamら, Science 247: 1461-1465 (1990)〕。即ち、突然変異誘発に適切な代表的な部位には、ヘリックス4の残基172、174、176および178、ならびに「非秩序」2次構造内の残基64が含まれる。 From the foregoing, it will be appreciated that the amino acid residues forming the binding domain of the polypeptide may not be contiguously linked, but may be present on different subunits of the polypeptide. That is, the binding domain follows a specific secondary structure at the binding site, not the primary structure. Thus, mutations should be introduced into codons encoding amino acids within specific secondary structures at sites from the interior to the exterior of the polypeptide so that they have the potential to interact with the target. Normal. For illustration, the positions of residues in hGH that are known to strongly modulate binding to hGH-binding proteins are shown in FIG. 2 [Cunningham et al., Science 247: 1461-1465 (1990)]. That is, representative sites suitable for mutagenesis include residues 172, 174, 176 and 178 of helix 4 and residue 64 within the "disordered" secondary structure.

 ある標的に対するリガンドとして選択したポリペプチドが該標的に正常に結合する必要はない。即ち、例えばTSHなどの糖タンパク質ホルモンをFSH受容体のリガンドとして選択することができ、突然変異TSH分子のライブラリーを本発明の方法に用いて新規な薬物候補を得る。 ポ リ It is not necessary that a polypeptide selected as a ligand for a target binds normally to the target. That is, for example, a glycoprotein hormone such as TSH can be selected as a ligand for the FSH receptor, and a library of mutant TSH molecules is used in the method of the present invention to obtain novel drug candidates.

 即ち、本発明は標的分子に結合する任意のポリペプチドを意図したものであり、抗体を包含している。好ましいポリペプチドは医薬用途を有しているポリペプチドである。さらに好ましいポリペプチドには次のものが含まれる:即ち、成長ホルモン(ヒト成長ホルモン、デス−N−メチオニル ヒト成長ホルモン、およびウシ成長ホルモンを含む);副甲状腺ホルモン;甲状腺刺激ホルモン;チロキシン;インスリンA鎖;インスリンB鎖;プロインスリン;卵胞刺激ホルモン;カルシトニン;ロイチナイジング ホルモン;グルカゴン;因子VIII;抗体;肺表面活性物質;プラスミノーゲン活性化因子〔例えば、ウロキナーゼまたはヒト組織型プラスミノーゲン活性化因子(t−PA)〕;ボンベシン;因子IX;トロンビン;造血成長因子;腫瘍壊死因子αおよびβ;エンケファリナーゼ;血清アルブミン(例えば、ヒト血清アルブミン);ミュラー阻害物質;レラキシンA鎖;レラキシンB鎖;プロレラキシン;マウスゴナドトロピン関連ペプチド;微生物タンパク質(例えば、β−ラクタマーゼ);組織因子タンパク質;インヒビン;アクチビン;血管内皮成長因子;ホルモンまたは成長因子の受容体;インテグリン;トロンボポエチン;プロテインAまたはD;リウマトイド因子;神経成長因子(例えば、NGF−β);血小板由来の成長因子;線維芽細胞成長因子(例えば、aFGFおよびbFGF);表皮成長因子;トランスフォーミング成長因子(TGF)(例えば、TGF−αおよびTGF−β);インスリン様成長因子IおよびII;インスリン様成長因子結合タンパク質;CD−4;DNアーゼ;潜在性関連ペプチド;エリトロポエチン;骨誘導因子;インターフェロン(例えば、インターフェロンα、βおよびγ);コロニー刺激因子(CSF)(例えば、M−CSF、GM−CSFおよびG−CSF);インターロイキン(IL)(例えば、IL−1、IL−2、IL−3、IL−4);スーパーオキシドジスムターゼ;崩壊促進因子;心房性ナトリウム利尿ペプチドA、BまたはC;ウイルス抗原(例えば、HIVエンベロープの一部);免疫グロブリン;ならびに上記ポリペプチドのいずれかのフラグメントである。さらに、ポリペプチド上の1またはそれ以上の予め決定したアミノ酸残基に置換、挿入または削除を行なって、例えば改善された生物学的性質を有する生成物を得ることができる。また、これらポリペプチドのフラグメント、特に生物学的に活性なフラグメントが包含される。本発明のさらに好ましいポリペプチドは、ヒト成長ホルモン、心房性ナトリウム利尿ペプチドA、BおよびC、エンドトキシン、スブチリシン、トリプシン、ならびに他のセリンプロテアーゼ類である。 That is, the present invention contemplates any polypeptide that binds to a target molecule and includes antibodies. Preferred polypeptides are those that have pharmaceutical use. More preferred polypeptides include: growth hormones (including human growth hormone, des-N-methionyl human growth hormone, and bovine growth hormone); parathyroid hormone; thyroid stimulating hormone; thyroxine; A chain; insulin B chain; proinsulin; follicle stimulating hormone; calcitonin; leutinizing hormone; glucagon; factor VIII; antibody; lung surfactant; plasminogen activator [eg urokinase or human tissue-type plasminogen. Activator (t-PA)]; bombesin; factor IX; thrombin; hematopoietic growth factor; tumor necrosis factors α and β; enkephalinase; serum albumin (eg, human serum albumin); Muller inhibitor; relaxin A chain; Relaxin B chain; prorelaxin; Sgonadotropin-related peptide; Microbial protein (eg, β-lactamase); Tissue factor protein; Inhibin; Activin; Vascular endothelial growth factor; Hormone or growth factor receptor; Integrin; Thrombopoietin; Protein A or D; Rheumatoid factor; Factors (eg, NGF-β); platelet-derived growth factors; fibroblast growth factors (eg, aFGF and bFGF); epidermal growth factor; transforming growth factors (TGF) (eg, TGF-α and TGF-β). Insulin-like growth factors I and II; insulin-like growth factor binding protein; CD-4; DNase; latency-related peptide; erythropoietin; osteoinductive factors; interferons (eg, interferon α, β and γ); CSF) For example, M-CSF, GM-CSF and G-CSF); interleukin (IL) (eg, IL-1, IL-2, IL-3, IL-4); superoxide dismutase; Natriuretic peptides A, B or C; viral antigens (eg, part of the HIV envelope); immunoglobulins; and fragments of any of the above polypeptides. In addition, one or more predetermined amino acid residues on the polypeptide can be substituted, inserted or deleted to obtain a product having, for example, improved biological properties. Also included are fragments of these polypeptides, particularly biologically active fragments. Further preferred polypeptides of the present invention are human growth hormone, atrial natriuretic peptides A, B and C, endotoxin, subtilisin, trypsin, and other serine proteases.

 さらに好ましいポリペプチドホルモンは、第1の細胞において産生される任意のアミノ酸配列であって、同じ細胞種(自己分泌ホルモン)または第2の細胞種(非自己分泌)上の受容体に特異的に結合し、受容体保持細胞に特徴的な生理学的反応を引き起こすアミノ酸配列として定義しうるポリペプチドホルモンである。このようなポリペプチドホルモンには、サイトカイン類、リンホカイン類、神経栄養ホルモンおよび脳下垂体腺ポリペプチドホルモン、例えば成長ホルモン、プロラクチン、胎盤性ラクトゲン、黄体形成ホルモン、卵胞刺激ホルモン、チロトロピン、絨毛ゴナドトロピン、コルチコトロピン、αまたはβ−メラノサイト刺激ホルモン、β−リポトロピン、γ−リポトロピンおよびエンドルフィン類;視床下部放出抑制ホルモン、例えばコルチコトロピン放出因子、成長ホルモン放出抑制ホルモン、成長ホルモン放出因子;ならびに心房性ナトリウム利尿ペプチドA、BおよびCなどの他のポリペプチドホルモンが含まれる。 A more preferred polypeptide hormone is any amino acid sequence produced in a first cell, specifically for a receptor on the same cell type (autocrine hormone) or a second cell type (non-autocrine). A polypeptide hormone that can be defined as an amino acid sequence that binds and causes a characteristic physiological response in receptor-bearing cells. Such polypeptide hormones include cytokines, lymphokines, neurotrophic hormones and pituitary gland polypeptide hormones such as growth hormone, prolactin, placental lactogen, luteinizing hormone, follicle stimulating hormone, thyrotropin, villous gonadotropin, Corticotropin, α or β-melanocyte stimulating hormone, β-lipotropin, γ-lipotropin and endorphins; hypothalamic release inhibitory hormones such as corticotropin-releasing factor, growth hormone-releasing hormone, growth hormone-releasing factor; , B and C, and other polypeptide hormones.

II.所望のポリペプチドをコードしている第1遺伝子(遺伝子1)の入手
 所望のポリペプチド(即ち、堅い2次構造を有するポリペプチド)をコードしている遺伝子は、当分野で既知の方法によって得ることができる〔一般には、Sambrookら, Molecular Biology: A laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, New York (1989)を参照〕。この遺伝子の配列が既知である場合には、この遺伝子をコードしているDNAを化学的に合成してもよい〔Merrfield, J.Am.Chem.Soc. 85: 2149 (1963)〕。この遺伝子の配列が未知である場合、またはこの遺伝子がそれまでに単離されていない場合には、cDNAライブラリー(所望の遺伝子が発現される適当な組織から得たRNAから調製する)から、または適当なゲノムDNAライブラリーからクローン化することができる。次いで、適当なプローブを用いて遺伝子を単離する。cDNAライブラリーのための適当なプローブには、モノクローナルもしくはポリクローナル抗体(ただし、cDNAライブラリー発現ライブラリーであるとき)、オリゴヌクレオチド、および相補性もしくは相同性cDNAまたはそれらのフラグメントが含まれる。ゲノムDNAライブラリーから所望の遺伝子を単離するのに用いることができるプローブには、同一もしくは類似の遺伝子をコードしているcDNAもしくはそのフラグメント、相同なゲノムDNAもしくはDNAフラグメント、およびオリゴヌクレオチドが含まれる。選択したプローブによるcDNAもしくはゲノムライブラリーのスクリーニングは、Sambrookら(上記)の第10〜12章に記載されている標準法を用いて行なう。
II. Obtaining the First Gene (Gene 1) Encoding the Desired Polypeptide The gene encoding the desired polypeptide (ie, a polypeptide having a rigid secondary structure) can be obtained by methods known in the art. [See, generally, Sambrook et al., Molecular Biology: A laboratory Manual , Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, New York (1989)]. If the sequence of this gene is known, the DNA encoding this gene may be synthesized chemically [Merrfield, J. Am . Chem . Soc . 85: 2149 (1963)]. If the sequence of the gene is unknown, or if the gene has not been isolated before, a cDNA library (prepared from RNA from a suitable tissue in which the desired gene is expressed) Alternatively, it can be cloned from an appropriate genomic DNA library. The gene is then isolated using a suitable probe. Suitable probes for cDNA libraries include monoclonal or polyclonal antibodies (when a cDNA library is an expression library), oligonucleotides, and complementary or homologous cDNAs or fragments thereof. Probes that can be used to isolate the desired gene from a genomic DNA library include cDNAs or fragments thereof that encode the same or similar genes, homologous genomic DNA or DNA fragments, and oligonucleotides. It is. Screening of a cDNA or genomic library with the selected probe is performed using standard methods described in Chapters 10-12 of Sambrook et al. (Supra).

 所望のタンパク質をコードしている遺伝子を単離するための別の方法は、Sambrookら(上記)のセクション14に記載されているポリメラーゼ連鎖反応法(PCR)を使用することである。この方法は、所望の遺伝子にハイブリダイズするオリゴヌクレオチドの使用を必要とする。即ち、オリゴヌクレオチドを得るために、この遺伝子のDNA配列の少なくと一部が既知でなければならない。
 遺伝子を単離した後、これをSambrookら(上記)が一般的に記載しているように増幅用の適当なベクター(好ましくは、プラスミド)中に挿入することができる。
Another method for isolating the gene encoding the desired protein is to use the polymerase chain reaction (PCR) described in section 14 of Sambrook et al. (Supra). This method requires the use of oligonucleotides that hybridize to the desired gene. That is, in order to obtain an oligonucleotide, at least a portion of the DNA sequence of this gene must be known.
After isolating the gene, it can be inserted into an appropriate vector for amplification, preferably a plasmid, as generally described by Sambrook et al. (Supra).

III.複製可能な発現ベクターの構築
 いくつかの型のベクターが利用可能であり、本発明の実施に用いることができるが、プラスミドベクターが本発明において使用するに好ましいベクターである。これは、これらベクターを比較的容易に構築することができ、容易に増幅することができるためである。一般にプラスミドベクターは、当業者には既知のように、プロモーター、シグナル配列、表現型選択遺伝子、複製起点部位、および他の必要な成分を含む種々の構成成分を含有している。
III. Construction of Replicable Expression Vectors Although several types of vectors are available and can be used in the practice of the present invention, plasmid vectors are the preferred vectors for use in the present invention. This is because these vectors can be constructed relatively easily and can be easily amplified. In general, plasmid vectors contain various components, including promoters, signal sequences, phenotypic selection genes, origins of replication, and other necessary components, as known to those skilled in the art.

 原核性ベクターにおいて最も普通に用いられるプロモーターには、lacZプロモーター系、アルカリホスファターゼphoAプロモーター、バクテリオファージλPプロモーター(温度感受性プロモーター)、tacプロモーター(lacリプレッサーによって調節されるハイブリッドtrp-lacプロモーター)、トリプトファンプロモーター、およびバクテリオファージT7プロモーターが含まれる。プロモーターの全般的な説明については、Sambrookら(上記)のセクション17を参照。最もよく用いられるプロモーターが存在するが、他の適当な微生物プロモーターも同様に用いることができる。 The most commonly used promoters in prokaryotic vectors, lacZ promoter system, the alkaline phosphatase phoA promoter, the bacteriophage .lambda.P L promoter (a temperature sensitive promoter), tac promoter (a hybrid trp-lac promoter that is regulated by the lac repressor), Includes tryptophan promoter, and bacteriophage T7 promoter. See Section 17 of Sambrook et al. (Supra) for a general description of promoters. Although there are most commonly used promoters, other suitable microbial promoters can be used as well.

 本発明の実施に好ましいプロモーターは、融合遺伝子の発現を制御しうるように厳格に調節することができるプロモーターである。従来技術において認識されないままであった問題は、ファージミド粒子の表面における融合タンパク質の複数コピーの表示がファージミドと標的との複数点結合を導くことであったと考えられる。「キレート作用」と呼ばれるこの作用は、融合タンパク質の複数コピーが互いにすぐ近接してファージミド粒子上に表示されて標的が「キレート化」されたときに、誤った「高親和性」ポリペプチドを選択する結果を与えると考えられる。複数点結合が起こったときには、有効または見掛けKdは表示された融合タンパク質のそれぞれのコピーに対する個々のKdの積と同程度に高いであろう。この作用が、Cwirlaとその共同研究者(上記)が比較的高親和性のペプチドから中親和性のペプチドを分離できなかった理由であるのかもしれない。 好 ま し い Preferred promoters for the practice of the present invention are those that can be strictly regulated to control the expression of the fusion gene. It is believed that a problem that remained unrecognized in the prior art was that the display of multiple copies of the fusion protein on the surface of the phagemid particles led to multiple point binding of the phagemid to the target. This effect, called "chelation", selects multiple erroneous "high-affinity" polypeptides when multiple copies of the fusion protein are displayed on phagemid particles in close proximity to each other and the target is "chelated" It is thought to give results. When multiple point binding occurs, the effective or apparent Kd will be as high as the product of the individual Kd for each copy of the indicated fusion protein. This effect may be the reason Cwirla and coworkers (above) were unable to separate medium-affinity peptides from relatively high-affinity peptides.

 少量(即ち、約1%よりも少ない)のファージミド粒子だけが複数コピーの融合タンパク質を含有するように融合タンパク質の発現を厳格に調節することによって、「キレート作用」が克服され、高親和性のポリペプチドの適切な選択が可能になることを発見した。即ち、プロモーターに依存して、宿主の培養条件を調節して単一コピーの融合タンパク質を含有するファージミド粒子の数を最大にし、複数コピーの融合タンパク質を含有するファージミド粒子の数を最少にする。 By tightly regulating the expression of the fusion protein so that only small amounts (ie, less than about 1%) of the phagemid particles contain multiple copies of the fusion protein, the "chelation" is overcome and the high affinity It has been discovered that proper selection of the polypeptide is possible. That is, depending on the promoter, the culture conditions of the host are adjusted to maximize the number of phagemid particles containing a single copy of the fusion protein and minimize the number of phagemid particles containing multiple copies of the fusion protein.

 本発明の実施に用いられる好ましいプロモーターは、lacZプロモーターおよびphoAプロモーターである。このlacZプロモーターはlacリプレッサータンパク質lac iによって調節され、従って融合遺伝子の転写をlacリプレッサータンパク質の量の操作によって制御することができる。説明のためであるが、このlacZプロモーターを含有するファージミドは、lacZプロモーターのリプレッサーであるlac iリプレッサー遺伝子のコピーを含有する細胞株中で増殖させる。lac i遺伝子を含有する細胞株の例には、JM101およびXL1-Blueが含まれる。別法によれば、リプレッサーlac iおよびlacZプロモーターの両方を含有するプラスミドで宿主細胞を同時トランスフェクトすることができる。ときには上記方法の両方を同時に用いる。即ち、lacZプロモーターを含有するファージミド粒子をlac i遺伝子を含有する細胞株中で増殖させ、この細胞株をlacZおよびlac i遺伝子の両方を含有するプラスミドで同時トランスフェクトする。通常、上記のトランスフェクトされた宿主に遺伝子を発現させたいときには、イソプロピルチオガラクトシド(IPTG)などの誘導物質を加える。しかし、本発明においては、この工程を割愛して、(a)遺伝子III融合タンパク質の発現を最少にしてコピー数を最少にし(即ち、ファージミド数に対する遺伝子III融合体の数)、そして、(b)低濃度であってもIPTGなどの誘導物質によって引き起こされるファージミドの劣るかまたは不適切なパッケージングを防止する。通常、誘導物質を加えないときには、ファージミド粒子あたりの融合タンパク質の数は約0.1である(バルク融合タンパク質の数/ファージミド粒子の数)。本発明の実施に用いられる最も好ましいプロモーターはphoAである。このプロモーターは細胞中の無機リン酸の量によって調節されると考えられており、このリン酸がプロモーターの活性を下方調節する。即ち、細胞のリン酸を減少させることによって、プロモーターの活性を高めることができる。所望の結果は、2YTまたはLBなどのリン酸に富む培地で細胞を増殖させ、遺伝子III融合体の発現を制御することによって達成される。 好 ま し い Preferred promoters used in the practice of the present invention are the lacZ promoter and the phoA promoter. This lacZ promoter is regulated by the lac repressor protein laci, and thus transcription of the fusion gene can be controlled by manipulating the amount of the lac repressor protein. By way of illustration, the lacZ promoter-containing phagemid is grown in a cell line containing a copy of the lac repressor gene, a repressor of the lacZ promoter. Examples of cell lines containing the laci gene include JM101 and XL1-Blue. Alternatively, host cells can be co-transfected with a plasmid containing both the repressor laci and the lacZ promoter. Sometimes both of the above methods are used simultaneously. That is, phagemid particles containing the lacZ promoter are grown in a cell line containing the laci gene, and the cell line is co-transfected with a plasmid containing both the lacZ and laci genes. Usually, when it is desired to express the gene in the above transfected host, an inducer such as isopropylthiogalactoside (IPTG) is added. However, in the present invention, this step is omitted, and (a) the expression of the gene III fusion protein is minimized to minimize the copy number (ie, the number of gene III fusions relative to the number of phagemids); ) Prevents poor or improper packaging of phagemid caused by inducers such as IPTG even at low concentrations. Usually, when no inducer is added, the number of fusion proteins per phagemid particle is about 0.1 (number of bulk fusion proteins / number of phagemid particles). The most preferred promoter used in the practice of the present invention is phoA. It is thought that this promoter is regulated by the amount of inorganic phosphate in the cell, which phosphate down regulates the activity of the promoter. That is, the activity of the promoter can be increased by reducing the phosphate of the cell. The desired result is achieved by growing the cells in a phosphate-rich medium, such as 2YT or LB, and controlling the expression of the gene III fusion.

 本発明の実施に用いられるベクターの他の有用な成分はシグナル配列である。通常、この配列は融合タンパク質をコードしている遺伝子のすぐ5′側に位置しており、従って融合タンパク質のアミノ末端に転写される。しかし、ある種の場合には、このシグナル配列は、分泌させようとするタンパク質をコードしている遺伝子の他の5′の位置に存在することが示されている。この配列は、細菌細胞の内部膜を越えてこの配列が結合しているタンパク質を標的とする。このシグナル配列をコードしているDNAは、シグナル配列を有するタンパク質をコードしている任意の遺伝子から制限エンドヌクレアーゼフラグメントとして得ることができる。適当な原核性シグナル配列は、例えば、LamBもしくはOmpF〔Wongら, Gene 68: 193 (1983)〕、MalE、PhoAおよびその他の遺伝子をコードしている遺伝子から得ることができる。本発明の実施に好ましい原核性シグナル配列は、Changら〔Gene 55: 189 (1987)〕が記載している大腸菌の熱安定性エンテロトキシンII(STII)シグナル配列である。 Another useful component of the vectors used in practicing the present invention is a signal sequence. Usually, this sequence is located immediately 5 'to the gene encoding the fusion protein, and thus is transcribed at the amino terminus of the fusion protein. However, in certain cases, this signal sequence has been shown to be at another 5 'position in the gene encoding the protein to be secreted. This sequence targets the protein to which it binds across the inner membrane of the bacterial cell. DNA encoding the signal sequence can be obtained as a restriction endonuclease fragment from any gene encoding a protein having the signal sequence. Suitable prokaryotic signal sequences can be obtained, for example, from genes encoding LamB or OmpF [Wong et al., Gene 68: 193 (1983)], MalE, PhoA and other genes. A preferred prokaryotic signal sequence for the practice of the present invention is the Escherichia coli thermostable enterotoxin II (STII) signal sequence described by Chang et al. [ Gene 55: 189 (1987)].

 本発明の実施に用いられるベクターの別の有用な成分は、表現型選択遺伝子である。通常の表現型選択遺伝子は、宿主細胞に抗生物質耐性を与えるタンパク質をコードしている遺伝子である。説明のためのものであるが、アンピシリン耐性遺伝子(amp)およびテトラサイクリン耐性遺伝子(tet)がこの目的に使用するのが容易である。 別 Another useful component of the vector used in the practice of the present invention is a phenotypic selection gene. A common phenotypic selection gene is a gene that encodes a protein that confers antibiotic resistance on a host cell. By way of illustration, the ampicillin resistance gene (amp) and the tetracycline resistance gene (tet) are easy to use for this purpose.

 上記の成分ならびに所望のポリペプチドをコードしている遺伝子(遺伝子1)を含有する適当なベクターの構築は、Sambrookら(上記)が記載している標準的な組換えDNA法を用いて行なう。ベクターを形成させるために結合される単離したDNAフラグメントを切断し、加工し、そして特定の順序および配向で一緒に連結して所望のベクターを創製する。 Construction of a suitable vector containing the above components and a gene encoding the desired polypeptide (gene 1) is performed using standard recombinant DNA techniques described by Sambrook et al. (Supra). The isolated DNA fragments that are ligated to form the vector are cut, processed, and ligated together in a particular order and orientation to create the desired vector.

 適当な緩衝液中で適当な制限酵素または酵素群を用いてDNAを切断する。通常、約20μlの緩衝溶液において、約0.2〜1μgのプラスミドまたはDNAフラグメントを約1〜2単位の適当な制限酵素と共に用いる。適当な緩衝液、DNA濃度、ならびにインキュベート時間および温度は、制限酵素の製造元によって指定されている。通常、37℃で約1または2時間のインキュベート時間が適切であるが、いくつかの酵素はさらに高い温度を必要とする。インキュベート後に、酵素および他の不純物をフェノールとクロロホルムの混合物による消化溶液の抽出によって除去し、DNAをエタノールによる沈澱によって水性分画から回収する。 (4) Cleavage the DNA using an appropriate restriction enzyme or enzymes in an appropriate buffer. Typically, about 0.2-1 μg of plasmid or DNA fragment is used with about 1-2 units of the appropriate restriction enzyme in about 20 μl of buffer solution. Appropriate buffers, DNA concentrations, and incubation times and temperatures are specified by the restriction enzyme manufacturer. Usually, an incubation time of about 1 or 2 hours at 37 ° C. is appropriate, but some enzymes require higher temperatures. After incubation, enzymes and other impurities are removed by extraction of the digestion solution with a mixture of phenol and chloroform, and DNA is recovered from the aqueous fraction by precipitation with ethanol.

 DNAフラグメントを共に連結して機能的なベクターを得るためには、これらDNAフラグメントの末端を互いに適合させなければならない。ある場合には、エンドヌクレアーゼ消化の後にこれら末端はそのままで適合性である。しかし、これらを連結に対して適合するようにするために、通常はエンドヌクレアーゼ消化によって生成する接着末端を初めに平滑末端に変換することが必要になることもある。末端を平滑にするために、DNAを、適当な緩衝液中、4種のデオキシヌクレオチド三リン酸の存在下に10単位のDNAポリメラーゼIのクレノウフラグメント(クレノウ)を用いて15℃で少なくとも15分間処理する。次いで、このDNAのフェノール-クロロホルム抽出とエタノール沈澱により精製する。 末端 In order to ligate the DNA fragments together to obtain a functional vector, the ends of these DNA fragments must be compatible with each other. In some cases, these ends are compatible after endonuclease digestion. However, in order to make them compatible for ligation, it may be necessary first to convert sticky ends, usually produced by endonuclease digestion, to blunt ends. To blunt the ends, the DNA is digested at least 15 ° C. with 15 units of Klenow fragment of DNA polymerase I (Klenow) in a suitable buffer in the presence of four deoxynucleotide triphosphates. Process for a minute. Next, the DNA is purified by phenol-chloroform extraction and ethanol precipitation.

 DNAゲル電気泳動を用いて、切断したDNAフラグメントをサイズ分離し、選択することができる。アガロースまたはポリアクリルアミドマトリックスのどちらかによりDNAを電気泳動することができる。マトリックスの選択は、分離しようとするDNAフラグメントのサイズに依存するであろう。電気泳動の後、Sambrookら(上記)のセクション6.30〜6.33の記載のように、電気溶離によって、または、低溶融アガロースをマトリックスとして使用したときにはアガロースの溶融とそれからのDNAの抽出によって、DNAをマトリックスから抽出する。 切断 Using DNA gel electrophoresis, the cut DNA fragments can be size-separated and selected. DNA can be electrophoresed on either agarose or polyacrylamide matrices. The choice of matrix will depend on the size of the DNA fragments to be separated. After electrophoresis, by electroelution, as described in sections 6.30-6.33 of Sambrook et al., Supra, or by melting agarose and extracting DNA therefrom when low melting agarose is used as the matrix. Extract the DNA from the matrix.

 共に連結しようとするDNAフラグメント(連結しようとするそれぞれのフラグメントの末端が適合するように適切な制限酵素により予め消化)を、ほぼ等しい量で溶液に入れる。この溶液は、ATP、リガーゼ緩衝液およびリガーゼ、例えば0.5μgのDNAあたり約10単位のT4 DNAリガーゼをも含んでいるであろう。DNAフラグメントをベクター中に連結するときには、最初にこのベクターを適当な制限エンドヌクレアーゼ(群)で切断することによって直線化する。次いで、この直線化したベクターをアルカリホスファターゼまたはウシ腸ホスファターゼで処理する。このホスファターゼ処理は連結工程中のベクターの自己連結を防止する。 DNA Put approximately the same amount of DNA fragments to be ligated together (pre-digested with appropriate restriction enzymes so that the ends of each fragment to be ligated are compatible). This solution will also contain ATP, ligase buffer and ligase, eg, about 10 units of T4 DNA ligase per 0.5 μg of DNA. When ligating a DNA fragment into a vector, the vector is first linearized by cutting it with the appropriate restriction endonuclease (s). The linearized vector is then treated with alkaline phosphatase or bovine intestinal phosphatase. This phosphatase treatment prevents self-ligation of the vector during the ligation step.

 連結の後、外来遺伝子が挿入されているベクターを適当な宿主細胞に導入する。原核生物が本発明に好ましい宿主細胞である。適当な原核性宿主細胞には、大腸菌株JM101、大腸菌K12株294(ATCC No.31,446)、大腸菌株W3110(ATCC No.27,325)、大腸菌X1776(ATCC No.31,537)、大腸菌XL-1Blue(stratagene)、および大腸菌Bが含まれるが、大腸菌の他の多数の株(例えば、HB101、NM522、NM538、NM539)、ならびに他の多数の原核生物の属および種も同様に用いることができる。上に挙げた大腸菌株に加えて、バチルス(例えば、Bacillus Subtilis)、他の腸内細菌(例えば、Salmonella typhimuriumあるいはSerratia marcesans)、および種々のPseudomonas種もすべて宿主として使用することができる。 After ligation, the vector into which the foreign gene has been inserted is introduced into a suitable host cell. Prokaryotes are preferred host cells for the present invention. Suitable prokaryotic host cells include E. coli strain JM101, E. coli K12 strain 294 (ATCC No. 31,446), E. coli strain W3110 (ATCC No. 27,325), E. coli X1776 (ATCC No. 31,537), E. coli XL-1 Blue (stratagene). , And E. coli B, but many other strains of E. coli (eg, HB101, NM522, NM538, NM539), and many other prokaryotic genera and species can be used as well. In addition to the E. coli strains listed above, Bacillus (eg, Bacillus Subtilis ), other enteric bacteria (eg, Salmonella typhimurium or Serratia marcesans ), and various Pseudomonas species can all be used as hosts.

 原核細胞の形質転換は、Sambrookら(上記)のセクション1.82に記載の塩化カルシウム法を用いて容易に達成される。別法によれば、電気穿孔法〔Neumannら, EMBO J. 1: 841 (1982)〕を用いてこれら細胞を形質転換することができる。通常はテトラサイクリン(tet)またはアンピシリン(amp)などの抗生物質上で増殖させることによって、形質転換した細胞を選択する(形質転換細胞は、ベクター上のtetおよび/またはamp耐性遺伝子の存在によりこれら抗生物質に対して耐性になっている)。 Transformation of prokaryotes is readily accomplished using the calcium chloride method described in Section 1.82 of Sambrook et al. (Supra). Alternatively, these cells can be transformed using electroporation [Neumann et al., EMBO J. 1: 841 (1982)]. Transformed cells are usually selected by growing on antibiotics such as tetracycline (tet) or ampicillin (amp). Resistant to substances).

 形質転換細胞の選択の後、これら細胞を培養増殖させ、次いでプラスミドDNA(または、外来遺伝子が挿入された他のベクター)を単離する。プラスミドDNAは当分野で既知の方法を用いて単離することができる。2つの適当な方法は、Sambrookら(上記)のセクション1.25〜1.33に記載されている小スケールのDNA調製および大スケールのDNA調製である。単離したDNAは、Sambrookら(上記)のセクション1.40に記載されている方法のような当分野で既知の方法によって精製することができる。次いで、この精製したプラスミドDNAを、制限マッピングおよび/またはDNA配列決定によって分析する。通常、DNAの配列決定は、Messingら〔Nucleic Acids Res. 9: 309 (1981)〕の方法またはMaxamら〔Meth.Enzymol. 65: 499 (1980)〕の方法のいずれかによって行なう。 After selection of the transformed cells, the cells are grown in culture and the plasmid DNA (or other vector into which the foreign gene has been inserted) is then isolated. Plasmid DNA can be isolated using methods known in the art. Two suitable methods are small-scale DNA preparation and large-scale DNA preparation described in sections 1.25 to 1.33 of Sambrook et al. (Supra). The isolated DNA can be purified by methods known in the art, such as those described in Section 1.40 of Sambrook et al. (Supra). The purified plasmid DNA is then analyzed by restriction mapping and / or DNA sequencing. Usually, DNA sequencing is performed by either the method of Messing et al. [ Nucleic Acids Res. 9: 309 (1981)] or the method of Maxam et al . [ Meth. Enzymol. 65: 499 (1980)].

IV.遺伝子の融合
 本発明は、転写中に融合タンパク質が生成するように、所望のポリペプチドをコードしている遺伝子(遺伝子1)を第2の遺伝子(遺伝子2)に融合させることを意図している。通常、遺伝子2はファージのコートタンパク質遺伝子であり、ファージM13の遺伝子IIIコートタンパク質またはそのフラグメントであるのが好ましい。遺伝子1および2の融合は、遺伝子1を含むプラスミド上の特定の部位に遺伝子2を挿入することによって、または遺伝子2を含むプラスミド上の特定の部位に遺伝子1を挿入することによって達成することができる。
IV. Gene Fusion The present invention contemplates fusing a gene encoding a desired polypeptide (gene 1) to a second gene (gene 2) such that a fusion protein is produced during transcription. . Generally, gene 2 is a phage coat protein gene, preferably a gene III coat protein of phage M13 or a fragment thereof. Fusion of genes 1 and 2 can be achieved by inserting gene 2 at a particular site on a plasmid containing gene 1, or by inserting gene 1 at a particular site on a plasmid containing gene 2. it can.

 プラスミド中への遺伝子の挿入は、遺伝子を挿入しようとする正確な位置においてプラスミドが切断されることを必要とする。即ち、この位置に制限エンドヌクレアーゼ部位が存在していなければならない(制限エンドヌクレアーゼ消化中にプラスミドが1カ所でのみ切断されるように唯一の部位であるのが好ましい)。上記のようにプラスミドを消化し、ホスファターゼ処理し、精製する。次いで、2つのDNAを共に連結することによって、この直線化したプラスミドに遺伝子を挿入する。プラスミドの末端が挿入しようとする遺伝子の末端に適合するときに、連結を達成することができる。制限酵素を用いてプラスミドを切断し、挿入すべき遺伝子を単離するときには(平滑末端または適合性の接着末端を創製する)、Sambrookら(上記)のセクション1.68の記載のように、バクテリオファージT4 DNAリガーゼなどのリガーゼを用い、ATPおよびリガーゼ緩衝液の存在下に混合物を16℃で1〜4時間インキュベートすることによって、DNAを直接一緒に連結することができる。末端が適合性ではないときには、最初にこれらを、DNAポリメラーゼIのクレノウフラグメントあるいはバクテリオファージT4 DNAポリメラーゼ(これらは、消化されたDNAの突出1本鎖末端を充填するために4種のデオキシリボヌクレオチド三リン酸を必要とする)の使用によって平滑にしなければならない。別法によれば、これら末端を、ヌクレアーゼS1あるいは緑豆ヌクレアーゼ(これらは、DNAの突出1本鎖を後退切断することによって機能する)などのヌクレアーゼを用いて平滑にすることができる。次いで、DNAを上記のリガーゼを用いて連結する。ある場合には、暗号領域の読み枠が変化するので、挿入すべき遺伝子の末端を平滑にすることができないこともある。この問題を克服するために、オリゴヌクレオチドリンカーを用いてもよい。このリンカーは、プラスミドと挿入すべき遺伝子を接続する橋となる。これらリンカーは、常法を用いて2本鎖または1本鎖DNAとして合成により調製することができる。これらリンカーは、挿入すべき遺伝子の末端に適合する一方の末端を有しており、上記の連結法を用いて初めにこの遺伝子に連結する。リンカーの他の末端は、連結用のプラスミドに適合するように設計されている。リンカーを設計する際には、挿入すべき遺伝子の読み枠またはプラスミド上に含まれる遺伝子の読み枠を破壊しないように注意しなければならない。ある場合には、これらがアミノ酸の一部をコードするように、または1またはそれ以上のアミノ酸をコードするようにリンカーを設計することが必要になることもある。 O Insertion of the gene into the plasmid requires that the plasmid be cut at the exact location where the gene is to be inserted. That is, there must be a restriction endonuclease site at this position (preferably the only site so that the plasmid is cut at only one site during restriction endonuclease digestion). The plasmid is digested, phosphatase treated and purified as described above. The gene is then inserted into this linearized plasmid by ligating the two DNAs together. Ligation can be achieved when the ends of the plasmid match the ends of the gene to be inserted. When cutting the plasmid with restriction enzymes and isolating the gene to be inserted (creating blunt ends or compatible cohesive ends), the bacteriostat is used as described in Section 1.68 of Sambrook et al. (Supra). The DNA can be directly ligated together using a ligase such as phage T4 DNA ligase and incubating the mixture at 16 ° C. for 1-4 hours in the presence of ATP and ligase buffer. If the ends are not compatible, they are first ligated to the Klenow fragment of DNA polymerase I or bacteriophage T4 DNA polymerase (these four deoxyribonucleotides are used to fill the protruding single-stranded ends of the digested DNA). (Requires triphosphoric acid). Alternatively, these ends can be blunted using nucleases such as nuclease S1 or mung bean nuclease, which function by retracting the protruding single strand of DNA. The DNA is then ligated using the ligase described above. In some cases, the reading frame of the coding region changes, so that the end of the gene to be inserted may not be smoothed. Oligonucleotide linkers may be used to overcome this problem. This linker serves as a bridge connecting the plasmid and the gene to be inserted. These linkers can be prepared by synthesis as double-stranded or single-stranded DNA using conventional methods. These linkers have one end that matches the end of the gene to be inserted and are first linked to this gene using the ligation method described above. The other end of the linker is designed to be compatible with the plasmid for ligation. When designing the linker, care must be taken not to destroy the reading frame of the gene to be inserted or of the gene contained on the plasmid. In some cases, it may be necessary to design the linker so that they encode some of the amino acids, or one or more amino acids.

 遺伝子1と遺伝子2の間に終止コドンをコードしているDNAを挿入することもできる。このような終止コドンはUAG(アンバー)、UAA(オーカー)およびUGA(オペル)である〔Davisら, Microbiology, Harper & Row, New York, pp.237, 245-47および274 (1980)〕。野生型宿主細胞において発現される終止コドンは、遺伝子2のタンパク質の結合していない遺伝子1のタンパク質産物の合成の結果を与える。しかし、サプレッサー宿主細胞中での増殖は検出可能な量の融合タンパク質の合成の結果を与える。このようなサプレッサー宿主細胞は、mRNAの終止コドン位置にアミノ酸を挿入するように修飾されたtRNAを含有しており、従って検出可能な量の融合タンパク質を産生する結果を与える。このようなサプレッサー宿主細胞は、例えば大腸菌のサプレッサー株〔Bullockら, Bio Techniques 5: 376-379 (1987)〕のように周知であり、開示されている。任意の受け入れられている方法を用いて、このような終止コドンを融合ポリペプチドをコードしているmRNA中に設置することができる。 A DNA encoding a stop codon can be inserted between gene 1 and gene 2. Such stop codons are UAG (Amber), UAA (Ocher) and UGA (Opel) [Davis et al., Microbiology, Harper & Row, New York, pp. 237, 245-47 and 274 (1980)]. A stop codon expressed in a wild-type host cell results in the synthesis of the gene 1 protein product without the gene 2 protein attached. However, growth in suppressor host cells will result in the synthesis of detectable amounts of the fusion protein. Such suppressor host cells contain a tRNA that has been modified to insert an amino acid at the stop codon position of the mRNA, thus producing a detectable amount of the fusion protein. Such suppressor host cells are well known and disclosed, for example, as the suppressor strain of E. coli [Bullock et al., Bio Techniques 5: 376-379 (1987)]. Such stop codons can be placed in the mRNA encoding the fusion polypeptide using any accepted method.

 この抑制可能なコドンを、ポリペプチドをコードしている第1の遺伝子とファージコートタンパク質の少なくとも一部をコードしている第2の遺伝子の間に挿入することができる。別法によれば、この抑制可能な終止コドンを、ポリペプチド中の最後のアミノ酸トリプレットまたはファージコートタンパク質中の最初のアミノ酸の置換によって融合部位に隣接して挿入することができる。この抑制可能なコドンを含有しているファージミドをサプレッサー宿主細胞中で増殖させると、ポリペプチドとコートタンパク質を含有する融合ポリペプチドが検出可能に産生される結果が得られる。このファージミドを非サプレッサー宿主細胞中で増殖させると、UAG、UAAまたはUGAをコードしている挿入された抑制可能なトリプレットのところでの終止により、ファージコートタンパク質に融合していないポリペプチドが実質的に合成される。非サプレッサー細胞においては、ポリペプチドが合成され、融合したファージコートタンパク質(他の方法ではポリペプチドを宿主細胞に固定する)が存在しないことにより宿主細胞から分泌される。 The repressible codon can be inserted between a first gene encoding a polypeptide and a second gene encoding at least a portion of a phage coat protein. Alternatively, this suppressible stop codon can be inserted adjacent to the fusion site by substitution of the last amino acid triplet in the polypeptide or the first amino acid in the phage coat protein. Propagation of the phagemid containing this repressible codon in a suppressor host cell results in the detectable production of a fusion polypeptide containing the polypeptide and the coat protein. When the phagemid is grown in non-suppressor host cells, termination at the inserted repressible triplet encoding UAG, UAA or UGA results in substantially unfused polypeptide to the phage coat protein. Synthesized. In non-suppressor cells, the polypeptide is synthesized and secreted from the host cell due to the absence of the fused phage coat protein, which otherwise anchors the polypeptide to the host cell.

V.選択した位置における遺伝子1の改変(突然変異)
 所望のポリペプチドをコードしている遺伝子1を、1またはそれ以上の選択したコドンにおいて改変することができる。改変は、ポリペプチドをコードしている遺伝子中の1またはそれ以上のコドンの置換、削除または挿入と定義される。この改変によって、同じポリペプチドの未改変または天然の配列と比較してポリペプチドのアミノ酸配列が変化することになる。好ましくは、この改変は、分子の1またはそれ以上の領域において少なくとも1個のアミノ酸を他のいずれかのアミノ酸で置換することによる。この改変は、当分野で既知の種々の方法によって行なうことができる。これらの方法には、オリゴヌクレオチド媒介の突然変異誘発およびカセット突然変異誘発が含まれるが、これらに限定はされない。
V. Alteration (mutation) of gene 1 at selected position
Gene 1 encoding the desired polypeptide can be modified at one or more selected codons. An alteration is defined as a substitution, deletion or insertion of one or more codons in the gene encoding the polypeptide. This modification results in a change in the amino acid sequence of the polypeptide as compared to the unmodified or native sequence of the same polypeptide. Preferably, the alteration is by replacing at least one amino acid with any other amino acid in one or more regions of the molecule. This modification can be made by various methods known in the art. These methods include, but are not limited to, oligonucleotide-mediated mutagenesis and cassette mutagenesis.

 A.オリゴヌクレオチド媒介の突然変異誘発
 オリゴヌクレオチド媒介の突然変異誘発は、遺伝子1の置換、削除および挿入変異体を調製するのに好ましい方法である。この方法は、Zollerら〔Nucleic Acids Res. 10: 6487-6504 (1987)〕が記載しているように当分野で周知である。簡単に説明すると、未改変または天然のDNA配列の遺伝子1を含有するプラスミドの1本鎖形のDNA鋳型に所望の突然変異をコードしているオリゴヌクレオチドをハイブリダイズさせることによって遺伝子1を改変する。ハイブリダイゼーションの後、DNAポリメラーゼを用いて、該オリゴヌクレオチドプライマーが導入されて遺伝子1中の選択した改変をコードしている、この鋳型の完全な第2相補鎖を合成する。
A. Oligonucleotide-mediated mutagenesis Oligonucleotide-mediated mutagenesis is a preferred method for preparing gene 1, substitution, deletion and insertion variants. This method is well known in the art as described by Zoller et al. [ Nucleic Acids Res. 10: 6487-6504 (1987)]. Briefly, gene 1 is modified by hybridizing an oligonucleotide encoding the desired mutation to a single-stranded DNA template of a plasmid containing gene 1 of the unmodified or native DNA sequence. . After hybridization, the DNA polymerase is used to synthesize the complete second complement of this template, into which the oligonucleotide primers have been introduced, encoding the selected modification in gene 1.

 通常、長さが少なくとも25ヌクレオチドのオリゴヌクレオチドを用いる。最適オリゴヌクレオチドは、突然変異をコードしているヌクレオチド(群)の両側に鋳型に完全に相補性である12〜15ヌクレオチドを有するものであろう。これにより、オリゴヌクレオチドが1本鎖DNA鋳型分子に適切にハイブリダイズすることが確実になる。このオリゴヌクレオチドは、当分野で既知の方法、例えばCreaら〔Proc.Natl.Acad.Sci.USA 75: 5765 (1978)〕が記載している方法を用いて容易に合成される。 Usually, oligonucleotides of at least 25 nucleotides in length are used. Optimal oligonucleotides will have 12-15 nucleotides that are perfectly complementary to the template on each side of the nucleotide (s) encoding the mutation. This ensures that the oligonucleotide properly hybridizes to the single-stranded DNA template molecule. This oligonucleotide is readily synthesized using methods known in the art, for example, as described by Crea et al. [ Proc. Natl. Acad. Sci. USA 75: 5765 (1978)].

 このDNA鋳型は、バクテリオファージM13ベクター(市販品から入手可能なM13mp18およびM13mp19ベクターが適当である)から導かれるベクター、またはVeiraら〔Meth.Enzymol. 153: 3 (1987)〕が記載しているような一本鎖ファージ複製起点を含有するベクターによってのみ得ることができる。即ち、突然変異を行なうべきDNAは、1本鎖の鋳型を創製するために、これらベクターのいずれかに挿入しなければならない。1本鎖鋳型の調製はSambrookら(上記)のセクション4.21〜4.41に記載されている。 This DNA template is described in Veira et al . [ Meth. Enzymol . 153: 3 (1987)] or a vector derived from a bacteriophage M13 vector (M13mp18 and M13mp19 vectors available from commercial sources are suitable) . It can be obtained only by a vector containing such a single-stranded phage origin of replication. That is, the DNA to be mutated must be inserted into one of these vectors to create a single-stranded template. The preparation of single-stranded templates is described in sections 4.21 to 4.41 of Sambrook et al. (Supra).

 天然のDNA配列を改変するために、このオリゴヌクレオチドを適当なハイブリダイゼーション条件のもとで一本鎖の鋳型とハイブリダイズさせる。次いで、DNA重合酵素、通常はDNAポリメラーゼIのクレノウフラグメントを加え、このオリゴヌクレオチドを合成のためのプライマーとして用いて鋳型の相補鎖を合成する。このようにして、DNAの一方の鎖が遺伝子1の突然変異形をコードしており、他方の鎖(最初の鋳型)が遺伝子1の天然の未改変配列をコードしているヘテロ2本鎖分子が形成される。次いで、このヘテロ2本鎖分子を適当な宿主細胞、通常は大腸菌JM101などの原核生物に導入する。この細胞を増殖させた後、アガロースプレートにプレーティングし、32-リン酸で放射標識したオリゴヌクレオチドプライマーを用いてスクリーニングして、突然変異したDNAを含有する細菌コロニーを同定する。 オ リ ゴ To modify the native DNA sequence, the oligonucleotide is hybridized with a single-stranded template under appropriate hybridization conditions. Next, a DNA polymerase, usually Klenow fragment of DNA polymerase I, is added, and the complementary strand of the template is synthesized using this oligonucleotide as a primer for synthesis. Thus, a heteroduplex molecule in which one strand of DNA encodes a mutated form of gene 1 and the other strand (the first template) encodes the native, unmodified sequence of gene 1. Is formed. The heteroduplex molecule is then introduced into a suitable host cell, usually a prokaryote such as E. coli JM101. After growing the cells, they are plated on agarose plates and screened using oligonucleotide primers radiolabeled with 32-phosphate to identify bacterial colonies containing the mutated DNA.

 すぐ上に記載した方法を、プラスミドの両方の鎖が突然変異(群)を含むヘテロ2本鎖分子が創製されるように修飾することができる。この修飾は次のようである。1本鎖のオリゴヌクレオチドを上記のように1本鎖鋳型にアニールさせる。3種のデオキシリボヌクレオチド、即ちデオキシリボアデノシン(dATP)、デオキシリボグアノシン(dGTP)およびデオキシリボチミジン(dTTP)の混合物を、dCTP-(aS)と呼ばれる修飾されたチオ-デオキシリボシトシン(Amershamから入手することができる)と混合する。この混合物を鋳型-オリゴヌクレオチドのコンプレックスに加える。この混合物にDNAポリメラーゼを加えると、突然変異した塩基を除いて鋳型と同一のDNA鎖が創製される。さらに、この新規なDNA鎖はdCTPの代わりにdCTP-(aS)を含有しており、これがこの鎖を制限エンドヌクレアーゼ消化から保護するように働く。ヘテロ2本鎖の鋳型鎖に適当な制限酵素でニックを入れた後、この鋳型鎖を、突然変異すべき部位(群)を含む領域を越えてExoIIIヌクレアーゼまたは別の適当なヌクレアーゼで消化することができる。次いで、この反応を停止させて一部だけが1本鎖である分子を残す。次いで、4種すべてのデオキシリボヌクレオチド三リン酸、ATPおよびDNAリガーゼの存在下にDNAポリメラーゼを用いて、完全なDNAホモ2本鎖を形成させる。次いで、このホモ2本鎖分子を、上記のように大腸菌JM101などの適当な宿主細胞に導入することができる。 方法 The method just described can be modified such that a heteroduplex molecule is created in which both strands of the plasmid contain the mutation (s). The modifications are as follows: The single-stranded oligonucleotide is annealed to the single-stranded template as described above. A mixture of three deoxyribonucleotides, deoxyriboadenosine (dATP), deoxyriboguanosine (dGTP) and deoxyribothymidine (dTTP), is available from a modified thio-deoxyribocytosine (Amersham) called dCTP- (aS). ) And mix. This mixture is added to the template-oligonucleotide complex. Addition of a DNA polymerase to this mixture creates a DNA strand identical to the template except for the mutated base. In addition, this novel DNA strand contains dCTP- (aS) instead of dCTP, which serves to protect this strand from restriction endonuclease digestion. After nicking the heteroduplex template strand with an appropriate restriction enzyme, digesting this template strand with ExoIII nuclease or another appropriate nuclease beyond the region containing the site (s) to be mutated. Can be. The reaction is then stopped to leave molecules that are only partially single-stranded. A complete DNA homoduplex is then formed using DNA polymerase in the presence of all four deoxyribonucleotide triphosphates, ATP and DNA ligase. This homoduplex molecule can then be introduced into a suitable host cell such as E. coli JM101 as described above.

 1を越える置換すべきアミノ酸を有する突然変異体は、いくつかの方法のいずれかにより創製することができる。これらアミノ酸がポリペプチド鎖中に互いに近接して存在しているときには、所望のアミノ酸置換のすべてをコードしている1つのオリゴヌクレオチドを用いて同時に突然変異させることができる。しかし、アミノ酸が互いにある程度の距離を置いて存在しているときには(約10以上のアミノ酸によって隔てられている)、所望の変化のすべてをコードしている単一のオリゴヌクレオチドを創製するのは比較的困難である。これに代えて、2種類の異なる方法のいずれかを用いることができる。 Mutants having more than one amino acid to be substituted can be created by any of several methods. When these amino acids are in close proximity to each other in a polypeptide chain, they can be mutated simultaneously with one oligonucleotide encoding all of the desired amino acid substitutions. However, when amino acids are present at some distance from each other (separated by about 10 or more amino acids), creating a single oligonucleotide encoding all of the desired changes is a comparative Difficult. Alternatively, one of two different methods can be used.

 第1の方法においては、独立したオリゴヌクレオチドを置換すべきアミノ酸のそれぞれに対して創製する。次いで、これらオリゴヌクレオチドを1本鎖鋳型DNAに同時にアニールさせると、この鋳型から合成される第2のDNA鎖は所望のアミノ酸置換のすべてをコードしているであろう。この第1のラウンドは単一突然変異について説明したものと同じである。即ち、野生型DNAを鋳型に用い、第1の所望のアミノ酸置換(群)をコードしているオリゴヌクレオチドをこの鋳型にアニールさせ、次いでヘテロ2本鎖DNA分子を創製する。突然変異誘発の第2ラウンドは、第1ラウンドの突然変異誘発で得られた突然変異DNAを鋳型として用いる。即ち、この鋳型は既に1またはそれ以上の突然変異を含んでいる。次いで、別の所望のアミノ酸置換(群)をコードしているオリゴヌクレオチドをこの鋳型にアニールさせると、得られるDNA鎖は第1および第2ラウンドの突然変異誘発の両方に由来する突然変異をコードしている。この得られたDNAを、第3ラウンドの突然変異誘発における鋳型などとして用いることができる。 In the first method, an independent oligonucleotide is created for each amino acid to be substituted. Then, if the oligonucleotides are simultaneously annealed to the single-stranded template DNA, the second DNA strand synthesized from this template will encode all of the desired amino acid substitutions. This first round is the same as described for the single mutation. That is, using the wild-type DNA as a template, an oligonucleotide encoding the first desired amino acid substitution (s) is annealed to the template, and then a heteroduplex DNA molecule is created. The second round of mutagenesis uses the mutated DNA obtained from the first round of mutagenesis as a template. That is, the template already contains one or more mutations. An oligonucleotide encoding another desired amino acid substitution (s) is then annealed to this template, and the resulting DNA strand encodes mutations from both the first and second rounds of mutagenesis. are doing. The obtained DNA can be used as a template or the like in the third round of mutagenesis.

 B.カセット突然変異誘発
 この方法も遺伝子1の置換、削除および挿入変異体を調製するのに好ましい方法である。この方法は、Wellsら〔Gene 34: 315 (1985)〕の記載の方法に基づいている。出発材料は、突然変異させようとする遺伝子である遺伝子1を含有するプラスミド(または、他のベクター)である。突然変異させようとする遺伝子1中のコドンは決定されている。決定された突然変異部位(群)の両側に唯一の制限エンドヌクレアーゼ部位が存在していなければならない。このような制限部位が存在していなければ、上記のオリゴヌクレオチド媒介の突然変異誘発法を用いてこれら部位を創製し、遺伝子1中の適当な位置に導入することができる。プラスミド中に制限部位を導入した後、プラスミドをこれら部位のところで切断して直線化する。これら制限部位の間のDNA配列をコードしており、そして所望の突然変異を含んでいる2本鎖オリゴヌクレオチドを常法により合成する。この2本の鎖は別々に合成し、次いで常法により一緒にハイブリダイズさせる。この2本鎖のオリゴヌクレオチドをカセットと呼ぶ。このカセットは直線化したプラスミドの両末端に適合する3′および5′末端を有するように設計して、これをプラスミドに直接連結できるようにする。これにより、このプラスミドは遺伝子1の突然変異DNA配列を含むことになる。
B. Cassette Mutagenesis This method is also a preferred method for preparing substitution, deletion and insertion mutants of Gene 1. This method is based on the method described by Wells et al. [ Gene 34: 315 (1985)]. The starting material is a plasmid (or other vector) containing gene 1, the gene to be mutated. The codon in gene 1 to be mutated has been determined. There must be only one restriction endonuclease site on each side of the determined mutation site (s). If such restriction sites are not present, they can be created using the oligonucleotide-mediated mutagenesis method described above and introduced into gene 1 at the appropriate location. After introducing restriction sites into the plasmid, the plasmid is cut at these sites to linearize it. Double-stranded oligonucleotides encoding the DNA sequence between these restriction sites and containing the desired mutation are synthesized by conventional methods. The two chains are synthesized separately and then hybridized together in a conventional manner. This double-stranded oligonucleotide is called a cassette. This cassette is designed to have 3 'and 5' ends that match both ends of the linearized plasmid, so that it can be directly ligated to the plasmid. This plasmid will then contain the mutated DNA sequence of gene 1.

VI.所望のタンパク質をコードしているDNAの調製
 別の態様においては、本発明は1またはそれ以上のサブユニットを含有する所望のタンパク質の変異体の製造を意図するものである。通常、それぞれのサブユニットは別の遺伝子によってコードされている。それぞれのサブユニットをコードしているそれぞれの遺伝子は、当分野で既知の方法によって得ることができる(例えば、セクションIIを参照)。ある場合には、セクションIIに記載した任意の方法から選択した独立した複数の方法を用いて、種々のサブユニットをコードしている遺伝子を得るのが必要であることもある。
VI. Preparation of DNA Encoding the Desired Protein In another aspect, the present invention contemplates the production of variants of the desired protein containing one or more subunits. Usually, each subunit is encoded by another gene. Each gene encoding each subunit can be obtained by methods known in the art (see, eg, Section II). In some cases, it may be necessary to obtain genes encoding different subunits using independent methods selected from any of the methods described in Section II.

 所望のタンパク質が1を越えるサブユニットを含有している複製可能な発現ベクターを構築するときには、すべてのサブユニットを、通常はサブユニットをコードしているDNAの5′側に位置する同一のプロモーターによって調節するか、または各サブユニットを、ベクター中で適切に配向された独立したプロモーターであってそれぞれのプロモーターが調節しようとするDNAに機能的に連結されたプロモーターによって調節することもできる。プロモーターの選択は上記セクションIIIの記載のように行なう。 When constructing a replicable expression vector in which the desired protein contains more than one subunit, all subunits are replaced by the same promoter, usually located 5 'to the DNA encoding the subunit. Alternatively, each subunit may be regulated by an independent promoter appropriately oriented in the vector, each promoter being operably linked to the DNA to be regulated. The selection of the promoter is performed as described in section III above.

 複数サブユニットを有する所望のタンパク質をコードしているDNAを含有する複製可能な発現ベクターを構築する際には図10を参照すべきであり、この図には説明のためにベクターが図示されており、抗体フラグメントの各サブユニットをコードしているDNAが示されている。この図は、通常、所望のタンパク質のサブユニットの1つがM13遺伝子IIIなどのファージコートタンパク質に融合されることを示している。通常、この遺伝子融合体はそれ自体のシグナル配列を含有しているであろう。別の遺伝子が他のサブユニットまたはサブユニット群をコードしており、各サブユニットが通常はそれ自体のシグナル配列を有していることがわかる。また、図10は、単一のプロモーターが両サブユニットの発現を調節しうることを示している。これとは異なり、各サブユニットが異なるプロモーターによって独立して調節されていてもよい。所望のタンパク質サブユニット-ファージコートタンパク質の融合構築物は、上記セクションIVの記載のように調製することができる。 Reference should be made to FIG. 10 when constructing a replicable expression vector containing DNA encoding a desired protein having multiple subunits, where the vector is illustrated for illustration. DNA encoding each subunit of the antibody fragment is shown. This figure shows that one of the subunits of the desired protein is usually fused to a phage coat protein such as M13 gene III. Usually, this gene fusion will contain its own signal sequence. It can be seen that another gene encodes another subunit or group of subunits, and each subunit usually has its own signal sequence. FIG. 10 also shows that a single promoter can regulate the expression of both subunits. Alternatively, each subunit may be independently regulated by a different promoter. The desired protein subunit-phage coat protein fusion construct can be prepared as described in Section IV above.

 所望の複数サブユニットタンパク質の一群の変異体を構築するときには、ベクター中の各サブユニットをコードしているDNAを、各サブユニット中の1またはそれ以上の位置において突然変異させてもよい。複数サブユニットの抗体変異体が構築されるときには、好ましい突然変異誘発部位は、軽鎖、重鎖または両鎖のいずれかの相補性決定領域(CDR)中に位置するアミノ酸残基をコードしているコドンに一致する。通常、このCDRは超可変領域と呼ばれている。所望のタンパク質の各サブユニットをコードしているDNAを突然変異させる方法は、実質的に上記セクションVの記載のように実施する。 When constructing a group of variants of the desired multi-subunit protein, the DNA encoding each subunit in the vector may be mutated at one or more positions in each subunit. When multiple subunit antibody variants are constructed, preferred mutagenesis sites encode amino acid residues located in the complementarity determining regions (CDRs) of either the light, heavy or both chains. Matches the codon that is. Usually, this CDR is called a hypervariable region. The method of mutating the DNA encoding each subunit of the desired protein is performed substantially as described in Section V above.

VII.標的分子の調製およびファージミドとの結合
 受容体などの標的タンパク質は、当分野で既知の方法により、天然供給源から単離するかまたは組換え法によって調製することができる。例示すると、糖タンパク質ホルモン受容体はMcFarlandら〔Science 245: 494-499 (1989)〕が記載している方法によって調製することができ、大腸菌中で発現させた非グリコシル化型はFuhら〔J.Biol.Chem. 265: 3111-3115 (1990)〕が記載している。他の受容体は常法によって調製することができる。
VII. Preparation of Target Molecules and Target Proteins, such as Receptors for Binding to Phagemids, can be isolated from natural sources or prepared by recombinant methods by methods known in the art. To illustrate, glycoprotein hormone receptors McFarland et al [Science 245: 494-499 (1989)] is can be prepared by methods described, non-glycosylated, which was expressed in E. coli Fuh et al [J . Biol. Chem. 265: 3111-3115 (1990)]. Other receptors can be prepared by a conventional method.

 精製した標的タンパク質を、アガロースビーズ、アクリルアミドビーズ、ガラスビーズ、セルロース、種々のアクリル系コポリマー、メタクリル酸ヒドロキシアルキル、ポリアクリル酸およびポリメタクリル酸コポリマー、ナイロン、中性およびイオン性担体などの適当なマトリックスに結合させることができる。マトリックスへの標的タンパク質の結合は、文献〔Methods in Enzymology 44 (1976)〕に記載の方法によって、または当分野で既知の他の手段によって行なうことができる。 Purify the target protein with a suitable matrix such as agarose beads, acrylamide beads, glass beads, cellulose, various acrylic copolymers, hydroxyalkyl methacrylate, polyacrylic and polymethacrylic acid copolymers, nylon, neutral and ionic carriers. Can be combined. Binding of the target protein to the matrix can be performed by methods described in the literature [ Methods in Enzymology 44 (1976)] or by other means known in the art.

 マトリックスに標的タンパク質を結合させた後、固定化した標的を、ファージミド粒子の少なくとも一部を固定化標的と結合させるに適切な条件下で、ファージミド粒子のライブラリーと接触させる。通常、pH、イオン強度、温度などを含む条件は生理学的条件に類似したものであろう。 After binding the target protein to the matrix, the immobilized target is contacted with a library of phagemid particles under conditions suitable for binding at least a portion of the phagemid particles to the immobilized target. Usually, conditions including pH, ionic strength, temperature, etc. will be similar to physiological conditions.

 固定化標的に対して高親和性を有する結合ファージミド粒子(「結合体」)を、洗浄により低親和性の粒子(従って、標的に結合しない粒子)から分離する。結合体は種々の方法によって固定化標的から解離させることができる。これら方法には、野生型リガンド、pHおよび/またはイオン強度の変更を用いる競合解離、ならびに当分野で既知の方法が含まれる。 結合 Separate bound phagemid particles with high affinity for the immobilized target (“binders”) from low affinity particles (and thus particles that do not bind to the target) by washing The conjugate can be dissociated from the immobilized target by various methods. These methods include competitive dissociation using changes in wild-type ligand, pH and / or ionic strength, and methods known in the art.

 適当な宿主細胞を結合体とヘルパーファージに感染させ、この宿主細胞をファージミド粒子の増幅に適切な条件下で培養する。次いで、ファージミド粒子を集め、標的分子に対して所望の親和性を有する結合体が選択されるまで選択工程を1またはそれ以上の回数繰り返す。 感染 Infect suitable host cells with the conjugate and helper phage, and culture the host cells under conditions appropriate for phagemid particle amplification. The phagemid particles are then collected and the selection step is repeated one or more times until a conjugate having the desired affinity for the target molecule is selected.

 所望により、ファージミド粒子のライブラリーを、1を越える固定化標的に連続的に接触させて特定の標的に対する選択性を改善することができる。例えば、hGHなどのリガンドは1を越える天然受容体を有していることが多い。このhGHの場合には、成長ホルモン受容体とプロラクチン受容体の両方がhGHリガンドに結合する。hGHの選択性を、プロラクチン受容体に対する以上に成長ホルモン受容体に対して改善するのが望ましいであろう。これは、初めにファージミド粒子ライブラリーを固定化プロラクチン受容体と接触させ、これを低親和性(即ち、野生型hGHよりも低い)でプロラクチン受容体について溶離し、次いでこの低親和性プロラクチン「結合体」または非結合体を固定化成長ホルモン受容体と接触させ、高親和性成長ホルモン受容体結合体を選択することによって達成することができる。この場合、プロラクチン受容体に対して低親和性を有するhGHの突然変異体は、成長ホルモン受容体に対する親和性が野生型hGHの親和性よりも若干低いときであっても、治療用途を有しているであろう。これと同じ方法を用いて、特定ホルモンまたはタンパク質の、そのクリアランス受容体を凌ぐ1次機能受容体に対する選択性を改善することができる。 に よ り Optionally, a library of phagemid particles can be contacted sequentially with more than one immobilized target to improve selectivity for a particular target. For example, ligands such as hGH often have more than one natural receptor. In the case of this hGH, both the growth hormone receptor and the prolactin receptor bind to the hGH ligand. It would be desirable to improve the selectivity of hGH over the growth hormone receptor over that of the prolactin receptor. This involves first contacting the phagemid particle library with the immobilized prolactin receptor, eluting it with low affinity (ie, lower than wild-type hGH) for the prolactin receptor, and then binding this low affinity prolactin "binding" This can be accomplished by contacting the "body" or unconjugated with the immobilized growth hormone receptor and selecting a high affinity growth hormone receptor conjugate. In this case, mutants of hGH that have low affinity for the prolactin receptor have therapeutic use even when the affinity for the growth hormone receptor is slightly lower than that of wild-type hGH. Will be. This same method can be used to improve the selectivity of a particular hormone or protein for its primary functional receptor over its clearance receptor.

 本発明の別の態様においては、改良された基質アミノ酸配列を得ることができる。これらは、タンパク質リンカーのためのより良好な「切断部位」を作成する際に、またはより良好なプロテアーゼ基質/阻害物質のために有用であろう。この態様においては、固定化しうる分子(例えば、hGH-受容体、ビオチン-アビジン、またはマトリックスと共有結合しうる分子)をリンカーによって遺伝子IIIに融合させる。このリンカーは、好ましくは長さが3〜10アミノ酸であり、プロテアーゼの基質として作用する。ファージミドを上記のように構築する(ここで、リンカー領域をコードしているDNAにランダム突然変異を行なって、結合部位に異なるアミノ酸配列を有するファージミド粒子のランダムライブラリーを調製する)。次いで、このファージミド粒子のライブラリーをマトリックス上に固定化し、所望のプロテアーゼに暴露する。所望のプロテアーゼのライナー領域に好ましいかまたはより良好な基質アミノ酸配列を有するファージミド粒子が溶離され、好ましいリンカーをコードしているファージミド粒子の豊富化されたプールが最初に得られるであろう。次いで、さらに数回これらファージミド粒子を反復処理し、コンセンス配列(群)をコードしている粒子の豊富化されたプールを得る(実施例XIIIおよびXIVを参照)。 別 In another aspect of the present invention, an improved substrate amino acid sequence can be obtained. These will be useful in creating better “cleavage sites” for protein linkers or for better protease substrates / inhibitors. In this embodiment, an immobilizable molecule (eg, an hGH-receptor, biotin-avidin, or a molecule capable of covalently binding to a matrix) is fused to gene III via a linker. The linker is preferably 3-10 amino acids in length and acts as a substrate for a protease. Phagemids are constructed as described above (where the DNA encoding the linker region is randomly mutated to prepare a random library of phagemid particles with different amino acid sequences at the binding sites). This library of phagemid particles is then immobilized on a matrix and exposed to the desired protease. Phagemid particles having a preferred or better substrate amino acid sequence in the liner region of the desired protease will be eluted, and an enriched pool of phagemid particles encoding the preferred linker will be obtained first. These phagemid particles are then repeated several more times to obtain an enriched pool of particles encoding consensus sequence (s) (see Examples XIII and XIV).

VIII.成長ホルモン変異体および使用方法
 hGHのクローン化遺伝子がEschericha colaにおいて分泌型で発現され〔Chang,C.N.ら, Gene 55: 189 (1987)〕、そのDNAおよびアミノ酸配列が報告されている〔Goeddelら, Nature 281: 544 (1979); Grayら, Gene 39: 247 (1985)〕。本発明は、ファージミド選択法を用いて得た新規なhGH変異体を記載するものである。10、14、18、21、167、171、172、174、175、176、178および179位に置換を含むヒト成長ホルモン変異体が記載されている。比較的高い結合親和性を有する変異体を表VII、XIIIおよびXIVに記載している。これら変異体を記載するためのアミノ酸命名法は後記する。成長ホルモン変異体は、正規の成長ホルモンと同じように投与および製剤化してよい。本発明の成長ホルモン変異体は、天然またはmet hGHを発現しうる任意の組換え系において発現させることができる。
VIII. Growth Hormone Variants and Methods of Use The cloned gene of hGH is expressed in a secreted form in Eschericha cola [Chang, CN et al., Gene 55: 189 (1987)], and its DNA and amino acid sequences have been reported [Goeddel et al., Nature 281: 544 (1979); Gray et al., Gene 39: 247 (1985)]. The present invention describes novel hGH variants obtained using the phagemid selection method. Human growth hormone variants containing substitutions at positions 10, 14, 18, 21, 167, 171, 172, 174, 175, 176, 178 and 179 have been described. Mutants with relatively high binding affinity are described in Tables VII, XIII and XIV. Amino acid nomenclature for describing these variants is provided below. Growth hormone variants may be administered and formulated in the same way as regular growth hormone. The growth hormone variants of the present invention can be expressed in any recombinant system capable of expressing native or met hGH.

 治療用投与のためのhGHの製剤は、所望の精製度のhGHを所望により生理学的に許容しうる担体、賦形剤または安定剤〔Remington's Pharmaceutical Sciences, 第16版, Osol,A.編 (1980)〕と混合することにより、凍結乾燥ケーキまたは水溶液の形態で保存用に調製される。許容しうる担体、賦形剤または安定剤は使用される用量および濃度で受容対象に対して非毒性であり、これらには、緩衝液(例えば、リン酸、クエン酸、および他の有機酸の緩衝液);抗酸化剤(アスコルビン酸を含む);低分子量(約10残基未満)のポリペプチド;タンパク質(例えば、血清アルブミン、ゼラチン、あるいは免疫グロブリン);親水性ポリマー(例えば、ポリビニルピロリドン);アミノ酸(例えば、グリシン、グルタミン、アスパラギン、アルギニン、あるいはリジン);単糖類、二糖類およびその他の炭水化物(グルコース、マンノースあるいはデキストリンを含む);キレート化剤(例えば、EDTA);二価の金属イオン(例えば、亜鉛、コバルトあるいは銅);糖アルコール(例えば、マンニトールあるいはソルビトール);塩を形成する対イオン(例えば、ナトリウム);および/またはノニオン系界面活性化剤〔例えば、ツイーン、プルロニックあるいはポリエチレングリコール(PEG)〕が含まれる。本発明の製剤は、薬学的に許容しうる緩衝剤、アミノ酸、増量剤、および/またはノニオン系界面活性剤をさらに含有していてもよい。これらには、例えば緩衝液、キレート化剤、抗酸化剤、保存剤、共溶媒などが含まれる。これらの具体例には、トリメチルアマイン塩(「トリス緩衝液」)、および二ナトリウム・エデテートが含まれるであろう。本発明のファージミドを用いてファージタンパク質を含まない多量のhGH変異体を製造することができる。融合体の遺伝子III部分を含まないhGH変異体を発現させるために、単にpS0643および誘導体を16C9などの非サプレッサー株中で増殖させることができる。この場合には、アンバーコドン(TAG)が翻訳の終止を導き、独立したDNAの構築を必要とすることなく遊離のホルモンが得られる。hGH変異体は宿主から分泌され、これを培養培地から単離することができる。 Formulations of hGH for therapeutic administration include carriers, excipients or stabilizers that optionally allow the desired degree of purification of the hGH to be physiologically acceptable [ Remington's Pharmaceutical Sciences , 16th ed., Osol, A. Ed. (1980). )] Is prepared for storage in the form of a lyophilized cake or aqueous solution. Acceptable carriers, excipients or stabilizers are non-toxic to recipients at the dosages and concentrations employed, and include buffers, for example, phosphate, citrate, and other organic acids. Buffer); antioxidants (including ascorbic acid); low molecular weight (less than about 10 residues) polypeptides; proteins (eg, serum albumin, gelatin, or immunoglobulin); hydrophilic polymers (eg, polyvinylpyrrolidone) Amino acids (eg, glycine, glutamine, asparagine, arginine, or lysine); monosaccharides, disaccharides and other carbohydrates (including glucose, mannose or dextrin); chelating agents (eg, EDTA); divalent metal ions (Eg, zinc, cobalt or copper); sugar alcohols (eg, mannitol or Rubitoru); counter ion forming the salt (e.g., sodium); and / or nonionic surface active agents [e.g., Tween, Pluronics or polyethylene glycol (PEG)] are included. The formulation of the present invention may further contain a pharmaceutically acceptable buffer, amino acid, bulking agent, and / or nonionic surfactant. These include, for example, buffers, chelating agents, antioxidants, preservatives, cosolvents, and the like. Examples of these would include trimethylamine salt ("Tris buffer"), and disodium edetate. The phagemid of the present invention can be used to produce large amounts of hGH mutants without phage proteins. To express hGH variants that do not contain the gene III portion of the fusion, pS0643 and derivatives can simply be grown in non-suppressor strains such as 16C9. In this case, the amber codon (TAG) leads to the termination of translation and free hormone is obtained without the need for independent DNA construction. The hGH variant is secreted from the host and can be isolated from the culture medium.

 8つのhGHアミノ酸F10、M14、H18、H21、R167、D171、T175およびI179のうちの1またはそれ以上のアミノ酸を、ここに示した天然hGH中の該位置に見い出されるアミノ酸以外のいずれかのアミノ酸に置換することができる。即ち、ここに示したアミノ酸F10、M14、H18、H21、R167、D171、T175およびI179のうちの1、2、3、4、5、6、7、または8個全部を、以下に挙げる20アミノ酸のうちの他の19アミノ酸のいずれかで置換することができる。好ましい態様においては、ここに挙げた8個全部のアミノ酸を別のアミノ酸で置換する。置換されるべき最も好ましい8個のアミノ酸は、実施例XII中の表XIVに示す。
アミノ酸の命名
  Ala(A)
  Arg(R)
  Asn(N)
  Asp(D)
  Cys(C)
  Gln(Q)
  Glu(E)
  Gly(G)
  His(H)
  Ile(I)
  Leu(L)
  Lys(K)
  Met(M)
Phe(F)
  Pro(P)
  Ser(S)
  Thr(T)
  Trp(W)
  Tyr(Y)
  Val(V)
1文字のhGH変異体の命名法は、削除されるhGHアミノ酸(例えば、グルタメート179)を最初に記し、次に挿入されるアミノ酸(例えば、セリン)を記し、結果として(E1795S)となる。
Replacing one or more of the eight hGH amino acids F10, M14, H18, H21, R167, D171, T175 and I179 with any amino acid other than the amino acid found at that position in native hGH shown herein; Can be replaced by That is, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, or all of the amino acids F10, M14, H18, H21, R167, D171, T175, and I179 shown here are all 20 amino acids listed below. Can be substituted with any of the other 19 amino acids. In a preferred embodiment, all eight amino acids listed here are replaced with another amino acid. The most preferred eight amino acids to be substituted are shown in Table XIV in Example XII.
Amino acid nomenclature
Ala (A)
Arg (R)
Asn (N)
Asp (D)
Cys (C)
Gln (Q)
Glu (E)
Gly (G)
His (H)
Ile (I)
Leu (L)
Lys (K)
Met (M)
Phe (F)
Pro (P)
Ser (S)
Thr (T)
Trp (W)
Tyr (Y)
Val (V)
The nomenclature for single letter hGH variants is to list the hGH amino acid to be deleted (eg, glutamate 179) first, followed by the amino acid to be inserted (eg, serine), resulting in (E1795S).

 さらに説明することなく、当業者なら以上の説明および例示の実施例を用いて本発明を完全に実施および利用することができると考えられる。即ち、以下の具体的な実施例は本発明の好ましい態様を示すものであり、いかなる意味においても開示の残部を限定するものとみなすべきではない。 Without further elaboration, it is believed that one skilled in the art can, using the preceding description and illustrative examples, fully implement and utilize the present invention. That is, the following specific examples illustrate preferred embodiments of the present invention and should not be considered in any way as limiting the remainder of the disclosure.

 実施例1 プラスミドの構築およびhGH−ファージミド粒子の調製
 プラスミドphGH-M13gIII(図1)を、M13KO77およびhGH産生プラスミドpBO473〔Cunningham,B.C.ら, Science 243: 1330-1336 (1989)〕から構築した。合成オリゴヌクレオチド:
    5'-AGC-TGT-GGC-TTC-GGG-CCC-TTA-GCA-TTT-AAT-GCG-GTA-3'
を用いて、pBO473中のhGHの最後のPhe191コドンの後に唯一のApaI制限部位(下線部)を導入した。オリゴヌクレオチド:
    5'-TTC-ACA-AAC-GAA-GGG-CCC-CTA-ATT-AAA-GCC-AGA-3'
を用いて、唯一のApaI制限部位(最初の下線部)、およびGlu197−アンバー停止コドン(2番目の下線部)をM13KO7遺伝子III中に導入した。オリゴヌクレオチド:
    5'-CAA-TAA-TAA-CGG-GCT-AGC-CAA-AAG-AAC-TGG-3'
により、遺伝子III暗号配列の3′末端の後に唯一のNheI部位(下線部)を導入する。二重に突然変異させたM13KO7の遺伝子III由来の得られた650塩基対(bp)のApaI−NheIフラグメントを、pBO473の大きいApaI−NheIフラグメント中にクローン化してプラスミドpSO132を創製した。これにより、ApaI部位からコードされるグリシン残基を挿入しつつhGHのカルボキシ末端(Phe191)を遺伝子IIIタンパク質のPro198残基に融合させ、この融合タンパク質を大腸菌アルカリホスファターゼ(phoA)プロモーターおよびstII分泌シグナル配列〔Chang,C.N.ら, Gene 55: 189-196 (1987)〕の支配下に置いた。豊富培地中での融合タンパク質の誘導可能な発現のために、このphoAプロモーターをlacプロモーターおよびオペレーターで置換した。lacプロモーター、オペレーター、およびCap結合部位を含有する138bpのEcoRI−XbaIフラグメントを、オリゴヌクレオチド:
 5'-CACGACAGAATTCCCGACTGGAAA-3' および 5'-CTGTTTCTAGAGTGAAATTGTTA-3'
〔これらは、所望のlac配列と境界を接し、EcoRIおよびXbaI制限部位(下線部)を導入する〕
を用いるプラスミドpUC119のPCRによって調製した。このlacフラグメントをゲル精製し、pSO132の大きいEcoRI−XbaIフラグメントに連結してプラスミドphGH-M13gIIIを創製した。すべての加工したDNA連結点の配列はジデオキシ配列決定法によって確認した〔Sanger,F.ら, Proc.Natl.Acad.Sci.USA 74: 5463-5467 (1977)〕。R64A変異hGHファージミドは次のようにして構築した。即ち、Arg64のAla置換(R64A)〔Cunningham,B.C., Wells,J.A, Science 244: 1081-1085 (1989)〕をコードしているhGH〔Cunninghamら(上記)〕のNsiI−BglII突然変異フラグメントを、phGH-M13gIIIプラスミド(図1)中の対応する制限部位の間にクローン化して野生型hGH配列を置換した。このR64A hGHファージミド粒子を、野生型hGH−ファージミドについて以下に記載したようにして増殖させ、滴定した。
Preparation Plasmid phGH-M13gIII Construction and hGH- phagemid particles of Example 1 plasmid (FIG. 1), M13KO7 7 and hGH production plasmid pBO473 [Cunningham, BC, et al., Science 243: 1330-1336 (1989)] was constructed from. Synthetic oligonucleotide:
5'-AGC-TGT-GGC-TTC- GGG-CCC -TTA-GCA-TTT-AAT-GCG-GTA-3 '
Was used to introduce a unique ApaI restriction site (underlined) after the last Phe191 codon of hGH in pBO473. Oligonucleotides:
5'-TTC-ACA-AAC-GAA- GGG-CCC - CTA -ATT-AAA-GCC-AGA-3 '
Was used to introduce a unique ApaI restriction site (first underline), and a Glu197-amber stop codon (second underline) in M13KO7 gene III. Oligonucleotides:
5'-CAA-TAA-TAA-CGG- GCT-AGC -CAA-AAG-AAC-TGG-3 '
Introduces a unique NheI site (underlined) after the 3 'end of the gene III coding sequence. The resulting 650 base pair (bp) ApaI-NheI fragment from the double mutated M13KO7 gene III was cloned into the large ApaI-NheI fragment of pBO473 to create plasmid pSO132. As a result, the carboxy terminus of hGH (Phe191) was fused to the Pro198 residue of the gene III protein while inserting the glycine residue encoded from the ApaI site. It was under the control of the sequence [Chang, CN et al., Gene 55: 189-196 (1987)]. The phoA promoter was replaced with a lac promoter and operator for inducible expression of the fusion protein in rich media. A 138 bp EcoRI-XbaI fragment containing the lac promoter, operator, and Cap binding site was ligated to the oligonucleotide:
5'-CACGACA GAATTC CCGACTGGAAA-3 'and 5'-CTGTT TCTAGA GTGAAATTGTTA-3'
[These border the desired lac sequence and introduce EcoRI and XbaI restriction sites (underlined)]
Was prepared by PCR of plasmid pUC119 using This lac fragment was gel purified and ligated to the large EcoRI-XbaI fragment of pSO132 to create plasmid phGH-M13gIII. The sequences of all processed DNA junctions were confirmed by dideoxy sequencing (Sanger, F. et al., Proc . Natl . Acad . Sci . USA 74: 5463-5467 (1977)). The R64A mutant hGH phagemid was constructed as follows. That is, the NsiI-BglII mutant fragment of hGH [Cunningham et al. (Supra)] encoding the Ala substitution of Arg64 (R64A) [Cunningham, BC, Wells, JA, Science 244: 1081-1085 (1989)] was used. It was cloned between the corresponding restriction sites in the phGH-M13gIII plasmid (FIG. 1) to replace the wild-type hGH sequence. The R64A hGH phagemid particles were grown and titrated as described below for wild-type hGH-phagemid.

 プラスミドを大腸菌の雄性株(JM101)中に導入し、カルベニシリン・プレート上で選択した。単一の形質転換体を2YT培地(2ml)中にて37℃で4時間増殖させ、M13KO7ヘルパーファージ(50μl)に感染させた。この感染培養物を2YT(30ml)に希釈し、一晩培養し、ポリエチレングリコールによる沈澱によってファージミド粒子を集めた〔Vierra,J., Messing,J., Methods in Enzymology 153: 3-11 (1987)〕。通常、ファージミド粒子の力価は2〜5x1011cfu/mlの範囲内であった。この粒子をCsCl密度遠心〔Day,L.A., J.Mol.Biol. 39: 265-277 (1969)〕によって均質になるまで精製し、ビリオンに未結合のすべての融合タンパク質を除去した。 Plasmids were introduced into a male strain of E. coli (JM101) and selected on carbenicillin plates. Single transformants were grown for 4 hours at 37 ° C. in 2YT medium (2 ml) and infected with M13KO7 helper phage (50 μl). The infected culture was diluted in 2YT (30 ml), cultured overnight, and phagemid particles were collected by precipitation with polyethylene glycol [Vierra, J., Messing, J., Methods in Enzymology 153: 3-11 (1987). ]. Usually, the titer of the phagemid particles was in the range of 2~5x10 11 cfu / ml. The particles were purified to homogeneity by CsCl density centrifugation [Day, LA, J. Mol . Biol. 39: 265-277 (1969)] to remove any fusion proteins not bound to virions.

 実施例II 融合ファージ上のhGHの免疫化学分析
 hGHに対するウサギポリクローナル抗体をプロテインAを用いて精製し、50mM炭酸ナトリウム緩衝液(pH10)中、2μg/mlの濃度にて4℃で16〜20時間、微量滴定プレート(Nunc)に被覆した。0.05%ツイーン20を含むPBS中で洗浄した後、hGHまたはhGH−ファージミド粒子を緩衝液A〔50mMトリス(pH7.5)、50mM NaCl、2mM EDTA、5mg/mlウシ血清アルブミン、および0.05%ツイーン20〕中で2.0〜0.002nMに連続希釈した。室温(rt)で2時間の後、このプレートを十分に洗浄し、示したMab〔Cunninghamら(上記)〕をrtで2時間、緩衝液A中1μg/mlで加えた。洗浄の後、西洋ワサビペルオキシダーゼ-コンジュゲート化したヤギ抗-マウスIgG抗体をrtで1時間結合させた。最後の洗浄の後、ペルオキシダーゼ活性を、基質o-フェニレンジアミンを用いて検定した。
Example II Immunochemical analysis of hGH on fusion phage Rabbit polyclonal antibody to hGH was purified using protein A and at a concentration of 2 μg / ml in 50 mM sodium carbonate buffer (pH 10) at 4 ° C. for 16-20 hours. , Microtitration plates (Nunc). After washing in PBS containing 0.05% Tween 20, the hGH or hGH-phagemid particles were treated with buffer A [50 mM Tris (pH 7.5), 50 mM NaCl, 2 mM EDTA, 5 mg / ml bovine serum albumin, and 0.5 mg / ml bovine serum albumin. In 0.05% Tween 20] to 2.0-0.002 nM . After 2 hours at room temperature (rt), the plate was washed extensively and the indicated Mab [Cunningham et al. (Supra)] was added at 1 μg / ml in buffer A for 2 hours at rt. After washing, horseradish peroxidase-conjugated goat anti-mouse IgG antibody was allowed to bind for 1 hour at rt. After the last wash, peroxidase activity was assayed using the substrate o-phenylenediamine.

 実施例III hGH結合タンパク質のポリアクリルアミドビーズへの結合および結合の豊富化
 オキシラン ポリアクリルアミドビーズ(Sigma)を、237位に部位指向性突然変異誘発により導入した余分のシステイン残基(hGHの結合に悪影響を及ぼさない;J.Wells:未公表)を含むhGH受容体の精製した細胞外ドメイン(hGHbp)〔Fuh,G.ら, J.Biol.Chem. 265: 3111-3115 (1990)〕とコンジュゲート化した。このhGHbpは、供給元の推奨のように、樹脂に対する〔125I〕hGHの結合によって測定したときに1.7pモルhGHbp/mg乾燥オキシランビーズの量となるようにコンジュゲート化した。次いで、すべての未反応オキシラン基をBSAおよびトリスでブロックした。ファージミド粒子の非特異的結合の対照として、BSAを同様にビーズに結合させた。吸着および洗浄のための緩衝液は、10mMトリス-HCl(pH7.5)、1mM EDTA、50mM NaCl、1mg/ml BSAおよび0.02%ツイーン20を含有していた。溶離緩衝液は、洗浄緩衝液に加えて200nM hGHまたは0.2Mグリシン(pH2.1)を含有していた。親ファージM13KO7をhGHファージミド粒子とほぼ3000:1(最初の混合物)の比で混合し、50μl容量中、室温でいずれかの吸収剤(5μlづつ;0.2mgのアクリルアミドビーズ)と8〜12時間混合した。このビーズを遠心によってペレット化し、上清を注意深く除去した。このビーズを洗浄緩衝液(200μl)に再懸濁し、室温で4時間混合した(洗浄液1)。2回目の洗浄の後(洗浄液2)、このビーズを2回、それぞれ200nMのhGHで6〜10時間溶離した(溶出液1、溶出液2)。最後の溶離はグリシン緩衝液(pH2.1)を用いて4時間行ない、残存するhGHファージミド粒子を除去した(溶出液3)。それぞれの分画を2YT培地で適切に希釈し、新鮮なJM101と混合し、37℃で5分間インキュベートし、そして2YT軟寒天(3ml)を用いてLBまたはLBカルベニシリンプレートにプレーティングした。
Example III Binding and Enrichment of hGH Binding Protein to Polyacrylamide Beads Oxirane polyacrylamide beads (Sigma) were added to the extra cysteine residue introduced by site-directed mutagenesis at position 237 (affects the binding of hGH Conjugated with the purified extracellular domain of the hGH receptor (hGHbp) containing [ J. Wells: unpublished] [Fuh, G. et al., J. Biol. Chem. 265: 3111-3115 (1990)] . It has become. The hGHbp was conjugated to 1.7 pmol hGHbp / mg dry oxirane beads as determined by the binding of [ 125 I] hGH to the resin, as recommended by the supplier. Then, all unreacted oxirane groups were blocked with BSA and Tris. As a control for non-specific binding of phagemid particles, BSA was similarly bound to the beads. Buffer for adsorption and washing contained 10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1 mM EDTA, 50 mM NaCl, 1 mg / ml BSA and 0.02% Tween 20. The elution buffer contained 200 nM hGH or 0.2 M glycine (pH 2.1) in addition to the wash buffer. The parental phage M13KO7 is mixed with the hGH phagemid particles in a ratio of approximately 3000: 1 (initial mixture) and at room temperature in a 50 μl volume with either absorbent (5 μl each; 0.2 mg acrylamide beads) for 8-12 hours. Mixed. The beads were pelleted by centrifugation and the supernatant was carefully removed. The beads were resuspended in wash buffer (200 μl) and mixed for 4 hours at room temperature (wash 1). After the second wash (wash 2), the beads were eluted twice with 200 nM hGH each for 6-10 hours (eluate 1, eluate 2). The final elution was performed for 4 hours using glycine buffer (pH 2.1) to remove the remaining hGH phagemid particles (eluate 3). Each fraction was appropriately diluted in 2YT medium, mixed with fresh JM101, incubated at 37 ° C. for 5 minutes, and plated on LB or LB carbenicillin plates using 2YT soft agar (3 ml).

 実施例IV 遺伝子III産物の混合物によるhGH−ファージミド粒子の構築
 遺伝子IIIタンパク質は410残基からなり、可変リンカー配列によって隔てられた2つのドメインに分かれている〔Armstrong,J.ら, FEBS Lett. 135: 167-172 (1981)〕。アミノ末端ドメインは大腸菌の線毛に付着するために必要であり、一方、カルボキシ末端ドメインはファージのコート(外殻)に組込まれ、適切なファージ組立てに必要である〔Crissman,J.W., Smith,G.P., Virology 132: 445-455 (1984)〕。遺伝子IIIのシグナル配列およびアミノ末端ドメインを、遺伝子IIIのカルボキシ末端ドメイン中の残基198への融合により、stIIシグナルおよび全hGH遺伝子〔Changら(上記)〕で置換した(図1)。このhGH−遺伝子III融合体を、pBR322のβ−ラクタマーゼ遺伝子およびColE1複製起点ならびにファージf1の遺伝子間領域を含むプラスミド(phGH-M13gIII;図1)中のlacプロモーター/オペレーターの支配下に置いた。このベクターは、カルベニシリンによる選択によって小さなプラスミドベクターとして容易に維持することができ、これにより増殖のために機能的な遺伝子III融合体に依存することが回避される。また、このプラスミドは、M13KO7〔Vieraら(上記)〕などのヘルパーファージによる感染によってビリオン(即ち、ファージミド粒子)に効率的にパッケージングされることができ、これによりファージ組立ての問題が回避される。この系におけるカルベニシリン耐性に対する形質導入に基づくファージミドの感染性力価は、2〜5x1011コロニー形成単位(cfu)/mlに変化した。これらのファージミド保存物におけるM13KO7ヘルパーファージの力価は〜1010プラーク形成単位(pfu)/mlである。
Example IV Construction of hGH-phagemid particles with a mixture of gene III products The gene III protein consists of 410 residues and is divided into two domains separated by a variable linker sequence [Armstrong, J. et al., FEBS Lett. 135 : 167-172 (1981)]. The amino-terminal domain is required for attachment to E. coli fimbria, while the carboxy-terminal domain is incorporated into the phage coat and is required for proper phage assembly [Crissman, JW, Smith, GP , Virology 132: 445-455 (1984)]. The signal sequence and amino terminal domain of gene III were replaced with the stII signal and the entire hGH gene [Chang et al., Supra] by fusion to residue 198 in the carboxy terminal domain of gene III (FIG. 1). This hGH-gene III fusion was placed under the control of the lac promoter / operator in a plasmid (phGH-M13gIII; FIG. 1) containing the β-lactamase gene of pBR322 and the ColE1 origin of replication and the intergenic region of phage f1. This vector can be easily maintained as a small plasmid vector by selection with carbenicillin, thereby avoiding reliance on a functional gene III fusion for propagation. This plasmid can also be efficiently packaged into virions (ie, phagemid particles) by infection with helper phage such as M13KO7 [Viera et al. (Supra)], thereby avoiding the problem of phage assembly. . The infectivity titer of phagemid based on transduction for carbenicillin resistance in this system varied from 2 to 5 × 10 11 colony forming units (cfu) / ml. The titer of the M13KO7 helper phage in these phagemid storage material is 10 10 plaque forming units (pfu) / ml.

 この系を用いて、遺伝子IIIに融合した大きいタンパク質の均質発現がファージの生成に有害であるという以前の研究〔Parmley, Smith (上記)〕を確認した(データは示していない)。例えば、IPTGの添加によるphGH-M13gIII中のlacプロモーターの誘導により、低いファージミド力価が得られた。さらに、遺伝子III中にアンバー突然変異を含むM13KO7による同時感染によって得られたファージミド粒子は、極めて低いファージミド力価(<1010cfu/ml)を与えた。我々は、ファージミド表面に結合した複数コピーの遺伝子III融合体が、固定化標的タンパク質への融合ファージの複数点結合(「キレート作用」)を導きうるものと考えた。従って、融合タンパク質のコピー数を制御するために、構成的に高レベルのlacリプレッサータンパク質を含有する大腸菌JM101(lacl)中でプラスミドを培養することによって、hGH−遺伝子III融合体の転写を制限した。phGH-M13gIIIを含有する大腸菌JM101培養物を最高に増殖させ、lacオペロン誘導物質(IPTG)の非存在下にM13KO7に感染させた(しかし、この系は柔軟性を持っており、他の遺伝子III融合タンパク質の同時発現と平衡させることができる)。我々は、ビリオンあたりのhGH量の比(CsCl勾配で精製したファージミド中のhGH免疫反応性物質に基づく)から、約10%のファージミド粒子が1コピーのhGH遺伝子III融合タンパク質を含有しているものと概算している。従って、hGH遺伝子III融合体を表示する融合ファージの力価は約2〜5x1010/mlである。この数値は、これらを導いた培養物中の大腸菌の力価(〜108〜109/ml)よりも相当に大きい。即ち、平均的に全大腸菌細胞は、hGH遺伝子III融合タンパク質で装飾されたファージを10〜100コピー生成する。 This system was used to confirm a previous study [Parmley, Smith (supra)] that homogenous expression of large proteins fused to gene III was detrimental to phage production (data not shown). For example, induction of the lac promoter in phGH-M13gIII by addition of IPTG resulted in low phagemid titers. Furthermore, phagemid particles obtained by co-infection with M13KO7 containing an amber mutation in gene III gave very low phagemid titers (<10 10 cfu / ml). We thought that multiple copies of the gene III fusion bound to the phagemid surface could lead to multiple point binding ("chelation") of the fused phage to the immobilized target protein. Therefore, in order to control the number of copies of the fusion protein, by culturing the plasmid in E. coli JM101 containing the lac repressor protein, constitutively high levels (lacl Q), the transcription of hGH- gene III fusions Restricted. E. coli JM101 cultures containing phGH-M13gIII were grown maximally and infected with M13KO7 in the absence of the lac operon inducer (IPTG) (however, this system was flexible and had other gene III Can be balanced with co-expression of the fusion protein). From the ratio of hGH per virion (based on hGH immunoreactive material in phagemid purified on a CsCl gradient), we found that about 10% of phagemid particles contained one copy of the hGH gene III fusion protein. It is estimated. Thus, the titer of the fusion phage displaying the hGH gene III fusion is about 2-5 × 10 10 / ml. This number is considerably greater than the titer of E. coli cultures led them (~10 8 ~10 9 / ml) . That is, on average, all E. coli cells produce 10-100 copies of phage decorated with the hGH gene III fusion protein.

 実施例V hGH−遺伝子III融合体の構造的完全性
 hGH−遺伝子IIIファージミドの免疫ブロット分析(図2)により、hGH交差反応性物質がアガロースゲル中でファージミド粒子と同時移動することがわかる。このことは、hGHがファージミド粒子に強固に結合していることを示すものである。このファージミド粒子からのhGH−遺伝子III融合タンパク質は単一の免疫染色されるバンドとして移動し、hGHが遺伝子IIIに結合したときにhGHの分解がわずかしかないことを示す。約25%のファージミド粒子が感染性であるので、野生型遺伝子IIIタンパク質が明らかに存在する。これは、UV吸収によって評価した濃度、および同様に精製(CsCl密度勾配法による)した野生型M13ファージに対して行なった比感染性評価に類似する〔Smith,G.P.(上記)およびParmley, Smith(上記)〕。即ち、野生型遺伝子IIIおよびhGH−遺伝子III融合タンパク質の両方がファージプール中に表示される。
Example V Structural Integrity of hGH-Gene III Fusions Immunoblot analysis of hGH-gene III phagemids (FIG. 2) shows that hGH cross-reactants co-migrate with phagemid particles in agarose gels. This indicates that hGH is tightly bound to the phagemid particles. The hGH-gene III fusion protein from this phagemid particle migrated as a single immunostained band, indicating little degradation of hGH when hGH bound to gene III. The wild-type gene III protein is clearly present, as about 25% of the phagemid particles are infectious. This is similar to the concentration assessed by UV absorption and the specific infectivity assessment performed on similarly purified wild-type M13 phage (by CsCl density gradient method) [Smith, GP (supra) and Parmley, Smith ( the above)〕. That is, both the wild-type gene III and the hGH-gene III fusion protein are displayed in the phage pool.

 結合選択による結果が天然タンパク質に転換するという信頼性を得るために、表示されたhGHの3次構造が維持されていることを確認するのが重要であった。hGHに対するモノクローナル抗体(Mab)を用いて、表示されたhGH遺伝子III融合タンパク質の構造的完全性を評価した(表I)。
   表I.hGHおよびhGHファージミド粒子への8種の異なる
      モノクローナル抗体(Mab)の結合 *         
            IC 50 (nM)             
   Mab        hGH        hGH−ファージミド
   1        0.4        0.4
   2        0.04       0.04
   3        0.2        0.2
   4        0.1        0.1
   5        0.2       >0.2
   6        0.07       0.2
   7        0.1        0.1
   8        0.1        0.1      
   * 表中の値は、特定のMabに対する半-最大結合を与えるhGH
    またはhGH−ファージミド粒子の濃度(nM)を表す。これらの
    測定の標準誤差は、通常、表示値の±30%またはそれ以下
    である。詳細については原材料および方法の項を参照。
It was important to confirm that the indicated tertiary structure of hGH was maintained in order to obtain confidence that the results of the binding selection were converted to the native protein. The monoclonal antibody against hGH (Mab) was used to assess the structural integrity of the indicated hGH gene III fusion protein (Table I).
Table I. Binding of eight different monoclonal antibodies (Mab) to hGH and hGH phagemid particles *
IC 50 (nM)
Mab hGH hGH-phagemid 1 0.4 0.4
2 0.04 0.04
3 0.2 0.2
4 0.1 0.1
5 0.2> 0.2
6 0.07 0.2
7 0.1 0.1
8 0.1 0.1
* Values in the table are hGH giving half-maximal binding to a particular Mab
Alternatively, it represents the concentration (nM) of hGH-phagemid particles. The standard error of these measurements is usually ± 30% or less of the indicated value. See Raw Materials and Methods for details.

 これらMabに対するhGH上のエピトープはマッピングされており〔Cunninghamら(上記)〕、8種のMabのうちの7種に対する結合はhGHが適切に折り畳まれることを必要とする。すべてのMabのIC50値は、Mab 5および6を除いて野生型hGHと等価であった。Mab 5および6の両方は、遺伝子III融合タンパク質中でブロックされるhGHのカルボキシ末端の近くに結合決定基を有していることが知られている。天然および変性hGHの両方と反応するMab1の相対IC50値は、立体配座的に敏感なMab 2〜5、7および8と比較して変わることがない。即ち、Mab1は、hGH−遺伝子III融合体の濃度に対するhGH標準の濃度を適合させる際のあらゆる過誤の良好な内部対照として働く。 The epitopes on hGH for these Mabs have been mapped [Cunningham et al., Supra], and binding to seven of the eight Mabs requires that hGH be properly folded. The IC 50 values of all Mab were equivalent to wild-type hGH except for Mab 5 and 6. Both Mab 5 and 6 are known to have binding determinants near the carboxy terminus of hGH that are blocked in the gene III fusion protein. The relative IC 50 values of Mab1 reacting with both native and denatured hGH remain unchanged compared to the conformationally sensitive Mab 2-5, 7 and 8. Thus, Mab1 serves as a good internal control of any errors in adapting the concentration of the hGH standard to the concentration of the hGH-gene III fusion.

 実施例VI 受容体親和性ビーズに対する結合の豊富化
 これまでの研究者〔Parmley, Smith(上記);Smith(上記);Cwirlaら(上記);およびDevlinら(上記)〕は、ストレプトアビジン被覆したポリスチレン製ペトリ皿または微量滴定プレートで選別することによってファージを分画していた。しかし、クロマトグラフィー系は、異なる結合親和性を有する突然変異タンパク質を表示するファージミド粒子のさらに効率的な分画を可能にする。我々は、非多孔性のオキシランビーズ(Sigma)を選択してクロマトグラフィー樹脂中のファージミド粒子の捕捉を回避した。さらに、これらビーズは小さい粒子サイズ(1μm)を有しており、量に対する表面積の比が最大になる。遊離のシステイノ残基を含有するhGH受容体の細胞外ドメイン(hGHbp)〔Fuhら(上記)〕はこれらビーズに効率的に結合し、ファージミド粒子はウシ血清アルブミンにのみ結合させたビーズに対して極めて低い非特異的な結合を示した(表II)。
Example VI Enrichment of Binding to Receptor Affinity Beads Previous investigators [Parmley, Smith (supra); Smith (supra); Cwirla et al. (Supra); and Devlin et al. (Supra)] were streptavidin-coated. Phages were fractionated by sorting on polystyrene petri dishes or microtiter plates. However, chromatographic systems allow for more efficient fractionation of phagemid particles displaying muteins with different binding affinities. We selected non-porous oxirane beads (Sigma) to avoid the capture of phagemid particles in the chromatography resin. Furthermore, these beads have a small particle size (1 μm), maximizing the ratio of surface area to volume. The extracellular domain of the hGH receptor containing free cysteino residues (hGHbp) [Fuh et al. (Supra)] binds efficiently to these beads, and the phagemid particles bind to beads bound only to bovine serum albumin. It showed very low non-specific binding (Table II).

表II.hGHbp被覆したビーズに対するホルモンファージの特異的な結合により
   得られるM13KO7ファージを凌ぐhGH-ファージの豊富化*1   
 試料     吸収物質*3  全pfu  全cfu  比(cfu/pfu) 豊富化*4
最初の混合物*2       8.3x1011 2.9x108  3.5x10-4   (1)
上清      BSA   7.4x1011 2.8x108  3.8x10-4   1.1
        hGHbp   7.6x1011 3.3x108  4.3x10-4   1.2
洗浄液1    BSA   1.1x1010 6.0x106  5.5x10-4   1.6
        hGHbp   1.9x1010 1.7x107  8.9x10-4   2.5
洗浄液2    BSA   5.9x107  2.8x104  4.7x10-4   1.3
        hGHbp   4.9x107  2.7x106  5.5x10-2   1.6x102
溶出液1   (hGH)BSA 1.1x106  1.9x103  1.7x10-3   4.9
        hGHbp   1.2x106  2.1x106  1.8     5.1x103
溶出液2   (hGH)BSA 5.9x105  1.2x103  2.0x10-3   5.7
        hGHbp   5.5x105  1.3x106  2.4     6.9x103
溶出液3   (pH2.1)BSA 4.6x105  2.0x103  4.3x10-3   12.3
        hGHbp   3.8x10 5  4.0x10 6   10.5     3.0x10 4
*1 それぞれの分画中のM13KO7およびhGH−ファージミド粒子の力価は、それぞれプラーク形成単位(pfu)またはカルベニシリン耐性コロニー形成単位(cfu)の数値に希釈係数を掛けることによって測定した。詳細には実施例IVを参照。
*2 M13KO7のhGH−ファージミド粒子に対する比は最初の混合物において3000:1に調節した。
*3 吸収物質はBSAまたはhGHbpとコンジュゲート化した。
*4 豊富化は、各工程後のcfu/pfu比を最初の混合物のcfu/pfu比で割ることによって計算した。
Table II . By specific binding of hormone phage to hGHbp coated beads
Enrichment of hGH-phage over the obtained M13KO7 phage * 1
Sample Absorbing substance * 3 Total pfu Total cfu ratio (cfu / pfu) Enrichment * 4
First mixture * 2 8.3x10 11 2.9x10 8 3.5x10 -4 (1)
Supernatant BSA 7.4x10 11 2.8x10 8 3.8x10 -4 1.1
hGHbp 7.6x10 11 3.3x10 8 4.3x10 -4 1.2
Cleaning solution 1 BSA 1.1x10 10 6.0x10 6 5.5x10 -4 1.6
hGHbp 1.9x10 10 1.7x10 7 8.9x10 -4 2.5
Cleaning solution 2 BSA 5.9x10 7 2.8x10 4 4.7x10 -4 1.3
hGHbp 4.9x10 7 2.7x10 6 5.5x10 -2 1.6x10 2
Eluent 1 (hGH) BSA 1.1 × 10 6 1.9 × 10 3 1.7 × 10 -3 4.9
hGHbp 1.2x10 6 2.1x10 6 1.8 5.1x10 3
Eluate 2 (hGH) BSA 5.9 × 10 5 1.2 × 10 3 2.0 × 10 -3 5.7
hGHbp 5.5x10 5 1.3x10 6 2.4 6.9x10 3
Eluate 3 (pH 2.1) BSA 4.6 × 10 5 2.0 × 10 3 4.3 × 10 -3 12.3
hGHbp 3.8x10 5 4.0x10 6 10.5 3.0x10 4
* 1 The titer of M13KO7 and hGH-phagemid particles in each fraction was measured by multiplying the value of plaque forming unit (pfu) or carbenicillin resistant colony forming unit (cfu) by a dilution factor, respectively. See Example IV for details.
* 2 The ratio of M13KO7 to hGH-phagemid particles was adjusted to 3000: 1 in the initial mixture.
* 3 The absorbent was conjugated to BSA or hGHbp.
* 4 Enrichment was calculated by dividing the cfu / pfu ratio after each step by the cfu / pfu ratio of the initial mixture.

 代表的な豊富化実験(表II)において、1部のhGHファージミドを>3,000部のM13KO7ファージと混合した。1サイクルの結合と溶離の後、106のファージが回収され、ファージミドのM13KO7ファージに対する比は2:1であった。即ち、1回の結合選択工程によって、>5000倍の豊富化が得られた。残存するファージミドを除去するための遊離hGHまたは酸処理による追加の溶離によって、さらに高い豊富化が得られた。この豊富化は、被覆ポリスチレンプレートからのバッチ溶離を用いてSmithおよびその共同研究者が得た豊富化に匹敵した〔Smith,G.P.(上記)およびParmley, Smith(上記)〕。しかし、さらに少ない容量がビーズに対して用いられている(200μl vs 6ml)。BSAにのみ結合させたビーズを用いたときには、M13KO7を凌ぐhGHファージミドの豊富化はほとんど存在しなかった。対照ビーズに対して観察されたわずかな豊富化(pH2.1溶離に対して〜10倍;表2)は、ビーズに結合するBSA中に存在するウシ成長ホルモン結合タンパク質の微量の不純物に由来するものであろう。それにもかかわらず、これらのデータは、hGHファージの豊富化がビーズ上のhGHbpの存在に依存することを示し、結合がhGHとhGHbpの間の特異的な相互作用によって起こることを示唆する。 In a representative enrichment experiment (Table II), one part of hGH phagemid was mixed with> 3,000 parts of M13KO7 phage. After one cycle of binding and elution, 10 6 phages were recovered and the ratio of phagemid to M13KO7 phage was 2: 1. That is,> 5000-fold enrichment was obtained by one binding selection step. Additional elution by free hGH or acid treatment to remove residual phagemids resulted in higher enrichment. This enrichment was comparable to the enrichment obtained by Smith and coworkers using batch elution from coated polystyrene plates [Smith, GP (supra) and Parmley, Smith (supra)]. However, even smaller volumes are used for beads (200 μl vs 6 ml). There was little enrichment of hGH phagemid over M13KO7 when using beads bound only to BSA. The slight enrichment observed for the control beads (-10 fold relative to pH 2.1 elution; Table 2) is due to trace impurities of bovine growth hormone binding protein present in BSA binding to the beads. Would be something. Nevertheless, these data indicate that hGH phage enrichment is dependent on the presence of hGHbp on the beads, suggesting that binding occurs by a specific interaction between hGH and hGHbp.

 我々は、融合ファージミド上のhGHの比較的弱い結合変異体を凌ぐ野生型hGHの豊富化を評価して、豊富化の特異性をさらに調べ、精製ホルモンに対する結合親和性の減少を融合ファージミド選別後の豊富化因子と関連させた。Arg64がAlaで置換されたhGH突然変異体(R64A)を用いて融合ファージミドを構築した。このR64A変異ホルモンは、hGHと比べて受容体結合親和性が約20倍減少している〔それぞれ、Kd値が7.1nMおよび0.34nM;Cunningham, Wells(上記)〕。R64A hGH−遺伝子III融合ファージミドの力価は、野生型hGHファージミドの力価と同等であった。1ラウンドの結合と溶離の後(表III)、野生型hGHファージミドは、2種類のファージミドとM13KO7の混合物から、ファージミドR64Aに対しては8倍およびM13KO7ヘルパーファージに対しては〜104で豊富化された。 We evaluated the enrichment of wild-type hGH over relatively weak binding variants of hGH on the fusion phagemid to further investigate the specificity of the enrichment and to determine the decrease in binding affinity for purified hormone after fusion phagemid selection. Associated with the enrichment factor. A fusion phagemid was constructed using the hGH mutant in which Arg64 was replaced with Ala (R64A). This R64A mutant hormone has an approximately 20-fold decrease in receptor binding affinity compared to hGH [Kd values of 7.1 nM and 0.34 nM, respectively; Cunningham, Wells (supra)]. The titer of the R64A hGH-gene III fusion phagemid was comparable to that of the wild-type hGH phagemid. After one round of binding and elution (Table III), wild-type hGH phagemid is abundant 8-fold for phagemid R64A and -10 4 for M13KO7 helper phage from a mixture of two phagemids and M13KO7. Was

表III.比較的弱い結合のhGH変異ファージミド以上にhGHファージミドを選択する
    hGHbp被覆ビーズ                       
            対照ビーズ           hGHbpビーズ 
 試料  WTファージミド   WT/R64A  WTファージミド   WT/R64A
     /全ファージミド  の豊富化  /全ファージミド  の豊富化
最初の混合物   8/20    (1)     8/20      (1)
上清        ND     −     4/10     1.0
溶出液1(hGH)  7/20    0.8   17/20     8.5*3
溶出液2(pH2.1)11/20  1.8   21/27     5.2 
*1 親M13KO7ファージ、野生型hGHファージミドおよびR64Aファージミド粒子を104:0.4:0.6の比で混合した。結合選択は、表IIならびに原材料および方法の項の記載のように、BSA(対照ビーズ)またはhGHbp(hGHbpビーズ)により結合させたビーズを用いて行なった。各工程の後、プラスミドDNAをカルベニシリン耐性コロニーから単離し〔Birnboim,H.D., Doly,J., Nucleic Acids Res. 7: 1513-1523 (1979)〕、制限分析によって分析して、このDNAが野生型hGHまたはR64A hGH遺伝子III融合体を含有しているか否か測定した。
*2 R64A突然変異体を越える野生型hGHファージミドの豊富化は、各工程後に存在するhGHファージミドの最初の混合物中に存在するファージミドに対する比(8/20)に基づき、R64Aファージミドの対応する比で割ることにより計算した。
  WT=野生型;ND=測定せず。
*3 全M13KO7親ファージを越えるファージミドの豊富化は、この工程後に〜104であった。
Table III . Select hGH phagemid over relatively weak binding hGH mutant phagemid
hGHbp coated beads
Control beads hGHbp beads
Sample WT phagemid WT / R64A WT phagemid WT / R64A
/ Enrichment of all phagemids / Enrichment of all phagemids
First mixture 8/20 (1) 8/20 (1)
Supernatant ND-4 / 10 1.0
Eluate 1 (hGH) 7/20 0.8 17/20 8.5 * 3
Eluate 2 (pH 2.1) 11/20 1.8 21/27 5.2
* 1 Parent M13KO7 phage, wild-type hGH phagemid and R64A phagemid particles were mixed at a ratio of 10 4 : 0.4: 0.6. Binding selection was performed using beads bound by BSA (control beads) or hGHbp (hGHbp beads) as described in Table II and the section on raw materials and methods. After each step, plasmid DNA was isolated from carbenicillin resistant colonies [Birnboim, HD, Doly, J., Nucleic Acids Res. 7: 1513-1523 (1979)] and analyzed by restriction analysis to determine that the DNA was wild-type. It was determined whether it contained the hGH or R64A hGH gene III fusion.
* 2 The enrichment of wild-type hGH phagemid over the R64A mutant is based on the ratio of phagemid present in the initial mixture of hGH phagemid present after each step to phagemid present (8/20), with a corresponding ratio of R64A phagemid. Calculated by dividing.
WT = wild type; ND = not measured.
* 3 enrichment of phagemid over total M13KO7 parental phage was 10 4 after this step.

 ファージミド粒子上に野生型遺伝子IIIおよび遺伝子III融合タンパク質の混合物を表示させることにより、遺伝子IIIに対する融合体として大きな適切に折り畳まれたタンパク質を表示するビリオンを組立てそして増殖させることができる。遺伝子III融合タンパク質のコピー数を有効に制御して、ファージミドプールにおいて十分に高いレベルになお維持されている「キレート作用」を避け、大きいエピトープライブラリー(>1010)の選別をすることができる。我々は、hGH(22kDのタンパク質)を天然の折り畳まれた形態で表示させうることを示した。遊離のhGHで溶離し、受容体親和性ビーズ上で行なった結合選択は、低い受容体結合親和性を有することが示された突然変異hGHファージミド以上に野生型hGHファージミドを効率的に豊富化した。即ち、結合定数がナノモル範囲で低下しているファージミド粒子を選別することができる。
 タンパク質−タンパク質および抗体−抗原の相互作用は、不連続エピトープによって支配されている〔Janin,J.ら, J.Mol.Biol. 204: 155-164 (1988); Argos,P., Prot.Eng. 2: 101-113 (1988); Barlow,D.J.ら, Nature 322: 747-748 (1987); およびDavies,D.R.ら, J.Biol.Chem. 263: 10541-10544 (1988)〕。即ち、結合に直接関与している残基は3次構造において近接しているが、結合に関与していない残基によって隔てられている。本発明により提供されるスクリーニング系は、さらに好都合にタンパク質−受容体の相互作用を分析し、新規かつ高親和性の結合性を有するタンパク質中の不連続エピトープを単離することを可能にするものである。
By displaying a mixture of wild-type gene III and gene III fusion proteins on phagemid particles, virions displaying large, properly folded proteins as fusions to gene III can be assembled and propagated. The copy number of the gene III fusion protein can be effectively controlled to avoid "chelation", which is still maintained at a sufficiently high level in the phagemid pool, and to screen large epitope libraries (> 10 10 ). . We have shown that hGH (a 22 kD protein) can be displayed in its native, folded form. Binding selections eluted with free hGH and performed on receptor affinity beads efficiently enriched wild-type hGH phagemid over mutant hGH phagemid which was shown to have low receptor binding affinity . That is, phagemid particles having a reduced binding constant in the nanomolar range can be selected.
Protein-protein and antibody-antigen interactions are governed by discontinuous epitopes [Janin, J. et al., J. Mol . Biol. 204: 155-164 (1988); Argos, P., Prot . Eng . . 2: 101-113 (1988); Barlow, DJ , et al., Nature 322:. 747-748 (1987 ); and Davies, DR, et al., J.Biol.Chem 263: 10541-10544 (1988)]. That is, residues directly involved in binding are close together in the tertiary structure, but are separated by residues not involved in binding. The screening system provided by the present invention further advantageously analyzes protein-receptor interactions and allows the isolation of discontinuous epitopes in proteins with novel and high affinity binding It is.

 実施例VII hGHコドン172、174、176、178においてランダム化したライブラリーからのhGH突然変異体の選択
 鋳型の構築
 hGH−遺伝子III融合タンパク質の突然変異体は、Kunkelら〔Meth.Enzymol. 154: 367-382 (1987)〕の方法を用いて構築した。鋳型DNAは、M13-K07ファージをヘルパーとして加えて、プラスミドpS0132(M13遺伝子IIIのカルボキシ末端側半分に融合させた天然hGH遺伝子をアルカリホスファターゼプロモーターの支配下に含有する)をCJ236細胞中で増殖させることによって調製した。1本鎖のウラシル含有DNAを突然変異誘発用に調製して、(1)hGH結合タンパク質(hGHbp)に対する結合を大きく減少させるhGH中の突然変異;および(2)親のバックグラウンドファージを検定し、それに対して選択するために使用しうる唯一の制限部位(KpnI)を導入した。T7 DNAポリメラーゼおよび以下のオリゴデオキシヌクレオチド:
                Gly Thr
 hGHコドン:         178 179
       5'-G ACA TTC CTG GGT ACC GTG CAG T-3'
                  < KpnI >
を用いてオリゴヌクレオチド指向性の突然変異誘発を行なった。このオリゴは、hGH中に突然変異(R178G、I179T)と共にKpnI部位(上に示す)を導入する。突然変異誘発からのクローンをKpnI消化によってスクリーニングし、ジデオキシDNA配列決定によって確認した。ランダム突然変異誘発の鋳型として使用されるこの得られた構築物をpHO415と命名した。
Example VII Construction of a Selection Template for hGH Mutants from a Library Randomized at hGH Codons 172, 174, 176, 178 Mutants of the hGH-gene III fusion protein are described in Kunkel et al . [ Meth. Enzymol. 154: 367-382 (1987)]. As template DNA, the plasmid pS0132 (containing the native hGH gene fused to the carboxy-terminal half of M13 gene III under the control of the alkaline phosphatase promoter) is grown in CJ236 cells with the addition of M13-K07 phage as a helper. Was prepared by Single-stranded uracil-containing DNA was prepared for mutagenesis to assay (1) mutations in hGH that greatly reduced binding to hGH binding protein (hGHbp); and (2) assay parental background phage. Introduced a unique restriction site (KpnI) that could be used to select against it. T7 DNA polymerase and the following oligodeoxynucleotides:
Gly Thr
hGH codon: 178 179
5'-G ACA TTC CTG G G T A C C GTG CAG T-3 '
<KpnI>
Was used to perform oligonucleotide-directed mutagenesis. This oligo introduces a KpnI site (shown above) with a mutation (R178G, I179T) in hGH. Clones from mutagenesis were screened by KpnI digestion and confirmed by dideoxy DNA sequencing. This resulting construct, used as a template for random mutagenesis, was named pHHO415.

 hGHのヘリックス4中のランダム突然変異誘発
 ここでもKunkelの方法を用いて、コドン172、174、176、178をhGH中のランダム突然変異誘発の標的とした。上記のようにpHO415から1本鎖鋳型を調製し、以下のオリゴ:
 hGHコドン:  172 174
5'- GC TTC AGG AAG GAC ATG GAC NNS GTC NNS ACA-
Ile
176 178 179
- NNS CTG NNS ATC GTG CAG TGC CGC TCT GTG G-3'
のプールを用いて突然変異誘発を行なった。上に示したように、このオリゴプールはコドン179を野生型(Ile)に復帰させ、pH0415の唯一のKpnI部位を破壊し、そして172、174、176および178位にランダムコドン(NNS;ここで、NはA、G、CまたはTであり、SはGまたはCである)を導入する。上記の配列に対してこのコドン選択を用いて、付加的なKpnI部位を創製することはできない。このNNS同義性配列の選択により、4つの部位に32種の可能なコドン(1つの「停止」コドンおよび少なくとも1つの各アミノ酸のためのコドン)が得られ、合計(32)4=1,048,576の可能なヌクレオチド配列(この12%は少なくとも1つの停止コドンを含有する)、または(20)4=160,000の可能なポリペプチド配列と34,481の未成熟で終止した配列(即ち、少なくとも1つの停止コドンを含有する配列)が得られる。
Random Mutagenesis in hGH 4 of hGH Again using the method of Kunkel, codons 172, 174, 176, 178 were targeted for random mutagenesis in hGH. A single-stranded template was prepared from pHHO415 as described above and the following oligos:
hGH codon: 172 174
5'- GC TTC AGG AAG GAC ATG GAC NNS GTC NNS ACA-
Ile
176 178 179
- NNS CTG NNS A T C GTG CAG TGC CGC TCT GTG G-3 '
Mutagenesis was performed using a pool of As indicated above, this oligo pool reverted codon 179 to wild type (Ile), destroyed the unique KpnI site of pH0415, and randomized codons at positions 172, 174, 176 and 178 (NNS; where , N is A, G, C or T, and S is G or C). This codon choice cannot be used to create additional KpnI sites for the above sequences. The selection of this NNS synonymous sequence resulted in 32 possible codons at four sites (one “stop” codon and at least one codon for each amino acid), for a total of (32) 4 = 1,048 , 576 possible nucleotide sequences (12% of which contain at least one stop codon), or (20) 4 = 160,000 possible polypeptide sequences and 34,481 immature terminated sequences (ie, , A sequence containing at least one stop codon).

 最初のライブラリーの増殖
 突然変異誘発産物をフェノール:クロロホルム(50:50)で2回抽出し、後の電気穿孔工程を面倒にする塩の添加を避けるために過剰のキャリアーtRNAを用いてエタノール沈澱させた。約50ng(15fモル)のDNAを、0.2cmキュベット中の全容量45μlにおいて、単一パルスの電圧設定2.49kV(時間定数=4.7m秒)でWJM101細胞(2.8x1010細胞/ml)に電気穿孔導入した。
The growth mutagenesis product of the first library was extracted twice with phenol: chloroform (50:50) and ethanol precipitated using excess carrier tRNA to avoid the addition of salts that would complicate the subsequent electroporation step. I let it. Approximately 50 ng (15 fmoles) of DNA was injected into WJM101 cells (2.8 × 10 10 cells / ml) at a single pulse voltage setting of 2.49 kV (time constant = 4.7 msec) in a total volume of 45 μl in a 0.2 cm cuvette. ) Was introduced by electroporation.

 この細胞を振盪しながら37℃で1時間回復させ、次いで2YT培地(25ml)、100μg/mlカルベニシリン、およびM13-K07(感染の多重度=1000)と混合した。この培養物からの連続希釈物をカルベニシリン含有培地にプレーティングすることにより、8.2x106の電気形質転換体が得られたことがわかった。23℃で10分間の後、培養物を振盪しながら37℃で一晩(15時間)インキュベートした。 The cells were allowed to recover for 1 hour at 37 ° C. with shaking and then mixed with 2YT medium (25 ml), 100 μg / ml carbenicillin, and M13-K07 (multiplicity of infection = 1000). By plating serial dilutions from this culture on a carbenicillin-containing medium, it was found that 8.2 × 10 6 electrotransformants were obtained. After 10 minutes at 23 ° C., the culture was incubated overnight (15 hours) at 37 ° C. with shaking.

 一晩インキュベートの後、細胞をペレット化し、pLIB1と命名した2本鎖DNA(dsDNA)をアルカリ溶解法によって調製した。この上清をもう一度遠心してすべての残存細胞を除去し、ファージプールφ1と命名したファージをPEG沈澱させ、STE緩衝液〔10mMトリス(pH7.6)、1mM EDTA、50mM NaCl〕(1ml)に再懸濁した。ファージ力価は、hGH-g3p遺伝子III融合(hGH-g3)プラスミドを含有する組換えファージミドについてはコロニー形成単位(CFU)として、そしてM13-K07ヘルパーファージについてはプラーク形成単位(PFU)として測定した。 After overnight incubation, cells were pelleted and double-stranded DNA (dsDNA), designated pLIB1, was prepared by the alkaline lysis method. The supernatant was centrifuged once more to remove all remaining cells, and the phage designated phage pool φ1 was PEG precipitated and reconstituted in STE buffer [10 mM Tris (pH 7.6), 1 mM EDTA, 50 mM NaCl] (1 ml). Suspended. Phage titers, measured as the hGH-g3p gene III fusion (hGH-g 3) For recombinant phagemid containing plasmid colony forming units (CFU), and the plaque forming units (PFU) for M13-K07 helper phage did.

 固定化hGHbpを用いる結合選択
 1.結合:ファージプールφ1(6x109CFU、6x107PFU)の一部を緩衝液A〔リン酸緩衝食塩水、0.5%BSA、0.05%ツイーン20、0.01%チメロサール〕で4.5倍に希釈し、1.5mlのシラン処理したポリプロピレン試験管において、Ser237Cys突然変異を含むhGHbp(350fモル)と結合させたオキシラン-ポリアクリルアミドビーズの懸濁液(5μl)と混合した。対照として、等量のファージを、BSAだけで被覆したビーズと別の試験管で混合した。このファージを、ゆっくり回転(約7rpm)させながら室温(23℃)で3時間インキュベートすることによって、ビーズと結合させた。以下の工程は、200μlの一定容量を用い、室温で行なった。
Binding selection using immobilized hGHbp Binding: A portion of the phage pool φ1 (6 × 10 9 CFU, 6 × 10 7 PFU) was buffered with buffer A [phosphate buffered saline, 0.5% BSA, 0.05% Tween 20, 0.01% thimerosal]. Diluted 5-fold and mixed in a 1.5 ml silane-treated polypropylene test tube with a suspension (5 μl) of oxirane-polyacrylamide beads conjugated to hGHbp (350 fmol) containing the Ser237Cys mutation. As a control, an equal amount of phage was mixed with beads coated with BSA only in a separate tube. The phage were bound to the beads by incubating at room temperature (23 ° C.) for 3 hours with slow rotation (about 7 rpm). The following steps were performed at room temperature using a constant volume of 200 μl.

 2.洗浄:ビーズを15秒間回転させ、上清を除去した(上清1)。非特異的に結合したファージ/ファージミドを除去するため、このビーズを緩衝液Aに再懸濁することにより2回洗浄し、次いでペレット化した。最後の洗浄は、緩衝液A中で2時間、このビーズを回転させることにより行なった。 {2. Washing: The beads were spun for 15 seconds and the supernatant was removed (Supernatant 1). The beads were washed twice by resuspending in buffer A to remove non-specifically bound phage / phagemid and then pelleted. A final wash was performed by rotating the beads in buffer A for 2 hours.

 3.hGH溶離:ビーズに弱く結合したファージ/ファージミドを、hGHによる段階溶離によって除去した。最初の工程において、ビーズを2nM hGH含有の緩衝液Aを用いて回転させた。17時間後に、このビーズをペレット化し、20nM hGH含有の緩衝液Aに再懸濁し、3時間回転させ、次いでペレット化した。最後のhGH洗浄において、このビーズを200nM hGH含有の緩衝液Aに懸濁させ、3時間回転させ、次いでペレット化した。 {3. hGH elution: Phage / phagemid weakly bound to the beads were removed by stepwise elution with hGH. In the first step, the beads were spun with buffer A containing 2 nM hGH. After 17 hours, the beads were pelleted, resuspended in buffer A containing 20 nM hGH, spun for 3 hours, and then pelleted. In the final hGH wash, the beads were suspended in buffer A containing 200 nM hGH, spun for 3 hours, and then pelleted.

 4.グリシン溶離:最も強固に結合したファージミド(即ち、hGH洗浄後になお結合しているファージミド)を除去するため、ビーズをグリシン緩衝液〔1Mグリシン、HClでpH2.0〕に懸濁させ、2時間回転させ、ペレット化した。この上清(分画「G」;200μl)を、1Mトリス塩基(30μl)の添加によって中和した。 4. Glycine elution: To remove the most tightly bound phagemid (ie, phagemid still bound after the hGH wash), suspend the beads in glycine buffer [1M glycine, pH 2.0 with HCl] and spin for 2 hours. And pelletized. This supernatant (fraction “G”; 200 μl) was neutralized by the addition of 1 M Tris base (30 μl).

 hGHbp-ビーズから溶出した分画G(1x106CFU、5x104PFU)は、実質的にK07ヘルパーファージ以上にファージミドに富むことはなかった。我々は、これは、組換えファージミドの増殖中にパッケージされたK07ファージがhGH-g3p融合体を表示するということに起因するものと考えている。 The fraction G (1 × 10 6 CFU, 5 × 10 4 PFU) eluted from the hGHbp-beads was not substantially enriched in phagemid more than K07 helper phage. We attribute this to the fact that the packaged K07 phage displays an hGH-g3p fusion during propagation of the recombinant phagemid.

 しかし、BSA被覆された対照ビーズから溶出した分画Gと比較すると、hGHbp-ビーズは14倍高いCFUを与えた。これは、非特異的に結合したファージミド以上の、強固に結合したhGHを表示するファージミドの豊富化を反映するものである。 However, when compared to fraction G eluted from BSA-coated control beads, the hGHbp-beads gave a 14-fold higher CFU. This reflects the enrichment of phagemids displaying tightly bound hGH over non-specifically bound phagemids.

 5.増殖:hGHbp-ビーズから溶出した分画Gの一部(4.3x105CFU)を用いて対数増殖期のWJM101細胞を感染させた。形質導入は、分画G(100μl)をWJM101細胞(1ml)と混合し、37℃で20分間インキュベートし、次いでK07(感染の多重度=1000)を加えることによって行なった。培養物(25mlの2YTとカルベニシリン)を上記のように増殖させ、ファージの第2プール(ライブラリー1G、第1のグリシン溶離用)を上記のように調製した。 5. Proliferation: A part (4.3 × 10 5 CFU) of fraction G eluted from the hGHbp-beads was used to infect log-growth WJM101 cells. Transduction was performed by mixing fraction G (100 μl) with WJM101 cells (1 ml), incubating at 37 ° C. for 20 minutes, and then adding K07 (multiplicity of infection = 1000). Cultures (25 ml of 2YT and carbenicillin) were grown as described above and a second pool of phage (library 1G, for primary glycine elution) was prepared as described above.

 ライブラリー1Gからのファージ(図3)を、上記のように、hGHbpビーズへの結合について選択した。hGHbpビーズから溶出した分画Gは、この選択においてBSAビーズから溶出した分画Gに比べて30倍高いCFUを含んでいた。もう一度、分画Gの一部をWJM101細胞中で増殖させ、ライブラリー1G2(グリシン溶離によってこのライブラリーを2回選択したことを示す)を得た。また、2本鎖DNA(pLIB 1G2)をこの培養物から調製した。
dsDNAのKpnI検定および制限選択
Phage from library 1G (FIG. 3) were selected for binding to hGHbp beads as described above. Fraction G eluted from hGHbp beads contained CFU 30 times higher in this selection than Fraction G eluted from BSA beads. Once again, a portion of fraction G was grown in WJM101 cells to obtain library 1G 2 (glycine elution indicates that this library was selected twice). Double stranded DNA (pLIB 1G 2 ) was also prepared from this culture.
KpnI test and restriction selection of dsDNA

 バックグラウンド(KpnI)鋳型の量を減少させるため、pLIB 1G2の一部(約0.5μg)をKpnIで消化し、WJM101細胞中に電気穿孔導入した。これらの細胞を、最初のライブラリーについて記載したようにK07(感染の多重度=100)の存在下で増殖させ、新しいファージプールpLIB3を調製した(図3)。 To reduce the amount of background (KpnI +) template, was digested with pLIB part of 1G 2 (about 0.5 [mu] g) KpnI, it was introduced electroporated into WJM101 cells. These cells were grown in the presence of K07 (multiplicity of infection = 100) as described for the original library and a new phage pool, pLIB3, was prepared (FIG. 3).

 さらに、最初のライブラリー(pLIB1)由来のdsDNAの一部(約0.5μg)をKpnIで消化し、WJM101細胞中に直接電気穿孔導入した。形質転換体を上記のように回復させ、M13-K07に感染させ、一晩増殖させてファージライブラリー2と命名した新しいファージライブラリーを得た(図3)。 Further, a part (about 0.5 μg) of dsDNA derived from the first library (pLIB1) was digested with KpnI and directly electroporated into WJM101 cells. Transformants were recovered as described above, infected with M13-K07, and grown overnight to obtain a new phage library named phage library 2 (FIG. 3).

 連続ラウンドの選択
 (1)過剰(CFUの10倍)の精製K07ファージ(hGHを表示しない)をビーズ結合カクテル中に添加した;および(2)hGH段階溶離を緩衝液A単独の短い洗浄に換えたことを除き、上記のようにしてpLIB2およびpLIB3の両方に由来するファージミドに対して連続ラウンドでファージミドの結合、溶離および増殖を行なった。また、一部においてはXL1-Blue細胞をファージミドの増殖に用いた。
Sequential round selection (1) Excess (10 times CFU) purified K07 phage (not displaying hGH) was added into the bead binding cocktail; and (2) replacing the hGH step elution with a short wash of buffer A alone Except for this, phagemid binding, elution and propagation were performed in consecutive rounds on phagemid from both pLIB2 and pLIB3 as described above. In some cases, XL1-Blue cells were used for phagemid propagation.

 KpnIによるdsDNAの追加の消化を、最終ラウンドのビーズ結合選択の前にpLIB 2G3およびpLIB 3G5に対して実施した(図3)。 An additional digestion of the dsDNA with KpnI was performed on pLIB 2G 3 and pLIB 3G 5 prior to the final round of bead binding selection (FIG. 3).

 選択したファージミドのDNA配列決定
 LIB 4G4由来の4種の独立して単離したクローンおよびLIB 5G6由来の4種の独立して単離したクローンを、ジデオキシ配列決定によって配列決定した。これら8種クローンのすべてが、同一のDNA配列:
 hGHコドン:  172   174  176 178
       5'-AAG GTC TCC ACA TAC CTG AGG ATC-3'
を有していた。即ち、これらのすべてがhGHの同一突然変異体(E174S、F176Y)をコードしている。これらクローン中の残基172は野生型と同様にLysである。また、172に対して選択されたコドンも野生型hGHと同一である。このことは、AAGが同義「NNS」コドンのセットから可能な唯一のリジン-コドンであるので驚くには当たらない。さらに、残基178-Argも野生型と同一であるが、ここではライブラリーから選択されたコドンはAAGであって野生型hGHで見い出されるCGCではなかった(後者コドンも「NNS」コドンのセットを用いて可能である)。
Selected phagemid DNA sequencing LIB 4G 4 from the four independently isolated clones and four independently isolated clones from LIB 5G 6, was sequenced by dideoxy sequencing. All of these eight clones have identical DNA sequences:
hGH codon: 172 174 176 178
5'-AAG GTC TCC ACA TAC CTG AGG ATC-3 '
Had. That is, all of them encode the same mutant of hGH (E174S, F176Y). Residue 172 in these clones is Lys as in the wild type. Also, the codon selected for 172 is identical to wild type hGH. This is not surprising since AAG is the only lysine-codon possible from the set of synonymous "NNS" codons. In addition, residue 178-Arg is also identical to wild-type, except that the codon selected from the library was AAG and not the CGC found in wild-type hGH (the latter codon was also a set of "NNS" codons). Is possible).

 K07感染の多重度
 K07感染の感染多重度は、組換えファージミドの増殖において重要なパラメーターである。K07の感染多重度は、ファージミドで形質転換またはトランスフェクションされた実質的にすべての細胞が新しいファージミド粒子をパッケージしうることを確保するに十分に高いものでなければならない。さらに、それぞれの細胞中の野生型遺伝子IIIの濃度は高く維持されて、複数のhGH−遺伝子III融合分子がそれぞれのファージミド粒子上に表示される可能性を減少させ、それによって結合におけるキレート作用を減少させるものであるべきである。しかし、K07の感染多重度が高すぎるときには、K07のパッケージングは組換えファージミドのパッケージングと競合するであろう。我々は、1〜10%のバックグラウンドK07ファージしか持たない許容しうるファージミド収量が、K07の感染多重度が100であるときに得られることを見い出した。
Multiplicity of K07 infection The multiplicity of infection of K07 infection is an important parameter in the growth of recombinant phagemid. The multiplicity of infection of K07 must be high enough to ensure that virtually all cells transformed or transfected with the phagemid can package new phagemid particles. In addition, the concentration of wild-type gene III in each cell is maintained high, reducing the likelihood of multiple hGH-gene III fusion molecules being displayed on each phagemid particle, thereby reducing chelation at binding. Should be reduced. However, when the multiplicity of infection of K07 is too high, packaging of K07 will compete with packaging of the recombinant phagemid. We have found that acceptable phagemid yields with only 1-10% background K07 phage are obtained when the multiplicity of infection of K07 is 100.

                表 IV
                                    
ファージ      moi(K07)    豊富化     hGHbp/    分画KpnI
プール              CFU/PFU    BSAビーズ       
LIB1     1000     ND     14     0.44
LIB1G    1000     ND     30     0.57
LIB3      100     ND      1.7    0.26
LIB3G3      10     ND      8.5    0.18
LIB3G4     100    460    220     0.13
LIB5      100     ND     15     ND
LIB2      100     ND      1.7   <0.05
LIB2G      10     ND      4.1   <0.10
LIB2G2     100   1000     27     0.18
LIB4      100    170     38     ND  
Table IV
                                    
Phage moi (K07) enriched hGHbp / fraction KpnI
Pool CFU / PFU BSA beads
LIB1 1000 ND 14 0.44
LIB1G 1000 ND 30 0.57
LIB3 100 ND 1.7 0.26
LIB3G 3 10 ND 8.5 0.18
LIB3G 4 100 460 220 0.13
LIB5 100 ND 15 ND
LIB2 100 ND 1.7 <0.05
LIB2G 10 ND 4.1 <0.10
LIB2G 2 100 1000 27 0.18
LIB4 100 170 38 ND

 ファージプールを先に示したように標識した(図3)。感染多重度(moi)はファージミドの増殖の際のK07感染の多重度(PFU/細胞)を意味する。PFUを越えるCFUの豊富化は、精製したK07を結合工程に加えたときに示される。BSAビーズから溶出したCFUを越える、hGHbpビーズから溶出されるCFUの比が示されている。プール中に残存するKpnI含有鋳型(即ち、pH0415)の分画は、dsDNAをKpnIおよびEcoRIで消化し、生成物を1%アガロースゲルで移動させ、陰性の臭化エチジウム染色DNAをレーザー-スキャニングすることによって測定した。 The phage pool was labeled as previously shown (Figure 3). Multiplicity of infection (moi) means the multiplicity of K07 infection (PFU / cell) during phagemid propagation. Enrichment of CFU over PFU is shown when purified K07 is added to the coupling step. The ratio of CFU eluted from hGHbp beads over CFU eluted from BSA beads is shown. Fractionation of the KpnI-containing template (ie, pH0415) remaining in the pool is performed by digesting dsDNA with KpnI and EcoRI, running the product on a 1% agarose gel, and laser-scanning negative ethidium bromide stained DNA. Was measured by:

 ホルモンhGH(E174S、F176Y)の受容体結合の親和性
 単一のクローンが2種類の異なる選択経路(図3)から単離されたという事実は、二重突然変異体(E174S、F176Y)がhGHbpに強く結合することを示唆した。hGHbpに対するこのhGH突然変異体の親和性を測定するために、我々はこのhGH突然変異体を、プラスミドpB0720を用いる部位指向性突然変異誘発によって構築した。このプラスミドは、鋳型としての野生型hGH遺伝子、ならびにコドン174および176を変化させる次のオリゴヌクレオチド:
 hGHコドン:       172   174   176   178
             Lys   Ser   Tyr   Arg
       5'- ATG GAC AAG GTG TCG ACA TAC CTG CGC ATC GTG -3'
を含有している。得られた構築物pH0458Bを、突然変異ホルモンの発現のために大腸菌株16C9に導入した。hGHbpに対するhGH(E174S、F176Y)と125I-hGHの競合結合のスカッチャード分析により、この(E174S、F176Y)突然変異体が野生型hGHの結合親和性よりも少なくとも5.0倍強固な結合親和性を有していることがわかった。
Affinity for receptor binding of the hormones hGH (E174S, F176Y) The fact that a single clone was isolated from two different alternative pathways (FIG. 3) indicates that the double mutant (E174S, F176Y) has an hGHbp Suggested that the binding is strong. To determine the affinity of this hGH mutant for hGHbp, we constructed this hGH mutant by site-directed mutagenesis using plasmid pB0720. This plasmid contains the wild-type hGH gene as a template, and the following oligonucleotides that change codons 174 and 176:
hGH codon: 172 174 176 178
Lys Ser Tyr Arg
5'- ATG GAC AAG GT G TC G ACA T A C CTG CGC ATC GTG -3 '
It contains. The resulting construct, pH0458B, was introduced into E. coli strain 16C9 for expression of the mutant hormone. Scatchard analysis of the competitive binding of hGH (E174S, F176Y) and 125 I-hGH to hGHbp shows that this (E174S, F176Y) mutant has a binding affinity at least 5.0-fold stronger than that of wild-type hGH. It was found to have the property.

 実施例VIII ホルモン−ファージのヘリックス4ランダムカセットライブラリーからのhGH変異体の選択
 ヒト成長ホルモン変異体を、図9に記載のファージミドを用いる本発明の方法によって調製した。
Example VIII Selection of hGH Variants from Helix 4 Random Cassette Library of Hormone-Phage Human growth hormone variants were prepared by the method of the invention using the phagemid described in FIG.

 脱-融合性のホルモン−ファージベクターの構築
 我々は、(1)ファージ上でhGH部分の表示をさらに有利にするように、hGHと遺伝子III部分の間の結合を改良する;(2)実質的に「一価の表示」を得るために融合タンパク質の発現を限定する;(3)出発ベクターに対する制限ヌクレアーゼの選択を可能にする;(4)出発ベクターからの融合タンパク質の発現を排除する;および(5)あるhGH−遺伝子III融合突然変異体からの対応する遊離ホルモンの容易な発現を達成する;という目的をもって、カセット突然変異誘発〔Wellsら, Gene 34: 315-323 (1985)〕およびhGH−遺伝子III融合タンパク質の発現のためのベクターを設計した。
Construction of De-Fusionable Hormone-Phage Vectors We (1) improve the binding between hGH and the gene III part to make display of the hGH part more advantageous on phage; (2) substantially To limit the expression of the fusion protein to obtain a "monovalent representation"; (3) allow selection of restriction nucleases relative to the starting vector; (4) eliminate expression of the fusion protein from the starting vector; and (5) Cassette mutagenesis [Wells et al., Gene 34: 315-323 (1985)] and hGH with the aim of achieving easy expression of the corresponding free hormone from certain hGH-gene III fusion mutants. -A vector was designed for the expression of the gene III fusion protein.

 pBR322およびf1の複製起点を含有し、大腸菌phoAプロモーター〔Bassら, Proteins 8: 309-314 (1990)〕の支配下にhGH−遺伝子III融合タンパク質(hGH残基1〜191、これに1個のGly残基が続き、遺伝子IIIのPro-198に融合している)を発現する、pS0132のオリゴヌクレオチド指向性の突然変異誘発〔Kunkelら, Methods Enzymol. 154: 367-382 (1987)〕によってプラスミドpS0643を構築した(図9)。オリゴヌクレオチド:
    5'-GGC-AGC-TGT-GGC-TTC-TAG-AGT-GGC-GGC-GGC-TCT-GGT-3'
を用いて突然変異誘発を行った〔このオリゴヌクレオチドは、hGHのPhe-191に続いてXbaI部位(下線部)およびアンバー停止コドン(TAG)を導入する〕。得られた構築物pS0643においては、遺伝子IIIの一部が削除され、2つのサイレント突然変異誘発(下線部)が生じ、hGHと遺伝子IIIの間に次の連結点が生成する:
   --- hGH --------->      遺伝子III ----->
   187 188 189 190 191 am* 249 250 251 252 253 254
   Gly Ser Cys Gly Phe Glu Ser Gly Gly Gly Ser Gly
   GGC AGC TGT GGA TTC TAG AGT GGC GGT GGC TCT GGT
 これは、融合タンパク質の全体サイズをpS0132中の401残基からpS0643中の350残基まで短縮する。hGHに対するモノクローナル抗体を用いた実験により、ファージ粒子に組立てられる新しい融合タンパク質のhGH部分は以前の長い融合体よりも接近しやすいことがわかった。
It contains the pBR322 and f1 origins of replication, and is under the control of the E. coli phoA promoter [Bass et al., Proteins 8: 309-314 (1990)] under the control of the hGH-gene III fusion protein (hGH residues 1-191, one to Plasmid by oligonucleotide-directed mutagenesis of pS0132 (Kunkel et al., Methods Enzymol. 154: 367-382 (1987)) expressing a Gly residue followed by fusion to Pro-198 of gene III) . pS0643 was constructed (FIG. 9). Oligonucleotides:
5'-GGC-AGC-TGT-GGC-T TC-TAG-A GT-GGC-GGC-GGC-TCT-GGT-3 '
[This oligonucleotide introduces an XbaI site (underlined) and an amber stop codon (TAG) following Phe-191 of hGH]. In the resulting construct, pS0643, a portion of gene III has been deleted, resulting in two silent mutagenesis (underlined), creating the following junction between hGH and gene III:
--- hGH ---------> Gene III ----->
187 188 189 190 191 am * 249 250 251 252 253 254
Gly Ser Cys Gly Phe Glu Ser Gly Gly Gly Ser Gly
GGC AGC TGT GG A TTC TAG AGT GG C GGT GGC TCT GGT
This reduces the overall size of the fusion protein from 401 residues in pS0132 to 350 residues in pS0643. Experiments with monoclonal antibodies to hGH have shown that the hGH portion of the new fusion protein assembled into phage particles is more accessible than previous long fusions.

 ホルモンを表示するファージを増殖させるため、pS0643および誘導体をJM101またはXL1-Blueなどの大腸菌のアンバー-サプレッサー株〔Bullockら, BioTechniques 5: 376-379 (1987)〕中で増殖させることができる。上に示したのは、supEサプレッサー株中で起こるアンバーコドンにおけるGluの置換である。また、他のアミノ酸による抑制が、周知かつ一般に入手可能な種々の大腸菌株において可能である。 To grow phage displaying hormones, pS0643 and derivatives can be grown in E. coli amber-suppressor strains such as JM101 or XL1-Blue [Bullock et al., BioTechniques 5: 376-379 (1987)]. Shown above is a Glu substitution at the amber codon that occurs in the supE suppressor strain. Suppression by other amino acids is also possible in various well-known and commonly available E. coli strains.

 融合体の遺伝子III部分を含まないhGH(または、突然変異体)を発現させるために、pS0643および誘導体を単に16C9などの非サプレッサー株において増殖させることができる。この場合にはアンバーコドン(TAG)は翻訳の終止を導き、独立したDNA構築を必要とすることなく遊離のホルモンを与える。 P To express hGH (or mutant) that does not contain the gene III portion of the fusion, pS0643 and derivatives can simply be grown on non-suppressor strains such as 16C9. In this case, the amber codon (TAG) leads to the termination of translation and provides free hormone without the need for independent DNA assembly.

 カセット突然変異誘発のための部位を創製するため、pS0643をオリゴヌクレオチド:
(1)5'-CGG-ACT-GGG-CAG-ATA-TTC-AAG-CAG-ACC-3'
  〔これは、pS0643の唯一のBglII部位を破壊する〕;
(2)5'-CTC-AAG-AAC-TAC-GGG-TTA-CCC-TGA-CTG-CTT-CAG-GAA-GG-3'
  〔これは、唯一のBstEII部位、1塩基のフレームシフト、および非アンバー停止コドン(TGA)を挿入する〕;および
(3)5'-CGC-ATC-GTG-CAG-TGC-AGA-TCT-GTG-GAG-GGC-3'
  〔これは、新規なBglII部位を導入する〕
で突然変異させて出発ベクターpH0509を得た。TGA停止コドンと共にフレームシフトを加えることにより、出発ベクターから遺伝子III融合体が産生され得ないことが確保される。BstEII−BglIIセグメントをpH0509から切出し、所望のコドンのところで突然変異させたDNAカセットで置換した。また、hGH中の他の位置におけるカセット突然変異誘発のための他の制限部位も、このホルモン−ファージベクター中に導入した。
To create a site for cassette mutagenesis, pS0643 was modified with the oligonucleotide:
(1) 5'-CGG-ACT-GGG-C AG-ATA-T TC-AAG-CAG-ACC-3 '
[This destroys the unique BglII site of pS0643];
(2) 5'-CTC-AAG-AAC-TAC-G GG-TTA-CC C-TGA-CTG-CTT-CAG-GAA-GG-3 '
[This inserts a unique BstEII site, a one base frameshift, and a non-amber stop codon (TGA)]; and
(3) 5'-CGC-ATC-GTG-CAG-TGC- AGA-TCT -GTG-GAG-GGC-3 '
[This introduces a new BglII site]
To give the starting vector pH0509. Adding a frameshift with a TGA stop codon ensures that no Gene III fusion can be produced from the starting vector. The BstEII-BglII segment was excised from pH0509 and replaced with a mutated DNA cassette at the desired codon. Other restriction sites for cassette mutagenesis at other positions in hGH were also introduced into this hormone-phage vector.

 hGHのヘリックス4内のカセット突然変異誘発
 hGHのコドン172、174、176および178をランダム突然変異誘発の標的とした。この理由は、これらすべてがhGHの表面またはその近くに存在し、受容体結合に有意に寄与し〔CunninghamおよびWells, Science 244: 1081-1085 (1989)〕;これらすべてが十分に定義された構造内に存在し、ヘリックス4の同じ側の2「ターン」を占め;そして、これらのそれぞれがhGHの既知の進化変異体の中の少なくとも1つのアミノ酸で置換されているためである。
Cassette Mutagenesis in hGH 4 of hGH Codons 172, 174, 176 and 178 of hGH were targeted for random mutagenesis. The reason for this is that all are present at or near the surface of hGH and contribute significantly to receptor binding [Cunningham and Wells, Science 244: 1081-1085 (1989)]; all of these are well-defined structures. And occupies two "turns" on the same side of helix 4; and because each of these has been replaced with at least one amino acid in a known evolutionary variant of hGH.

 我々は、それぞれの標的残基にNNS(N=A/G/C/T;S=G/C)の置換を選択した。このNNS同義性配列の選択により、4つの部位に32種の可能なコドン(少なくとも1つの各アミノ酸のためのコドン)が得られ、合計(32)4=1,048,576の可能なヌクレオチド配列、または(20)4=160,000の可能なポリペプチド配列が得られる。唯一の停止コドンであるアンバー(TAG)がこのコドン選択により可能であり、このコドンは大腸菌のsupE株においてGlu1として抑制することができる。 We chose the substitution of NNS (N = A / G / C / T; S = G / C) for each target residue. The selection of this NNS synonymous sequence yields 32 possible codons (codons for at least one each amino acid) at four sites, for a total of (32) 4 = 1,048,576 possible nucleotide sequences Or (20) 4 = 160,000 possible polypeptide sequences are obtained. The only stop codon, amber (TAG), is possible through this codon selection, and this codon can be suppressed as Glu1 in the supE strain of E. coli.

 コドン172、174、176および178にNNSを有する2種類の同義性(縮重)オリゴヌクレオチドを合成し、ホスホリル化し、アニールさせて突然変異カセットを構築した:
 5'-GT-TAC-TCT-ACT-GCT-TTC-AGG-AAG-GAC-ATG-GAC-NNS-GTC-NNS-ACA-NNS-CTG-NNS-ATC-GTG-CAG-TGC-A-3'
および
 5'-GA-TCT-GCA-CTG-CAC-GAT-SNN-CAG-SNN-TGT-SNN-GAC-SNN-GTC-CAT-GTC-CTT-CCT-GAA-GCA-GTA-GA-3' 。
 BstEIIに続いてBglIIでpH0509を消化することによってベクターを調製した。生成物を1%アガロースゲル上で移動させ、大きいフラグメントを切り出し、フェノール抽出し、エタノール沈澱させた。このフラグメントをウシ腸ホスファターゼ(Boehringer)で処理し、次いでフェノール:クロロホルム抽出し、エタノール沈澱させ、突然変異用カセットとの連結用に再懸濁した。
Two synonymous (degenerate) oligonucleotides with NNS at codons 172, 174, 176 and 178 were synthesized, phosphorylated and annealed to construct a mutation cassette:
5'-GT-TAC-TCT-ACT-GCT-TTC-AGG-AAG-GAC-ATG-GAC-NNS-GTC-NNS-ACA-NNS-CTG-NNS-ATC-GTG-CAG-TGC-A-3 '
And 5'-GA-TCT-GCA-CTG-CAC-GAT-SNN-CAG-SNN-TGT-SNN-GAC-SNN-GTC-CAT-GTC-CTT-CCT-GAA-GCA-GTA-GA-3 ' .
The vector was prepared by digesting pH0509 with BstEII followed by BglII. The product was run on a 1% agarose gel, the large fragment was excised, phenol extracted and ethanol precipitated. This fragment was treated with bovine intestinal phosphatase (Boehringer), then phenol: chloroform extracted, ethanol precipitated and resuspended for ligation with the mutation cassette.

 XL1-Blue細胞における最初のライブラリーの増殖
 連結の後、反応生成物をBstEIIでもう一度消化し、次いでフェノール:クロロホルム抽出し、エタノール沈澱させ、水に再懸濁した〔BstEII認識部位(GGTNACC)が、コドン172の3位におよび174にACC(Thr)コドンを含むカセット内に創製される。しかし、この工程でのBstEIIによる処理は、あらゆる可能な突然変異カセットに対して選択しないはずである。この理由は、実質的にすべてのカセットがヘテロ2本鎖であり、この酵素によって切断され得ないためである〕。約150ng(45fモル)のDNAを、0.2cmキュベット中のXL1-Blue細胞(0.045ml中に1.8x109細胞)に、単一パルスの電圧設定2.49kV(時間定数=4.7m秒)で電気穿孔導入した。
After growth ligation of the first library in XL1-Blue cells , the reaction product was digested once more with BstEII, then phenol: chloroform extracted, ethanol precipitated, and resuspended in water [BstEII recognition site (GGTNACC). and the G and 174 to the 3-position of codon 172 is created in a cassette containing the ACC (Thr) codon. However, treatment with BstEII at this step should not select for all possible mutation cassettes. This is because virtually all cassettes are heteroduplex and cannot be cleaved by this enzyme]. About 150 ng (45 fmoles) of DNA was applied to XL1-Blue cells (1.8 × 10 9 cells in 0.045 ml) in a 0.2 cm cuvette with a single pulse voltage setting of 2.49 kV (time constant = 4.7 m). Seconds), electroporation was introduced.

 この細胞を振盪しながらS.O.C.培地において37℃で1時間回復させ、次いで2YT培地(25ml)、100mg/mlカルベニシリン、およびM13-K07(moi=100)と混合した。23℃で10分間の後、培養物を振盪しながら37℃で一晩(15時間)インキュベートした。この培養物からの連続希釈物をカルベニシリン含有培地にプレーティングすることにより、3.9x107の電気形質転換体が得られたことがわかった。 The cells were allowed to recover for 1 hour at 37 ° C. in SOC medium with shaking and then mixed with 2YT medium (25 ml), 100 mg / ml carbenicillin, and M13-K07 (moi = 100). After 10 minutes at 23 ° C., the culture was incubated overnight (15 hours) at 37 ° C. with shaking. By plating serial dilutions from this culture on a medium containing carbenicillin, it was found that 3.9 × 10 7 electrotransformants were obtained.

 一晩インキュベートの後、細胞をペレット化し、pH0529E(最初のライブラリー)と命名した2本鎖DNA(dsDNA)をアルカリ溶解法によって調製した。この上清をもう一度遠心してすべての残存細胞を除去し、ファージプールφH0529E(最初のファージライブラリー)と命名したファージをPEG沈澱させ、STE緩衝液〔10mMトリス(pH7.6)、1mM EDTA、50mM NaCl〕(1ml)に再懸濁した。ファージ力価は、hGH-g3pを含有する組換えファージミドについてコロニー形成単位(CFU)として測定した。出発ライブラリーから約4.5x1013CFUが得られた。 After overnight incubation, cells were pelleted and double-stranded DNA (dsDNA), designated pH0529E (first library), was prepared by the alkaline lysis method. The supernatant was centrifuged once more to remove all remaining cells, and the phage named phage pool φH0529E (the first phage library) was PEG precipitated, and STE buffer [10 mM Tris (pH 7.6), 1 mM EDTA, 50 mM). NaCl] (1 ml). Phage titers were measured as colony forming units (CFU) for recombinant phagemid containing hGH-g3p. Approximately 4.5 × 10 13 CFU was obtained from the starting library.

 出発ライブラリーの同義性(縮重)
 電気形質転換体のプールからの58のクローンを、BstEII−BglIIカセットの領域において配列決定した。これらの中で、17%が出発ベクターに対応しており、17%が少なくとも1つのフレームシフトを含有しており、そして7%が4つの標的コドンの外側に非サイレント(非終止)突然変異を含有していた。我々は、41%のクローンが上記基準のいずれかによる欠点を有しており、2.0x107の当初形質転換体の合計機能的プールが残るものと結論した。それでもなお、この数は可能性あるDNA配列数をほぼ20倍越えている。従って、我々は出発ライブラリーにおいて示されるすべての可能性ある配列を有することを確信している。
Synonym of departure library (degenerate)
Fifty-eight clones from the pool of electrotransformants were sequenced in the region of the BstEII-BglII cassette. Of these, 17% correspond to the starting vector, 17% contain at least one frameshift, and 7% have non-silent (non-stop) mutations outside the four target codons. Contained. We concluded that 41% of the clones had drawbacks from any of the above criteria, leaving a total functional pool of 2.0 × 10 7 original transformants. Nevertheless, this number almost exceeds the number of possible DNA sequences by a factor of 20. Therefore, we are convinced that we have all the possible sequences shown in the starting library.

 我々は、選択されなかったファージの配列を調べて突然変異誘発におけるコドンの偏向度を評価した(表V)。これらの結果により、一部のコドン(および、アミノ酸)がランダムな予想に比べて多いかまたは少ないことが示されるが、このライブラリーは極めて多様性が高く、大量の「兄弟」縮重の証拠は存在しないことがわかった(表VI)。 We examined the sequences of unselected phage to assess the degree of codon bias in mutagenesis (Table V). Although these results indicate that some codons (and amino acids) are more or less than random predictions, this library is quite diverse and evidence of a large amount of "brother" degeneracy Was found not to be present (Table VI).

 表V.選択されなかったホルモンファージのコドン分布(188コドンあたり)クローンを出発ライブラリー(pH0529E)から配列決定した。疑似突然変異および/またはフレームシフトを含有するクローンからのコドンを含むすべてのコドンを表にした。*:アンバー停止コドン(TAG)はXL1-Blue細胞においてはGluとして抑制される。下線を引いたコドンは、50%またはそれ以上に多い/少ないことが示された。
                                  
  残基      予想数      実測数      実測/予想 
  Leu 17.6      18     1.0
  Ser 17.6      26     1.5
  Arg 17.6      10     0.57
  Pro 11.8      16     1.4
  Thr 11.8      14     1.2
  Ala 11.8      13     1.1
  Gly 11.8      16     1.4
  Val 11.8       4     0.3
  Ile  5.9 2     0.3
  Met  5.9 1     0.2
  Tyr  5.9 1     0.2
  His  5.9 2     0.3
  Trp  5.9 2     0.3
  Phe  5.9 5     0.9
  Cys  5.9 5     0.9
  Gln  5.9 7     1.2
  Asn  5.9      14     2.4
  Lys  5.9      11     1.9
  Asp  5.9 9     1.5
  Glu  5.9 6     1.0
  アンバー *    5.9       6        1.0  
Table V. Codon distribution (per 188 codons) of unselected hormone phage clones were sequenced from the starting library (pH0529E). All codons, including those from clones containing pseudomutations and / or frameshifts, were tabulated. *: Amber stop codon (TAG) is suppressed as Glu in XL1-Blue cells. Underlined codons were shown to be more / less than 50% or more.
                                 
Residue Expected number Actual number Actual measurement / expected
Leu 17.6 18 1.0
Ser 17.6 26 1.5
Arg 17.6 10 0.57
Pro 11.8 16 1.4
Thr 11.8 14 1.2
Ala 11.8 13 1.1
Gly 11.8 16 1.4
Val 11.8 4 0.3
Ile 5.9 2 0.3
Met 5.9 1 0.2
Tyr 5.9 1 0.2
His 5.9 2 0.3
Trp 5.9 2 0.3
Phe 5.9 5 0.9
Cys 5.9 5 0.9
Gln 5.9 7 1.2
Asn 5.9 14 2.4
Lys 5.9 11 1.9
Asp 5.9 9 1.5
Glu 5.9 6 1.0
Amber * 5.9 6 1.0

 表VI.オープン読み枠を有する選択されなかった
    (pH0529E)クローン
表示、例えばTWGSは、hGH突然変異体172T/174W/176G/178Sを示す。XL1-Blue細胞においてGluとして翻訳されたアンバー
(TAG)コドンはεで示す。
                             
 KεNT     KTEQ     CVLQ
 TWGS     NNCR     EASL
 PεER     FPCL     SSKE
 LPPS     NSDF     ALLL
 SLDP     HRPS     PSHP
 QQSN     LSLε     SYAP
 GSKT     NGSK     ASNG
 TPVT     LTTE     EANN
 RSRA     PSGG     KNAK
 LCGL     LWFP     SRGK
 TGRL     PAGS     GLDG
 AKAS     GRAK     NDPI
 GNDD     GTNG          
Table VI . Not selected with open reading frame
(PH0529E) Clone designation, eg, TWGS, indicates hGH mutant 172T / 174W / 176G / 178S. The amber (TAG) codon translated as Glu in XL1-Blue cells is indicated by ε.
                        
KεNT KTEQ CVLQ
TWGS NNCR EASL
PεER FPCL SSKE
LPPS NSDF ALLL
SLDP HRPS PSHP
QQSN LSLε SYAP
GSKT NGSK ASNG
TPVT LTTE EANN
RSRA PSGG KNAK
LCGL LWFP SRGK
TGRL PAGS GLDG
AKAS GRAK NDPI
GNDD GTNG

 固定化hGHbpおよびhPRLbpの調製
 野生型hGHbp〔Fuhら, J.Biol.Chem. 265: 3111-3115 (1990)〕を用いたことを除き、文献〔Bassら, Proteins 8: 309-314 (1990)〕に記載のようにして固定化hGHbp(「hGHbp-ビーズ」)を調製した。〔125I〕hGHとの競合結合実験により、1μlのビーズ懸濁液あたり58fモルの機能的hGHbpが結合することがわかった。
Preparation of immobilized hGHbp and hPRLbp Reference [Bass et al., Proteins 8: 309-314 (1990), except that wild-type hGHbp [Fuh et al . , J. Biol. Chem. 265: 3111-3115 (1990)] was used. ], Immobilized hGHbp ("hGHbp-beads") was prepared. Competition binding experiments with [ 125 I] hGH showed that 58 fmol of functional hGHbp bound per 1 μl of bead suspension.

 プロラクチン受容体〔Cunninghamら, Science 250: 1709-1712 (1990)〕の211残基の細胞外ドメインを用いて、上記のように固定化hPRLbp(「hPRLbp-ビーズ」)を調製した。50μMの亜鉛の存在下での〔125I〕hGHとの競合結合実験により、1μlのビーズ懸濁液あたり2.1fモルの機能的hPRLbpが結合することがわかった。 Immobilized hPRLbp ("hPRLbp-beads") was prepared as described above using the 211-cell extracellular domain of the prolactin receptor [Cunningham et al., Science 250: 1709-1712 (1990)]. Competitive binding experiments with [ 125 I] hGH in the presence of 50 μM zinc showed that 2.1 fmol of functional hPRLbp bound per 1 μl of bead suspension.

 「ブランクビーズ」は、オキシラン-アクリルアミドビーズを0.6Mエタノールアミン(pH9.2)により4℃で15時間処理することによって調製した。 "Blank beads" were prepared by treating oxirane-acrylamide beads with 0.6M ethanolamine (pH 9.2) at 4 ° C for 15 hours.

 固定化hGHbpおよびhPRLbpを用いる結合選択
 ビーズに対するホルモン−ファージの結合を、次の緩衝液のいずれかにおいて実施した:hGHbpおよびブランクビーズを用いる選択に対しては緩衝液A〔PBS、0.5% BSA、0.05%ツイーン20、0.01%チメロサール〕;亜鉛の存在下(+Zn2+)にhPRLbpを用いる選択に対しては緩衝液B〔50mMトリス(pH7.5)、10mM MgCl2、0.5% BSA、0.05%ツイーン20、100mM ZnCl2〕;または、亜鉛の非存在下(+EDTA)にhPRLbpを用いる選択に対しては緩衝液C〔PBS、0.5% BSA、0.05%ツイーン20、0.01%チメロサール、10mM EDTA〕。結合選択は、次の経路のそれぞれに従って実施した:(1)ブランクビーズに対する結合、(2)hGHbp-ビーズに対する結合、(3)hPRLbp-ビーズに対する結合(+Zn2+)、(4)hPRLbp-ビーズに対する結合(+EDTA)、(5)hGHbpビーズによる2回の予備吸着とその後の未吸着分画のhPRLbp-ビーズへの結合(「−hGHbp、+hPRLbp」選択)、または(6)hPRLbp-ビーズによる2回の予備吸着とその後の未吸着分画のhGHbp-ビーズへの結合(「−hPRLbp、+hGHbp」選択)。後者の2つの操作は、それぞれhPRLbpと結合するがhGHbpとは結合しない突然変異体、またはhGHbpと結合するがhPRLbpとは結合しない突然変異体を豊富化するものと予想される。各サイクルにおけるファージの結合と溶離は、次のように実施した:
Binding of hormone-phage to binding selection beads using immobilized hGHbp and hPRLbp was performed in any of the following buffers: Buffer A [PBS, 0.5% for selection using hGHbp and blank beads. BSA, 0.05% Tween 20, 0.01% Thimerosal]; Buffer B [50 mM Tris (pH 7.5), 10 mM MgCl 2 , 0 for selection using hPRLbp in the presence of zinc (+ Zn 2+ ). Buffer C [PBS, 0.5% BSA, 0.5% BSA, 0.5% BSA, 0.5% Tween 20, 100 mM ZnCl 2 ]; or, for selection using hPRLbp in the absence of zinc (+ EDTA). 05% Tween 20, 0.01% Thimerosal, 10 mM EDTA]. Binding selections were performed according to each of the following routes: (1) binding to blank beads, (2) binding to hGHbp-beads, (3) binding to hPRLbp-beads (+ Zn 2+ ), (4) binding to hPRLbp-beads. Binding (+ EDTA), (5) two preadsorptions with hGHbp beads followed by binding of unadsorbed fraction to hPRLbp-beads (selection of "-hGHbp, + hPRLbp"), or (6) twice with hPRLbp-beads Preadsorption and subsequent binding of the unadsorbed fraction to hGHbp-beads (selection of "-hPRLbp, + hGHbp"). The latter two operations are expected to enrich mutants that bind to hPRLbp but do not bind to hGHbp, or mutants that bind to hGHbp but do not bind to hPRLbp. Phage binding and elution in each cycle was performed as follows:

 1.結合:ホルモンファージの一部(通常は109〜1010CFU)を等量の非ホルモンファージ(pCAT)と混合し、適当な緩衝液(A、BまたはC)で希釈し、1.5mlのポリプロピレン試験管において200mlの総容量でhGHbp、hPRLbpまたはブランクビーズの懸濁液(10ml)と混合した。このファージを、ゆっくり回転(約7rpm)させながら室温(23℃)で1時間インキュベートすることによってビーズと結合させた。以下の工程は、200μlの一定容量を用い、室温で行なった。 1. Binding: A portion of the hormone phage (usually 10 9 to 10 10 CFU) is mixed with an equal volume of non-hormone phage (pCAT), diluted with an appropriate buffer (A, B or C), and In a polypropylene test tube, a total volume of 200 ml was mixed with a suspension of hGHbp, hPRLbp or blank beads (10 ml). The phage were bound to the beads by incubating for 1 hour at room temperature (23 ° C.) with slow rotation (about 7 rpm). The following steps were performed at room temperature using a constant volume of 200 μl.

 2.洗浄:ビーズを15秒間回転させ、上清を除去した。非特異的に結合したファージ数を減少させるため、このビーズを適当な緩衝液に短時間再懸濁することにより5回洗浄し、次いでペレット化した。 {2. Washing: The beads were spun for 15 seconds and the supernatant was removed. To reduce the number of non-specifically bound phage, the beads were washed five times by brief resuspension in a suitable buffer and then pelleted.

 3.hGH溶離:ビーズに弱く結合したファージを、hGHによる溶離によって除去した。このビーズを400nM hGH含有の適当な緩衝液と共に15〜17時間回転させた。この上清を「hGH溶出液」およびビーズとした。このビーズを緩衝液に短時間再懸濁し、ペレット化することによって洗浄した。 {3. hGH elution: Phage that bound weakly to the beads were removed by elution with hGH. The beads were spun with the appropriate buffer containing 400 nM hGH for 15-17 hours. This supernatant was used as “hGH eluate” and beads. The beads were washed briefly by resuspending in buffer and pelleting.

 4.グリシン溶離:最も強固に結合したファージ(即ち、hGH洗浄後になお結合しているファージ)を除去するため、ビーズをグリシン緩衝液〔緩衝液Aに0.2Mグリシンを追加し、HClでpH2.0にする〕に懸濁させ、1時間回転させ、ペレット化した。この上清(「グリシン溶出液」;200μl)を、1Mトリス塩基(30ml)の添加によって中和し、4℃で保存した。 4. Glycine elution: To remove the most tightly bound phage (ie, phage still bound after the hGH wash), the beads were washed with glycine buffer [buffer A was supplemented with 0.2M glycine and pH was adjusted to 2.0 with HCl. And rotated for 1 hour to pelletize. This supernatant ("glycine eluate"; 200 μl) was neutralized by the addition of 1 M Tris base (30 ml) and stored at 4 ° C.

 5.増殖:各組の条件のもと各組のビーズからのhGH溶出液およびグリシン溶出液の一部を用いて対数増殖期のXL1-Blue細胞の独立した培養物を感染させた。形質導入は、ファージをXL1-Blue細胞(1ml)と混合し、37℃で20分間インキュベートし、次いでK07(moi=100)を加えることによって行なった。培養物(25mlの2YTとカルベニシリン)を上記のように増殖させ、ファージの次のプールを上記のように調製した。 5. Proliferation: Under each set of conditions, a portion of the hGH eluate and glycine eluate from each set of beads was used to infect an independent culture of exponentially growing XL1-Blue cells. Transduction was performed by mixing the phage with XL1-Blue cells (1 ml), incubating at 37 ° C. for 20 minutes, and then adding K07 (moi = 100). Cultures (25 ml of 2YT and carbenicillin) were grown as described above and the next pool of phage was prepared as described above.

 ファージの結合、溶離および増殖を、上記のサイクルに従って、連続ラウンドで行なった。例えば、hGHbpビーズからのhGH溶出液から増幅したファージをhGHbpビーズでもう一度選択し、hGHで溶離し、次いでXL1-Blue細胞の新鮮培養物の感染に用いた。上記の選択法のそれぞれに対して5ラウンドの選択および増殖の3ラウンドを実施した。 Phage binding, elution and propagation were performed in consecutive rounds according to the cycle described above. For example, phage amplified from hGH eluate from hGHbp beads was selected once more with hGHbp beads, eluted with hGH, and then used to infect a fresh culture of XL1-Blue cells. Five rounds of selection and three rounds of expansion were performed for each of the above selection methods.

 選択したファージミドのDNA配列決定
 各サイクルのhGHおよびグリシン溶離工程からのファージの一部をXL1-Blue細胞の接種に用い、これをカルベニシリンおよびテトラサイクリン含有のLB培地にプレーティングして各ファージプールに由来する独立したクローンを得た。単離したコロニーから1本鎖DNAを調製し、突然変異カセット領域の配列決定を行なった。このDNA配列決定の結果を、図5、図6、図7および図8に推定アミノ酸配列としてまとめる。
DNA sequencing of selected phagemids A portion of the phage from the hGH and glycine elution steps of each cycle was used to inoculate XL1-Blue cells, which were plated on LB medium containing carbenicillin and tetracycline to derive from each phage pool. Independent clones were obtained. Single-stranded DNA was prepared from the isolated colonies, and the mutation cassette region was sequenced. The results of this DNA sequencing are summarized in FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8 as deduced amino acid sequences.

 hGH突然変異体の発現および検定
 hGHbpに対する選択したhGH突然変異体の一部の結合親和性を測定するため、配列決定したクローン由来のDNAを大腸菌株16C9に導入した。上記のように、この株は非サプレッサー株であり、hGHの最後のPhe-191残基の後でタンパク質の翻訳を終止させる。1本鎖DNAをこれらの形質転換に用いたが、2本鎖DNAまたは全ファージであっても、遊離ホルモンの発現用の非サプレッサー株中に容易に電気穿孔導入することができる。
DNA from sequenced clones was introduced into E. coli strain 16C9 to determine the expression of hGH mutants and the binding affinity of some of the selected hGH mutants to the assay hGHbp. As mentioned above, this strain is a non-suppressor strain and terminates protein translation after the last Phe-191 residue of hGH. Although single-stranded DNA was used for these transformations, even double-stranded DNA or whole phage can be easily electroporated into non-suppressor strains for free hormone expression.

 hGHの突然変異体は、hGHについて記載されているように、硫酸アンモニウム沈澱により浸透圧ショックを与えた細胞から調製した〔Olsonら, Nature 293: 408-411 (1981)〕。また、タンパク質濃度は、hGHを標準として用いて、クーマシー染色SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動ゲルのレーザー・デンシトメトリーによって測定した〔CunninghamおよびWells, Science 244: 1081-1085 (1989)〕。 Mutants of hGH were prepared from cells osmotically shocked by ammonium sulfate precipitation as described for hGH [Olson et al., Nature 293: 408-411 (1981)]. The protein concentration was measured by laser densitometry on a Coomassie-stained SDS-polyacrylamide gel electrophoresis gel using hGH as a standard [Cunningham and Wells, Science 244: 1081-1085 (1989)].

 各突然変異体の結合親和性は、抗-受容体モノクローナル抗体(Mab263)を用い、文献〔Spencerら, J.Biol.Chem. 263: 7862-7867 (1988); Fuhら, J.Biol.Chem. 265: 3111-3115 (1990)〕記載のように125I hGHを置換することによって測定した。 Binding affinity of each mutant, anti - using receptor monoclonal antibody (MAb 263), literature [Spencer et al., J.Biol.Chem 263:. 7862-7867 (1988 ); Fuh et al., J.Biol.Chem . 265: 3111-3115 (1990)] was determined by replacing the 125 I hGH as described.

 異なる経路(図6)によって選択したhGH突然変異体数の結果を表VIIに示す。これら突然変異体の多くが、hGHbpに対して野生型hGHよりも強い結合親和性を有している。最も改善された突然変異体であるKSYRは、野生型hGHよりも5.6倍高い結合親和性を有している。これら検定した突然変異体の中で選択された最も弱い突然変異体は、hGHに比べて結合親和性が約10倍低いものでしかなかった。 結果 The results of the number of hGH mutants selected by different routes (Figure 6) are shown in Table VII. Many of these mutants have a stronger binding affinity for hGHbp than wild-type hGH. The most improved mutant, KSYR, has a 5.6-fold higher binding affinity than wild-type hGH. The weakest mutant selected among these tested mutants had only about 10-fold lower binding affinity compared to hGH.

 結合検定は、hPRLbp-結合に対して選択した突然変異体について実施することもできる。 Binding assays can also be performed on mutants selected for hPRLbp-binding.

         表VII. hGHbpに対する競合結合
 それぞれの突然変異体が見い出された選択したプールを、1G(第1のグリ
シン選択)、3G(第3のグリシン選択)、3H(第3のhGH選択)、3*(第3の選択:hPRLbpに結合しなかったがhGHbpに結合した)と表示する。配列決定したすべてのクローンの中に現れる各突然変異体の回数を( )に示す。
                                    
突然変異体      Kd (nM)   Kd(突然変異体)  プール
                   /Kd(hGH)          
KSYR(6)    0.06+0.01   0.18   1G、3G
RSFR      0.10+0.05   0.30   3G
RAYR      0.13+0.04   0.37   3*
KTYK(2)    0.16+0.04   0.47   H、3G
RSYR(3)    0.20+0.07   0.58   1G、3H、3G
KAYR(3)    0.22+0.03   0.66   3G
RFFR(2)    0.26+0.05   0.76   3H
KQYR      0.33+0.03   1.0    3G
KEFR=wt(9)  0.34+0.05   1.0    3H、3G、3*
RTYH      0.68+0.17   2.0    3H
QRYR      0.83+0.14   2.5    3*
KKYK      1.1 +0.4    3.2    3*
RSFS(2)    1.1 +0.2    3.3    3G、*
KSNR      3.1 +0.4    9.2    3*      
Table VII . Competitive binding to hGHbp Selected pools in which each mutant was found were identified as 1G (first glycine selection), 3G (third glycine selection), 3H (third hGH selection), 3 * (Third selection: did not bind to hPRLbp but did bind to hGHbp). The number of each mutant appearing in all sequenced clones is shown in parentheses.
                                    
Mutant Kd (nM) Kd (mutant) Pool
/ Kd (hGH)
KSYR (6) 0.06 + 0.01 0.18 1G, 3G
RSFR 0.10 + 0.05 0.30 3G
RAYR 0.13 + 0.04 0.37 3 *
KTYK (2) 0.16 + 0.04 0.47 H, 3G
RSYR (3) 0.20 + 0.07 0.58 1G, 3H, 3G
KAYR (3) 0.22 + 0.03 0.66 3G
RFFR (2) 0.26 + 0.05 0.76 3H
KQYR 0.33 + 0.03 1.0 3G
KEFR = wt (9) 0.34 + 0.05 1.0 3H, 3G, 3 *
RTYH 0.68 + 0.17 2.0 3H
QRRYR 0.83 + 0.14 2.5 3 *
KKYK 1.1 +0.4 3.2 3 *
RSFS (2) 1.1 +0.2 3.3 3G, *
KSNR 3.1 +0.4 9.2 3 *

 結合に及ぼす加成および非加成効果
 一部の残基において、特定アミノ酸の置換が周囲残基とは独立した実質的に同じ作用を有している。例えば、172R/174SのバックグラウンドにおいてF176Yの置換は結合親和性を2.0倍減少させる(RSFR対RSYR)。同様に、172K/174AのバックグラウンドにおいてF176Y突然変異体(KAYR)の結合親和性は、対応する176F突然変異体〔KAFR;CunninghamおよびWells (1989)〕よりも2.9倍弱い。
Additive and non-additive effects on binding At some residues, substitution of a particular amino acid has substantially the same effect, independent of surrounding residues. For example, substitution of F176Y in the background of 172R / 174S reduces binding affinity by 2.0-fold (RSFR vs. RSYR). Similarly, the binding affinity of the F176Y mutant (KAYR) in the 172K / 174A background is 2.9-fold weaker than the corresponding 176F mutant [KAFR; Cunningham and Wells (1989)].

 他方、いくつかの選択したhGH突然変異体について測定した結合定数は、残基172、174、176および178における一部のアミノ酸置換の非加成性の効果を示す。例えば、172K/176Yのバックグラウンドにおいて、E174Sの置換は、E174Aを含有する対応する突然変異体(KAYR)よりも3.7倍強固にhGHbpと結合する突然変異体(KSYR)を与える結果になる。しかし、172R/176Yのバックグラウンドにおいて、これらE174置換の効果は逆になる。この場合、E174A突然変異体(RAYR)はE174S突然変異体(RSYR)よりも1.5倍強固に結合する。 On the other hand, the binding constants measured for some selected hGH mutants show the non-additive effects of some amino acid substitutions at residues 172, 174, 176 and 178. For example, in the 172K / 176Y background, substitution of E174S results in a mutant (KSYR) that binds hGHbp 3.7-fold more tightly than the corresponding mutant containing E174A (KAYR). . However, in the 172R / 176Y background, the effects of these E174 substitutions are reversed. In this case, the E174A mutant (RAYR) binds 1.5-fold more tightly than the E174S mutant (RSYR).

 このような近接残基における置換の結合に及ぼす非加成性効果は、いくつかの位置においてランダム化されたライブラリーから最適突然変異体を選択する手段としてのタンパク質-ファージ結合選択の用途を示すものである。詳細な構造の情報が存在せず、このような選択法がないと、最適突然変異体の発見までに多数の置換の組合せが試されることになるであろう。 Such non-additive effects on the binding of substitutions at adjacent residues indicate the use of protein-phage binding selection as a means to select optimal mutants from a randomized library at several positions. Things. In the absence of detailed structural information, and without such a selection method, a large number of substitution combinations would be tried before finding the optimal mutant.

 実施例IX ホルモン−ファージのヘリックス1ランダムカセットライブラリーからのhGH突然変異体の選択 Example IX Selection of hGH Mutants from Helix 1 Random Cassette Library of Hormone-Phage

 実施例VIIIに記載した方法を用いて、hGHbpおよび/またはhPRLbpへの結合に関与しているhGHの別の領域、即ちヘリックス1の残基10、14、18、21をphGHam-g3pベクター(pS0643としても知られている;実施例VIIIを参照)におけるランダム突然変異誘発の標的とした。 Using the method described in Example VIII, another region of hGH involved in binding to hGHbp and / or hPRLbp, i.e., residues 10, 14, 18, 21 of helix 1, was cloned into the phGHam-g3p vector (pS0643). (See Example VIII).

 我々は「アンバー」hGH-g3構築物(phGHam-g3pと呼ぶ)の使用を選択したが、この理由はそれが結合に対してより接近しやすい標的タンパク質hGHを作成するようであるためである。このことは、モノクローナル抗体結合の比較ELISA検定からのデータによって支持される。pS0132〔S.Bass, R.Greene, J.A.Wells, Proteins 8: 306 (1990)〕およびphGHam-g3の両方から生成したファージを、hGHのカルボキシ末端の近くに結合決定基を有することが知られている3種の抗体(Medix2、1B5.G2、および5B7.C10)〔B.C.Cunningham, P.Jhurani, P.Ng, J.A.Wells, Science 243: 1330 (1989); B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Science 244: 1081 (1989); L.JinおよびJ.Wells(未公表の結果)〕、ならびにヘリックス1および3中の決定基を認識する1種の抗体(Medix1)〔B.C.Cunningham, P.Jhurani, P.Ng, J.A.Wells, Science 243: 1330 (1989); B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Science 244: 1081 (1989)〕を用いて試験した。phGHam-g3からのファージミド粒子は、pS0132からのファージミド粒子よりも抗体Medix2、1B5.G2および5B7.C10とさらに強く反応した。特に、pS0132粒子の結合は、Medix1に対する結合と比較して、Medix2および5B7.C10の両方に対しては>2000倍減少し、1B5.G2に対しては>25倍減少した。一方、phGHam-g3ファージの結合は、Medix1に対する結合と比較して、Medix2、1B5.G2および5B7.C10抗体に対してそれぞれ約1.5倍、1.2倍および2.3倍弱くなるにすぎなかった。 We chose to use the "amber" hGH-g3 construct (referred to as phGHam-g3p) because it appears to make the target protein hGH more accessible for binding. This is supported by data from a comparative ELISA assay for monoclonal antibody binding. Phages generated from both pS0132 [S. Bass, R. Greene, JA Wells, Proteins 8: 306 (1990)] and phGHam-g3 are known to have binding determinants near the carboxy terminus of hGH. Three antibodies (Medix2, 1B5.G2, and 5B7.C10) [BCCunningham, P. Jhurani, P.Ng, JAWells, Science 243: 1330 (1989); BCCunningham and JAWells, Science 244: 1081 (1989); L Jin and J. Wells (unpublished results)] and one antibody (Medix1) recognizing determinants in helices 1 and 3 [BCCunningham, P. Jhurani, P.Ng, JA Wells, Science 243: 1330] (1989); BCCunningham and JA Wells, Science 244: 1081 (1989)]. Phagemid particles from phGHam-g3 reacted more strongly with antibodies Medix2, 1B5.G2 and 5B7.C10 than phagemid particles from pS0132. In particular, the binding of pS0132 particles was reduced> 2000-fold for both Medix2 and 5B7.C10 and> 25-fold for 1B5.G2 compared to binding to Medix1. On the other hand, the binding of the phGHam-g3 phage is about 1.5-fold, 1.2-fold and 2.3-fold weaker against the Medix2, 1B5.G2 and 5B7.C10 antibodies, respectively, compared to the binding to Medix1. It was not too much.

 カセット突然変異誘発によるヘリックス1ライブラリーの作成
 アラニン-スキャニング突然変異誘発〔B.C.Cunningham, P.Jhurani, P.Ng, J.A.Wells, Science 243: 1330 (1989); B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Science 244: 1081 (1989),15, 16〕によって以前に同定されていたヘリックス1中の残基に突然変異を行なって、hGHおよび/またはhPRL受容体(それぞれ、hGHbpおよびhPRLbpと呼ぶ)の細胞外ドメインの結合を変調させた。カセット突然変異誘発は実質的に文献〔J.A.Wells, M.Vasser, D.B.Powers, Gene 34: 315 (1985)〕記載のように行なった。このライブラリーは、オリゴヌクレオチド:
   5'-GCC TTT GAC AGG TAC CAG GAG TTT G-3' および
   5'-CCA ACT ATA CCA CTC TCG AGG TCT ATT CGA TAA C-3'
をそれぞれ用いる突然変異誘発によって唯一のKpnI(hGHコドン27のところ)およびXhoI(hGHコドン6のところ)制限部位(下線部)が挿入されたphGHam-g3〔T.A.Kunkel, J.D.Roberts, R.A.Zakour, Methods Enzymol. 154: 367-382〕の突然変異体を用いる、4残基を一度にすべて突然変異させるカセット突然変異誘発(実施例VIIIを参照)によって作成した。また、後者のオリゴは+1のフレームシフト(下線部の最後のG)を導入し、これが出発ベクターからの翻訳を終止させ、ファージミドライブラリー中の野生型のバックグラウンドを最少にした。この出発ベクターをpH0508Bと命名した。hGH残基10、14、18、21を突然変異させたヘリックス1ライブラリーは、相補性オリゴヌクレオチド:
 5'-pTCG AGG CTC NNS GAC AAC GCG NNS CTG CGT GCT NNS CGT CTT NNS CAG
CTG GCC TTT GAC ACG TAC-3' および
 5'-pGT GTC AAA GGC CAG CTG SNN AAG ACG SNN AGC ACG CAG SNN CGC GTT
GTC SNN GAG CC-3'
から調製したカセットを、pH0508Bの大きいXhoI−KpnIフラグメントに連結することによって作成した。このKpnI部位は連結生成物の連結部において破壊され、非突然変異バックグラウンドの分析に制限酵素消化を使用することを可能にした。
Construction of a Helix 1 Library by Cassette Mutagenesis Alanine-scanning mutagenesis [BCCunningham, P. Jhurani, P. Ng, JA Wells, Science 243: 1330 (1989); BCCunningham and JA Wells, Science 244: 1081 (1989), Mutations were made to the residues in helix 1 previously identified by H.15, 16] to modulate the binding of the extracellular domains of the hGH and / or hPRL receptors (designated hGHbp and hPRLbp, respectively). . Cassette mutagenesis was performed essentially as described in the literature [JAWells, M. Vasser, DBPowers, Gene 34: 315 (1985)]. This library contains oligonucleotides:
5'-GCC TTT GAC A GG TAC C AG GAG TTT G-3 'and 5'-CCA ACT ATA CCA CT C TCG AG G TCT ATT CGA TAA C-3'
PhGHam-g3 [TAKunkel, JDRoberts, RAZakour, Methods Enzymol. 154] with unique KpnI (at hGH codon 27) and XhoI (at hGH codon 6) restriction sites (underlined) inserted by mutagenesis, respectively . : 367-382], using the mutagenesis of all four residues at once (see Example VIII). The latter oligo also introduced a +1 frameshift (the last G underlined), which terminated translation from the starting vector and minimized wild-type background in the phagemid library. This starting vector was named pH0508B. A helix 1 library in which hGH residues 10, 14, 18, 21 have been mutated contains complementary oligonucleotides:
5'-pTCG AGG CTC NNS GAC AAC GCG NNS CTG CGT GCT NNS CGT CTT NNS CAG
CTG GCC TTT GAC ACG TAC-3 'and 5'-pGT GTC AAA GGC CAG CTG SNN AAG ACG SNN AGC ACG CAG SNN CGC GTT
GTC SNN GAG CC-3 '
Was prepared by ligating to the large XhoI-KpnI fragment of pH0508B. This KpnI site was broken at the junction of the ligation product, making it possible to use restriction enzyme digestion for analysis of the non-mutated background.

 このライブラリーは少なくとも107の別個の形質転換体を含んでおり、このライブラリーが完全にランダム(106の異なるコドン組合せ)であるときには、平均して約10コピーのそれぞれ可能な突然変異hGH遺伝子が得られる。KpnIを用いる制限分析により、ヘリックス1ライブラリー構築物の少なくとも80%が挿入されたカセットを含有していることがわかった。 This library contains at least 10 7 separate transformants, and when the library is completely random (10 6 different codon combinations), on average about 10 copies of each possible mutant hGH The gene is obtained. Restriction analysis using KpnI showed that at least 80% of the helix 1 library construct contained the inserted cassette.

 このライブラリーからのhGH-ファージの結合豊富化を、既述(実施例VIII)のようにオキシラン-ポリアクリルアミドビーズ(Sigma Chemical Co.)上に固定化したhGHbpを用いて行なった。ヘリックス1中の4つの残基(F10、M14、H18およびH21)が同じように突然変異され、4および6サイクル後に非野生型コンセンサスが現れた(表VIII)。ヘリックス1の疎水性面の10位は疎水性である傾向にあり、一方、親水性面の21および18位は傾向的にAsnが優勢であり、14位には明白なコンセンサスが認められなかった(表IX)。 結合 Enrichment of hGH-phage binding from this library was performed using hGHbp immobilized on oxirane-polyacrylamide beads (Sigma Chemical Co.) as described previously (Example VIII). Four residues in helix 1 (F10, M14, H18 and H21) were similarly mutated, resulting in a non-wild-type consensus after 4 and 6 cycles (Table VIII). Position 10 on the hydrophobic side of helix 1 tends to be hydrophobic, whereas positions 21 and 18 on the hydrophilic side are predominantly Asn dominant and no apparent consensus was found at position 14. (Table IX).

 hGHbpに対するこれらhGH突然変異体の結合定数は、非サプレッサー大腸菌株16C9中で遊離のホルモン変異体を発現させ、このタンパク質を精製し、そしてhGHbpからの標識化wt-hGHの競合置換により検定することによって測定した(実施例VIIIを参照)。示したように、いくつかの突然変異体がwt-hGHが結合するよりもhGHbpに強く結合する。 The binding constants of these hGH mutants to hGHbp are determined by expressing the free hormone mutant in non-suppressor E. coli strain 16C9, purifying the protein and competing displacement of labeled wt-hGH from hGHbp. (See Example VIII). As shown, some mutants bind more strongly to hGHbp than do wt-hGH.

     表VIII.hGHヘリックス1突然変異体の選択
ファージミド粒子上に発現されたhGH変異体(残基F10、M14、H18、H21においてランダム突然変異)を、hGHbp-ビーズへの結合、およびhGH(0.4mM)緩衝液と次いでグリシン(0.2M、pH2)緩衝液による溶離によって選択した(実施例VIIIを参照)。
                             
              Gly溶離
    F10    M14    H18    H21
4サイクル
H   G     N  N
A   W     D  N(2)
Y   T     V  N
I   N     I  N
L   N     S  H
F   S     F  G
6サイクル
H   G     N  N(6)
F   S     F  L
  コンセンサス
     H      G      N      N  
Table VIII . Selection of hGH helix 1 mutant hGH variants expressed on phagemid particles (random mutations at residues F10, M14, H18, H21) were bound to hGHbp-beads and buffered with hGH (0.4 mM). And then by elution with glycine (0.2M, pH2) buffer (see Example VIII).
                          
Gly elution F10 M14 H18 H21
4 cycles
H G N N
A W D N (2)
Y TV N
ININ
L N SH
FSFG
6 cycles
H G N N (6)
F S FL
Consensus H G N N

 表IX.選択したヘリックス1ライブラリーからのコンセンサス配列
 観察された頻度は、表示したアミノ酸を有する配列決定した全クローンの分数である。名目頻度はNNSの32コドン縮重に基づいて計算した。最大豊富化因子は、ある残基に対する名目頻度値に依存して11〜32に変化する。単一のアラニン突然変異に対する〔Kd(Ala突然変異体)/Kd(wt-hGH)〕の値は、文献〔B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Science 244: 1081(1989);B.C.Cunningham, D.J.Henner, J.A.Wells, Science 247: 1461(1990);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88: 3407(1991)〕から採用した。
                                   
野生型  Kd(Ala突然変異体) 選択した      頻度    
残基   /Kd(wt-hGH)  残基     観察    名目   豊富化
F10    5.9     H  0.50  0.031  17
 F  0.14  0.031   5
 A  0.14  0.062   2
M14    2.2  G  0.50  0.062   8
 W  0.14  0.031   5
 N  0.14  0.031   5
 S  0.14  0.093   2
H18   1.6  N  0.50  0.031  17
 D  0.14  0.031   5
 F  0.14  0.031   5
H21   0.33  N  0.79  0.031  26
                H    0.07  0.031   2
Table IX . Consensus sequence from selected helix 1 library The frequency observed is the fraction of all sequenced clones with the indicated amino acids. Nominal frequencies were calculated based on the 32 codon degeneracy of the NNS. The maximum enrichment factor varies from 11 to 32 depending on the nominal frequency value for a residue. The value of [Kd (Ala mutant) / Kd (wt-hGH)] for a single alanine mutation is given in the literature [BCCunningham and JAWells, Science 244: 1081 (1989); BCCunningham, DJ Henner, JAWells, Science 247: 1461 (1990); BCCunningham and JA Wells, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 3407 (1991)].
                                   
Wild-type Kd (Ala mutant) Selected frequency
Residue / Kd (wt-hGH) residue observation nominal enrichment F10 5.9 H 0.50 0.031 17
F 0.14 0.031 5
A 0.14 0.0622 2
M14 2.2 G 0.50 0.062 8
W 0.14 0.031 5
N 0.14 0.031 5
S 0.14 0.093 2
H18 1.6 N 0.50 0.031 17
D 0.14 0.031 5
F 0.14 0.031 5
H21 0.33 N 0.79 0.031 26
H 0.07 0.031 2

 表X.hGHbpに対する精製したhGHヘリックス1突然変異体の結合
 競合結合実験は、〔125I〕hGH(野生型)、hGHbp(細胞外受容体ドメイン、残基1〜238を含む)、およびMab263〔B.C.Cunningham, P.Jhurani, P.Ng, J.A.Wells, Science 243: 1330 (1989)〕を用いて行なった。数値Pは、1またはそれ以上の選択ラウンド後に配列決定した全クローン中の各突然変異体の発生率を分数で示すものである。
                                   
    配列の位置     P   Kd(nM)\f(Kd突然変異体) Kd(wt-hGH)
   10 14 18 21
   H  G  N  N   0.50   0.14±0.04  0.42
   A  W  D  N   0.14   0.10±0.03  0.30
wt= F  M  H  H   0     0.34±0.05  (1)
   F  S  F  L   0.07   0.68±0.19  2.0
   Y  T  V  N   0.07   0.75±0.19  2.2
   L  N  S  H   0.07   0.82±0.20  2.4
   I  N  I  N   0.07   1.2 ±0.31   3.4  
Table X. Binding of Purified hGH Helix 1 Mutant to hGHbp Competitive binding experiments were performed with [ 125 I] hGH (wild type), hGHbp (extracellular receptor domain, including residues 1-238), and Mab263 [BCCunningham, P. Jhurani, P. Ng, JAWells, Science 243: 1330 (1989)]. The numerical value P indicates, as a fraction, the incidence of each mutant in all clones sequenced after one or more selection rounds.
                                   
Sequence position P Kd (nM) \f (Kd mutant) Kd (wt-hGH)
10 14 18 21
H G N N 0.50 0.14 ± 0.04 0.42
A W D N 0.14 0.10 ± 0.03 0.30
wt = FMHH 0.34 ± 0.05 (1)
FSFL 0.07 0.68 ± 0.19 2.0
YTVN 0.07 0.75 ± 0.19 2.2
L N SH 0.07 0.82 ± 0.20 2.4
ININ 0.07 1.2 ± 0.31 3.4

 実施例X ホルモン−ファージの豊富化により予め見い出した突然変異を含むヘリックス4ランダムカセットライブラリーからのhGH変異体の選択
ホルモン−ファージを用いる反復選択による改善された結合性を有する突然変異タンパク質の設計
 hGH進化変異体の新入の非結合相同体を用いる我々の実験から、多数の独立したアミノ酸置換を組合せることによって特定受容体との結合に関してhGHの累積して改善された突然変異体を得ることができると示唆される〔B.C.Cunningham, D.J.Henner, J.A.Wells, Science 247: 1461 (1990); B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88: 3407 (1991); H.B.Lowman, B.C.Cunningham, J.A.Wells, J.Biol.Chem. 266, 印刷中 (1991)〕。
Example X Selection of hGH Mutants from a Helix 4 Random Cassette Library Containing Mutations Found Previously by Hormone-Phage Enrichment
Designing muteins with improved binding by repeated selection using hormone-phage From our experiments with new non-binding homologues of hGH evolution variants identified by combining multiple independent amino acid substitutions It is suggested that cumulative improved mutants of hGH for binding to the receptor can be obtained [BCCunningham, DJ Henner, JA Wells, Science 247: 1461 (1990); BCCunningham and JA Wells, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 3407 (1991); HB Lowman, BCCunningham, JA Wells, J. Biol. Chem. 266, Printing (1991)].

 hGH受容体にさらに強固に結合することがわかったヘリックス4aライブラリーから選択したヘリックス4の二重突然変異体(E174S/F176Y;実施例VIIIを参照)をさらに改善する試みにおいて、ヘリックス4bライブラリーを作成した。E174S/F176Y hGH突然変異体をバックグラウンドの出発ホルモンとして用いて、ヘリックス4の親水性面上の174および176位の周りの残基に突然変異を行なった。 In an attempt to further improve a helix 4 double mutant (E174S / F176Y; see Example VIII) selected from a helix 4a library found to bind more tightly to the hGH receptor, the helix 4b library It was created. Mutations were made to residues around positions 174 and 176 on the hydrophilic surface of helix 4, using the E174S / F176Y hGH mutant as the background starting hormone.

 カセット突然変異誘発によるヘリックス4bライブラリーの作成
 実質的に文献〔J.A.Wells, M.Vasser, D.B.Powers, Gene 34: 315 (1985)〕記載のようにしてカセット突然変異誘発を行なった。唯一のBstEIIおよびBglII制限部位が予め挿入されたphGHam-g3(実施例VIII)の突然変異体を用い、4残基を一度にすべて突然変異させるカセット突然変異誘発(実施例VIIIを参照)を用いて、E174S/F176Yバックグラウンド内で残基167、171、175および179を突然変異させたヘリックス4bライブラリーを作成した。相補性オリゴヌクレオチド:
 5'-pG TTA CTC TAC TGC TTC NNS AAG GAC ATG NNS AAG GTC AGC NNS TAC
CTG CGC NNS GTG CAG TGC A-3' および
 5'-pGA TCT GCA CTG CAC SNN GCG CAG GTA SNN GCT GAC CTT SNN CAT GTC
CTT SNN GAA GCA GTA GA-3'
から調製したカセットを、ベクターのBstEII−BglII部位に挿入した。このBstEII部位は連結したカセットにおいて削除された。このヘリックス4bライブラリー由来の15の選択されなかったクローンを配列決定した。これらのうち、カセット挿入体を欠くものはなく、20%がフレームシフトしており、7%が非サイレント突然変異を有していた。
Construction of Helix 4b Library by Cassette Mutagenesis Cassette mutagenesis was performed essentially as described in the literature [JAWells, M. Vasser, DBPowers, Gene 34: 315 (1985)]. Using a mutant of phGHam-g3 (Example VIII) in which only one BstEII and BglII restriction site has been inserted, using cassette mutagenesis to mutate all four residues at once (see Example VIII) A helical 4b library was created in which residues 167, 171, 175 and 179 were mutated in the E174S / F176Y background. Complementary oligonucleotide:
5'-pG TTA CTC TAC TGC TTC NNS AAG GAC ATG NNS AAG GTC AGC NNS TAC
CTG CGC NNS GTG CAG TGC A-3 'and 5'-pGA TCT GCA CTG CAC SNN GCG CAG GTA SNN GCT GAC CTT SNN CAT GTC
CTT SNN GAA GCA GTA GA-3 '
Was inserted into the BstEII-BglII site of the vector. This BstEII site was deleted in the ligated cassette. Fifteen unselected clones from this helix 4b library were sequenced. Of these, none lacked the cassette insert, 20% were frameshifted and 7% had non-silent mutations.

 hGHbp豊富化の結果
 このライブラリーからのhGH-ファージの結合豊富化を、既述(実施例VIII)のようにオキシラン-ポリアクリルアミドビーズ(Sigma Chemical Co.)上に固定化したhGHbpを用いて行なった。6サイクルの結合の後に、合理的かつ明白なコンセンサスが現れた(表XI)。興味あることに、すべての位置が極性の残基、特にSer、ThrおよびAsnを含有する傾向があった(表XII)。
Results of hGHbp enrichment Binding enrichment of hGH-phages from this library was performed using hGHbp immobilized on oxirane-polyacrylamide beads (Sigma Chemical Co.) as described previously (Example VIII). Was. After 6 cycles of binding, a reasonable and clear consensus emerged (Table XI). Interestingly, all positions tended to contain polar residues, especially Ser, Thr and Asn (Table XII).

 hGH突然変異体の検定
 hGHbpに対するこれらhGH突然変異体の一部の結合定数を、非サプレッサー大腸菌株16C9中で遊離のホルモン変異体を発現させ、このタンパク質を精製し、そしてhGHbpからの標識化wt-hGHの競合置換により検定することによって測定した(実施例VIIIを参照)。示したように、いくつかのヘリックス4b突然変異体のhGHbpに対する結合親和性はwt-hGHのものよりも強固であった(表XIII)。
Assay of hGH mutants The binding constants of some of these hGH mutants to hGHbp were determined by expressing the free hormone mutant in non-suppressor E. coli strain 16C9, purifying the protein, and labeling the labeled wt from hGHbp. Determined by assaying by competitive displacement of -hGH (see Example VIII). As shown, the binding affinities of some helix 4b mutants for hGHbp were stronger than those of wt-hGH (Table XIII).

 hGH変異体の受容体選択性
 最後に、我々は、hPRLbpに結合する能力について、いくつかの一層強固なhGHbp結合突然変異体の結合親和性の分析を始めた。E174S/F176Y突然変異体は、hGHに比べてhPRLbpに200倍弱く結合する。E174T/F176Y/R178KおよびR167N/D171S/E174S/F176Y/I179T突然変異体のそれぞれは、hGHに比べhPRLbpに>500倍弱く結合する。即ち、ファージ表示法によってhGHの新規な受容体選択性突然変異体を得ることができる。
hGH Variant Receptor Selectivity Finally, we began the analysis of the binding affinities of some more robust hGHbp binding mutants for their ability to bind to hPRLbp. The E174S / F176Y mutant binds 200 times weaker to hPRLbp than hGH. Each of the E174T / F176Y / R178K and R167N / D171S / E174S / F176Y / I179T mutants binds> 500-fold weaker to hPRLbp than hGH. That is, a novel receptor-selective mutant of hGH can be obtained by the phage display method.

 ホルモン−ファージミド選択によって同定される特定残基の情報内容
 3種のhGH−ファージミドライブラリー(実施例VIII、IX、X)において突然変異させた12残基のうち、4種が野生型残基の強い(他を排除するものではない)保存を示した(K172、T175、F176およびR178)。驚くべきことではないが、Alaに変換したときにhGHbpに対する結合親和性に最大の破壊(4〜60倍)を引き起こす残基が存在した。Ala置換が結合に対してより弱い作用(2〜7倍)を引き起こす一群の4個の他の残基(F10、M14、D171およびI179)が存在し、これらの位置はわずかの野生型コンセンサスしか示さなかった。最後に、hPRLbpへの結合を促進したがhGHbpへの結合は促進しなかった別の4残基(H18、H21、R167およびE174)は、hGHbp-ビーズによる選択によって野生型hGH配列に対してどのようなコンセンサスも示さなかった。事実、2つの残基(E174およびH21)は、Ala置換したときにhGHbpに対する結合親和性を2〜4倍に高める〔B.C.Cunningham, P.Jhurani, P.Ng, J.A.Wells, Science 243: 1330 (1989);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Science 244: 1081 (1989);B.C.Cunningham, D.J.Henner, J.A.Wells, Science 247: 1461 (1990);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88: 3407 (1991)〕。即ち、アラニン-スキャニング突然変異誘発データは、それぞれの位置を置換する可変性と十分合理的に関係している。事実、アラニン置換によって引き起こされる結合親和性の減少〔B.C.Cunningham, P.Jhurani, P.Ng, J.A.Wells, Science 243: 1330 (1989);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Science 244: 1081 (1989);B.C.Cunningham, D.J.Henner, J.A.Wells, Science 247: 1461 (1990);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88: 3407 (1991)〕は、3〜6ラウンドの選択後にファージミドプール中に野生型残基が見い出される割合を合理的に予言するものとなる。アラニン-スキャニングの情報は結合を変調させる側鎖を標的化するのに有用であり、ファージ選択は側鎖の最適化に、および置換のための各部位(および/または部位の組合せ)の可変性を定義するのに適している。スキャニング突然変異法〔B.C.Cunningham, P.Jhurani, P.Ng, J.A.Wells, Science 243: 1330 (1989);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Science 244: 1081 (1989)〕とファージ表示の組合せは、受容体−リガンドの界面の設計およびインビトロでの分子進化の研究に対する強力な手段である。
Information content of specific residues identified by hormone-phagemid selection Of the 12 residues mutated in the three hGH-phagemid libraries (Examples VIII, IX, X), four were wild-type residues It exhibited strong (but not exclusive) conservation (K172, T175, F176 and R178). Not surprisingly, there were residues that when converted to Ala caused the greatest disruption (4-60 fold) in binding affinity for hGHbp. There is a group of four other residues (F10, M14, D171 and I179) where the Ala substitution causes a weaker effect on binding (2-7 fold) and these positions have only a small wild type consensus. Not shown. Finally, another four residues (H18, H21, R167 and E174) that promoted binding to hPRLbp but not hGHbp were identified by the selection with hGHbp-beads against the wild-type hGH sequence. No such consensus was shown. In fact, two residues (E174 and H21) increase binding affinity for hGHbp by a factor of 2 to 4 when substituted for Ala [BCCunningham, P. Jhurani, P. Ng, JA Wells, Science 243: 1330 (1989). BCCunningham and JAWells, Science 244: 1081 (1989); BCCunningham, DJ Henner, JAWells, Science 247: 1461 (1990); BCCunningham and JAWells, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 3407 (1991)]. That is, the alanine-scanning mutagenesis data is reasonably related to the variability of replacing each position. In fact, the reduced binding affinity caused by alanine substitution [BCCunningham, P. Jhurani, P. Ng, JA Wells, Science 243: 1330 (1989); BCCunningham and JA Wells, Science 244: 1081 (1989); BCCunningham, DJ Henner, JA Wells. USA 1988, Science 247: 1461 (1990); BCCunningham and JA Wells, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 3407] show the percentage of wild-type residues found in the phagemid pool after 3-6 rounds of selection. Is reasonably predicted. Alanine-scanning information is useful for targeting side chains that modulate binding, and phage selection can be used to optimize side chains and the variability of each site (and / or combination of sites) for substitution. Suitable for defining The combination of scanning mutagenesis (BCCunningham, P. Jhurani, P. Ng, JA Wells, Science 243: 1330 (1989); BCCunningham and JA Wells, Science 244: 1081 (1989)) and phage display provides And a powerful tool for studying molecular evolution in vitro.

 ホルモン−ファージミドライブラリーの反復豊富化の変異
 hGH中の組合せ突然変異が受容体に対する結合親和性に加成効果を有している場合には、結合を改良するためのホルモン−ファージミド豊富化により既知となった突然変異を、単に制限フラグメントの切断と連結または突然変異誘発によって組合わせてhGHの累積して最適化された突然変異体を得ることができる。
Mutations in the Repeated Enrichment of the Hormone-Phagemid Library Known from hormone-phagemid enrichment to improve binding if the combination mutation in hGH has an additive effect on binding affinity for the receptor The resulting mutations can be combined simply by cleavage and ligation or mutagenesis of restriction fragments to yield cumulatively optimized mutants of hGH.

 一方、受容体結合を最適化するhGHの1つの領域における突然変異が、分子の重なり合うかまたは別の領域における突然変異と構造的または機能的に適合しないこともある。このような場合には、以下に挙げる反復豊富化法のいくつかの変法のいずれかによってホルモン−ファージミド豊富化を行なうことができる:
(1)カセットまたは他の突然変異誘発法によって分子の2つ(または、恐らくはそれ以上)の領域のそれぞれにおいてランダムDNAライブラリーを創製することができる:次いで、これら2つのDNAライブラリーからの制限フラグメントの連結によって混合ライブラリーを創製することができる;(2)分子の1つの領域における突然変異により結合を最適化されたhGH変異体を、ヘリックス4bライブラリーの例のように分子の第2の領域においてランダムに突然変異させることができる;(3)2またはそれ以上のランダムライブラリーを、ホルモン−ファージミド豊富化により、改善された結合について部分的に選択することができる:この最適化結合部位の「粗選択」の後、なお部分的な別のライブラリーを制限フラグメントの連結によって再混合して、分子の2またはそれ以上の領域において部分的に異なっている単一のライブラリーを得ることができ、次いでこのライブラリーをホルモン−ファージミド豊富化を用いて最適化結合についてさらに選択することができる。
On the other hand, mutations in one region of hGH that optimize receptor binding may be structurally or functionally incompatible with mutations in overlapping or different regions of the molecule. In such cases, hormone-phagemid enrichment can be achieved by any of several variations of the iterative enrichment methods listed below:
(1) Random DNA libraries can be created in each of two (or possibly more) regions of the molecule by cassettes or other mutagenesis methods: then the restriction from these two DNA libraries Mixed libraries can be created by ligation of fragments; (2) hGH variants that have been optimized for binding by mutations in one region of the molecule can be linked to the second of the molecule, as in the example of the helix 4b library. (3) Two or more random libraries can be partially selected for improved binding by hormone-phagemid enrichment: this optimized binding After "coarse selection" of the sites, still another partial library was Remixing can result in a single library that is partially different in two or more regions of the molecule, which is then further selected for optimized binding using hormone-phagemid enrichment can do.

 表XI.4および6サイクルの豊富化の後にヘリックス4bライブラリーから選択したhGHの突然変異ファージミド
 それぞれがE174S/F176Y二重突然変異を含むhGHヘリックス4b突然変異体(残基167、171、175、179においてランダム突然変異)を、hGHbp-ビーズへの結合、およびhGH(0.4mM)緩衝液と次いでグリシン(0.2M、pH2)緩衝液による溶離によって選択した。1つの突然変異体(+)が疑突然変異R178Hを含んでいた。
Table XI . Mutated phagemids of hGH selected from helix 4b library after 4 and 6 cycles of enrichment hGH helix 4b mutants each containing the E174S / F176Y double mutation (random at residues 167,171,175,179) Mutations) were selected by binding to hGHbp-beads and elution with hGH (0.4 mM) buffer followed by glycine (0.2 M, pH2) buffer. One mutant (+) contained the pseudomutation R178H.

                              
   R167   D171   T175   I179 
4サイクル
N   S     T  T
K   S     T  T
S   N     T  T
D   S     T  T
D   S     T  T+
D   S     A  T
D   S     A  N
T   D     T  T
N   D     T  N
A   N     T  N
A   S     T  T
6サイクル
N   S     T  T(2)
N   N     T  T
N   S     T  Q
D   S     S  T
E   S     T  I
K   S     T  L
コンセンサス
N   S     T  T
                   D      N  
                           
R167 D171 T175 I179
4 cycles
N STT
KSTT
S N T T
DSTT
DSTT +
DS AT
DSAN
TDTT
NDTN
A NTN
A STT
6 cycles
NSTT (2)
N NTT
NSTQ
D S ST
ESTI
K STL
consensus
N STT
DN

     表XII.選択したライブラリーからのコンセンサス配列
 観察された頻度は、表示したアミノ酸を有する配列決定した全クローンの分数である。名目頻度はNNSの32コドン縮重に基づいて計算した。最大豊富化因子は、ある残基に対する名目頻度値に依存して11〜16〜32に変化する。単一のアラニン突然変異に対する〔Kd(Ala突然変異体)/Kd(wt-hGH)〕の値は、以下の文献から採用した;175位に対してはT175S突然変異体の値のみ〔B.C.Cunningham, P.Jhurani, P.Ng, J.A.Wells, Science 243: 1330 (1989);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Science 244: 1081 (1989);B.C.Cunningham, D.J.Henner, J.A.Wells, Science 247: 1461 (1990);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells, Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88: 3407 (1991)〕。
Table XII . Consensus sequences from selected libraries The observed frequency is the fraction of all sequenced clones with the indicated amino acids. Nominal frequencies were calculated based on the 32 codon degeneracy of the NNS. The maximum enrichment factor varies from 11 to 16 to 32 depending on the nominal frequency value for a residue. The value of [Kd (Ala mutant) / Kd (wt-hGH)] for a single alanine mutation was taken from the following literature; for position 175 only the value of the T175S mutant [BCCunningham, P. Jhurani, P. Ng, JAWells, Science 243: 1330 (1989); BCCunningham and JAWells, Science 244: 1081 (1989); BCCunningham, DJ Henner, JAWells, Science 247: 1461 (1990); BCCunningham and JAWells, Proc. Natl . Acad . Sci . USA 88: 3407 (1991)].

                                   
野生型  Kd(Ala突然変異体) 選択した      頻度    
残基   /Kd(wt-hGH)   残基     観察    名目   豊富化
R167   0.75      N    0.35  0.031  11
 D  0.24  0.031   8
 K  0.12  0.031   4
 A  0.12  0.062   2
D171   7.1  S  0.76  0.093   8
 N  0.18  0.031   6
 D  0.12  0.031   4
T175   3.5  T  0.88  0.062  14
 A  0.12  0.031   4
I179   2.7  T  0.71  0.062  11
                N    0.18  0.031   6
                                   
Wild-type Kd (Ala mutant) Selected frequency
Residue / Kd (wt-hGH) residue observation nominal enrichment R167 0.75 N 0.35 0.031 11
D 0.24 0.031 8
K 0.12 0.031 4
A 0.12 0.0622
D171 7.1 S 0.76 0.093 8
N 0.18 0.031 6
D 0.12 0.031 4
T175 3.5 T 0.88 0.062 14
A 0.12 0.031 4
I179 2.7 T 0.71 0.062 11
N 0.18 0.031 6

 表XIII.hGHbpに対する精製したhGH突然変異体の結合
 競合結合実験は、〔125I〕hGH(野生型)、hGHbp(細胞外受容体ドメイン、残基1〜238を含む)、およびMab263(11)を用いて行なった。数値Pは、1またはそれ以上の選択ラウンド後に配列決定した全クローン中の各突然変異体の発生率を分数で示すものである。ヘリックス4b突然変異(*)はhGH(E174S/F176Y)のバックグラウンドにあることに注意すべきである。このヘリックス4b突然変異のリストにおいて、167、171、175、179にwt残基を有するE174S/F176Y突然変異体(*)は下線で示す。
Table XIII . Binding of Purified hGH Mutants to hGHbp Competitive binding experiments were performed using [ 125 I] hGH (wild type), hGHbp (extracellular receptor domain, including residues 1-238), and Mab263 (11). Done. The numerical value P indicates, as a fraction, the incidence of each mutant in all clones sequenced after one or more selection rounds. Note that the helix 4b mutation (*) is in the background of hGH (E174S / F176Y). In this list of helix 4b mutations, the E174S / F176Y mutant (*) with wt residues at 167, 171, 175, 179 is underlined.

                                   
    配列の位置       P    Kd(nM) Kd(Ala突然変異体)
                          /Kd(wt-hGH)  
 *   * * *
167 171 175 179
 N   S   T   T  0.18 0.04±0.02 0.12
 E   S   T   I  0.06 0.04±0.02 0.12
 K   S   T   L  0.06 0.05±0.03 0.16
 N   N   T   T  0.06 0.06±0.03 0.17
                 0.06±0.01  (0.18)
 N   S   T   Q  0.06  0.26±0.11  0.77  
                                   
Sequence location P Kd (nM) Kd (Ala mutant)
/ Kd (wt-hGH)
* * * *
167 171 175 179
NSTTT 0.18 0.04 ± 0.02 0.12
ESTI 0.06 0.04 ± 0.02 0.12
KSTL 0.06 0.05 ± 0.03 0.16
N NTT T 0.06 0.06 ± 0.03 0.17
R D T I 0 0.06 ± 0.01 (0.18)
NSTQ 0.06 0.26 ± 0.11 0.77

 実施例XI ファージミド表面におけるFab分子の組立て
 プラスミドの構築
 プラスミドpDH188は、HER-2受容体を認識する4D5と呼ばれるヒト化IgG抗体のFab部分をコードしているDNAを含有する。このプラスミドは大腸菌株SR101中に含まれ、ATCC〔Rockville, MD〕に寄託されている。
Example XI Assembly of Fab Molecules on Phagemid Surface Plasmid Construction Plasmid pDH188 contains DNA encoding the Fab portion of a humanized IgG antibody called 4D5 that recognizes the HER-2 receptor. This plasmid is contained in E. coli strain SR101 and has been deposited with the ATCC [Rockville, MD].

 簡単に説明すると、このプラスミドは次のようにして調製された。出発プラスミドは、上記のアルカリホスファターゼプロモーターを含有するpS0132である。ヒト成長ホルモンをコードしているDNAを切り出し、プラスミドの末端を連結に適合するようにする一連の操作を行なった後、4D5をコードしているDNAを挿入した。この4D5 DNAは2つの遺伝子を含有している。第1の遺伝子は、軽鎖の可変および不変領域をコードしており、その5′末端にstIIシグナル配列をコードしているDNAを含有する。第2の遺伝子は4つの部分を含有し、その第1は5′末端のstIIシグナル配列をコードしているDNAである。これに重鎖の可変ドメインをコードしているDNAが続き、次いで重鎖不変領域の第1ドメインをコードしているDNAが続き、さらにM13遺伝子IIIをコードしているDNAが続く。この構築物の顕著な特徴が図10に示されている。4D5をコードしているDNAの配列を図11に示す。 Briefly, this plasmid was prepared as follows. The starting plasmid is pS0132, containing the alkaline phosphatase promoter described above. The DNA encoding human growth hormone was excised and a series of operations were performed to make the ends of the plasmid compatible for ligation, and then the DNA encoding 4D5 was inserted. This 4D5 DNA contains two genes. The first gene encodes the variable and constant regions of the light chain and contains DNA encoding the stII signal sequence at its 5 'end. The second gene contains four parts, the first of which is the DNA encoding the stII signal sequence at the 5 'end. This is followed by the DNA encoding the variable domain of the heavy chain, followed by the DNA encoding the first domain of the heavy chain constant region, followed by the DNA encoding the M13 gene III. The salient features of this construct are shown in FIG. The sequence of the DNA encoding 4D5 is shown in FIG.

 大腸菌の形質転換およびファージの生成
 ポリエチレングリコール(PEG)および電気穿孔の両方を用いて、SR101細胞にプラスミドを導入した。PEGコンピテントな細胞は、ChungおよびMiller〔Nucleic Acids Res. 16: 3580 (1988)〕の方法に従って調製し、形質転換した。電気穿孔にコンピテントな細胞は、ZabarovskyおよびWinberg〔Nucleic Acids Res. 18: 5912 (1990)〕の方法に従って調製し、次いで電気穿孔により形質転換した。SOC培地〔Sambrookら(上記)が記載〕(1ml)に細胞を蒔いた後、振盪しながら37℃で1時間増殖させた。この時点で、細胞濃度をOD600の光分散を用いて測定した。滴定したKO7ファージストックを加えて感染多重度(MOI)が100となるようにし、このファージを室温で20分間、細胞に付着させた。次いで、この混合物を2YTブロス〔Sambrookら(上記)が記載〕(25ml)中に希釈し、振盪しながら37℃で一晩インキュベートした。翌日、5000xgで10分間遠心することによって細胞をペレット化し、上清を集め、0.5M NaClおよび4%PEG(最終濃度)を用いて室温で10分間、ファージ粒子を沈澱させた。10,000xgで10分間遠心することによってファージ粒子をペレット化し、TEN〔10mMトリス(pH7.6)、1mM EDTA、および150mM NaCl〕(1ml)に再懸濁し、4℃で保存した。
Transformation of E. coli and generation of phage Plasmids were introduced into SR101 cells using both polyethylene glycol (PEG) and electroporation. PEG-competent cells were prepared and transformed according to the method of Chung and Miller [ Nucleic Acids Res. 16: 3580 (1988)]. Cells competent for electroporation were prepared according to the method of Zabarovsky and Winberg [ Nucleic Acids Res. 18: 5912 (1990)] and then transformed by electroporation. After inoculating the cells in an SOC medium [described by Sambrook et al. (Supra)] (1 ml), the cells were grown at 37 ° C. for 1 hour with shaking. At this point, cell concentration was measured using OD 600 light dispersion. The titrated KO7 phage stock was added to give a multiplicity of infection (MOI) of 100, and the phage was allowed to attach to the cells for 20 minutes at room temperature. This mixture was then diluted in 25 ml of 2YT broth (described by Sambrook et al., Supra) and incubated overnight at 37 ° C. with shaking. The next day, cells were pelleted by centrifugation at 5000 xg for 10 minutes, the supernatant was collected, and phage particles were precipitated with 0.5M NaCl and 4% PEG (final concentration) for 10 minutes at room temperature. The phage particles were pelleted by centrifugation at 10,000 × g for 10 minutes, resuspended in TEN [1 mM Tris (pH 7.6), 1 mM EDTA, and 150 mM NaCl] (1 ml) and stored at 4 ° C.

 抗原被覆したプレートの調製
 0.1M炭酸水素ナトリウム(pH8.5)中のBSA(対照抗原)の0.5mg/ml溶液またはHER−2抗原の細胞外ドメイン(EDC)の0.1mg/ml溶液からの0.5mlづつを用いて、Falcon12ウエル組織培養プレートのウエルを被覆した。溶液をウエルに適用した後、このプレートを揺れ台の上にて4℃で一晩インキュベートした。次いで、最初の溶液を除去し、ブロック緩衝液〔0.1M炭酸水素ナトリウム中に30mg/ml BSA〕(0.5ml)を適用し、そして室温で1時間インキュベートすることによって、プレートをブロックした。最後に、このブロック緩衝液を除去し、緩衝液A〔PBS、0.5%BSA、および0.05%ツイーン20〕(1ml)を加え、そしてこのプレートをファージ選択に使用するまで4℃で10日間まで保存した。
Preparation of antigen-coated plates 0.5 mg / ml solution of BSA (control antigen) or 0.1 mg / ml solution of extracellular domain (EDC) of HER-2 antigen in 0.1 M sodium bicarbonate (pH 8.5) The wells of a Falcon 12 well tissue culture plate were coated with 0.5 ml aliquots from After applying the solution to the wells, the plate was incubated overnight at 4 ° C. on a rocking platform. The plate was then blocked by removing the first solution, applying blocking buffer [30 mg / ml BSA in 0.1 M sodium bicarbonate] (0.5 ml) and incubating at room temperature for 1 hour. Finally, the blocking buffer was removed, buffer A [PBS, 0.5% BSA, and 0.05% Tween 20] (1 ml) was added, and the plates were incubated at 4 ° C. until used for phage selection. Stored for up to 10 days.

 ファージの選択法
 約109のファージ粒子を100倍過剰のKO7ヘルパーファージおよび緩衝液A(1ml)と混合した。この混合物を0.5mlづつ2つに分け、その1つをECD被覆ウエルに適用し、他方をBSA被覆ウエルに適用した。これらのプレートを振盪させながら室温で1〜3時間インキュベートし、次いで緩衝液A(1mlづつ)を用いて30分間、3回洗浄した。プレートからのファージの溶離は次の2つの方法のいずれかにより室温で行なった:(1)0.025mg/mlの精製Mu4D5抗体(ネズミ)の最初の一晩インキュベートとそれに続いて酸溶離緩衝液〔0.2Mグリシン(pH2.1)、0.5%BSA、および0.05%ツイーン20〕(0.4ml)による30分間インキュベート、または(2)酸溶離緩衝液単独によるインキュベート。次いで、溶出液を1Mトリス塩基で中和し、TEN(0.5mlづつ)を加えた。次に、これら試料を増殖させ、滴定し、4℃で保存した。
Phage Selection Approximately 10 9 phage particles were mixed with a 100-fold excess of KO7 helper phage and buffer A (1 ml). The mixture was divided into two 0.5 ml portions, one of which was applied to ECD coated wells and the other to BSA coated wells. The plates were incubated for 1-3 hours at room temperature with shaking, then washed three times for 30 minutes each with buffer A (1 ml each). Elution of the phage from the plate was performed at room temperature in one of two ways: (1) a first overnight incubation of 0.025 mg / ml purified Mu4D5 antibody (murine) followed by acid elution buffer. Incubation for 30 minutes with [0.2 M glycine (pH 2.1), 0.5% BSA, and 0.05% Tween 20] (0.4 ml), or (2) incubation with acid elution buffer alone. The eluate was then neutralized with 1 M Tris base and TEN (0.5 ml each) was added. These samples were then grown, titrated and stored at 4 ° C.

 ファージの増殖
 溶出したファージの一部を2YTブロス(0.4ml)に加え、約108の中間対数期雄性大腸菌株SR101と混合した。ファージを室温で20分間、細胞に付着させ、次いで50μg/mlカルベニシリンおよび5μg/mlテトラサイクリンを含有する2YTブロス(5ml)に加えた。これら細胞を、中間対数相に到達するまで37℃で4〜8時間増殖させた。OD600を測定し、細胞をファージ生成用のKO7ヘルパーファージに重感染させた。ファージ粒子を得た後、これらを滴定してコロニー形成単位(cfu)数を測定した。これは、あるファージストックの連続希釈液の一部を取り、中間対数期のSR101に感染させ、50νg/mlカルベニシリン含有のLBプレートにプレーティングすることにより行なった。
Proliferation of phage A portion of the eluted phage was added to 2YT broth (0.4 ml) and mixed with about 10 8 mid-log phase male E. coli strain SR101. Phage were allowed to attach to cells for 20 minutes at room temperature and then added to 5 ml of 2YT broth containing 50 μg / ml carbenicillin and 5 μg / ml tetracycline. The cells were grown for 4-8 hours at 37 ° C. until they reached mid-log phase. The OD 600 was measured and the cells were superinfected with KO7 helper phage for phage production. After obtaining the phage particles, they were titrated to determine the number of colony forming units (cfu). This was accomplished by taking a portion of a serial dilution of a phage stock, infecting mid-log phase SR101, and plating on LB plates containing 50 vg / ml carbenicillin.

 RIA親和性の測定
 ECD抗原に対するFabファージおよびh4D5 Fabフラグメントの親和性を、競合受容体結合RIA〔Burt,D.R., Receptor Binding in Drug Research, O'Brien,R.A.(編), pp.3-29, Dekker, New York (1986)〕を用いて測定した。このECD抗原は連続クロラミン-T法〔De Larco,J.E.ら, J.Cell.Physiol. 109: 143-152 (1981)〕を用いて125Iで標識した。これにより、受容体1モルあたり0.47モルのヨウ素が導入された14μCi/μgの比活性を有する放射活性トレーサーが得られた。0.5ng(ELISAによる)のFabまたはFabファージ、50nCiの125I-ECDトレーサー、およびある範囲量の未標識ECD(6.4ng〜3277ng)を含有する一連の0.2ml溶液を調製し、室温で一晩インキュベートした。標識化ECD-FabまたはECD-Fabファージ コンプレックスを、抗ヒトIgG(Fitzgerald 40-GH23)と6%PEG8000の添加により誘導される集合コンプレックスを形成させることによって、未結合の標識化抗原から分離した。このコンプレックスを遠心(15,000xgで20分間)によってペレット化し、標識化ECDの量(cpm)をガンマカウンターで測定した。解離定数(Kd)は、スカッチャード分析〔Scatchard,G., Ann.N.Y.Acad.Sci. 51: 660-672 (1949)〕を用いるプログラムLIGANDの改良バージョン〔Munson,P.およびRothbard,D., Anal.Biochem. 107: 220-239 (1980)〕を用いて計算した。このKd値を図13に示す。
Measurement of RIA Affinity The affinities of the Fab phage and the h4D5 Fab fragment for the ECD antigen were measured using a competitive receptor-binding RIA [Burt, DR, Receptor Binding in Drug Research , O'Brien, RA (eds.), Pp. 3-29, Dekker, New York (1986)]. This ECD antigen was labeled with 125 I using the continuous chloramine-T method [De Larco, JE et al . , J. Cell. Physiol. 109: 143-152 (1981)]. This resulted in a radioactive tracer having a specific activity of 14 μCi / μg into which 0.47 mol of iodine was introduced per mol of receptor. A series of 0.2 ml solutions containing 0.5 ng (by ELISA) of Fab or Fab phage, 50 nCi of 125 I-ECD tracer, and a range of unlabeled ECD (6.4 ng-3277 ng) were prepared. For overnight. Labeled ECD-Fab or ECD-Fab phage complexes were separated from unbound labeled antigen by forming an assembly complex induced by the addition of anti-human IgG (Fitzgerald 40-GH23) and 6% PEG8000. The complex was pelleted by centrifugation (15,000 × g for 20 minutes), and the amount of labeled ECD (cpm) was measured with a gamma counter. The dissociation constant (Kd) is determined by an improved version of the program LIgAND using Scatchard analysis [Scatchard, G., Ann. NY Acad. Sci. 51: 660-672 (1949)] [Munson, P. and Rothbard, D., Anal .Biochem. 107: 220-239 (1980)]. This Kd value is shown in FIG.

 競合細胞結合の検定
 ロドゲン法を用い、125Iによりネズミ4D5抗体を40〜50μCi/μgの比活性に標識した。一定量の標識化抗体と増加量の未標識変異Fabを含有する溶液を調製し、96ウエル微量滴定皿中のほぼ全面のSK-BR-3細胞培養物に加えた(標識化抗体の最終濃度は0.1nMであった)。4℃で一晩インキュベートした後、上清を除去し、細胞を洗浄し、細胞に結合した放射活性をガンマカウンターで測定した。プログラムLIGANDの改良バージョン〔Munson,P.およびRothbard,D.(上記)〕を用いてデータを分析することによってKd値を決定した。
Competitive Cell Binding Assay The murine 4D5 antibody was labeled with 125 I to a specific activity of 40-50 μCi / μg using the rhodogen method. A solution containing a fixed amount of labeled antibody and increasing amounts of unlabeled mutant Fab was prepared and added to almost the entire SK-BR-3 cell culture in a 96-well microtiter dish (final concentration of labeled antibody). Was 0.1 nM). After overnight incubation at 4 ° C., the supernatant was removed, the cells were washed, and the radioactivity bound to the cells was measured with a gamma counter. Kd values were determined by analyzing the data using a modified version of the program LIGAND [Munson, P. and Rothbard, D., supra].

 プラスミドpDH188(ATCC No.68663)の寄託は、特許手続上の微生物寄託の国際的承認に関するブダペスト条約の規定およびその規則(ブダペスト条約)のもとに為されている。これにより、寄託日から30年間の生存微生物の維持が確保されている。この微生物は、ブダペスト条約の条項のもとで、およびジェネンテク,インコーポレイテッドとATCCの間の同意のもとでATCCから入手可能となるものであり、関連米国特許の発行またはいずれかの米国もしくは外国特許出願の公開のいずれか早い方により、だれでもこの培養物の子孫を永続的かつ制限されずに入手可能になることが保証されており、また、35 USC §122に従って権利を付与された米国特許商標庁長官およびそれに従う規則(886 OG 638に具体的に言及している37 CFR §1.14を含む)によって決定された者に該子孫が入手可能になることが保証されている。 Deposit of plasmid pDH188 (ATCC No. 68663) has been made under the provisions and regulations of the Budapest Treaty on the International Recognition of Microbial Deposits in Patent Procedures (Budapest Treaty). This ensures the maintenance of viable microorganisms for 30 years from the date of deposit. This microorganism is available from the ATCC under the terms of the Budapest Treaty and with the consent of Genentech, Inc. and the ATCC, and has issued the relevant US patents or any US or foreign The earlier of the publication of the patent application, it is guaranteed that the progeny of this culture will be made available permanently and unrestrictedly available to anyone, and that US patents granted under 35 USC §122 It is assured that the descendants will be available to those determined by the Commissioner of Patents and Trademarks and the regulations pursuant thereto (including 37 CFR §1.14 which specifically refers to 886 OG 638).

 本出願の譲受人は、寄託微生物が適切な条件下で培養されたときに死滅しているか、失われているか、または破壊されているときには、通知により該培養物の生存試料と速やかに交換することに同意している。寄託培養物の入手可能性は、各国特許法に従っていずれかの政府の権限のもとに認可された権利に違反して本発明を実施するライセンスと解釈すべきではない。 The assignee of the present application will, upon notification, promptly replace a live sample of the culture when the deposited microorganism is dead, lost, or destroyed when cultured under appropriate conditions. I agree. The availability of a deposited culture should not be construed as a license to practice the invention in contravention of the rights granted under the authority of any government in accordance with national patent laws.

 以上に既述した明細書は、当業者に本発明の実施を可能ならしめるに十分であると考えられる。寄託が為された態様は本発明の特定態様の独立した例示として意図されており、機能的に等価なあらゆる培養物が本発明の範囲内にあるので、本発明は寄託された微生物によってその範囲を限定されるものではない。本明細書中の物質の寄託は、本明細書中に含まれる既述が本発明のいずれかの態様(最良の態様を含む)の実施を可能にするに不適切であるということを認めたものではなく、また、特許請求の範囲をその特定の例示に限定することを意図するものでもない。実際には、本明細書中で説明および示したものに加えて本発明の種々の修飾が上記既述から当業者には明白になるものであり、これらは添付した請求の範囲内に入るものである。 It is believed that the above specification is sufficient to enable one skilled in the art to practice the invention. The deposited embodiment is intended as an independent illustration of a particular embodiment of the invention, and the present invention is not limited by the deposited microorganisms, as any functionally equivalent culture is within the scope of the invention. Is not limited. The deposit of materials herein has acknowledged that the statements contained herein are inappropriate to enable the practice of any aspect of the present invention, including the best mode. It is not intended to limit the scope of the claims to that particular example. Indeed, various modifications of the invention in addition to those described and shown herein will become apparent to those skilled in the art from the foregoing description and fall within the scope of the appended claims. It is.

 必然的に本発明を好ましい態様との関係で説明したが、上記明細書を読んだ後に当業者なら、本発明の思想および範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載した対象に種々の変化、等価置換、変異を加えることができるであろう。即ち、本発明は本明細書に具体的に記載した方法以外の方法で実施することができる。従って、本願の特許証により認められる保護は添付した請求の範囲およびその等価物によってのみ限定されるものである。 Although the invention has necessarily been described in connection with a preferred embodiment, those skilled in the art after reading the above description will appreciate that various modifications may be made to the subject matter described herein without departing from the spirit and scope of the invention. Changes, equivalent substitutions, and mutations could be made. That is, the present invention can be implemented by methods other than those specifically described in the present specification. Accordingly, the protection afforded by this patent is limited only by the appended claims and equivalents thereof.

 実施例XII ヘリックス1およびヘリックス4 ホルモン−ファージ変異体の組合せ体からのhGH変異体の選択
hGHの加成変異体の作成
 加成性の原理〔J.A.Wells, Biochemistry 29: 8509 (1990)〕によると、タンパク質の異なる部分の突然変異が相互に作用を及ぼしていないときであっても、それらを組合せることによって、別の分子に対する結合の遊離エネルギーにおいて加成的な変化が得られることが予想される(変化はΔΔGbindingの点で加法的であるか、またはKd=exp〔−ΔG/RT〕の点で乗法的である)。即ち、結合親和性において2倍の増加を与える突然変異は、3倍の増加を引き起こす第2の突然変異と組合せたときに、出発変異体の6倍増加した親和性を有する二重突然変異を与えることが予想される。
Example XII Selection of hGH Mutants from Helix 1 and Helix 4 Hormone-Phage Mutant Combinations
Generation of Additive Mutants of hGH According to the principle of additivity [JA Wells, Biochemistry 29: 8509 (1990)], even when mutations in different parts of the protein do not interact, It is expected that the combination will result in an additive change in the free energy of binding to another molecule (the change is additive in terms of ΔΔG binding or K d = exp [−ΔG / RT ] Is multiplicative). That is, a mutation that gives a two-fold increase in binding affinity, when combined with a second mutation that causes a three-fold increase, creates a double mutation with a six-fold increased affinity of the starting mutant. It is expected to give.

 hGH-ファージ選択によって得た複数の突然変異がhGHbp(hGH−結合タンパク質;hGH受容体の細胞外ドメイン)結合において累積的に良好な効果を与えるか否かを試験するため、ヘリックス1ライブラリーに由来するhGHの最も強固に結合する3種の変異体(実施例IX:F10A/M14W/H18D/H21N、F10H/M14G/H18N/H21N、およびF10F/M14S/H18F/H21L)に見い出される突然変異を、ヘリックス4bライブラリーにおいて見い出される最も強固に結合する3種の変異体(実施例X:R167N/D171S/T175/I179T、R167E/D171S/T175/I179、およびR167N/D171N/T175/I179T)に見い出される突然変異と組合せた。 To test whether the multiple mutations obtained by hGH-phage selection have a cumulatively good effect on hGHbp (hGH-binding protein; extracellular domain of hGH receptor) binding, the helix 1 library was tested. Mutations found in the three most strongly binding mutants of hGH derived (Example IX: F10A / M14W / H18D / H21N, F10H / M14G / H18N / H21N, and F10F / M14S / H18F / H21L) , The three most tightly binding variants found in the helix 4b library (Example X: R167N / D171S / T175 / I179T, R167E / D171S / T175 / I179, and R167N / D171N / T175 / I179T). Combined with mutations.

 1ヘリックス変異体のそれぞれからhGH−ファージミド2本鎖DNA(dsDNA)を単離し、制限酵素EcoRIおよびBstXIで消化した。次いで、それぞれのヘリックス4b変異体から大きいフラグメントを単離し、それぞれのヘリックス1変異体からの小さいフラグメントと連結して表XIIIに示す新規な2ヘリックス変異体を得た。さらに、これら変異体のすべては先のhGH-ファージ結合選択において得られたE174S/F176Yの突然変異を含有していた(詳細には実施例Xを参照)。 HGH-phagemid double-stranded DNA (dsDNA) was isolated from each of the 1 helix variants and digested with restriction enzymes EcoRI and BstXI. The larger fragment was then isolated from each helix 4b variant and ligated with the smaller fragment from each helix 1 mutant to yield the novel two-helix variants shown in Table XIII. In addition, all of these mutants contained the E174S / F176Y mutation obtained in the previous hGH-phage binding selection (see Example X for details).

 hGHの選択組合せライブラリーの作成
 加成性の原理は多数の突然変異の組合せに当てはまるようであるが、一部の組合せ(例えば、F176Yを伴うE174S)は明らかに非加成性である(実施例VIIIおよびXを参照)。例えば、ヘリックス1中に4つの突然変異とヘリックス4中に4つの突然変異を有する最も強固に結合する変異体を確実性をもって同定するためには、理想的には8残基全部を一度に突然変異させ、次いで全体的に最も強固に結合する変異体のプールを選別することになるであろう。しかし、このようなプールは、2.6x1010の異なるポリペプチドをコードしている1.1x1012のDNA配列(NNSコドンの縮重を用いて)からなる。全変異体(恐らく、1013の形質転換体)の表示を確実にするに十分大きなランダムファージミドライブラリーを得ることは、現在の形質転換法によっては実際的ではない。
Construction of a Selective Combination Library of hGH The additive principle seems to apply to a large number of mutation combinations, but some combinations (eg, E174S with F176Y) are clearly non-additive ( See Examples VIII and X). For example, to reliably identify the most tightly binding variant with four mutations in helix 1 and four mutations in helix 4, ideally all eight residues should be abruptly changed at once. Mutations would then select the pool of mutants that bind most tightly overall. However, such a pool consists of 1.1 × 10 12 DNA sequences (using NNS codon degeneracy) encoding 2.6 × 10 10 different polypeptides. Obtaining a random phagemid library large enough to ensure the display of all mutants (probably 10 13 transformants) is not practical with current transformation methods.

 我々は、第1に、連続ラウンドの突然変異誘発を用い、1つのライブラリーから最も強固に結合する変異を取り、次いで他の残基を突然変異させてさらに結合を改善することによってこの難題に取り組んだ(実施例X)。第2の方法において、我々は、加成性の原理を用いて2つの独立して選別したライブラリーからの最良の突然変異を組合わせて、改善された結合を有する複数の突然変異体を創製した(上記)。ここで我々は、ランダムまたは部分的ランダム突然変異体の組合せライブラリーを創製することによって、hGH中の10、14、18、21、167、171、175、および179位における可能な突然変異の組合せをさらに探索した。ヘリックス1ライブラリーからのプールしたファージミド(独立して0、2または4サイクル選別;実施例IX)およびヘリックス4bライブラリーからのプール(独立して0、2または4サイクル選別;実施例X)を用いてhGH−ファージミドの3つの異なる組合せライブラリーを作成し、この組合せ変異体プールをhGHbp結合について選別した。ある量の配列多様性がこれらプールのそれぞれに存在するので、得られる組合せライブラリーは手で作成しうる配列の組合せよりも多くの配列組合せを調べることができる(例えば、表XIII)。 We first address this challenge by using sequential rounds of mutagenesis to take the most tightly binding mutations from one library and then mutate the other residues to further improve binding. Worked (Example X). In a second method, we combine the best mutations from two independently selected libraries using the principle of additivity to create multiple mutants with improved binding (Above). Here, we create a combinatorial library of random or partially random mutants, thereby combining possible mutations at positions 10, 14, 18, 21, 167, 171, 175, and 179 in hGH. Was further explored. Pooled phagemids from the helix 1 library (independently 0, 2 or 4 cycle selection; Example IX) and pools from the helix 4b library (independently 0, 2 or 4 cycle selection; Example X) Were used to generate three different combinatorial libraries of hGH-phagemid, and this combinatorial mutant pool was screened for hGHbp binding. Since a certain amount of sequence diversity is present in each of these pools, the resulting combinatorial library can examine more sequence combinations than can be made by hand (eg, Table XIII).

 1ヘリックスライブラリーのプール(0、2または4ラウンド選択)のそれぞれからhGH−ファージミドの2本鎖DNA(dsDNA)を単離し、制限酵素AccIおよびBstXIで消化した。次いで、それぞれのヘリックス1変異体プールから大きいフラグメントを単離し、それぞれのヘリックス4b変異体プールからの小さいフラグメントと連結して、3つの組合せライブラリーpH0707A(実施例IXおよびXに記載の未選択のヘリックス1およびヘリックス4bプール)、pH0707B(2回選択したヘリックス1プールと2回選択したヘリックス4bプール)、およびpH0707C(4回選択したヘリックス1プールと4回選択したヘリックス4bプール)を得た。さらに、より少ないDNAを用いて同じ連結を行ない、pH0707D、pH0707EおよびpH0707F(それぞれ、0、2および4ラウンドの出発ライブラリーに対応する)と命名した。また、これら変異体プールのすべては、先のhGH-ファージ結合選択で得られた突然変異E174S/F176Yを含有していた(詳細については実施例Xを参照)。 The hGH-phagemid double-stranded DNA (dsDNA) was isolated from each of the 1 helix library pools (0, 2 or 4 round selection) and digested with the restriction enzymes AccI and BstXI. The large fragment from each helix 1 mutant pool was then isolated and ligated with the small fragment from each helix 4b mutant pool, and the three combinatorial libraries pH0707A (unselected unselected as described in Examples IX and X). Helix 1 and helix 4b pool), pH0707B (twice selected helix 1 pool and twice selected helix 4b pool), and pH0707C (four selected helix 1 pool and four selected helix 4b pool) were obtained. In addition, the same ligation was performed with less DNA and was named pH0707D, pH0707E and pH0707F (corresponding to 0, 2 and 4 rounds of starting library, respectively). Also, all of these mutant pools contained the mutation E174S / F176Y obtained from the previous hGH-phage binding selection (see Example X for details).

 hGH-ファージ変異体の組合せライブラリーの選別
 連結生成物pH0707A〜Fを加工処理し、記載(実施例VIII)のようにXL1-Blue細胞に電気導入した。コロニー形成単位(CFU)に基づいて、それぞれのプールから得られた形質転換体の数は次のようであった:pH0707Aから2.4x106、pH0707Bから1.8x106、pH0707Cから1.6x106、pH0707Dから8x105、pH0707Eから3x105、およびpH0707Fから4x105。hGH−ファージミド粒子を調製し、実施例VIIIの記載のように2〜7サイクルにわたってhGHbp-結合について選択した。
The selection ligation products pH0707A-F of the combinatorial library of hGH-phage variants were processed and electrotransformed into XL1-Blue cells as described (Example VIII). Based on colony forming units (CFU), the number of transformants obtained from each pool was as follows: pH0707A to 2.4 × 10 6 , pH0707B to 1.8 × 10 6 , pH0707C to 1.6 × 10 6. , 4x10 8x10 5, 3x10 from pH0707E 5, and from pH0707F from pH0707D 5. hGH-phagemid particles were prepared and selected for hGHbp-binding for 2-7 cycles as described in Example VIII.

 hGH−ファージミドライブラリーの迅速な選別
 平衡結合親和性によって測定したときの強固に結合するタンパク質変異体についてのファージミドライブラリーの選別に加えて、受容体あるいは他の分子に対する結合のオン-速度(kon)またはオフ-速度(koff)のどちらかが変化した変異体を選別することも重要である。熱力学から、これら速度は平衡解離定数 Kd=(koff/kon)に関係している。我々は、特定タンパク質の一部の変異体は結合に対して類似したKdを有しているが、非常に異なったkonおよびkoffを有しているものと想定している。逆に、ある変異体と別の変異体のKdの変化は、konに対する効果、koffに対する効果、またはその両方によるものであろう。タンパク質の薬理学的性質は、結合親和性またはkonもしくはkoffに依存していることもある(作用の詳細な機序に依存する)。ここで我々は、より高いオン-速度を有するhGH変異体を同定してkonの変化の効果を調べようとした。我々は、結合時間を増加させることによって、ならびに同族リガンド(hGH)による洗浄時間および/または濃縮を増加させることによって、選択をkoffの方に選択的に加重することができると想定している。
Rapid selection of hGH-phagemid libraries In addition to screening phagemid libraries for tightly binding protein variants as measured by equilibrium binding affinity, the on-rate of binding to receptors or other molecules (k It is also important to screen for mutants that have altered either on ) or off-rate (k off ). From thermodynamics, these rates are related to the equilibrium dissociation constant Kd = (k off / k on ). We assume that some variants of a particular protein have similar K d for binding, but have very different k on and k off . Conversely, changes in Kd of a variant to another variant, effects on k on, will be those effects, or by both, for k off. The pharmacological properties of the protein may depend on the binding affinity or k on or k off (depending on the detailed mechanism of action). Here we sought to identify hGH variants with higher on-rate and to examine the effect of changing k on . We postulate that selection can be selectively weighted towards k off by increasing the binding time and by increasing the washing time and / or enrichment with the cognate ligand (hGH). .

 固定化hGHbpに対する野生型hGH−ファージミド結合の経時分析から、最終のpH2洗浄液中に溶出されうる全hGH−ファージミド粒子(全体の結合および溶離プロトコールについては実施例VIIIを参照)のうち、10%未満が1分間のインキュベートの後に結合するが、90%以上は15分間のインキュベート後に結合するようである。 Time course analysis of wild-type hGH-phagemid binding to immobilized hGHbp shows less than 10% of all hGH-phagemid particles that can be eluted in the final pH2 wash (see Example VIII for total binding and elution protocol). Binds after 1 minute incubation, but more than 90% appear to bind after 15 minutes incubation.

 「迅速な結合選択」のために、pH0707Bプール由来のファージミド粒子(ヘリックス1および4に対して独立して2回選択)を固定化hGHbpと1分間だけインキュベートし、次いで結合緩衝液(1ml)で6回洗浄した〔hGH洗浄工程は削除し、残存するhGH−ファージミド粒子はpH2(結合緩衝液中の0.2Mグリシン)洗浄液で溶離した〕。非表示粒子に対するhGH−ファージミド粒子の豊富化は、短時間の結合を用い、同族リガンド(hGH)チャレンジを用いないときであっても、hGH−ファージミド結合選択がランダム化プールから強固に結合する変異体を選別することを示した。 For "rapid binding selection", phagemid particles from the pH0707B pool (independently selected twice for helices 1 and 4) were incubated with immobilized hGHbp for only 1 min, and then with binding buffer (1 ml). Six washes were performed (the hGH washing step was eliminated and the remaining hGH-phagemid particles were eluted with a pH 2 (0.2 M glycine in binding buffer) wash). Enrichment of hGH-phagemid particles relative to non-displayed particles is due to the use of short-term binding and mutations in which hGH-phagemid binding selection selects tightly from the randomized pool, even when no cognate ligand (hGH) challenge is used. Showed to sort the body.

 hGH突然変異体の検定
 これらhGH突然変異体の一部のhGHbpに対する結合定数を、非サプレッサー大腸菌株16C9または34B8中で遊離のホルモン変異体を発現させ、このタンパク質を精製し、そして放射免疫沈澱検定法におけるhGHbpからの標識化wt-hGHの競合置換(実施例VIIIを参照)により検定することによって測定した。以下の表XIII-Aにおいて、すべての変異体はセリン174によって置換されたグルタメート174およびチロシン176によって置換されたフェニルアラニン176(E174SおよびF176Y)に加えて、hGHアミノ酸の10、14、18、21、167、171、175および179位に表中に示した追加の置換を有している。
Assays for hGH mutants The binding constants of some of these hGH mutants to hGHbp were determined by expressing free hormone mutants in non-suppressor E. coli strain 16C9 or 34B8, purifying the protein, and performing a radioimmunoprecipitation assay. Determined by competitive displacement of labeled wt-hGH from hGHbp in the assay (see Example VIII). In the following Table XIII-A, all variants in addition to phenylalanine 176 substituted by glutamate 174 and tyrosine 176 substituted (E174S and F176Y) by serine 174, the hGH amino acids 10,14,18,21, It has the additional substitutions shown in the table at positions 167, 171, 175 and 179.

 表XIII-A.ヘリックス1およびヘリックス4b突然変異の加算によるhGH
      変異体
                                    
   ヘリックス1          ヘリックス4   
野生型残基: F10  M14  H18  H21   R167  D171  T175  I179
 変異体
 H0650AD   H  G  N  N    N  S   T  T
 H0650AE    H   G   N   N    E   S   T   I
 H0650AF    H   G   N   N    N   N   T   T
 H0650BD    A   W   D   N    N   S   T   T
 H0650BE    A   W   D   N    E   S   T   I
 H0650BF    A   W   D   N    N   N   T   T
 H0650CD    F   S   F   L    N   S   T   T
 H0650CD    F   S   F   L    E   S   T   I
 H0650CD    F   S   F   L    N   N   T   T 
Table XIII-A . HGH by addition of helix 1 and helix 4b mutations
Mutant
                                    
Helix 1 Helix 4
Wild-type residue: F10 M14 H18 H21 R167 D171 T175 I179
Mutant H0650AD H G N N N S T T
H0650AE H G N N E S T I
H0650AF H G N N N N T T
H0650BD A W D N N S T T
H0650BE A W D N E S T I
H0650BF A W D N N N T T
H0650CD F S F L N S T T
H0650CD F S F L E S T I
H0650CD F S F L N N T T

 以下の表XIVにおいて、hGH変異体を、ファージミド結合選択法によって組合せライブラリーから選択した。表XIV中のすべてのhGH変異体は2つのバックグラウンド突然変異(E174S/F176Y)を含んでいる。ライブラリーpH0707A(パートA)、pH0707BおよびpH0707E(パートB)またはpH0707C(パートC)からのhGH−ファージミドプールを、hGHbpに対する結合について2〜7サイクルで選別した。数値Pは、それぞれのプールから配列決定した1組のクローン中のそれぞれの変異体型の分数発生率を示す。 H In Table XIV below, hGH variants were selected from the combinatorial library by phagemid binding selection. All hGH variants in Table XIV contain two background mutations (E174S / F176Y). The hGH-phagemid pool from the libraries pH0707A (Part A), pH0707B and pH0707E (Part B) or pH0707C (Part C) was selected in 2-7 cycles for binding to hGHbp. The numerical value P indicates the fractional incidence of each variant type in a set of clones sequenced from each pool.

 表XIV.組合せライブラリーのホルモン−ファージミド結合選択からの
     hGH変異体
                                    
                  ヘリックス1      ヘリックス4 
野生型残基:          F10 M14 H18 H21  R167 D171 T175 I179
     変異体
パートA:   4サイクル:
 0.60    H0714A.1   H  G  N  N   N  S  T  N
 0.40    H0714A.4   A  N  D  A   N  N  T  N*
パートB:
        2サイクル:
 0.13    H0712B.1   F  S  F  G   H  S  T  T
 0.13    H0712B.2   H  Q  T  S   A  D  N  S
 0.13    H0712B.4   H  G  N  N   N  A  T  T
 0.13    H0712B.5   F  S  F  L   S  D  T  T
 0.13    H0712B.6   A  S  T  N   R  D  T  I
 0.13    H0712B.7   Q  Y  N  N   H  S  T  T
 0.13    H0712B.8   W  G  S  S   R  D  T  I
 0.13    H0712E.1   F  L  S  S   K  N  T  V
 0.13    H0712E.2   W  N  N  S   H  S  T  T
 0.13    H0712E.3   A  N  A  S   N  S  T  T
 0.13    H0712E.4   P  S  D  N   R  D  T  I
 0.13    H0712E.5   H  G  N  N   N  N  T  S
 0.13    H0712E.6   F  S  T  G   R  D  T  I
 0.13    H0712E.7   M  T  S  N   Q  S  T  T
 0.13    H0712E.8   F  S  F  L   T  S  T  S
        4サイクル:
 0.17    H0714B.1   A  W  D  N   R  D  T  I
 0.17    H0714B.2   A  W  D  N   H  S  T  N
 0.17    H0714B.3   M  Q  M  N   N  S  T  T
 0.17    H0714B.4   H  Y  D  H   R  D  T  T
 0.17    H0714B.5   L  N  S  H   R  D  T  I
 0.17    H0714B.6   L  N  S  H   T  S  T  T
        7サイクル:
 0.57    H0717B.1   A  W  D  N   N  A  T  T
 0.14    H0717B.2   F  S  T  G   R  D  T  I
 0.14    H0717B.6   A  W  D  N   R  D  T  I
 0.14    H0717B.7   I  Q  E  H   N  S  T  T
 0.50    H0717E.1   F  S  L  A   N  S  T  V
パートC:
        4サイクル:
 0.67     H0714C.2    F  S  F  L   K  D  T  T
* = 突然変異L15R、K168Rをも含んでいた。
Table XIV . HGH variants from hormone-phagemid binding selection of combinatorial libraries
                                    
Helix 1 Helix 4
Wild-type residue: F10 M14 H18 H21 R167 D171 T175 I179
P variant Part A: 4 cycles:
0.60 H0714A.1 H G N N N S T N
0.40 H0714A.4 A N D A N N T N *
Part B:
Two cycles:
0.13 H0712B.1 F S F G H S T T
0.13 H0712B.2 H Q T S A D N S
0.13 H0712B.4 H G N N N A T T
0.13 H0712B.5 F S F L S D T T
0.13 H0712B.6 A S T N R D T I
0.13 H0712B.7 Q Y N N H S T T
0.13 H0712B.8 W G S S R D T I
0.13 H0712E.1 F L S S K N T V
0.13 H0712E.2 W N N S H S T T
0.13 H0712E.3 A N A S N S T T
0.13 H0712E.4 P S D N R D T I
0.13 H0712E.5 H G N N N N T S
0.13 H0712E.6 F S T G R D T I
0.13 H0712E.7 M T S N Q S T T
0.13 H0712E.8 F S F L T S T S
4 cycles:
0.17 H0714B.1 A W D N R D T I
0.17 H0714B.2 A W D N H S T N
0.17 H0714B.3 M Q M N N S T T
0.17 H0714B.4 H Y D H R D T T
0.17 H0714B.5 L N S H R D T I
0.17 H0714B.6 L N S H T S T T
7 cycles:
0.57 H0717B.1 A W D N N A T T
0.14 H0717B.2 F S T G R D T I
0.14 H0717B.6 A W D N R D T I
0.14 H0717B.7 I Q E H N S T T
0.50 H0717E.1 F S L A N S T V
Part C:
4 cycles:
0.67 H0714C.2 F S F L K D T T
* = Also contained mutations L15R, K168R.

 以下の表XVにおいて、hGH変異体を、ファージミド結合選択法によって組合せライブラリーから選択した。表XV中のすべてのhGH変異体は2つのバックグラウンド突然変異(E174S/F176Y)を含んでいる。数値Pは、4サイクルの迅速結合選択の後に配列決定した全クローン中の特定変異体の分数発生率である。 H In Table XV below, hGH variants were selected from the combinatorial library by phagemid binding selection. All hGH variants in Table XV contain two background mutations (E174S / F176Y). The number P is the fractional incidence of a particular variant in all clones sequenced after four cycles of rapid binding selection.

 表XV.hGH−ファージミド組合せライブラリーの迅速hGHbp結合選択からの
    hGH変異体
                                    
                  ヘリックス1      ヘリックス4 
野生型残基:          F10 M14 H18 H21  R167 D171 T175 I179
     変異体
 0.14    H07BF4.2   W  G  S  S   R  D  T  I
 0.57    H07BF4.3   M  A  D  N   N  S  T  T
 0.14    H07BF4.6   A  W  D  N   S  S  V  T≠
 0.14     H07BF4.7     H  Q  T  S   R  D  T  I
≠ = 突然変異Y176Fをも含んでいた(野生型hGHもF176を含んでいる)。
Table XV . hGH variants from rapid hGHbp binding selection of a combined hGH-phagemid library
                                    
Helix 1 Helix 4
Wild-type residue: F10 M14 H18 H21 R167 D171 T175 I179
P mutant 0.14 H07BF4.2 W G S S R D T I
0.57 H07BF4.3 M A D N N S T T
0.14 H07BF4.6 A W D N S S V T ≠
0.14 H07BF4.7 H Q T S R D T I
≠ = also contained the mutation Y176F (wild-type hGH also contained F176).

 以下の表XVIにおいて、hGHbp(1〜238)およびMab5またはMab263のいずれかを用いる125I-標識化ホルモンH0650BDまたは標識化hGHの競合置換によって結合定数を測定した。変異H0650BDは野生型hGHよりも30倍強固に結合するようである。 In Table XVI below, binding constants were determined by competitive displacement of 125 I-labeled hormone H0650BD or labeled hGH using hGHbp (1-238) and either Mab5 or Mab263. Mutant H0650BD appears to bind 30-fold more tightly than wild-type hGH.

      表XVI.選択したhGH変異体の平衡結合定数
                                   
hGH変異体  Kd(変異体)/Kd(H0650BD) Kd(変異体)/Kd(hGH)   Kd(pM) 
hGH 32   −1−     340±50
H0650BD −1−  0.031     10±3
H0650BF 1.5  0.045     15±5
H0714B.6 3.4  0.099     34±19
H0712B.7 7.4  0.22      74±30
H0712E.2      16         0.48      60±70
Table XVI . Equilibrium binding constants of selected hGH variants
                                   
hGH mutant Kd (mutant) / Kd (H0650BD) Kd (mutant) / Kd (hGH) Kd (pM)
hGH 32-1-340 ± 50
H0650BD -1- 0.031 10 ± 3
H0650BF 1.5 0.045 15 ± 5
H0714B.6 3.4 0.099 34 ± 19
H0712B.7 7.4 0.22 74 ± 30
H0712E.2 16 0.48 60 ± 70

 実施例XIII プロテアーゼ基質配列を含有するhGH-ファージと非基質ファージの選択豊富化
 実施例Iに記載したように、プラスミドpS0132は、余分のグリシン残基の挿入を伴って遺伝子IIIタンパク質の残基Pro198に融合したhGHの遺伝子を含有している。このプラスミドを用いて、hGH−遺伝子III融合産物がファージ表面に1価で表示されるhGH-ファージ粒子を得ることができる(実施例IV)。この融合タンパク質は、可変性リンカー配列によって遺伝子IIIのカルボキシ末端ドメインに融合した全hGHタンパク質を含有している。
Example XIII Selective enrichment of hGH-phage and non-substrate phage containing protease substrate sequences As described in Example I, plasmid pS0132 was constructed using gene Proprotein residue Pro198 with insertion of an extra glycine residue. Contains the hGH gene fused to Using this plasmid, hGH-phage particles in which the hGH-gene III fusion product is monovalently displayed on the phage surface can be obtained (Example IV). This fusion protein contains the entire hGH protein fused to the carboxy-terminal domain of gene III by a variable linker sequence.

 あるタンパク質加水分解酵素の好ましい基質配列を選択するためにファージ表示法を使用することの可能性を調べるために、スブチリシンBPN'の遺伝子操作変異体を用いた〔Carter,P.ら, Proteins: Structure, function and genetics 6: 240-248 (1989)〕。この変異体(以下においてはA64SALスブチリシンと呼ぶ)は以下の突然変異:Ser24Cys、His64Ala、Glu156Ser、Gly169AlaおよびTyr217Leuを含んでいる。この酵素は必須の触媒残基His64を欠いているので、その基質特異性が大きく制限されており、ある種のヒスチジン含有基質が優先的に加水分解される〔Carterら, Science 237: 394-399 (1987)〕。 To test the possibility of using phage display to select a preferred substrate sequence for a protein hydrolase, a genetically engineered mutant of subtilisin BPN 'was used [Carter, P. et al., Proteins: Structure , function and genetics 6: 240-248 (1989)]. This mutant (hereinafter referred to as A64SAL subtilisin) contains the following mutations: Ser24Cys, His64Ala, Glu156Ser, Gly169Ala and Tyr217Leu. Because this enzyme lacks the essential catalytic residue His64, its substrate specificity is greatly limited and certain histidine-containing substrates are preferentially hydrolyzed [Carter et al., Science 237: 394-399. (1987)].

 hGH-基質-ファージベクターの構築
 pS0132中のリンカー領域の配列を、オリゴヌクレオチド:
5'-TTC-GGG-CCC-TTC-GCT-GCT-CAC-TAT-ACG-CGT-CAG-TCG-ACT-GAC-CTG-CCT-3'
を用いて突然変異させ、A64SALスブチリシンの基質配列を創製した。これにより、タンパク質配列:
  Phe-Gly-Pro-Phe-Ala-Ala-His-Tyr-Thr-Arg-Gln-Ser-Thr-Asp
がhGHと遺伝子IIIのカルボキシ末端ドメインの間のリンカー領域中に導入される結果が得られた(上記配列中の最初のPhe残基はhGHのPhe191である)。配列:
  Ala-Ala-His-Tyr-Thr-Arg-Gln
はA64SALスブチリシンの良好な基質であることが既知である〔Carterら(1989);上記〕。得られたプラスミドをpS0640と命名した。
Construction of hGH-Substrate-Phage Vector The sequence of the linker region in pS0132 was determined using oligonucleotides:
5'-TTC-GGG-CCC-TTC-GCT-GCT-CAC-TAT-ACG-CGT-CAG-TCG-ACT-GAC-CTG-CCT-3 '
To create a substrate sequence for A64SAL subtilisin. This gives the protein sequence:
Phe-Gly-Pro-Phe-Ala-Ala-His-Tyr-Thr-Arg-Gln-Ser-Thr-Asp
Was introduced into the linker region between hGH and the carboxy-terminal domain of gene III (the first Phe residue in the above sequence is Phe191 of hGH). Array:
Ala-Ala-His-Tyr-Thr-Arg-Gln
Is known to be a good substrate for A64SAL subtilisin [Carter et al. (1989); supra]. The resulting plasmid was named pS0640.

 hGH-基質-ファージの選択豊富化
 pS0132およびpS0640から導かれるファージミド粒子を実施例Iの記載のように作成した。最初の実験において、それぞれのファージプール(10μlづつ)を、20mMトリス-HCl(pH8.6)および2.5M NaClを含有する緩衝液(100μl)中でオキシランビーズ(実施例IIの記載のように調製;30μl)と別々に混合した。結合と洗浄工程は実施例VIIの記載のように行なった。次いで、このビーズを50nMのA64SALスブチリシンを含むかまたは含まない同緩衝液(400μl)に再懸濁した。10分間インキュベートした後、上清を集め、ファージ力価(cfu)を測定した。表XVIIは、約10倍多い基質含有ファージミド粒子(pS0640)が、酵素の非存在下よりも酵素の存在下において溶出され、また、酵素の存在下もしくは非存在下の非基質ファージミド(pS0132)の場合よりも多く溶出されることを示している。酵素、ファージミドまたはビーズ濃度の増加はこの比率を変えることはなかった。
Phagemid particles derived from the hGH-substrate-phage selective enrichment pS0132 and pS0640 were generated as described in Example I. In a first experiment, each phage pool (10 μl each) was prepared using oxirane beads (as described in Example II) in a buffer (100 μl) containing 20 mM Tris-HCl (pH 8.6) and 2.5 M NaCl. Preparation; 30 μl). The coupling and washing steps were performed as described in Example VII. The beads were then resuspended in the same buffer (400 μl) with or without 50 nM A64SAL subtilisin. After incubation for 10 minutes, the supernatant was collected and the phage titer (cfu) was determined. Table XVII shows that about 10-fold more substrate-containing phagemid particles (pS0640) were eluted in the presence of the enzyme than in the absence of the enzyme, and that of the non-substrate phagemid (pS0132) in the presence or absence of the enzyme. It shows that it elutes more than a case. Increasing enzyme, phagemid or bead concentrations did not change this ratio.

 選択豊富化法の改良
 固定化ファージミドの非特異的溶離を減少させる試みにおいて、強固に結合するhGH変異体を野生型hGH遺伝子の代わりにpS0132およびpS0640に導入した。使用したhGH変異体は実施例XIに記載した変異体(pH0650bp)であり、突然変異Phe10Ala、Met14Trp、His18Asp、His21Asn、Arg167Asn、Asp171Ser、Glu174Ser、Phe176TyrおよびIle179Thrを含有している。これにより、2つの新規なファージミド:pDM0390(強固に結合するhGHを含有し、基質配列を含まない)およびpDM0411(強固に結合するhGHおよび基質配列Ala-Ala-His-Tyr-Thr-Arg-Glnを含有する)が構築された。また、結合の洗浄および溶離のプロトコールは次のように変えた:
 (i) 結合:COSTAR 12ウエル組織培養プレートを、0.5ml/ウエルの炭酸ナトリウム緩衝液(pH10.0)中の2μg/ml hGHbpで16時間被覆した。次いで、このプレートを、1ml/ウエルのブロック緩衝液〔0.1%w/vウシ血清アルブミンを含有するリン酸緩衝食塩水(PBS)〕とともに2時間インキュベートし、10mMトリス-HCl(pH7.5)、1mM EDTAおよび100mM NaClを含有する検定緩衝液で洗浄した。ファージミドを再び実施例Iの記載のように調製し、ファージプールを上記検定緩衝液で1:4に希釈し、ウエルあたり0.5mlのファージを2時間インキュベートした。
 (ii)洗浄:このプレートをPBS+0.05%ツイーン20で徹底的に洗浄し、この洗浄緩衝液(1ml)とともに30分間インキュベートした。この洗浄工程を3回繰返した。
 (iii)溶離:このプレートを、20mMトリス-HCl(pH8.6)+100mM NaClからなる溶離緩衝液中で10分間インキュベートし、次いで500nMのA64SALスブチリシンを含むかまたは含まない上記緩衝液(0.5ml)でファージを溶離した。
In an attempt to reduce the non-specific elution of the immobilized immobilized phagemid of the selection enrichment method , tightly binding hGH variants were introduced into pS0132 and pS0640 instead of the wild-type hGH gene. The hGH variant used is the variant described in Example XI (pH 0650 bp) and contains the mutations Phe10Ala, Met14Trp, His18Asp, His21Asn, Arg167Asn, Asp171Ser, Glu174Ser, Phe176Tyr and Ile179Thr. This results in two novel phagemids: pDM0390 (containing tightly binding hGH and no substrate sequence) and pDM0411 (tightly binding hGH and substrate sequence Ala-Ala-His-Tyr-Thr-Arg-Gln). ) Were constructed. Also, the binding wash and elution protocol was changed as follows:
(i) Binding: COSTAR 12-well tissue culture plates were coated with 2 μg / ml hGHbp in 0.5 ml / well sodium carbonate buffer (pH 10.0) for 16 hours. The plate was then incubated with 1 ml / well of blocking buffer [phosphate buffered saline (PBS) containing 0.1% w / v bovine serum albumin) for 2 hours and 10 mM Tris-HCl (pH 7.5). ) Washed with assay buffer containing 1 mM EDTA and 100 mM NaCl. Phagemid was prepared again as described in Example I, the phage pool was diluted 1: 4 with the above assay buffer, and 0.5 ml phage per well was incubated for 2 hours.
(Ii) Washing: The plate was thoroughly washed with PBS + 0.05% Tween 20, and incubated with the washing buffer (1 ml) for 30 minutes. This washing step was repeated three times.
(Iii) Elution: The plates are incubated for 10 minutes in an elution buffer consisting of 20 mM Tris-HCl (pH 8.6) +100 mM NaCl, then the buffer (0.5 ml) with or without 500 nM A64SAL subtilisin ) To elute the phage.

 表XVIIは、pS0640およびpS0132について先に記載した方法と比較して、特異的に溶出した基質-ファージミド粒子の割合が劇的に増加したことを示している。この結果は、強固に結合するhGH突然変異体が、野生型hGHに比べてhGH結合タンパク質への結合に対して有意に低いオフ-速度を有していることによるものと考えられる。 Table XVII shows that the proportion of specifically eluted substrate-phagemid particles was dramatically increased compared to the method described above for pS0640 and pS0132. This result may be due to the tight binding of the hGH mutant having a significantly lower off-rate for binding to the hGH binding protein compared to wild-type hGH.

 表XVII.A64SALスブチリシンによる基質-ファージミドの特異的溶離
 ファージの10倍希釈液(10μl)を、50μg/mlカルベニシリンを含有
するLB寒天プレート上のXL1-Blue細胞の10μlスポット上にプレー
ティングすることによってコロニー形成単位(cfu)を評価した。
                                   
(i)野生型hGH遺伝子:hGHbp-オキシランビーズへの結合
 ファージミド     +50nM A64SAL    酵素なし
pS0640(基質) 9×106cfu/10μl 1.5×106cfu/10μl
pS0132(非基質)  6×105cfu/10μl 3×105cfu/10μl
(ii)pH0650bp突然変異体hGH遺伝子:hGHbp被覆プレートへの結合
 ファージミド     +50nM A64SAL    酵素なし
pDM0411(基質) 1.7×105cfu/10μl  2×103cfu/10μl
pDM0390(非基質) 2×10 3 cfu/10μl 1×10 3 cfu/10μl
Table XVII . Specific Elution of Substrate-Phagemid by A64SAL Subtilisin Colony-forming units by plating 10-fold dilutions of phage (10 μl) onto 10 μl spots of XL1-Blue cells on LB agar plates containing 50 μg / ml carbenicillin (Cfu) was evaluated.
                                   
(I) Wild-type hGH gene: phagemid bound to hGHbp-oxirane beads + 50 nM without A64SAL enzyme
pS0640 (substrate) 9 × 10 6 cfu / 10 μl 1.5 × 10 6 cfu / 10 μl
pS0132 (non-substrate) 6 × 10 5 cfu / 10 μl 3 × 10 5 cfu / 10 μl
(Ii) pH0650 bp mutant hGH gene: phagemid bound to hGHbp coated plate + no 50 nM A64SAL enzyme
pDM0411 (substrate) 1.7 × 10 5 cfu / 10 μl 2 × 10 3 cfu / 10 μl
pDM0390 (non-substrate) 2 × 10 3 cfu / 10 μl 1 × 10 3 cfu / 10 μl

 実施例XIV 基質配列ライブラリーの選択豊富化を用いるA64SALスブチリシンの好ましい基質の同定
 実施例XIIIに記載した選択的豊富化法を用いてランダム基質配列のライブラリーから良好な基質配列を同定しようとした。
ランダム化基質カセットの挿入のためのベクターの構築
 ランダム化基質カセットの導入およびその後の基質配列ライブラリーの発現に適したベクターを設計した。出発点は実施例VIIIに記載したベクターpS0643であった。オリゴヌクレオチド:
 5'-AGC-TGT-GGC-TTC-GGG-CCC-GCC-GCC-GCG-TCG-ACT-GGC-GGT-GGC-TCT-3'
を用いて部位指向性の突然変異誘発を行ない、これによってhGHと遺伝子IIIの間にApaI(GGGCCC)およびSalI(GTCGAC)制限部位が導入された。この新規な構築物をpDM0253と命名した(pDM0253の実際の配列は、
 5'-AGC-TGT-GGC-TTC-GGG-CCC-GCC-CCC-GCG-TCG-ACT-GGC-GGT-GGC-TCT-3'
であり、下線を引いた塩基の置換は突然変異オリゴヌクレオチド中の偽錯誤によるものである)。また、pDM0411(実施例XIII)由来のフラグメントを交換することによって、実施例中に記載した強固に結合するhGH変異体を導入した。得られたライブラリーベクターをpDM0454と命名した。
Example XIV Identification of Preferred Substrates for A64SAL Subtilisin Using Selective Enrichment of a Substrate Sequence Library Attempt to identify good substrate sequences from a library of random substrate sequences using the selective enrichment method described in Example XIII .
Construction of a Vector for Insertion of a Randomized Substrate Cassette A vector suitable for introducing a randomized substrate cassette and subsequent expression of a substrate sequence library was designed. The starting point was the vector pS0643 described in Example VIII. Oligonucleotides:
5'-AGC-TGT-GGC-TTC- GGG-CCC -GCC-GCC-GC G-TCG-AC T-GGC-GGT-GGC-TCT-3 '
Was used to introduce site-directed mutagenesis, which introduced ApaI (GGGCCC) and SalI (GTCGAC) restriction sites between hGH and gene III. This new construct was named pDM0253 (the actual sequence of pDM0253 was
5'-AGC-TGT-GGC- TTC-GGG-CCC-GCC- C CC-GCG-TCG-ACT-GGC-GGT-GGC-TCT-3 '
And the underlined base substitutions are due to spurious errors in the mutant oligonucleotide). Also, by exchanging the fragment derived from pDM0411 (Example XIII), the tightly binding hGH mutant described in the Examples was introduced. The resulting library vector was named pDM0454.

 ライブラリーカセットベクターの調製および突然変異カセットの挿入
 ライブラリーカセットを導入するために、pDM0454をApaI、次いでSalIで消化し、次に13%PEG8000+10mM MgCl2で沈澱させ、70%エタノールで2回洗浄し、再懸濁した。これによりベクターが効率的に沈澱するが、小さいApaI−SalIフラグメントが溶液中に残る〔Paithankar,K.R.およびPrasad,K.S.N., Nucleic Acids Research 19: 1346〕。この生成物を1%アガロースゲル上を移動させ、ApaI−SalI消化したベクターを切り出し、Bandprepキット(Pharmacia)を用いて精製し、そして突然変異カセットとの連結用に再懸濁した。
Preparation of Library Cassette Vector and Insertion of Mutation Cassette To introduce the library cassette, pDM0454 was digested with ApaI and then with SalI, then precipitated with 13% PEG8000 + 10 mM MgCl 2 and washed twice with 70% ethanol. And resuspended. This precipitates the vector efficiently, but leaves small ApaI-SalI fragments in solution [Paithankar, KR and Prasad, KSN, Nucleic Acids Research 19: 1346]. The product was run on a 1% agarose gel, the ApaI-SalI digested vector was excised, purified using the Bandprep kit (Pharmacia), and resuspended for ligation with the mutation cassette.

 挿入するカセットはpS0640およびpDM0411のリンカー領域中のDNA配列と同様の配列を含有していたが、ランダム化コドンによって置換された基質配列中のヒスチジンおよびチロシン残基のコドンを有していた。実施例VIIIに記載したようにランダム化位置のそれぞれにおいてNNS(N=G/A/T/C;S=G/C)を置換することを選択した。突然変異カセット中に用いたオリゴヌクレオチドは、
 5'-C-TTC-GCT-GCT-NNS-NNS-ACC-CGG-CAA-3'(暗号鎖)および
 5'-T-CGA-TTG-CCG-GGT-SNN-SNN-AGC-AGC-GAA-GGG-CC-3'(非暗号鎖)
であった。また、このカセットはSalI部位を破壊し、従ってSalIによる消化を用いてベクター バックグラウンドを減少させることができる。これらオリゴヌクレオチドはApa−Salカセット部位への挿入の前にホスホリル化しなかった。この理由は、続いて起こるカセット小集団のオリゴマー化が複数カセット挿入体による偽の結果を導くことがあることを恐れたためである。アニールと連結の後、反応生成物をフェノール:クロロホルム抽出し、エタノール沈澱させ、そして水に再懸濁した。最初は、バックグラウンドベクターを減少させるためのSalIによる消化を行なわなかった。実施例VIIIに記載したように、約200ngをXL1-Blue細胞に電気穿孔導入し、ファージミドライブラリーを調製した。
The inserting cassette contained a sequence similar to the DNA sequence in the linker region of pS0640 and pDM0411, but had the codons of histidine and tyrosine residues in the substrate sequence replaced by randomized codons. We chose to replace NNS (N = G / A / T / C; S = G / C) at each of the randomized positions as described in Example VIII. The oligonucleotide used in the mutation cassette was
5'-C-TTC-GCT-GCT-NNS-NNS-ACC-CGG-CAA-3 '(encryption chain) and 5'-T-CGA-TTG-CCG-GGT-SNN-SNN-AGC-AGC-GAA -GGG-CC-3 '(non-encrypted chain)
Met. Also, this cassette destroys the SalI site, so that digestion with SalI can be used to reduce vector background. These oligonucleotides did not phosphorylate prior to insertion into the Apa-Sal cassette site. This is because we feared that subsequent oligomerization of the cassette subpopulations could lead to spurious results with multiple cassette inserts. After annealing and ligation, the reaction product was phenol: chloroform extracted, ethanol precipitated and resuspended in water. Initially, no digestion with SalI was performed to reduce the background vector. As described in Example VIII, about 200 ng was electroporated into XL1-Blue cells to prepare a phagemid library.

 基質ライブラリーからの切断されやすい基質の選択
 使用した選択法は、実施例XIIIにおいてpDM0411およびpDM0390について記載した方法と同じである。各ラウンドの選択の後、実施例VIIIにおいてhGH-ファージについて記載されているように、新鮮なXL1-Blue細胞の培養物に形質導入し、新しいファージミドライブラリーを増殖させることによって、溶出したファージを増殖させた。選択法の進行は、溶出ファージの力価の測定および各ラウンドの選択後の個々のクローンの配列決定によってモニターした。
Selection of susceptible substrates from the substrate library The selection method used is the same as that described for pDM0411 and pDM0390 in Example XIII. After each round of selection, the eluted phages were transformed by transducing fresh XL1-Blue cell cultures and growing a new phagemid library as described for hGH-phages in Example VIII. Propagated. The progress of the selection procedure was monitored by measuring the titer of eluted phage and sequencing individual clones after each round of selection.

 表Aは、1、2および3ラウンドの選択後の酵素の存在下および非存在下での溶離に対する連続ファージ力価を示すものである。特異的に溶出したファージ:非特異的に溶出したファージ(即ち、酵素を用いて溶出したファージ:酵素を用いずに溶出したファージ)の比がラウンド1からラウンド3まで劇的に増加しているのが明らかであり、このことは、良好な基質集団が各選択ラウンドにつれて増加していることを示唆する。 Table A shows continuous phage titers for elution in the presence and absence of enzyme after 1, 2 and 3 rounds of selection. The ratio of specifically eluted phage: non-specifically eluted phage (ie, phage eluted with enzyme: phage eluted without enzyme) increases dramatically from round 1 to round 3. It is clear that this suggests that the good substrate population is increasing with each selection round.

 出発ライブラリーからの10個の単離体の配列決定は、これらのすべてが野生型pDM0464配列からなることを示した。このことは、ApaIによる消化の後にSalI部位がDNAフラグメントの末端に非常に近接しており、従って低効率の消化を導くことに起因している。それにもかかわらず、ライブラリー中に400の可能な配列が存在しているにすぎず、従ってこの集団はなお特筆されるべきである。 配 列 Sequencing of 10 isolates from the starting library indicated that all of them consisted of the wild-type pDM0464 sequence. This is due to the SalI site being very close to the end of the DNA fragment after digestion with ApaI, thus leading to a less efficient digestion. Nevertheless, there are only 400 possible sequences in the library, so this population should still be noted.

 表B1およびB2は、ラウンド2およびラウンド3の選択後に得られた単離体の配列を示すものである。2ラウンドの選択の後に、ヒスチジン残基の高い発生が明確に存在する。これは正に予想されていたことである(実施例XIIIに記載したように、A64SALスブチリシンは基質中にヒスチジン残基を必要とするが、この理由はそれが基質-助力の触媒機序を使用するためである)。3ラウンドの選択の後に、配列決定した10個のクローンのそれぞれがランダム化カセット中にヒスチジンを有している。しかし、これら配列の2つはpDM0411のものであり、出発ライブラリー中に存在していなかったものであり、従って不純物であることに注意すべきである。 Tables B1 and B2 show the sequences of the isolates obtained after round 2 and round 3 selection. After two rounds of selection, there is clearly a high occurrence of histidine residues. This was exactly what was expected (as described in Example XIII, A64SAL subtilisin requires a histidine residue in the substrate because it uses a substrate-assisted catalytic mechanism. To do that). After three rounds of selection, each of the 10 clones sequenced has histidine in the randomized cassette. However, it should be noted that two of these sequences are of pDM0411 and were not present in the starting library and are therefore impurities.

  表A.最初のファージプールおよび3ラウンドの選択豊富化からの溶出
     ファージの滴定
 ファージの10倍希釈液(10μl)を、50μg/mlカルベニシリンを含有するLB寒天プレート上のXL1-Blue細胞の10μlスポット上にプレーティングすることによってコロニー形成単位(cfu)を評価した。
                                  
ラウンド1
出発ライブラリー:     3×1012cfu/ml
  ライブラリー:     +500nM A64SAL   :   4×103cfu/10μl
              酵素なし      :   3×103cfu/10μl
  pDM0411:     +500nM A64SAL   :   2×106cfu/10μl
    (対照)        酵素なし      :   8×103cfu/10μl
ラウンド2
ラウンド1ライブラリー:  7×1012cfu/ml
  ライブラリー:     +500nM A64SAL   :   3×104cfu/10μl
              酵素なし      :   6×103cfu/10μl
  pDM0411:     +500nM A64SAL   :   3×106cfu/10μl
    (対照)        酵素なし      :  1.6×104cfu/10μl
ラウンド3
ラウンド2ライブラリー:  7×1011cfu/ml
  ライブラリー:     +500nM A64SAL   :   1×105cfu/10μl
              酵素なし      :   <103cfu/10μl
  pDM0411:     +500nM A64SAL   :   5×106cfu/10μl
    (対照)        酵素なし      :   3×10 4 cfu/10μl
Table A. Elution from initial phage pool and 3 rounds of selection enrichment Phage titration A 10-fold dilution of phage (10 μl) was plated on a 10 μl spot of XL1-Blue cells on an LB agar plate containing 50 μg / ml carbenicillin. The colony forming units (cfu) were evaluated by plating.
                                  
Round 1
Starting library: 3 × 10 12 cfu / ml
Library: + 500nM A64SAL: 4 × 10 3 cfu / 10μl
Without enzyme: 3 × 10 3 cfu / 10μl
pDM0411: +500 nM A64SAL: 2 × 10 6 cfu / 10 μl
(Control) No enzyme: 8 × 10 3 cfu / 10 μl
Round 2
Round 1 library: 7 × 10 12 cfu / ml
Library: + 500nM A64SAL: 3 × 10 4 cfu / 10μl
Without enzyme: 6 × 10 3 cfu / 10μl
pDM0411: +500 nM A64SAL: 3 × 10 6 cfu / 10 μl
(Control) No enzyme: 1.6 × 10 4 cfu / 10μl
Round 3
Round 2 library: 7 × 10 11 cfu / ml
Library: +500 nM A64SAL: 1 × 10 5 cfu / 10 μl
No enzyme: <10 3 cfu / 10μl
pDM0411: +500 nM A64SAL: 5 × 10 6 cfu / 10 μl
(Control) No enzyme: 3 × 10 4 cfu / 10 μl

   表B1.2ラウンドの選択豊富化の後の溶出ファージの配列
すべてのタンパク質配列はAA**TRQの形態にあるはずである(ここで、*はランダム化コドンを表す)。以下の表においては、ランダム化コドンおよびアミノ酸に下線を引く。
                              
    ラウンド2後
           配 列            発生数
           *  *
       A A H Y T R Q
    ... GCT GCT CAC TAC ACC CGG CAA ...     2

       A A H M T R Q
    ... GCT GCT CAC ATG ACC CGG CAA ... 1

     A A L H T R Q
    ... GCT GCT CTC CAC ACC CGG CAA ...     1

     A A L H T R Q
    ... GCT GCT CTG CAC ACC CGG CAA ... 1

     A A H T R Q
    ... GCT GCT CAC ACC CGG CAA ... 1 #

      A A ? H T R Q
    ... GCT GCT ??? CAC ACC CGG CAA 1 ##

    ... 野生型 pDM0454           3  
                             
    # カセット内の1コドンの偽削除
    ## アンビギュアス配列

   表B2.3ラウンドの選択豊富化の後の溶出ファージの配列

すべてのタンパク質配列はAA**TRQの形態にあるはず
である(ここで、*はランダム化コドンを表す)。以下の表に
おいては、ランダム化コドンおよびアミノ酸に下線を引く。
                              
    ラウンド3後
           配 列            発生数 
   *  *
   A A H Y T R Q
    ... GCT GCT CAC TAT ACG CGT CAG ...     2 #

   A A L H T R Q
    ... GCT GCT CTC CAC ACC CGG CAA ... 2

A A Q H T R Q
   ... GCT GCT CAG CAC ACC CGG CAA ...     1

   A A T H T R Q
    ... GCT GCT ACG CAC ACC CGG CAA ... 1

   A A H S R Q
   ... GCT GCT CAC TCC CGG CAA ...    1

   A A H H T R Q
    ... GCT GCT CAT CAT ACC CGG CAA     1 ##

   A A H F R Q
    ... GCT GCT CAC TTC CGG CAA ...    1

   A A H T R Q
    ... GCT GCT CAC ACC CGG CAA ...    1
                             
    # pDM0411由来の汚染配列
    ## 「違法」コドンCATを含有する:Tがコドンの3番
      目の位置に現れるはずがない
Table B1 . Sequence of eluted phage after two rounds of selective enrichment All protein sequences should be in the form of AA ** TRQ, where * represents a randomized codon. In the table below, the randomized codons and amino acids are underlined.
                          
After Round 2 :
Number of array occurrences * *
AA H Y TRQ
... GCT GCT CAC TAC ACC CGG CAA ... 2

AA H M TRQ
... GCT GCT CAC ATG ACC CGG CAA ... 1

AA L H TRQ
... GCT GCT CTC CAC ACC CGG CAA ... 1

AA L H TRQ
... GCT GCT CTG CAC ACC CGG CAA ... 1

AA H T RQ
... GCT GCT CAC ACC CGG CAA ... 1 #

AA ? H TRQ
... GCT GCT ??? CAC ACC CGG CAA 1 ##

... wild type pDM0454 3
                         
# False deletion of one codon in cassette ## Ambiguous sequence

Table B2 . Sequence of eluted phage after three rounds of selection enrichment

All protein sequences should be in the form of AA ** TRQ, where * represents a randomized codon. In the table below, the randomized codons and amino acids are underlined.
                          
After Round 3 :
Number of array occurrences
* *
AA H Y TRQ
... GCT GCT CAC TAT ACG CGT CAG ... 2 #

AA L H TRQ
... GCT GCT CTC CAC ACC CGG CAA ... 2

AA Q H TRQ
... GCT GCT CAG CAC ACC CGG CAA ... 1

AA T H TRQ
... GCT GCT ACG CAC ACC CGG CAA ... 1

AA H S RQ
... GCT GCT CAC TCC CGG CAA ... 1

AA H H TRQ
... GCT GCT CAT CAT ACC CGG CAA 1 ##

AA H F RQ
... GCT GCT CAC TTC CGG CAA ... 1

AA H T RQ
... GCT GCT CAC ACC CGG CAA ... 1
                         
# Contaminated sequence from pDM0411 ## Contain "illegal" codon CAT: T cannot appear at position 3 of codon

配 列 表
(1) 一般的情報
 (i) 特許出願人: ジェネンテク,インコーポレイテッド
 ゲイラード,ライザ・ジェイ
 ヘンナー,デニス・ジェイ
 バース,スティーブン
 グリーン,ロナルド
 ロウマン,ヘンリー・ビー
 ウエルズ,ジェームズ・エー
 マシューズ,デイビッド・ジェイ
 (ii) 発明の名称: 改変された結合性を有する変異タンパク質の豊富化法
 (iii) 配列の数: 27
 (iv) 連絡先:
   (A) 名宛人:ジェネンテク,インコーポレイテッド
   (B) 通り:ポイント・サン・ブルーノ・ブールバード460番
   (C) 市:サウス・サン・フランシスコ
   (D) 州:カリフォルニア
   (E) 国:アメリカ合衆国
   (F) ZIP:94080
 (v) コンピューター解読書式:
   (A) 媒体型:5.25インチ、360Kbフロッピーディスク
   (B) コンピューター:IBM PC適合
   (C) オペレーティング・システム:PC-DOS/MS-DOS
   (D) ソフトウエア:patin (ジェネンテク)
 (vi) 本出願のデータ:
   (A) 出願番号:未 定
   (B) 出願日:本 日
   (C) 分類:未 定
 (vii) 優先権主張出願のデータ:
   (A) 出願番号:07/743614
   (B) 出願日:1991年8月9日
 (vii) 優先権主張出願のデータ:
   (A) 出願番号:07/715300
   (B) 出願日:1991年6月14日
 (vii) 優先権主張出願のデータ:
   (A) 出願番号:07/683400
   (B) 出願日:1991年4月10日
 (vii) 優先権主張出願のデータ:
   (A) 出願番号:07/621667
   (B) 出願日:1990年12月3日
 (viii) 弁理士/代理人 情報:
   (A) 氏名:ベンソン,ロバート・エイチ
   (B) 登録番号:30,446
   (C) 参照/整理番号:645P4
 (ix) 電話連絡先情報:
   (A) 電話番号:415/266−1489
   (B) ファックス番号:415/952−9881
   (C) テレックス番号:910/371−7168
(2) 配列番号1の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:36塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号1:

GGCAGCTGTG GCTTCTAGAG TGGCGGCGGC TCTGGT 36

(2) 配列番号2の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:36塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号2:

AGCTGTGGCT TCGGGCCCTT AGCATTTAAT GCGGTA 36

(2) 配列番号3の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:33塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号3:

TTCACAAACG AAGGGCCCCT AATTAAAGCC AGA 33

(2) 配列番号4の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:30塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号4:

CAATAATAAC GGGCTAGCCA AAAGAACTGG 30

(2) 配列番号5の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:24塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号5:

CACGACAGAA TTCCCGACTG GAAA 24

(2) 配列番号6の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:23塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号6:

CTGTTTCTAG AGTGAAATTG TTA 23

(2) 配列番号7の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:21塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号7:

ACATTCCTGG GTACCGTGCA G 21

(2) 配列番号8の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:63塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号8:

GCTTCAGGAA GGACATGGAC NNSGTCNNSA CANNSCTGNN SATCGTGCAG 50
TGCCGCTCTG TGG 63

(2) 配列番号9の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:24塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号9:

AAGGTCTCCA CATACCTGAG GATC 24

(2) 配列番号10の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:33塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号10:

ATGGACAAGG TGTCGACATA CCTGCGCATC GTG 33

(2) 配列番号11の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:36塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号11:

GGCAGCTGTG GCTTCTAGAG TGGCGGCGGC TCTGGT 36

(2) 配列番号12の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:36塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号12:

GGCAGCTGTG GATTCTAGAG TGGCGGTGGC TCTGGT 36

(2) 配列番号13の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:12アミノ酸
   (B) 型:アミノ酸
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号13:

  Gly Ser Cys Gly Phe Glu Ser Gly Gly Gly Ser Gly
   1 5 10 12

(2) 配列番号14の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:27塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号14:

CGGACTGGGC AGATATTCAA GCAGACC 27

(2) 配列番号15の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:38塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号15:

CTCAAGAACT ACGGGTTACC CTGACTGCTT CAGGAAGG 38

(2) 配列番号16の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:30塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号16:

CGCATCGTGC AGTGCAGATC TGTGGAGGGC 30

(2) 配列番号17の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:66塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号17:

GTTACTCTAC TGCTTTCAGG AAGGACATGG ACNNSGTCNN SACANNSCTG 50
NNSATCGTGC AGTGCA 66

(2) 配列番号18の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:64塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号18:

GATCTGCACT GCACGATSNN CAGSNNTGTS NNGACSNNGT CCATGTCCTT 50
CCTGAAGCAG TAGA 64

(2) 配列番号19の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:25塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号19:

GCCTTTGACA GGTACCAGGA GTTTG 25

(2) 配列番号20の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:33塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号20:

CCAACTATAC CACTCTCGAG GTCTATTCGA TAA 33

(2) 配列番号21の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:66塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号21:

TCGAGGCTCN NSGACAACGC GNNSCTGCGT GCTNNSCGTC TTNNSCAGCT 50
GGCCTTTGAC ACGTAC 66

(2) 配列番号22の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:58塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号22:

GTGTCAAAGG CCAGCTGSNN AAGACGSNNA GCACGCAGSN NCGCGTTGTC 50
SNNGAGCC 58

(2) 配列番号23の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:65塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号23:

GTTACTCTAC TGCTTCNNSA AGGACATGNN SAAGGTCAGC NNSTACCTGC 50
GCNNSGTGCA GTGCA 65

(2) 配列番号24の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:64塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号24:

GATCTGCACT GCACSNNGCG CAGGTASNNG CTGACCTTSN NCATGTCCTT 50
SNNGAAGCAG TAGA 64

(2) 配列番号25の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:2178塩基
   (B) 型:核酸
   (C) 鎖の数:一本鎖
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号25:

ATGAAAAAGA ATATCGCATT TCTTCTTGCA TCTATGTTCG TTTTTTCTAT 50
TGCTACAAAC GCGTACGCTG ATATCCAGAT GACCCAGTCC CCGAGCTCCC 100
TGTCCGCCTC TGTGGGCGAT AGGGTCACCA TCACCTGCCG TGCCAGTCAG 150
GATGTGAATA CTGCTGTAGC CTGGTATCAA CAGAAACCAG GAAAAGCTCC 200
GAAACTACTG ATTTACTCGG CATCCTTCCT CTACTCTGGA GTCCCTTCTC 250
GCTTCTCTGG ATCCAGATCT GGGACGGATT TCACTCTGAC CATCAGCAGT 300
CTGCAGCCGG AAGACTTCGC AACTTATTAC TGTCAGCAAC ATTATACTAC 350
TCCTCCCACG TTCGGACAGG GTACCAAGGT GGAGATCAAA CGAACTGTGG 400
CTGCACCATC TGTCTTCATC TTCCCGCCAT CTGATGAGCA GTTGAAATCT 450
GGAACTGCCT CTGTTGTGTG CCTGCTGAAT AACTTCTATC CCAGAGAGGC 500
CAAAGTACAG TGGAAGGTGG ATAACGCCCT CCAATCGGGT AACTCCCAGG 550
AGAGTGTCAC AGAGCAGGAC AGCAAGGACA GCACCTACAG CCTCAGCAGC 600
ACCCTGACGC TGAGCAAAGC AGACTACGAG AAACACAAAG TCTACGCCTG 650
CGAAGTCACC CATCAGGGCC TGAGCTCGCC CGTCACAAAG AGCTTCAACA 700
GGGGAGAGTG TTAAGCTGAT CCTCTACGCC GGACGCATCG TGGCCCTAGT 750
ACGCAAGTTC ACGTAAAAAG GGTATCTAGA GGTTGAGGTG ATTTTATGAA 800
AAAGAATATC GCATTTCTTC TTGCATCTAT GTTCGTTTTT TCTATTGCTA 850
CAAACGCGTA CGCTGAGGTT CAGCTGGTGG AGTCTGGCGG TGGCCTGGTG 900
CAGCCAGGGG GCTCACTCCG TTTGTCCTGT GCAGCTTCTG GCTTCAACAT 950
TAAAGACACC TATATACACT GGGTGCGTCA GGCCCCGGGT AAGGGCCTGG 1000
AATGGGTTGC AAGGATTTAT CCTACGAATG GTTATACTAG ATATGCCGAT 1050
AGCGTCAAGG GCCGTTTCAC TATAAGCGCA GACACATCCA AAAACACAGC 1100
CTACCTGCAG ATGAACAGCC TGCGTGCTGA GGACACTGCC GTCTATTATT 1150
GTTCTAGATG GGGAGGGGAC GGCTTCTATG CTATGGACTA CTGGGGTCAA 1200
GGAACCCTGG TCACCGTCTC CTCGGCCTCC ACCAAGGGCC CATCGGTCTT 1250
CCCCCTGGCA CCCTCCTCCA AGAGCACCTC TGGGGGCACA GCGGCCCTGG 1300
GCTGCCTGGT CAAGGACTAC TTCCCCGAAC CGGTGACGGT GTCGTGGAAC 1350
TCAGGCGCCC TGACCAGCGG CGTGCACACC TTCCCGGCTG TCCTACAGTC 1400
CTCAGGACTC TACTCCCTCA GCAGCGTGGT GACTGTGCCC TCTAGCAGCT 1450
TGGGCACCCA GACCTACATC TGCAACGTGA ATCACAAGCC CAGCAACACC 1500
AAGGTGGACA AGAAAGTTGA GCCCAAATCT TGTGACAAAA CTCACACAGG 1550
GCCCTTCGTT TGTGAATATC AAGGCCAATC GTCTGACCTG CCTCAACCTC 1600
CTGTCAATGC TGGCGGCGGC TCTGGTGGTG GTTCTGGTGG CGGCTCTGAG 1650
GGTGGTGGCT CTGAGGGTGG CGGTTCTGAG GGTGGCGGCT CTGAGGGAGG 1700
CGGTTCCGGT GGTGGCTCTG GTTCCGGTGA TTTTGATTAT GAAAAGATGG 1750
CAAACGCTAA TAAGGGGGCT ATGACCGAAA ATGCCGATGA AAACGCGCTA 1800
CAGTCTGACG CTAAAGGCAA ACTTGATTCT GTCGCTACTG ATTACGGTGC 1850
TGCTATCGAT GGTTTCATTG GTGACGTTTC CGGCCTTGCT AATGGTAATG 1900
GTGCTACTGG TGATTTTGCT GGCTCTAATT CCCAAATGGC TCAAGTCGGT 1950
GACGGTGATA ATTCACCTTT AATGAATAAT TTCCGTCAAT ATTTACCTTC 2000
CCTCCCTCAA TCGGTTGAAT GTCGCCCTTT TGTCTTTAGC GCTGGTAAAC 2050
CATATGAATT TTCTATTGAT TGTGACAAAA TAAACTTATT CCGTGGTGTC 2100
TTTGCGTTTC TTTTATATGT TGCCACCTTT ATGTATGTAT TTTCTACGTT 2150
TGCTAACATA CTGCGTAATA AGGAGTCT 2178

(2) 配列番号26の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:237アミノ酸
   (B) 型:アミノ酸
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号26:

Met Lys Lys Asn Ile Ala Phe Leu Leu Ala Ser Met Phe Val Phe
1 5 10 15
Ser Ile Ala Thr Asn Ala Tyr Ala Asp Ile Gln Met Thr Gln Ser
20 25 30
Pro Ser Ser Leu Ser Ala Ser Val Gly Asp Arg Val Thr Ile Thr
35 40 45
Cys Arg Ala Ser Gln Asp Val Asn Thr Ala Val Ala Trp Tyr Gln
50 55 60
Gln Lys Pro Gly Lys Ala Pro Lys Leu Leu Ile Tyr Ser Ala Ser
65 70 75
Phe Leu Tyr Ser Gly Val Pro Ser Arg Phe Ser Gly Ser Arg Ser
80 85 90
Gly Thr Asp Phe Thr Leu Thr Ile Ser Ser Leu Gln Pro Glu Asp
95 100 105
Phe Ala Thr Tyr Tyr Cys Gln Gln His Tyr Thr Thr Pro Pro Thr
110 115 120
Phe Gly Gln Gly Thr Lys Val Glu Ile Lys Arg Thr Val Ala Ala
125 130 135
Pro Ser Val Phe Ile Phe Pro Pro Ser Asp Glu Gln Leu Lys Ser
140 145 150
Gly Thr Ala Ser Val Val Cys Leu Leu Asn Asn Phe Tyr Pro Arg
155 160 165
Glu Ala Lys Val Gln Trp Lys Val Asp Asn Ala Leu Gln Ser Gly
170 175 180
Asn Ser Gln Glu Ser Val Thr Glu Gln Asp Ser Lys Asp Ser Thr
185 190 195
Tyr Ser Leu Ser Ser Thr Leu Thr Leu Ser Lys Ala Asp Tyr Glu
200 205 210
Lys His Lys Val Tyr Ala Cys Glu Val Thr His Gln Gly Leu Ser
215 220 225
Ser Pro Val Thr Lys Ser Phe Asn Arg Gly Glu Cys
230 235 237

(2) 配列番号27の情報
 (i) 配列の特徴:
   (A) 長さ:461アミノ酸
   (B) 型:アミノ酸
   (D) トポロジー:直鎖状
 (xi) 配列:配列番号27:

Met Lys Lys Asn Ile Ala Phe Leu Leu Ala Ser Met Phe Val Phe
1 5 10 15
Ser Ile Ala Thr Asn Ala Tyr Ala Glu Val Gln Leu Val Glu Ser
20 25 30
Gly Gly Gly Leu Val Gln Pro Gly Gly Ser Leu Arg Leu Ser Cys
35 40 45
Ala Ala Ser Gly Phe Asn Ile Lys Asp Thr Tyr Ile His Trp Val
50 55 60
Arg Gln Ala Pro Gly Lys Gly Leu Glu Trp Val Ala Arg Ile Tyr
65 70 75
Pro Thr Asn Gly Tyr Thr Arg Tyr Ala Asp Ser Val Lys Gly Arg
80 85 90
Phe Thr Ile Ser Ala Asp Thr Ser Lys Asn Thr Ala Tyr Leu Gln
95 100 105
Met Asn Ser Leu Arg Ala Glu Asp Thr Ala Val Tyr Tyr Cys Ser
110 115 120
Arg Trp Gly Gly Asp Gly Phe Tyr Ala Met Asp Tyr Trp Gly Gln
125 130 135
Gly Thr Leu Val Thr Val Ser Ser Ala Ser Thr Lys Gly Pro Ser
140 145 150
Val Phe Pro Leu Ala Pro Ser Ser Lys Ser Thr Ser Gly Gly Thr
155 160 165
Ala Ala Leu Gly Cys Leu Val Lys Asp Tyr Phe Pro Glu Pro Val
170 175 180
Thr Val Ser Trp Asn Ser Gly Ala Leu Thr Ser Gly Val His Thr
185 190 195
Phe Pro Ala Val Leu Gln Ser Ser Gly Leu Tyr Ser Leu Ser Ser
200 205 210
Val Val Thr Val Pro Ser Ser Ser Leu Gly Thr Gln Thr Tyr Ile
215 220 225
Cys Asn Val Asn His Lys Pro Ser Asn Thr Lys Val Asp Lys Lys
230 235 240
Val Glu Pro Lys Ser Cys Asp Lys Thr His Thr Gly Pro Phe Val
245 250 255
Cys Glu Tyr Gln Gly Gln Ser Ser Asp Leu Pro Gln Pro Pro Val
260 265 270
Asn Ala Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Ser Glu
275 280 285
Gly Gly Gly Ser Glu Gly Gly Gly Ser Glu Gly Gly Gly Ser Glu
290 295 300
Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Ser Gly Ser Gly Asp Phe Asp Tyr
305 310 315
Glu Lys Met Ala Asn Ala Asn Lys Gly Ala Met Thr Glu Asn Ala
320 325 330
Asp Glu Asn Ala Leu Gln Ser Asp Ala Lys Gly Lys Leu Asp Ser
335 340 345
Val Ala Thr Asp Tyr Gly Ala Ala Ile Asp Gly Phe Ile Gly Asp
350 355 360
Val Ser Gly Leu Ala Asn Gly Asn Gly Ala Thr Gly Asp Phe Ala
365 370 375
Gly Ser Asn Ser Gln Met Ala Gln Val Gly Asp Gly Asp Asn Ser
380 385 390
Pro Leu Met Asn Asn Phe Arg Gln Tyr Leu Pro Ser Leu Pro Gln
395 400 405
Ser Val Glu Cys Arg Pro Phe Val Phe Ser Ala Gly Lys Pro Tyr
410 415 420
Glu Phe Ser Ile Asp Cys Asp Lys Ile Asn Leu Phe Arg Gly Val
425 430 435
Phe Ala Phe Leu Leu Tyr Val Ala Thr Phe Met Tyr Val Phe Ser
440 445 450
Thr Phe Ala Asn Ile Leu Arg Asn Lys Glu Ser
455 460 461
Sequence table (1) General information (i) Patent applicant: Genentech, Inc.
Gailard, Liza Jay
Henner, Dennis Jay
Bath, Stephen
Green, Ronald
Rowman, Henry Bee
Wells, James A
Matthews, David Jay (ii) Title of the Invention: Method for enriching mutant proteins with altered binding properties (iii) Number of sequences: 27
(Iv) Contact:
(A) Address: Genentech, Inc. (B) Street: Point San Bruno Boulevard 460 (C) City: South San Francisco (D) State: California (E) Country: United States (F) ZIP: 94080
(V) Computer reading ceremony:
(A) Medium type: 5.25 inch, 360 Kb floppy disk (B) Computer: IBM PC compatible (C) Operating system: PC-DOS / MS-DOS
(D) Software: patin (Genentech)
(Vi) Data of the present application:
(A) Application number: To be determined (B) Filing date: To date (C) Classification: To be determined (vii) Priority application data:
(A) Application number: 07/743614
(B) Filing date: August 9, 1991 (vii) Priority claim application data:
(A) Application No. 07/715300
(B) Filing date: June 14, 1991 (vii) Priority application data:
(A) Application No. 07/683400
(B) Filing date: April 10, 1991 (vii) Priority application data:
(A) Application number: 07/621667
(B) Filing date: December 3, 1990 (viii) Patent attorney / agent Information:
(A) Name: Benson, Robert H. (B) Registration number: 30,446
(C) Reference / reference number: 645P4
(Ix) Telephone contact information:
(A) Phone number: 415 / 266-1489
(B) Fax number: 415 / 952-9881
(C) Telex number: 910 / 371-7168
(2) Information of SEQ ID NO: 1 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 36 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 1:

GGCAGCTGTG GCTTCTAGAG TGGCGGCGGC TCTGGT 36

(2) Information of SEQ ID NO: 2 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 36 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 2:

AGCTGTGGCT TCGGGCCCTT AGCATTTAAT GCGGTA 36

(2) Information of SEQ ID NO: 3 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 33 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 3:

TTCACAAACG AAGGGCCCCT AATTAAAGCC AGA 33

(2) Information of SEQ ID NO: 4 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 30 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 4:

CAATAATAAC GGGCTAGCCA AAAGAACTGG 30

(2) Information of SEQ ID NO: 5 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 24 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 5:

CACGACAGAA TTCCCGACTG GAAA 24

(2) Information of SEQ ID NO: 6 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 23 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 6:

CTGTTTCTAG AGTGAAATTG TTA 23

(2) Information of SEQ ID NO: 7 (i) Sequence features:
(A) Length: 21 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 7:

ACATTCCTGG GTACCGTGCA G 21

(2) Information of SEQ ID NO: 8 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 63 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 8

GCTTCAGGAA GGACATGGAC NNSGTCNNSA CANNSCTGNN SATCGTGCAG 50
TGCCGCTCTG TGG 63

(2) Information of SEQ ID NO: 9 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 24 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 9

AAGGTCTCCA CATACCTGAG GATC 24

(2) Information of SEQ ID NO: 10 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 33 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 10:

ATGGACAAGG TGTCGACATA CCTGCGCATC GTG 33

(2) Information of SEQ ID NO: 11 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 36 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 11:

GGCAGCTGTG GCTTCTAGAG TGGCGGCGGC TCTGGT 36

(2) Information of SEQ ID NO: 12 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 36 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 12:

GGCAGCTGTG GATTCTAGAG TGGCGGTGGC TCTGGT 36

(2) Information of SEQ ID NO: 13 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 12 amino acids (B) Type: amino acids (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 13:

Gly Ser Cys Gly Phe Glu Ser Gly Gly Gly Ser Gly
1 5 10 12

(2) Information of SEQ ID NO: 14 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 27 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 14:

CGGACTGGGC AGATATTCAA GCAGACC 27

(2) Information of SEQ ID NO: 15 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 38 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 15:

CTCAAGAACT ACGGGTTACC CTGACTGCTT CAGGAAGG 38

(2) Information of SEQ ID NO: 16 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 30 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 16:

CGCATCGTGC AGTGCAGATC TGTGGAGGGC 30

(2) Information of SEQ ID NO: 17 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 66 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 17:

GTTACTCTAC TGCTTTCAGG AAGGACATGG ACNNSGTCNN SACANNSCTG 50
NNSATCGTGC AGTGCA 66

(2) Information of SEQ ID NO: 18 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 64 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 18:

GATCTGCACT GCACGATSNN CAGSNNTGTS NNGACSNNGT CCATGTCCTT 50
CCTGAAGCAG TAGA 64

(2) Information of SEQ ID NO: 19 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 25 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 19:

GCCTTTGACA GGTACCAGGA GTTTG 25

(2) Information of SEQ ID NO: 20 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 33 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 20:

CCAACTATAC CACTCTCGAG GTCTATTCGA TAA 33

(2) Information of SEQ ID NO: 21 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 66 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 21

TCGAGGCTCN NSGACAACGC GNNSCTGCGT GCTNNSCGTC TTNNSCAGCT 50
GGCCTTTGAC ACGTAC 66

(2) Information of SEQ ID NO: 22 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 58 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 22:

GTGTCAAAGG CCAGCTGSNN AAGACGSNNA GCACGCAGSN NCGCGTTGTC 50
SNNGAGCC 58

(2) Information of SEQ ID NO: 23 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 65 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 23

GTTACTCTAC TGCTTCNNSA AGGACATGNN SAAGGTCAGC NNSTACCTGC 50
GCNNSGTGCA GTGCA 65

(2) Information of SEQ ID NO: 24 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 64 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 24:

GATCTGCACT GCACSNNGCG CAGGTASNNG CTGACCTTSN NCATGTCCTT 50
SNNGAAGCAG TAGA 64

(2) Information of SEQ ID NO: 25 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 2178 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 25

ATGAAAAAGA ATATCGCATT TCTTCTTGCA TCTATGTTCG TTTTTTCTAT 50
TGCTACAAAC GCGTACGCTG ATATCCAGAT GACCCAGTCC CCGAGCTCCC 100
TGTCCGCCTC TGTGGGCGAT AGGGTCACCA TCACCTGCCG TGCCAGTCAG 150
GATGTGAATA CTGCTGTAGC CTGGTATCAA CAGAAACCAG GAAAAGCTCC 200
GAAACTACTG ATTTACTCGG CATCCTTCCT CTACTCTGGA GTCCCTTCTC 250
GCTTCTCTGG ATCCAGATCT GGGACGGATT TCACTCTGAC CATCAGCAGT 300
CTGCAGCCGG AAGACTTCGC AACTTATTAC TGTCAGCAAC ATTATACTAC 350
TCCTCCCACG TTCGGACAGG GTACCAAGGT GGAGATCAAA CGAACTGTGG 400
CTGCACCATC TGTCTTCATC TTCCCGCCAT CTGATGAGCA GTTGAAATCT 450
GGAACTGCCT CTGTTGTGTG CCTGCTGAAT AACTTCTATC CCAGAGAGGC 500
CAAAGTACAG TGGAAGGTGG ATAACGCCCT CCAATCGGGT AACTCCCAGG 550
AGAGTGTCAC AGAGCAGGAC AGCAAGGACA GCACCTACAG CCTCAGCAGC 600
ACCCTGACGC TGAGCAAAGC AGACTACGAG AAACACAAAG TCTACGCCTG 650
CGAAGTCACC CATCAGGGCC TGAGCTCGCC CGTCACAAAG AGCTTCAACA 700
GGGGAGAGTG TTAAGCTGAT CCTCTACGCC GGACGCATCG TGGCCCTAGT 750
ACGCAAGTTC ACGTAAAAAG GGTATCTAGA GGTTGAGGTG ATTTTATGAA 800
AAAGAATATC GCATTTCTTC TTGCATCTAT GTTCGTTTTT TCTATTGCTA 850
CAAACGCGTA CGCTGAGGTT CAGCTGGTGG AGTCTGGCGG TGGCCTGGTG 900
CAGCCAGGGG GCTCACTCCG TTTGTCCTGT GCAGCTTCTG GCTTCAACAT 950
TAAAGACACC TATATACACT GGGTGCGTCA GGCCCCGGGT AAGGGCCTGG 1000
AATGGGTTGC AAGGATTTAT CCTACGAATG GTTATACTAG ATATGCCGAT 1050
AGCGTCAAGG GCCGTTTCAC TATAAGCGCA GACACATCCA AAAACACAGC 1100
CTACCTGCAG ATGAACAGCC TGCGTGCTGA GGACACTGCC GTCTATTATT 1150
GTTCTAGATG GGGAGGGGAC GGCTTCTATG CTATGGACTA CTGGGGTCAA 1200
GGAACCCTGG TCACCGTCTC CTCGGCCTCC ACCAAGGGCC CATCGGTCTT 1250
CCCCCTGGCA CCCTCCTCCA AGAGCACCTC TGGGGGCACA GCGGCCCTGG 1300
GCTGCCTGGT CAAGGACTAC TTCCCCGAAC CGGTGACGGT GTCGTGGAAC 1350
TCAGGCGCCC TGACCAGCGG CGTGCACACC TTCCCGGCTG TCCTACAGTC 1400
CTCAGGACTC TACTCCCTCA GCAGCGTGGT GACTGTGCCC TCTAGCAGCT 1450
TGGGCACCCA GACCTACATC TGCAACGTGA ATCACAAGCC CAGCAACACC 1500
AAGGTGGACA AGAAAGTTGA GCCCAAATCT TGTGACAAAA CTCACACAGG 1550
GCCCTTCGTT TGTGAATATC AAGGCCAATC GTCTGACCTG CCTCAACCTC 1600
CTGTCAATGC TGGCGGCGGC TCTGGTGGTG GTTCTGGTGG CGGCTCTGAG 1650
GGTGGTGGCT CTGAGGGTGG CGGTTCTGAG GGTGGCGGCT CTGAGGGAGG 1700
CGGTTCCGGT GGTGGCTCTG GTTCCGGTGA TTTTGATTAT GAAAAGATGG 1750
CAAACGCTAA TAAGGGGGCT ATGACCGAAA ATGCCGATGA AAACGCGCTA 1800
CAGTCTGACG CTAAAGGCAA ACTTGATTCT GTCGCTACTG ATTACGGTGC 1850
TGCTATCGAT GGTTTCATTG GTGACGTTTC CGGCCTTGCT AATGGTAATG 1900
GTGCTACTGG TGATTTTGCT GGCTCTAATT CCCAAATGGC TCAAGTCGGT 1950
GACGGTGATA ATTCACCTTT AATGAATAAT TTCCGTCAAT ATTTACCTTC 2000
CCTCCCTCAA TCGGTTGAAT GTCGCCCTTT TGTCTTTAGC GCTGGTAAAC 2050
CATATGAATT TTCTATTGAT TGTGACAAAA TAAACTTATT CCGTGGTGTC 2100
TTTGCGTTTC TTTTATATGT TGCCACCTTT ATGTATGTAT TTTCTACGTT 2150
TGCTAACATA CTGCGTAATA AGGAGTCT 2178

(2) Information of SEQ ID NO: 26 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 237 amino acids (B) Type: amino acids (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 26:

Met Lys Lys Asn Ile Ala Phe Leu Leu Ala Ser Met Phe Val Phe
1 5 10 15
Ser Ile Ala Thr Asn Ala Tyr Ala Asp Ile Gln Met Thr Gln Ser
20 25 30
Pro Ser Ser Leu Ser Ala Ser Val Gly Asp Arg Val Thr Ile Thr
35 40 45
Cys Arg Ala Ser Gln Asp Val Asn Thr Ala Val Ala Trp Tyr Gln
50 55 60
Gln Lys Pro Gly Lys Ala Pro Lys Leu Leu Ile Tyr Ser Ala Ser
65 70 75
Phe Leu Tyr Ser Gly Val Pro Ser Arg Phe Ser Gly Ser Arg Ser
80 85 90
Gly Thr Asp Phe Thr Leu Thr Ile Ser Ser Leu Gln Pro Glu Asp
95 100 105
Phe Ala Thr Tyr Tyr Cys Gln Gln His Tyr Thr Thr Pro Pro Thr
110 115 120
Phe Gly Gln Gly Thr Lys Val Glu Ile Lys Arg Thr Val Ala Ala
125 130 135
Pro Ser Val Phe Ile Phe Pro Pro Ser Asp Glu Gln Leu Lys Ser
140 145 150
Gly Thr Ala Ser Val Val Cys Leu Leu Asn Asn Phe Tyr Pro Arg
155 160 165
Glu Ala Lys Val Gln Trp Lys Val Asp Asn Ala Leu Gln Ser Gly
170 175 180
Asn Ser Gln Glu Ser Val Thr Glu Gln Asp Ser Lys Asp Ser Thr
185 190 195
Tyr Ser Leu Ser Ser Thr Leu Thr Leu Ser Lys Ala Asp Tyr Glu
200 205 210
Lys His Lys Val Tyr Ala Cys Glu Val Thr His Gln Gly Leu Ser
215 220 225
Ser Pro Val Thr Lys Ser Phe Asn Arg Gly Glu Cys
230 235 237

(2) Information of SEQ ID NO: 27 (i) Sequence characteristics:
(A) Length: 461 amino acids (B) Type: amino acids (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 27

Met Lys Lys Asn Ile Ala Phe Leu Leu Ala Ser Met Phe Val Phe
1 5 10 15
Ser Ile Ala Thr Asn Ala Tyr Ala Glu Val Gln Leu Val Glu Ser
20 25 30
Gly Gly Gly Leu Val Gln Pro Gly Gly Ser Leu Arg Leu Ser Cys
35 40 45
Ala Ala Ser Gly Phe Asn Ile Lys Asp Thr Tyr Ile His Trp Val
50 55 60
Arg Gln Ala Pro Gly Lys Gly Leu Glu Trp Val Ala Arg Ile Tyr
65 70 75
Pro Thr Asn Gly Tyr Thr Arg Tyr Ala Asp Ser Val Lys Gly Arg
80 85 90
Phe Thr Ile Ser Ala Asp Thr Ser Lys Asn Thr Ala Tyr Leu Gln
95 100 105
Met Asn Ser Leu Arg Ala Glu Asp Thr Ala Val Tyr Tyr Cys Ser
110 115 120
Arg Trp Gly Gly Asp Gly Phe Tyr Ala Met Asp Tyr Trp Gly Gln
125 130 135
Gly Thr Leu Val Thr Val Ser Ser Ala Ser Thr Lys Gly Pro Ser
140 145 150
Val Phe Pro Leu Ala Pro Ser Ser Lys Ser Thr Ser Gly Gly Thr
155 160 165
Ala Ala Leu Gly Cys Leu Val Lys Asp Tyr Phe Pro Glu Pro Val
170 175 180
Thr Val Ser Trp Asn Ser Gly Ala Leu Thr Ser Gly Val His Thr
185 190 195
Phe Pro Ala Val Leu Gln Ser Ser Gly Leu Tyr Ser Leu Ser Ser
200 205 210
Val Val Thr Val Pro Ser Ser Ser Leu Gly Thr Gln Thr Tyr Ile
215 220 225
Cys Asn Val Asn His Lys Pro Ser Asn Thr Lys Val Asp Lys Lys
230 235 240
Val Glu Pro Lys Ser Cys Asp Lys Thr His Thr Gly Pro Phe Val
245 250 255
Cys Glu Tyr Gln Gly Gln Ser Ser Asp Leu Pro Gln Pro Pro Val
260 265 270
Asn Ala Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Ser Glu
275 280 285
Gly Gly Gly Ser Glu Gly Gly Gly Ser Glu Gly Gly Gly Ser Glu
290 295 300
Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Ser Gly Ser Gly Asp Phe Asp Tyr
305 310 315
Glu Lys Met Ala Asn Ala Asn Lys Gly Ala Met Thr Glu Asn Ala
320 325 330
Asp Glu Asn Ala Leu Gln Ser Asp Ala Lys Gly Lys Leu Asp Ser
335 340 345
Val Ala Thr Asp Tyr Gly Ala Ala Ile Asp Gly Phe Ile Gly Asp
350 355 360
Val Ser Gly Leu Ala Asn Gly Asn Gly Ala Thr Gly Asp Phe Ala
365 370 375
Gly Ser Asn Ser Gln Met Ala Gln Val Gly Asp Gly Asp Asn Ser
380 385 390
Pro Leu Met Asn Asn Phe Arg Gln Tyr Leu Pro Ser Leu Pro Gln
395 400 405
Ser Val Glu Cys Arg Pro Phe Val Phe Ser Ala Gly Lys Pro Tyr
410 415 420
Glu Phe Ser Ile Asp Cys Asp Lys Ile Asn Leu Phe Arg Gly Val
425 430 435
Phe Ala Phe Leu Leu Tyr Val Ala Thr Phe Met Tyr Val Phe Ser
440 445 450
Thr Phe Ala Asn Ile Leu Arg Asn Lys Glu Ser
455 460 461

図1:線状ファージの表面に大きいタンパク質を表示(顕示)させるための方法および改変された受容体結合性を豊富化する方法を示すものである。hGHの全暗号配列をM13遺伝子IIIのカルボキシ末端ドメインに融合させたプラスミドphGH-M13gIIIを構築した。この融合タンパク質の転写はlacプロモーター/オペレーター配列の支配下にあり、分泌はstIIシグナル配列によって指令されている。ファージミド粒子は「ヘルパー」ファージM13KO7による感染によって得られ、hGHを表示する粒子はhGH受容体を含む親和性マトリックスに結合させることによって豊富化することができる。野生型遺伝子III(M13KO7ファージから導く)はファージの先端の4〜5コピーの複数矢印により図示し、融合タンパク質(ファージミドphGH-M13gIIIから導く)はhGHの折り畳み図形(矢印の頭部を置換)によって図示した。FIG. 1 shows a method for displaying (revelating) large proteins on the surface of filamentous phage and a method for enriching for modified receptor binding. A plasmid phGH-M13gIII was constructed in which the entire coding sequence of hGH was fused to the carboxy-terminal domain of M13 gene III. Transcription of this fusion protein is under the control of the lac promoter / operator sequence and secretion is dictated by the stII signal sequence. Phagemid particles are obtained by infection with "helper" phage M13KO7, and particles displaying hGH can be enriched by binding to an affinity matrix containing the hGH receptor. The wild-type gene III (derived from the M13KO7 phage) is shown by multiple arrows at the top of the phage with 4-5 copies, and the fusion protein (derived from the phagemid phGH-M13gIII) is indicated by the hGH fold (replace the head of the arrow). Illustrated. 図2:全ファージ粒子の免疫ブロットはhGHがファージと同時移動することを示す。塩化セシウム勾配で精製したファージミド粒子を二重のウエルに付し、375mMトリス、40mMグリシン(pH9.6)緩衝液中、1%アガロースゲルで電気泳動を行なった。このゲルを、2%SDSおよび2%β−メルカプトエタノールを含む移転緩衝液〔25mMトリス(pH8.3)、200mMグリシン、20%メタノール〕中に2時間浸漬し、次いで移転緩衝液中で6時間すすいだ。次いで、ゲル中のタンパク質をイモビロン膜(Millipore)上に電気ブロットした。1組の試料を含む膜はクーマシーブルーで染色してファージタンパク質の位置を示した(A)。二重の膜をポリクローナルウサギ抗-hGH抗体と反応させ、次いで西洋ワサビペルオキシダーゼ-コンジュゲート化したヤギ抗-ウサギIgG抗体と反応させることによって、膜のhGHを免疫染色した(B)。レーン1はM13KO7親ファージを含み、これはhGHを欠いているのでクーマシーブルー染色した膜においてのみ観察することができた。レーン2および3はホルモン ファージミド粒子の別の調製物を含んでおり、クーマシーおよびhGH免疫染色の両方で観察することができた。親のM13KO7ファージとホルモン ファージミド粒子の間の移動距離の差異は、内部にパッケージされたゲノムの大きさの相違を反映するものである(それぞれ、8.7kbと5.1kb)。FIG. 2: Immunoblot of all phage particles shows that hGH co-migrate with phage. Phagemid particles purified with a cesium chloride gradient were applied to duplicate wells and electrophoresed on a 1% agarose gel in 375 mM Tris, 40 mM glycine (pH 9.6) buffer. The gel is immersed in transfer buffer containing 2% SDS and 2% β-mercaptoethanol [25 mM Tris (pH 8.3), 200 mM glycine, 20% methanol] for 2 hours, and then in transfer buffer for 6 hours. Rinse. The proteins in the gel were then electroblotted onto Immobilon membrane (Millipore). Membranes containing one set of samples were stained with Coomassie blue to indicate the location of phage proteins (A). The membranes were immunostained for hGH by reacting the duplicate membrane with a polyclonal rabbit anti-hGH antibody and then with a horseradish peroxidase-conjugated goat anti-rabbit IgG antibody (B). Lane 1 contained the M13KO7 parental phage, which could only be observed on Coomassie blue stained membranes due to the lack of hGH. Lanes 2 and 3 contained another preparation of hormonal phagemid particles and could be observed on both Coomassie and hGH immunostaining. The differences in migration distance between the parent M13KO7 phage and the hormone phagemid particles reflect differences in the size of the internally packaged genomes (8.7 kb and 5.1 kb, respectively). 図3:コドン172、174、176および178のところをランダム化したhGH-ファージライブラリーの選択法における各工程をまとめる図である。hGH(R178G、I179T)遺伝子および唯一のKpnI制限部位を含有する鋳型分子pH0415を本明細書に記載のように突然変異誘発し、大腸菌株WJM101中に電気導入して最初のファージミドライブラリー(ライブラリー1)を得た。ライブラリー1の一部(約2%)を、本明細書に記載のように最初の選択ラウンドに直接用いてライブラリー1Gを得た。一方、2本鎖DNA(dsDNA)をライブラリー1から調製し、制限酵素KpnIで消化して鋳型のバックグラウンドを排除し、WJM101中に電気導入してライブラリー2を得た。これらに続く選択ラウンド(または、KpnI消化;陰影を付けた箱)とその後のファージミドの増殖は、本明細書に記載した方法に従い、矢印で示したように行なった。ライブラリー4G4からの4種の独立したクローンおよびライブラリー5G6からの4種の独立したクローンをジデオキシ配列決定法によって配列決定した。これらクローンのすべてが、hGH突然変異体(Glu 174 Ser、Phe 176 Tyr)に一致する同一DNA配列を有していた。FIG. 3 is a diagram summarizing each step in a method for selecting an hGH-phage library in which codons 172, 174, 176 and 178 are randomized. A template molecule, pH0415, containing the hGH (R178G, I179T) gene and a unique KpnI restriction site, was mutagenized as described herein, and electrotransfected into E. coli strain WJM101 to produce an initial phagemid library (library). 1) was obtained. A portion (about 2%) of Library 1 was used directly in the first round of selection as described herein to obtain Library 1G. On the other hand, double-stranded DNA (dsDNA) was prepared from Library 1, digested with the restriction enzyme KpnI to eliminate the background of the template, and electrotransferred into WJM101 to obtain Library 2. Subsequent rounds of selection (or KpnI digestion; shaded boxes) and subsequent phagemid expansion were performed as indicated by the arrows, according to the methods described herein. Were sequenced by dideoxy sequencing the four independent clones from four independent clones and libraries 5G 6 from the library 4G 4. All of these clones had identical DNA sequences corresponding to the hGH mutant (Glu 174 Ser, Phe 176 Tyr). 図4:結晶学により決定したブタ成長ホルモンの2.8Å折り畳み図から導いたhGHの構造モデルを示すものである。hGH−結合タンパク質への結合を強く変調させるhGH中の残基の位置を陰影を付けた円内に示した。結合親和性において10倍以上の減少(黒丸)、4〜10倍の減少(・)、増加(○)、または2〜4倍の減少(・)を引き起こすアラニン置換が示されている。α−ヘリックス領域におけるらせん輪投影により、これらの両極性が明らかになった。黒くした、陰影を付けた、あるいは陰影を付けていない残基は、それぞれ荷電、極性、または非極性を示す。ヘリックス4において、突然変異のための最も重要な残基は親水性の面上にある。FIG. 4: SGH structural model derived from the 2.8 ° fold diagram of porcine growth hormone determined by crystallography. Residues in hGH that strongly modulate binding to hGH-binding proteins are indicated in shaded circles. Alanine substitutions that cause a 10-fold or greater decrease in binding affinity (solid circles), a 4- to 10-fold decrease (•), an increase (O), or a 2- to 4-fold decrease (•) are shown. Spiral ring projections in the α-helical region revealed these two polarities. The darkened, shaded, or unshaded residues indicate charge, polarity, or non-polarity, respectively. In helix 4, the most important residues for mutation are on the hydrophilic side. 図5:表示した経路(hGH溶離、グリシン溶離、または予吸着後のグリシン溶離)に対するラウンド1および3の選択工程からの多数のクローンを配列決定した後にわかったhGHの172、174、176および178位のアミノ酸置換を示すものである(例えば、KSYRという表示はhGH突然変異体172K/174S/176Y/178Rを表す)。非機能的な配列(即ち、ベクター バックグラウンド、または他の未成熟に終わった突然変異体および/またはフレームシフトした突然変異体)は「NF」として示している。非サイレントの疑似突然変異(即ち、上に挙げた組の標的残基以外)を含む機能的な配列は「+」で示している。すべての配列決定クローンの中で1回を越えて現れたが異なるDNA配列を有するタンパク質配列は「#」で示している。配列決定クローンの中で1回を越えて現れ、そして同じDNA配列を有するタンパク質配列は「*」で示している。3ラウンドの選択の後に2種の異なる汚染配列が見い出されたことに注意すべきである(これらのクローンはカセット突然変異体に一致しなかったが、先に構築したホルモン ファージに一致した)。pS0643汚染体は野生型hGH-ファージに一致する(hGH「KEFR」)。第3ラウンドのグリシン選択したファージのプールに多いpH0457汚染体は、先に同定したhGHの突然変異体「KSYR」に一致する。これら汚染体の増幅は、まれにしか発生しない突然変異体を選択するためのホルモン−ファージ選択法の能力を強調するものである。また、これらの配列の集中性は3種すべての経路において顕著であった(即ち、RまたはKは172および178位に最も多く発生し、YまたはFは176位に最も多く発生し、そしてS、T、Aおよびその他の残基は174位に発生する)。Figure 5: hGH 172, 174, 176 and 178 found after sequencing a number of clones from rounds 1 and 3 of the selection step for the indicated pathway (hGH elution, glycine elution, or glycine elution after pre-adsorption). Indicates the amino acid substitution at the position (eg, the designation KSYR represents the hGH mutant 172K / 174S / 176Y / 178R). Non-functional sequences (ie, vector background, or other immature and / or frameshifted mutants) are indicated as "NF". Functional sequences containing non-silent pseudomutations (ie, other than the set of target residues listed above) are indicated by a "+". Protein sequences that appear more than once in all sequencing clones but have different DNA sequences are indicated by "#". Protein sequences which appear more than once in the sequencing clones and have the same DNA sequence are indicated by a "*". It should be noted that two different contaminating sequences were found after three rounds of selection (these clones did not match the cassette mutant, but did match the previously constructed hormone phage). The pS0643 contaminant is consistent with wild-type hGH-phage (hGH "KEFR"). The pH0457 contaminant abundant in the third round of glycine-selected phage pool is consistent with the previously identified hGH mutant "KSYR". The amplification of these contaminants highlights the ability of the hormone-phage selection method to select for rarely occurring mutants. Also, the convergence of these sequences was significant in all three pathways (ie, R or K occurred most frequently at positions 172 and 178, Y or F occurred most frequently at position 176, and S , T, A and other residues occur at position 174). 図6:亜鉛の存在下にhPRLbp-ビーズ上で選択したファージからの配列を示すものである。表示は図5で説明したものと同じである。ここでは、配列の集中性は予測できないが、最もストリンジェントな(グリシン)選択条件下で疎水性配列への偏りがあるようである(L、WおよびP残基がこのプールに多く見い出される)。Figure 6: Sequence from phage selected on hPRLbp-beads in the presence of zinc. The display is the same as that described in FIG. Here the sequence convergence is unpredictable, but under the most stringent (glycine) selection conditions, there appears to be a bias towards hydrophobic sequences (L, W and P residues are found more in this pool). . 図7:亜鉛の非存在下にhPRLbp-ビーズ上で選択したファージからの配列を示すものである。表示は図5で説明したものと同じである。図6の配列とは対照的に、ここでの配列は比較的親水性が高いようである。hGH溶離による4ラウンドの選択の後、2種類のクローン(ANHQおよびTLDT/171V)がプールに多く存在する。FIG. 7: Sequence from phage selected on hPRLbp-beads in the absence of zinc. The display is the same as that described in FIG. In contrast to the sequence of FIG. 6, the sequence here appears to be relatively hydrophilic. After four rounds of selection by hGH elution, the two clones (ANHQ and TLDT / 171V) are abundant in the pool. 図8:ブランクのビーズ上で選択したファージからの配列を示すものである。表示は図5で説明したものと同じである。グリシン溶離による3ラウンドの選択の後、同胞体は観察されず、非機能的な配列のバックグラウンド水準が保持された。FIG. 8: Sequence from phage selected on blank beads. The display is the same as that described in FIG. After three rounds of selection by glycine elution, no siblings were observed and background levels of non-functional sequences were retained. 図9:pHO415からのファージミドfl起点(ori)の構築を示すものである。カセット突然変異誘発およびhGH−遺伝子III融合タンパク質の発現のためのこのベクターを次のように構築した。pBR322およびflの複製起点を含有し、大腸菌phoAプロモーターの制御下にhGH−遺伝子III融合タンパク質(hGHの残基1〜191に1個のGly残基が続き、これが遺伝子IIIのPro-198に融合している)を発現する、pS0132のオリゴヌクレオチド指向性の突然変異誘発によって、プラスミドpS0643を構築した。以下のオリゴヌクレオチド:    5'-GGC-AGC-TGT-GGC-TTC-TAG-AGT-GGC-GGC-GGC-TCT-GGT-3'を用いて突然変異誘発を行なった。このオリゴヌクレオチドは、hGHのPhe-191に続いてXbaI部位(下線部)とアンバー終止コドン(TAG)を導入した。Figure 9: Construction of phagemid fl origin (ori) from pHHO415. This vector for cassette mutagenesis and expression of the hGH-gene III fusion protein was constructed as follows. It contains the pBR322 and fl origins of replication, and under the control of the E. coli phoA promoter, the hGH-gene III fusion protein (hGH followed by one Gly residue, which is fused to the Pro-198 of gene III). Plasmid pS0643 was constructed by oligonucleotide-directed mutagenesis of pS0132, which expresses Mutagenesis was performed using the following oligonucleotides: 5'-GGC-AGC-TGT-GGC- TTC-TAG -AGT-GGC-GGC-GGC-TCT-GGT-3 '. This oligonucleotide introduced an XbaI site (underlined) and an amber stop codon (TAG) following Phe-191 of hGH. 図10:Aは、HER-2受容体に指向性のFabヒト化抗体の軽鎖および重鎖(可変および不変ドメイン1)をコードしているDNAを含有するプラスミドpDH188挿入体を図示したものである。VおよびVはそれぞれ軽鎖および重鎖の可変領域である。Cはヒトκ軽鎖の不変領域である。CH1G1はヒトγ1鎖の最初の不変領域である。両暗号領域は細菌性のstIIシグナル配列から始まっている。Bは、5Aに示した挿入体を含有する全プラスミドpDH188を図示するものである。このプラスミドを大腸菌SR101細胞に導入し、ヘルパーファージを添加した後、このプラスミドはファージ粒子にパッケージされる。これら粒子の一部はFab-pIII融合体を表示する(ここで、pIIIはM13遺伝子III DNAによってコードされているタンパク質である)。このプラスミド図中のセグメントは5Aに示した挿入体に対応している。FIG. 10: A depicts a plasmid pDH188 insert containing DNA encoding the light and heavy chains (variable and constant domain 1) of a Fab humanized antibody directed to the HER-2 receptor. is there. VL and VH are the variable regions of the light and heavy chains, respectively. C k is the constant region of the human kappa light chain. CH1 G1 is the first constant region of the human γ1 chain. Both coding regions start with a bacterial stII signal sequence. B illustrates the entire plasmid pDH188 containing the insert shown in 5A. After introducing this plasmid into E. coli SR101 cells and adding helper phage, the plasmid is packaged into phage particles. Some of these particles display Fab-pIII fusions, where pIII is the protein encoded by M13 gene III DNA. The segment in this plasmid diagram corresponds to the insert shown in 5A. 図11A:ファージミド表面に発現された4D5 Fab分子をコードしているDNAのヌクレオチド配列(配列番号25)を示すものである。軽鎖のアミノ酸配列(配列番号26)も、重鎖pIII融合体のアミノ酸配列(配列番号27)と同様に示されている。FIG. 11A: Shows the nucleotide sequence of the DNA encoding the 4D5 Fab molecule expressed on the phagemid surface (SEQ ID NO: 25). The amino acid sequence of the light chain (SEQ ID NO: 26) is shown as well as the amino acid sequence of the heavy chain pIII fusion (SEQ ID NO: 27). 図11B:ファージミド表面に発現された4D5 Fab分子をコードしているDNAのヌクレオチド配列(配列番号25)を示すものである。軽鎖のアミノ酸配列(配列番号26)も、重鎖pIII融合体のアミノ酸配列(配列番号27)と同様に示されている。FIG. 11B: Shows the nucleotide sequence of the DNA encoding the 4D5 Fab molecule expressed on the phagemid surface (SEQ ID NO: 25). The amino acid sequence of the light chain (SEQ ID NO: 26) is shown as well as the amino acid sequence of the heavy chain pIII fusion (SEQ ID NO: 27). 図11C:ファージミド表面に発現された4D5 Fab分子をコードしているDNAのヌクレオチド配列(配列番号25)を示すものである。軽鎖のアミノ酸配列(配列番号26)も、重鎖pIII融合体のアミノ酸配列(配列番号27)と同様に示されている。FIG. 11C shows the nucleotide sequence of the DNA encoding the 4D5 Fab molecule expressed on the phagemid surface (SEQ ID NO: 25). The amino acid sequence of the light chain (SEQ ID NO: 26) is shown as well as the amino acid sequence of the heavy chain pIII fusion (SEQ ID NO: 27). 図11D:ファージミド表面に発現された4D5 Fab分子をコードしているDNAのヌクレオチド配列(配列番号25)を示すものである。軽鎖のアミノ酸配列(配列番号26)も、重鎖pIII融合体のアミノ酸配列(配列番号27)と同様に示されている。FIG. 11D: Shows the nucleotide sequence of the DNA encoding the 4D5 Fab molecule expressed on the phagemid surface (SEQ ID NO: 25). The amino acid sequence of the light chain (SEQ ID NO: 26) is shown as well as the amino acid sequence of the heavy chain pIII fusion (SEQ ID NO: 27). 図11E:ファージミド表面に発現された4D5 Fab分子をコードしているDNAのヌクレオチド配列(配列番号25)を示すものである。軽鎖のアミノ酸配列(配列番号26)も、重鎖pIII融合体のアミノ酸配列(配列番号27)と同様に示されている。FIG. 11E: Nucleotide sequence of the DNA encoding the 4D5 Fab molecule expressed on the phagemid surface (SEQ ID NO: 25). The amino acid sequence of the light chain (SEQ ID NO: 26) is shown as well as the amino acid sequence of the heavy chain pIII fusion (SEQ ID NO: 27). 図11F:ファージミド表面に発現された4D5 Fab分子をコードしているDNAのヌクレオチド配列(配列番号25)を示すものである。軽鎖のアミノ酸配列(配列番号26)も、重鎖pIII融合体のアミノ酸配列(配列番号27)と同様に示されている。FIG. 11F shows the nucleotide sequence of the DNA encoding the 4D5 Fab molecule expressed on the phagemid surface (SEQ ID NO: 25). The amino acid sequence of the light chain (SEQ ID NO: 26) is shown as well as the amino acid sequence of the heavy chain pIII fusion (SEQ ID NO: 27). 図11G:ファージミド表面に発現された4D5 Fab分子をコードしているDNAのヌクレオチド配列(配列番号25)を示すものである。軽鎖のアミノ酸配列(配列番号26)も、重鎖pIII融合体のアミノ酸配列(配列番号27)と同様に示されている。FIG. 11G: Nucleotide sequence of the DNA encoding the 4D5 Fab molecule expressed on the phagemid surface (SEQ ID NO: 25). The amino acid sequence of the light chain (SEQ ID NO: 26) is shown as well as the amino acid sequence of the heavy chain pIII fusion (SEQ ID NO: 27). 図11H:ファージミド表面に発現された4D5 Fab分子をコードしているDNAのヌクレオチド配列(配列番号25)を示すものである。軽鎖のアミノ酸配列(配列番号26)も、重鎖pIII融合体のアミノ酸配列(配列番号27)と同様に示されている。FIG. 11H: Nucleotide sequence of the DNA encoding the 4D5 Fab molecule expressed on the phagemid surface (SEQ ID NO: 25). The amino acid sequence of the light chain (SEQ ID NO: 26) is shown as well as the amino acid sequence of the heavy chain pIII fusion (SEQ ID NO: 27). 図12:変異Fabファージミドからの野生型4D5 Fabファージミドの豊富化を示すものである。1:1,000の比の野生型ファージミドと変異4D5 Fabファージミドの混合物を、HER-2受容体の細胞外ドメインタンパク質で被覆したプレートで選択した。各ラウンドの選択の後、溶離したファージミドの一部を大腸菌に感染させ、プラスミドDNAを調製した。次いで、このプラスミドDNAをEcoRVおよびPstIで消化し、5%ポリアクリルアミドゲルで分離し、臭化エチジウムで染色した。バンドをUV光のもとで可視化した。野生型および変異プラスミドに起因するバンドは矢印で示した。第1ラウンドの選択は酸条件のもとでのみ溶離した。以後のラウンドは、酸溶離(図の左側)または実施例VIIIに記載した方法を用いるヒト化4D5抗体洗浄工程とその後の酸溶離(図の右側)のいずれかによって溶離した。3種の変異4D5 Fab分子を調製した。即ち、H91A(V鎖の91位のアミノ酸ヒスチジンをアラニンに突然変異させた;図中の「A」レーンに示す)、Y49A(V鎖の49位のアミノ酸チロシンをアラニンに突然変異させた;図中の「B」レーンに示す)、ならびにY92A(V鎖の92位のアミノ酸チロシンをアラニンに突然変異させた;図中の「C」レーンに示す)である。アミノ酸位置の数え方はKabatらに従った〔「免疫学的挿入体のタンパク質の配列」, 第4版, U.S.Dept of Health and Human Services, Public Health Service, Nat'l.Institute of Health, Bethesda, MD (1987)〕。FIG. 12: Enrichment of wild-type 4D5 Fab phagemid from mutant Fab phagemid. A mixture of wild-type phagemid and mutant 4D5 Fab phagemid in a ratio of 1: 1,000 was selected on plates coated with the extracellular domain protein of the HER-2 receptor. After each round of selection, a portion of the eluted phagemid was infected into E. coli and plasmid DNA was prepared. The plasmid DNA was then digested with EcoRV and PstI, separated on a 5% polyacrylamide gel and stained with ethidium bromide. Bands were visualized under UV light. Bands resulting from wild-type and mutant plasmids are indicated by arrows. The first round of selection eluted only under acid conditions. Subsequent rounds were eluted either by acid elution (left side of the figure) or by a humanized 4D5 antibody washing step using the method described in Example VIII followed by acid elution (right side of the figure). Three mutant 4D5 Fab molecules were prepared. That is, H91A (amino acid histidine at position 91 of the VL chain was mutated to alanine; shown in the “A” lane in the figure), Y49A (amino acid tyrosine at position 49 of the VL chain was mutated to alanine. ; Shown in the "B" lane in the figure), and Y92A (the amino acid tyrosine at position 92 of the VL chain was mutated to alanine; shown in the "C" lane in the figure). Amino acid position counting was performed according to Kabat et al. [“Protein Sequence of Immunological Inserts”, 4th edition, USDept of Health and Human Services, Public Health Service, Nat'l.Institute of Health, Bethesda, MD (1987)]. 図13:実験プロトコール中に記載したRIA親和性測定のスカッチャード分析が示されている。結合した標識化ECD抗原の量がx軸に示されており、結合量を遊離量で割った数値がy軸に示されている。線の傾きはKaを示し、計算したKdは1/Kaである。FIG. 13: Scatchard analysis of RIA affinity measurements described during the experimental protocol is shown. The amount of labeled ECD antigen bound is shown on the x-axis and the amount of bound divided by the amount released is shown on the y-axis. The slope of the line indicates Ka, and the calculated Kd is 1 / Ka.

Claims (10)

 融合タンパク質をコードしている遺伝子融合体に機能的に結合させた転写調節要素を含有するファージミド発現ベクターであって、該遺伝子融合体がポリペプチドをコードしている第1の遺伝子とファージコートタンパク質の少なくとも一部をコードしている第2の遺伝子を含有し、そして、
(a)該ベクターは成熟コートタンパク質をコードしている遺伝子を含まず、
(b)完全なファージゲノムを含まず、又は
(c)該ベクターによる宿主細胞の形質転換はヘルパーファージの不存在下ではファージ粒子を作らず、かつ
(d)mRNAの抑制可能な終止コドンをコードしているDNAトリプレットコドンが該第1および第2の遺伝子の融合末端の間に挿入されているか、または該遺伝子融合連結点に隣接するアミノ酸コード化トリプレットコドンの代わりに置換されている
ファージミド発現ベクター。
A phagemid expression vector containing a transcriptional regulatory element operably linked to a gene fusion encoding a fusion protein, said gene fusion comprising a first gene encoding a polypeptide and a phage coat protein Containing a second gene encoding at least a portion of
(A) the vector does not contain a gene encoding a mature coat protein,
(B) does not contain a complete phage genome, or (c) transforming a host cell with the vector does not produce phage particles in the absence of helper phage, and (d) encodes an mRNA repressible stop codon. A phagemid expression vector in which the replacing DNA triplet codon is inserted between the fusion ends of the first and second genes or is substituted for the amino acid-encoded triplet codon adjacent to the gene fusion junction .
 終止コドンがUAG、UAAまたはUGAである請求項1に記載のファージミドベクター。 The phagemid vector according to claim 1, wherein the stop codon is UAG, UAA or UGA.  ファージコートタンパク質が、繊維状ファージの遺伝子IIIによってコードされている請求項1又は2に記載のファージミド発現ベクター。 The phagemid expression vector according to claim 1 or 2, wherein the phage coat protein is encoded by gene III of filamentous phage.  哺乳動物タンパク質がヒトタンパク質である請求項3に記載のファージミド発現ベクター。 The phagemid expression vector according to claim 3, wherein the mammalian protein is a human protein.  タンパク質が、成長ホルモン、ヒト成長ホルモン(hGH)、デス−N−メチオニル ヒト成長ホルモン、ウシ成長ホルモン、副甲状腺ホルモン、チロキシン、インスリンA鎖、インスリンB鎖、プロインスリン、レラキシンA鎖、レラキシンB鎖、プロレラキシン、卵胞刺激ホルモン(FSH)、甲状腺刺激ホルモン(TSH)、ロイチナイジング ホルモン(LH)、糖タンパク質ホルモン受容体、カルシトニン、グルカゴン、因子VIII、抗体、肺表面活性物質、ウロキナーゼ、ストレプトキナーゼ、ヒト組織型プラスミノーゲン活性化因子(t−PA)、ボンベシン、因子IX、トロンビン、造血成長因子、腫瘍壊死因子αおよびβ、エンケファリナーゼ、ヒト血清アルブミン、ミュラー阻害物質、マウスゴナドトロピン関連ペプチド、β−ラクタマーゼ、組織因子タンパク質、インヒビン、アクチビン、血管内皮成長因子、インテグリン受容体、トロンボポエチン、プロテインAおよびD、リウマトイド因子、神経成長因子(NGF−β)、血小板成長因子、トランスフォーミング成長因子(TGF);TGF−αおよびTGF−β、インスリン様成長因子IおよびII、インスリン様成長因子結合タンパク質、CD−4、DNアーゼ、潜在性関連ペプチド、エリトロポエチン、骨誘導因子、インターフェロンα、βおよびγ、コロニー刺激因子(CSF)、M−CSF、GM−CSFおよびG−CSF、インターロイキン(IL)、IL−1、IL−2、IL−3、IL−4、スーパーオキシドジスムターゼ;崩壊促進因子、ウイルス抗原、HIVエンベロープタンパク質GP120およびGP140、心房性ナトリウム利尿ペプチドA、BおよびC、上記タンパク質の1を超えるサブユニットを有するタンパク質、免疫グロブリン、ならびにフラグメントからなる群から選択される請求項1〜4のいずれかに記載のファージミド発現ベクター。 The protein is growth hormone, human growth hormone (hGH), des-N-methionyl human growth hormone, bovine growth hormone, parathyroid hormone, thyroxine, insulin A chain, insulin B chain, proinsulin, relaxin A chain, relaxin B chain , Prorelaxin, follicle stimulating hormone (FSH), thyroid stimulating hormone (TSH), leutinizing hormone (LH), glycoprotein hormone receptor, calcitonin, glucagon, factor VIII, antibodies, lung surfactant, urokinase, streptokinase, Human tissue type plasminogen activator (t-PA), bombesin, factor IX, thrombin, hematopoietic growth factor, tumor necrosis factors α and β, enkephalinase, human serum albumin, Muller inhibitor, mouse gonadotropin-related peptide, β-lactamase, tissue Child protein, inhibin, activin, vascular endothelial growth factor, integrin receptor, thrombopoietin, protein A and D, rheumatoid factor, nerve growth factor (NGF-β), platelet growth factor, transforming growth factor (TGF); TGF-α And TGF-β, insulin-like growth factors I and II, insulin-like growth factor binding protein, CD-4, DNase, latency-related peptide, erythropoietin, osteoinductive factors, interferon α, β and γ, colony stimulating factor (CSF ), M-CSF, GM-CSF and G-CSF, interleukin (IL), IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, superoxide dismutase; decay-accelerating factor, viral antigen, HIV envelope protein GP120 and GP140, atrial natriuretic peptides A, B and C, more than one of the above proteins The phagemid expression vector according to any one of claims 1 to 4, which is selected from the group consisting of a protein having a unit, an immunoglobulin, and a fragment.  請求項1〜5のいずれかに記載のファージミド発現ベクター、及びコートタンパク質をコードする遺伝子を有するヘルパーファージを含有する宿主細胞。 A host cell containing the phagemid expression vector according to any one of claims 1 to 5, and a helper phage having a gene encoding a coat protein.  ファージミド粒子が請求項1〜5のいずれかに記載のファージミド発現ベクターの少なくとも一部分を含み、その粒子表面に融合タンパク質の2コピー以上を表示するファージミド粒子の量又は数が、20%未満であるファージミド粒子の群。 A phagemid particle comprising at least a part of the phagemid expression vector according to any one of claims 1 to 5, wherein the amount or number of phagemid particles displaying two or more copies of a fusion protein on the particle surface is less than 20%. A group of particles.  新規な結合ポリペプチドを選択するための方法であって、
(a)請求項1〜5のいずれかに記載のファージミド発現ベクターのファミリーを構築し(ここで、ファージミド発現ベクターは、変異体のポリペプチドをコードする変異体の第1遺伝子を含有する);
(b)ファージミド発現ベクターで適当な宿主細胞を形質転換し;
(c)該形質転換した宿主細胞を、組換えファージミド粒子を製造するのに十分な該ファージコートタンパク質をコードしている遺伝子を有するヘルパーファージに感染させ;
(d)該発現ベクターの少なくとも一部を含有する組換えファージミド粒子の形成に適切でかつ宿主を形質転換しうる条件のもと、該形質転換して感染させた宿主細胞を培養し(ここで、その粒子表面に融合タンパク質の2コピー以上を表示するファージミド粒子の量又は数が、20%未満である);
(e)該組換えファージミド粒子を標的分子と接触させて、ファージミド粒子の少なくとも一部を該標的分子と結合させ;そして
(f)標的分子に結合するファージミド粒子を未結合の粒子から分離する;
工程を含む方法。
A method for selecting a novel binding polypeptide, comprising:
(A) constructing a family of phagemid expression vectors according to any of claims 1 to 5 (where the phagemid expression vector contains a mutant first gene encoding a mutant polypeptide);
(B) transforming a suitable host cell with the phagemid expression vector;
(C) infecting the transformed host cell with a helper phage having a gene encoding the phage coat protein sufficient to produce recombinant phagemid particles;
(D) culturing the transformed and infected host cells under conditions suitable for the formation of recombinant phagemid particles containing at least a portion of the expression vector and capable of transforming the host (wherein The amount or number of phagemid particles displaying two or more copies of the fusion protein on the particle surface is less than 20%);
(E) contacting the recombinant phagemid particles with a target molecule to bind at least a portion of the phagemid particles to the target molecule; and (f) separating phagemid particles that bind to the target molecule from unbound particles;
A method comprising a step.
 請求項8に記載の方法により製造されるファージミド粒子の群。 A group of phagemid particles produced by the method according to claim 8.  第1の遺伝子がリンカーアミノ酸配列に結合したポリペプチドをコードし、ファージミド発現ベクターが変異体リンカーアミノ酸配列をコードする変異体の第1遺伝子を含有する、請求項8に記載の方法であって、工程(f)を、
(f)結合したファージミド粒子を、該結合したファージミド粒子の少なくとも一部の結合アミノ酸配列を加水分解できるプロテアーゼと接触させ;そして
(g)加水分解したファージミド粒子を単離し;そして場合により、
(h)さらに、適切な宿主細胞を、その加水分解したファージミド粒子と接触させ、そして工程(d)〜(g)を繰り返すこと;
によって置換する請求項8に記載の方法。
9. The method of claim 8, wherein the first gene encodes a polypeptide linked to a linker amino acid sequence, and the phagemid expression vector contains a mutant first gene encoding a mutant linker amino acid sequence. Step (f),
(F) contacting the bound phagemid particles with a protease capable of hydrolyzing at least a portion of the bound amino acid sequence of the bound phagemid particles; and (g) isolating the hydrolyzed phagemid particles; and, optionally,
(H) further contacting a suitable host cell with the hydrolyzed phagemid particles and repeating steps (d)-(g);
9. The method of claim 8, wherein
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