JP2004512004A

JP2004512004A - ボツリヌス神経毒に対する組換えワクチン

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Publication number: JP2004512004A
Application number: JP2000616731A
Authority: JP
Inventors: スミス、レオナルド、エー．; ビルネ、マイケル、ピー．; ミドルブルック、ジョン、エル．; ラペノティール、ヒュー
Original assignee: ユナイテッド　ステイツ　アーミー　メディカル　リサーチ　アンド　マテリエル　シーエムディー
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2004-04-22
Also published as: AU5003500A; WO2000067700A3; AU783450B2; WO2000067700A2; CA2371279A1; EP1180999A2; EP1180999A4

Abstract

本発明は、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の防御エピトープを含むポリペプチドをコードする合成遺伝子の調製と発現に関する。本発明はまた、合成遺伝子によりコードされる免疫原性ペプチドの産生、ならびに組換え生物からの免疫原性ペプチドの回収と精製に関する。本発明はまた、発現されたペプチドを使用してボツリヌスに対するワクチン接種を施す方法に関する。

Description

【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の防御エピトープを含むポリペプチドをコードする合成遺伝子の調製と発現に関する。本発明はまた、発現されたペプチドを使用してボツリヌスに対するワクチン接種を施す方法に関する。
【０００２】
関連技術
胞子形成性で偏性嫌気性のグラム陽性バチルスであるクロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）は、８つの形の抗原として区別可能な外毒素を産生する。破傷風神経毒（Ｔｅｔａｎｕｓｎｅｕｒｏｔｏｘｉｎ）（ＴｅＮＴ）は、破傷風菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｔｅｔａｎｉ）により産生されるが、一方ボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）は、特異的な中和により血清学的に区別される７つの異なる神経毒を産生する。ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）は、血清型Ａ、Ｂ、Ｃ_１、Ｄ、Ｅ、Ｆ、およびＧと呼ばれる。ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）は、最も毒性の高い公知の物質であり、そしてボツリヌス中毒症の原因物質である。ＢｏＮＴは、神経筋接合部で神経伝達物質であるアセチルコリンの放出を阻害することにより、その作用を発揮し（Ｈａｂｅｒｍａｎｎ，Ｅ．ら，（１９８６），「クロストリジウムの神経毒：細胞および分子レベルでの取扱いと作用」，Ｃｕｒ．Ｔｏｐ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｉｍｍｕｎｏｌ．，１２９：９３−１７９；Ｓｃｈｉａｖｏ，Ｇ．ら，（１９９２ａ），「破傷風およびボツリヌス−Ｂ神経毒はシナプトブレビン（Ｓｙｎａｐｔｏｂｒｅｖｉｎ）のタンパク分解性切断により神経伝達物質の放出をブロックする」，Ｎａｔｕｒｅ，３５９：８３２−８３５；Ｓｉｍｐｓｏｎ，Ｌ．Ｌ．，（１９８６），「ボツリヌス毒素と破傷風毒素の分子薬理学」，Ａｎｎｕ．Ｒｅｖ．Ｐｈａｒｍａｃｏｌ．Ｔｏｘｉｃｏｌ．，２６：４２７−４５３）、これによって弛緩性麻痺の症状に至らせる。実際、毒素のほんの少数の分子だけで、神経細胞の作用を破壊できる。特異的な神経毒に対して誘導されるポリクローナル抗体は、その毒素の毒性作用を中和することができるが、別の毒素の血清型を交差中和できない。すなわち、７つ全ての毒素に対して防御するためには、７つのワクチンが必要である。
【０００３】
ボツリヌス神経毒は、単一の１５０ｋＤａポリペプチド鎖として翻訳され、次いで翻訳後ニックを入れられて、ジスルフィド結合により連結されたままの、１００ｋＤａ重鎖と５０ｋＤａ軽鎖とからなる二鎖を形成する（ＤａｓＧｕｐｔａ，Ｂ．Ｒ．ら，（１９７２），「ボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）Ａ、Ｂ、およびＥ型毒素における共通のサブユニット構造」，Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，４８：１０８−１１２；ＤａｓＧｕｐｔａ，Ｂ．Ｒ．，（１９８９），「ボツリヌス神経毒の構造」，ＢｏｔｕｌｉｎｕｍＮｅｕｒｏｔｏｘｉｎａｎｄＴｅｔａｎｕｓＴｏｘｉｎ，（Ｓｉｍｐｓｏｎ，Ｌ．Ｌ．編），ｐｐ．５３−６７，ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ，ＮｅｗＹｏｒｋ）。クロストリジウム株の多くは特異的な内因性プロテアーゼを含み、該プロテアーゼはアミノ末端から分子中へのおよそ３分の１に位置するプロテアーゼ感受性ループで毒素を活性化する。還元および分画（電気泳動またはクロマトグラフィーによる）によって、２つの鎖を分離することができる。一方の鎖は、約１００ｋＤａのＭｒを持ち重鎖と呼ばれ、他方の鎖は、約５０ｋＤａのＭｒを持ち軽鎖と呼ばれる。
【０００４】
神経中毒の作用機序は、それぞれ神経毒タンパク質の別々の部分により遂行される３つの重要な事象の相互作用により行われる。最初に、重鎖のカルボキシ側半分（断片ＣまたはＨ_Ｃ）が、コリン作動性神経細胞への受容体特異的結合のために必要とされる（Ｂｌａｃｋ，Ｊ．Ｄ．ら，（１９８６），「神経終末との^１２５Ｉ−ボツリヌス神経毒の相互作用。Ｉ．運動神経上のＡおよびＢ型に対する区別可能な膜アクセプターの超微細構造オートラジオグラフィーによる局在化と定量」，Ｊ．ＣｅｌｌＢｉｏｌ．，１０３：５２１−５３４；Ｎｉｓｈｉｋｉ，Ｔ．−Ｉ．ら，（１９９４），「ラット脳シナプトソームにおけるボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）Ｂ型神経毒に対するタンパク質受容体の同定」，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．，２６９：１０４９８−１０５０３；Ｓｈｏｎｅ，Ｃ．Ｃ．ら，（１９８５），「トリプシンによるボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）Ａ型神経毒の不活化および２つのトリプシン性断片の精製。重鎖サブユニットのＣＯＯＨ末端付近のタンパク分解作用が毒素結合活性を破壊する」，Ｅｕｒ．Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．，１５１：７５−８２）。ポリシアロガングリオシド（ｖａｎＨｅｙｎｉｎｇｅｎ，Ｗ．Ｅ．，（１９６８），「破傷風」，Ｓｃｉ．Ａｍ．，２１８：６９−７７）が、毒素に対する受容体として作用しうることを示唆する証拠が存在するが、特異的受容体を支持するデータは不確かなままである（Ｍｉｄｄｌｅｂｒｏｏｋ，Ｊ．Ｌ．，（１９８９），「タンパク質毒素に対する細胞表面受容体」，ＢｏｔｕｌｉｎｕｍＮｅｕｒｏｔｏｘｉｎｓａｎｄＴｅｔａｎｕｓＴｏｘｉｎ，（Ｓｉｍｐｓｏｎ，Ｌ．Ｌ．編）ｐｐ．９５−１１９，ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ，ＮｅｗＹｏｒｋ）。結合後、毒素は、受容体介在性エンドサイトーシスによりエンドソーム中にインターナリゼーションされる（Ｓｈｏｎｅ，Ｃ．Ｃ．ら，（１９８７），「ボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）Ａ型神経毒の重鎖サブユニットのＮＨ_２−末端からの５０−ｋＤａ断片は脂質小胞においてチャネルを形成する」，Ｅｕｒｏ．Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．，１６７：１７５−１８０）。重鎖のアミノ末端の半分は、エンドソーム膜を横切る軽鎖の転座機序に関係していると考えられる（Ｓｉｍｐｓｏｎ，１９８６；Ｐｏｕｌａｉｎ，Ｂ．ら，（１９９１），「ボツリヌス神経毒Ａからの重鎖および軽鎖並びに破傷風毒素の異種の組合せはアメフラシ（Ａｐｌｙｓｉａ）における神経伝達物質の放出を阻害する」，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．，２６６：９５８０−９５８５；Ｍｏｎｔａｌ，Ｍ．Ｓ．ら，（１９９２），「破傷風およびボツリヌス神経毒の一次構造におけるイオンチャネル形成モチーフの同定」，ＦＥＢＳ，３１３：１２−１８）。エンドソームの低ｐＨ環境は、転座ドメインのコンフォメーション変化を誘発し、これが軽鎖のためのチャネルを形成するかもしれない。中毒の最後の事象は、神経伝達物質の放出に必要な、重要なシナプス小胞タンパク質（Ｓｃｈｉａｖｏ，１９９２ａ；Ｏｇｕｍａ，Ｋ．ら，（１９９５），「ボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）毒素の構造と機能」，Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｉｍｍｕｎｏｌ．，３９：１６１−１６８；Ｓｃｈｉａｖｏ，Ｇ．ら，（１９９３），「ボツリヌス神経毒の血清型Ａ、Ｄ、およびＥの神経終末標的の同定」，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．，２６８：２３７８４−２３７８７；Ｓｈｏｎｅ，Ｃ．Ｃ．ら，（１９９３），「小胞結合膜タンパク質のアイソホーム−２の合成断片の、ボツリヌスＢ型神経毒によるタンパク分解性切断」，Ｅｕｒ．Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．，２１７：９６５−９７１）に及ぼす、軽鎖の亜鉛依存性エンドプロテアーゼ（Ｓｃｈｉａｖｏ，１９９２ａ；Ｓｃｈｉａｖｏ，Ｇ．ら，（１９９２ｂ），「破傷風毒素は亜鉛タンパク質であり、その神経伝達物質の放出の阻害およびプロテアーゼ活性は亜鉛に依存する」，ＥＭＢＯＪ．，１１：３５７７−３５８３）の酵素活性に関係する。ＢｏＮＴ血清型Ａ、Ｃ_１、およびＥの軽鎖は、ＳＮＡＰ−２５（Ｍ２５，０００のシナプトソーム結合タンパク質）を切断し、血清型Ｂ、Ｄ、Ｆ、およびＧは、ＶＡＭＰ／シナプトブレビン（ｓｙｎａｐｔｏｂｒｅｖｉｎ）（シナプス小胞結合膜タンパク質）を切断し、そして血清型Ｃ_１は、シナタキシン（ｓｙｎａｔａｘｉｎ）を切断する。ＢｏＮＴによるＳＮＡＰ−２５、ＶＡＭＰ、またはシナタキシンの不活化によって、神経細胞がアセチルコリンを放出できなくなり、その結果、神経筋麻痺、さらに症状が未処置のままであれば死に至る可能性がある。
【０００５】
ヒトボツリヌス中毒は一般に、Ａ、Ｂ、Ｅ型毒素、または稀にＦ型毒素により引き起こされる。ＡおよびＢ型は、胃腸管の酵素による消化に抵抗する非常に毒性の高いタンパク質である。食物由来のボツリヌス中毒症は、汚染食物中に存在する毒素により引き起こされるが、創傷性および乳児ボツリヌス中毒症は、それぞれ閉鎖創および胃腸管中のインビボ増殖により引き起こされる。毒素は主として、神経筋接合部での神経伝達物質のアセチルコリンを阻害することにより作用して、麻痺を引き起こす。ボツリヌス中毒症を起こすための別の手段は、生物戦争で起きるかも知れない環境中への毒素の意図的な導入である。ボツリヌス中毒症の原因が、インビボ感染よりは毒素により引き起こされるとき、神経症候の発現は、通常突然であり、摂取後１８〜３６時間以内に起こる。呼吸不全における最も普通の直接の死因は、横隔膜麻痺である。手作りの缶詰食品は、最も普通の毒素源である。最も頻繁に指摘される毒素は、毒素Ａであり、これを原因とするものは、ボツリヌス毒素に起因する罹患率の５０％を超えている。
【０００６】
少量のボツリヌス毒素でも重篤な病気を引き起こしうるため、毒素に暴露される実験室作業者のような人は、毒素を含む可能性のある試料はすべて、注意深く取り扱うことを身につける必要がある。また、このような作業者は、毒素に対するワクチン接種により病気から防御されることも提案される。さらに、軍人のような、吸入または摂取されうるボツリヌス毒素が環境中に存在しうる条件に暴露される人達は、毒素から防御する必要がある。
【０００７】
ＢｏＮＴの作用を破壊する物質は、１９４０年代から研究されている。１９４０年代のフォートディートリック（ＦｏｒｔＤｅｔｒｉｃｋ）での初期の研究によって、血清型Ａ、Ｂ、Ｃ_１、Ｄ、およびＥ毒素から防御するためのトキソイドワクチンが開発されている。このトキソイドワクチンは、５種のボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）株を増殖させ、細胞溶解後に増殖培地から毒素を抽出および沈殿させることにより製造された。ホルマリンを粗調製物に加えることにより、神経毒を不活化した。残留ホルマリンは、毒素が非毒性のままであることを保証するため、ワクチン製品中に残しておいた。この製品は、水酸化アルミニウムに吸着させて混和した。現在、治験薬（ＩＮＤ）として利用可能な、血清型Ａ〜Ｅまでに対する５価のトキソイドワクチン（Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｊ．Ｈ．ら，（１９８１），「ボツリヌストキソイドの臨床評価」，ＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＡｓｐｅｃｔｓｏｆＢｏｔｕｌｉｓｍ，（Ｌｅｗｉｓ，Ｇ．Ｅ．編），ｐｐ．２３３−２４６，ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ，ＮｅｗＹｏｒｋ；Ｅｌｌｉｓ，Ｒ．Ｊ．，（１９８２），「疾病管理センターから入手可能な免疫生物学的物質および薬物。性状、勧告、有害反応および血清学的応答」，第３版，ＣｅｎｔｅｒｓｆｏｒＤｉｓｅａｓｅＣｏｎｔｒｏｌ．Ａｔｌａｎｔａ，ＧＡ；Ｆｉｏｃｋ，Ｍ．Ａ．ら，（１９６３），「ボツリヌス菌（ＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｎｉＢｏｔｕｌｉｎｕｎｉ）の毒素に対する免疫の研究。ＩＸ．精製した５価ＡＢＣＤＥボツリヌストキソイドに対するヒトの免疫学的応答」，Ｊ．Ｉｍｍｕｎｏｌ．，９０：６９７−７０２；Ｓｉｅｇｅｌ，Ｌ．Ｓ．，（１９８８），「中和試験および酵素結合免疫吸着アッセイ（ＥｎｚｙｍｅＬｉｎｋｅｄＩｍｍｕｎｏｓｏｒｂｅｎｔＡｓｓａｙ）により測定されたボツリヌス５価（ＡＢＣＤＥ）トキソイドに対するヒトの免疫応答」，Ｊ．Ｃｌｉｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，２６：２３５１−２３５６）は、危険な個人の特定の集団、すなわちＢｏＮＴを取り扱う科学者および医療従事者、並びに兵器として使用される形態の毒素に曝されるかもしれない我々の軍隊を免疫するために使用されている。血清型Ａ、Ｂ、およびＥは、ヒトにおけるボツリヌス中毒症の大発生に最も関係が深いが、Ｆ型も診断されている（Ｍｉｄｕｒａ，Ｔ．Ｆ．ら，（１９７２），「ボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）Ｆ型：猟獣乾燥肉からの単離」，Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，２４：１６５−１６７；Ｇｒｅｅｎ，Ｊ．ら，（１９８３），「ヒトボツリヌス中毒症（Ｆ型）−稀な型」，Ａｍ．Ｊ．Ｍｅｄ．，７５：８９３−８９５；Ｓｏｎｎａｂｅｎｄ，Ｗ．Ｆ．ら，（１９８７），「成人におけるボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）Ｆ型による腸内毒素感染。ギラン・バレー（Ｇｕｉｌｌｉａｎ−Ｂａｒｒｅ）症候群に付随した症例」，Ｌａｎｃｅｔ，１：３５７−３６１；Ｈａｔｈｅｗａｙ，Ｃ．Ｌ．，（１９７６），「ボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）Ｆ型のトキソイド：精製と免疫原性試験」，Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，３１：２３４−２４２）。ＢｏＮＴＦに対する単独の１価のトキソイドワクチンが、ＩＮＤステータス下で利用可能である。Ｈａｔｈｅｗａｙは、ＢｏＮＴＦが、同種感染攻撃に対してモルモットを防御できることを証明した（Ｗａｄｓｗｏｒｔｈ，Ｊ．Ｄ．Ｆ．ら，（１９９０），「ボツリヌスＦ型神経毒」，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｊ．，２６８：１２３−１２８）。
【０００８】
トキソイドワクチンは利用可能であるが、その現行の使用および製造の容易さには多くの欠点がある。第１に、ボツリヌス菌は胞子形成菌であるため、毒素ベースの製品を製造するためには専用の設備が必要とされる。専用の製造設備を必要とすることは、小さなことではない。１つのワクチンを製造するために、現存する設備を修復し改良するか、または新しい設備を建造し、そして現行の「医薬品の製造および品質管理に関する基準（ＧｏｏｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＰｒａｃｔｉｃｅｓ）」（ｃＧＭＰ）により設備を維持することは、極めてコストがかかる。第２に、ボツリヌス菌からの毒素産生の収率は、比較的低い。第３に、トキソイド化プロセスは、大量の毒素の取扱いを伴うため、危険であり、安全予防措置の追加は製造コストを上昇させる。第４に、Ａ〜Ｅ型に対するトキソイド製品は、ワクチンの免疫原性または反応性に影響するかもしれないクロストリジウムタンパク質の粗抽出物からなり、そしてＦ型トキソイドは、部分的にしか精製されていない（ＩＮＤ５０７７）。第５に、トキソイド化プロセスは、毒素を不活化するホルムアルデヒドの使用を伴うため、そして残留レベル（０．０２％を超えない）のホルムアルデヒドが、毒素の再活性化を防止するために製剤の一部であるため、ワクチンは反応原性である。トキソイドワクチンの追加の成分は、保存剤であるチメロサール（０．０１％）であるが、これもまた製品の反応原性を上昇させる。
【０００９】
新世代の組換えワクチンの開発は、トキソイドに関係する問題の多くを軽減できるであろう。組換えワクチンは、専用の製造設備に対する必要性を排除するであろう。現在、組換え産物を製造できる多くのｃＧＭＰ設備が存在し、かつ利用可能である。大量の毒素産生細菌を培養する必要はないであろう。遺伝子改変産物からの製造収率は高いことが期待される。ワクチンは初めから非毒性であるため、ホルマリンでワクチンを処理する必要はないであろう。組換え産物は、より純粋であり、反応原性が低く、かつ十分に性状が明らかにされるであろう。すなわち、専用の設備を維持するのに必要な支出がなく、かつ高い製造収率がワクチン製品のコストを低下させるため、組換え産物のコストは、トキソイドよりもはるかに低いと期待される。
【００１０】
発明の概要
本発明の目的は、血清型Ａ〜Ｇのボツリヌス神経毒に対する防御免疫を誘発できる免疫原性ペプチドを提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、ワクチンが神経毒それ自体として作用しない、ボツリヌス神経毒に対する防御免疫を誘発できるワクチンを提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、ペプチドを発現する組換え生物を増殖させることによる、ボツリヌス神経毒に対するワクチンにおいて使用するための非毒性ペプチドの調製方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、組換え生物の培養物からの非毒性ペプチドの迅速かつ効率的な精製方法を提供することである。
【００１４】
これらおよび他の目的は、本発明の１つ以上の以下の実施形態により達成される。
【００１５】
１つの実施形態において、本発明は、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のカルボキシ末端部分（Ｈ_Ｃ）をコードする核酸を提供する。ＢｏＮＴは、ＢｏＮＴ血清型Ａ、ＢｏＮＴ血清型Ｂ、ＢｏＮＴ血清型Ｃ１、ＢｏＮＴ血清型Ｄ、ＢｏＮＴ血清型Ｅ、ＢｏＮＴ血清型Ｆ、およびＢｏＮＴ血清型Ｇよりなる群から選択され、上記核酸は、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）およびピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）から選択される組換え生物において発現可能である。好ましくは、核酸は、配列番号１（血清型Ａ）、配列番号７（血清型Ｂ）、配列番号９（血清型Ｃ１）、配列番号１１（血清型Ｄ）、配列番号１３（血清型Ｅ）、配列番号１５（血清型Ｆ）、および配列番号１７（血清型Ｇ）から選択される核酸配列を含む。別の好適な実施形態において、核酸は、配列番号２（血清型Ａ）、配列番号８（血清型Ｂ）、配列番号１０（血清型Ｃ１）、配列番号１２（血清型Ｄ）、配列番号１４（血清型Ｅ）、配列番号１６（血清型Ｆ）、および配列番号１８（血清型Ｇ）から選択される、ＢｏＮＴのＨ_Ｃアミノ酸配列をコードする。
【００１６】
別の実施形態において、本発明は、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のアミノ末端部分（Ｈ_Ｎ）をコードする核酸を提供する。ＢｏＮＴは、ＢｏＮＴ血清型Ｂ、ＢｏＮＴ血清型Ｃ１、ＢｏＮＴ血清型Ｄ、ＢｏＮＴ血清型Ｅ、ＢｏＮＴ血清型Ｆ、およびＢｏＮＴ血清型Ｇよりなる群から選択され、上記核酸は、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）およびピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）から選択される組換え生物において発現可能である。好適な実施形態において、核酸は、配列番号２１（血清型Ｂ）、配列番号２３（血清型Ｃ１）、配列番号２５（血清型Ｄ）、配列番号２７（血清型Ｅ）、配列番号２９（血清型Ｆ）、および配列番号３１（血清型Ｇ）から選択される核酸配列を含む。あるいは、核酸は、配列番号２２（血清型Ｂ）、配列番号２４（血清型Ｃ１）、配列番号２６（血清型Ｄ）、配列番号２８（血清型Ｅ）、配列番号３０（血清型Ｆ）、および配列番号３２（血清型Ｇ）から選択されるＢｏＮＴのＨ_Ｎアミノ酸配列をコードする。
【００１７】
好ましくは、本発明の核酸は、合成核酸である。好適な実施形態において、核酸の配列は、Ｈ_Ｃをコードする少なくとも一部のコドンを、宿主生物（これは、グラム陰性細菌、酵母、および哺乳動物細胞系から選択してもよいが、好ましくは、宿主生物は、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）またはピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）である）での発現に好ましいコドンから選択することにより設計される。別の実施形態において、Ｈ_Ｃをコードする核酸配列は、グアノシンおよびシトシン残基が富化されたＨ_Ｃ配列を提供する、Ｈ_Ｃをコードするコドンを選択することにより設計される。さらに好ましくは、Ｈ_ＣまたはＨ_Ｎをコードする核酸は、組換え宿主生物において、同じＨ_Ｃ配列をコードする第２の核酸断片（該第２の核酸断片は、Ｈ_Ｃの野生型ボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）配列を有する）よりも高い収率で発現される。
【００１８】
さらに別の実施形態において、本発明は、本発明の核酸を含む発現ベクターを提供し、ここで、Ｈ_Ｃおよび／またはＨ_Ｎは、該発現ベクターを用いて宿主生物をトランスフェクトすることにより発現される。本発明の別の実施形態は、ＢｏＮＴ血清型Ａ、ＢｏＮＴ血清型Ｂ、ＢｏＮＴ血清型Ｃ、ＢｏＮＴ血清型Ｄ、ＢｏＮＴ血清型Ｅ、ＢｏＮＴ血清型Ｆ、およびＢｏＮＴ血清型Ｇよりなる群から選択される、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のカルボキシ末端部分（Ｈ_Ｃ）またはボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のアミノ末端部分（Ｈ_Ｎ）を含むポリペプチドの調製方法を提供し、該方法は、Ｈ_ＣまたはＨ_Ｎが発現される条件下で本発明の発現ベクターによりトランスフェクトされた組換え宿主生物を培養することを含んでなる。好ましくは、組換え宿主生物は、真核生物である。別の好適な実施形態において、本発明の方法は、宿主生物から不溶性タンパク質を回収し、それによりＨ_ＣまたはＨ_Ｎが濃縮された画分を得ることをさらに含む。好ましくは、宿主生物は、ピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）である。
【００１９】
さらに別の実施形態において、本発明は、ＢｏＮＴ血清型Ａ、ＢｏＮＴ血清型Ｂ、ＢｏＮＴ血清型Ｃ、ＢｏＮＴ血清型Ｄ、ＢｏＮＴ血清型Ｅ、ＢｏＮＴ血清型Ｆ、およびＢｏＮＴ血清型Ｇよりなる群から選択される、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のカルボキシ末端部分（Ｈ_Ｃ）を含む免疫原性組成物を提供する。好ましくは、免疫原性組成物は、Ｈ_Ｃをコードする発現ベクターでトランスフェクトされた組換え生物を培養することにより調製される。さらに好ましくは免疫原性組成物は、Ｈ_Ｃが濃縮された不溶性タンパク質画分を該組換え生物から回収する方法により調製される。
【００２０】
さらに別の実施形態において、本発明は、ＢｏＮＴ血清型Ａ、ＢｏＮＴ血清型Ｂ、ＢｏＮＴ血清型Ｃ、ＢｏＮＴ血清型Ｄ、ＢｏＮＴ血清型Ｅ、ＢｏＮＴ血清型Ｆ、およびＢｏＮＴ血清型Ｇよりなる群から選択される、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のアミノ末端部分（Ｈ_Ｎ）を含む免疫原性組成物を提供する。好ましくは、Ｈ_Ｎを含む免疫原性組成物は、Ｈ_Ｎをコードする発現ベクターでトランスフェクトされた組換え生物を培養することにより調製される。さらに好ましくは免疫原性組成物は、組換え生物から回収される、Ｈ_Ｎが濃縮された不溶性タンパク質画分から調製される。
【００２１】
さらに別の実施形態において、本発明は、ＢｏＮＴ血清型Ａ、ＢｏＮＴ血清型Ｂ、ＢｏＮＴ血清型Ｃ、ＢｏＮＴ血清型Ｄ、ＢｏＮＴ血清型Ｅ、ＢｏＮＴ血清型Ｆ、および／またはＢｏＮＴ血清型Ｇよりなる群から選択される、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のカルボキシ末端部分（Ｈ_Ｃ）および／またはボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のアミノ末端部分（Ｈ_Ｎ）に含まれるエピトープ（該エピトープは、それぞれのＢｏＮＴ血清型に対する防御免疫を誘発する）を含むポリペプチドを含む、免疫原性組成物を提供する。好ましくは免疫原性組成物は、血清が１００倍希釈されていても、動物由来の血清において検出可能な、動物のそれぞれのＢｏＮＴ血清型に対するＥＬＩＳＡ応答を誘発する。
【００２２】
本発明の実施形態の詳細な説明
本発明者らは、霊長類を含む動物が、組換え生物により発現されたボツリヌス神経毒タンパク質の断片を用いて免疫することにより、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の作用から防御されることを確認した。具体的には、ＢｏＮＴタンパク質の重鎖のカルボキシ末端とアミノ末端部分に見い出される、それぞれ受容体結合ドメインおよび／または転座ドメイン由来の防御エピトープを含むペプチドは、ＢｏＮＴの各血清型に対するペプチドをコードする発現ベクターでトランスフェクトした組換え生物により発現される。これらの組換え的に産生されたペプチドを用いて免疫することにより、それぞれの血清型のＢｏＮＴによる中毒から動物を防御できる抗体が誘発されるであろう。
【００２３】
本発明は、ボツリヌス中毒症から防御するための遺伝子工学的に作製されたワクチンを提供する。ワクチンは、「Ｃ断片」（Ｈ_Ｃドメイン）として知られるＡおよびＢ毒素の断片を含む。現在大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）マルトース結合タンパク質に融合させたＨ_Ｃ断片またはＨ_Ｃポリペプチドの遺伝子セグメント構築体を用いて、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）においてＡおよびＢ毒素のＨ_Ｃ断片を産生させることが可能である。この融合産物は、天然毒素のチャレンジに対して非常に優れた防御を提供することが見い出されている。本発明は、ボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）の毒素に対する防御を提供するために、ワクチンとして使用されるプラスミドおよび組換えタンパク質を提供する。
【００２４】
Ｋｏｚａｋｉらは、「ボツリヌス神経毒に対する抗体」，Ｌ．Ｌ．Ｓｉｍｐｓｏｎ編，１９８９，ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ，ＮｅｗＹｏｒｋにおいて、防御エピトープが、タンパク質の５０ｋＤａカルボキシ末端（Ｈ_Ｃ）領域に存在するかも知れないことを示唆した。Ｔｈｏｍｐｓｏｎら（１９９０，Ｅｕｒ．Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．１８９：７３−８１）は、血清型Ａボツリヌス毒素のアミノ酸配列を推定した。ＤａｓＧｕｐｔａら（１９９０，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｅ，７２：６６１−６６４）は、発現された毒素ポリペプチドの翻訳後切断のための「ニック」部位を同定したが、ここから重鎖の配列を以下のとおり推定することができる（Ｋｒｉｅｇｌｓｔｅｉｎら，１９９４，Ｊ．ＰｒｏｔｅｉｎＣｈｅｍ．，１３：４９−５７も参照のこと）：

【００２５】
Ｗｈｅｌａｎら（Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．５８：２３４５−２３５４，１９９２）は、血清型Ｂボツリヌス毒素のアミノ酸配列を推定している。Ｓｃｈｍｉｄｔら（１９８５，Ａｒｃｈ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．，２３８：５４４−５４８）は、発現された毒素ポリペプチドの翻訳後切断から生じる重鎖のＮ末端配列情報を提供しており、そしてこの情報から以下のとおり重鎖の配列を推定することができる：

【００２６】
全てのＢｏＮＴ血清型に関する同様の翻訳後切断によって、類似の重鎖および軽鎖構造体が生成する（Ｋｒｉｅｇｌｓｔｅｉｎら，１９９４，Ｊ．ＰｒｏｔｅｉｎＣｈｅｍ．，１３：４９−５７およびここに引用される参考文献を参照のこと）。
【００２７】
合成遺伝子の構築
予備実験は、適切なＢｏＮＴ断片をコードするボツリヌス菌（Ｃ．ｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）で見い出されるＤＮＡ配列が、典型的な組換え宿主において十分に発現されないことを示した。従って、それぞれの断片のアミノ酸配列に基づく合成遺伝子の構築が試みられた。
【００２８】
合成遺伝子の構築は、異種宿主系における発現を最適化するために使用される方法である。塩基組成（すなわち、Ａ＋ＴパーセントまたはＧ＋Ｃパーセント）さらには遺伝子配列中の特定のコドンが、１つの生物由来の遺伝子が異なる生物において最適に発現されるかどうかを決定する上である役割を演じる。何故あるコドンが使用され、そしてあるものは使用されないかには理由がある。生物は、対応するｔＲＮＡが存在するコドンを使用する。生物が、あるコドンを使用しないなら、これらは、それに特異的なｔＲＮＡを欠いている可能性が高い。従って、クロストリジウムＤＮＡ（すなわち、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）と呼ばれる細菌の属において見い出される遺伝子）において見い出されるコドンは、塩基組成（すなわち、非常に高いＡ＋Ｔ塩基組成）と大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）または酵母において普通見い出されないコドン利用の両方に関し、非常に独特である。
【００２９】
表１は、ピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）中のコドン利用を示すチャートである。この表は、ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）で高度に発現される多くの遺伝子において見い出されるコドンを列挙することにより作成した。コドンのデータは、遺伝子を配列決定し、次に該遺伝子においてどのコドンが見い出されたかを列挙することにより得られた。
【００３０】
表１から、アミノ酸残基は、複数のコドンによりコードできることが明らかである。ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）のコドン利用を用いて合成遺伝子を構築するとき、ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）の天然遺伝子中に見い出されるコドンだけを使用するのが好ましく、そして自然の生物の遺伝子に見い出されるものと同じ比率でこれらを維持するよう試みるべきである。クロストリジウム遺伝子が、７０％を超える総Ａ＋Ｔ濃度、及び９５％以上のＡ＋Ｔのスパイクを有するＡ＋Ｔ領域を有するとき、酵母のような発現系における発現のためにはこれらを低下させる必要がある。（好ましくは、総Ａ＋Ｔ濃度は６０％未満に下げ、そしてスパイク中のＡ＋Ｔも６０％未満に下げる）。当然、同じコドン比を維持すること（例えば、グリシンについてＧＧＧはなく、ＧＧＡは２２％で見いだされ、ＧＧＴは７４％でＧＧＣは３％で見いだされた）と高含量のＡ＋Ｔを減少させることとのバランスをとることが必要である。遺伝子の構築において、Ａ＋Ｔスパイクを約５５％に維持することが好ましい。
【００３１】
大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）を含むいくつかの生物についてコドン利用を考慮すると、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）のコドン利用を用いる合成遺伝子も、ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）において、かなりよく発現することがわかる。同様に、ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）のコドン利用を用いる合成遺伝子も、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）において、非常によく発現すると考えられる。
【００３２】
ボツリヌス神経毒血清型Ａ〜ＧのＨ_Ｃ断片に対する合成遺伝子を、その合成遺伝子によりコードされるアミノ酸配列と共に、図１〜１０に示す。ボツリヌス神経毒血清型Ａ〜ＧのＨ_Ｎ断片に対する合成遺伝子は、その合成遺伝子によりコードされるアミノ酸配列と共に、図１１〜１７に示す。代替遺伝子配列を有する合成遺伝子は、コドン選択に関して本明細書に記載のガイダンスに従って、調製することができる。このような合成遺伝子によりコードされるアミノ酸配列は、好ましくはＢｏＮＴ血清型タンパク質の内の１つの配列、または防御エピトープを含むその断片である。好適な断片には、ＢｏＮＴ血清型Ａ、Ｂ、Ｃ_１、Ｄ、Ｅ、Ｆ、およびＧのＨ_Ｃ断片、並びにＢｏＮＴ血清型Ａ、Ｂ、Ｃ_１、Ｄ、Ｅ、Ｆ、およびＧのＨ_Ｎ断片が含まれる。このような代替遺伝子配列は、本発明の企図の範囲内である。
【００３３】
また、それぞれの血清型のＢｏＮＴタンパク質のＮ末端およびＣ末端ドメインの両方に由来する防御エピトープを含むタンパク質も、本発明の企図の範囲内である。このようなタンパク質は、転座ドメイン（Ｈ_Ｎ）をコードする配列をＨ_Ｃ領域の配列に融合することにより調製することができる。これは、転座ドメイン遺伝子の３’末端の制限酵素部位、さらには終止コドンを除去し、さらにまた開始コドン、制限酵素部位、およびボツリヌス毒素遺伝子の一部ではない遺伝子の５’末端上の任意の他のヌクレオチドを、除去することにより達成される。次にいずれの合成遺伝子にも見い出されない通常の制限酵素部位を、Ｈ_Ｎ遺伝子の３’末端およびＨ_Ｃ遺伝子の５’末端に挿入し、そしてこの通常の制限部位を使用して、２つの遺伝子を共に融合させる。
【００３４】
組換えペプチドの製造
非毒素断片は、非常に安全であり、ホルマリン処理を必要とせず、そして完全に毒性の親分子に対する顕著な免疫を生成することが証明されている。本発明には、現在利用されているワクチンに対して２つの大きな利点がある。第１に、組換えにより産生されるボツリヌス神経毒（ｒＢｏＮＴ）タンパク質断片は、完全に非毒性であり、従って非常に安全である。ｒＢｏＮＴ遺伝子を含む宿主細胞（例えば、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）またはピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ））の発酵には、トキソイドワクチンの製造に必要な胞子形成性ボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）を発酵するのに現在必要とされるような、高度な生物学的封じ込め設備を必要としない。第２に、合成遺伝子は、高発現系に入れることができ、これを使用して、親生物であるボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）が産生する毒素よりもはるかに大量の断片を製造することができる。従って、現在可能な量よりもはるかに大量のワクチンが、より容易かつ安全に製造されるため、莫大な費用節約になる。
【００３５】
本明細書に記述される合成遺伝子は、適切な宿主生物にトランスフェクトすることにより組換え生産生物を構築し、そして次にこの組換え生物の培養液を使用して、それぞれの血清型のＢｏＮＴに対する防御免疫を与えることができる免疫原性ペプチド断片を製造することができる。ＢｏＮＴ断片のトランスフェクションおよび産生の例は、実施例に示す。代替法は、文献に詳細に記述されている（例えば、Ｍａｎｉａｔｉｓ、ＦｒｉｔｓｃｈおよびＳａｍｂｒｏｏｋ， “ＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｌｏｎｉｎｇ：ＡＬａｂｏｒａｔｏｒｙＭａｎｕａｌ” （１９８２）；“ＤＮＡＣｌｏｎｉｎｇ：ＡＰｒａｃｔｉｃａｌＡｐｐｒｏａｃｈ，” ＶｏｌｕｍｅｓＩａｎｄＩＩ（Ｄ．Ｎ．Ｇｌｏｖｅｒ編，１９８５）；“ＯｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅＳｙｎｔｈｅｓｉｓ” （Ｍ．Ｊ．Ｇａｉｔ編，１９８４）；“ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄＨｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ” （Ｂ．Ｄ．ＨａｍｅｓとＳ．Ｊ．Ｈｉｇｇｉｎｓ編，１９８５）；“ＴｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｎｄＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎ” （Ｂ．Ｄ．ＨａｍｅｓとＳ．Ｊ．Ｈｉｇｇｉｎｓ編，１９８４）；“ＡｎｉｍａｌＣｅｌｌＣｕｌｔｕｒｅ” （Ｒ．Ｉ．Ｆｒｅｓｈｎｅｙ編，１９８６）；“ＩｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄＣｅｌｌｓａｎｄＥｎｚｙｍｅｓ” （ＩＲＬＰｒｅｓｓ，１９８６）；Ｂ．Ｐｅｒｂａｌ， “ＡＰｒａｃｔｉｃａｌＧｕｉｄｅｔｏＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｌｏｎｉｎｇ” （１９８４）、およびＳａｍｂｒｏｏｋら， “ＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｌｏｎｉｎｇ：ａＬａｂｏｒａｔｏｒｙＭａｎｕａｌ” （１９８９）を参照のこと）。このような方法は、文献で十分に説明されており、本発明の範囲内のこれらの方法の改変は、当該分野における技術の範囲内である。
【００３６】
ＢｏＮＴ血清型Ｂ断片Ｈ_Ｃに対する合成遺伝子（図４Ａを参照のこと）は、酵母発現ベクターｐＨＩＬ−Ｄ４に挿入され、ピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）株ＧＳ１１５の染色体中に組み込まれた。発現産物（図４Ｂのアミノ酸配列を参照のこと）は、変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＰＡＧＥ）およびボツリヌス神経毒血清型Ｂに対する抗体を用いるウェスタンブロット分析により示されるように、予測した分子量を有した。発現した組換えＢｏＮＴＢ（Ｈ_Ｃ）は、酵素結合免疫吸着測定法（ＥｎｚｙｍｅＬｉｎｋｅｄＩｍｍｕｎｏｓｏｒｂｅｎｔＡｓｓａｙ；ＥＬＩＳＡ）により判定すると、高い抗体力価を誘発し、そしてより重要なことには、これらの循環する血清の力価が、活性な毒素によるチャレンジから、マウス、モルモット、および非ヒト霊長類を防御した。工業的規模の製造プロセス（発酵および精製）が完成しており、ｃＧＭＰに従ってパイロットロットが製造されている。
【００３７】
ＢｏＮＴ血清型Ｃ断片Ｈ_Ｃに対する合成遺伝子（図５Ａを参照のこと）は、酵母発現ベクターｐＨＩＬ−Ｄ４に挿入され、ピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）株ＧＳ１１５の染色体中に組み込まれた。発現産物（図５Ｂのアミノ酸配列を参照のこと）は、変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＰＡＧＥ）およびボツリヌス神経毒血清型Ｃに対する抗体を用いるウェスタンブロット分析により示されるように、予測した分子量を有した。発現した組換えＢｏＮＴＣ（Ｈ_Ｃ）は、酵素結合免疫吸着測定法（ＥＬＩＳＡ）により判定すると、高い抗体力価を誘発し、そしてより重要なことには、これらの循環する血清の力価が、活性な毒素によるチャレンジからマウスを防御した。
【００３８】
ＢｏＮＴ血清型Ｄ断片Ｈ_Ｃに対する合成遺伝子（図６Ａを参照のこと）は、酵母発現ベクターｐＨＩＬ−Ｄ４に挿入され、ピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）株ＧＳ１１５の染色体中に組み込まれた。発現産物（図６Ｂのアミノ酸配列を参照のこと）は、変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＰＡＧＥ）およびボツリヌス神経毒血清型Ｄに対する抗体を用いるウェスタンブロット分析により示されるように、予測した分子量を有した。発現した組換えＢｏＮＴＤ（Ｈ_Ｃ）は、酵素結合免疫吸着測定法（ＥＬＩＳＡ）により判定すると、高い抗体力価を誘発し、そしてより重要なことには、これらの循環する血清の力価が、活性な毒素によるチャレンジからマウスを防御した。
【００３９】
ＢｏＮＴ血清型Ｅ断片Ｈ_Ｃに対する合成遺伝子（図７Ａを参照のこと）は、酵母発現ベクターｐＨＩＬＤ２、ｐＨＩＬＤ３、およびｐＰＩＣ９Ｋ（図７Ｂを参照のこと）に挿入した。内部ＥｃｏＲＩ部位を除去して遺伝子を拡張した、改変形の合成遺伝子（図８を参照のこと）を酵母ベクターｐＨＩＬ−Ｄ４に挿入して、ピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）株ＧＳ１１５の染色体中に組み込んだ。発現産物（図８のアミノ酸配列を参照のこと）は、変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＰＡＧＥ）およびボツリヌス神経毒血清型Ｅに対する抗体を用いるウェスタンブロット分析により示されるように、予測した分子量を有した。発現した組換えＢｏＮＴＥ（Ｈ_Ｃ）は、酵素結合免疫吸着測定法（ＥＬＩＳＡ）により判定すると、高い抗体力価を誘発し、そしてより重要なことには、これらの循環する血清の力価が、活性な毒素によるチャレンジからマウスを防御した。
【００４０】
ＢｏＮＴ血清型Ｆ断片Ｈ_Ｃに対する合成遺伝子（図９Ａを参照のこと）は、酵母発現ベクターｐＨＩＬ−Ｄ４に挿入され、ピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）株ＧＳ１１５の染色体中に組み込まれた。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）ワクチン候補の開発における最初の工程は、ピキア宿主中で満足に発現できる遺伝子を設計することであった。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）をコードする合成遺伝子は、天然のクロストリジウム遺伝子の本来のＡＴ濃度を低下させ、そして潜在的にまれなコドンはすべて除去するように構築した。６５％を超えるＡＴ含量を有するか、または平均的ＡＴ含量を有するがＡＴ濃縮域を含むクロストリジウム遺伝子は、通常複数のターミネーター／ポリアデニル化シグナルを含み、これらは、酵母において発現を試みると、速すぎる転写停止が起きる（Ｒｏｍａｎｏｓ，Ｍ．Ａ．ら，（１９９５），「酵母におけるクローン化遺伝子の発現」，ＤＮＡＣｌｏｎｉｎｇ２：ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ，（ＧｌｏｖｅｒＤ．ら編），ＯｘｆｏｒｄＵｎｉｖ．Ｐｒｅｓｓ，Ｌｏｎｄｏｎ）。本研究における合成遺伝子は、酵母が正しく完全長抗原を産生できるまでに、２回の連続ラウンドの改変を必要とした。発現産物（図９Ｂのアミノ酸配列を参照のこと）は、変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＰＡＧＥ）およびボツリヌス神経毒血清型Ｆに対する抗体を用いるウェスタンブロット分析により示されるように、予測した分子量を有した。
【００４１】
以前の研究（Ｈａｔｈｅｗａｙ，１９７６）は、血清型Ｆトキソイド抗原が有効であるためには、少なくとも部分的に精製されることが必要であることを証明した。同じ観察は、ピキア細胞で産生されたｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）抗原についても注目され、粗細胞溶解物は、ＢｏＮＴＦチャレンジに対してマウスを防御しなかった。ＢｏＮＴＦの推定受容体結合ドメインは、酵母から精製され、マウスモデルにおいて有効であることが示された。発現した組換えＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）は、酵素結合免疫吸着測定法（ＥＬＩＳＡ）により判定すると、高い抗体力価を誘発し、そしてより重要なことには、これらの循環する血清の力価が、活性な毒素によるチャレンジからマウスを防御した。
【００４２】
ＢｏＮＴ血清型Ｇ断片Ｈ_Ｃに対する合成遺伝子（図１０Ａを参照のこと）は、酵母発現ベクターｐＨＩＬ−Ｄ４に挿入され、ピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）株ＧＳ１１５の染色体中に組み込まれた。発現産物（図１０Ｂのアミノ酸配列を参照のこと）は、変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＰＡＧＥ）およびボツリヌス神経毒血清型Ｇに対する抗体を用いるウェスタンブロット分析により示されるように、予測した分子量を有した。発現した組換えＢｏＮＴＧ（Ｈ_Ｃ）は、酵素結合免疫吸着測定法（ＥＬＩＳＡ）により判定すると、高い抗体力価を誘発し、そしてより重要なことには、これらの循環する血清の力価が、活性な毒素によるチャレンジからマウスを防御した。
【００４３】
あるタンパク質を初めて精製するときは、どの画分が生成物を含むかを同定するための実行可能な手段を作成することが重要である。目的のタンパク質が、酵素でないかまたはユニークな波長での吸収がなくても、生成物を同定するための適切な測定法（例えば質量分析）はなお存在する。本発明者らは、ウェスタンブロット分析による免疫学的検出により、ｒＢｏＮＴ（Ｈ_Ｃ）の精製をモニターすることを選択した。しかし、毒素全体に対する種々のポリクローナル抗体が利用可能であっても適当な陽性対照がないため、ウェスタンブロットの結果は、精製試料が配列決定されるか、または防御性であることが示されるまで、あいまいなものと解釈される。
【００４４】
ピキア細胞からＣ断片、Ｈ_Ｎ、および／または重鎖（Ｈ_Ｃ）抗原を抽出するときには、重要な問題点が主に２つある。第１の関心事は、これらのタンパク質の溶解度である（すなわち、さらに処理するために可溶性画分に十分な生成物が抽出できるのか？）。第２の関心事は、ポリ核酸および／または他の混入物質の有効な除去であり、これらは必要なクロマトグラフィーを強力に妨害する。
【００４５】
両性イオン界面活性剤であるＣＨＡＰＳは、膜タンパク質を可溶化するのに、最も著しく有効な物質である。膜タンパク質は、疎水性環境に存在しており、この環境から引き離されると、凝集して最終的には沈殿する強い傾向を有する。ＣＨＡＰＳは、膜結合タンパク質が凝集を起こすのを防止する。本発明者らは、この前提を上述のクロストリジウムタンパク質に外挿した。Ｃ断片、転座ドメイン（Ｈ_Ｎ）、および重鎖全体は、その天然のパートナー（神経毒の残りのセグメント）を失っており、そのためおそらくそのタンパク質表面上に露出した疎水性領域を持っている。Ｈ_Ｃ、Ｈ_Ｎ、または重鎖は通常、この領域で神経毒の残りの部分に結合している。水性環境におけるタンパク質の自然の傾向としては、その疎水性表面を覆い隠すものであるため、これらの露出した疎水性領域はタンパク質凝集の潜在的な核生成源である。ピキア細胞が、クラッキング緩衝液中に存在するＣＨＡＰＳ（０．３％ｗ／ｖのオーダー）によって破砕されると、可溶性画分中に単離された断片Ｃタンパク質の量は、血清型Ｃ_１では５％未満から８０％近くまで上昇することが観察されている。溶解度の劇的な上昇は、さらにＣ断片血清型ＡおよびＦで認められている。
【００４６】
一旦可溶性抗原が産生されると、次の課題は、抽出媒体中に存在する無数のピキア宿主タンパク質、脂質、および他の不純物から、この抗原を分離することである。液体クロマトグラフィーによる化学的分離が実行可能であるためには、ポリ核酸を効率的に除去することが重要である。ヌクレオチドは、Ｃ断片（その高いｐＩのため血清型Ａ、Ｅ、およびＦ）に結合するか、または陰イオン交換クロマトグラフィー樹脂（Ｃ_１プロセスの最初の精製工程において使用されるものと同様）に結合する。いずれの場合も、クロマトグラフィーは役に立たなくなる。Ｃ断片生成物は、クロマトグラフィー媒体に結合できないか、または許容できないほど高い塩化ナトリウム濃度範囲で溶出する。ピキア細胞は、大量のＤＮＡを持つ。ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）は、ヌクレオチドを容易に沈殿させるポリカチオン性物質である。ピキア細胞抽出物をＰＥＩで処理すると、核酸は効率的に沈殿して、生成物の著しい喪失なしに遠心分離により除去される。さらに重要なことには、ピキアタンパク質からのＣ断片のクロマトグラフィーによる分離は、劇的に改善される。
【００４７】
細胞溶解物の可溶性部分は、典型的には従来の２種のクロマトグラフィー工程により精製される。この研究の最終目的は、安全かつ有効なワクチンとしてＢｏＮＴのＦＤＡ認可を得ることである。たとえ親和性化学により極めて高分解能で分離が達成できても、樹脂からハプテンが浸出するという有害な影響が残る。すなわち好ましい分離は、陽イオン交換工程に続いて疎水性相互作用クロマトグラフィー（ＨＩＣ）を利用するものである。これら２工程は、静電的および疎水性相互作用に基づく分離を提供するため、相互に補完する。抗原が５２倍を超えて精製されると推定されたため、陽イオン交換工程は、ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）の純度を増大させるのに特に効率的であった。精製の効率は、主として多くのピキアタンパク質（ｐＩ＜７）とｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）（ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）の実験上のｐＩは９．４であった、データは示していない）との間の等電点の有意差に帰し、そうしてピキアタンパク質はカラムフロースルーにおいて除去された。陽イオン交換プールを硫酸アンモニウムで処理すると生じる沈殿物は、大部分はピキアタンパク質であり、ｒＢｏＮＴ生成物はほとんど含まれない。ＨＩＣ工程は、残りの不純物の大部分または全部を除去する。組換え酵母細胞溶解物全体からの可溶性ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）の収率は２８％より大きく、純度は９８％を超えると見積もられた。ｒＢｏＮＴＡ（Ｈ_Ｃ）について同様な精製工程を利用すると、９５％を超える純粋な物質が生成した。
【００４８】
細胞溶解物の不溶性部分中に、多量のｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）生成物（３０〜４０％）が確認された。また抗原は、ペレット中に存在する全タンパク質の３５％であった。実際、イオン交換工程後の可溶性ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）よりも純度が高かった。このことは、酵母で産生される不溶性ｒＢｏＮＴ生成物が再可溶化し、均質になるまで精製しうる代替プロセスを示唆している。再可溶化は、ペレットを尿素に再懸濁して、次に非変性緩衝液中で透析して尿素を除去することにより行われる。陽イオン交換化学を用いる単一のクロマトグラフィー工程でも、再可溶化抗原を精製する（ある場合には９８％を超えるまで）のに十分な場合もある。全細胞溶解物からの再可溶化ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）生成物の収率は、＞１９％と見積もられた。精製した可溶性および再可溶化ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）のベンチスケールの総収率は、４７％すなわち細胞ペースト１Ｋｇあたり２４０ｍｇを超えると見積もられた。同様の方法は、酵母からｒＢｏＮＴＡ（Ｈ_Ｃ）や他のｒＢｏＮＴ断片ペプチドを精製するのに適するであろう。
【００４９】
可溶性および再可溶化生成物のＣＤスペクトルの分析は、相当量のβシートの存在を表し、これは人工神経ネットワーク（Ｌｅｂｅｄａ，Ｆ．Ｊ．ら，（１９９７），「溶媒の接近容易性に基づく示差的抗原抗体接触領域の予測」，Ｊ．ＰｒｏｔｅｉｎＣｈｅｍ．，１６：６０７−６１８）を用いてｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）に関して予測されたもの、およびＢｏＮＴ血清型Ａの結晶構造により決定されたもの（Ｌａｃｙ，Ｄ．Ｂ．ら，（１９９８），「ボツリヌス神経毒Ａ型の結晶構造および毒性との関係」，Ｎａｔ．Ｓｔｒｕｃｔ．Ｂｉｏｌ．，５：８９８−９０２）と一致した。しかしＣＤは、２つの抗原が類似の折り畳み構造を有することを明らかにしたが、２つのスペクトルの間には微妙な差が存在し、これを２次構造およびこのため３次構造が同一でないことを示唆している。
【００５０】
免疫化
精製された可溶性および再可溶化抗原は、折り畳まれたコンフォメーションであると考えられる。しかし、任意の可能性あるワクチンの要点は、防御能を示すことである。この抗原は、中和抗体の産生を誘発するコンフォメーションであるか？この質問に答えるために、マウスにｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）を接種し、続いて高レベルのｒＢｏＮＴＦ毒素でチャレンジした。精製した可溶性ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）は、０．２μｇを３回接種したマウスを、ＢｏＮＴ／Ｆ毒素のマウス腹腔内ＬＤ_５０の１０００倍によるチャレンジから、完全に防御した。用量と生存率の関係の分析は、用量が生存率のオッズ（オッズ比＝２．０、これは１．３から３．１の９５％信頼度で、用量の単位増加あたり生存率のオッズが２倍上昇することを意味する）に関係することを示した。接種の回数もまた生存率に関係した。２回接種および３回接種の両方とも、単回接種に比較して生存率のオッズの上昇に関連した（２回接種では１．２〜２３の９５％信頼度で５．３倍、そして３回接種では４．３〜１１０の９５％信頼度で２２倍）。高用量での単回投与が、低用量の複数回接種に匹敵する防御を達成することは、明らかである。また、１μｇの精製再可溶化ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）の３回投与は、ＢｏＮＴＦ毒素のマウス腹腔内ＬＤ_５０の５０００倍によるチャレンジから、マウスを完全に防御し、これは、溶解物の不溶性画分由来の再折り畳みｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）も、抗原の好適な供給源となりうることを証明している。
【００５１】
個々のＥＬＩＳＡ抗体力価は、マウス生存率の優れた予測値であると考えられる。マウスの抗体力価が１００以上であれば、このマウスは、ＢｏＮＴＦ毒素の１０００マウス腹腔内ＬＤ_５０によるチャレンジに耐えると予測され、そして実際に生き延びた。ｒＢｏＮＴＡ（Ｈ_Ｃ）またはｒＢｏＮＴＢ（Ｈ_Ｃ）ワクチンを、特定のスケジュール（すなわち、０、４、および８週間目の非経口的筋肉内注入）で２回または３回、マウスにワクチン接種したとき、毒素のＬＤ_５０の１０万または１兆倍でチャレンジしたマウスの生存率は、非常に高い。ＥＬＩＳＡによるこれらの動物中の抗体レベルの測定は、生存率が、測定される抗体レベルと相関しうることを示している。マイクロタイタープレートを毒素または断片Ｃ自体でコーティングし、次にワクチン接種マウスからの血清を種々の希釈で加え（すなわち、１／１００、１／４００、１／１６００、１／６４００などに希釈した血清）てＥＬＩＳＡを実施した。断片Ｃにより、動物で防御を十分誘発できるため、好ましくは断片Ｃでワクチン接種した動物からの血清中の中和抗体力価の測定は、断片Ｃでコーティングしたマイクロタイタープレートを用いて実施する。血清中の抗体は、毒素または断片Ｃに結合し、そして結合抗体は、西洋ワサビペルオキシダーゼまたはアルカリホスファターゼに結合した２次抗体（例えば、抗マウスＩｇＧ）により検出できる。２次ＩｇＧは、断片Ｃワクチンに対して産生された抗ＢｏＮＴ抗体に結合する。マイクロタイターウェルを洗浄後、ペルオキシダーゼまたはホスファターゼ酵素に対する基質をウェルに加える。基質は、酵素が基質を切断すれば発色し、そしてこの色の強度を測定する（例えば、４０５ｎｍで）。典型的には、０．２の測定値をベースとして使用する。すなわち、１／１６００の血清の希釈が４０５ｎｍで０．１５の測定値を与え、かつ１／４００の希釈が４０５ｎｍで０．４５の測定値を与えるならば、血清中の抗体力価は、１／４００希釈として特性決定される（すなわち、４００倍の力価）。０．２の測定値が高い希釈で得られるならば、さらに良好な防御が観察されることは明らかである。ｒＢｏＮＴＡ（Ｈ_Ｃ）ワクチン接種では、１００未満のＥＬＩＳＡ力価のマウスでは、このワクチン接種およびチャレンジの条件下で、わずか１４．３％の生存率のみが観察された。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）では、１００倍のＥＬＩＳＡ力価のマウスについて、このワクチン接種およびチャレンジの条件下で、１００％のマウスが防御された。
【００５２】
また、感受性宿主は、免疫応答を増大させるためにアジュバント中に配合された適切なペプチドワクチンを用いて免疫化されることは、当業者には周知であろう。このようなアジュバントは、特に限定されないが、フロイント（Ｆｒｅｕｎｄ’ｓ）（完全および不完全）、水酸化アルミニウムのような鉱物ゲル、キーホールリンペットヘモシアニン（ｋｅｙｈｏｌｅｌｉｍｐｅｔｈｅｍｏｃｙａｎｉｎ）のような界面活性物質、リゾレシチン、プルロニックポリオール（ｐｌｕｒｏｎｉｃｐｏｌｙｏｌｓ）、ポリアニオン、ペプチド、ＢＣＧ（カルメット・ゲラン杆菌（ＢａｃｉｌｌｅＣａｌｍｅｔｔｅ−Ｇｕｅｒｉｎ））、油性乳剤およびジニトロフェノールを含む。免疫化は、追加の種々の提示および架橋による組合せ（ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｉｎｇｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｓ）を用いて行うことができる。特に限定されないが、一例として、このような組合せは、担体としてのＫＬＨに架橋したｒＢｏＮＴペプチド、担体としての任意の他のｒＢｏＮＴタンパク質に架橋した任意のｒＢｏＮＴペプチド、それら自己同士で架橋したｒＢｏＮＴペプチド、および上に列挙される種々のアジュバントにより提示されるこれらの組合せを含む。このような組合せは、本明細書を通して開示される他のペプチドおよび自己集合ペプチドに関して利用可能であることが明白であろう。
【００５３】
また、「感受性宿主」という用語の使用が、ＢｏＮＴによる中毒に対して感受性のこのような哺乳動物宿主を含むことは、当業者には既知であろう。さらに、このような感受性宿主は、本明細書に記載のペプチドワクチンおよび関連する方法を使用して、ＢｏＮＴからの防御を促進するための処置の対象であることは、明白であろう。
【００５４】
実施例
本発明のさらに完全な理解を促進するために、いくつかの実施例を以下に示す。しかし本発明の範囲は、これらの実施例に開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、これらは、説明のみを目的とする。
【００５５】
実施例１．ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）をコードする合成遺伝子の合成およびクローニング
ボツリヌス神経毒血清型Ｆの推定断片Ｃ領域をコードする合成遺伝子を、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）における発現のために設計および構築した（Ｈｏｌｌｅｙら，Ｖａｃｃｉｎｅに投稿中）。組換えＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）_１遺伝子は、マルトース結合タンパク質（ＭＢＰ）との融合タンパク質として、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）中で１ｍｇ／Ｌ培養液の収率で発現した（図１８を参照のこと）。
【００５６】
同じ遺伝子を、酵母ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）中の発現試験のために使用した。この特定の宿主は、高レベルの組換えタンパク質を産生することができるため（Ｃｒｅｇｇ，Ｊ．Ｍ．ら，（１９９３），「ピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）中の外来遺伝子発現における最近の進歩」，Ｂｉｏ／Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１１：９０５−９０９；Ｒｏｍａｎｏｓ，Ｍ．Ａ．ら，（１９９２），「酵母における外来遺伝子発現：総説」，Ｙｅａｓｔ，８：４２３−４８８；Ｓｒｅｅｋｒｉｓｈｎａ，Ｋ．ら，（１９８８），「メチロトローフ（Ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃ）な酵母であるピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）中の異種タンパク質の高レベル発現」，Ｊ．Ｂａｓ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，２８：２６５−２７８）、およびエンドトキシンを欠いているため製品開発しやすいことから、特に選択された。抗原の細胞内発現は、組換えタンパク質のグリコシル化の可能性を回避するために利用した。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）_１遺伝子は、酵母ベクターｐＨＩＬＤ４のユニークなＥｃｏＲＩ部位に挿入するためにその３’末端を修飾した。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）_１遺伝子を含む組換え構築体は、次にＳａｃＩで線状化し、このカセットをピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）株のＧＳ１１５の染色体アルコールオキシダーゼ（ＡＯＸ１）中に組み込んだ（Ｃｌａｒｅ，Ｊ．Ｊ．ら，（１９９１），「遺伝子の多重タンデム組み込みを含むピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）株中の破傷風毒素断片Ｃの高レベル発現」，Ｂｉｏ／Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，９：４５５−４６０）。選択マーカーのヒスチジンデヒドロゲナーゼ（Ｃｒｅｇｇ，Ｊ．Ｍ．ら，（１９８５），「形質転換の宿主系としてのピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）」，Ｍｏｌ．Ｃｅｌｌ．Ｂｉｏｌ．，５：３３７６−３３８５）およびアミノグリコシドホスホトランスフェラーゼ３’（Ｉ）（Ｓｃｏｒｅｒ，Ｃ．Ａ．ら，（１９９４），「高レベルの外来遺伝子発現のためのピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）の高コピー数形質転換株のＧ４１８を使用する迅速選択」，Ｂｉｏ／Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１２：１８１−１８４）を発現する酵母の形質転換株を単離した。これらの単離株は、メタノールによる誘導後、ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）を発現するその能力に関してさらに特性決定した。構築された種々の形質転換株は選択マーカーを発現できたが、これらの単離株では、ＳＤＳ／ＰＡＧＥおよびブロット分析により判定したところｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）の発現は観察されなかった（データは示していない）。
【００５７】
ＳＤＳ／ＰＡＧＥ、ウェスタンブロット、およびタンパク質測定
総タンパク質濃度は、ＢＳＡを標準物質とするＰｉｅｒｃｅＢＣＡ（登録商標）（ビシンコニン酸）タンパク質測定キットにより測定した。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）生成物の純度は、すでに報告されている（Ｂｙｒｎｅ，Ｍ．Ｐ．ら，（１９９８），「組換えワクチン候補としてのピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）からのボツリヌス神経毒Ａ型結合ドメインの精製、力価、および効力」，Ｉｎｆｅｃｔ．Ｉｍｍｕｎ．，６６：４８１７−４８２２）ように、ノーベックス（Ｎｏｖｅｘ）（サンジエゴ、カリホルニア州、米国）ゲル電気泳動用備品、試薬、プロトコール、および国立衛生研究所（ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｓｏｆＨｅａｌｔｈ）（ＮＩＨ）イメージングソフトウェアを用いるＳＤＳ／ＰＡＧＥにより評価した。すでに報告されている（Ｂｙｒｎｅ，１９９８）ようにウェスタンブロット測定法を使用して、ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）を含むＦＰＬＣ画分を同定した。なお、以下の変更を加えた。使用した１次抗体は、１μｇ／ｍｌで３時間インキュベートしたポリクローナルのプロテインＧセファロース精製したウマ抗ＢｏＮＴＦ抗体である。使用した２次抗体は、西洋ワサビペルオキシダーゼ標識したアフィニティー精製ヤギ抗ウマＩｇＧ（カークガード・ペリーラボラトリーズ（Ｋｉｒｋｅｇａａｒｄ＆ＰｅｒｒｙＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）、ゲーサーズバーグ、メリーランド州、米国）であり、１μｇ／ｍｌで２時間測定した。
【００５８】
実施例２．ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ _Ｃ）をコードする合成遺伝子の合成およびクローニング
続いて第２の合成遺伝子のｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）_２を、ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）中での発現を促進するように設計した。遺伝子の再設計は、ＡＴ濃縮域のスパイクがなお残存するｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）_１遺伝子の特異的領域を低下させることを意図して行った。以前の研究により、クロストリジウムＤＮＡ中のまれなコドン（Ｍａｋｏｆｆ，Ａ．Ｊ．ら，（１９８９），「大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）中の破傷風毒素断片Ｃの発現：まれなコドンの除去による高レベル発現」，ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓＲｅｓ．，１７：１０１９１−１０２０１）および／または高濃縮ＡＴ塩基組成（Ｒｏｍａｎｏｓ，Ｍ．Ａ．ら，（１９９１），「酵母中の破傷風毒素断片Ｃの発現：ＡＴ濃縮ＤＮＡ中の偶然のポリアデニル化部位を除去するために遺伝子合成が必要である」，ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓＲｅｓ．，１９：１４６１−１４６７）は、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）および酵母中のクロストリジウム遺伝子の最適な発現とは、両立しないことが判っている。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）断片をコードする第２の合成遺伝子は、ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）のコドン利用を用いて設計および構築された（Ｓｒｅｅｋｒｉｓｈｎａ，Ｋ．，（１９９３），「メチロトローフな酵母であるピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）中のタンパク質の発現と分泌を最適化するための戦略」，ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＭｉｃｏｒｏｒｇａｎｉｓｍｓ：ＢａｓｉｃａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＧｅｎｅｔｉｃｓ，（Ｂａｌｔｚ，Ｒ．Ｈ．ら，編），ｐｐ．１１９−１２６，Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ）。簡単に述べると、Ｆ（Ｈ_Ｃ）のアミノ末端領域（ＥｃｏＲＩおよびＰｓｔＩ部位が両側に隣接する４２３ヌクレオチド）、Ｆ（Ｈ_Ｃ）の中央領域（ＰｓｔＩおよびＳａｌＩ部位が両側に隣接する６０６ヌクレオチド）およびＦ（Ｈ_Ｃ）のカルボキシ末端領域（ＳａｌＩおよびＥｃｏＲＩ部位が両側に隣接する３３６ヌクレオチド）をコードする相補的オリゴヌクレオチドをアニーリングして、ｐＵＣまたはＰＣＲゼロブラント（ｚｅｒｏ−ｂｌｕｎｔ）プラスミドベクター中にクローン化した。天然のクロストリジウムＦ（Ｈ_Ｃ）ＤＮＡ中のＡＴ塩基組成は、平均して７６％であり、一方ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）_１は平均５８％であり、ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）_２は５３％である（図１９）。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）_２の合成遺伝子配列およびこれがコードする４３２アミノ酸は、図９に示される。ヌクレオチド配列決定後、クローン化断片は、適切な制限エンドヌクレアーゼにより切り出し、アガロースゲル電気泳動により分離して精製した。単離ＤＮＡ断片を、ＥｃｏＲＩ消化し脱リン酸化したプラスミドｐＨＩＬＤ４中に同時に連結した。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）_２遺伝子を含むベクターは、上述のようにピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）の染色体ＡＯＸ１遺伝子座中に組み込んだ。選択マーカー（ヒスチジンデヒドロゲナーゼおよびアミノグリコシドホスホトランスフェラーゼ３’（Ｉ））を発現する形質転換体を単離して、ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）を発現するその能力について試験した。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）_１遺伝子とは異なり、ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）_２は、メタノールによる誘導後に発現して、ＳＤＳ／ＰＡＧＥおよびウェスタンブロット分析により判定したところ約５００００ダルトンの予測された分子量が得られた（図２０）。コードされるポリペプチドの推定分子質量は５０，２５０ダルトンであった。
【００５９】
実施例３．ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）中のｒＢｏＮＴＦ（Ｈ _Ｃ）の発現および細胞破砕
酵母ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）株について、ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）の大規模発酵条件および最適細胞内発現を調べた。
【００６０】
タンパク質発現
ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）の接種用ストック培養液は、０．５ＬのＹＮＢ培地（アミノ酸を含まない酵母の窒素塩基１３．４ｇ／Ｌ、２０ｇ／Ｌグリセロール、０．４ｍｇ／Ｌビオチン、１００ｍＭリン酸ナトリウム中、ｐＨ６．０）を含む振盪フラスコ中で増殖させた。培養液は、３０℃で２０吸光度単位のＡ_６００を達成するまで増殖させて、次にこれを使用して、２．５Ｌ基本塩培地（ｂａｓａｌ−ｓａｌｔｍｅｄｉｕｍ）とＰＴＭ_４微量無機塩類および４％グリセロールを含む５ＬＢｉｏＦｌｏ３０００発酵槽（ＮｅｗＢｒｕｎｓｗｉｃｋＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、エジソン、ニュージャージー州、米国）に接種した。溶存酸素は４０％に維持し、そしてｐＨは３０％水酸化アンモニウムで５．０に維持した。最初のグリセロールが消費された後、５０％（ｗ／ｖ）グリセロールを２０ｇ／Ｌ／時の速度で１時間加え、次に３時間かけて０ｇ／Ｌ／時まで線形に低下させた。培地は、１．５ｇメタノール／Ｌ培地で強化した。メタノール供給は、４ｇ／Ｌ／時で開始して、１０時間かけて９ｇ／Ｌ／時まで線形に上昇させた。メタノール供給速度は、溶存酸素−スパイク法を用いることにより調整した（Ｃｈｉｒｕｖｏｌｕ，Ｖ．ら，（１９９７），「供給−バッチ発酵中のピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）のアルコールオキシダーゼ−欠損株中の組換えタンパク質発現」，ＥｎｚｙｍｅＭｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，２１：２７７−２８３）。１０時間のメタノール誘導後、ＢｅｃｋｍａｎＡ−１０ローター（ＢｅｃｋｍａｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、パロアルト、カリホルニア州、米国）を用いて６０００ｇ、４℃で１０分間遠心分離することにより細胞を回収し、次に−２０℃で保存した。
【００６１】
タンパク質発現
ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）の接種用ストック培養液は、０．５ＬのＹＮＢ培地（アミノ酸を含まない酵母の窒素塩基１３．４ｇ／Ｌ、２０ｇ／Ｌグリセロール、０．４ｍｇ／Ｌビオチン、１００ｍＭリン酸ナトリウム中、ｐＨ６．０）を含む振盪フラスコ中で増殖させた。培養液は、３０℃で２０吸光度単位のＡ_６００を達成するまで増殖させて、次にこれを使用して、２．５Ｌ基本塩培地（ｂａｓａｌ−ｓａｌｔｍｅｄｉｕｍ）とＰＴＭ_４微量無機塩類および４％グリセロールを含む５ＬＢｉｏＦｌｏ３０００発酵槽（ＮｅｗＢｒｕｎｓｗｉｃｋＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、エジソン、ニュージャージー州、米国）に接種した。溶存酸素は４０％に維持し、そしてｐＨは３０％水酸化アンモニウムで５．０に維持した。最初のグリセロールが消費された後、５０％（ｗ／ｖ）グリセロールを２０ｇ／Ｌ／時の速度で１時間加え、次に３時間かけて０ｇ／Ｌ／時まで線形に低下させた。培地は、１．５ｇメタノール／Ｌ培地で強化した。メタノール供給は、４ｇ／Ｌ／時で開始して、１０時間かけて９ｇ／Ｌ／時まで線形に上昇させた。メタノール供給速度は、溶存酸素−スパイク法を用いることにより調整した（Ｃｈｉｒｕｖｏｌｕ，Ｖ．，１９９７）。１０時間のメタノール誘導後、ＢｅｃｋｍａｎＪＡ−１０ローター（ＢｅｃｋｍａｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、パロアルト、カリホルニア州、米国）を用いて６０００×ｇ、４℃で１０分間遠心分離することにより細胞を回収し、次に−２０℃で保存した。
【００６２】
細胞破砕および試料調製
１１ｇの凍結細胞ペーストを、１００ｍｌの５０ｍＭＮａ_２ＨＰＯ_４／２ｍＭＮａ_２ＥＤＴＡ／１ｍＭＰＭＳＦ、ｐＨ６．８に４℃で再懸濁した。懸濁細胞は、２１０００ｐｓｉでマイクロ流動化装置（モデル１１０Ｙ、ＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓＣｏｒｐ．ニュートン、マサチューセッツ州、米国）に、連続３回通過させることにより破砕した。破砕物の温度は、出口路および回収フラスコを氷で冷却して、プロセス全体を１０℃未満に保持した。顕微鏡で測定して、９５％を超える細胞が破砕されたと判定された。これに比較して、これまでのプロトコールでは、細胞を効率的に破砕するには、Ｇａｕｌｉｎホモジェナイザーに８〜１０回通過させることが必要であった。細胞溶解物のＳＤＳ−ＰＡＧＥおよびウェスタンブロット分析は、発現されたｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）が総タンパク質の＜０．５％であることを示した。生じた細胞溶解物容量は、１１ｍｇ／ｍｌのタンパク質濃度で１０５ｍｌであった。細胞破片と不溶性タンパク質は、ＳｏｒｖａｌＳＳ−３４ローター（ＳｏｒｖａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、ニュートン、コネチカット州、米国）を用いて１５０００ｇ、４℃で１５分間遠心分離して除去した。生じた抽出物は、脂質と多量の核酸の存在のため、目立って濁っていた。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）は、計算された等電点９．１を有しており、おそらくＤＮＡと強力に相互作用するため、ポリヌクレオチドを消化しかつ精製を促進するために、ＤＮアーゼを細胞抽出物に加えた。ポリヌクレオチドを除去するため、抽出物は、室温で３０分間、ＤＮアーゼ（１００単位／ｍｌ、Ａｌｄｒｉｃｈ）およびＺｎＣｌ_２（２ｍＭ、Ａｌｄｒｉｃｈ）で処理し、次に５０ｍＭＮａ_２ＨＰＯ_４／２ｍＭＮａ_２ＥＤＴＡ／１ｍＭＰＭＳＦ、ｐＨ６．８中で４℃で、１０ｋＤａ分子量カットオフ（ＭＷＣＯ）のＳｌｉｄｅ−Ａ−Ｌｙｚｅｒ透析カセット（Ｐｉｅｒｃｅ）により十分に透析した。透析中に沈殿物が発生したため、これをＳｏｒｖａｌＳＳ−３４ローターを用いて１５０００ｇ、４℃で１５分間遠心分離して分離した。透明になった抽出物は、７．８ｍｇ／ｍｌの総タンパク質を含み、そして可溶性ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）のＦＰＬＣ精製のための出発物質として使用し、一方ペレットは、再可溶化ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）精製のための出発物質として使用した。
【００６３】
実施例４．ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）からのｒＢｏＮＴＦ（Ｈ _Ｃ）の従来の精製法
ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）タンパク質は、ＦＰＬＣ系および２つのクロマトグラフィー工程を用いて均質になるまで精製した。最初に、材料を陽イオン交換クロマトグラフィーに付した（図２１Ａ）。
【００６４】
可溶性ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ _Ｃ）のＦＰＬＣ精製
可溶性ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）は、Ｐｈａｒｍａｃｉａモデル５００ＦＰＬＣシステム（Ｐｈａｒｍａｃｉａ、ウプサラ、スウェーデン）を、溶出をプログラムしてＡ_２８０をモニターしながら使用して精製した。出発物質は、２ｍｌ／分（１５０ｃｍ／時）の流量で、５０ｍＭＮａ_２ＨＰＯ_４／２ｍＭＮａ_２ＥＤＴＡ／１ｍＭＰＭＳＦ、ｐＨ６．８（緩衝液Ａ）で平衡化させたＰｈａｒｍａｃｉａＨＲ１０／１０ＭｏｎｏＳ陽イオン交換カラムにロードした。カラムを１６ｍｌ（カラム体積の２倍）の緩衝液Ａで洗浄した。フロースルーと洗浄液を別々に回収して、次の分析のために保存した。タンパク質は、８０ｍｌ（カラム体積の１０倍）にわたる０〜３００ｍＭＮａＣｌの線形勾配、次に２０ｍｌ（カラム体積の２．５倍）にわたる３００〜１０００ｍＭＮａＣｌの線形勾配、そして次に１０ｍｌ（カラム体積の１．２５倍）にわたる１０００ｍＭのアイソクラチック勾配でカラムから溶出した。線形およびアイソクラチック勾配を通して４ｍｌ画分を回収した。この工程は、多くのピキアタンパク質がｐＨ５と７の間の等電点を有しており、よって結合せずにカラムを通過するため、非常に効率的であった。２３０と２６０ｍＭＮａＣｌの間に溶出する画分は、ウェスタンブロット分析によりｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）が陽性であったため、これをプールした。プールした画分は、撹拌棒で撹拌しながら、２Ｍ（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４／５０ｍＭＮａ_２ＨＰＯ_４／２ｍＭＮａ_２ＥＤＴＡ／２５ｍＭＮａＣｌ、ｐＨ７．５をゆっくり加えることにより、１．５Ｍ硫酸アンモニウムに調整した。タンパク質沈殿物が生成したが、これは主として酵母タンパク質であり、少量のｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）生成物（約１０％）を有した。沈殿物を、ＳｏｒｖａｌＳＳ−３４ローターを用いて６０００ｇ、４℃で１０分間で遠心分離して除去した。幸いにも、ＭｏｎｏＳカラム画分のプールを硫酸アンモニウムで希釈すると、ほとんどのｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）生成物は溶液中に残り（約９０％）、一方かなりの量のピキアタンパク質が塩析された。第１工程は、所望の生成物を総タンパク質の＜０．５から２６％まで濃縮した（表２）。
【００６５】
ＨＩＣを第２のクロマトグラフィー工程として使用して（図２１Ｂ）、表面疎水性の差に基づきタンパク質を分離した。ネオペンチル化学は、ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）との適当な疎水性相互作用を提供することが判明した。上清は、１ｍｌ／分（７５ｃｍ／時）の流量で、１．５Ｍ（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４／５０ｍＭＮａ_２ＨＰＯ_４／２ｍＭＮａ_２ＥＤＴＡ／２５ｍＭＮａＣｌ、ｐＨ７．５（緩衝液Ｂ）で平衡化させたＰｈａｒｍａｃｉａアルキルスーパーオース（ｓｕｐｅｒｏｓｅ）１０／１０疎水性相互作用クロマトグラフィー（ＨＩＣ）カラムにロードした。カラムを８ｍｌ（カラム体積の１倍）の緩衝液Ｂで洗浄した。タンパク質は、６０ｍｌ（カラム体積の７．５倍）にわたり１．５から０Ｍまで低下する（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４の線形勾配でカラムから溶出した。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）は、０．９２Ｍ硫酸アンモニウムで、０．５２ｍｇ／ｍｌのタンパク質濃度で３ｍｌの容量でＨＩＣカラムから溶出した。ウェスタンブロット分析により陽性でかつＳＤＳ／ＰＡＧＥにより単一バンドのみを示した画分をプールして、５０ｍＭＮａ_２ＨＰＯ_４／２ｍＭＮａ_２ＥＤＴＡ、ｐＨ６．８中で十分に透析した。
【００６６】
細胞抽出物からの精製産物の回収率は、４２％を超えると見積もられた（表２）（１ｋｇの細胞ペーストあたり１４０ｍｇの終了）。生じたｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）は、わずかに（４μｇ）過充填したときでさえＳＤＳ−ＰＡＧＥにより単一バンドしか検出されなかった（図２０）ため、純度９８％を超えると判定された。毛細管等電点電気泳動は、抗原が９．４の等電点を有することを示した（データは示していない）が、これは、計算ｐＩ９．１と無理なく一致する。
【００６７】
表２．可溶性ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ _Ｃ）の精製
総タンパク質濃度は、ＰｉｅｒｃｅＢＣＡ（登録商標）測定法により測定した。ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）は、ウェスタンブロット分析により同定して、ＮＩＨイメージングソフトウェアを用いるピクセルデンシトメトリーにより、ＳＤＳ／ＰＡＧＥの個々のレーンを分析して見積もった。
【００６８】
【表２】

【００６９】
精製した可溶性および再可溶化ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ _ｃ）のＣＤ
精製した可溶性および再可溶化ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）を、ジャスコ（Ｊａｓｃｏ）６００分光偏光計（ＪａｐａｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｃｏｍｐａｎｙ、東京、日本）を用いるＣＤ分光法に付した。実験は、１ｃｍ光路長のセル中で１０ｍＭＮａ_２ＨＰＯ_４、ｐＨ７．０中の３０μｇ／ｍｌ（０．６２μＭ）の濃度で行った。スペクトルは、２秒の応答、および帯域幅１ｎｍで１０ｎｍ／分の走査速度で２６０〜２００ｎｍを走査した、４回の集積の平均として得られた。温度は、ペルティエ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）の温度調整装置を用いて２０℃に維持した。
【００７０】
精製抗原の遠紫外線円偏光二色性スペクトルの分析（図２２）は、２３３ｎｍに陽性ピークと２１４ｎｍに最小値を示した。このことは、分子が折り畳まれたコンフォメーションをとり、多数のβシートを有することを示唆する。
【００７１】
実施例５．再可溶化ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ _Ｃ）の精製
ウェスタンブロット分析により、発現ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）全体の約３０〜４０％が、細胞溶解後不溶性ペレット中に存在することが判った。この不溶性タンパク質が回収できるかどうかを検討するため、ペレットを変性剤の尿素中に抽出し、次に非変性性緩衝液中で透析した。
【００７２】
再可溶化ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ _Ｃ）のＦＰＬＣ精製
細胞溶解物ペレットを、２０ｍｌの３Ｍ尿素／５０ｍＭＮａ_２ＨＰＯ_４、ｐＨ７．０中に再懸濁して、ラブクェーク（Ｌａｂｑｕａｋｅ）回転装置で４℃で１５時間抽出した。変性緩衝液により可溶化されない細胞成分を、ソーバル（Ｓｏｒｖａｌ）ＳＳ−３４ローターを用いて１５０００ｇ、４℃で１０分間遠心分離して除去した。上清を、緩衝液Ａ中で１０ｋＤａＭＷＣＯピアース（Ｐｉｅｒｃｅ）スライドＡライザー（Ｓｌｉｄｅ−Ａ−Ｌｙｚｅｒ）透析カセットを用いて十分に透析した。わずかな沈殿物が透析中に生成したため、これを上述のように遠心分離により除去した。ウェスタンブロット分析は、ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）が上清中にのみ存在することを示したが、これはＳＤＳ／ＰＡＧＥにより純度約３５％であることが推定された。上清を、ＰｈａｒｍａｃｉａＨＲ１０／１０モノＳ陽イオン交換カラムに充填して、上記と同じ条件により分離した。単一の陽性ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）バンド（ＳＤＳ／ＰＡＧＥおよびウェスタンブロット分析）のみを含む画分をプールして、１０ｋＤａＭＷＣＯ透析カセットで５０ｍＭＮａ_２ＨＰ０_４／２ｍＭＮａ_２ＥＤＴＡ、ｐＨ６．８中で透析した。最終的な再可溶化ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）産物は、ＳＤＳ／ＰＡＧＥにより測定して純度９８％を超えると判定された。
【００７３】
単回の陽イオン交換クロマトグラフィー分離工程後、ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）は、ＳＤＳ−ＰＡＧＥにより判定すると純度９８％を超えた。精製された再可溶化ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）の総収率は、細胞ペースト１ｋｇあたり１００ｍｇであった。精製された再可溶化抗原のコンフォメーションは、ＣＤ分光分析により測定されるように顕著なβシートを示した（図２２）。しかし、全体の折り畳みは、細胞溶解物上清から精製されたｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）により示されるものとわずかに異なるようであった。主な差異は２３３ｎｍの陽性ピークの欠如であり、これはβシート含量の差を示している。
【００７４】
実施例６．マウス免疫原性および効力試験
組換えｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）の免疫原性を評価するために、細胞溶解物の可溶性画分からの精製ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）を、１回、２回、または３回投与を１匹当たり０．００８〜５μｇの範囲の用量でマウスに接種した。
【００７５】
マウス接種およびＢｏＮＴＦ毒素チャレンジ
マウス（受領時体重１６〜２２ｇのＣｒｌ：ＣＤ−１、ＩＣＲマウス（ＣｈａｒｌｅｓＲｉｖｅｒ、ノースカロライナ州、米国）に、精製ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）を筋肉内（ｉ．ｍ．）注射した。最後のｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）注射の２１日後、０．２％（ｗ／ｖ）ゼラチン／０．４％（ｗ／ｖ）Ｎａ_２ＨＰＯ_４、ｐＨ６．２に希釈したＢｏＮＴ毒素複合体（ランゲランド（Ｌａｎｇｅｌａｎｄ）株）を、マウス１匹当たり１００μｌの総容量にして腹腔内（ｉ．ｐ．）投与によりマウスをチャレンジした。５匹の未処理マウスの群も毒素対照として使用した。マウスを毎日観察したところ、チャレンジの５日後に死亡を記録した。全ての動物処置法は、ＡＡＡＬＡＣ認定施設の適用規則に従った。
【００７６】
精製可溶性ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）の効力は、１匹当たり０．００８、０．０４、０．２、１．０、または５．０μｇのｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）（１００μｌの０．９％（ｗ／ｖ）生理食塩水中０．２％（ｖ／ｖ）アルヒドロゲル（Ａｌｈｙｄｒｏｇｅｌ）（ＳｕｐｅｒｆｏｓＢｉｏｓｅｃｔｏｒ、クイストガルト（Ｋｖｉｓｔｇａａｒｄ）、デンマーク）に希釈）を１４日間隔で１回、２回、または３回投与した５匹の雌マウスの接種群により求めた。チャレンジの２日前、マウスから眼窩後方で採血して、血清をＥＬＩＳＡ試験のために回収した。マウスをＢｏＮＴＦ毒素複合体のマウス腹腔内ＬＤ_５０の１０００倍でチャレンジした。
【００７７】
５匹の未処理対照を含めて全てのマウスを、ＢｏＮＴＦ毒素のマウス腹腔内ＬＤ_５０の１０００倍でチャレンジした。対照は全て２〜４時間以内に死亡した。用量応答は、異なる回数の接種を受けたマウスの群から観察された（表３）。５μｇの単回接種は、５匹中４匹のマウスを防御したが、一方０．２μｇ以下の用量では１匹のマウスを防御したかまたは防御しなかった。２回および３回の接種は、０．２および０．０４μｇの用量でそれぞれ５匹中４匹および５匹中５匹のマウスを防御した。試験した全ての用量レベルで、生存マウスの数は、接種の回数と共に上昇した。
【００７８】
個々のマウスの血清抗体力価をＥＬＩＳＡにより測定し、続いて本試験の各群について幾何平均力価を計算した。
【００７９】
マウス血清ＥＬＩＳＡ
個々のマウス血清ＥＬＩＳＡを、以下の相違点を除いて、すでに報告されている（Ｂｙｒｎｅ，１９９８）ように実施した。ボツリヌス神経毒血清型Ｆ（ランゲランド（Ｌａｎｇｅｌａｎｄ）株、ＦｏｏｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ、ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷｉｓｃｏｎｓｉｎ、マジソン、ウィスコンシン州、米国）をコーティング抗原として使用して、各アッセイのための陽性対照は、マウスＩｇＧモノクローナル抗体の７Ｆ８．Ｇ２．Ｈ３とした（Ｂｒｏｗｎ，Ｄ．Ｒ．ら，（１９９７），「ボツリヌス神経毒血清型Ｆに対する中和モノクローナル抗体の同定と特性付け（ＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆａＮｅｕｔｒａｌｉｚｉｎｇＭｏｎｏｃｌｏｎａｌＡｎｔｉｂｏｄｙＡｇａｉｎｓｔＢｏｔｕｌｉｎｕｍＮｅｕｒｏｔｏｘｉｎ，ＳｅｒｏｔｙｐｅＦ，ＦｏｌｌｏｗｉｎｇＶａｃｃｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈＡｃｔｉｖｅＴｏｘｉｎ）」，Ｈｙｂｒｉｄｏｍａ，１６：４４７−４５６）。
【００８０】
表３．精製可溶性ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ _Ｃ）を接種後のマウスの生存率、抗体群ＥＬＩＳＡ力価、および血清中和力価
最終接種の２１日後にＢｏＮＴＦ毒素の腹腔内ＬＤ_５０の１０００倍でマウスをチャレンジした。抗体ＥＬＩＳＡ力価を、バックグラウンド補正後に０．２ＡＵを超えるＯＤ_４０５を有する最高希釈の逆数として測定した。幾何平均ＥＬＩＳＡ力価を、個々の力価の対数の幾何平均をとることにより測定した。幾何平均の標準偏差も報告する。ＥＬＩＳＡ力価がアッセイの検出限界以下と測定された場合（＜１００）、ＥＬＩＳＡ力価には、２５という値を任意に割り当てた。１．４という幾何平均力価は、その群内の全てのＥＬＩＳＡ力価が検出限界を下回ったことを意味する。
【００８１】
【表３】

【００８２】
統計解析
ロジスティック回帰モデルを使用して、幾何平均ＥＬＩＳＡ力価および個々の力価と生存率との関連を、ＳＡＳ、バージョン６．１０を用いて試験した。幾何平均力価は、防御とよく相関した（表３）。生存マウスのいない３群は、アッセイの検出限界を下回る幾何平均力価であった（１．４）。同様に、完全な防御を示した４群は、２．８以上の幾何平均力価であった。個々のマウス抗体力価は、防御と極めてよく相関した（表４）。力価が１００未満であって生存したマウスは３８匹中わずか７匹であった。一方、力価が１００以上であったものは３４匹中３４匹が生存した。試験中１匹のマウスは、「非応答者（ｎｏｎｒｅｓｐｏｎｄｅｒ）」と分類することができた。このマウスは、最高用量レベルで２回注射を受けたが、抗体力価は検出限界を下回り、ＢｏＮＴＦチャレンジに生き残らなかった。この群の残りのマウスは、１６００以上の力価であった。
【００８３】
表４．精製可溶性ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ _Ｃ）を接種後の個々のＥＬＩＳＡ抗体力価と防御との相関
血清を各マウスから個々に採血した。力価は、バックグラウンド補正後０．２ＡＵを超えるＯＤ_４０５を有する最高希釈の逆数である。最終接種の２１日後にＢｏＮＴＦ毒素の腹腔内ＬＤ_５０の１０００倍でマウスをチャレンジした。
【００８４】
【表４】

【００８５】
再可溶化抗原も、ＢｏＮＴ毒素チャレンジからマウスを防御するその能力により、免疫原性および防御効力に関して評価した。１０匹の雄マウスの群はそれぞれ、１匹当たり１μｇまたは５μｇのｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）（１００μｌの０．９％（ｗ／ｖ）生理食塩水中０．２％（ｖ／ｖ）アルヒドロゲル（Ａｌｈｙｄｒｏｇｅｌ）に希釈）を１４日間隔で３回接種した。チャレンジの２日前、マウスの眼窩後方から採血して、ＥＬＩＳＡ試験のために血清を回収した。１μｇ用量を接種したマウスを、ＢｏＮＴＦ毒素のマウス腹腔内ＬＤ_５０の５０００倍でチャレンジしたところ、１０匹中１０匹のマウスがチャレンジに生き残った。１μｇ用量を接種した群で１００％防御が観察されたため、５μｇを３回投与した群を、抗原の限界を試験するために２桁大きいチャレンジレベルに付した。従って、５μｇ用量群にはＢｏＮＴＦ毒素のマウス腹腔内ＬＤ_５０の５００，０００倍でチャレンジした。マウスは１匹もチャレンジに生き残らなかった；しかし死亡までの時間に有意な遅延が観察された（２４〜４８時間）。全ての対照マウスはチャレンジ後２〜４時間以内に死亡した。
【００８６】
実施例７．ｒＢｏＮＴＡ（Ｈ _Ｃ）をコードする合成遺伝子の合成およびクローニング
ボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）により産生される毒素からの防御を提供するため遺伝子工学的に操作したタンパク質の調製を、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）で行った。
【００８７】
制限エンドヌクレアーゼおよびＤＮＡ修飾酵素は、ＧＩＢＣＯＢＲＬ（ゲーサーズバーグ、メリーランド州）から入手した。ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）試薬は、Ｐｅｒｋｉｎ−ＥｌｍｅｒＣｅｔｕｓ（ノーウォーク、コネチカット州）から購入した。ＳＤＳＰＡＧＥ用成形済みゲルおよび泳動緩衝液は、Ａｍｅｒｓｈａｍ（アーリントンハイツ、イリノイ州）から得た。全てのオリゴヌクレオチドは、ＭａｃｒｏｍｏｌｅｃｔｕｌａｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ（フォートコリンズ、コロラド州）により合成された。ＥＬＩＳＡ試薬は、自家入手したか、またはＳｉｇｍａ（セントルイス、ミズーリ州）またはＫｉｒｋｅｇａｒｄａｎｄＰｅｒｒｙＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（ゲーサーズバーグ、メリーランド州）から入手した。
【００８８】
大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）宿主は、ＧＩＢＣＯＢＲＬからコンピテント細胞として購入したＫ１２ＤＨ５ａとした。ＮｅｗＥｎｇｌａｎｄＢｉｏｌａｂｓ（ビバリー、マサチューセッツ州）からの発現ベクターｐＭＡＬ、およびＰｈａｒｍａｃｉａＬＫＢ（ピスカタウェイ、ニュージャージー州）からのｐＫＫ２３３−２は、製造業者の標準的プロトコールにより使用した。ボツリヌス菌（ｃ．ｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）毒素血清型ＡのＨ_ＣドメインのＤＮＡクローンコードは、ＮｉｇｅｌＭｉｎｔｏｎから提供いただいたｐＣＢＡ３とした。
【００８９】
適切な末端制限酵素部位を組み込むオリゴヌクレオチドプライマーを用いて、ボツリヌス菌（Ｃ．ｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）クローンｐＣＢＡ３のＨ_Ｃ領域をＰＣＲ増幅した。ゲル精製挿入ＤＮＡおよびベクターＤＮＡを、適切な制限酵素で切断し、低融点アガロースで精製して、室温で一晩連結させた。コンピテントＤＨ５ａ宿主細胞を、供給業者の推奨に従って形質転換して、１００μｇ／ｍｌのアンピシリンを有するＬＢプレートにプレーティングした。タンパク質電気泳動を、成形済み１１〜２０％ＳＤＳＰＡＧＥで製造業者の推奨パラメーターで実施した。ＥＬＩＳＡプレートは、捕捉抗体（ウマ抗ボツリヌスＡポリクローナル血清）とともに一晩インキュベートし、次にスキムミルクでブロッキングし、次いで種々の希釈した試験物質、シグナル抗体（ウサギ抗ボツリヌスＡポリクローナル血清）、シグナルＨＲＰ結合抗（ウサギＩｇＧ）およびＡＢＴＳ基質溶液を適用した。プレートは、自動リーダーで４０５ｎｍで読みとった。
【００９０】
Ａ鎖のＣ断片の配列は、以下のとおり推定された：

【００９１】
Ｃ断片タンパク質配列は、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）最適コドン利用を用いて逆翻訳した。次に多くの箇所で遺伝子を改変して、制限部位、開始コドン、終止コドンを挿入した。ベクター中での使用に分子がさらに適するように、他の変更も行った。終始、ここから生成するタンパク質配列の忠実度は維持した。
【００９２】
合成遺伝子の配列は、以下のとおり見い出される：

【００９３】
この遺伝子は、＋および−鎖の配列に対応する、約６０〜６５塩基の多数のオリゴマーを用いて合成されている。オリゴマーには７塩基の重複があった。オリゴマーをアニーリングさせて、連結することにより、それぞれ２５０〜３００塩基対の５つのサブユニットを形成した。各サブユニットは、完全な遺伝子を形成するのに正しい順序で集合できるように、その末端に制限部位を有するように設計された。確認すると、この正確な遺伝子は７つの欠失エラーがあることが判った。これらのエラーは、ｉｎｖｉｔｒｏ突然変異誘発を用いて修復され、修復部位を配列決定して確認した。
【００９４】
実施例８．ｒＢｏＮＴＢ（Ｈ _Ｃ）をコードする合成遺伝子の合成とクローニング
Ｗｈｅｌａｎのボツリヌス毒素血清型ＢのＣ断片を試験して、下記配列を有するタンパク質の部分をＣ断片と定義した：

【００９５】
大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）における発現用合成遺伝子は、Ａ鎖のＣ断片に対する遺伝子の合成に関する上述の方法で、すなわち、７塩基が重複した＋および−鎖の配列に対応する約６０〜６５塩基の多数のオリゴマーを用いて生産した。オリゴマーをアニーリングさせて、連結することにより、それぞれ２５０〜３００塩基対のサブユニットを形成した。各サブユニットは、完全な遺伝子を形成するのに正しい順序で集合できるように、その末端に制限部位を有するように設計された。Ｂ毒素のＣ断片をコードする合成遺伝子は、以下のとおりであった：

【００９６】
クローニング：
超音波処理したＩＰＴＧ誘導組換えｐＭＡＬ融合大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）培養物の上清を、ＥＬＩＳＡおよびクマシーブリリアントブルーで染色したＳＤＳ−ＰＡＧＥゲルによりボツリヌスＨ_Ｃ発現産物の存在に関して試験したが、失敗に終わった。非融合産物としてＨ_Ｃ断片を発現させる試みは失敗に終わった。ｐＫＫ２３３−２中の推定クローン由来のプラスミドＤＮＡの初期特性付けにより、予測されるサイズの挿入配列が存在することが示された。さらに、ＳＤＳ−ＰＡＧＥは、誘導後に約５０ｋＤａのタンパク質の存在を示した。しかし組換え体は不安定なようであり、これや他の培養物をさらに調製しても、これらの結果を再現することができなかった。その後このアプローチは、融合産物発現のために断念した。
【００９７】
実施例９．免疫化試験：
発現されたＨ_Ｃ融合産物を定量する試みは失敗したが、産物のワクチンとしての可能性を評価するために、マウスで限定的免疫化試験を実施した。最初のワクチン接種では、濃縮された粗大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）溶解物を完全フロイント（Ｆｒｅｕｎｄ’ｓ）アジュバントと共に用いた。２週間後、フロイント不完全アジュバントと共にアミロースカラムで精製した発現産物を用いて、マウスを追加免疫した。この時点で、第２群の５匹のマウスに、フロイント不完全アジュバント中のアミロース精製産物を単回ワクチン接種として投与した。さらに２週間後、両群を毒素のＬＤ_５０の３倍量を腹腔内投与してチャレンジした。Ｈ_Ｃによる２回の免疫化を受けた１１匹のマウスすべてが生き残り、一方ｐＭＡＬベクター単独を投与された１２匹中６匹の対照マウスが死亡した。同様に、１回のＨ_Ｃワクチン接種を受けた５匹のマウスすべてが生き残り、一方ｐＭＡＬベクター単独を投与されたマウスは死亡した。
【００９８】
毒素のＬＤ_５０の３倍で初回チャレンジの４週間後、２回の免疫化を受けた１１匹中９匹のマウスに毒素のＬＤ_５０用量の３０、３００、または１２００倍を暴露した。ＬＤ_５０の３０および３００倍の毒素によるチャレンジで倒れたマウスは、１８時間後に健常に見えたため、ボツリヌス毒素中毒に典型的な死を示さなかったが、それから数時間後死んでいた。対照的に、ＬＤ_５０用量の１２００倍で死んだマウスは、１８時間後に検査すると瀕死状態に見え、死亡するまでそのままだった。この反応は、ボツリヌス毒素誘導性麻痺で通常観察される症候に一致する。２回目のチャレンジに関する追加のデータを表５に示す。従って、遺伝子工学的に操作された毒素による免疫化は、大量の毒素に対して防御することが示された。
【００９９】
また、遺伝子工学的に操作された毒素を用いて抗体を産生することができる。この毒素は、動物において病原性ではないため、大量の抗毒素をより安価に生産することができる。また、ハイブリドーマ法を用いて抗毒素を生産することができる。
【０１００】
【表５】

【０１０１】
実施例１０　ｒＢｏＮＴＡ（Ｈ _Ｃ）精製および防御効果
組換えＢｏＮＴＡ（Ｈ_Ｃ）ペプチドを、酵母中で組換えにより産生させた。ＢｏＮＴＡ（Ｈ_Ｃ）の精製プロセスの第１工程は、ストリームライン（Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ）拡張床クロマトグラフィーカラムであった。産物を塩化ナトリウムの段階的勾配により溶出した。拡張床クロマトグラフィーカラムから溶出した産物は、０．９２ｍｇ／ｍｌの総タンパク質濃度で純度１０％と推定された。塩類を透析除去後、さらに精製するため、この物質をモノＳ陽イオン交換カラムに充填した。ウェスタンブロットおよびＥＬＩＳＡデータは、ＢｏＮＴＡ（Ｈ_Ｃ）が１１０ｍＭ塩化ナトリウムでカラムから溶出したことを示した。最終精製工程としてモノＳプールをＨＩＣに付して、この物質を１．５Ｍ硫酸アンモニウムに調整した。モノＳ産物をＨＩＣカラムに充填して、低下する硫酸アンモニウム勾配で溶出した。１．０４Ｍ硫酸アンモニウムで溶出した産物と、ＢｏＮＴＡ（Ｈ_Ｃ）免疫陽性画分とを合わせて、透析して硫酸アンモニウムを除去した。５０ｋＤａのＢｏＮＴＡ（Ｈ_Ｃ）バンドだけをＳＤＳ−ＰＡＧＥおよびウェスタンブロット分析により検出したが、これは最終工程後には純度９５％を超えると判定された。この精製物質の防御効果を、マウスを１回投与で免疫化し、続いてＢｏＮＴＡ（Ｈ_Ｃ）のＬＤ_５０の１０００倍でチャレンジすることにより測定した。結果は以下の表６に示す。
【０１０２】
【表６】

【０１０３】
実施例１１　ｒＢｏＮＴＢ（Ｈ _Ｃ）精製および防御効果
組換えＢｏＮＴＢ（Ｈ_Ｃ）ペプチドを、酵母中で組換えにより産生させた。ＢｏＮＴＢ（Ｈ_Ｃ）の精製プロセスに利用される第１の分離法は、ストリームラインクロマトグラフィー（Ｐｈａｒｍａｃｉａ）であり、これは、単回通過拡張床吸着操作であり、粗供給ストックまたは細胞溶解物から前もって清澄化することなくタンパク質を回収することができる。ＭＥＳ緩衝液系がＳＰ樹脂への不必要なタンパク質の結合をかなりの割合で妨げるため、この工程で顕著に浄化された。タンパク質を、カラムに樹脂１ｍＬあたり１２３ｍｇの濃度で、１０ｍＭＮａＣｌを含む２０ｍＭＭＥＳ緩衝液、ｐＨ５．７を用いて充填した。産物のプールを単一工程で溶出した。検討した条件下で、平均して充填した総タンパク質の３．９％を溶出ピークで回収し、産物のプールは、ＳＤＳ−ＰＡＧＥに基づくと、約７０％のＢｏＮＴＢ（Ｈ_Ｃ）断片であった。
【０１０４】
本プロセスにおいて第２のクロマトグラフィー工程は、別の強力な陽イオン交換樹脂であるポロス（Ｐｏｒｏｓ）ＨＳを利用する。この緩衝液系は、ストリームラインＳＰに使用したものと類似であるが、ポロスＨＳの選択性の向上により、産物ピークを純度約８５％に富化した。産物ピークは、勾配中に約１３０ｍＭＮａＣｌで溶出した。強力に結合したタンパク質は、１ＭＮａＣｌで溶出した。
【０１０５】
最終クロマトグラフィー工程は、ポロスＰＩカラムを利用した。ＳＤＳ−ＰＡＧＥおよびＩＥＦによるＰＩ画分の分析によって、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ上で５０ｋＤａである産物バンドの単一バンドは、ｐＨ８．０画分中に存在することが明らかになった。精製ＢｏＮＴＢ（Ｈ_Ｃ）断片の２−Ｄ電気泳動による分析によって、ＰＩ−ピーク１画分から、１つの主要なスポットと２つの小さな弱いスポットが生じた。ピーク２は、５０ｋＤａと４７ｋＤａに対応する２つの異なる分子量に幾つかのスポットを含んでいた。おそらくこれらのスポットは、異なるアイソホームを表す。１次元で検出されたＩＥＦのバンドパターンは、２つのピークについてファスト（Ｐｈａｓｔ）ＩＥＦで見られたものと一致する。この物質の防御効力は、１回投与に続いてＢｏＮＴＢ（Ｈ_Ｃ）のＬＤ_５０の１０００倍によるチャレンジの力価アッセイにより決定した。結果は、以下の表７に示す。
【０１０６】
【表７】

【０１０７】
実施例１２　ｒＢｏＮＴＣ（Ｈ _Ｃ）精製および防御効果
組換えＢｏＮＴＣ（Ｈ_Ｃ）ペプチドを、酵母中で組換えにより産生させた。ＢｏＮＴＣ_１（Ｈ_Ｃ）の精製プロセスに使用される最初のクロマトグラフィー工程は、モノＱ陰イオン交換カラムであった。このカラムを、５０ｍＭリン酸ナトリウム、０．２％（Ｗ／Ｖ）ＣＨＡＰＳ、２ｍＭＥＤＴＡ、ｐＨ７．０で平衡化した。ＣＨＡＰＳをカラム緩衝液に導入することで、幅の狭い塩化ナトリウム濃度でカラムから産物を溶出させた。ウェスタン分析によりＢｏＮＴＣ_１（Ｈ_Ｃ）陽性の画分をプールして、１Ｍ硫酸アンモニウムに調整した。ある程度の沈殿物が生成したが、０．２μ濾過ユニットに通してこれを除去した。清澄化モノＱ産物プールを、Ｐｈａｒｍａｃｉａアルキルスーパーロース（ｓｕｐｅｒｏｓｅ）カラムを用いた疎水性相互作用クロマトグラフィーに付した。この最終工程により、ＢｏＮＴＣ_１（Ｈ_Ｃ）産物を遊離する不純物の残りを除去したが、この産物は、ＳＤＳ／ＰＡＧＥにより判定すると純度９８％を超えると推定された。この精製物質の防御効果は、マウスを１回投与により免疫化し、続いてＢｏＮＴＣ_１（Ｈ_Ｃ）のＬＤ_５０の１０００倍でチャレンジすることにより測定した。結果は、以下の表８に示す。
【０１０８】
【表８】

【０１０９】
理解の明瞭さを目的に、前述の発明は、特定の実施態様と共に説明と実施例により、ある程度詳細に記述されているが、他の態様、利点および変法も本発明が属する技術分野の当業者には明らかであろう。前述の説明と実施例は、例示目的であり、本発明の範囲を限定するものではない。医学、免疫学、ハイブリドーマ法、薬理学、および／または関連分野における当業者に明らかな、本発明を実施するための上述の様式の変法は、本発明の範囲内に含まれることが意図されており、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【０１１０】
本明細書において言及される全ての刊行物および特許出願は、本発明が属する技術分野の当業者の技術水準を示している。全ての刊行物および特許出願は、個々の刊行物または特許出願を、特定して個々に参照することにより組み込むことが示されているのと同じ程度に、参照により本明細書に組み入れるものとする。
【０１１１】
【表１】

【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、ＢｏＮＴ血清型ＡのＨ_Ｃ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図２】
図２は、ＢｏＮＴ血清型ＡのＨ_Ｃ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図３】
図３は、ＢｏＮＴ血清型ＡのＨ_Ｃ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図４】
図４は、ＢｏＮＴ血清型ＢのＨ_Ｃ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図５】
図５は、ＢｏＮＴ血清型ＣのＨ_Ｃ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図６】
図６は、ＢｏＮＴ血清型ＤのＨ_Ｃ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図７】
図７は、ＢｏＮＴ血清型ＥのＨ_Ｃ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図８】
図８は、ＢｏＮＴ血清型ＥのＨ_Ｃ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図９】
図９は、ＢｏＮＴ血清型ＦのＨ_Ｃ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図１０】
図１０は、ＢｏＮＴ血清型ＧのＨ_Ｃ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図１１】
図１１は、ＢｏＮＴ血清型ＡのＨ_Ｎ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図１２】
図１２は、ＢｏＮＴ血清型ＢのＨ_Ｎ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図１３】
図１３は、ＢｏＮＴ血清型ＣのＨ_Ｎ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図１４】
図１４は、ＢｏＮＴ血清型ＤのＨ_Ｎ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図１５】
図１５は、ＢｏＮＴ血清型ＥのＨ_Ｎ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図１６】
図１６は、ＢｏＮＴ血清型ＦのＨ_Ｎ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図１７】
図１７は、ＢｏＮＴ血清型ＧのＨ_Ｎ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図１８】
図１８は、ＢｏＮＴ血清型ＦのＨ_Ｃ断片をコードする合成遺伝子の配列およびコードされるアミノ酸配列を示す。
【図１９】
図１９は、（Ａ）天然ボツリヌス菌ＤＮＡ中の推定上の断片Ｃ領域のＡＴ塩基含量、（Ｂ）合成遺伝子の最初の設計（ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）１）後のＡＴ含量の減少、（Ｃ）ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）中で組換えｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）を発現させるために使用される最終遺伝子設計（ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）２）のＡＴ含量を示す。
【図２０】
図２０は、ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）精製に沿った種々の段階の試料の（Ａ）ＳＤＳ−ＰＡＧＥおよび（Ｂ）ウェスタンブロットを示す。両方の図からのレーンは、レーン１を除いて同一であり、レーン１では、ＳＤＳ−ＰＡＧＥは、ノベックス（Ｎｏｖｅｘ）マーク１２広範囲分子量マーカーを示し、ウェスタンブロットは、ノベックス・シー・ブルー（ＮｏｖｅｘＳｅｅＢｌｕｅ）染色済分子量マーカーを示す。レーン２は細胞溶解物であり、レーン３は細胞抽出物であり、レーン４は透析後の細胞抽出物であり、レーン５はモノＳ（ＭｏｎｏＳ）カラムクロマトグラフィー後のｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）陽性画分のプールであり、そしてレーン６は、疎水性相互作用クロマトグラフィー後のｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）陽性画分のプールである。
【図２１】
図２１は、逐次クロマトグラフィーによるｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）の精製を示す。（Ａ）ピキア・パストリス（Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ）からの抽出物のモノＳ（ＭｏｎｏＳ）陽イオン交換クロマトグラフィー。タンパク質を次第に上昇するＮａＣｌ勾配により溶出した。ウェスタン分析法によるｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）陽性の画分を個別にプールして、疎水性相互作用クロマトグラフィー（Ｂ）にかけ、タンパク質を次第に低下する硫酸アンモニウム勾配により溶出した。両方のパネルにおいて、Ａ２８０ｎｍでモニターしたタンパク質を左軸に記録し、クロマトグラム上に勾配トレースを重ねて、溶出条件を右軸に記録する。
【図２２】
図２２は、光路長１ｃｍのセル中の１０ｍＭリン酸ナトリウム（ｐＨ７．０）中の３０μｇ／ｍｌ（０．６２μＭ）の精製された可溶性（−）および再可溶化（−）ｒＢｏＮＴＦ（Ｈ_Ｃ）のＣＤスペクトルを示す。スペクトルは、応答時間２ｓおよびバンド幅１ｎｍで１０ｎｍ／分の走査速度で２６０〜２００ｎｍを走査した４回の集積の平均とした。温度はペルティエ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）の温度制御装置を用いて２０℃に維持した。

Claims

ＢｏＮＴ血清型Ａ、ＢｏＮＴ血清型Ｂ、ＢｏＮＴ血清型Ｃ_１、ＢｏＮＴ血清型Ｄ、ＢｏＮＴ血清型Ｅ、ＢｏＮＴ血清型Ｆ、およびＢｏＮＴ血清型Ｇよりなる群から選択される、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のカルボキシ末端部分（Ｈ_Ｃ）をコードする核酸であって、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）およびピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）から選択される組換え生物において発現可能である、上記核酸。
前記核酸は、配列番号１（血清型Ａ）、配列番号７（血清型Ｂ）、配列番号９（血清型Ｃ_１）、配列番号１１（血清型Ｄ）、配列番号１３（血清型Ｅ）、配列番号１５（血清型Ｆ）、および配列番号１７（血清型Ｇ）から選択される核酸配列を含む、請求項１に記載の核酸。
前記核酸は、配列番号２（血清型Ａ）、配列番号８（血清型Ｂ）、配列番号１０（血清型Ｃ_１）、配列番号１２（血清型Ｄ）、配列番号１４（血清型Ｅ）、配列番号１６（血清型Ｆ）、および配列番号１８（血清型Ｇ）から選択される、ＢｏＮＴのＨ_Ｃアミノ酸配列をコードする、請求項１に記載の核酸。
ＢｏＮＴ血清型Ｂ、ＢｏＮＴ血清型Ｃ_１、ＢｏＮＴ血清型Ｄ、ＢｏＮＴ血清型Ｅ、ＢｏＮＴ血清型Ｆ、およびＢｏＮＴ血清型Ｇよりなる群から選択される、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のアミノ末端部分（Ｈ_Ｎ）をコードする核酸であって、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）およびピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）から選択される組換え生物において発現可能である、上記核酸。
前記核酸は、配列番号２１（血清型Ｂ）、配列番号２３（血清型Ｃ_１）、配列番号２５（血清型Ｄ）、配列番号２７（血清型Ｅ）、配列番号２９（血清型Ｆ）、および配列番号３１（血清型Ｇ）から選択される核酸配列を含む、請求項４に記載の核酸。
前記核酸は、配列番号２２（血清型Ｂ）、配列番号２４（血清型Ｃ_１）、配列番号２６（血清型Ｄ）、配列番号２８（血清型Ｅ）、配列番号３０（血清型Ｆ）、および配列番号３２（血清型Ｇ）から選択されるＢｏＮＴのＨ_Ｎアミノ酸配列をコードする、請求項４に記載の核酸。
前記核酸の配列は、Ｈ_Ｃをコードする少なくとも一部のコドンを、宿主生物での発現に好ましいコドンから選択することにより設計される、請求項１、３、４、または６のいずれか１項に記載の核酸。
宿主生物は、グラム陰性細菌、酵母、および哺乳動物細胞系から選択される、請求項７に記載の核酸。
宿主生物は、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）またはピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）である、請求項８に記載の核酸。
Ｈ_Ｃをコードする核酸配列は、グアノシンとシトシン残基が富化されたＨ_Ｃ配列を提供する、Ｈ_Ｃをコードするコドンを選択することにより設計される、請求項１、３、４、または６のいずれか１項に記載の核酸。
前記核酸は合成核酸である、請求項１、３、４、または６のいずれか１項に記載の核酸。
Ｈ_ＣまたはＨ_Ｎをコードする核酸は、組換え宿主生物において、Ｈ_Ｃの野生型ボツリヌス菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｕｍｂｏｔｕｌｉｎｕｍ）配列を有する同じＨ_Ｃ配列をコードする第２の核酸断片よりも高い収率で発現される、請求項１、３、４、または６のいずれか１項に記載の核酸。
請求項１、３、４、または６のいずれか１項に記載の核酸を含む発現ベクターであって、Ｈ_ＣまたはＨ_Ｎが、該発現ベクターを用いて宿主生物をトランスフェクトすることにより発現される、上記発現ベクター。
ＢｏＮＴ血清型Ａ、ＢｏＮＴ血清型Ｂ、ＢｏＮＴ血清型Ｃ、ＢｏＮＴ血清型Ｄ、ＢｏＮＴ血清型Ｅ、ＢｏＮＴ血清型Ｆ、およびＢｏＮＴ血清型Ｇよりなる群から選択される、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のカルボキシ末端部分（Ｈ_Ｃ）またはボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のアミノ末端部分（Ｈ_Ｎ）を含むポリペプチドの調製方法であって、Ｈ_ＣまたはＨ_Ｎが発現される条件下で請求項１３の発現ベクターでトランスフェクトされた組換え宿主生物を培養することを含んでなる、上記方法。
組換え宿主生物は真核生物である、請求項１４に記載の方法。
宿主生物から不溶性タンパク質を回収し、それによりＨ_ＣまたはＨ_Ｎが濃縮された画分を得る、請求項１４に記載の方法。
宿主生物はピキア・パストリス（Ｐｉｃｈｉａｐａｓｔｏｒｉｓ）である、請求項１６に記載の方法。
ＢｏＮＴ血清型Ａ、ＢｏＮＴ血清型Ｂ、ＢｏＮＴ血清型Ｃ、ＢｏＮＴ血清型Ｄ、ＢｏＮＴ血清型Ｅ、ＢｏＮＴ血清型Ｆ、およびＢｏＮＴ血清型Ｇよりなる群から選択される、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のカルボキシ末端部分（Ｈ_Ｃ）を含む免疫原性組成物。
Ｈ_Ｃをコードする発現ベクターでトランスフェクトされた組換え生物を培養することによりＨ_Ｃを調製する、請求項１８に記載の免疫原性組成物。
Ｈ_Ｃが濃縮された不溶性タンパク質画分を、該組換え生物から回収する、請求項１９に記載の免疫原性組成物。
ＢｏＮＴ血清型Ａ、ＢｏＮＴ血清型Ｂ、ＢｏＮＴ血清型Ｃ、ＢｏＮＴ血清型Ｄ、ＢｏＮＴ血清型Ｅ、ＢｏＮＴ血清型Ｆ、およびＢｏＮＴ血清型Ｇよりなる群から選択される、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のアミノ末端部分（Ｈ_Ｎ）を含む免疫原性組成物。
Ｈ_Ｎをコードする発現ベクターでトランスフェクトされた組換え生物を培養することによりＨ_Ｎを調製する、請求項１５に記載の免疫原性組成物。
Ｈ_Ｎが濃縮された不溶性タンパク質画分を、該組換え生物から回収する、請求項１６に記載の免疫原性組成物。
ＢｏＮＴ血清型Ａ、ＢｏＮＴ血清型Ｂ、ＢｏＮＴ血清型Ｃ、ＢｏＮＴ血清型Ｄ、ＢｏＮＴ血清型Ｅ、ＢｏＮＴ血清型Ｆ、およびＢｏＮＴ血清型Ｇよりなる群から選択される、ボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のカルボキシ末端部分（Ｈ_Ｃ）またはボツリヌス神経毒（ＢｏＮＴ）の重鎖のアミノ末端部分（Ｈ_Ｎ）に含まれるエピトープであって、それぞれのＢｏＮＴ血清型に対して防御免疫を誘発する該エピトープを含むポリペプチドを含む、免疫原性組成物。
免疫原性組成物は動物のそれぞれのＢｏＮＴ血清型に対するＥＬＩＳＡ応答を誘発し、該ＥＬＩＳＡ応答は該動物の血清が１００倍希釈されていも検出可能である、請求項２５に記載の免疫原性組成物。