JP2006522585A - Human blood proteins expressed in monocotyledonous seeds. - Google Patents

Human blood proteins expressed in monocotyledonous seeds. Download PDF

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Abstract

【課題】ヒト血中蛋白質を単子葉植物の種子の中に高い割合で産生させる。
【解決手段】単子葉植物細胞に、キメラ遺伝子による形質転換を受けさせ、形質転換された単子葉植物細胞からの単子葉植物をヒト血中蛋白質を含有する種子が産生されるのに充分な時間生育させ、植物から種子を収穫する。得られたヒト血中蛋白質は収穫した種子中の可溶蛋白質全体の少なくとも約3.0%を構成する。
Human blood protein is produced at a high rate in monocotyledonous seeds.
A monocotyledonous plant cell is transformed with a chimeric gene, and the monocotyledonous plant from the transformed monocotyledonous cell is transformed into a sufficient time for seeds containing human blood protein to be produced. Grow and harvest seeds from plants. The resulting human blood protein constitutes at least about 3.0% of the total soluble protein in the harvested seed.

Description

本発明は、ヒト用および動物用の局所組成物およびヒト用の治療組成物を製造する時に用いる目的で、単子葉植物の種子の中で産生したヒト血中蛋白質に関する。   The present invention relates to human blood proteins produced in monocotyledonous seeds for use in producing human and veterinary topical compositions and human therapeutic compositions.

好ましい治療効果をもたらすヒト血中蛋白質の必要量が多いため、あるいは特定の病気にかかっている世界中の患者人口が必要とするヒト血中蛋白質の量が多いため、多くのヒト血中蛋白質が不足又は供給が制限されている。また、通常は血液製剤から抽出される血中蛋白質を作物植物のような代替源などを用いて生産することも望ましい。植物から血中蛋白質を生産することにより、血中蛋白質画分のヒトウイルスおよびヒトもしくは動物用血液製剤画分の中に存在する他の病気の原因となる媒介物による汚染が軽減される。
ヘモグロビン、アルファ−1−アンチトリプシン(「AAT」)、フィブリノゲン、ヒト血清アルブミン、トロンビン、抗体および血液凝固因子(例えば第V−XIII因子)などの血中蛋白質が数多くのヒトの病気に治療効力を有することが知られている。
ヘモグロビンは酸素を細胞に輸送する主要な血液成分分子である。哺乳動物のヘモグロビンは2個のα様ポリペプチドサブユニットと2個の非α(通常はβ、γもしくはδ)サブユニットで構成されている四量体蛋白質である。それらのサブユニットは主要アミノ酸配列の点で異なるが、それらの二次的および三次的構造は類似している。各グロビンサブユニットは酸素が結合するヘム基として知られるFe2+−ポルフィリン錯体に非共有相互作用により結合している。成体型赤血球中の主なヘモグロビンはヘモグロビンA(HbA)として知られるα2β2である。各ヘモグロビン四量体の分子量は64kDであり、そして各α様およびβ様鎖の分子量はそれぞれ約15.7kD(141個のアミノ酸)および約16.5kD(146個のアミノ酸)である。
Many human blood proteins are needed due to the large amount of human blood protein that provides a favorable therapeutic effect, or because the amount of human blood protein required by the worldwide patient population suffering from a specific disease is high. Insufficient or limited supply. It is also desirable to produce blood protein, usually extracted from blood products, using alternative sources such as crop plants. Producing blood proteins from plants reduces contamination by human viruses in the blood protein fraction and other mediators that cause other diseases present in the human or animal blood product fraction.
Blood proteins such as hemoglobin, alpha-1-antitrypsin (“AAT”), fibrinogen, human serum albumin, thrombin, antibodies and blood clotting factors (eg Factor V-XIII) have therapeutic efficacy in a number of human diseases. It is known to have.
Hemoglobin is the main blood component molecule that transports oxygen into cells. Mammalian hemoglobin is a tetrameric protein composed of two α-like polypeptide subunits and two non-α (usually β, γ or δ) subunits. Their subunits differ in major amino acid sequence, but their secondary and tertiary structures are similar. Each globin subunit is bound by non-covalent interaction to a Fe 2+ -porphyrin complex known as a heme group to which oxygen is bound. The main hemoglobin in adult erythrocytes is α2β2, known as hemoglobin A 1 (HbA). The molecular weight of each hemoglobin tetramer is 64 kD, and the molecular weight of each α-like and β-like chain is about 15.7 kD (141 amino acids) and about 16.5 kD (146 amino acids), respectively.

AATはセルピン阻害剤の種類に属していてヒト血漿の中に存在する主要プロテアーゼ阻害剤の1種である。AATはアミノ酸数が394で分子質量が約52kDの単一ポリペプチドであり、この分子の天然ヒト形態では炭水化物を約15%含有する。ヒト血漿中のAAT濃度は1000〜3000mg/Lの範囲であり、ヒト乳中での濃度は100から400mg/Lの範囲である。AATの主要な生理学的役割は好中球エラスターゼの抑制であるが、不足した場合肺気腫の発生がもたらされる。エラスターゼの活性が過剰になると、気腫、肝炎およびいろいろな皮膚疾患がもたらされる。AATがヒト好中球エラスターゼに対して示す結合親和力は最大であるが、また、AATは膵臓のプロテアーゼ、例えばキモトリプシンおよびトリプシンなどにも親和性を示す。AAT欠乏症の治療で現在行われている主な起点は、ヒト血漿からAATを単離することにある。   AAT belongs to the class of serpin inhibitors and is one of the major protease inhibitors present in human plasma. AAT is a single polypeptide with 394 amino acids and a molecular mass of about 52 kD, and the natural human form of this molecule contains about 15% carbohydrate. AAT concentrations in human plasma range from 1000 to 3000 mg / L, and concentrations in human milk range from 100 to 400 mg / L. A major physiological role of AAT is the inhibition of neutrophil elastase, but when deficient it leads to the development of emphysema. Excessive activity of elastase results in emphysema, hepatitis and various skin diseases. Although AAT has the greatest binding affinity for human neutrophil elastase, AAT also has an affinity for pancreatic proteases such as chymotrypsin and trypsin. The main starting point currently in the treatment of AAT deficiency is the isolation of AAT from human plasma.

フィブリノゲンは血液凝固カスケードに関与していて、天然の凝固剤であるトロンビンと相互作用することでフィブリンに変化する。フィブリンが主要な血液凝固成分である。成熟したヒトフィブリノゲンは2対の3独立ポリペプチド鎖(α、βおよびγ)で構成されていて、前記3本の独立したポリペプチド鎖が29個の分子内および分子間ジスルフィド結合で共に連結することで340kDの天然蛋白質を形成しており、ヒト血漿中に約2500mg/Lの濃度で存在する。個々のフィブリノゲンドメインの三次元構造分析によって、ヒトフィブリノゲンが多機能的役割を果たすことに対する重要な手掛かりを与える詳細な構造的特徴が発見された。フィブリノゲンの前記ポリペプチドはそれぞれ約72kD(α)、52kD(β)および48kD(γ)であり、βポリペプチド鎖によって天然の分子組み立てが決まる。フィブリノゲンの構造は、フィブリノゲン、他の蛋白質、特定の細胞型との相互作用を助長しかつフィブリノゲンが血液凝固、炎症、血管形成、創縫合、動脈形成および腫瘍形成を包む数多くの重要な生理学的プロセスに参与することを可能にする、複数の結合部位を含有する構造的および機能的ドメインを数多く有することを特徴とする。凝固の観点によるフィブリン形成に天然のフィブリノゲンとその天然の凝固剤である第XIII因子およびトロンビンとの相互作用が介在するが、その相互作用は血液に可溶なカルシウムの存在下で起こる。   Fibrinogen is involved in the blood coagulation cascade and changes to fibrin by interacting with thrombin, a natural coagulant. Fibrin is the main blood clotting component. Mature human fibrinogen is composed of two pairs of three independent polypeptide chains (α, β and γ), which are linked together by 29 intramolecular and intermolecular disulfide bonds. Thus, a natural protein of 340 kD is formed and is present in human plasma at a concentration of about 2500 mg / L. Three-dimensional structural analysis of individual fibrinogen domains has discovered detailed structural features that provide important clues for the multi-functional role of human fibrinogen. The polypeptides of fibrinogen are about 72 kD (α), 52 kD (β) and 48 kD (γ), respectively, and the β polypeptide chain determines the natural molecular assembly. The structure of fibrinogen facilitates interactions with fibrinogen, other proteins, specific cell types, and many important physiological processes that fibrinogen encompasses blood clotting, inflammation, angiogenesis, wound closure, arteriogenesis and tumorigenesis It is characterized by having a large number of structural and functional domains containing multiple binding sites that allow it to participate in. Fibrin formation from the coagulation point of view is mediated by the interaction of natural fibrinogen with its natural coagulants factor XIII and thrombin, which occurs in the presence of calcium soluble in blood.

アルブミンは、哺乳動物の血清生物学でいろいろな機能、注目すべきは、ホルモンおよび他の可溶リガンドを部位から部位に運ぶ機能を果たし、また主として哺乳動物の一般的生物化学に寄与する他の活動を行う輸送蛋白質分子である。また、ヒト血清アルブミン(「HSA」)も血液の主要な蛋白質成分であり、これは約30,000〜50,000mg/Lの血清濃度で活動的に存在する。HSAは66.5kDの単一ポリペプチド鎖であり、これは最初に肝臓の中でプレプロアルブミン分子として合成され、そしてN−末端およびC−末端がゴルジプロセシングされた後に小胞体から放出される。その結果として生じる成熟した蛋白質の長さはアミノ酸585個分である。遺伝子組換えタバコの葉の中でHSAの天然のプレプロシーケンスが植物細胞膜をまたがる的確な蛋白質標的/プロセシングで機能し得ることが示された(非特許文献1)。   Albumin serves a variety of functions in mammalian serum biology, notably other functions that carry hormones and other soluble ligands from site to site, and that contribute primarily to the general biochemistry of mammals. It is a transport protein molecule that performs activities. Human serum albumin (“HSA”) is also a major protein component of blood, which is actively present at serum concentrations of about 30,000 to 50,000 mg / L. HSA is a 66.5 kD single polypeptide chain that is first synthesized in the liver as a preproalbumin molecule and released from the endoplasmic reticulum after the N- and C-termini are Golgi processed. The resulting mature protein is 585 amino acids long. It has been shown that the natural preprosequence of HSA can function in precise protein targeting / processing across plant cell membranes in transgenic tobacco leaves (Non-Patent Document 1).

血漿糖蛋白質であるプロトロンビンはセリンプロテアーゼトロンビンの酵素原であり、フィブリノゲンからフィブリンへの変換に触媒作用を及ぼすばかりでなく、血液凝固にとって重要であり得る他のいくつかの反応にも触媒作用を及ぼす。プロトロンビンは分子量が約72,000の大きさの単一ポリペプチド鎖である。完全なヒトトロンビンcDNAは622個のアミノ酸残基で構成されていて、36個のアミノ酸残基で出来ているリーダー配列を包含する。活動的なトロンビンの見かけ分子量は36,000であり、これはプロトロンビンが開裂を起こす結果としてもたらされる2個のジスルフィドで連結しているポリペプチド鎖で構成されている。蛋白質分解が起こるとヒトプロトロンビンがインビトロで活性化されて活性のあるトロンビンに変化することが、極めて良好に特徴づけられている。   Prothrombin, a plasma glycoprotein, is the zymogen of the serine protease thrombin and not only catalyzes the conversion of fibrinogen to fibrin but also catalyzes several other reactions that may be important for blood clotting . Prothrombin is a single polypeptide chain having a molecular weight of about 72,000. The complete human thrombin cDNA is composed of 622 amino acid residues and includes a leader sequence made up of 36 amino acid residues. The apparent molecular weight of active thrombin is 36,000, which is composed of two disulfide-linked polypeptide chains that result from prothrombin cleavage. It is very well characterized that when proteolysis occurs, human prothrombin is activated in vitro and converted to active thrombin.

第V−XIII因子は、血液凝固の古典的なカスケード機構の「固有の経路」に関与する蛋白質(大部分のプロテアーゼは活性状態にある)である。そのような分子は大部分が前駆体として存在していて、前記前駆体は秩序のある変換順でプロセシングされて、不活性な形態から触媒的に活性のある形態になる。第V因子はプロアクセレリン(促進性グロブリン)である一方、第VI因子は第V因子の活性形態である。第VII因子はプロコンバーチン、即ち血漿トロンボプラスチン成分である一方、第VIII因子(抗血友病因子)および第IX因子(クリスマス抗血友病因子)は両方とも血友病状態に関連している。第X因子(Stuart−Power因子)、第XI因子(血漿トロンボプラスチン前駆物質)および第XII因子(ハーゲマン因子)は全部トロンビンの成熟/安定化に関与している。第XIII因子(フィブリン安定化因子)は凝固過程中にフィブリンに直接作用する血漿トランスグルタミナーゼである。前記因子はすべて血清血漿中に比較的低濃度(0.001から50mg/L)で存在する。血液凝固カスケードに関与している他の蛋白質因子には、フレッチャー因子(プレカリクレイン)、フィッツジェラルド因子(キニノゲン)およびフォン・ヴィレブランド因子が含まれる。   Factor V-XIII is a protein (most proteases are active) that are involved in the “inherent pathway” of the classical cascade mechanism of blood clotting. Such molecules are mostly present as precursors, which are processed in an orderly transformation order, from an inactive form to a catalytically active form. Factor V is proacelelin (promoting globulin), while factor VI is the active form of factor V. Factor VII is proconvertin, a plasma thromboplastin component, while both factor VIII (antihemophilic factor) and factor IX (Christmas antihemophilic factor) are both associated with hemophilia conditions . Factor X (Stuart-Power factor), Factor XI (plasma thromboplastin precursor) and Factor XII (Hageman factor) are all involved in thrombin maturation / stabilization. Factor XIII (fibrin stabilizing factor) is a plasma transglutaminase that acts directly on fibrin during the clotting process. All of these factors are present in serum plasma at relatively low concentrations (0.001 to 50 mg / L). Other protein factors involved in the blood coagulation cascade include Fletcher factor (pre-kallikrein), Fitzgerald factor (kininogen) and von Willebrand factor.

ヒトに存在する免疫グロブリン(抗体)は患者が接触した可能性のあるいろいろな病原体に対して抵抗力を与える働きをする。免疫グロブリン分子はヒト血清中の質量の15〜20%を占めていて、主にIgG、IgMおよびIgA型の抗体で構成されており、これらは、血液系および潜在的に体の残りの部分に侵入して来るいろいろな感染症との戦いに関与している。IgG型の抗体が最も優勢で6〜18g/Lの血清濃度で存在する。血液系はまた、結果として起こる感染および潜在的腫瘍標的に対抗する目的で、そのような分子を体の特定領域に向かわせる担体としても働く。成熟した抗体は2個のポリペプチド(軽および重鎖)で構成されており、それらが機能的実体を形成するため等モル量で発現して一緒になる必要がある。軽鎖(〜25kD)はアミノ酸〜210−240個分の長さを有する蛋白質である一方、重鎖(〜50kD)はアミノ酸〜450−460個分の長さを有する蛋白質である。軽鎖および重鎖は共にプロセシングされて血液の流れの中に分泌されるようにシグナルペプチドを有する。2種類の遺伝子が発現し、2種類の蛋白質が合成されそして四量体蛋白質が正確に組み立てられる結果として機能的抗体がもたらされる必要があるため、植物の中で起こるモノクローナル抗体の発現に特に関心が持たれている。
植物における抗体に関する初期の研究は、IgG抗体の種類に焦点が当てられていた(非特許文献2、3)が、より最近の研究で複雑な抗体分子、例えば分泌型IgA抗体(4個の遺伝子)およびより複雑な抗体形態の植物内発現が研究されている(非特許文献4、5)。
Immunoglobulins (antibodies) present in humans act to confer resistance to various pathogens that the patient may have contacted. Immunoglobulin molecules account for 15-20% of the mass in human serum and are mainly composed of IgG, IgM and IgA type antibodies that are found in the blood system and potentially in the rest of the body. Involved in the fight against various infectious diseases that invade. IgG type antibodies are most prevalent and are present at serum concentrations of 6-18 g / L. The blood system also serves as a carrier that directs such molecules to specific areas of the body for the purpose of combating the resulting infection and potential tumor targets. Mature antibodies are composed of two polypeptides (light and heavy chains) that need to be expressed and brought together in equimolar amounts to form a functional entity. The light chain (˜25 kD) is a protein having a length of ˜210-240 amino acids, while the heavy chain (˜50 kD) is a protein having a length of ˜450-460 amino acids. Both the light and heavy chains have a signal peptide that is processed and secreted into the blood stream. Of particular interest in the expression of monoclonal antibodies that occur in plants because two genes are expressed, the two proteins are synthesized and the tetrameric protein must be assembled correctly to result in a functional antibody. Is held.
Early studies on antibodies in plants focused on the types of IgG antibodies (Non-Patent Documents 2 and 3), but more recent studies have shown that complex antibody molecules such as secretory IgA antibodies (4 genes) ) And more complex antibody forms in plants have been studied (Non-Patent Documents 4 and 5).

遺伝子組換えタバコ植物の葉の中に抗体分子を産生させることが特許文献1、2、3および4(全部関連した特許である)に開示されている。
タバコ植物の葉、幹、花および根の中に免疫グロブリン含有保護蛋白質を産生させることが、特許文献5に開示されている。
タバコ植物の色素体の中に抗体を産生させることが、特許文献6に開示されている。
遺伝子組換え植物の中に異種蛋白質を商業的に産生させるに適するように制御した環境の農業用生物反応器が、特許文献7に開示されている。この特許文献7には哺乳動物血中蛋白質の産生を達成可能であることが開示されている。実施例7にジャガイモ、タバコおよびアルファルファ植物の葉の中にヒト血液因子を産生させることが開示されている。
タバコ植物の葉の中にヘモグロビンおよびミオグロビンを産生させることが、特許文献8に開示されている。実施例Xに組換え型ヘモグロビンをタバコの種子から抽出して、ある程度精製することが開示されている。同時発現プラスミドpBIOC59の形質転換でそのような発現を得ているが、前記pBIOC59は葉緑体の中で標的に向かうように構築されており、その目的のため、ピスム・サチブムL(Pisum sativum L)のリブロース1,5−ジホスフェートカルボキシラーゼの小サブユニットの前駆体のトランジットペプチドを含有している。種子において、抽出される可溶蛋白質全体を基準にした組換え型ヘモグロビンの最大濃度が0.05%である度合の発現が起こると報告された。
Patent Documents 1, 2, 3 and 4 (all related patents) disclose the production of antibody molecules in the leaves of transgenic tobacco plants.
Patent Document 5 discloses that an immunoglobulin-containing protective protein is produced in leaves, stems, flowers and roots of tobacco plants.
Patent Document 6 discloses the production of antibodies in the plastids of tobacco plants.
An environmental agricultural bioreactor controlled to be suitable for commercial production of heterologous proteins in transgenic plants is disclosed in US Pat. Patent Document 7 discloses that production of protein in mammalian blood can be achieved. Example 7 discloses the production of human blood factors in the leaves of potato, tobacco and alfalfa plants.
Patent Document 8 discloses that hemoglobin and myoglobin are produced in the leaves of tobacco plants. Example X discloses that recombinant hemoglobin is extracted from tobacco seeds and purified to some extent. Such expression is obtained by transformation of the co-expression plasmid pBIOC59, which is constructed to target in the chloroplast and for that purpose, Pisum sativum L. ) Ribulose 1,5-diphosphate carboxylase small subunit precursor transit peptide. In seeds, it was reported that expression occurs to the extent that the maximum concentration of recombinant hemoglobin is 0.05% based on the total soluble protein extracted.

特許文献8の実施例XIに、トウモロコシの種子の中で構成的発現またはアルブミン中の発現が起こるように、ヘモグロビンのαまたはβ鎖の一方を含有させたプラスミドの構築が開示されている。特許文献8によれば、ヘモグロビン鎖の構成的またはアルブミン特異的発現を起こさせるには以下の調節配列が必要であった。構成的発現を可能にする3種類のプロモーター[(i)プラスミドpAct1−F4の中に含まれているイネアクチンプロモーターに続くイネアクチンイントロン、(ii)カリフラワーモザイクウイルスの35S二重構成プロモーター、または(iii)プラスミドpy63の中に含まれているトウモロコシyゼイン遺伝子のプロモーター]の中の1つそして2種類のターミネータ[(i)35SポリAターミネータまたは(ii)NOSポリAターミネータ]の中の1つである。そのようなプラスミドの形質転換または発現をトウモロコシまたはトウモロコシの種子の中で起こさせることに関しては、実験もデータも示されていない。
菜種およびタバコ植物の中で起こる種子油の発現に影響を与えて、それを変える目的でブラシカ・ナパス(Brasscica napus)のACPから得た種子特異的プロモーターの使用が特許文献9に開示されている。特許文献9には、血液因子またはヒト血清アルブミンなどの薬学的蛋白質の発現のためそのような種子特異的プロモーターを用いることができることが一般的に開示されてはいるが、しかしながら、それに関して如何なる実験データも示されていない。
Example XI of Patent Document 8 discloses the construction of a plasmid containing one of the α or β chains of hemoglobin so that constitutive expression or expression in albumin occurs in corn seeds. According to Patent Document 8, the following regulatory sequences were required to cause constitutive or albumin-specific expression of hemoglobin chains. Three promoters allowing constitutive expression [(i) rice actin intron following rice actin promoter contained in plasmid pAct1-F4, (ii) cauliflower mosaic virus 35S double constitutive promoter, or ( iii) one and two of the terminators [(i) 35S poly A terminator or (ii) NOS poly A terminator] in the corn y zein gene promoter contained in plasmid py63] It is. No experiments or data have been shown regarding the transformation or expression of such plasmids in maize or maize seeds.
The use of a seed-specific promoter obtained from ACP of Brassica napus for the purpose of influencing and changing the expression of seed oil occurring in rapeseed and tobacco plants is disclosed in US Pat. . U.S. Pat. No. 6,057,086 generally discloses that such seed-specific promoters can be used for the expression of pharmaceutical proteins such as blood factors or human serum albumin, however, any experiment relating thereto No data is shown.

非特許文献6は、植物の中に抗体および蛋白質を産生させることを包含する医学的分子養殖分野における最近の進展を考察している総論である。
ヒト血中蛋白質を単子葉植物の種子の中に高収率で産生させることは、前記特許または前記出版物のいずれにも開示されていない。特別な血中蛋白質を投与することによって治療可能な状態のヒトを治療しようとする時に、そのような蛋白質を患者集団に充分な供給量で供給することができるように、汚染源物が入っていないヒト血中蛋白質を高収率で生産することが望ましい。
米国特許第6,417,429号 米国特許第5,959,177号 米国特許第5,639,947号 米国特許第5,202,422号 米国特許第6,303,341号 公開された米国特許出願2002/0174453 公開された米国特許出願2002/0046418 米国特許第6,344,600号 米国特許第5,767,363号 シズモンズ(Sijmons)他、1990年 ヒアット(Hiatte)他、1989年 ヒアット(Hiatte)およびマー(Ma)、1992年 マー (Ma)他、1995年 ヴァイン(Vine)他、2001年 ダニエル(Daniell)他、2001年
Non-Patent Document 6 is a general review discussing recent developments in the field of medical molecular aquaculture involving the production of antibodies and proteins in plants.
Production of human blood protein in monocotyledonous plant seeds in high yield is not disclosed in either the patent or the publication. When trying to treat humans that are treatable by administering a special blood protein, there is no source of contamination so that such protein can be supplied to the patient population in sufficient supply It is desirable to produce human blood protein in high yield.
US Pat. No. 6,417,429 US Pat. No. 5,959,177 US Pat. No. 5,639,947 US Pat. No. 5,202,422 US Pat. No. 6,303,341 Published US Patent Application 2002/0174453 Published US Patent Application 2002/0046418 US Pat. No. 6,344,600 US Pat. No. 5,767,363 Sismons et al., 1990 Hiatt et al., 1989 Hiatt and Ma, 1992 Ma (Ma) et al., 1995 Vine et al., 2001 Daniel et al., 2001

本発明の1つの局面は、組換え型ヒト血中蛋白質を単子葉植物の種子の中に産生する方法を包み、この方法は、
(a)単子葉植物細胞に
(i)熟成特異的単子葉植物貯蔵蛋白質の遺伝子に由来するプロモーター、
(ii)前記プロモーターと機能的に連結していてこれと連結するポリペプチドが単子葉植物の種子の胚乳細胞を標的にすることを可能にする、単子葉植物種子特異的シグナル配列をエンコードする1番目のDNA配列、および
(iii)前記1番目のDNA配列と共に翻訳フレームの中で連結し、ヒト血中蛋白質をエンコードする2番目のDNA配列、
を含み前記1番目のDNA配列と前記2番目のDNA配列が一緒になってN−末端シグナル配列とヒト血中蛋白質を含む融合蛋白質をエンコードするキメラ遺伝子
による形質転換を受けさせ、
(b)前記形質転換された単子葉植物細胞からの単子葉植物を前記ヒト血中蛋白質を含有する種子が産生されるのに充分な時間生育させ、そして
(c)前記植物から前記種子を収穫する、
段階を含み、前記ヒト血中蛋白質が前記収穫した種子中の可溶蛋白質全体の少なくとも約3.0%を構成する産生方法である。
One aspect of the present invention encompasses a method for producing recombinant human blood protein in monocot seeds, comprising:
(A) a monocotyledonous plant cell (i) a promoter derived from a gene of a ripening-specific monocotyledonous plant storage protein,
(Ii) encodes a monocotyledon seed-specific signal sequence that is functionally linked to the promoter and allows the polypeptide linked to it to target the endosperm cells of monocotyledonous seeds 1 A second DNA sequence linked in a translation frame with the first DNA sequence and encoding a human blood protein;
The first DNA sequence and the second DNA sequence together are transformed with a chimeric gene encoding a fusion protein comprising an N-terminal signal sequence and a human blood protein,
(B) growing monocotyledonous plants from the transformed monocotyledonous cells for a time sufficient to produce seeds containing the human blood protein; and (c) harvesting the seeds from the plants. To
And wherein the human blood protein constitutes at least about 3.0% of the total soluble protein in the harvested seed.

本発明は、また、本方法で得た精製ヒト血中蛋白質も包含する。前記ヒト血中蛋白質は好ましくは1種以上の植物グリコシル基を含有する。
本発明は、また、本発明の方法で得た収穫した種子から調製した単子葉植物種子製品、好ましくは全種子、粉、抽出物およびモルトから選択した単子葉植物種子製品も提供する。好ましくは、前記ヒト血中蛋白質が前記種子製品中の可溶蛋白質全体の少なくとも約3.0%を構成する。
本発明は、更に、精製ヒト血中蛋白質、好ましくは少なくとも1種の植物グリコシル基を含有する精製ヒト血中蛋白質および少なくとも1種の薬学的に受け入れられる賦形剤または栄養素を含んで成る組成物も提供し、前記ヒト血中蛋白質はヒト血中蛋白質をエンコードする核酸配列を含有する単子葉植物の中で産生され、前記単子葉植物から収穫した種子から精製したものである。前記栄養素は前記単子葉植物以外の原料から採ったものである。このような調合物を非経口、腸内、吸入、鼻内または局所送達の目的で用いることができる。
本発明の以下の詳細な説明を添付図および請求の範囲と合わせて読むことで、本発明の前記および他の目的および特徴がより詳細に明らかになるであろう。
The present invention also includes a purified human blood protein obtained by this method. The human blood protein preferably contains one or more plant glycosyl groups.
The present invention also provides monocotyledon seed products prepared from harvested seeds obtained by the method of the present invention, preferably monocotyledon seed products selected from whole seeds, flour, extracts and malts. Preferably, the human blood protein comprises at least about 3.0% of the total soluble protein in the seed product.
The present invention further comprises a composition comprising purified human blood protein, preferably purified human blood protein containing at least one plant glycosyl group, and at least one pharmaceutically acceptable excipient or nutrient. The human blood protein is produced in a monocotyledonous plant containing a nucleic acid sequence encoding the human blood protein and purified from seed harvested from the monocotyledonous plant. The nutrient is obtained from a raw material other than the monocotyledonous plant. Such formulations can be used for parenteral, enteral, inhalation, intranasal or topical delivery purposes.
The foregoing and other objects and features of the invention will become more fully apparent when the following detailed description of the invention is read in conjunction with the accompanying drawings and claims.

特に明記しない限り、本明細書で用いる用語は全部以下に示す意味を有するか、或は一般的に当業者にとって当該用語が持つ意味に一致する。実施者は、技術的定義及び表現に関し、特にサンブルック(Sambrook)他(1989年)モレキュラー クローニング、ア ラボラトリー マニュアル(Molecular Cloning:A Laboratory Manual)(第2版)、コールド スプリング ハーバー プレス、ニューヨーク州プレインビュー(Cold Spring Harbor Press、Plainview、N.Y.)、オースベル エフエム(Ausubel FM)他(1993年)カレント プロトコルズ イン モレキュラー バイオロジー(Current Protocols in Molecular Biology)、ジョン ウィリー アンド サンズ、ニューヨーク州ニューヨーク(John Wiley & Sons、New York、N.Y.)およびヘルフィン(Gelvin)およびスヒルペロー(Schilperoot)編集(1997年)プラント モレキュラー バイオロジー マニュアル(Plant Molecular Biology Manual)、クルウェール アカデミック パブリッシャーズ、オランダ国(Kluwer Academic Publishers、The Netherlands)が参考になるであろう。   Unless otherwise stated, all terms used herein have the meanings given below or generally correspond to the meanings of the terms for those skilled in the art. The practitioner is concerned with technical definitions and representations, in particular Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2nd edition), Cold Spring Harbor Press, Plains, NY View (Cold Spring Harbor Press, Plainview, NY), Ausubel FM et al. (1993) Current Protocols in Molecular Biology, New York State, New York John Wiley & Sons, N W York, NY) and edited by Helvin and Schilperot (1997) Plant Molecular Biology Manual, Kluwer Academic Publishers, Kluwer Academy, Netherlands Will be helpful.

本発明のポリヌクレオチドはRNAの形態またはDNAの形態でもよく、これらにはメッセンジャーRNA、合成RNAおよびDNA、cDNAおよびゲノムDNAが含まれる。そのようなDNAは二本鎖または一本鎖でもよく、そして一本鎖の場合にはコード鎖または非コード(アンチセンス、相補)鎖でもよい。
植物細胞を言及する時の用語「安定に形質転換された」は、その植物細胞がゲノムの中に一体化されている外来(異種)核酸配列を有していてそれが二世代以上に亘って保持されることを意味する。
「宿主細胞」は、ベクターを含有しかつ異種核酸配列の複製および/または転写および/または発現を支援する細胞を意味する。本発明による宿主細胞は単子葉植物細胞が好ましい。DNAを所望植物宿主細胞に移動させるための細菌、酵母、昆虫、両生類または哺乳動物の細胞のような他の宿主細胞を二次的宿主として用いることも可能である。
「植物細胞」は、植物に由来する細胞のいずれかを指し、未分化組織(例えばカルス)ばかりでなく植物の種子、花粉、珠芽、胚、懸濁培養物、分裂領域、葉、根、芽、配偶体、胞子体および小胞子が含まれる。
The polynucleotides of the present invention may be in the form of RNA or in the form of DNA, including messenger RNA, synthetic RNA and DNA, cDNA and genomic DNA. Such DNA may be double stranded or single stranded, and if single stranded may be the coding strand or the non-coding (antisense, complementary) strand.
The term “stablely transformed” when referring to a plant cell means that the plant cell has an exogenous (heterologous) nucleic acid sequence integrated into the genome and that has been for more than two generations. It means that it is retained.
“Host cell” means a cell that contains a vector and supports the replication and / or transcription and / or expression of heterologous nucleic acid sequences. The host cell according to the present invention is preferably a monocotyledonous plant cell. Other host cells such as bacteria, yeast, insect, amphibian or mammalian cells can be used as secondary hosts to transfer the DNA to the desired plant host cell.
“Plant cell” refers to any cell derived from a plant and includes not only undifferentiated tissue (eg, callus) but also plant seeds, pollen, pearls, embryos, suspension cultures, division regions, leaves, roots, buds. , Gametophytes, spores and microspores.

用語「成熟した植物」は完全に分化した植物を指す。
用語「種子製品」には、これらに限定するものでないが、種子画分、例えば皮が剥かれた全種子、粉(製粉によって皮が剥かれかつ粉末になるまで粉砕された種子)、種子抽出物、好適には蛋白質抽出物(粉の蛋白質画分を炭水化物画分から分離した場合)、モルト(モルト抽出液またはモルトシロップを包含)および/または遺伝子組換え穀類から得られた精製蛋白質画分が含まれる。
用語「生物学的活性」は、本分野の技術者が当該蛋白質に典型的に帰すると考えるいかなる生物学的活性をも指す。
用語「血中蛋白質」は、正常なヒト血液に存在する1種以上の蛋白質またはそれらの生物学的に活性なフラグメントを指し、ヘモグロビン、アルファ−1−アンチトリプシン、フィブリノゲン、ヒト血清アルブミン、プロトロンビン/トロンビン、抗体、血液凝固因子(第V因子、第VI因子、第VII因子、第VIII因子、第IX因子、第X因子、第XI因子、第XII因子、第XIII因子、フレッチャー因子、フィッツジェラルド因子およびフォン・ヴィレブランド因子)およびそれらの生物学的に活性なフラグメントが含まれるが、これらに限定するものではない。
用語「非栄養的」は、主要な効果として受容者に栄養を与えることのない薬学的に受け入れられる賦形剤を指す。好ましくは、その賦形剤は腸に送達される調合物に下記のうちの一つの役割を提供する。治療用蛋白質用の担体として働くこと、消化管の中で当該蛋白質を酸から保護すること、送達すべき活性材料を持続放出させること、または当該血中蛋白質を当該患者に投与するに有用な品質を当該製剤に与えることである。
The term “mature plant” refers to a fully differentiated plant.
The term “seed product” includes, but is not limited to, seed fractions such as whole seeds that have been peeled, flour (seed that has been peeled and ground to a powder by milling), seed extraction And preferably a protein extract (when the protein fraction of the flour is separated from the carbohydrate fraction), malt (including malt extract or malt syrup) and / or purified protein fraction obtained from genetically modified cereals included.
The term “biological activity” refers to any biological activity that one skilled in the art would typically attribute to the protein.
The term “blood protein” refers to one or more proteins or biologically active fragments thereof present in normal human blood and includes hemoglobin, alpha-1-antitrypsin, fibrinogen, human serum albumin, prothrombin / Thrombin, antibody, blood coagulation factor (factor V, factor VI, factor VII, factor VIII, factor IX, factor X, factor XI, factor XII, factor XIII, Fletcher factor, Fitzgerald factor And von Willebrand factor) and biologically active fragments thereof.
The term “non-nutritive” refers to a pharmaceutically acceptable excipient that does not feed the recipient as a major effect. Preferably, the excipient provides one of the following roles in the formulation delivered to the intestine: Quality that is useful for acting as a carrier for therapeutic proteins, protecting the protein from acid in the digestive tract, providing sustained release of the active material to be delivered, or administering the blood protein to the patient To the formulation.

「単子葉植物種子成分」は、単子葉植物の種子、典型的には成熟した単子葉植物の種子から抽出可能な炭水化物、蛋白質および脂質成分を指す。
「種子成熟」は、受精から出発して代謝貯蔵物、例えば糖、オリゴ糖、澱粉、フェノール成分、アミノ酸および蛋白質などが種子(穀類)の中のいろいろな組織、例えば胚乳、種皮、アリューロン層および小鱗片上皮などに空胞標的の有り無しで蓄積する結果として起こる種子の増大、登熟そして種子の乾燥で終わる期間を指す。
「成熟特異的蛋白質プロモーター」は、種子成熟中に実質的に上方調節される活性(25%を超える度合で)を示すプロモーターを指す。
「異種DNA」は、植物細胞の中に別の源から導入されたか或はある植物源(同じ植物源を包含)に由来するが異種DNAの発現を正常には調節しないプロモーターの制御下にあるDNAを指す。
「異種蛋白質」は、異種DNAがエンコードする蛋白質である。
「シグナル配列」は、N末端もしくはC末端ポリペプチド配列であり、結合されるペプチドまたは蛋白質が選択された細胞内もしくは細胞外領域にあると特定するのに有効である。本発明によれば、好ましくは、シグナル配列は結合されたペプチド又は蛋白質を胚乳細胞、より好ましくは細胞内空胞または他の蛋白質貯蔵体、葉緑体、ミトコンドリアまたは小胞体などの胚乳細胞小器官、または細胞外空間部のような位置に宿主細胞からの分泌後に配置させることを目標とする。
“Monocotyl plant seed component” refers to carbohydrate, protein and lipid components that can be extracted from monocot plant seeds, typically mature monocot plant seeds.
“Seed maturation” refers to various tissues in the seed (cereals), such as endosperm, seed coat, aleurone layer, and the like, where metabolic stores such as sugars, oligosaccharides, starch, phenolic components, amino acids and proteins, etc. start from fertilization. It refers to the period that ends with seed growth, ripening and seed drying as a result of accumulating in the squamous epithelium with or without vacuolar targets.
“Maturation-specific protein promoter” refers to a promoter that exhibits substantially up-regulated activity (to a degree greater than 25%) during seed maturation.
"Heterologous DNA" is introduced into a plant cell from another source or is under the control of a promoter that is derived from one plant source (including the same plant source) but does not normally regulate the expression of the heterologous DNA. Refers to DNA.
A “heterologous protein” is a protein encoded by a heterologous DNA.
A “signal sequence” is an N-terminal or C-terminal polypeptide sequence and is effective to specify that the peptide or protein to be bound is in a selected intracellular or extracellular region. According to the present invention, preferably the signal sequence binds a peptide or protein bound to an endosperm cell, more preferably an endoplasmic organelle such as an intracellular vacuole or other protein reservoir, chloroplast, mitochondrion or endoplasmic reticulum. Alternatively, the target is to be placed in a position such as an extracellular space after secretion from the host cell.

本発明で用いるに適した発現ベクターは、植物の中で関連した上流および下流配列と一緒になって機能するように考案したキメラ核酸構築物(または発現ベクターまたはカセット)である。
一般的に、本発明の実施で用いる発現ベクターは、キメラ遺伝子を構成する下記の機能的にリンクした成分を含む。熟成特異的単子葉植物貯蔵蛋白質の遺伝子に由来するプロモーター、前記プロモーターと機能的にリンクしていて、リンクしたポリペプチドが胚乳細胞、好ましくは蛋白質貯蔵体などの胚乳細胞の小器官を標的にすることが可能な単子葉植物種子特異的シグナル配列(例えばN末端リーダー配列またはC末端トレーラ配列)をエンコードする1番目のDNA配列、および前記1番目のDNA配列と共に翻訳フレームの中でリンクしていてヒト血中蛋白質をエンコードする2番目のDNA配列である。好ましくは、前記シグナル配列が植物細胞の中で前記ヒト血中蛋白質から開裂するようにする。
次に、前記キメラ遺伝子は通常適切な植物形質転換用ベクターの中に配置される。前記ベクターは、(i)前記キメラ遺伝子の上流および/または下流に位置する伴配列(これはプラスミドまたはウイルスが源になっておりかつ当該ベクターがDNAを細菌から所望の植物宿主に移動させることを可能にするに必要な特徴を前記ベクターに与える)、(ii)選択可能マーカー配列、および(iii)転写終結領域(これは一般に当該ベクターの転写開始調節領域とは反対側の末端部に位置する)を有する。
Expression vectors suitable for use in the present invention are chimeric nucleic acid constructs (or expression vectors or cassettes) designed to function with associated upstream and downstream sequences in plants.
In general, the expression vector used in the practice of the present invention includes the following functionally linked components that constitute a chimeric gene. Promoter derived from the gene of ripening-specific monocotyledonous storage protein, operably linked to said promoter, and the linked polypeptide targets endosperm cells, preferably organelles of endosperm cells such as protein reservoirs A first DNA sequence encoding a monocotyledonous plant seed-specific signal sequence (eg, an N-terminal leader sequence or a C-terminal trailer sequence), and linked in the translation frame together with said first DNA sequence It is the second DNA sequence encoding a human blood protein. Preferably, the signal sequence is cleaved from the human blood protein in plant cells.
Next, the chimeric gene is usually placed in a suitable plant transformation vector. The vector comprises (i) a companion sequence located upstream and / or downstream of the chimeric gene (which is derived from a plasmid or virus and that the vector transfers DNA from bacteria to the desired plant host. (Ii) a selectable marker sequence, and (iii) a transcription termination region (which is generally located at the opposite end of the vector from the transcription initiation regulatory region). ).

本技術分野ではいろいろな植物宿主細胞に適した数多くの種類の発現ベクターおよび適切な調節配列が知られている。種子成熟条件下で誘導可能な様式で調節されるようにプロモーター領域を選択する。本発明のそのような実施例の1つの面において、本発現構築物は、種子成熟中に特異的に上方調節される活性を示すプロモーターを含む。本発明で用いるプロモーターは、通常、イネ、大麦、小麦、カラスムギ、ライムギ、トウモロコシ、粟、ライ小麦またはソルガムなどの穀類に由来するプロモーターである。そのようなプロモーターの例には、下記の成熟特異的単子葉植物貯蔵蛋白質の中の1つと関連する成熟特異的プロモーター領域が含まれる。それらは、イネのグルテリン、オリジンおよびプロラミン、大麦のホルデイン、小麦のグリアジンおよびグルテリン、トウモロコシのゼインおよびグルテリン、カラスムギのグルテリン、およびソルガムのカフィリン、粟のペニセチンおよびライムギのセカリンである。そのような遺伝子に由来する代表的な調節領域の例はSEQ ID NOS:6〜14である。特にそのようなプロモーターを転写因子と協力させて用いる場合、種子成熟における発現に適した他のプロモーターには大麦の胚乳特異的B1−ホルデインプロモーター、GluB−2プロモーター、Bx7プロモーター、Gt3プロモーター、GluB−1プロモーターおよびRp−6プロモーターが含まれる。   Numerous types of expression vectors and suitable regulatory sequences are known in the art that are suitable for a variety of plant host cells. The promoter region is selected to be regulated in an inducible manner under seed maturation conditions. In one aspect of such an embodiment of the invention, the expression construct comprises a promoter that exhibits activity that is specifically upregulated during seed maturation. The promoter used in the present invention is usually a promoter derived from cereals such as rice, barley, wheat, oats, rye, corn, straw, rye wheat or sorghum. Examples of such promoters include a maturation-specific promoter region associated with one of the maturation-specific monocotyledonous storage proteins described below. They are rice glutelin, origin and prolamin, barley hordein, wheat gliadin and glutelin, corn zein and glutelin, oats glutelin, and sorghum kafilin, strawberry penisetin and rye secarin. Examples of representative regulatory regions derived from such genes are SEQ ID NOS: 6-14. Particularly when such promoters are used in conjunction with transcription factors, other promoters suitable for expression in seed maturation include barley endosperm-specific B1-hordein promoter, GluB-2 promoter, Bx7 promoter, Gt3 promoter, GluB- 1 promoter and Rp-6 promoter are included.

植物種子組織の中で優先的に発現するプロモーターを用いてヒト血中蛋白質をエンコードする核酸を発現させることに特に関心が持たれている。そのようなプロモーター配列の例には、植物貯蔵蛋白質遺伝子をエンコードする配列に由来する配列または脂肪種子の中で起こる脂肪酸生合成に関与する遺伝子に由来する配列が含まれる。好ましい典型的プロモーターには、SEQ ID NO:6で例示するような胚乳の外側層の中で遺伝子発現を起こすグルテリン(Gt1)プロモーター、およびSEQ ID NO:7で例示するような胚乳の中心部で遺伝子発現を起こすグロブリン(Glb)プロモーターが含まれる。プロモーター配列は自身と機能的にリンクした遺伝子コード配列の転写を制御し、それらの中には、天然に存在するプロモーター又は種子特異的転写を方向付けし得る天然プロモーターの領域と、2種以上のプロモーター要素が組み合わされているハイブリッドプロモーターとが含まれる。そのようなハイブリッドプロモーターを構築する方法は本技術分野で良く知られている。   Of particular interest is the expression of nucleic acids encoding human blood proteins using promoters that are preferentially expressed in plant seed tissue. Examples of such promoter sequences include sequences derived from sequences encoding plant storage protein genes or sequences derived from genes involved in fatty acid biosynthesis occurring in oil seeds. Preferred typical promoters include the glutelin (Gt1) promoter that causes gene expression in the outer layer of endosperm as exemplified by SEQ ID NO: 6, and the endosperm center as exemplified by SEQ ID NO: 7 A globulin (Glb) promoter that causes gene expression is included. A promoter sequence controls transcription of a gene coding sequence operably linked to itself, including a naturally occurring promoter or a region of a natural promoter that can direct seed-specific transcription, and two or more types. Hybrid promoters combined with promoter elements. Methods for constructing such hybrid promoters are well known in the art.

ある場合には、プロモーターは本キメラ核酸構築物を導入すべき植物細胞と同じ植物種に由来する。別の実施例では、プロモーターは植物宿主細胞とは異種である。
別法として、ある種類の単子葉植物に由来する種子特異的プロモーターを用いて異なる単子葉植物または穀類以外の単子葉植物に由来する核酸コード配列の転写を調節することも可能である。
重要な蛋白質をエンコードすることに加え、本発現カセットまたは異種核酸構築物は、必要に応じて、当該蛋白質のプロセシングおよび転位を可能にするシグナルペプチドをエンコードするDNAを含有する。典型的なシグナル配列は、単子葉植物成熟特異的遺伝子に関連した配列であり、それらは、グルテリン、プロラミン、ホルデイン、グリアジン、グルテニン、ゼイン、アルブミン、グロブリン、ADPグルコースピロホスホリラーゼ、澱粉合成酵素、分枝酵素、Emおよびリー(lea)である。蛋白質貯蔵体用のシグナルペプチドをエンコードする典型的な配列を本明細書ではSEQ ID NOS:15〜21として識別する。
In some cases, the promoter is derived from the same plant species as the plant cell into which the chimeric nucleic acid construct is to be introduced. In another embodiment, the promoter is heterologous to the plant host cell.
Alternatively, seed-specific promoters from certain types of monocots can be used to regulate transcription of nucleic acid coding sequences from different monocots or monocots other than cereals.
In addition to encoding an important protein, the expression cassette or heterologous nucleic acid construct optionally contains DNA that encodes a signal peptide that allows the protein to be processed and translocated. Typical signal sequences are those associated with monocotyledon maturation specific genes, which are glutelin, prolamin, hordein, gliadin, glutenin, zein, albumin, globulin, ADP glucose pyrophosphorylase, starch synthase, Branch enzyme, Em and lea. A typical sequence encoding a signal peptide for a protein reservoir is identified herein as SEQ ID NOS: 15-21.

1つの好適な実施例における方法は、蛋白質を胚乳細胞、好ましくは蛋白質貯蔵体、ミトコンドリア、小胞体、空胞、葉緑体または他の色素体コンパートメントなどの胚乳細胞の小器官の中に局在化させることに向けたものである。例えば、蛋白質が葉緑体などの色素体を標的にする時には、発現を起こす目的で、本構築物は、当該遺伝子産物を当該色素体に向かわせる配列も使用する。そのような配列を本明細書では葉緑体運搬ペプチド(CTP)または色素体運搬ペプチド(PTP)と呼ぶ。このように、重要な遺伝子が葉緑体の中に直接挿入されない時には、本発現構築物は追加して重要な遺伝子が葉緑体に向かうようにする運搬ペプチドをエンコードする遺伝子も含有する。葉緑体運搬ペプチドは重要な遺伝子、或はCTPを有する異種配列から得られ、本技術分野で公知である。例えばスミーケンス(Smeekens)他、1986年;ワスマン(Wasmann)他、1986年、ボン ヘイジン(Von Heijne)他、1991年、米国特許第4,940,835号および5,728,925号を参照のこと。また、当該蛋白質を小胞体(ER)に転位させるに適した追加的運搬ペプチド(クリスピールズ(Chrispeels)、1991年;ヴィターレ(Vitale)およびクリスピールズ(Chrispeels)、1992年)、核内保留シグナル(シレー(Shleh)他、1993年;ヴァラゴナ(Varagona)他、1992年)または空胞(ライケル(Raikhel)およびクリスピールズ(Chrispeels)1992年;ベドナレック(Bednarek)およびライケル(Raikel)、1992年;また米国特許第5,360,726号も参照)を本発明の構築物で用いることも可能である。   In one preferred embodiment, the method localizes a protein in an endosperm cell, preferably an endosperm organelle such as a protein reservoir, mitochondria, endoplasmic reticulum, vacuole, chloroplast or other plastid compartment. It is intended to make it. For example, when the protein targets a plastid such as a chloroplast, the construct also uses a sequence that directs the gene product to the plastid for the purpose of causing expression. Such sequences are referred to herein as chloroplast transport peptides (CTP) or plastid transport peptides (PTP). Thus, when an important gene is not inserted directly into the chloroplast, the expression construct additionally contains a gene encoding a carrier peptide that directs the important gene to the chloroplast. Chloroplast transit peptides are derived from important genes or heterologous sequences with CTP and are known in the art. See, for example, Smekens et al., 1986; Wasmann et al., 1986, Von Heijne et al., 1991, US Pat. Nos. 4,940,835 and 5,728,925. . In addition, additional delivery peptides suitable for translocating the protein to the endoplasmic reticulum (ER) (Chrispeels, 1991; Vitale and Chrispeels, 1992), nuclear retention signals ( 1993; Varagona et al., 1992) or vacuoles (Raikhel and Chrispeels 1992; Bednarek and Raikel, 1992; also the United States) No. 5,360,726) can also be used in the constructs of the present invention.

別の典型的な種類のシグナル配列は、種子発芽中にアリューロン細胞が異種蛋白質を分泌するのを助長するに有効な配列であり、それには、アルファ−アミラーゼ、プロテアーゼ、カルボキシペプチダーゼ、エンドプロテアーゼ、リボヌクレアーゼ、DNアーゼ/RNアーゼ、(1−3)−ベータ−グルカナーゼ、(1−3)(1−4)−ベータ−グルカナーゼ、エステラーゼ、酸性ホスファターゼ、ペントサミン、エンドキシラナーゼ、β−キシロピラノシダーゼ、アラビノフラノシダーゼ、ベータ−グルコシダーゼ、(1−6)−ベータ−グルカナーゼ、ペリオキシダーゼおよびリソホスホリパーゼに関連したシグナル配列が含まれる。
いろいろな蛋白質貯蔵用蛋白質が成熟特異的プロモーターの制御下にあり、かつそのようなプロモーターを蛋白質体を標的にするシグナル配列と機能的にリンクさせることから、本キメラ遺伝子を構築する時、プロモーター配列とシグナル配列を単一の蛋白質貯蔵遺伝子から単離した後に血中蛋白質と機能的にリンクさせてもよい。1つの好ましい典型的プロモーター−シグナル配列は、イネのGt1遺伝子に由来する配列であり、それはSEQ ID NO:6で識別する典型的な配列を有する。別法として、プロモーター配列とリーダー配列を異なる遺伝子から得ることも可能である。1つの好ましい典型的プロモーター−シグナル配列組み合わせは、イネのGt1リーダー配列にリンクさせたイネのGlbプロモーターであり、これの例はSEQ ID NO:7である。
好ましくは、植物の中で機能するように考案した発現ベクターもしくは異種核酸構築物は、発現カセットの上流および下流に伴配列を含有する。伴配列はプラスミドまたはウイルスが源の配列であり、当該ベクターがDNA、例えば複製起源と選択可能マーカーを含有する配列などを二次的宿主から植物宿主に移動可能とするのに必要な特徴を前記ベクターに与える。典型的な二次的宿主には細菌および酵母が含まれる。
1つの実施例における二次的宿主は大腸菌であり、複製起源はColE1型であり、そして選択可能マーカーはアンピリシン耐性をエンコードする遺伝子である。そのような配列は本技術分野で良く知られておりかつ同様に商業的に入手可能である[例えばクロンテック社、カリフォルニア州パロアルト(Clontech,Palo Alto、Calif.);ストラタジーン社、カリフォルニア州ラホラ(Stratagene、La Jolla、CA)]。
Another typical type of signal sequence is a sequence that is effective in helping Aleurone cells secrete heterologous proteins during seed germination, including alpha-amylase, protease, carboxypeptidase, endoprotease, ribonuclease , DNase / RNase, (1-3) -beta-glucanase, (1-3) (1-4) -beta-glucanase, esterase, acid phosphatase, pentosamine, endoxylanase, β-xylopyranosidase, arabi Signal sequences associated with nofuranosidase, beta-glucosidase, (1-6) -beta-glucanase, peroxidase and lysophospholipase are included.
Since various protein storage proteins are under the control of a maturation-specific promoter and such promoters are operably linked to signal sequences that target protein bodies, promoter sequences are constructed when constructing this chimeric gene. And a signal sequence may be isolated from a single protein storage gene and then functionally linked to a blood protein. One preferred exemplary promoter-signal sequence is a sequence derived from the rice Gt1 gene, which has a typical sequence identified by SEQ ID NO: 6. Alternatively, the promoter sequence and leader sequence can be obtained from different genes. One preferred exemplary promoter-signal sequence combination is the rice Glb promoter linked to the rice Gt1 leader sequence, an example of which is SEQ ID NO: 7.
Preferably, an expression vector or heterologous nucleic acid construct designed to function in plants contains companion sequences upstream and downstream of the expression cassette. The companion sequence is a plasmid or virus source sequence, and the vector has the necessary features to enable transfer of DNA, such as a sequence containing a replication origin and a selectable marker, from a secondary host to a plant host. Give to the vector. Typical secondary hosts include bacteria and yeast.
In one example, the secondary host is E. coli, the origin of replication is ColE1 type, and the selectable marker is a gene encoding ampicillin resistance. Such sequences are well known in the art and are also commercially available [eg, Clontech, Palo Alto, Calif .; Stratagene, La Jolla, California ( Stratagene, La Jolla, CA)].

転写終結領域は、通常に転写開始領域と結合している遺伝子、或は異なる遺伝子から取ることが可能である。典型的な転写終結領域にはアグロバクテリウムTiプラスミドに由来するNOSターミネータおよびイネα−アミラーゼターミネータが含まれる。
また、高レベルの転写および妥当な転写終結のそれぞれを最適にする目的で本発現カセットにポリアデニル化テールを付加させることも可能である。ポリアデニル化配列には、これらに限定するものでないが、アグロバクテリウムオクトピン合成酵素シグナルまたは同じ種のノパリン合成酵素が含まれる。
植物細胞における選択に適切な選択可能マーカーには、これらに限定するものでないが、カナマイシン(nptll)、G418、ブレオマイシン、ヒグロマイシン、クロラムフェニコール、アンピシリン、テトラシクリンなどの抗生物質耐性遺伝子が含まれる。追加の選択可能マーカーには、ビアラホス耐性をコードするbar遺伝子、グリホセート耐性をエンコードする変異EPSP合成酵素遺伝子、ブロモキシニル耐性を与えるニトリラーゼ遺伝子、イミダゾリノンもしくはスルホニル尿素耐性を与える変異アセトラクテート合成酵素遺伝子(ALS)、およびメトトレキセート耐性DHFR遺伝子が含まれる。
用いる個々のマーカー遺伝子は、当該DNAを導入しなかった細胞に比較して形質転換細胞の選択を可能にするマーカー遺伝子である。好ましくは、それらは組織培養段階における選択を助長する選択可能マーカー遺伝子、例えばカナマイシン、ヒグロマイシンもしくはアンピシリン耐性遺伝子などである。
The transcription termination region can be taken from a gene that is normally associated with the transcription initiation region or from a different gene. Typical transcription termination regions include the NOS terminator derived from the Agrobacterium Ti plasmid and the rice α-amylase terminator.
It is also possible to add a polyadenylation tail to the expression cassette for the purpose of optimizing each of the high levels of transcription and reasonable transcription termination. Polyadenylation sequences include, but are not limited to, an Agrobacterium octopine synthase signal or the same species of nopaline synthase.
Selectable markers suitable for selection in plant cells include, but are not limited to, antibiotic resistance genes such as kanamycin (nptll), G418, bleomycin, hygromycin, chloramphenicol, ampicillin, tetracycline. Additional selectable markers include the bar gene encoding bialaphos resistance, the mutant EPSP synthase gene encoding glyphosate resistance, the nitrilase gene conferring bromoxynil resistance, the mutant acetolactate synthase gene (ALS conferring imidazolinone or sulfonylurea resistance) ), And the methotrexate resistant DHFR gene.
The individual marker gene used is a marker gene that allows selection of transformed cells compared to cells into which the DNA has not been introduced. Preferably, they are selectable marker genes that facilitate selection at the tissue culture stage, such as kanamycin, hygromycin or ampicillin resistance genes.

また、本発明のベクターを修正して、アグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)ベクターに相同性を示す領域と、アグロバクテリウム・ツメファシエンスに由来するT−DNA境界領域とキメラ遺伝子または発現カセット(上述のもの)を含有する中間的植物形質転換用プラスミドを含有させることも可能である。その上、本発明のベクターはアグロバクテリウム・ツメファシエンスの武装解除した植物腫瘍誘発プラスミドを含有することも可能である。
一般的には、選択した核酸配列は本ベクターの中の適切な制限エンドヌクレアーゼの一部分或いは複数の部位の中に挿入される。本発明で用いるベクターを構築する時、当業者に公知の切断、連結反応そして二次的宿主細胞への形質転換の標準的な方法を用いる(一般的に、前記マニアティス(Maniatis)他、オースベル(Ausubel)他、およびヘルフィン(Gelvin)他を参照)。
植物の細胞または組織は発現構築物[例えば関心のある遺伝子が挿入されたプラスミドDNAのような異種核酸構築物]と共にいろいろな標準的技術を用いて形質転換される。植物遺伝子発現の向上を助長する目的でベクターを有効に導入することが本発明の重要な面である。そのようなベクターの配列が安定に形質転換されること、好適には宿主のゲノムの中に一体化されるのが好ましい。
In addition, the vector of the present invention is modified to include a region showing homology to an Agrobacterium tumefaciens vector, a T-DNA border region derived from Agrobacterium tumefaciens, a chimeric gene or an expression cassette (described above). It is also possible to contain an intermediate plant transformation plasmid containing In addition, the vectors of the present invention may contain a disarmed plant tumor-inducing plasmid of Agrobacterium tumefaciens.
In general, the selected nucleic acid sequence is inserted into a portion or sites of an appropriate restriction endonuclease in the vector. When constructing the vectors used in the present invention, standard methods of cleavage, ligation and transformation into secondary host cells known to those skilled in the art are used (generally, Maniatis et al. (See Ausubel et al., And Helvin et al.).
Plant cells or tissues are transformed using a variety of standard techniques with expression constructs [eg, heterologous nucleic acid constructs such as plasmid DNA into which the gene of interest has been inserted]. It is an important aspect of the present invention to effectively introduce a vector for the purpose of promoting the improvement of plant gene expression. It is preferred that the sequence of such vectors be stably transformed, preferably integrated into the host genome.

宿主植物細胞の形質転換の方法は本発明にとって重要ではない。当業者は、本分野の技術には多様な形質転換技術が存在し、かつ新規な技術が継続的に利用できるようになることを認識しているであろう。標的宿主植物に適切な如何なる技術も本発明の範囲内で使用可能である。例えば、本構築物はいろいろな形態で導入可能であり、そのような形態には、これらに限定するものでないが、DNAストランド、プラスミドまたは人工染色体が含まれる。本構築物の標的植物細胞への導入はいろいろな技術を用いて達成可能であり、そのような技術には、これらに限定するものでないが、燐酸カルシウム−DNA共沈、エレクトロポレーション、ミクロインジェクション、アグロバクテリウム媒介形質転換、リポソーム媒介形質転換、原形質融合またはミクロプロジェクタイルボンバードメント(クリストウ(Christou)、1992年;サンフォード(Sanford)他、1993年)が含まれる。当業者は、詳細について文献を参考にし、本発明の方法の使用に適した技術を選択することが可能である。
植物細胞の形質転換にアグロバクテリウムを用いる場合、ベクターをアグロバクテリウム宿主の中に導入して、アグロバクテリウム宿主の中に存在するT−DNAまたはTiもしくはRiプラスミドによる相同的組換えを起こさせる。組換え用T−DNAを含有するTiもしくはRiプラスミドを武装させる(こぶの形成を可能にする)、又は武装解除させる(こぶの形成を不可能にする)ことが可能であるが、形質転換アグロバクテリウム宿主の中にvir遺伝子が存在する限り、後者が許容される。武装したプラスミドを用いると正常な植物細胞とこぶの混合物が生じ得る。
The method of transformation of the host plant cell is not critical to the present invention. Those skilled in the art will recognize that there are a variety of transformation techniques in the art and that new techniques will be available on an ongoing basis. Any technique suitable for the target host plant can be used within the scope of the present invention. For example, the construct can be introduced in a variety of forms, including but not limited to DNA strands, plasmids or artificial chromosomes. Introduction of this construct into target plant cells can be accomplished using a variety of techniques including, but not limited to, calcium phosphate-DNA coprecipitation, electroporation, microinjection, Agrobacterium-mediated transformation, liposome-mediated transformation, protoplast fusion or microprojectile bombardment (Christou, 1992; Sanford et al., 1993). One skilled in the art can refer to the literature for details and select a technique suitable for use in the method of the present invention.
When Agrobacterium is used for transformation of plant cells, the vector is introduced into the Agrobacterium host to cause homologous recombination with T-DNA or Ti or Ri plasmid present in the Agrobacterium host. Let Ti or Ri plasmids containing T-DNA for recombination can be armed (allows hump formation) or disarmed (makes hump formation impossible), but transformed agro The latter is allowed as long as the vir gene is present in the bacterial host. Using armed plasmids can result in a mixture of normal plant cells and humps.

アグロバクテリウムが宿主植物細胞の形質転換の際媒体として用いられる場合には、単数または複数のT−DNA境界領域に隣接している発現もしくは転写用構築物は、大腸菌およびアグロバクテリウムの中で複製し得る広範宿主範囲ベクターの中に挿入されるが、pRK2またはこれの誘導体などが広範宿主範囲ベクターの例として文献に記述されている。ディッタ(Ditta)他、1980年およびEPA 0 120 515の文献を参照のこと。あるいは、植物細胞の中で発現される配列を個別の複製配列を含むベクターの中に挿入することも可能であるが、個別の複数配列の一方は大腸菌内でベクターを安定させ、他方はアグロバクテリウム内でベクターを安定させる。マックブライド(McBride)およびサマーフェルト(Summerfelt)1990年を参照すると、複製起源であるpRiHRI(ジュアニン(Jouanin)他、1985年)が用いられ、宿主アグロバクテリウム細胞における植物の発現ベクターの安定性を増加させる。
本発現構築物に組み込むT−DNAは、形質転換アグロバクテリウムと形質転換植物細胞の選択を可能にする1種以上の選択可能マーカーコード配列である。植物細胞に関する使用に適した抗生物質耐性マーカーが数多く開発されており、それらには、カナマイシン、アミノグリコシドG418、ヒグロマイシン等の抗生物質を不活性にする遺伝子が含まれる。使用する個々のマーカーは本発明にとって必須ではなく、好適な個々のマーカーは個々の宿主および構築様式に依存する。
When Agrobacterium is used as a vehicle for transformation of host plant cells, expression or transcriptional constructs adjacent to one or more T-DNA border regions replicate in E. coli and Agrobacterium. Examples of broad host range vectors are described in the literature, such as pRK2 or derivatives thereof. See Ditta et al., 1980 and EPA 0 120 515. Alternatively, sequences expressed in plant cells can be inserted into vectors containing individual replication sequences, one of the individual sequences stabilizing the vector in E. coli and the other being Agrobacterium. Stabilize the vector in the um. Referring to McBride and Summerfeld 1990, the replication origin pRiHRI (Jouannin et al., 1985) was used to improve the stability of plant expression vectors in host Agrobacterium cells. increase.
The T-DNA incorporated into the expression construct is one or more selectable marker coding sequences that allow selection of transformed Agrobacterium and transformed plant cells. A number of antibiotic resistance markers suitable for use with plant cells have been developed, including genes that inactivate antibiotics such as kanamycin, aminoglycoside G418, hygromycin. The particular marker used is not essential to the invention and the preferred individual marker will depend on the particular host and the mode of construction.

植物細胞のアグロバクテリウム媒介形質転換では、外植片はアグロバクテリウムと共に結果として感染がもたらされるに充分な時間インキュベートし、細菌を殺した後、植物細胞を適切な選択用培地の中で培養する。カルス形成後、公知方法に従って適切な植物ホルモンを用いることで芽形成を促すことも可能で、その後芽を発根用培地に移して植物を再生させる。次に、その植物を生育させて結実させた後、その種子を用いて世代の繰り返しを確立しそして前記植物が産生した組換え型蛋白質を単離する。
2種以上の発現構築物を含有する植物細胞を得る方法は、数多く存在する。1つの方策として、植物細胞は1番目の構築物と2番目の構築物を単一の形質転換用ベクターの中に含有させるか或はその中の1つが所望遺伝子を発現する個別のベクターを用いることにより、両方の発現構築物で同時形質転換される。2番目の構築物はすでに1番目の発現構築物で形質転換された植物の中に導入されるか、或は別法として、1つが1番目のそして1つが2番目の構築物を有する形質転換植物を交雑させることで前記構築物を同じ植物の中に共に持ち込むことも可能である。
In Agrobacterium-mediated transformation of plant cells, explants are incubated with Agrobacterium for a time sufficient to result in infection, after killing the bacteria, the plant cells are cultured in an appropriate selection medium. To do. After callus formation, bud formation can be promoted by using an appropriate plant hormone according to a known method, and then the shoot is transferred to a rooting medium to regenerate the plant. Next, the plant is grown and fruited, then the seeds are used to establish generational repetition and the recombinant protein produced by the plant is isolated.
There are many ways to obtain plant cells containing two or more expression constructs. As one strategy, plant cells contain the first and second constructs in a single transformation vector, or one of them uses a separate vector that expresses the desired gene. , Co-transformed with both expression constructs. The second construct is introduced into a plant that has already been transformed with the first expression construct, or, alternatively, a transgenic plant having one first and one second cross is crossed. It is possible to bring the construct together into the same plant.

好ましい実施例において、本発明の方法で用いる植物はイネ科として知られる分類学的科の員に由来する植物である。それはイネ科の員全部を含み、その中で食用品種は穀類として知られる。そのような穀類には非常に多様な種、例えば小麦(Triticum sps.)、イネ(Oryza sps.)、大麦(Hordeum sps.)、カラスムギ(Avena sps.)、ライ麦(Secale sps.)、トウモロコシ(maize)(Zea sps.)および粟(Pennisqttum sps.)などが含まれる。本発明の実施に好適な穀類はイネ、小麦、トウモロコシ、大麦、ライ麦およびライ小麦であり、イネが最も好ましい。
ヒト血中蛋白質を種子の中に発現する遺伝子組換え植物を生産する目的で、単子葉植物の細胞またはそれから得た組織はヒト血中蛋白質のコード配列を含んで成る発現ベクターで形質転換される。その遺伝子組換え植物細胞を適切な選択剤を含む培地の中で培養することで、異種核酸配列を発現する植物細胞を識別して選択する。異種核酸配列を発現する植物細胞を選択した後、選択した遺伝子組換え植物細胞から全植物体を再生させる。形質転換植物細胞から全植物体を再生させる技術は本技術分野で一般に公知である。遺伝子組換え植物株、例えばイネ、小麦、トウモロコシまたは大麦などを育成させそして通常の植物繁殖技術を用いて遺伝的交雑を行ってもよい。
In a preferred embodiment, the plant used in the method of the invention is a plant derived from a member of the taxonomic family known as Gramineae. It includes all members of the grass family, among which edible varieties are known as cereals. Such cereals include very diverse species such as wheat (Triticum sps.), Rice (Oryza sps.), Barley (Hordeum sps.), Oats (Avena sps.), Rye (Secale sps.), Corn ( maize) (Zea sps.) and cocoon (Pennisqtum sps.). Cereals suitable for the practice of the present invention are rice, wheat, corn, barley, rye and rye, with rice being most preferred.
For the purpose of producing transgenic plants that express human blood proteins in seeds, monocotyledonous cells or tissues derived therefrom are transformed with an expression vector comprising the human blood protein coding sequence. . By culturing the genetically modified plant cell in a medium containing an appropriate selection agent, a plant cell expressing a heterologous nucleic acid sequence is identified and selected. After selecting a plant cell that expresses the heterologous nucleic acid sequence, the whole plant is regenerated from the selected genetically modified plant cell. Techniques for regenerating whole plants from transformed plant cells are generally known in the art. Genetically modified plant strains such as rice, wheat, corn or barley may be grown and genetically crossed using conventional plant propagation techniques.

形質転換植物細胞を選別し、選択剤濃度が閾値の選択培地の中で培養可能かどうかを調べる。通常、選択培地の上または中で増殖した植物細胞は新しく供給した同じ培地に移され再び培養される。次に、その外植片を再生条件下で培養することで再生した植物芽を生じさせる。芽形成後、その芽を選択的発根用培地に移すことで完全な植物体を生じさせる。次に、その植物体を生育させて結実させ、切り取ることなどで、形質転換植物を繁殖させることも可能である。そのような方法は植物細胞の効率良い形質転換そして組換え型ヒト血中蛋白質を産生し得る遺伝子組換え植物の再生を可能にする。
組換え型ヒト血中蛋白質の発現は標準的分析技術、例えばウエスタンブロット、ELISA、PCR、HPLC、NMRまたは質量分析などを用いることに加えて、発現させるべき個々の蛋白質に特異的な生物学的活性を検定することで立証可能である。
本発明はまた、植物細胞の中に組換えて産生した精製血中蛋白質、好ましくは宿主植物細胞が実質的に汚染されておらず、かつ好適には少なくとも1種の植物グリコシル基を含有する血中蛋白質も提供する。植物グリコシル基は、血中蛋白質が植物の中に産生されたことを示すと同時に、適用される治療事情のいずれにおいても血中蛋白質の生物学的活性を著しく損ねることはない(組換のないヒト血中蛋白質と比較した時の活性損失度合は好適には25%未満であり、より好ましくは10%未満である)。本発明のいくつかの実施例によれば、通常、ヒト血中蛋白質は遺伝子組換え植物から収穫した種子中の可溶蛋白質全体の少なくとも約0.5%、少なくとも約1.0%または少なくとも約2.0%を構成する。しかしながら、好ましい実施例における蛋白質発現は以前に報告された発現よりもずっと高い、即ち少なくとも約3.0%であり、よって、商業的生産の実現性が極めて高い。蛋白質の発現は可溶蛋白質全体の少なくとも約5.0%、少なくとも約10%、少なくとも約15%、少なくとも約20%、少なくとも約30%または少なくとも約40%でさえあるのが好ましい。
Transformed plant cells are selected to determine whether they can be cultured in a selective medium having a selective agent concentration as a threshold. Usually, plant cells grown on or in the selective medium are transferred to the same freshly supplied medium and cultured again. The explants are then cultured under regeneration conditions to produce regenerated plant buds. After bud formation, the shoots are transferred to selective rooting media to produce complete plants. Next, the transformed plant can also be propagated by growing, growing, and cutting the plant. Such a method allows efficient transformation of plant cells and regeneration of transgenic plants capable of producing recombinant human blood proteins.
In addition to using standard analytical techniques such as Western blot, ELISA, PCR, HPLC, NMR or mass spectrometry, the expression of recombinant human blood proteins is biologically specific to the individual protein to be expressed. It can be verified by assaying the activity.
The present invention also provides purified blood protein recombinantly produced in plant cells, preferably blood that is substantially free of host plant cells and preferably contains at least one plant glycosyl group. Medium protein is also provided. The plant glycosyl group indicates that blood protein has been produced in the plant and does not significantly impair the biological activity of the blood protein in any applied therapeutic context (no recombination). The degree of activity loss when compared with human blood protein is preferably less than 25%, more preferably less than 10%). According to some embodiments of the present invention, typically human blood protein is at least about 0.5%, at least about 1.0% or at least about total of soluble protein in seeds harvested from genetically modified plants. Make up 2.0%. However, the protein expression in the preferred embodiment is much higher than previously reported, i.e. at least about 3.0%, thus the commercial production is very feasible. Protein expression is preferably at least about 5.0%, at least about 10%, at least about 15%, at least about 20%, at least about 30% or even at least about 40% of the total soluble protein.

本発明は、その収穫した種子から製造した植物種子製品も包含する。好ましくは、ヒト血中蛋白質は本種子製品中の可溶蛋白質全体の少なくとも約3.0%、より好適には少なくとも約5.0%、最も好ましくは少なくとも約10.0%を構成する。本図に示すように、AATに代表される米粒中のヒト血中蛋白質、3種類のフィブリノゲンポリペプチドおよびHSAの発現は可溶蛋白質全体の少なくとも約10%を占める。
本発明は、また、単子葉植物の種子の中に組換えて産生したヒト血中蛋白質を含んで成る組成物、及びその組成物を製造する方法も提供する。本発明の実施において、ヒト血中蛋白質はその核酸コード配列を発現する遺伝子組換え植物の種子または粒の中に産生される。発現後、血中蛋白質を実質的に未精製形態(即ち、当該組成物の少なくとも20%が植物材料を含んで成る)で患者に提供するか、或はその血中蛋白質を成熟した種子の製品(例えば、粉、抽出物、モルトまたは全種子など)から単離または精製しそして調合することで患者に提供することも可能である。
そのような組成物には、意図される送達の種類に適した配合物が含まれる。送達の種類には、非経口、腸内、吸入、鼻内または局所送達などが含まれる。非経口送達には、静脈内、筋肉内または座薬などが含まれ、腸内送達には、ピル、カプセル、または他の非栄養的な薬学的に許容可能な賦形剤で作られた製剤、または例えば蛋白質が作られる穀類の抽出液内のような遺伝子組換え植物に由来する栄養素、あるいは遺伝子組換え植物以外の源に由来する栄養素を含む組成物を経口投与することなどが含まれる。そのような栄養素には、塩、糖、ビタミン、鉱物、アミノ酸、ペプチド、そして当該ヒト血中蛋白質以外の蛋白質などが含まれる。鼻内および吸入送達システムには、鼻孔または口の中に入れるスプレーまたはエーロゾルが含まれる。局所送達には、クリーム、局所的スプレーまたは軟膏などが含まれる。好ましくは、そのような組成物は実質的に遺伝子組換え植物の汚染物を含まず、植物材料含有量を好適には20%未満、より好適には10%未満、最も好適には5%未満にする。好適な投与経路は腸内であり、組成物は非栄養的であるのが好ましい。
血中蛋白質は、前記種子製品から粉砕、濾過、加熱、加圧、塩抽出、蒸発またはクロマトグラフィーなどの方法で精製可能である。
The invention also encompasses plant seed products made from the harvested seeds. Preferably, human blood protein comprises at least about 3.0%, more preferably at least about 5.0%, and most preferably at least about 10.0% of the total soluble protein in the seed product. As shown in this figure, the expression of human blood proteins, three types of fibrinogen polypeptides and HSA in rice grains represented by AAT account for at least about 10% of the total soluble proteins.
The present invention also provides a composition comprising a recombinantly produced human blood protein in the seed of a monocotyledonous plant, and a method for producing the composition. In the practice of the present invention, human blood proteins are produced in the seeds or grains of transgenic plants that express the nucleic acid coding sequence. After expression, the blood protein is provided to the patient in a substantially unpurified form (ie, at least 20% of the composition comprises plant material) or the blood protein is a mature seed product. It can also be provided to the patient by isolating or purifying from (eg, flour, extract, malt or whole seed) and formulating.
Such compositions include formulations suitable for the intended type of delivery. Types of delivery include parenteral, enteral, inhalation, intranasal or topical delivery. Parenteral delivery includes intravenous, intramuscular or suppositories, etc., and enteral delivery includes formulations made with pills, capsules, or other non-nutritive pharmaceutically acceptable excipients, Or, for example, orally administering a composition containing a nutrient derived from a genetically modified plant, such as in a cereal extract from which a protein is produced, or a nutrient derived from a source other than the genetically modified plant. Such nutrients include salts, sugars, vitamins, minerals, amino acids, peptides, and proteins other than human blood proteins. Intranasal and inhalation delivery systems include sprays or aerosols that enter the nostrils or mouth. Topical delivery includes creams, topical sprays or ointments. Preferably, such compositions are substantially free of genetically modified plant contaminants and preferably have a plant material content of less than 20%, more preferably less than 10%, most preferably less than 5%. To. The preferred route of administration is in the intestine and the composition is preferably non-nutritive.
The protein in blood can be purified from the seed product by a method such as grinding, filtration, heating, pressurization, salt extraction, evaporation or chromatography.

本発明に従って産生させるヒト血中蛋白質はまた、対立遺伝子変異体或は合成変異体であるかに拘わらずあらゆる変異体を含む。「変異」ヒト血中蛋白質をエンコードする核酸配列は、天然の血中蛋白質配列からの1個以上のアミノ酸により変化される変異ヒト血中蛋白質アミノ酸配列をエンコード可能であり、少なくとも1個のアミノ酸が置換、欠失または挿入されるのが好ましい。変異体をもたらす核酸の置換、挿入または欠失は、エンコードされるアミノ酸配列が天然のヒト血中蛋白質の生物学的活性と実質的に同じ活性を維持している限り、配列内のいずれかの残基において発生する可能性がある。別の実施例では、変異ヒト血中蛋白質核酸配列は天然の配列と同じポリペプチドをエンコードし得るが、遺伝子コードが縮重していることが理由で、変異体は天然のポリヌクレオチド配列からの1個以上の塩基により変化される核酸配列を有する。
変異核酸配列は、「保存」置換を含む変異アミノ酸配列をエンコード可能であり、前記保存置換においては、置換されたアミノ酸は置換する前のアミノ酸と同様な構造的または化学的特性、及び自然界に見られる相同蛋白質における物理化学的アミノ酸側鎖特性および高置換度を有する(標準的DayhoffフレクエンシーエクスチェンジマトリックスまたはBLOSUMマトリックスなどで測定したもの)。加えて、或は別法として、変異核酸配列は、「非保存」置換を含む変異アミノ酸配列をエンコード可能であり、前記非保存置換においては、置換されたアミノ酸は置換する前のアミノ酸と異なる構造的または化学的特性を有する。当業者に一般的に知られているように、標準的置換の種類には自然界に見られる相同蛋白質が示す共通の側鎖特性および最大置換度を基にした6種類のアミノ酸が含まれ、変異ヒト血中蛋白質をエンコードする核酸配列を発展させるのに用いられる。
Human blood proteins produced according to the present invention also include all variants, whether allelic or synthetic variants. The nucleic acid sequence encoding a “mutant” human blood protein can encode a mutated human blood protein amino acid sequence that is altered by one or more amino acids from a native blood protein sequence, wherein at least one amino acid is It is preferably substituted, deleted or inserted. Nucleic acid substitutions, insertions or deletions resulting in a variant are any sequence within the sequence, as long as the encoded amino acid sequence maintains substantially the same biological activity as the native human blood protein. It can occur at residues. In another example, the mutant human blood protein nucleic acid sequence may encode the same polypeptide as the native sequence, but due to the degeneracy of the genetic code, the variant is derived from the native polynucleotide sequence. It has a nucleic acid sequence that is altered by one or more bases.
A variant nucleic acid sequence can encode a variant amino acid sequence that includes “conservative” substitutions, where the substituted amino acid has the same structural or chemical properties as the amino acid prior to substitution, and is found in nature. Physicochemical amino acid side chain properties and high degree of substitution in the resulting homologous protein (measured with a standard Dayhoff frequency exchange matrix or BLOSUM matrix, etc.). In addition, or alternatively, the mutated nucleic acid sequence can encode a mutated amino acid sequence that includes “non-conservative” substitutions, in which the substituted amino acid has a different structure than the amino acid before substitution. Has chemical or chemical properties. As is generally known to those skilled in the art, standard substitution types include six amino acids based on the common side chain properties and maximum degree of substitution exhibited by homologous proteins found in nature, and mutations It is used to develop nucleic acid sequences that encode human blood proteins.

当業者に理解されるように、ある場合には、天然には存在しないコドンを持たせたヒト血中蛋白質をエンコードするヌクレオチド配列を用いるのも有利と考えられる。個々の真核細胞宿主に好適なコドンは、例えばヒト血中蛋白質発現速度を速めるため、または天然に存在する配列がもたらす転写物よりも半減期が長いといったような望ましい特性を有する組換え型RNA転写産物を生産するために選択される。例として、イネの中で発現させた遺伝子のコドンでは3番目のコドン位置の中のグアニン(G)またはシトシン(C)が豊富であることが示されている(ホワン(Huang)他、1990年)。低いG+C含有量から高いG+C含有量に変えると大麦粒の中の外来蛋白質遺伝子の発現レベルが高くなることが分かっている(ホーバス(Horvath)他、2000年)。本発明で用いる血中蛋白質をエンコードする遺伝子は、イネ遺伝子コドンバイアス(ホワン(Huang)他、1990年)を遺伝子クローニング用の適切な制限部位と共に用いることを基にしたオペロン技術[カリフォルニア州アラメダ(Alameda、CA)]を用いて合成された。これらの「コドン最適化」遺伝子を種子指向単子葉植物発現用の調節/分泌配列と連結させた後、これらのキメラ遺伝子を適切な植物形質転換用ベクターの中に挿入した。   As will be appreciated by those skilled in the art, in some cases it may be advantageous to use nucleotide sequences encoding human blood proteins with non-naturally occurring codons. Suitable codons for individual eukaryotic hosts are recombinant RNAs with desirable properties such as, for example, to increase the rate of protein expression in human blood or to have a longer half-life than transcripts produced by naturally occurring sequences. Selected to produce a transcript. As an example, codons for genes expressed in rice have been shown to be rich in guanine (G) or cytosine (C) in the third codon position (Huang et al., 1990 ). Changing from a low G + C content to a high G + C content has been shown to increase the expression level of foreign protein genes in barley grains (Horvath et al., 2000). The gene encoding blood protein used in the present invention is an operon technology based on the use of rice gene codon bias (Huang et al., 1990) with appropriate restriction sites for gene cloning [Alameda, Calif. ( Alameda, CA)]. After ligating these “codon optimized” genes with regulatory / secretory sequences for seed-directed monocotyledonous expression, these chimeric genes were inserted into the appropriate plant transformation vector.

ヒト血中蛋白質をエンコードするヌクレオチド配列は、これらに限定するものでないが、細胞によるヒト血中蛋白質のクローニング、プロセシングおよび/または発現を修正する変化を含む様々な理由で、ヒト血中蛋白質コード配列を変えるために操作される。
異種核酸構築物は所定のヒト血中蛋白質のコード配列を含むことが可能であるが、それは(i)孤立した状態、(ii)ヒト血中蛋白質コード配列が主要なコード配列である融合蛋白質またはシグナルペプチドのような追加的コード配列と組み合わされた状態、(iii)コード配列を適切な宿主の中で発現させるに有効である、イントロン、或いはプロモーターやターミネータ要素もしくは5’および/または3’非翻訳領域を始めとする制御要素等の非コード配列と組み合わされた状態、および/または(iv)ベクター或いはヒト血中蛋白質コード配列が異種遺伝子である宿主環境の中に存在する状態で含むことが可能である。
発現構築物は、意図した用途に応じて、ヒト血中蛋白質全体をエンコードする核酸配列か或はその一部を含有可能である。例えば、プローブとして用いられる構築物にヒト血中蛋白質配列を用いる場合は、高度に保存されているヒト血中蛋白質領域をエンコードすることが確認されている配列のようなヒト血中蛋白質エンコード配列の特別な部分のみを含む構築物を調製する方が有利と思われる。
Nucleotide sequences encoding human blood proteins include, but are not limited to, human blood protein coding sequences for a variety of reasons, including changes that modify the cloning, processing and / or expression of human blood proteins by cells. Manipulated to change.
The heterologous nucleic acid construct can comprise a coding sequence for a given human blood protein, which is (i) isolated, (ii) a fusion protein or signal in which the human blood protein coding sequence is the major coding sequence. Combined with an additional coding sequence such as a peptide, (iii) an intron, or a promoter or terminator element or 5 ′ and / or 3 ′ untranslated, effective to express the coding sequence in a suitable host Can be included in combination with non-coding sequences such as regulatory elements such as regions, and / or (iv) in the presence of a vector or human blood protein coding sequence in a host environment that is a heterologous gene It is.
The expression construct can contain a nucleic acid sequence that encodes the entire human blood protein, or a portion thereof, depending on the intended use. For example, when a human blood protein sequence is used in a construct used as a probe, a special human blood protein encoding sequence such as a sequence that has been confirmed to encode a highly conserved human blood protein region. It would be advantageous to prepare a construct that contains only a small portion.

本発明は、1つの実施例において、成熟した単子葉植物種子から得た粉、抽出物またはモルト及び種子が産生した1種以上のヒト血中蛋白質を未精製形態で含有する種子組成物を提供する。そのような粉から血中蛋白質を単離することに伴い、種子を粉砕して粉にし、その粉を緩衝水溶液で抽出しそして場合に応じて抽出物を部分的に濃縮および/または不要な成分を除去することで抽出組成物を形成することが可能である。好ましい方法では、イネの種子のような成熟した単子葉植物種子を粉砕して粉にした後、その粉を食塩水または燐酸塩緩衝食塩水(「PBS」)、重炭酸アンモニウム緩衝液、酢酸アンモニウム緩衝液またはトリス緩衝液のような緩衝液に入れて懸濁させる。重炭酸アンモニウムまたは酢酸アンモニウムのような揮発性緩衝剤又は塩は、塩を除去する段階は必要でなく、よって抽出処理方法が簡単になる。
前記粉懸濁液を振とうしながら20〜55℃の範囲の温度で典型的には30分から4時間インキュベートする。その結果として得たホモジェネートを濾過または遠心分離のいずれかで浄化する。浄化した濾液または上澄み液に脂質、糖および塩のような汚染物を除去するため、限外濾過もしくは透析または両方などのさらなる処理を加えてもよい。最後に、材料を例えば凍結乾燥などで乾燥させ、乾燥したケーキまたは粉末を生じさせてもよい。そのような抽出物は血中蛋白質の収率が高いことに加えて、蛋白質精製に伴う損失が本質的に限られていると言った利点を有する。
一般的には、蛋白質が成熟した種子産物の中に産生された時点で、本技術分野で公知の濾過、アフィニティーカラム、ゲル電気泳動および他の標準的手順のような標準的方法を用いて前記蛋白質を更に精製してもよい。次に、精製した蛋白質をヒト患者に送達するのに望ましい様式で調合してもよい。治療用製剤では2種以上の蛋白質を結合することが可能である。蛋白質を食料以外の目的で投与することが要求される生物医学用途では、その蛋白質を精製して用いてもよい。
以下の実施例は本発明を説明するものであり、決して本発明を制限することを意図するものでない。
The present invention provides, in one embodiment, a seed composition comprising, in an unpurified form, flour, extract or malt obtained from mature monocot seed and one or more human blood proteins produced by the seed. To do. In connection with the isolation of blood proteins from such flour, the seeds are ground to flour, the flour is extracted with a buffered aqueous solution and optionally the extract is partially concentrated and / or unwanted components It is possible to form an extraction composition by removing. In a preferred method, mature monocotyledonous seeds, such as rice seeds, are ground to flour and the flour is then saline or phosphate buffered saline (“PBS”), ammonium bicarbonate buffer, ammonium acetate. Suspend in a buffer such as buffer or Tris buffer. Volatile buffers or salts such as ammonium bicarbonate or ammonium acetate do not require a salt removal step, thus simplifying the extraction process.
The powder suspension is incubated with shaking, typically at a temperature in the range of 20-55 ° C. for 30 minutes to 4 hours. The resulting homogenate is clarified by either filtration or centrifugation. Further processing such as ultrafiltration or dialysis or both may be added to the clarified filtrate or supernatant to remove contaminants such as lipids, sugars and salts. Finally, the material may be dried, such as by lyophilization, to produce a dried cake or powder. Such extracts have the advantage that, in addition to the high yield of protein in the blood, the losses associated with protein purification are essentially limited.
In general, once a protein is produced in a mature seed product, the protein may be purified using standard methods such as filtration, affinity columns, gel electrophoresis and other standard procedures known in the art. The protein may be further purified. The purified protein may then be formulated in a manner desired for delivery to a human patient. A therapeutic formulation can bind two or more proteins. In biomedical applications that require administration of a protein for purposes other than food, the protein may be purified and used.
The following examples illustrate the invention and are not intended to limit the invention in any way.

AATとフィブリノゲンポリペプチドをエンコードする遺伝子組換えイネの生産
粒子ボンバードメント媒介イネ形質転換および植物再生の基本的手順を、ホワン(Huang)他、(2001年)が記述した如く実施した。イネ変異体TP309種子の皮を剥き、50%(体積/体積)の市販漂白剤に25分間入れることで殺菌した後、無菌水で洗浄した。殺菌した種子をN6塩(Sigma)、B5ビタミン(Sigma)、2,4−Dを2mg/lおよびスクロースを3%入れたイネカルス誘発培地(RCI)プレートの上に置いた。前記イネ種子を10日間インキュベートすることでカルス形成を誘発した。前記種子から一次カルスを切り取って、RCIの上に3週間置いた。これを更に2回行うことでボンバードメントで用いる二次および三次カルスを形成し二次培養を継続した。ボンバードメントを行う前に、直径が1〜4mmのカルスを、マンニトールを0.3Mとソルビトールを0.3M入れたRCIの上に4cmの円の状態で5〜24時間置いた。Biolistic PDC−1000/He装置(Bio−Rad)を用いてミクロプロジェクタイルボンバードメントを実施した。この手順では1.5mgの金粒子(60ug/ml)を2.5ugのDNAで被覆する必要がある。1100ポンド毎平方インチ(約7.58423x10パスカル)のHe圧力を用いて、DNAで被覆しておいた金粒子をイネカルスに衝突させた。ボンバードメント後のカルスを48時間かけて回復させた後、選択の目的でヒグロマイシンBを30mg/l入れておいたRCIに移して、26℃の暗所で45日間インキュベートした。形質転換カルスを選択して、ABAを5mg/l、BAPを2mg/l、NAAを1mg/lおよびヒグロマイシンBを30mg/l入れたRCI(2,4−Dを除く)に移して9〜12日間置いた。形質転換カルスを、ヒグロマイシンBを含まずBAPを3mg/lおよびNAAを0.5mg/l入れたRCI(2,4−Dを除く)からなる再生用培地に移して、連続照明条件下で2〜4週間培養した。再生した植物体(高さが1〜3cm)を、濃度がMS培地(Sigma)の濃度の半分であり、スクロースを1%およびNAAを0.05mg/l加えた発根用培地に移した。植物体は発根用培地上で2週間後に根を出し、芽が約10cmになるまで生育させた。植物を商業的土壌(Sunshine #1)が50%、田圃の土壌が50%に混合した6.5x6.5cmのポットに移した。植物をプラスチック製容器で覆ってほぼ100%の湿度を保持しそして連続光の下で1週間生育させた。その透明なプラスチック製カバーを1日かけてゆっくり移動させることで、湿度と水を徐々に少なくしそして必要に応じて肥料を加えた。遺伝子組換えR0植物の高さが約20cmになった時点で、それらを温室に移して、その中で成熟するまで生育させた。
個々のR0再生植物から得た個々のR1種子粒を胚と胚乳に切り裂いた。その単離したイネ胚乳の中の組換え型血中蛋白質(AATおよびフィブリノゲンポリペプチド)の発現レベルを検査した。組換え型蛋白質発現の度合が高い個々のR1粒から得た胚を、50%の漂白液に入れて25分間殺菌した後、無菌蒸留水で洗浄した。殺菌した胚をスクロースを1%とNAAを0.05mg/l添加した1/2のMS基礎塩を含む組織培養管の中に入れた。約2週間で、胚が発芽し7cmまでの芽と健康な根系を有する植物体を得た。成熟したR1植物が再生体として得られた。
Production of transgenic rice encoding AAT and fibrinogen polypeptides The basic procedure for particle bombardment-mediated rice transformation and plant regeneration was performed as described by Huang et al. (2001). The rice mutant TP309 seeds were peeled and sterilized by placing them in a 50% (volume / volume) commercial bleach for 25 minutes, followed by washing with sterile water. The sterilized seeds were placed on a rice callus induction medium (RCI) plate containing N6 salt (Sigma), B5 vitamin (Sigma), 2,4-D 2 mg / l and sucrose 3%. Callus formation was induced by incubating the rice seeds for 10 days. Primary callus was cut from the seeds and placed on RCI for 3 weeks. By performing this twice more, secondary and tertiary calluses used in bombardment were formed, and the secondary culture was continued. Prior to bombardment, a callus having a diameter of 1 to 4 mm was placed on an RCI containing 0.3 M mannitol and 0.3 M sorbitol in a 4 cm circle for 5 to 24 hours. Microprojectile bombardment was performed using a Biolistic PDC-1000 / He instrument (Bio-Rad). This procedure requires coating 1.5 mg of gold particles (60 ug / ml) with 2.5 ug of DNA. Gold particles that had been coated with DNA were bombarded on rice callus using a He pressure of 1100 pounds per square inch (about 7.58423 × 10 6 Pascals). After the bombardment callus was recovered over 48 hours, it was transferred to RCI containing 30 mg / l of hygromycin B for selection and incubated in the dark at 26 ° C. for 45 days. Transformed callus was selected and transferred to RCI (except 2,4-D) containing 5 mg / l ABA, 2 mg / l BAP, 1 mg / l NAA and 30 mg / l hygromycin B Set a day. The transformed callus was transferred to a regeneration medium consisting of RCI (excluding 2,4-D) without hygromycin B and containing 3 mg / l BAP and 0.5 mg / l NAA. Cultured for ~ 4 weeks. The regenerated plant body (height 1 to 3 cm) was transferred to a rooting medium having a concentration half that of the MS medium (Sigma) and 1% sucrose and 0.05 mg / l NAA. The plants were rooted after 2 weeks on the rooting medium and grown until the buds were about 10 cm. The plants were transferred to a 6.5 x 6.5 cm pot mixed with 50% commercial soil (Sunshine # 1) and 50% rice soil. Plants were covered with plastic containers to maintain approximately 100% humidity and grown for 1 week under continuous light. The clear plastic cover was slowly moved over the course of the day to gradually reduce humidity and water and add fertilizer as needed. When the transgenic R0 plants were about 20 cm in height, they were transferred to the greenhouse and grown therein until they matured.
Individual R1 seed grains obtained from individual R0 regenerated plants were cut into embryos and endosperm. The expression level of recombinant blood proteins (AAT and fibrinogen polypeptide) in the isolated rice endosperm was examined. Embryos obtained from individual R1 grains having a high level of recombinant protein expression were placed in a 50% bleach solution and sterilized for 25 minutes, and then washed with sterile distilled water. The sterilized embryos were placed in a tissue culture tube containing 1/2 MS basal salt supplemented with 1% sucrose and 0.05 mg / l NAA. In about 2 weeks, the embryos germinated and a plant body having a shoot of up to 7 cm and a healthy root system was obtained. Mature R1 plants were obtained as regenerated bodies.

組換え型血中蛋白質を含有する米抽出物の製造、さらに非経口および腸内用製剤での前記抽出物の使用
一般的な米抽出物製造手順
異種ポリペプチドを含有する遺伝子組換え米を乾式製粉または湿式製粉方法のいずれかで米抽出物に変化させることができる。乾式製粉方法では、異種ポリペプチドを含有する遺伝子組換え水稲種子の皮を皮剥き機で剥いた。その米を例えば1つの実験ではK−TECのモデル91 Kitchen Millを速度3で用いるなどして乾式製粉工程で粉砕して微細な粉にした。この米粉に燐酸緩衝食塩水(「PBS」)が加えられ、PBSは、0.135NのNaCl、2.7mMのKCl、10mMのNaHPO、1.7mMのKHPOをpH7.4で含み、さらに場合によっては0.35NのNaClのような追加のNaClも含む。いくつかの実験では、粉1g当たり約10mlの抽出用緩衝液を用いた。他の実験では、初期の粉/緩衝液の比率を1g/40mlから1g/10mlの範囲で変化させた。混合物を穏やかに振とうしながら室温で1時間インキュベートした。別の実験では、インキュベートの温度を例えば約22℃から約60℃のように低く或は高くし、インキュベーション時間を例えば約10分から約24時間のように長く或は短くした。Thermolyne VariMixプラットフォームミキサーを高速に設定して用いることで粒子を懸濁状態に保持した。
いくつかの実験では、PBSの代わりに他の緩衝剤、例えば重炭酸アンモニウムなどを用いた。1つの実施例では、1kgの米粉に0.5Mの重炭酸アンモニウムを10リットル加えた。
その結果として得られるホモジェネートを濾過または遠心分離のいずれかで浄化した。濾過の方法として、混合物を室温で約30分間沈降させた後、ホモジェネートを集めて濾過した。ポール ゲマンサイエンシーズ(Pall Gemansciences)から購入した異なる3種類の形態のフィルターが用いられ、それらは3μmのひだ付きカプセル、1.2μmの血清用カプセルおよびSuporcapカプセル50(0.2μm)であった。遠心分離はBeckman J2−HC遠心分離機を用いて、前記混合物に30,000gの遠心分離を4℃で約1時間行った。その上澄み液を保持しそして沈澱物を廃棄した。
1つの実施例では、その濾液および上澄み液にさらなる処理、例えば限外濾過法や透析または両方などによる処理を受けさせることで、脂質、糖および塩などの成分を除去した。
次に、上記の濾過手順で得た濾液(これは浄化抽出液とも呼ばれる)をバッチ式循環様式で操作された螺旋巻きタンジェンシャルフローフィルターを用いて濃縮した。1つの実施例では、PES(ポリエーテルスルホン)3000〜4000分子量カットオフ膜をこの段階で用いた。濃縮された最終的な抽出液を冷室の中に一晩保持した。
次に、前記濃縮抽出液を凍結乾燥で乾燥させて粉末にした。凍結乾燥材料を凍結乾燥機のトレーからすくい取って、共にプラスチック製バッグの中に入れた。バッグに真空をかけることで乾燥材料を圧縮した後、この材料をプラスチックを通して手でこねることで混合し、かつ粒径を小さくした。
また、湿式製粉手順を用いて米抽出液を製造することも可能である。組換え型ヒト血中蛋白質を含有する遺伝子組換え水稲種子は30℃で0から288時間再水和させてもよい。再水和した種子を抽出用PBS緩衝液の中で粉砕する。初期の種子/緩衝液の比率を例えば1g/40mlから1g/10mlの範囲で変化させてもよい。
そのような湿式製粉方法を用いるとヒト血中蛋白質を20%を超える度合で回収することができる。湿式製粉の結果として、血中蛋白質標的の安定性に応じて、初期の抽出液を冷えた状態(4℃)に保持することができるか或は使用時まで凍結状態で貯蔵することが可能になる。初期抽出液を処理して乾燥した抽出物を得る様式はこの章の乾式製粉に関する記述のものと同様である。
Manufacture of rice extract containing recombinant blood protein, and further use of said extract in parenteral and enteral preparations General rice extract manufacturing procedure Dry rice of genetically modified rice containing heterologous polypeptide It can be converted to rice extract by either milling or wet milling methods. In the dry milling method, the skin of genetically modified rice seeds containing a heterologous polypeptide was peeled off with a peeling machine. For example, in one experiment, the rice was ground in a dry milling process, such as using K-TEC model 91 Kitchen Mill at a speed of 3, to obtain a fine powder. Phosphate buffered saline (“PBS”) is added to the rice flour, which is 0.135 N NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na 2 HPO 4 , 1.7 mM KH 2 PO 4 , pH 7.4. And optionally additional NaCl such as 0.35N NaCl. In some experiments, about 10 ml of extraction buffer was used per gram of flour. In other experiments, the initial flour / buffer ratio was varied from 1 g / 40 ml to 1 g / 10 ml. The mixture was incubated for 1 hour at room temperature with gentle shaking. In another experiment, the incubation temperature was lowered or raised, such as from about 22 ° C. to about 60 ° C., and the incubation time was lengthened or shortened, eg, from about 10 minutes to about 24 hours. The particles were kept in suspension by using a Thermolyne VariMix platform mixer set at high speed.
In some experiments, other buffers were used instead of PBS, such as ammonium bicarbonate. In one example, 10 liters of 0.5M ammonium bicarbonate was added to 1 kg of rice flour.
The resulting homogenate was clarified by either filtration or centrifugation. As a method of filtration, the mixture was allowed to settle for about 30 minutes at room temperature, and then the homogenate was collected and filtered. Three different forms of filters purchased from Pall Gemansciences were used: 3 μm pleated capsules, 1.2 μm serum capsules and Supercap capsule 50 (0.2 μm). Centrifugation was carried out using a Beckman J2-HC centrifuge, and the mixture was centrifuged at 30,000 g at 4 ° C. for about 1 hour. The supernatant was retained and the precipitate was discarded.
In one example, the filtrate and supernatant were further processed, such as by ultrafiltration and / or dialysis, to remove components such as lipids, sugars and salts.
Next, the filtrate obtained by the above filtration procedure (also called purified extract) was concentrated using a spiral wound tangential flow filter operated in a batch circulation mode. In one example, a PES (polyethersulfone) 3000-4000 molecular weight cut-off membrane was used at this stage. The concentrated final extract was kept in a cold room overnight.
Next, the concentrated extract was lyophilized to a powder. The freeze-dried material was scooped from the freeze-dryer tray and placed together in a plastic bag. After compressing the dried material by applying a vacuum to the bag, the material was mixed by hand kneading through the plastic to reduce the particle size.
It is also possible to produce rice extract using a wet milling procedure. Genetically modified rice seeds containing recombinant human blood protein may be rehydrated at 30 ° C. for 0 to 288 hours. The rehydrated seed is ground in PBS buffer for extraction. The initial seed / buffer ratio may be varied, for example, in the range of 1 g / 40 ml to 1 g / 10 ml.
Using such a wet milling method, human blood protein can be recovered to a degree exceeding 20%. As a result of wet milling, depending on the stability of the protein target in the blood, the initial extract can be kept cold (4 ° C) or can be stored frozen until use Become. The manner in which the initial extract is processed to obtain a dried extract is similar to that described in this chapter for dry milling.

組換え型血中蛋白質および対照イネ抽出物の濃縮および透析濾過
濃縮および透析濾過で用いる条件は体積、速度、費用などに応じて変化する。これらの条件は本明細書の開示に関する本技術分野で標準的なものである。凍結した初期抽出物を冷室(約2〜8℃)の中で6時間かけて解凍させた。その解凍材料を0.45μmのフィルターに通すことで浄化した後、ポリエーテルスルホンの5000ノミナル(Nominal)分子量カットオフ膜を用いて濃縮した。
90mlの対照抽出物の濾液を濃縮して10mlにした後、濃縮濾液に脱イオン水をさらに10ml加えてもよい。希釈した濾液に水を用いた透析濾過をもう一度行ってもよい。沈澱物は16mSの時に生じ始めイオン強度を低くするにつれて増加する。イオン強度を高める目的で1.0Mの重炭酸アンモニウム溶液を保持液に添加した。曇りが完全には消失しなかったが減少した。その材料に水を用いた透析濾過を数回、1つの実施例では3回受けさせ、そして0.1Mの重炭酸アンモニウムを用いて数回、1つの実施例では3回受けさせた。材料を濃縮して9mlにした後、膜を0.1Mの重炭酸アンモニウムで濯いだ。濃縮液を数枚の0.2μmのボタンフィルターに通して濾過した。1つの実施例では、2.3mlの濾液に凍結乾燥をそのまま行い、また2.3mlの濾液を脱イオン水で希釈し12mlにした後に凍結乾燥を行い、また2.0mlの濾液を脱イオン水で希釈し25mlにした後に凍結乾燥を行った。これらの濾液は全部透明なままであった。
全体で89mlの組換え型蛋白質抽出液の濾液を濃縮して10mlにした後、0.1Mの重炭酸アンモニウムをさらに10ml加える。結果として得られる混合物を濃縮し10mlに戻し、さらに0.1Mの重炭酸アンモニウムを10ml加える。保持液が曇り始める。その材料に0.1Mの重炭酸アンモニウムによる透析濾過を数回、1つの実施例では3回受けさせた。材料を濃縮し9mlにした後、膜を0.1Mの重炭酸アンモニウムで濯いだ。濃縮液を数枚の0.45μmのボタンフィルターに通して濾過した。1つの実施例では、2.0mlの濾液に凍結乾燥をそのまま行い、また2.0mlの濾液を脱イオン水で希釈し12mlにした場合に曇りが生じ、その後凍結乾燥を行い、また2.0mlの濾液を0.1Mの重炭酸アンモニウムで希釈して12mlにした場合は透明なままであり、その後凍結乾燥を受けさせた。
Concentration and diafiltration of recombinant blood protein and control rice extract The conditions used for concentration and diafiltration vary depending on volume, speed, cost, etc. These conditions are standard in the art for the disclosure herein. The frozen initial extract was thawed in a cold room (about 2-8 ° C.) for 6 hours. The thawed material was purified by passing through a 0.45 μm filter, and then concentrated using a polyethersulfone 5000 nominal molecular weight cut-off membrane.
After concentrating the 90 ml control extract filtrate to 10 ml, an additional 10 ml of deionized water may be added to the concentrated filtrate. Dialysis filtration using water may be performed once again on the diluted filtrate. Precipitates begin to form at 16 mS and increase with decreasing ionic strength. A 1.0 M ammonium bicarbonate solution was added to the retentate to increase ionic strength. The haze did not disappear completely but decreased. The material was subjected to several diafiltrations with water several times in one example and three times with 0.1M ammonium bicarbonate, three times in one example. After the material was concentrated to 9 ml, the membrane was rinsed with 0.1 M ammonium bicarbonate. The concentrate was filtered through several 0.2 μm button filters. In one example, 2.3 ml of the filtrate is lyophilized as is, 2.3 ml of the filtrate is diluted with deionized water to 12 ml and lyophilized, and 2.0 ml of the filtrate is deionized water. The solution was diluted to 25 ml and freeze-dried. All of these filtrates remained clear.
A total of 89 ml of the recombinant protein extract filtrate is concentrated to 10 ml, followed by an additional 10 ml of 0.1M ammonium bicarbonate. The resulting mixture is concentrated back to 10 ml and an additional 10 ml of 0.1M ammonium bicarbonate is added. The retentate begins to cloud. The material was subjected to several diafiltrations with 0.1M ammonium bicarbonate, three times in one example. After concentrating the material to 9 ml, the membrane was rinsed with 0.1 M ammonium bicarbonate. The concentrate was filtered through several 0.45 μm button filters. In one example, 2.0 ml of the filtrate was lyophilized as it was, and when 2.0 ml of the filtrate was diluted with deionized water to 12 ml, clouding occurred, followed by lyophilization and 2.0 ml. When the filtrate was diluted with 0.1 M ammonium bicarbonate to 12 ml, it remained clear and then lyophilized.

組換え型蛋白質米にPBSおよび重炭酸アンモニウムによる抽出を行う試行の比較
濃縮および透析濾過で用いる条件は体積、速度、費用などに応じて変化する。これらの条件は全部本明細書の開示に関する技術分野で標準的なものである。磁気撹拌子を用いて組換え型蛋白質米粉と抽出用緩衝液を約100g/Lの率で約1時間混合する。1つの2Lビーカーに入れた抽出用緩衝液はPBS(pH7.4)であり、これにNaClを0.35M加えた。別の2Lのビーカーに入れた抽出用緩衝液は0.5Mの重炭酸アンモニウムである。15cmのブフナー漏斗を約6gのCel−pure C300で前もって覆った後、Cel−pure C300を更に20g加える。前記混合物を約3〜4Hgで濾過する。次に、濾過したものを約100mlづつの抽出用緩衝液で2回洗浄する。抽出濾液を集めて限外濾過カートリッジ、つまり5K Regenerate Cellulose、5K PESおよび1K Regenerated Celluloseで濃縮した。濃縮液を凍結乾燥し、組換え型血中蛋白質活性含有量に関する分析を行った。重炭酸アンモニウムとPBS(pH7.4)プラス0.35MのNaClの両方はほぼ等しい量のrAATを抽出する。使用した限外濾過法装置のいずれを用いた時にも、透過液中の組換え型蛋白質単位の損失はほとんど無い。
また、遺伝子組換え米粒の中で発現させた組換え型蛋白質を抽出する目的で他の抽出用緩衝液を用いることも可能であり、例えば用途に応じてトリス緩衝液、酢酸アンモニウムなどを用いることも可能である。
Comparison of trials for extraction of recombinant protein rice with PBS and ammonium bicarbonate Conditions used for concentration and diafiltration vary according to volume, speed, cost, etc. These conditions are all standard in the technical field related to the disclosure herein. Recombinant protein rice flour and extraction buffer are mixed at a rate of about 100 g / L for about 1 hour using a magnetic stir bar. The extraction buffer contained in one 2 L beaker was PBS (pH 7.4), and 0.35 M NaCl was added thereto. The extraction buffer in another 2L beaker is 0.5M ammonium bicarbonate. After pre-covering a 15 cm Buchner funnel with about 6 g of Cel-pure C300, add another 20 g of Cel-pure C300. The mixture is filtered at about 3-4 Hg. Next, the filtered material is washed twice with about 100 ml of extraction buffer. The extracted filtrate was collected and concentrated with an ultrafiltration cartridge, namely 5K Regenerate Cellulose, 5K PES and 1K Regenerated Cellulose. The concentrate was freeze-dried and analyzed for the protein activity content of recombinant blood. Both ammonium bicarbonate and PBS (pH 7.4) plus 0.35 M NaCl extract approximately equal amounts of rAAT. There is almost no loss of recombinant protein units in the permeate when using any of the ultrafiltration equipment used.
It is also possible to use other extraction buffers for the purpose of extracting recombinant proteins expressed in genetically modified rice grains. For example, Tris buffer, ammonium acetate or the like may be used depending on the application. Is also possible.

組換え型血中蛋白質を含有する米抽出液の生産
濃縮および透析濾過で用いる条件は体積、速度、費用などに応じて変化する。これらの条件は全部本明細書の開示に関する技術分野で標準的なものである。全ての装置を出発温度が約55℃の熱い0.1MのNaOHに浸漬する。米粉を0.5Mの重炭酸アンモニウムを入れておいた約250〜500ガロン(約946.4〜1892.7立法デシメートル)のステンレス鋼製タンクに95〜105g/Lの比率で加える。そして約9℃で約60〜80分間混合する。
12枚の36インチフィルタープレスC300を約3〜6kgのCel−pure C300で前もって覆った。前記抽出液にCel−pureを約19〜26g/L加えて徹底的に混合する。この混合物を約82リットル/分の流量で流して約22ポンド毎平方インチ(約151685パスカル)の圧力で圧縮する。その濾液を集めて250ガロン(約946.4立方デシメートル)のステンレス鋼製タンクに入れた後、0.5Mの重炭酸アンモニウムで洗浄する。その圧縮物をブロー乾燥させる。この過程を約10℃で実施する。
対照実験の後に0.1MのNaOHで洗浄して貯蔵しておいた300NMWカットオフ膜[ポリスルホン(Polysulfone)]を、脱イオン水で徹底的に濯ぐ。前記抽出液を濃縮した後、100ガロン(約378.5立方デシメートル)のステンレス鋼タンクの中に入れる。前記膜と濃縮用タンクを0.1M重炭酸アンモニウムでフラッシュ洗浄することで残存する抽出液の全部を回収した。その生成物をプラスチックで覆って、100ガロン(約378.5立方デシメートル)のタンクの中に室温で一晩放置した。その濃縮液を1μmの螺旋巻きフィルターに通して濾過した後、5ガロン(約18.9立方デシメートル)のポリ容器に入れる。
Production of rice extract containing recombinant blood protein The conditions used for concentration and diafiltration vary according to volume, speed, cost, etc. These conditions are all standard in the technical field related to the disclosure herein. All equipment is immersed in hot 0.1M NaOH with a starting temperature of about 55 ° C. Rice flour is added at a rate of 95-105 g / L to an approximately 250-500 gallon (approximately 946.4-1892.7 cubic decimeter) stainless steel tank containing 0.5M ammonium bicarbonate. And mix at about 9 ° C. for about 60-80 minutes.
Twelve 36 inch filter presses C300 were pre-covered with about 3-6 kg Cel-pure C300. Add approximately 19-26 g / L of Cel-pure to the extract and mix thoroughly. The mixture is compressed at a pressure of about 22 pounds per square inch (about 151,658 Pascals) at a flow rate of about 82 liters / minute. The filtrate is collected and placed in a 250 gallon (approximately 946.4 cubic decimeter) stainless steel tank and then washed with 0.5 M ammonium bicarbonate. The compressed product is blown dry. This process is carried out at about 10 ° C.
A 300 NMW cutoff membrane [Polysulfone] that has been washed and stored with 0.1 M NaOH after the control experiment is thoroughly rinsed with deionized water. After concentrating the extract, it is placed in a 100 gallon (about 378.5 cubic decimeter) stainless steel tank. The membrane and the concentration tank were flushed with 0.1M ammonium bicarbonate to recover all remaining extract. The product was covered with plastic and left at room temperature overnight in a 100 gallon (about 378.5 cubic decimeter) tank. The concentrate is filtered through a 1 μm spiral filter and then placed in a 5 gallon (about 18.9 cubic decimeter) plastic container.

組換え型蛋白質を含有する米抽出液を非経口用、吸入、鼻内および局所用製剤の中に混合
組換え型血中蛋白質(例えばAAT)を医学/薬学用途で用いる目的で、穀粒から高度に精製した粒にすることができる。ヒトAATを発現したイネ種子抽出液を精製するプロトコルが開発されたが(ホワン(Huang)他、2002年)、このプロトコルは、上述の実施例に従ってイネ種子抽出液を調製しそしてCon−A、DEAEおよびOctyl Sepharoseクロマトグラフィーのそれぞれを用いて抽出液調製物を更に精製することから成る。この手順を用いると、AATを均質性が90%を超える度合にまで精製することができる(ホワン(Huang)他、2002年)。精製AATを下記の適応の潜在的薬学/医学用途で用いることができる。AAT増強/置換治療(サンドハウス(Sandhaus)、1993年;ハバード(Hubbard)他、1989年、のう胞性線維症(マックエルバニー(McElvaney)他、1991年;アレン(Allen)、1996年)、乾癬、脂肪織炎および皮膚血管炎(オリョーダン(O’Riordan)他、1997年;ダウド(Dowd)他、1995年)および肺の炎症(ビングル(Bingle)およびテトレー(Tetley)、1996年)。そのような適応のいくつかでは、精製AAT蛋白質調剤を静脈内(iv)方法で0.09%の食塩溶液の状態で投与してもよい。別法として、前記食塩溶液に血清アルブミンを0.5%用いた緩衝または他のある種の薬学的に受け入れられる蛋白質担体分子を用いた緩衝を受けさせることも可能である。AAT投薬量は一般に約60mg/kgである。エーロゾル送達では、液滴の大きさが下気道に付着させるに適切な(空気動力学的直径が<3umの)エーロゾルを発生させる能力を基にして選択した圧縮空気推進噴霧器を用いたエーロゾル発生装置を用いることができる(ハバード(Hubbard)他、1989年)。再び、蛋白質を無菌水または薬学的に受け入れられる蛋白質担体を含む緩衝食塩溶液のいずれかに入れて懸濁させてもよい。別法として、前記精製蛋白質成分を含有する乾燥蛋白質粉末を分散剤として用いることも可能であり、乾燥蛋白質粉末は、AAT成分が少なくとも50重量%以上の米が基になった抽出物であってもよい。
別のケースでは、AAT及びフィブリノゲンのようなヒト血中蛋白質を発現及び抽出した組換え型米を局所的に用いることも可能である。フィブリンシーラント/包帯の使用は医学界で幅広く受け入れられて使用されてきた。フィブリンシーラントは有効な止血剤であり(マンカッド(Mankad)およびコディスポッティ(Codispoti)、2001年)、組織接着を達成し、流体蓄積を防止しおよび創傷治癒を促進する手段である(スポットニッツ(Spotnitz)、2001年)である。フィブリンシーラントは薬剤徐放手段としても使用可能であり、抗生物質、成長因子および他の薬剤を含む(スポットニッツ(Spotnitz)、1997年)。フィブリノゲンを発現した米はまたそれらの適応にとって効力のある、低コストで動物ウイルスを含まない源にも成り得る。
Mixing rice extract containing recombinant protein into parenteral, inhalation, intranasal and topical preparations. For the purpose of using recombinant blood protein (eg AAT) for medical / pharmaceutical applications, Highly refined grains can be obtained. A protocol was developed to purify rice seed extract expressing human AAT (Huang et al., 2002), which prepared a rice seed extract according to the above-described Examples and Con-A, Further purification of the extract preparation using each of DEAE and Octyl Sepharose chromatography. Using this procedure, AAT can be purified to a degree of homogeneity greater than 90% (Huang et al., 2002). Purified AAT can be used in potential pharmaceutical / medical applications for the following indications: AAT augmentation / replacement therapy (Sandhaus, 1993; Hubbard et al., 1989, Cystic fibrosis (McElvaney et al., 1991; Allen, 1996), psoriasis , Panniculitis and dermatovasculitis (O'Riordan et al., 1997; Dowd et al., 1995) and lung inflammation (Bingle and Tetley, 1996). In some such indications, the purified AAT protein preparation may be administered intravenously (iv) in the form of a 0.09% saline solution, alternatively, the serum solution may contain 0.5% serum albumin. Buffer used or buffered with some other pharmaceutically acceptable protein carrier molecule AAT dosage is typically about 60 mg / kg For aerosol delivery, an aerosol suitable for droplet size to adhere to the lower respiratory tract (aerodynamic diameter <3 um) is used. Aerosol generators using compressed air propelled atomizers selected based on their ability to generate can be used (Hubbard et al., 1989) Again, the protein can be supplied in sterile water or a pharmaceutically acceptable protein carrier. Alternatively, the dried protein powder containing the purified protein component can be used as a dispersant, and the dried protein powder contains an AAT component. It may be an extract based on at least 50% by weight of rice.
In another case, recombinant rice that expresses and extracts human blood proteins such as AAT and fibrinogen can be used locally. The use of fibrin sealants / bandages has been widely accepted and used in the medical community. Fibrin sealants are effective hemostatic agents (Mankad and Codispotti, 2001), a means to achieve tissue adhesion, prevent fluid accumulation and promote wound healing (Spotnitz ( Spotnitz), 2001). Fibrin sealant can also be used as a drug sustained-release means and includes antibiotics, growth factors and other drugs (Spotnitz, 1997). Rice expressing fibrinogen can also be a low cost, animal virus free source that is effective for their adaptation.

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ここに挙げた全ての刊行物は本明細書に明確に援用される。
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All publications cited herein are expressly incorporated herein.

図1に、各々がイネグルテリンプロモーターGt1の制御下にある、フィブリノゲンポリペプチドα(pAPI 398)、β(pAPI 417)およびγ(pAPI 327)をエンコードする3個のコドン最適化遺伝子(SEQ ID NO:1〜3)を含有する構築物を伴うプラスミドを示す。ヒグロマイシン選択可能マーカーを含有するプラスミド(図示せず)を包含する前記プラスミドをエンブリオジェニック(embryogenic)イネカルスに衝突させて入り込ませることで、前記3個の遺伝子を成熟イネ種子の中に発現する遺伝子組換えイネ植物を作り出した。FIG. 1 shows three codon optimized genes (SEQ ID NO.) Encoding fibrinogen polypeptides α (pAPI 398), β (pAPI 417) and γ (pAPI 327), each under the control of the rice glutelin promoter Gt1. : Shows a plasmid with a construct containing 1-3). A gene set that expresses the three genes in mature rice seeds by colliding the plasmid including a plasmid (not shown) containing a hygromycin selectable marker with an embryogenic rice callus. Produced a replacement rice plant. 図2に、ヒトフィブリノゲンの個々のサブユニットを発現する、遺伝子組換えイネ株のウエスタンブロット分析を示す。レーン1は、正の対照である精製天然ヒトフィブリノゲン(赤十字社から入手した)であり、これは3種類のポリペプチド鎖全部を示し、レーン2は、遺伝子組換え型ではないイネ品種であるTapel 309から得た抽出物であり、レーン3は、分子量標準であり、レーン4は、フィブリノゲンα鎖を発現するイネ種子の抽出物であり、レーン5は、フィブリノゲンβ鎖を発現するイネ種子の抽出物であり、レーン6は、フィブリノゲンγ鎖を発現するイネ種子の抽出物である。イネ種子の蛋白質抽出の全部を2%SDS、1M尿素、1%βMeおよびPBS(pH7.4)中で実施した。3種の鎖全部または個々の鎖のみを認識する抗体を用いてフィブリノゲンポリペプチドを検出した。FIG. 2 shows a Western blot analysis of transgenic rice strains expressing individual subunits of human fibrinogen. Lane 1 is a positive control purified natural human fibrinogen (obtained from Red Cross), which shows all three polypeptide chains, and lane 2 is a non-GMO rice cultivar Tapel. Lane 3 is a molecular weight standard, lane 4 is an extract of rice seeds expressing fibrinogen α chain, and lane 5 is an extraction of rice seeds expressing fibrinogen β chain. Lane 6 is an extract of rice seeds expressing fibrinogen γ chain. All protein extraction of rice seeds was performed in 2% SDS, 1M urea, 1% βMe and PBS (pH 7.4). Fibrinogen polypeptides were detected using antibodies that recognize all three chains or only individual chains. 図3は、前記3種類のフィブリノゲンポリペプチド鎖(α、βおよびγ)が遺伝子組換えイネ種子の中に同時発現させ、ウエスタンブロット分析で分析したものを示す。3種類の鎖全部を認識する抗体を用いてフィブリノゲンポリペプチドおよび蛋白質凝集物を検出した。図3Aは、非変性条件[350mMのNaCl、PBS(pH7.4)、0.01%Tween−20/Trition X−100/CHAPS]下で非変性10%アクリルアミドゲル上で流すことでイネ種子から抽出した全蛋白質を示す。レーン1は、1μgの精製ヒトフィブリノゲンであり、レーン2および3は、遺伝子組換え型ではないイネ品種であるTapel 309から得た抽出物であり、レーン4は、分子量マーカーであり、レーン5および7は、抽出用緩衝液にβMeを1.0%含有させた2種類の遺伝子組換えイネ株から得た抽出物であり、レーン6および8は、抽出用緩衝液にβMeを入れていない2種類の遺伝子組換えイネ株から得た抽出物である。レーン6および8は、遺伝子組換え株を非変性条件下で複合天然ヒトフィブリノゲンのおおよその位置の所に流すことで抽出した大型の蛋白質凝集物を示している。図3Bに、イネ種子を2%SDS、1M尿素、1%βMeおよびPBS(pH7.4)に入れてSDS−PAGEの上で流すことで抽出した全蛋白質を示す。レーン1は、正の対照である天然ヒトフィブリノゲン(赤十字社から入手した)であり、これは3種類のポリペプチド鎖全部を示し、レーン2は、分子量標準であり、レーン3〜5は、3種類のフィブリノゲンペプチドの全部を発現する3種類の遺伝子組換えイネ株の各々である。FIG. 3 shows the three fibrinogen polypeptide chains (α, β and γ) coexpressed in transgenic rice seeds and analyzed by Western blot analysis. Fibrinogen polypeptides and protein aggregates were detected using antibodies that recognize all three chains. FIG. 3A shows that from rice seeds by running on a non-denaturing 10% acrylamide gel under non-denaturing conditions [350 mM NaCl, PBS (pH 7.4), 0.01% Tween-20 / Trition X-100 / CHAPS]. The total protein extracted is shown. Lane 1 is 1 μg of purified human fibrinogen, lanes 2 and 3 are extracts from non-recombinant rice cultivar Tapel 309, lane 4 is a molecular weight marker, lanes 5 and 7 is an extract obtained from two types of transgenic rice strains containing 1.0% βMe in the extraction buffer, and lanes 6 and 8 do not contain βMe in the extraction buffer 2 It is an extract obtained from various types of transgenic rice strains. Lanes 6 and 8 show large protein aggregates extracted by running the recombinant strains at approximate locations in the complex natural human fibrinogen under non-denaturing conditions. FIG. 3B shows the total protein extracted by putting rice seeds in 2% SDS, 1M urea, 1% βMe and PBS (pH 7.4) and running on SDS-PAGE. Lane 1 is the positive control natural human fibrinogen (obtained from the Red Cross), which shows all three polypeptide chains, lane 2 is the molecular weight standard, lanes 3-5 are 3 Each of the three types of transgenic rice strains that express all of the types of fibrinogen peptides. 図4に、アルファ−1−アンチトリプシン(AAT)のコドン最適化遺伝子(SEQ ID NO:5)をイネグルテリンプロモーターGt1の制御下で発現するプラスミドpAPI 250を示す。このプラスミドを、ヒグロマイシン選択可能マーカー遺伝子を含有するプラスミド(図示せず)と共に、エンブリオジェニックイネカルスに衝突させて入り込ませることで、AATを成熟イネ種子の中に発現する遺伝子組換えイネ植物を作り出した。FIG. 4 shows plasmid pAPI 250 that expresses the codon optimized gene (SEQ ID NO: 5) of alpha-1-antitrypsin (AAT) under the control of rice glutelin promoter Gt1. This plasmid, together with a plasmid (not shown) containing a hygromycin selectable marker gene, is struck into the embryogenic rice callus to create a transgenic rice plant that expresses AAT in mature rice seeds. It was. 図5に、ヒト組換え型AATを発現する遺伝子組換え米粒の、水相抽出液のクマシーブリリアントブルー染色を示す。形質転換していないイネ(イネ品種Kitaake)および形質転換イネ(個別の5遺伝子組換え植物からプールした〜10個のR1種子)両方の種子をPBS(pH7.4)緩衝液と一緒にして粉砕した。その結果として得た抽出液を4℃において14,000rpmで10分間回転させた。上澄み液を集めた後、サンプル充填用緩衝液の中にその可溶蛋白質抽出液を〜20μg入れて再懸濁させた後、前もって成形しておいたSDS−PAGEゲルの上に充填した。レーン1は、分子量蛋白質マーカーであり、レーン2は、精製非組換え型ヒトAATであり、レーン3は、形質転換していない対照Kitaake品種から得た抽出液である。個々の5遺伝子組換え植物の抽出液を用いて得た結果を、レーン2と3の間に示す。FIG. 5 shows Coomassie brilliant blue staining of an aqueous phase extract of a genetically modified rice grain expressing human recombinant AAT. Grinding seeds of both untransformed rice (rice cultivar Kitake) and transformed rice (10 R1 seeds pooled from individual 5 transgenic plants) with PBS (pH 7.4) buffer did. The resulting extract was spun at 14,000 rpm for 10 minutes at 4 ° C. After the supernatant was collected, ˜20 μg of the soluble protein extract was put into a sample filling buffer and resuspended, and then loaded onto a pre-shaped SDS-PAGE gel. Lane 1 is a molecular weight protein marker, lane 2 is purified non-recombinant human AAT, and lane 3 is an extract obtained from a non-transformed control Kitaake variety. The results obtained using the extracts of individual 5 transgenic plants are shown between lanes 2 and 3. 図6に、遺伝子組換え米粒の中に発現した組換え型ヒトAATのウエスタンブロット分析を示す。個々の7遺伝子組換えイネ形質転換体からプールしたR1種子の可溶蛋白質抽出物(〜10μgの全蛋白質)を上述の図5のように調製し、SDS−PAGEゲルを用いて分離させた後、ニトロセルロースフィルターの上にブロットした。イネ種子の中に発現したAATの同定を抗AAT抗体を用いたウエスタン分析で実施した。レーン1は、分子量蛋白質マーカーであり、レーン2および3は、それぞれ1μgおよび2μgの精製非組換え型ヒトAATであり、レーン4および5は、形質転換していない対照イネ(Kitaake品種)の抽出液である。最後の7レーンに、個々の7遺伝子組換え植物の抽出液を用いて得た結果を示す。7種類の遺伝子組換え系の中の2つから得た抽出物はAATを発現していなかった。組換え型ではないヒト形態と組換え型イネが発現する形態の間にゲル可動性のシフトが見られたが、それは、ヒト蛋白質と組換え型イネが発現した蛋白質の種類およびグリコシル化に差があることによる。FIG. 6 shows a Western blot analysis of recombinant human AAT expressed in transgenic rice grains. A soluble protein extract of R1 seed pooled from individual 7 transgenic rice transformants (-10 μg of total protein) was prepared as shown in FIG. 5 and separated using an SDS-PAGE gel. Blotted onto a nitrocellulose filter. Identification of AAT expressed in rice seeds was performed by Western analysis using an anti-AAT antibody. Lane 1 is a molecular weight protein marker, lanes 2 and 3 are 1 μg and 2 μg of purified non-recombinant human AAT, respectively, and lanes 4 and 5 are extractions of untransformed control rice (Kitaake variety). It is a liquid. The final 7 lanes show the results obtained using the extracts of individual 7 transgenic plants. Extracts obtained from two of the seven genetic recombination systems did not express AAT. There was a shift in gel mobility between the non-recombinant human form and the form in which the recombinant rice was expressed, but this was due to differences in the type and glycosylation of the human protein and the protein expressed by the recombinant rice. Because there is. 図7に、クマシー染色およびウエスタンブロット分析で測定した時に米抽出液から得た精製組換え型AAT(rAAT)が、精製ブタ膵エラスターゼ(PPE)に対して示した活性を示す。AATプロテアーゼの基質であるエラスターゼを用いた帯シフト検定を用いて、rAATが示す活性を立証する。ヒトおよび米抽出液から得たAATサンプルを等モル数のPPEと共に37℃で15分間インキュベートした。帯シフト検定の負の対照は、AATサンプルをこれに等体積で添加したPPEと共にインキュベートすることで調製された。レーンMWは、分子量マーカーを指す。図7Aのレーン1は、ヒト血漿から得た精製非組換え型AATであり、レーン2は、ヒト血漿+PPEから得た精製AATであり、レーン3は、遺伝子組換えイネ種子から得たAAT含有可溶蛋白質抽出液であり、レーン4は、遺伝子組換えイネ種子+PPEから得たAAT含有蛋白質抽出液であり、レーン5は、形質転換していないイネ種子の抽出液であり、レーン6は、形質転換していないイネ種子の抽出液+PPEである。図7Bは、レーン1、2および3に帯のシフトが見られることを示している。そのような帯のシフト、即ちPPEとAATフラグメントの間の複合体がAATを含有することをウエスタンブロット分析で立証する。図7Bに示したレーンは図7Aに示したそれらと類似している。FIG. 7 shows the activity of purified recombinant AAT (rAAT) obtained from rice extract against purified porcine pancreatic elastase (PPE) as measured by Coomassie staining and Western blot analysis. A band shift assay using elastase, a substrate for AAT protease, is used to demonstrate the activity exhibited by rAAT. AAT samples obtained from human and rice extracts were incubated with equimolar PPE for 15 minutes at 37 ° C. The negative control for the band shift assay was prepared by incubating the AAT sample with PPE added to it in an equal volume. Lane MW refers to a molecular weight marker. Lane 1 in FIG. 7A is purified non-recombinant AAT obtained from human plasma, lane 2 is purified AAT obtained from human plasma + PPE, and lane 3 contains AAT obtained from transgenic rice seeds. A soluble protein extract, lane 4 is an AAT-containing protein extract obtained from transgenic rice seed + PPE, lane 5 is an untransformed rice seed extract, and lane 6 Untransformed rice seed extract + PPE. FIG. 7B shows that band shifts are seen in lanes 1, 2 and 3. Western blot analysis demonstrates that such a band shift, ie, the complex between the PPE and the AAT fragment contains AAT. The lanes shown in FIG. 7B are similar to those shown in FIG. 7A. 図8に、米細胞抽出液を最初にCon−AおよびDEAE セファロース(Sepharose)のそれぞれに通した後にオクチル セファロース(Sepharose)カラムに充填することによる精製で得たAATを示す。オクチル セファロース(Sepharose)が最終的精製段階であり、それによって、活性のあるAATを不活性な形態の蛋白質から分離する。レーン1は、分子量マーカーであり、レーン2は、標準としての2μgの精製非組換え型ヒトAATであり、レーン3は、DEAE セファロース(Sepharose)カラムから溶離した液をプールした溶離液である。残りの縦列に、オクチル セファロース(Sepharose)カラムを通り抜けた液および溶離液を示す。各カラム画分の約50μLをSDS−PAGEゲルの上に充填して、蛋白質をクマシー染色で可視化した。オクチル セファロース(Sepharose)を通り抜けた液は不活性なAAT蛋白質を示す一方、溶離液は活性のあるAATを溶離する。FIG. 8 shows AAT obtained by purification by first passing the rice cell extract through each of Con-A and DEAE Sepharose and then packing it onto an octyl Sepharose column. Octyl sepharose is the final purification step, thereby separating active AAT from the inactive form of the protein. Lane 1 is a molecular weight marker, lane 2 is 2 μg of purified non-recombinant human AAT as a standard, and lane 3 is an eluent obtained by pooling solutions eluted from a DEAE Sepharose column. The remaining column shows the liquid and eluent that has passed through the octyl Sepharose column. Approximately 50 μL of each column fraction was loaded onto an SDS-PAGE gel and the protein was visualized by Coomassie staining. The solution that has passed through octyl Sepharose shows inactive AAT protein, while the eluent elutes active AAT. 図9Aに、組換え型ではないヒトAATを対照として用いて図7における手順に示されるように測定した時に、精製組換え型AATがPPEに対して示した活性に関するAAT結合速度定数を示す。図7の記述のように、クマシー蛋白質染色およびウエスタンブロット分析を用いてデータを得た。図9Bに、PPE阻害検定で測定した時に植物由来組換え型AATが示した熱安定性を天然のヒトAATと対比させて示す。FIG. 9A shows the AAT binding rate constant for the activity of purified recombinant AAT against PPE when measured as shown in the procedure in FIG. 7 using non-recombinant human AAT as a control. Data were obtained using Coomassie protein staining and Western blot analysis as described in FIG. FIG. 9B shows the thermal stability of the plant-derived recombinant AAT as compared to natural human AAT as measured by the PPE inhibition assay. 図10に、コドン最適化ヒト血清アルブミン(HSA)(SEQ ID NO:4)をイネAmy1Aプロモーター/シグナルペプチドの制御下で発現するプラスミドpAP19を示す。このプラスミドは、発芽したイネ種子の中にHSAを発現させるに有用である。FIG. 10 shows a plasmid pAP19 that expresses codon-optimized human serum albumin (HSA) (SEQ ID NO: 4) under the control of a rice Amy1A promoter / signal peptide. This plasmid is useful for expressing HSA in germinated rice seeds. 図11に、遺伝子組換えイネ種子の中で起こるHSA発現を示す。遺伝子組換えイネ株3−11−2からプールした種子を水の中に24時間浸漬した後、ギベレリックアシッド(GA)を2μM添加した。ウエスタン分析を行う目的で、GAを添加した後に24、48、72および120時間の種子サンプルを取り出し、可溶蛋白質を抽出した。形質転換していない負の対照株TP309から単離した蛋白質と共に15μgの可溶蛋白質を各レーンに充填した。HSAに対して調整したモノクローナル抗体を用いてブロットを検査した。FIG. 11 shows HSA expression that occurs in transgenic rice seeds. After seeding pooled seeds from the transgenic rice strain 3-11-2 in water for 24 hours, 2 μM of gibberellic acid (GA) was added. For the purpose of performing Western analysis, seed samples at 24, 48, 72 and 120 hours were taken out after GA was added, and soluble proteins were extracted. Each lane was loaded with 15 μg of soluble protein along with the protein isolated from the untransformed negative control strain TP309. Blots were examined with monoclonal antibodies prepared against HSA.

Claims (18)

組換え型ヒト血中蛋白質を単子葉植物の種子の中に産生する方法であって、
(a)単子葉植物細胞に
(i)熟成特異的単子葉植物貯蔵蛋白質の遺伝子に由来するプロモーター、
(ii)前記プロモーターと機能的に連結していて、これと連結するポリペプチドが単子葉植物の種子の胚乳細胞を標的にすることを可能にする単子葉植物種子特異的シグナル配列をエンコードする1番目のDNA配列、および
(iii)前記1番目のDNA配列と共に翻訳フレームの中で連結し、ヒト血中蛋白質をエンコードする2番目のDNA配列、
を含み前記1番目のDNA配列と前記2番目のDNA配列が一緒になってN−末端シグナル配列とヒト血中蛋白質を含む融合蛋白質をエンコードするキメラ遺伝子
による形質転換を受けさせ、
(b)前記形質転換された単子葉植物細胞からの単子葉植物を前記ヒト血中蛋白質を含有する種子が産生されるのに充分な時間生育させ、そして
(c)前記植物から前記種子を収穫する、
段階を含み、前記ヒト血中蛋白質が前記収穫した種子中の可溶蛋白質全体の少なくとも約3.0%を構成する産生方法。
A method for producing recombinant human blood protein in the seeds of monocotyledons,
(A) a monocotyledonous plant cell (i) a promoter derived from a gene of a ripening-specific monocotyledonous plant storage protein,
(Ii) encodes a monocotyledon seed-specific signal sequence that is operably linked to the promoter and allows the polypeptide linked to it to target the endosperm cells of monocotyledonous seeds 1 A second DNA sequence linked in a translation frame with the first DNA sequence and encoding a human blood protein;
The first DNA sequence and the second DNA sequence together are transformed with a chimeric gene encoding a fusion protein comprising an N-terminal signal sequence and a human blood protein,
(B) growing monocotyledonous plants from the transformed monocotyledonous cells for a time sufficient to produce seeds containing the human blood protein; and (c) harvesting the seeds from the plants. To
And wherein the human blood protein constitutes at least about 3.0% of the total soluble protein in the harvested seed.
前記ヒト血中蛋白質が前記収穫した種子中の可溶蛋白質全体の少なくとも約5.0%を構成する請求項1記載の産生方法。   The method of claim 1 wherein the human blood protein comprises at least about 5.0% of the total soluble protein in the harvested seed. 前記ヒト血中蛋白質が前記収穫した種子中の可溶蛋白質全体の少なくとも約10.0%を構成する請求項1記載の産生方法。   2. The method of claim 1 wherein the human blood protein comprises at least about 10.0% of the total soluble protein in the harvested seed. 前記収穫した種子から前記ヒト血中蛋白質を精製することを含む請求項1記載の産生方法。   The production method according to claim 1, comprising purifying the human blood protein from the harvested seeds. 前記ヒト血中蛋白質がヘモグロビン、アルファ−1−アンチトリプシン、フィブリノゲン、ヒト血清アルブミン、トロンビン、抗体および血液凝固因子から成る群から選択される請求項1記載の産生方法。   The production method according to claim 1, wherein the human blood protein is selected from the group consisting of hemoglobin, alpha-1-antitrypsin, fibrinogen, human serum albumin, thrombin, antibody and blood coagulation factor. 前記方法で産生されるヒト血中蛋白質が、1種以上の植物グリコシル基を含む請求項1記載の産生方法。   The production method according to claim 1, wherein the human blood protein produced by the method comprises one or more plant glycosyl groups. 請求項1記載の方法で得た精製ヒト血中蛋白質であって、1種以上の植物グリコシル基を含むヒト血中蛋白質。   A purified human blood protein obtained by the method according to claim 1, wherein the human blood protein contains one or more plant glycosyl groups. ヘモグロビン、アルファ−1−アンチトリプシン、フィブリノゲン、ヒト血清アルブミン、トロンビン、抗体および血液凝固因子から成る群から選択される、請求項7記載のヒト血中蛋白質。   The human blood protein according to claim 7, which is selected from the group consisting of hemoglobin, alpha-1-antitrypsin, fibrinogen, human serum albumin, thrombin, antibody and blood coagulation factor. 請求項1記載の方法で得られる収穫した種子から調製された全種子、粉、抽出物およびモルトから成る群から選択される単子葉植物種子製品であって、前記ヒト血中蛋白質が前記種子製品中の可溶蛋白質全体の少なくとも約3.0%を構成する種子製品。   A monocotyledon seed product selected from the group consisting of whole seed, flour, extract and malt prepared from harvested seed obtained by the method of claim 1, wherein said human blood protein is said seed product A seed product comprising at least about 3.0% of the total soluble protein therein. 前記ヒト血中蛋白質が前記種子製品中の可溶蛋白質全体の少なくとも約5.0%を構成する請求項9記載の種子製品。   The seed product of claim 9, wherein the human blood protein comprises at least about 5.0% of the total soluble protein in the seed product. 前記ヒト血中蛋白質が前記種子製品中の可溶蛋白質全体の少なくとも約10.0%を構成する請求項9記載の種子製品。   The seed product of claim 9, wherein the human blood protein comprises at least about 10.0% of the total soluble protein in the seed product. 前記ヒト血中蛋白質がヘモグロビン、アルファ−1−アンチトリプシン、フィブリノゲン、ヒト血清アルブミン、トロンビン、抗体および血液凝固因子から成る群から選択される請求項9記載の種子製品。   10. The seed product of claim 9, wherein the human blood protein is selected from the group consisting of hemoglobin, alpha-1-antitrypsin, fibrinogen, human serum albumin, thrombin, antibody and blood clotting factor. 少なくとも1種の植物グリコシル基及び少なくとも1種の薬学的に許容可能な賦形剤または栄養素を含む精製されたヒト血中蛋白質から成る組成物であって、前記ヒト血中蛋白質はヒト血中蛋白質をエンコードする核酸配列を含有する単子葉植物の中で産生され、かつ前記単子葉植物から収穫された種子から精製され、前記少なくとも1種の栄養素は前記単子葉植物以外の源に由来する組成物。   A composition comprising a purified human blood protein comprising at least one plant glycosyl group and at least one pharmaceutically acceptable excipient or nutrient, wherein the human blood protein is a human blood protein. A composition produced in a monocotyledonous plant containing a nucleic acid sequence encoding and purified from seed harvested from said monocotyledonous plant, wherein said at least one nutrient is derived from a source other than said monocotyledonous plant . 前記ヒト血中蛋白質がヘモグロビン、アルファ−1−アンチトリプシン、フィブリノゲン、ヒト血清アルブミン、トロンビン、抗体および血液凝固因子から成る群から選択される、請求項13記載の組成物。   14. The composition of claim 13, wherein the human blood protein is selected from the group consisting of hemoglobin, alpha-1-antitrypsin, fibrinogen, human serum albumin, thrombin, antibody and blood clotting factor. 前記組成物が実質的に前記単子葉植物の汚染物質を含有していない、請求項13記載の組成物。   14. The composition of claim 13, wherein said composition is substantially free of said monocotyledonous contaminants. 前記少なくとも1種の栄養素が、塩、糖、ビタミン、鉱物、アミノ酸、ペプチド及び前記ヒト血中蛋白質以外の蛋白質から成る群から選択される、請求項13記載の組成物。   14. The composition of claim 13, wherein the at least one nutrient is selected from the group consisting of a salt, sugar, vitamin, mineral, amino acid, peptide, and protein other than the human blood protein. 前記組成物が非経口、腸内、吸入、鼻内または局所送達用に調合される請求項13記載の組成物。   14. The composition of claim 13, wherein the composition is formulated for parenteral, enteral, inhalation, nasal or topical delivery. 前記組成物が腸内送達用に調合されていて、少なくとも1種の薬学的に許容可能な賦形剤を含有しかつ非栄養的である請求項13記載の組成物。
14. The composition of claim 13, wherein the composition is formulated for enteral delivery, contains at least one pharmaceutically acceptable excipient, and is non-nutritive.
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