JP2004509642A - 増強されたトランスフェクション系 - Google Patents

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Abstract

(a)エピソーム維持系、(b)強力なプロモーター/エンハンサー、(c)タンパク質トランスアクチベーション系、および(d)異種タンパク質をコードしているDNA:を含んでなる哺乳動物細胞遺伝子発現ベクター系。エピソーム維持およびタンパク質トランスアクチベーション系は、細胞発現系内の同じか異なるプラスミドに配置されるサブ要素を含めることができる。

Description

【0001】
技術分野:
本発明は、一般に、哺乳動物細胞発現系における改良に関し、そして具体的には、エピソーム維持系(episomal maintenance system)、強力なプロモーター/エンハンサー、タンパク質トランスアクチベーション系および異種タンパク質をコードしているDNAを包含する哺乳動物細胞遺伝子発現ベクター系に関する。
【0002】
背景
種々の細胞宿主、例えば微生物細胞、酵母細胞、昆虫細胞および哺乳動物細胞は、比較的短期間に少量(ミリグラム量)の特定タンパク質を生産することが可能である。また、種々の遺伝子工学的に操作された宿主細胞系由来のタンパク質が、使用される細胞に応じて種々のグリコシル化プロフィルを有するタンパク質を生成することは周知である。ある症例における製薬適用では、ヒトにおいて見いだされるものに類似するグリコシル化プロフィルを有するタンパク質を生産することが望ましい。哺乳動物細胞系は臨床上の適用に適合するグリコシル化によるタンパク質を生産するので、このことは、そのような系を用いて達成される。哺乳動物細胞を使用することの短所は、それらが、典型的には等量のタンパク質を生産するのに比較的長い期間を必要とすることである。かくして、より短期間に、より多量のタンパク質を発現できる遺伝子工学的に操作された哺乳動物細胞発現系(異種のタンパク質を発現させるために)を有することが非常に望ましいであろう。
【0003】
種々のエピソーム維持要素が、複製を確実にするために遺伝子発現系においてベクター中に導入できることが知られている。また、遺伝子工学的に操作された系は、強力なプロモーター/エンハンサー系を含有できるし、多くの場合には含有すべきであることも周知である。さらに、遺伝子工学的に操作された細胞系が、系中にまた組み入れられる異種タンパク質をコードしているDNAからのタンパク質発現を増進するために、タンパク質トランスアクチベーション系を含有できることも周知である。この背景にもかかわらず、本発明者らは、すべての要素の組み合わされた利点が異種タンパク質を発現する単一の、機能的な系において存在するように、すべて4つの上記要素または系を単一の哺乳動物細胞発現系中に組み入れるためのいかなる試みまたは示唆も知らない。驚くべきことに、上記組み合わせ物が、以下に記述される技術を用いて作成された場合に、タンパク質発現に及ぼす相乗効果を表すことが見い出された。2つの異種タンパク質(IL−2SAおよびIL−4SAと呼ばれる)についての代表的例が以下に記述される。
【0004】
発明の概要
本発明の哺乳動物細胞遺伝子発現ベクター系は、
(a)エピソーム維持系、
(b)強力なプロモーター/エンハンサー、
(c)タンパク質トランスアクチベーション系、および
(d)異種タンパク質をコードしているDNA:
を含有する。
【0005】
エピソーム維持系およびタンパク質トランスアクチベーション系は、哺乳動物細胞発現系内の同じか異なるプラスミドに配置されるサブ要素を含めることができる。好適な系では、エピソーム維持系は、oriP要素(element)およびEBNA1発現遺伝子を含んでなる。好適な強力プロモーター/エンハンサーはCMVであり、そして好適なタンパク質トランスアクチベーション系はTATおよびTAR要素の両方を含む。異種タンパク質の好適なDNAコーディング配列は、IL−2SAおよびIL−4SAとして知られる物質(より詳細に以下に記述される)をコードしているDNAを含む。好適な哺乳動物細胞系は霊長類由来であるが、他の哺乳動物細胞系が使用されてもよい。しかしながら、好適な細胞系が下記理由のために非齧歯類でなければならないことは注意すべきである。
【0006】
本発明の系を例証するために使用される成分が以下に記述される。
【0007】
1.pBR322に基づく発現ベクターは、哺乳動物細胞発現のためにヒトCMVエンハンサー/プロモーター要素および5’−ISを補足された、このプラスミドはpSM97である(米国特許第5,854,021号に記述されている)。
【0008】
2.EBNA1およびoriP要素、これらはエピソーム構造としてのプラスミドDNAの維持を支持することができ(Yates et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 81:3806−3810および米国特許第4,686,186号)、上記発現ベクターに付加された。
【0009】
3.TAT(トランスアクチベーター遺伝子)およびTAR(トランス活性化応答性配列)要素、これらは、本明細書ではTAT/TAR要素と呼び、TATタンパク質のトランス活性化機能を支持でき(米国特許第5,801,056号)、発現ベクターに付加されてTAT/TAR要素と組み合わせられたoriP発現ベクターを得た。
【0010】
4.エプスタイン・バールウイルス起源のBMLF1トランスアクチベーター(Lieberman et al.,J.Virol 60:140−148,1986,Kenney et al.,J.Virol,63:3870−3877,1989およびRuvolo et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 95:8852−8857)がベクター中に挿入された。
【0011】
特定の実施態様
材料および方法
細胞
ヒト胎児腎細胞(293)(ATCC CRL−1573)
Invitrogen(Carlsbad,CA)から得られた293EBNA(EBNA1発現性293細胞)
ジヒドロ葉酸レダクターゼ(dhfr)−ネガティブCHO(チャインーズハムスター卵巣)細胞はGenentech Inc.から得られた。
【0012】
HKB11(ATCC CRL−12568)は、ヒト胎児腎(293S)細胞とバーキットリンパ腫起源(P3HR−1)細胞の細胞融合由来のヒト体性ハイブリッド細胞系(米国特許出願第09/209,920号)である。
【0013】
プラスミド構築
IL−2SAは、WO99/60128に記述されているように、単一アミノ酸置換(N88R)を有するIL−2ムテインである。図1−1および1−2の個々の発現ベクターの簡単な説明は次のとおりである。
【0014】
pSL160N:IL−2SAコーディング配列がpSM97のPvuII部位中に挿入され、そしてさらに、pSM97のSpeI部位中にMcArthurおよびStanners(J.Biol Chem 266:6000−6005,1991)において記述されたHSAG1要素(EcoRIおよびXbaIフラグメント;1447bp)を、そしてpSM97のNaeI部位中にEBV−TR(Cho et al.,米国特許出願第09/209,915号)を付加することによって改変された。
【0015】
pSS179:IL−2SAコーディング配列がpCEP4のBamHI/XhoI部位中に挿入された。
【0016】
pSS178:TAR要素(82bp)がpSS179のIL−2SAの上流に配置される。
【0017】
pSS185:プラスミド構築において記述された機能性TAT要素がpSS178のNruI部位(TKプロモーターの上流部位)中に挿入された。
【0018】
pSH201:イントロン配列、MIS(〜270bp)が、pSS185のTAR配列(NotI/HindIII)の3’末端に配置された。
【0019】
pSC221:pSL160NのHSAG要素が除去され、そしてTAR要素がCMVe/pの3’末端およびMISの5’末端に配置された。
【0020】
pSS225:EBNA1および機能性TATおよびhph発現セグメントがpSH201から切除された。
【0021】
pSS226:機能性TAT発現要素がpSS225のamp−r遺伝子の5’末端に挿入された。
【0022】
図2の個々の発現ベクターの説明は次のとおりである。
【0023】
pSS210:BMLF1およびhph発現性oriPプラスミドはプラスミド構築の節において記述された。
【0024】
pSS212:IL−2SAコーディング配列がpSS210のCMVe/pの3’末端に配置された。
【0025】
pSS213:TAR要素がpSS212のIL−2SAの5’末端に配置された。
【0026】
pSS214:イントロン配列、MISが、pSS213のIL−2SAの5’末端にさらに付加された。
【0027】
図7の個々のプラスミド構造の簡単な説明は次のとおりである。
【0028】
pSS223:このプラスミドは、基本的にはpSS225と同じであるが、IL−2SAコーディング配列を失っている。
【0029】
pSC186:TATコーディング配列がpCEP4のCMVe/pの3’末端に配置され、そして機能性hph発現セグメントが欠失された。
【0030】
pSS240:IL−2SAコーディング配列がpSS223のPvuII部位中に挿入された。
【0031】
pSS241:IL−4コーディング配列がpSS223のPvuII部位中に挿入された。
【0032】
機能性dhfr遺伝子発現をもつpBR322に基づく哺乳動物細胞発現ベクター(pSM97;Cho et al.,米国特許第5,854,021号)。oriP、EBNA1、およびpBR322に基づく機能性hph遺伝子発現からなるpCEP4ベクターは、Invitrogen(Carlsbad,CA)から得られた。
【0033】
TAR要素の82塩基対は、鋳型としてpBennCAT(Gendelman H.E.et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 83:9759−9763,1986)を用いてPCRによって調製された。2つのプライマーは、TARの5’末端にKpnI部位を、そしてTARの3’末端にHindIII部位を付加することによって作成され、そしてKpnIおよびHindIIIによるpCEP4の消化後にpCEP4中に挿入された。機能性TAT遺伝子発現セグメントは、pSVTAT(Peterlin B.M.et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 83:9734−9738,1986)から、それをBamHI(クレノウフラグメントにより改変された)およびHpaIにより消化することによって調製された。
【0034】
このフラグメントは、PvuIIおよびHpaIによる消化後pSVneoに挿入された。この機能性TAT発現セグメントは、PvuIIおよびBamHIによる消化によって容易に切り取られて、図1(pSS185およびpSC221)に示されるようないかなる他の発現ベクター中にも挿入できる。BMLF1コーディング配列およびポリAシグナル領域は、B95/8 EBV配列データ(P.J.Farrell,”Epstein−Barr Virus Genome”in Advanced Viral Oncology;edited by Klein;Ravens Press,Ltd.:New York 1989,pp103−132)の84301(NheI)から82180(HindIII)までのDNA配列を包含するB95−8 EBVから調製され、そしてpCEP4、CMVe/pをもつベクターのPvuII部位に挿入された。
【0035】
機能性BMLF1発現セグメントは、このベクターからSpeIおよびNheIによる消化によって除去され、そして新しい発現ベクターが構築された。IL−2SAとして既知のインターロイキン−2ムテイン(N88R)(特許出願WO9960128,IL−2選択性アゴニストおよびアンタゴニスト)はレポーター遺伝子として使用された。
【0036】
トランスフェクション
静置(stationary)トランスフェクションは、足場依存方式で増殖する細胞を用いて行われた。5%FBS添加または血清無添加いずれかの新鮮培地4ml中、対数増殖HKB11細胞(1.5x10細胞)が、6穴形式の組織培養皿(Corning Inc.,NY)の1つのウェル中に接種され、そして加湿CO培養器において37℃で2時間以上プレートの底に接着させた。DNA5μgおよびDMRIE−C試薬(Life Technologies,Rockville,MD)20μgからなるカクテル(1ml)が、製造元のプロトコールにしたがって調製され、そしてウェルに添加され、静かに混合された。プレートはCO2培養器中でインキュベートされた。
【0037】
振盪トランスフェクションは、血清不含の懸濁状態に適応された細胞を用いて行われた。新鮮培地4ml中対数増殖HKB11細胞(5x10細胞)が、上記静置トランスフェクションにおけると同様に、DNA/DMRIE−C混合液1mlと混合された。この6穴プレートにおいてトランスフェクションされた細胞5mlが、加湿CO培養器中の振盪器(90−100rpm)において培養された。トランスフェクションされた細胞は、1:4または1:5のいずれかに分配することによってトランスフェクション後3および7日(dpt)目に継代培養された。総培養容量は、10dptに初発トランスフェクション容量から20倍まで増加された。組織培養上澄液はタンパク質の分泌レベルを決定するためにELISAによって分析された。
【0038】
ELISA
IL−2SAを検出するために、Dynatech Immuno−2丸底プレートが、0.1MNaHCO(pH8.2)バッファーを用いてラット由来の精製抗ヒトIL−2(PharMingen,San Diego,CA)1μg/mlによりコーティングされ、加湿器中で37℃で3時間インキュベートされ、PBS/0.05%Tween20(Sigma P−1379,St Louis,MO)で洗浄され、そして室温で1時間PBS/1%BSAでブロックされた。IL−2SAを含有する培養上澄液および精製IL−2SAのスタンダード(標準曲線としての)が、PBS/1%BSA(50μg/ウェル)により連続に希釈され、そして室温で2時間インキュベートされた。捕捉されたIL−2SAは、ビオチニル化マウス抗ヒトIL−2(62.5ng/ml;PharMingen,San Diego,CA)を用いて検出され、続いてHRP−ストレプトアビジン(125ng/ml;Zymed Laboratories Inc.#43−4323,South San Francisco,CA)とともにインキュベートされた。全インキュベーションの間(室温で1時間インキュベーション毎に)、プレートはPBS/Tween20により洗浄された。プレートは基質溶液テトラメチルベンジジン(TMB;Kirkegaard & Perry Laboratories,Inc.#50−65−00および50−76−01,Gaithersburg,MD)を用いて発色させ、そして反応は1NHClで停止された。光学濃度(OD)は、Molecular Device’s Vmax Kinetic microplate reader(S/N04514,Sunnyvale,CA)およびMolecular Deviceによって供給されるSoftmaxプログラムを用いて450nm/570nmにおいて測定された。組織培養上澄液中のIL−2SA濃度は、精製IL−2SAの標準曲線のODに比較して決定された。
【0039】
ヒト・インターロイキン−4(IL−4)分泌を測定するために、アッセイは、マウス抗ヒトIL−4抗体(PharMingen,Cat.#18651D,San Diego,CA)がプレートをコーティングするために使用され、そしてビオチニル化抗ラットIL−4(PharMingen,Cat.#18502D,San Diego,CA)が検出抗体として使用される以外は同様であった。精製IL−4分子がスタンダードとして使用された。
【0040】
実施例1
TAT/TAR−oriP発現ベクターを用いる一過性トランスフェクションアッセイにおけるタンパク質発現
pBR322プラスミド中にCMVe/pを有する哺乳動物細胞発現ベクターは、異種タンパク質1−20μg/mlの比較的高レベルの発現および分泌を示した。しかしながら、若干のタンパク質は、発現が非常に困難であった、例えばIL−2SA。したがって、本発明者らは、転移されたプラスミドをエピソームとして維持するために、種々の増強要素、主にトランス活性化タンパク質およびoriP要素を有する種々の発現ベクターを構築した。どちらかの要素単独では一過性トランスフェクションアッセイにおいて低レベルの増加(3−5倍)を示した。本発明者らは、1つはpCER4ベクター中にIL−2SAを有し(pSS179)、そして他方はpSS179にTAT/TARトランス活性化要素の付加を有する(pSS185)、2種の発現ベクターを構築した。両IL−2SA発現プラスミドDNA(pSS179およびpSS185)は、制限酵素により消化され、そして両方および未切断のプラスミドの同量のDNA(各5μg)がトランスフェクションされた。両制限酵素消化DNAの少量が使用されて、同じ量および質(線形への100%変換を見るために)が各トランスフェクションにおいて使用されたことを保証するために沈殿したDNAの量が確認された。トランスフェクションは5%FBSを補足した培地により静置トランスフェクション法を用いて実施された。線状DNAはこの条件では複製できないので、各プラスミドの発現レベルは、線形のプラスミドがoriP機能を欠いているという仮定の下で分析された。oriPおよびTAT/TARは増進効果をもつけれども、CMVプロモーターの調節下で別々に評価された場合、増強は一過性トランスフェクションアッセイにおいてはかなり低い(3−5倍)。
【0041】
図3において示されるように、oriP要素(未切断pSS179)およびTAT/TARトランスアクチベーション(切断pSS185)のIL−2SA分泌に及ぼす効果は、3dptにはpSS179の線形からの分泌効果よりもそれぞれ2.7および6倍高かった。5dptにおける増加倍数はそれぞれ5.6および10であった。しかしながら、未切断pSS185(インタクトのTAT/TARトランスアクチベーションおよびoriP機能)は、予期せぬことに、切断pSS179からのレベルよりも高いレベル(3dptでは26倍および5dptでは34倍)のIL−2SA分泌を示した。
【0042】
また、本発明者らは、同じ機能性要素からなる他のベクター構築物を試験した。IL−2SA発現ベクターpSC221(TAT/TAR−dhfr)、pSH201(EBNA1を有するTAT/TAR−oriP)およびpSS226(TAT/TAR−oriP w/o EBNA1)がHKB11および293EBNA細胞をトランスフェクションするために使用されて、2種の宿主細胞が比較され、そしてTAT/TARおよびTAT/TAR−oriPのエピソームベクターが比較された。発現ベクターの物理的地図については図1参照。表1において示されるように、TAT/TAR(pSC221)を超えるTAT/TAR−oriP効果(pSH201)は、3dptにおいてHKB11細胞において〜9倍高く、そして293EBNA細胞では〜4倍高かった。この効果はエピソーム状および線状pSS185を用いて観察された効果(4.4倍)に類似していた(図3)。293EBNA細胞は、HKB11細胞よりもやや低いIL−2SAの分泌レベルを示したが、TAT/TAR−oriPベクターが、HKB11細胞以外の細胞、ここでは293EBNA細胞において、最高のタンパク質生産のために使用できることは明らかであった。本発明者らは、EBNA1遺伝子を備えたTAT/TAR−oriPベクターが、EBNA1遺伝子をもたないものよりもやや良好であることを観察した。HKB11および293EBNA細胞はエピソームベクターを維持するのに十分なEBNA1タンパク質をもたないのであろうと考えられる。
【0043】
また、同じ機能性要素からなる他のベクター構築物が試験された。IL−2SA発現ベクターpSC221(TAT/TAR−dhfr)、pSH201(EBNA1を有するTAT/TAR−oriP)およびpSS226(TAT/TAR−oriP w/o EBNA1)がHKB11および293EBNA細胞をトランスフェクションするために使用されて、2種の宿主細胞が比較され、そしてTAT/TARおよびTAT/TAR−oriPのエピソームベクターが比較された。発現ベクターの物理的地図については図1参照。表1において示されるように、TAT/TAR(pSC221)を超えるTAT/TAR−oriP効果(pSH201)は、HKB11細胞において〜9倍高く、そして293EBNA細胞では〜4倍高かった。この効果はエピソーム状および線状pSS185を用いて観察された効果(〜5倍)に類似していた(図2)。293EBNA細胞は、HKB11細胞よりもやや低いIL−2SAの分泌レベルを示したが、TAT/TAR−oriP相乗効果が、また、最高のタンパク質生産についてHKB11細胞以外の293EBNA細胞においても観察されることは明らかであった。本発明者らは、EBNA1遺伝子を備えたTAT/TAR−oriPベクターが、EBNA1遺伝子をもたないものよりもやや良好であることを観察した。HKB11および293EBNA細胞がエピソームベクターを維持するのに十分なEBNA1タンパク質をもたないのであろうと考えられる。
【0044】
表1.TAT/TARおよびTAT/TAR−oriPベクターでトランスフェクションされたHKB11および293EBNA細胞の、3dptにおける血清不含培地におけるIL−2SA分泌についての比較
【0045】
【表1】
Figure 2004509642
【0046】
註:TAT/TARおよびTAT/TAR−oriPによるIL−2SAの増加倍数は、pSC221からのIL−2SA生産を1と仮定して計算された。
【0047】
実施例2
BMLF1−oriP発現ベクターを用いる一過性トランスフェクションアッセイにおけるタンパク質発現
BMLF1は、元来、乱交雑トランスアクチベーターとして知られていた(Lieberman et al.,J.Viol 60:140−148,1986)。その後、このタンパク質が転写後トランスアクチベーターであることが見い出された(Kenney et al.,J.Viol、63:3870−3877、1989)、そして最近では、イントロンのない遺伝子発現のためのトランスアクチベーターとして、そしてイントロン結合の遺伝子発現に対するインヒビターとして記述された(Ruvolo et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 95:8852−8857)。本発明者らは、哺乳動物の遺伝子発現(IL−2SA)のトランス活性化機能についてBMLF1タンパク質を試験した。pSS210のCMVe/pの下流に挿入された5’−ISをもたないIL−2SAコーディング配列がpSS212である。IL−2SA発現性コーディング配列は、IL−2SAの5’末端にTAR配列を付加することによって改変され(pSS213)、そしてさらにpSS213のIL−2SAの5’末端にイントロン配列(MIS)を付加することによって改変されて、ベクターpSS214がもたらされた。個々の発現ベクターの物理的地図については図2参照。静置一過性トランスフェクションアッセイは、BMLF1タンパク質が、イントロンに関係なくIL−2SA発現を、血清含有培地を用いてHKB11では3−4倍(表2)、そしてCHO細胞では10−20倍(表3)増進したことを示した。
【0048】
表2.血清含有培地において種々のIL−2SA発現ベクターでトランスフェクションされたHKB11細胞からのIL−2SA生産(3dpt)の比較
【0049】
【表2】
Figure 2004509642
【0050】
註:BMLF1によるIL−2SA生産の増加倍数は、pSS179からのIL−2SA生産を1と仮定することによって3実験の平均から計算された。
【0051】
図3に記述されるように、pSS212、pSS213およびpSS214は、それぞれ、イントロン−レス、TARを有するイントロン−レス、およびTAR−MISを分子の5’末端に備えたIL−2SA発現セグメントを有する。
【0052】
表3.血清含有培地において種々のIL−2SA発現ベクターでトランスフェクションされたCHO細胞からのIL−2SA生産(3dpt)の比較
【0053】
【表3】
Figure 2004509642
【0054】
註:増加倍数および発現ベクターは表2に記述されている。
【0055】
実施例3
長時間の一過性トランスフェクションアッセイにおけるタンパク質生産
より多量のタンパク質を作成するために、本発明者らは、トランスフェクション後10日までの長時間培養においてoriPプラスミドにおけるこれらのトランス活性化タンパク質を試験した。この実験では、IL−2SAの基本発現ベクター(pSL160N)、TAT/TARトランス活性化要素を補足したIL−2SA発現ベクター(pSC221)、oriP要素のみを有するIL−2SA発現ベクター(pSS225)および両TAT/TARトランス活性化要素およびoriP要素を有するIL−2SA発現ベクター(pSS185)が使用された。プラスミド構造の物理的地図については図1参照。血清不含懸濁条件に適合されたHKB11細胞が、先に記述された振盪トランスフェクション法の下でトランスフェクションされた。トランスフェクションされた細胞は、トランスフェクション後10日間をとおして、3dptおよび7dptにおいて2回、4−5倍に分配することによって血清不含培地を用いて継代培養された。総トランスフェクション培養容量は20−25倍に増加された。
【0056】
本発明者らは、oriP効果およびTAT/TARトランスアクチベーション効果(表4)が、図3に示されたデータとはやや異なることを観察したが、これは、oriPプラスミドDNAの線形(例えば、線状化pSS179およびpSS185)およびoriP要素をもたないプラスミド構造(例えば、pSL160NおよびpSS221)の種々のプラスミド状態によって説明することができる。例えば、線状pSS179の基礎発現ベクターは、pSL160Nにより同じ結果を示すと推測され、そしてpSS185は、プラスミド構造を線状化することによって妨げられたoriP機能のために、pSC221と同じであると推測された。しかしながら、TAT/TARおよびoriP機能の合体された効果は類似していた。この長時間培養において、表4に示されるように、タンパク質発現(IL−2SA力価)に見られる増加は、発現レベルの激しい低下もなく維持された。長時間の一過性トランスフェクション(10日)におけるpSS185(TAT/TARおよびoriP要素を含有するIL−2SA発現ベクター)からのIL−2SA生産の総収量は、5x10初発細胞数を用いてトランスフェクションされたDNA5μgから顕著に高いタンパク質収量(460.8μg)を示したが、一方、同じ量のDNAおよび細胞を用いる3日培養における非最適化発現ベクター(pSL160N)は、標準発現ベクターを用いて10dptにはタンパク質28.8μgおよび3dptには1.4μgを収穫できるだけである。
【0057】
この系は、タンパク質の効率的生産の用途では容易にスケールアップされることが示された、例えば、50x10HKB11細胞(50ml培養)がpSS18550μgによりトランスフェクションされた場合、最終培養容量1リットルをもつトランスフェクション後10日目にはタンパク質約5mgを得ることができた。経験的に、この効果は比例的であり、そして振盪フラスコを用いるDNA500μgからのタンパク質の生産は、6穴形式でDNA5μgを用いる標準トランスフェクションにおいて見いだされるよりも約100倍多いことが見いだされた。この大規模トランスフェクションの結果は、この長時間スケールアップトランスフェクション系を用いるDNA調製およびトランスフェクション試薬の費用が、初発材料(DNA、トランスフェクション試薬および細胞)を20−25倍多く使用する標準トランスフェクション系に較べて、節約できることを示している。
【0058】
表4.血清含有条件下で種々の発現ベクターを用いる長時間そしてスケールアップの一過性トランスフェクション系におけるIL−2SA生産の比較
【0059】
【表4】
Figure 2004509642
【0060】
註:総収量は、容量(ml)でのIL−2SA力価の倍率を示す。
【0061】
pSL160N:dhfrベクターにおけるIL−2SAコーディング配列
pSS221: TAT/TARベクターにおけるIL−2SAコーディング配列
pSS225: oriPベクターにおけるIL−2SAコーディング配列
pSS185: TAT/TAR−oriPベクターにおけるIL−2SAコーディング配列。
【0062】
細胞は3dptでは1:4に、そして7dptでは1:5に分配された。
【0063】
実施例4
薬物選別下でのタンパク質発現
oriP、pSS178およびpSS179(プラスミドの物理的地図については図1参照)からのIL−2SA発現が、さらに長時間、より大規模なタンパク質を生産するために薬物耐性細胞を得るための薬物選別下で試験され、そしてTAT/TAR−oriPベクター、pSS185からのIL−2SA発現と比較された。血清不含の条件下で振盪フラスコにおいて増殖するHKB11細胞が、6穴形式を用いて3種の発現ベクターによりトランスフェクションされた。トランスフェクション後3日目に、トランスフェクションされた細胞は、ハイグロマイシンB(HygB)100μg/mlを補足した血清(5%)含有培地20ml中に2x10細胞で振盪フラスコに接種された。細胞はこの同じ選別培地を用いて1週間に2回継代培養された。細胞は遠心分離され、そして最初の3継代では同容量の新鮮培地に再懸濁された。この最初の選別期の後、細胞培養は細胞密度5x10細胞/mlを維持することによって継代培養された。各継代からのIL−2SA生産力価がELISAによって測定された。4週後の生産においてpSS185からのIL−2SA生産性は、pSS178およびpSS179からの生産性より、10倍を超える高い力価において維持されていた(図6)。これらの結果は、薬物選別系の下では、oriP要素を一緒に含有するTAT/TARトランス活性化要素が、oriPベクター、pSS178およびpSS179からのIL−2SA生産性と比較した場合、はるかに高い生産性を示すことを表している。
【0064】
実施例5
ハイスループットトランスフェクションのためのTAT/TAR−oriP系
TAT/TAR−oriP発現ベクターが、予期せぬ高いタンパク質の発現を示したが、ベクターのサイズは高いハイスループットクローニングに使用するには大きすぎる。したがって、本発明者らは、発現ベクターを2つの機能性群に分けた。主たるクローニングベクター(5.9kb)は、oriPベクター、pSS223においてCMVe/p、TAR、MIS、クローニング部位(PvuII)およびポリAシグナルからなる。TAT発現oriPベクター(8.7kb)pSC186プラスミドは、コ・トランスフェクションされるプラスミドであった。ハイスループットスクリーニングのための一過性トランスフェクションアッセイにおいて、本発明者らは、問題の遺伝子をもつpSS223 5μgおよびTAT発現oriPプラスミドpSC186 1μgを転移することができる。図7に示されるように、IL−2SAおよびIL−4コーディング配列がpSS223のPvuIIクローニング部位中に挿入された。得られるプラスミドは、それぞれpSS240およびpSS241である。HKB11細胞は、血清不含条件下で振盪トランスフェクション方式においてpSS240もしくはpSS241 5μgおよびpSC186 1μgをコ・トランスフェクションされた。本発明者らは、oriPベクター(pSS225)を超えるTAT/TAR−oriPベクター(pSS185)(表4)におけるように、コ・トランスフェクションアッセイにおいて3−5倍増加という類似の結果(表5)を観察した。この結果は、2つの機能的に分けられたプラスミドのコトランスフェクション法が、両TAT/TARおよびoriP要素からなる単一の発現ベクターのトランスフェクションと等価であることを示している。
【0065】
表5.TAR−oriPベクターからのタンパク質生産(μg/ml)の、TAT−oriPベクターとのコトランスフェクションからのそれとの比較
【0066】
【表5】
Figure 2004509642
【0067】
註:増加倍数は、単独トランスフェクションの値を超えるコトランスフェクション値から計算された。
【0068】
検討
哺乳動物細胞によって発現される異種タンパク質は、通常、非哺乳動物細胞から発現されるタンパク質よりも、タンパク質を特性決定するために、より良好またはより望ましい量を有し、かくして哺乳動物細胞が好適である。しかしながら、哺乳動物細胞によって生産されるタンパク質の量は、通常他の系よりも少ない。上記問題を補うために、本発明者らは、一過性トランスフェクション系を最適化して「安定した行路(fast track)」のタンパク質生産を作成した。本結果は、次のような多くのファクターに基づいている:
1.血清不含の懸濁状態に適合された最適化HKB11細胞宿主。
【0069】
2.血清不含培地を用いる振盪トランスフェクション法。この方法では、本発明者らは、最適増殖条件下で、より大きい初発細胞密度を使用することができ、これに続いて、より多くのタンパク質を生産するできる。静置トランスフェクションでは、モノレアーとして増殖する細胞の非最適増殖条件のために、1ウェル当たり1.5x10以上の細胞をトランスフェクションのために使用することができなかった。トランスフェクションのためにモノレアー細胞(例えばCHO細胞)を使用する場合、トランスフェクションされる培養物の振盪状態が、理由は完全には明らかではないが、非振盪状態以上よりも多くのタンパク質分泌(2−3倍)を提供する。
【0070】
3.転移されたプラスミドをエピソームとして維持できるoriP要素、ならびにタンパク質発現を増進できるトランスアクチベーション要素を同時に用いる最適化発現ベクター。
【0071】
4.この改良されたトランスフェクションのもっとも決定的な部分および予期せぬ結果は、タンパク質発現のためのoriP要素およびTAT/TARトランスアクチベーション要素の組み合わせであり、そして単一のベクターまたはトランスフェクション系におけるそのような組み合わせ物は先行技術では示唆されていなかった。
【0072】
CHO細胞を用いる実験は、TAT/TAR−oriPトランスアクチベーション系において非効率的データを得た後、そして次の公表された情報に基づき、強くは追求されなかった。oriPプラスミドは、齧歯類細胞では効率的に複製せず(Yates et al.,Nature 313:812−815,1985およびMizuguchi et al.,FEBS lett 472:173−178,2000)、そしてCHO細胞はTAT/TARトランスアクチベーション系についての細胞因子を欠いている(Alonso et al.,J.Virol 66:4617−4621,1992およびWimmer et al.,Virology 255:182−189,1999)。
【0073】
前記開示が示されれば、ここに改変が当業者にとって起きることは考えられる。したがって、前記実施例は具体的説明として考慮されるべきであり、本明細書に開示された本発明の範囲は次の請求項によってのみ限定されるべきであると意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1−1および1−2】
発現ベクターの最適化のトランスフェクション研究のために使用されるインターロイキン−2ムテイン(IL−2SAと呼ばれる)発現ベクターの物理的地図を示し、これは、組み合わされたoriPとTAT/TAR要素を含有した。
【図2】
BMLFトランスアクチベーション効果のトランスフェクション研究のために使用される発現ベクターの物理的地図を示す。
【図3】
oriP効果、TAT/TARトランスアクチベーション効果およびTAT/TARトランスアクチベーション+oriP効果を特定し、そして比較するために使用される一過性トランスフェクションアッセイにおけるIL−2SA分泌の増進を示す図である。oriP機能が制限酵素を用いる線状化の後に失われ、そして線状化pSS185に類似しているので、本発明者らはIL−2SA発現レベルのベースラインとして線状化pSS179を仮定したことに注目。
【図4】
長時間培養におけるCHO細胞からのIL−2SA分泌に及ぼすBMLF1トランスアクチベーション効果を示す。3dptにおいて、細胞はトリプシンで処理され、そして5%FBSを補足した新鮮な培地を有するウェルにおいて同数の細胞で接種された。pSS179でトランスフェクションされたCHO細胞からのIL−2SAの分泌レベルは、4−7dptをとおして3dptのそれと同様に維持された。しかしながら、pSS212,213および214でトランスフェクションされたCHO細胞からのIL−2SA発現レベルは、4dpt後には、3dptにおいて示されたBMLF1トランスフェクション活性のいかなる増進効果も示さなかった。
【図5】
薬物選別下の長時間培養におけるHKB11細胞からのIL−2SA分泌に及ぼすBMLF1トランスアクチベーション効果を示す。pSS212,213および214でトランスフェクションしたHKB11細胞からの、3dptにおいて見られたBMLF1トランスアクチベーション効果は、HygB添加後失われたが、TAT/TAR効果は図6において示されるように薬物選別下で維持された。
【図6】
ハイグロマイシンB選別下のHKB11細胞からのIL−2SA分泌に及ぼすTAT/TARトランスアクチベーション効果を示す。トランスフェクションされた細胞は本文記載のように維持された。
【図7】
ハイスループット発現についてコトランスフェクション研究のために使用された発現ベクターの物理的地図を示す。

Claims (21)

  1. 複数のプラスミドを含有し、そして
    a.エピソーム維持系、
    b.強力なプロモーター/エンハンサー、
    c.タンパク質トランスアクチベーション系、および
    d.異種タンパク質をコードしているDNA:
    を含んでなる、哺乳動物細胞遺伝子発現ベクター系。
  2. エピソーム維持系が要素oriP要素およびEBNA1発現遺伝子を含有する、請求項1の系。
  3. oriP要素およびEBNA1発現遺伝子が同じプラスミドに存在する、請求項1の系。
  4. oriP要素およびEBNA1発現遺伝子が別々のプラスミドに存在する、請求項1の系。
  5. oriP要素がプラスミドに存在し、そしてEBNA1タンパク質が宿主細胞中に存在する、請求項1の系。
  6. 強力プロモーター/エンハンサーがCMVである、請求項1の系。
  7. タンパク質トランスアクチベーション系がTATおよびTAR要素の両方を含む、請求項1の系。
  8. TATおよびTAR要素が同じプラスミドに存在する、請求項7の系。
  9. TATおよびTAR要素が別々のプラスミドに存在する、請求項7の系。
  10. TAR要素がプラスミドに存在し、そしてTAT要素が発現細胞中に存在する、請求項7の系。
  11. タンパク質トランスアクチベーション系がBMLF1タンパク質を含む、請求項1の系。
  12. BMLF1遺伝子が同じプラスミドに存在する、請求項11の系。
  13. BMLF1遺伝子が別々のプラスミドに存在する、請求項11の系。
  14. BMLF1タンパク質が細胞において発現される、請求項11の系。
  15. 異種タンパク質が、IL−2SAおよびIL−4Rからなる群から選ばれる、請求項1の発現ベクター系。
  16. 哺乳動物細胞系が霊長類由来である、請求項1の系。
  17. 請求項1の哺乳動物遺伝子発現ベクター系を含んでなる哺乳動物細胞系。
  18. 細胞系がHKB11である、請求項17の哺乳動物細胞系。
  19. 細胞系が293EBNAである、請求項17の哺乳動物細胞系。
  20. 細胞系が293細胞系である、請求項17の哺乳動物細胞系。
  21. 請求項1の細胞系を用いて異種タンパク質を発現する方法。
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