JP2007513189A - GlycoPEG化された顆粒球コロニー刺激因子 - Google Patents

GlycoPEG化された顆粒球コロニー刺激因子 Download PDF

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Abstract

本発明は、顆粒球コロニー刺激因子とPEG部分とのコンジュゲートを提供する。これらのコンジュゲートは、ペプチドと修飾基の間に介在しペプチドと修飾基に共有結合している完全なグリコシル結合基を介して連結されている。これらのコンジュゲートは、グリコシルトランスフェラーゼの作用により、グリコシル化ペプチドおよび非グリコシル化ペプチドの双方から形成される。グリコシルトランスフェラーゼは、ペプチド上のアミノ酸残基またはグリコシル残基に修飾された糖部分を連結する。コンジュゲートを含む医薬製剤も提供される。コンジュゲートを調製するための方法も、本発明の範囲内である。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2003年12月3日出願の米国仮出願第60/526796号、2004年3月23日出願の米国仮出願第60/555813号、2004年5月11日出願の米国仮出願第60/570282号、2004年1月26日出願の米国仮出願第60/539387号、2004年7月29日出願の米国仮出願第60/592744号、2004年9月29日出願の米国仮出願第60/614518号、および2004年10月29日出願の米国仮出願第60/623387号に対する優先権を主張する。あらゆる目的のためにこれら各文献の全体を参照により本明細書に組み込む。
顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)は、好中性顆粒球前駆細胞および成熟好中球の生存、増殖、分化、および機能を刺激する糖タンパク質である。臨床使用されている組換えヒトG−CSFの2種の型は、好中性顆粒球形成の強力な刺激剤であり、いくつかの好中球減少性の状態の感染性合併症を予防する際に有効であることが実証されている。骨髄抑制性治療からの好中球回復を促進するのにこれらを使用することができる。
G−CSFは、発熱性好中球減少症の発病率を低減させることにより、癌化学療法の罹患率、骨髄移植で支援した大量化学療法の罹患率、ならびに重度の慢性好中球減少症患者における感染症の発病率および持続期間を低減させる。さらに、G−CSFは、心筋梗塞の発症後に投与されると治療効果を有することも最近示された。
1986年に日本および米国のグループによって、ヒト型のG−CSFがクローン化された(例えば、Nagata他、Nature 319:415〜418頁、1986年を参照のこと)。天然のヒト糖タンパク質は、2種類の型で存在しており、1つは175個のアミノ酸からなり、もう一方は178個のアミノ酸からなる。より豊富でより活性な175アミノ酸型は、組換えDNA技術による医薬品開発に使用されてきた。
大腸菌発現系で合成された組換えヒトG−CSFは、フィルグラスチムと呼ばれる。フィルグラスチムの構造は、天然の糖タンパク質と少し異なる。組換えヒトG−CSFのもう一方の型はレノグラスチムと呼ばれ、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞で合成される。
hG−CSFは、2つのG−CSF分子および2つの受容体からなる2:2の複合体を形成することによって、G−CSF受容体を二量体化する単量体のタンパク質である(Horan他、Biochemistry、35(15):4886〜96頁(1996年))。以下のhG−CSF残基は、X線による結晶研究によって受容体結合領域の部分として確認されている。すなわち、G4、P5、A6、S7、S8、L9、P10、Q11、S12、L15、K16、E19、Q20、L108、D109、D112、T115、T116、Q119、E122、E123、およびL124である(例えば、Aritomi他、(1999年)Nature 401:713頁を参照のこと)。
市販型のrhG−CSFの薬理効果は短期間であり、しばしば、白血球減少性の状態の持続期間に対して1日1回以上投与しなければならない。循環半減期がより長い分子は、白血球減少症を軽減するのに必要な投与回数を低減させ、結果として起こる感染症を予防するはずである。現在利用可能なrG−CSF製品の別の問題は、用量依存的な骨痛の発生である。骨痛は、rG−CSFを用いた治療の著しい副作用として患者が経験するため、実質的にこの影響を示さない製品、または骨痛が引き起こされずに済む少ない用量で有効な製品によって、骨痛を引き起こさないrG−CSF製品を提供することが望ましいはずである。したがって、改良された組換えG−CSF分子が必要なことは明らかである。
タンパク質工学により作製されたhG−CSFの変異体が、報告されている(米国特許第5581476号、米国特許第5214132号、米国特許第5362853号、米国特許第4904584号、およびRiedhaar−Olson他、Biochemistry 35:9034〜9041頁、1996年)。天然のポリペプチドと比べて少なくとも1つの付加的な糖鎖を導入するためのhG−CSFおよび他のポリペプチドの修飾も、報告されている(米国特許第5218092号)。さらに、PEG基の付加を含めて、天然のhG−CSFのポリマー修飾も報告および研究されている(例えば、Satake−Ishikawa他、(1992年)Cell Structure and Function 17:157頁、Bowen他、(1999年)Experimental Hematology 27:425頁、米国特許第5824778号、米国特許第5824784号、WO96/11953号、WO95/21629号、およびWO94/20069号を参照のこと)。
糖タンパク質治療薬の薬物動態学的諸特性を改善するためにペプチド主鎖に合成ポリマーを付加することは当技術分野では公知である。ペプチドに結合される例示的なポリマーは、ポリエチレングリコール(「PEG」)である。ペプチド治療薬を誘導体化するためにPEGを使用すると、ペプチドの免疫原性が低減されることが明らかにされている。例えば、米国特許第4179337号(Davis他)では、ポリエチレングリコール(PEG)またはポリプロピレングリコールに結合させた酵素やペプチドホルモンなどの非免疫原性ポリペプチドを開示している。免疫原性の低減に加えて、問題のポリペプチドのPEGコンジュゲートのサイズが増大することにより、循環におけるクリアランス時間が延長される。
ペプチドにPEGおよびその誘導体を付加する主な態様は、ペプチドアミノ酸残基を介した非特異的結合である(例えば、米国特許第4088538号、米国特許第4496689号、米国特許第4414147号、米国特許第4055635号、およびPCT WO87/00056号を参照のこと)。ペプチドにPEGを付加する別の態様は、グリコペプチド上のグリコシル残基の非特異的酸化を介する(例えば、WO94/05332号を参照のこと)。
これらの非特異的な方法では、ランダムにかつ非特異的に、ペプチド主鎖上の反応性残基にポリエチレングリコールが付加される。当然、PEG分子のランダムな付加は、最終生成物の均質性の欠如、およびそのペプチドの生物活性または酵素活性が低減する可能性を含めて、欠点を有する。したがって、治療ペプチドを作製するためには、特異的に標識され、容易に特徴づけることができ、ほぼ均質な生成物を形成させる誘導体化戦略が優れている。このような方法が開発された。
特異的に標識された均質なペプチド治療薬は、酵素作用を通じてin vitroで作製することができる。合成ポリマーまたは他の標識をペプチドに結合させるための一般的な非特異的方法とは異なり、酵素に基づく合成は、位置選択性および立体選択性という長所を有する。標識ペプチドの合成に使用するための酵素の主要な2種のクラスは、グリコシルトランスフェラーゼ(例えば、シアリルトランスフェラーゼ、オリゴサッカリルトランスフェラーゼ、N−アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ)、およびグリコシダーゼである。これらの酵素を用いて、治療効果を有する部分を含むようにその後で修飾することができる糖を特異的に付加することができる。あるいは、グリコシルトランスフェラーゼおよび改変されたグリコシダーゼを用いて、修飾された糖をペプチド主鎖に直接転移させることができる(例えば、米国特許第6399336号、米国特許出願公開第20030040037号、20040132640号、20040137557号、20040126838号、および20040142856号を参照のこと。これら各文献を参照により本明細書に組み込む)。化学合成要素と酵素合成要素の双方を併用する方法も公知である(例えば、参照により本明細書に組み込むYamamoto他、Carbohydr.Res.305:415〜422頁(1998年)および米国特許出願公開第20040137557を参照のこと)。
改良された治療用G−CSFの必要性に応えて、本発明は、治療上有効であり、GlycoPEG化されていない同一または類似性の高いG−CSFペプチドに比べて改善された薬物動態学的パラメータおよび諸特性を有する、GlycoPEG化されたG−CSFを提供する。さらに、本発明は、経済的に、かつ工業規模で、本発明の改良されたG−CSFペプチドを製造するための方法も提供する。
発明の概要
これまでに、1つまたは複数のポリエチレングリコール部分を用いて顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)の制御された修飾を行うと、対応する天然の(PEG化されていない)G−CSFに比べて改善された薬物動態学的諸特性を有する新規なG−CSF誘導体が与えられることが発見されている(図3)。さらに、GlycoPEG化されたG−CSFの薬理活性は、市販のモノPEG化されたフィルグラスチムとほぼ同じである(図4)。
例示的な実施形態では、本発明の「GlycoPEG化された」G−CSF分子は、グリコシル化G−CSFペプチドまたは非グリコシル化G−CSFペプチドと、その構造内にポリエチレングリコール部分を含む酵素的に転移可能なサッカリル部分とのコンジュゲートを、酵素を用いて形成させることにより、作製される。PEG部分は、直接(すなわち、2つの反応性基の反応によって形成される1つの基を介して)、またはリンカー部分、例えば、置換または非置換アルキル、置換または非置換ヘテロアルキルを介して、サッカリル部分に結合される。例示的に転移可能なPEG−サッカリル構造を図5に示す。
したがって、一態様では、本発明は、PEG部分、例えばPEGと、当業者に認知されているG−CSFと同様な、そうでなければ類似したin vivo活性を有するペプチドとのコンジュゲートを提供する。本発明のコンジュゲートでは、PEG部分は、完全なグリコシル結合基を介してペプチドに共有結合している。例示的な完全なグリコシル結合基として、PEGにより誘導体化されるシアル酸部分が挙げられる。
例示的な一態様では、本発明は、以下の部分を含むG−CSFペプチドを提供する。
上式において、Dは、−OHまたはR−L−HN−である。記号Gは、R−L−または−C(O)(C〜C)アルキルを示す。Rは、直鎖状または分枝状のポリエチレングリコール残基を含む部分であり、Lは、結合、置換もしくは非置換のアルキル、および置換もしくは非置換のヘテロアルキルから選択されるメンバーであるリンカーである。通常、DがOHであるとき、GはR−L−であり、Gが−C(O)(C〜C)アルキルであるとき、DはR−L−NH−である。本明細書で示す修飾されたシアル酸構造において、COOHは、COOおよび/またはその塩も示す。
別の態様では、本発明は、上記の部分を含むPEG化されたG−CSFを作製する方法を提供する。本発明の方法は、(a)転移に適した条件のもとで、基質のG−CSFペプチドを、PEG−シアル酸供与体と、G−CSFのアミノ酸残基またはグリコシル残基上にPEG−シアル酸を転移させる酵素と、に接触させる工程を含む。例示的なPEG−シアル酸供与体部分は以下の式を有する。
一実施形態では、宿主は哺乳動物細胞である。別の実施形態では、宿主細胞は、昆虫細胞、植物細胞、細菌、または真菌である。
本発明の化合物の薬物動態学的諸特性は、ペプチドのグリコシル化部位の構造、数、または位置を改変することによって、容易に変更される。したがって、野生型には存在していないO−またはN−結合グリコシル化部位をG−CSFペプチド中に挿入する1種または複数の変異を加えることは、本出願の範囲内である。これらの変異体ならびにそれらのグリコシル化された最終生成物および中間体に対する抗体も、本発明の範囲内である。
別の態様では、本発明は、完全なグリコシル結合基を通じてそれらに共有結合したPEG基部分の集団、例えば、PEGを有するG−CSFコンジュゲートを提供する。本発明のコンジュゲートでは、その集団のほぼすべてのメンバーは、グリコシル結合基を介してペプチドのグリコシル残基に結合しており、各グリコシル残基は同じ構造を有している。
例示的な実施形態では、本発明は、完全なグリコシル結合基を通じてそれらに共有結合したPEG基部分の集団、例えば、PEGを有するG−CSFコンジュゲートを提供する。本発明のコンジュゲートでは、その集団のほぼすべてのメンバーは、ペプチドのアミノ酸残基に結合しており、ポリマーが結合している各アミノ残基は同じ構造を有している。例えば、1つのペプチドが、Thrに結合したグリコシル残基を含む場合は、その集団のペプチドのうちの少なくとも約70%、80%、90%、95%、97%、99%、99.2%、99.4%、99.6%、より好ましくは99.8%が、同じThr残基に共有結合した同じグリコシル残基を有すると考えられる。上記の考察は、O−グリコシル化部位とN−グリコシル化部位の双方に対して同様に該当する。
薬剤組成物も提供される。この組成物は、製薬上許容される担体、ならびに非天然のPEG部分とグリコシル化または非グリコシル化G−CSFペプチドとの共有結合性コンジュゲートを含む。
本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明から、当業者に明らかになるであろう。
略語
PEG、ポリエチレングリコール;PPG、ポリプロピレングリコール;Ara、アラビノシル;Fru、フルクトシル;Fuc、フコシル;Gal、ガラクトシル;GalNAc、N−アセチルガラクトサミニル;Glc、グルコシル;GlcNAc、N−アセチルグルコサミニル;Man、マンノシル;ManAc、マンノサミニルアセタート;Xyl、キシロシル;NeuAc、シアリル(N−アセチルノイラミニル);M6P、マンノース−6−ホスファート;Sia、シアル酸、N−アセチルノイラミニル、ならびにそれらの誘導体および類似体。
定義
別段の定めが無い限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、通常、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。一般に、本明細書で使用する命名法、ならびに細胞培養、分子遺伝学、有機化学、核酸化学、およびハイブリダイゼーションにおける実験手順は、当技術分野で周知であり一般に使用されるものである。核酸およびペプチドの合成には標準技術が使用される。これらの技術および手順は、本明細書の全体を通じて提供される、当技術分野の従来の方法および様々な一般的参考文献(一般には、参照により本明細書に組み込むSambrook他、MOLECULAR CLONING:A LABORATORY MANUAL、第2版、(1989年)Cold Spring Harbor Laboratory Press、ニューヨーク州コールドスプリングハーバーを参照のこと)に従って一般に実施される。本明細書で使用する命名法、ならびに後述する分析化学および有機合成における実験手順は、周知のものであり、当技術分野で一般に使用される。標準技術またはその改変法が、化学合成および化学的分析に使用される。
本明細書で記述するすべてのオリゴ糖は、非還元糖の名称または略語(すなわち、Gal)、その後にグリコシド結合の立体配置(αまたはβ)、環結合(1または2)、結合に関与している還元糖の環の位置(2、3、4、6、または8)、次に、還元糖の名称または略語(すなわち、GlcNAc)を書いて記述する。各糖はピラノースであることが好ましい。標準的な糖鎖生物学命名法の総説については、Essentials of Glycobiology、Varki他編、CSHL Press(1999年)を参照のこと。
オリゴ糖は、還元末端の糖が実際に還元糖であるかどうかに関わらず、還元末端および非還元末端を有しているとみなされている。一般に認められている命名法に従い、本明細書では、左側に非還元末端、右側に還元末端を書いてオリゴ糖を表現する。
「シアル酸」という用語は、炭素9個のカルボキシル化糖ファミリーの任意のメンバーを意味する。シアル酸ファミリーの最も一般的なメンバーは、N−アセチル−ノイラミン酸(2−ケト−5−アセトアミド−3,5−ジデオキシ−D−グリセロ−D−ガラクトノヌロピラノス−1−オン酸(しばしばNeu5Ac、NeuAc、またはNANAと略される)である。ファミリーの第2のメンバーは、NeuAcのN−アセチル基がヒドロキシル化されているN−グリコリル−ノイラミン酸(Neu5GcまたはNeuGc)である。第3のシアル酸ファミリーメンバーは、2−ケト−3−デオキシ−ノヌロソン酸(KDN)である(Nadano他、(1986年)J.Biol.Chem.261:11550〜11557頁;Kanamori他、J.Biol.Chem.265:21811〜21819頁(1990年))。9−O−ラクチル−Neu5Acや9−O−アセチル−Neu5Acのような9−O−C〜Cアシル−Neu5Ac、9−デオキシ−9−フルオロ−Neu5Ac、および9−アジド−9−デオキシ−Neu5Acなどの9位置換シアル酸も含まれる。シアル酸ファミリーの総説については、例えば、Varki、Glycobiology 2:25〜40頁(1992年);Sialic Acids:Chemistry、Metabolism and Function、R.Schauer編、(Springer−Verlag、ニューヨーク(1992年)を参照のこと。シアル酸付加手順におけるシアル酸化合物の合成および使用は、1992年10月1日に公開された国際出願WO92/16640号で開示されている。
「顆粒球コロニー刺激因子」もしくは「顆粒球コロニー刺激因子ペプチド」、または「G−CSF」もしくは「G−CSFペプチド」という用語は、任意の野生型もしくは突然変異型のペプチド、組換型、天然型、または天然のGCSFの活性と同じもしくはそれを模倣した活性を有するG−CSFの任意の断片を意味する。この用語は、一般に、非ペプチド性のG−CSFミメティックも包含する。例示的な実施形態では、G−CSFペプチドは配列番号:1で示されるアミノ酸配列を有する。他の例示的な実施形態では、G−CSFペプチドは配列番号:3〜11から選択される配列を有する。
「顆粒球コロニー刺激因子活性」という用語は、それだけには限らないが、受容体結合および活性化、受容体結合の抑制、または野生型の顆粒球コロニー刺激因子の作用によって通常影響を及ぼされる任意の生化学反応もしくは生理反応を含めて、任意の活性を意味する。顆粒球コロニー刺激因子活性は、上記に定義した任意の顆粒球コロニー刺激因子ペプチドの作用から生じ得る。
「ペプチド」とは、モノマーがアミノ酸であり、アミド結合を介してそれらが相互に結合しているポリマーを意味し、代わりにポリペプチドとも呼ばれる。さらに、非天然アミノ酸、例えば、β−アラニン、フェニルグリシン、およびホモアルギニンも含まれる。遺伝子でコードされていないアミノ酸も本発明で使用してよい。さらに、反応性基、グリコシル化部位、ポリマー、治療効果を有する部分、生体分子などを含むように修飾されたアミノ酸も、本発明で使用してよい。本発明で使用するアミノ酸はすべて、D型異性体でもL型異性体でもよい。一般にL型異性体が好ましい。さらに、他のペプチドミメティックも、本発明で有用である。本明細書では、「ペプチド」とは、グリコシル化ペプチドと非グリコシル化ペプチドの双方を意味する。ペプチドを発現する系によって不完全にグリコシル化されたペプチドも含まれる。一般的な総説については、Spatola,A.F.、CHEMISTRY AND BIOCHEMISTRY OF AMINO ACIDS、PEPTIDES AND PROTEINS、B.Weinstein編、Marcel Dekker、ニューヨーク、267頁(1983年)を参照のこと。
「ペプチドコンジュゲート」という用語は、本発明で説明するように、ペプチドが修飾された糖に結合されている、本発明の化学種を意味する。
「アミノ酸」という用語は、天然アミノ酸、合成アミノ酸、ならびに天然アミノ酸と同じ様に機能するアミノ酸類似体およびアミノ酸ミメティックを意味する。天然アミノ酸は、遺伝コードにコードされているもの、ならびに後で修飾されるアミノ酸、例えば、ヒドロキシプロリン、γ−カルボキシグルタミン酸、およびO−ホスホセリンである。アミノ酸類似体とは、天然アミノ酸と同じ基本化学構造、すなわち、水素、カルボキシル基、アミノ基、およびR基に結合しているα炭素を有する化合物、例えば、ホモセリン、ノルロイシン、メチオニンスルホキシド、メチオニンメチルスルホニウムを意味する。このような類似体は、修飾されたR基(例えば、ノルロイシン)または修飾されたペプチド主鎖を有するが、天然アミノ酸と同じ基本化学構造を保持している。アミノ酸ミメティックとは、アミノ酸の一般的な化学構造とは異なる構造を有するが、天然アミノ酸と同じ様に機能する化学化合物を意味する。本明細書では、「アミノ酸」という用語は、リンカー中にあろうとペプチド配列の成分であろうと、そのアミノ酸のD型異性体およびL型異性体の双方、ならびにこれら2種の異性体の混合物を意味する。
本明細書では、「修飾された糖」という用語は、本発明の方法においてペプチドのアミノ酸またはグリコシル残基に酵素的に付加される、天然または非天然の糖を意味する。修飾された糖は、それだけには限らないが、糖ヌクレオチド(1リン酸型、2リン酸型、および3リン酸型)、活性化糖(例えば、グリコシルハライド、グリコシルメシラート)、および活性化されてもおらず、ヌクレオチドでもない糖を含めて、いくつかの酵素基質から選択される。「修飾された糖」は、「修飾基」によって共有結合的に官能化される。有用な修飾基には、それだけには限らないが、PEG部分、治療効果を有する部分、診断用の部分、生体分子などが含まれる。修飾基は、天然、すなわち未修飾の糖ではないことが好ましい。修飾基による官能化の位置は、「修飾された糖」が酵素的にペプチドに付加されるのを妨げないように、選択される。
「水溶性」という用語は、水中でいくらかの検出可能な程度の溶解性を示す部分を意味する。水溶性を検出および/または定量化する方法は、当技術分野で周知である。例示的なPEG部分には、ペプチド、糖、ポリエーテル、ポリアミン、ポリカルボン酸などが含まれる。ペプチドは、混合配列を有するものでも、単一のアミノ酸から構成されるもの、例えば、ポリリシンでもよい。同様に、糖も、混合配列からなるものでも、単一の糖サブユニットから構成されるもの、例えば、デキストラン、アミロース、キトサン、およびポリシアル酸でもよい。例示的なポリエーテルは、ポリエチレングリコールである。ポリエチレンイミンは、例示的なポリアミンであり、ポリアクリル酸は、代表的なポリカルボン酸である。
「グリコシル結合基」という用語は、本明細書では、作用物質(例えば、PEG部分、治療効果のある部分、生体分子)が共有結合しているグリコシル残基を意味する。本発明の方法では、「グリコシル結合基」は、グリコシル化ペプチドまたは非グリコシル化ペプチドに共有結合し、それによって、ペプチド上のアミノ酸残基および/またはグリコシル残基に作用物質を結合させる。「グリコシル結合基」は、通常、ペプチドのアミノ酸残基および/またはグリコシル残基に「修飾された糖」を酵素的に付加させることによって、「修飾された糖」から誘導される。「完全なグリコシル結合基」とは、コンジュゲートを結合する個々の糖モノマーが分解されていない、例えば、例えばメタ過ヨウ素酸ナトリウムによって酸化されていないグリコシル部分から誘導される結合基を意味する。本発明の「完全なグリコシル結合基」は、1つもしくは複数のグリコシル単位を付加することにより、または親となる糖構造体から1つもしくは複数のグリコシル単位を除去することにより、天然のオリゴ糖から誘導することができる。
「標的性部分」という用語は、本明細書では、身体の特定の組織または領域に選択的に局在化すると考えられる化学種を意味する。この局在化は、分子決定基の特異的認識、標的性作用物質または標的性コンジュゲートの分子サイズ、イオン性相互作用、疎水性相互作用などによって起こる。作用物質を特定の組織または領域に標的化する他の機序は、当業者に公知である。例示的な標的性部分としては、抗体、抗体断片、トランスフェリン、HS−糖タンパク質、凝固因子、血清タンパク質、β−糖タンパク質、G−CSF、GM−CSF、M−CSF、EPOなどが挙げられる。
本明細書では、「製薬上許容される担体」には、コンジュゲートと混合したときにコンジュゲートの活性を保持し、被験者の免疫系と反応しない任意の物質が含まれる。例として、それだけには限らないが、リン酸緩衝化生理食塩水、水、油/水エマルジョンなどのエマルジョン、および様々なタイプの湿潤剤など標準的な薬剤用担体のうちの任意のものが挙げられる。他の担体として、滅菌液剤、被覆錠剤を含む錠剤、およびカプセル剤を挙げることができる。通常、このような担体は、デンプン、乳、糖、いくつかのタイプの粘土、ゼラチン、ステアリン酸もしくはその塩、ステアリン酸マグネシウムもしくはステアリン酸カルシウム、タルク、植物性の脂肪もしくは油、ガム、グリコール、または他の公知の賦形剤などの賦形剤を含有する。このような担体は、香料添加剤および着色添加剤または他の成分も含んでよい。このような担体を含む組成物は、周知の従来の方法によって調製される。
本明細書では、「投与すること」とは、経口投与、坐剤としての投与、局所的接触、静脈内投与、腹腔内投与、筋肉内投与、病巣内投与、鼻腔内投与、もしくは皮下投与、または徐放装置、例えばミニ浸透圧ポンプの被験者への埋め込みを意味する。投与は、非経口投与および経粘膜投与(例えば、口、鼻、膣、直腸、または経皮)を含めて、どんな経路によるものでもよい。非経口投与としては、例えば、静脈内、筋肉内、細動脈内、皮内、皮下、腹腔内、心室内、および頭蓋内が挙げられる。さらに、注射で腫瘍を治療しようとする場合、例えば、アポトーシスを誘発しようとする場合は、投与は、腫瘍への直接投与および/または腫瘍周辺の組織中への投与でよい。他の送達形態には、それだけには限らないが、リポソーム製剤、静脈内注入、経皮パッチなどの使用が含まれる。「改善すること」または「改善する」という用語は、症状の緩和、寛解、もしくは低減、または患者の肉体的健康もしくは精神的健康の改善など任意の客観的または主観的パラメータを含めて、病状または病態の治療の成功を示す任意の徴候を意味する。症状の改善は、理学的検査および/または精神鑑定の結果を含めて、客観的または主観的パラメータに基づくことができる。
「療法」という用語は、ある疾患に罹患しやすい可能性があるが、その疾患の症状をまだ経験および提示していない動物において、その疾患または病態が生じるのを防ぐこと(予防治療)、その疾患を抑制すること(発達を遅らせることもしくは阻止すること)、その疾患の症状または副作用からの軽減を提供すること(対症治療を含む)、ならびにその疾患を軽減すること(疾患の消退を引き起こすこと)を含めて、ある疾患または病態を「治療すること」またはそれらの「治療」を意味する。
「有効量」、「有効な量」、「治療有効量」、または文法的に等価な任意の用語は、ある疾患を治療するために動物に投与したときに、その疾患に対する治療を実施するのに十分である量を意味する。
「単離された」という用語は、その物質を作製するのに使用される成分を実質的にまたは本質的に含まない物質を意味する。本発明のペプチドコンジュゲートの場合、「単離された」という用語は、そのペプチドコンジュゲートを調製するのに使用される混合物中で通常はその物質に付随する成分を実質的にまたは本質的に含まない物質を意味する。「単離された」と「純粋な」は、同義的に使用される。通常、本発明の単離されたペプチドコンジュゲートは、好ましくはある範囲として示されるレベルの純度を有する。ペプチドコンジュゲートの純度範囲の下限は約60%、約70%、または約80%であり、純度の範囲の上限は約70%、約80%、約90%、または約90%より高い。
ペプチドコンジュゲートの純度が約90%より高いとき、それらの純度も、好ましくはある範囲として示される。この純度の範囲の下限値は、約90%、約92%、約94%、約96%、または約98%である。この純度の範囲の上限値は、約92%、約94%、約96%、約98%、または略100%略100%の純度である。
純度は、当業者に認知されている任意の分析方法(例えば、銀染色ゲル上でのバンド強度、ポリアクリルアミドゲル電気泳動、HPLC、または類似の手段)によって、測定される。
「集団のほぼすべてのメンバー」とは、本明細書では、選択された比率の、あるペプチドに付加される修飾された糖が、そのペプチド上の複数かつ同一の受容体部位に付加されているという、本発明のペプチドコンジュゲート集団の特徴を説明している。「集団のほぼすべてのメンバー」とは、修飾された糖に結合されるペプチド上の部位の「均質性」を説明しており、少なくとも約80%、好ましくは少なくとも約90%、より好ましくは少なくとも約95%均質である本発明のコンジュケートに関する。
「均質性」とは、修飾された糖が結合される受容体部分の集合全体にわたる構造の一貫性を意味する。したがって、修飾された各糖部分が、他のすべての修飾された糖が結合されている受容体部位と同じ構造を有する受容体部位に結合されている本発明のペプチドコンジュゲートでは、そのペプチドコンジュゲートは、略100%略100%均質であると称される。均質性は、通常、ある範囲として示される。ペプチドコンジュゲートの均質性の範囲の下限値は、約60%、約70%、または約80%であり、純度範囲の上限値は、約70%、約80%、約90%、または約90%より高い。
ペプチドコンジュゲートが約90%以上均質であるとき、それらの均質性も、好ましくはある範囲として示される。この均質性の範囲の下限値は、約90%、約92%、約94%、約96%、または約98%である。この純度の範囲の上限値は、約92%、約94%、約96%、約98%、または略100%略100%の均質性である。ペプチドコンジュゲートの純度は、通常、当業者には公知の1種または複数の方法、例えば、液体クロマトグラフィー−質量分析法(LC−MS)、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析法(MALDITOF)、キャピラリー電気泳動法などによって測定される。
グリコペプチド種に言及するときの「実質上同一のグリコフォーム」または「実質上同一のグリコシル化パターン」とは、当該のグリコシルトランスフェラーゼ(例えば、フコシルトランスフェラーゼ)によってグリコシル化されている受容体部分の比率に関係する。例えば、α1,2フコシルトランスフェラーゼの場合、Galβ1,4−GlcNAc−Rおよびシアル酸付加されたその類似体の(以下に定義するように)ほぼすべてが本発明のペプチドコンジュゲートにおいてフコシル化されている場合、実質上同一のフコシル化パターンが存在する。出発原料が、グリコシル化された受容体部分(例えば、フコシル化されたGalβ1,4−GlcNAc−R部分)を含む場合があることが、当業者には理解されよう。したがって、算出されるグリコシル化比率は、本発明の方法によってグリコシル化される受容体部分、ならびに出発原料中で既にグリコシル化されている受容体部分を含むと考えられる。
上記の「実質上同一の」の定義における「実質上」という用語は、一般に、ある特定のグリコシルトランスフェラーゼに対する受容体部分の少なくとも約40%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、より好ましくは少なくとも約90%、さらにより好ましくは少なくとも約95%がグリコシル化されていることを意味する。
置換基が従来の化学式によって指定され、左から右に書かれている場合、それらは、その構造を右から左に書くことにより得られるであろう化学的に同一な置換基も等しく包含する。例えば、−CHO−は、−OCH−も示すものとする。
「アルキル」という用語は、別段の定めが無い限り、それ自体でまたは別の置換基の一部分として、直鎖もしくは分枝鎖、または環状の炭化水素基、あるいはそれらの組合せ物を意味し、これらは、完全に飽和されているものでも、1価不飽和もしくは多価不飽和のものでもよく、2価の基および多価の基が含まれてよく、指定の炭素原子数を有する(すなわち、C〜C10は、1〜10個の炭素を意味する)。飽和炭化水素基の例としては、それだけには限らないが、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、t−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、シクロヘキシル、シクロヘキシルメチル、シクロプロピルメチル、例えば、n−ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチルなどの同族体および異性体などの基が挙げられる。不飽和アルキル基は、1つまたは複数の二重結合または三重結合を有する基である。不飽和アルキル基の例としては、それだけには限らないが、ビニル、2−プロペニル、クロチル、2−イソペンテニル、2−(ブタジエニル)、2,4−ペンタジエニル、3−(1,4−ペンタジエニル)、エチニル、1−および3−プロピニル、3−ブチニル、ならびにより高次の同族体および異性体が挙げられる。「アルキル」という用語は、別段の注記の無い限り、「ヘテロアルキル」など以下により詳細に定義するアルキルの誘導体も含むことを意図されている。炭化水素基に限定されているアルキル基は、「ホモアルキル」と呼ばれる。
「アルキレン」という用語は、それ自体でまたは別の置換基の一部分として、それだけには限らないが、−CHCHCHCH−で例示されるような、アルカンから誘導される2価の基を意味し、さらに、「ヘテロアルキレン」として以下に説明するような基も含む。一般的に、アルキル(またはアルキレン)基は、1〜24個の炭素原子を有すると考えられ、10個以下の炭素原子を有する基が本発明では好ましい。「低級アルキル」または「低級アルキレン」とは、より短い鎖のアルキル基またはアルキレン基であり、通常、8個以下の炭素原子を有する。
「アルコキシ」、「アルキルアミノ」、および「アルキルチオ」(またはチオアルコキシ)という用語は、従来の意味で使用され、それぞれ、酸素原子、アミノ基、または硫黄 原子を介して分子の残りの部分に結合されているアルキル基を意味する。
「ヘテロアルキル」という用語は、別段の定めが無い限り、それ自体でまたは別の用語と組み合わせて、指定された数の炭素原子とO、N、SiおよびSからなる群から選択される少なくとも1つのヘテロ原子とからなり、その窒素原子および硫黄原子が場合によっては酸化されてよく、その窒素ヘテロ原子が場合によっては四級化されてよい、安定な直鎖もしくは分枝鎖、または環状の炭化水素基、あるいはそれらの組合せ物を意味する。ヘテロ原子O、N、S、およびSiは、ヘテロアルキル基の任意の内部位置に存在しても、アルキル基が分子の残りの部分に結合されている位置に存在してもよい。例としては、それだけには限らないが、−CH−CH−O−CH、−CH−CH−NH−CH、−CH−CH−N(CH)−CH、−CH−S−CH−CH、−CH−CH、−S(O)−CH、−CH−CH−S(O)−CH、−CH=CH−O−CH、−Si(CH、−CH−CH=N−OCH、および−CH=CH−N(CH)−CHが挙げられる。例えば、−CH−NH−OCHや−CH−O−Si(CHなど、最大2個のヘテロ原子が連続していてよい。同様に、「ヘテロアルキレン」という用語は、それ自体でまたは別の置換基の一部分として、それだけには限らないが、−CH−CH−S−CH−CH−および−CH−S−CH−CH−NH−CH−で例示されるような、ヘテロアルキルから誘導される2価の基を意味する。ヘテロアルキレン基の場合、ヘテロ原子は、鎖の末端の一方または双方を占めてもよい(例えば、アルキレンオキシ、アルキレンジオキシ、アルキレンアミノ、アルキレンジアミノなど)。さらに、アルキレン結合基およびヘテロアルキル結合基の場合、結合基の式が書かれる方向によっては、結合基の向きは示されない。例えば、式−C(O)R’−は、−C(O)R’−と−R’C(O)−の双方を表す。
「シクロアルキル」および「ヘテロシクロアルキル」という用語は、別段の定めが無い限り、それ自体でまたは別の用語と組み合わせて、それぞれ、「アルキル」および「ヘテロアルキル」の環状型を表す。さらに、ヘテロシクロアルキルの場合、ヘテロ原子は、ヘテロ環が分子の残りの部分に結合されている位置を占めてもよい。シクロアルキルの例としては、それだけには限らないが、シクロペンチル、シクロヘキシル、1−シクロヘキセニル、3−シクロヘキセニル、シクロヘプチルなどが挙げられる。ヘテロシクロアルキルの例としては、それだけには限らないが、1−(1,2,5,6−テトラヒドロピリジル)、1−ピペリジニル、2−ピペリジニル、3−ピペリジニル、4−モルホリニル、3−モルホリニル、テトラヒドロフラン−2−イル、テトラヒドロフラン−3−イル、テトラヒドロチエン−2−イル、テトラヒドロチエン−3−イル、1−ピペラジニル、2−ピペラジニルなどが挙げられる。
「ハロ」または「ハロゲン」という用語は、別段の定めが無い限り、それ自体でまたは別の置換基の一部分として、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素原子を意味する。さらに、「ハロアルキル」などの用語は、モノハロアルキルおよびポリハロアルキルも含むことを意図されている。例えば、「ハロ(C〜C)アルキル」という用語は、それだけには限らないが、トリフルオロメチル、2,2,2−トリフルオロエチル、4−クロロブチル、3−ブロモプロピルなどを含むことを意図されている。
「アリール」という用語は、別段の定めが無い限り、多価不飽和な芳香族置換基を意味し、この置換基は、単環でも、相互に融合されまたは共有結合された多環(好ましくは1〜3個の環)でもよい。「ヘテロアリール」という用語は、その窒素原子および硫黄原子が場合によっては酸化されており、その1つまたは複数の窒素原子が場合によっては四級化されている、N、O、およびSから選択される1〜4個のヘテロ原子を有するアリール基(または環)を意味する。ヘテロアリール基は、ヘテロ原子を介して分子の残りの部分に結合されることができる。アリール基およびヘテロアリール基の非限定的な例としては、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、4−ビフェニル、1−ピロリル、2−ピロリル、3−ピロリル、3−ピラゾリル、2−イミダゾリル、4−イミダゾリル、ピラジニル、2−オキサゾリル、4−オキサゾリル、2−フェニル−4−オキサゾリル、5−オキサゾリル、3−イソオキサゾリル、4−イソオキサゾリル、5−イソオキサゾリル、2−チアゾリル、4−チアゾリル、5−チアゾリル、2−フリル、3−フリル、2−チエニル、3−チエニル、2−ピリジル、3−ピリジル、4−ピリジル、2−ピリミジル、4−ピリミジル、5−ベンゾチアゾリル、プリニル、2−ベンゾイミダゾリル、5−インドリル、1−イソキノリル、5−イソキノリル、2−キノキサリニル、5−キノキサリニル、3−キノリル、テトラゾリル、ベンゾ[b]フラニル、ベンゾ[b]チエニル、2,3−ジヒドロベンゾ[1,4]ジオキシン−6−イル、ベンゾ[1,3]ジオキソール−5−イル、および6−キノリルが挙げられる。上記に示したアリールおよびヘテロアリール環系のそれぞれに対する置換基は、後述の許容される置換基の群から選択される。
簡潔のために、他の用語と組み合わせて使うときの「アリール」という用語は(例えば、アリールオキシ、アリールチオキシ、アリールアルキル)、上記に定義したアリール環およびヘテロアリール環の双方を含む。したがって、「アリールアルキル」という用語は、アルキル基中の炭素原子(例えばメチレン基)が、例えば、酸素原子によって置換されているものを含めて(例えば、フェノキシメチル、2−ピリジルオキシメチル、3−(1−ナフチルオキシ)プロピルなど)、アルキル基にアリール基が結合されているような基(例えば、ベンジル、フェネチル、ピリジルメチルなど)を含むことを意図されている。
上記の用語(例えば、「アルキル」、「ヘテロアルキル」、「アリール」、および「ヘテロアリール」)のそれぞれは、示された基の置換型と非置換型の双方を含むことを意図されている。各タイプの基に対して好ましい置換基を、以下に提供する。
(しばしば、アルキレン、アルケニル、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニル、アルキニル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、シクロアルケニル、およびヘテロシクロアルケニルと呼ばれる基を含めた)アルキルおよびヘテロアルキル基に対する置換基は、総称的に「アルキル基置換基」と呼ばれ、これらは、それだけには限らないが、−OR’、=O、=NR’、=N−OR’、−NR’R’’、−SR’、−ハロゲン、−SiR’R’’R’’’、−OC(O)R’、−C(O)R’、−COR’、−CONR’R’’、−OC(O)NR’R’’、−NR’’C(O)R’、−NR’−C(O)NR’’R’’’、−NR’’C(O)R’、−NR−C(NR’R’’R’’’)=NR’’’’、−NR−C(NR’R’’)=NR’’’、−S(O)R’、−S(O)R’、−S(O)NR’R’’、−NRSOR’、−CN、−NOから、0から(2m’+1)(式中、m’は、このような基の中の炭素原子の総数である)までの範囲の数で選択される様々な基のうちの1種または複数でよい。R’、R’’、R’’’、およびR’’’’は、好ましくは、水素、置換もしくは非置換のヘテロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、例えば、1〜3個のハロゲンで置換されたアリール、置換もしくは非置換のアルキル、アルコキシ、もしくはチオアルコキシ基、あるいはアリールアルキル基をそれぞれ独立に意味する。例えば、本発明の化合物が複数のR基を含むときは、R’、R’’、R’’’、およびR’’’’基のそれぞれが、これらの基のうちの複数が存在するときにされるのと同じように、R基のそれぞれは、独立に選択される。R’およびR’’が同じ窒素原子に結合されているとき、それらは、窒素原子と結合して5、6、または7員環を形成することができる。例えば、−NR’R’’は、それだけには限らないが、1−ピロリジニルおよび4−モルホリニルを含むことを意図されている。置換基に関する上記の考察から、当業者には、「アルキル」という用語が、ハロアルキル(例えば、−CFおよび−CHCF)やアシル(例えば、−C(O)CH、−C(O)CF、−C(O)CHOCHなど)など、水素基以外の基に結合された炭素原子を含む基を含むように意図されていることが理解されよう。
アルキル基について説明した置換基と同様に、アリール基およびヘテロアリール基に対する置換基は、総称的に「アリール基置換基」と呼ばれる。これらの置換基は、例えば、ハロゲン、−OR’、=O、=NR’、=N−OR’、−NR’R’’、−SR’、−ハロゲン、−SiR’R’’R’’’、−OC(O)R’、−C(O)R’、−COR’、−CONR’R’’、−OC(O)NR’R’’、−NR’’C(O)R’、−NR’−C(O)NR’’R’’’、−NR’’C(O)R’、−NR−C(NR’R’’R’’’)=NR’’’’、−NR−C(NR’R’’)=NR’’’、−S(O)R’、−S(O)R’、−S(O)NR’R’’、−NRSOR’、−CN、−NO、−R’、−N、−CH(Ph)、フルオロ(C〜C)アルコキシ、およびフルオロ(C〜C)アルキルから、0から芳香族環系上の空の原子価の総数までの範囲の数で選択され、式中、R’、R’’、R’’’、およびR’’’’は、好ましくは、水素、置換もしくは非置換のアルキル、置換もしくは非置換のヘテロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、および置換もしくは非置換のヘテロアリールから選択される。例えば、本発明の化合物が複数のR基を含むときは、R’、R’’、R’’’、およびR’’’’基のそれぞれが、これらの基のうちの複数が存在するときにされるのと同じように、R基のそれぞれは、独立に選択される。以下のスキームにおいて、記号Xは、前述の「R」を表す。
アリール環またはヘテロアリール環の隣接した原子上の置換基のうちの2つは、式−T−C(O)−(CRR’)−U−(式中、TおよびUは、それぞれ独立に−NR−、−O−、−CRR’、または一重結合であり、qは0〜3の整数である)で表される置換基で場合によっては置換されてよい。あるいは、アリール環またはヘテロアリール環の隣接した原子上の置換基のうちの2つが、式−A−(CH−B−(式中、AおよびBは、それぞれ独立に−CRR’−、−O−、−NR−、−S−、−S(O)−、−S(O)−、−S(O)NR’−、または一重結合であり、rは1〜4の整数である)で表される置換基で場合によっては置換されてもよい。このようにして形成された新しい環の一重結合のうちの1つは、場合によっては、二重結合に置き換えられてよい。あるいは、アリール環またはヘテロアリール環の隣接した原子上の置換基のうちの2つが、式−(CRR’)−X−(CR’’R’’’)−(式中、sおよびdは、それぞれ独立に0〜3の整数であり、Xは、−O−、−NR’−、−S−、−S(O)−、−S(O)−、または−S(O)NR’−である)で表される置換基で場合によっては置換されてもよい。置換基R、R’、R’’、およびR’’’は、好ましくは、水素または置換もしくは非置換の(C〜C)アルキルからそれぞれ独立に選択される。
本明細書では、「ヘテロ原子」という用語は、酸素(O)、窒素(N)、硫黄(S)、およびケイ素(Si)を含むことを意図されている。
序論
本発明は、G−CSF上のグリカン構造を修飾するための方法を包含する。G−CSFは、活性化T−細胞、マクロファージ、内皮細胞、および間質線維芽細胞によって産生されるサイトカインとして当技術分野で周知である。G−CSFは、主として骨髄に作用して炎症性白血球の産生を増大させ、さらに、炎症作用の間に消費される好中球の補充を開始させる内分泌ホルモンとしても作用する。G−CSFは、化学療法の後の骨髄置換においても臨床応用されている。
本発明は、顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)のコンジュゲートを提供する。本発明は、顆粒球コロニー刺激活性を有するグリコシル化ペプチドおよび非グリコシル化ペプチドのコンジュゲートを提供する。これらのコンジュゲートは、治療効果を有する部分、診断用の部分、標的性部分など多様な化学種とさらに結合させることによって、さらに修飾してもよい。
本発明はさらに、G−CSFを改変および/または修飾するための方法も含む。G−CSFは、数多くの疾患の治療において価値ある手段であるが、前述したように、その臨床的有効性は、薬物動態が相対的に悪いため、妨げられている。
例示的な実施形態では、原因に関わらず、重度の慢性白血球減少症または相対的白血球減少症を治療する目的で末梢血前駆細胞移植において収集するための前駆細胞を動員するために、また、急性骨髄性白血病患者の治療を支援するために、放射線療法、化学療法、および骨髄移植のうちのいくつかのタイプを受ける癌患者において感染症を予防する目的で、本発明のG−CSFペプチドを患者に投与することができる。さらに、本発明のポリペプチドコンジュゲートまたはポリペプチド組成物は、AIDSまたは他の免疫不全疾患、ならびに細菌感染症の治療にも使用することができる。
G−CSFは、クローン化され、配列決定されている。例示的な実施形態では、G−CSFは、配列番号:1によって示されるアミノ酸配列を有する。本発明は、上記で論じたようにG−CSFの変異体として本発明書で示す配列に限定されないことが、当業者には容易に理解されよう。
すなわち、本発明はさらに、当技術分野で周知のように、G−CSF変異体を包含する。決して本発明を限定しようとするものではないが、例として、あるG−CSF変異体は、米国特許第6166183号で記載されており、そこでは、リシン残基の天然補完物を含み、1つまたは2つのポリエチレングリコール分子にさらに結合されているG−CSFが記載されている。さらに、米国特許第6004548号、第5580755号、第5582823号、および第5676941号は、17、36、42、64、および74位のシステイン残基のうちの1つまたは複数が、アラニンまたは代替としてのセリンによって置換されているG−CSF変異体を記載している。米国特許第5416195号は、17位のシステイン、27位のアスパラギン酸、ならびに65位および66位のセリンが、それぞれセリン、セリン、プロリン、プロリンで置換されているG−CSF分子を記載している。他の変異体は当技術分野で周知であり、例えば、米国特許第5399345号で記載されている。さらに別の変異体は、配列番号:3〜11から選択されるアミノ酸を有する。
本発明の修飾されたG−CSF分子の発現および活性は、当技術分野で周知の方法、および例えば米国特許第4810643号に記載の方法によって解析することができる。例として、放射能標識したチミジンの取込みアッセイによって活性を測定することができる。手短に言うと、健康な提供者から得たヒト骨髄を、Ficoll−Hypaque(1.077g/ml、Pharmacia社、ピスカタウェイ(Piscataway)、ニュージャージー州)を用いた密度分離にかけ、10%ウシ胎児血清、グルタミン、および抗生物質を含有するイスコフの培地(GIBCO社、ラ ホーヤ(La Jolla)、カリフォルニア州)に低密度の細胞を懸濁させる。約2×10個のヒト骨髄細胞を、約37℃、大気中CO濃度5%で約2日間、96ウェルの平底プレートに入れた対照培地または本発明のG−CSFとともにインキュベートする。次に、培養物を0.5μCi/ウェルのH−チミジン(New England Nuclear社、ボストン(Boston)、マサチューセッツ州)で約4時間パルス標識し、例えば、Ventua他(1983年、Blood 61:781頁)で記載されているようにして、取込み量を測定する。対照化合物で処理した骨髄細胞と比較した、ヒト骨髄細胞中へのH−チミジン取込みの増大は、活性で存続可能なG−CSF化合物の指標である。
前述したように、本発明のコンジュゲートは、グリコシル化G−CSFペプチドまたは非グリコシル化G−CSFペプチドへの修飾された糖の酵素的付加によって形成される。この修飾された糖は、G−CSFペプチドと糖上の修飾基の間に介在しているとき、例えば「完全なグリコシル結合基」と本明細書で呼び得るものになる。グリコシルトランスフェラーゼなどの酵素の精巧な選択性を用いて、本発明の方法は、1つまたは複数の特異的な位置に所望の基を有するペプチドを提供する。したがって、本発明によれば、修飾された糖は、G−CSFペプチド鎖上の選択された位置に直接結合されており、あるいは、修飾された糖は、グリコペプチドの糖部分に付加されている。修飾された糖が、グリコペプチドの糖にも、直接G−CSFペプチド主鎖のアミノ酸残基にも結合されているペプチドも、本発明の範囲内である。
公知の化学的および酵素的ペプチド合成戦略とは対照的に、本発明の方法は、実質上均質な誘導体化パターンを有するペプチドおよびグリコペプチドを構築することを可能にする。すなわち、本発明で使用する酵素は、一般に、G−CSFペプチドの特定のあるアミノ酸残基または複数のアミノ酸残基の組合せ物に対して選択的である。これらの方法は、修飾されたペプチドおよびグリコペプチドの大量生産にも実用的である。したがって、本発明の方法は、予め選択した均一な誘導体化パターンを有するグリコペプチドを大量調製するための実用的手段を提供する。これらの方法は、それだけには限らないが、細胞培養用の細胞(例えば、哺乳動物細胞、昆虫細胞、植物細胞、真菌細胞、酵母細胞、もしくは原核細胞)またはトランスジェニック植物もしくは動物中で作製される間に不完全にグリコシル化されるグリコペプチドを含めて、治療ペプチドを修飾するのに特に良く適している。
本発明は、例えば、クリアランス速度の低減によって、または免疫もしくは細網内皮系(RES)による取込み速度の低減によって、治療効果の半減期を延長したグリコシル化G−CSFペプチドおよび非グリコシル化G−CSFペプチドのコンジュゲートも提供する。さらに、本発明の方法は、ペプチド上の抗原決定基をマスキングし、それによって、そのペプチドに対する宿主の免疫応答を低減または消失させるための方法も提供する。標的性作用物質の選択的付加も、特定の標的性作用物質に特異的な特定の組織または細胞表面受容体にペプチドを導くのに使用することができる。
コンジュゲート
第1の態様では、本発明は、選択された修飾基とG−CSFペプチドとのコンジュゲートを提供する。
G−CSFペプチドと選択された部分の間の結合は、ペプチドと選択された部分の間に介在している完全なグリコシル結合基を含む。本明細書で論じるように、選択された部分は、糖単位に結合することができ、その結果、修飾された糖をG−CSFペプチドに付加させる適切なトランスフェラーゼ酵素によって認識される「修飾された糖」を生じる本質的に任意の化学種である。修飾された糖の糖部分は、G−CSFペプチドと選択された部分の間に介在しているとき、「完全なグリコシル結合基」となる。完全なグリコシル結合基は、選択された部分で修飾された後に適切なトランスフェラーゼの基質となる、任意の単糖またはオリゴ糖から形成される。
本発明のコンジュゲートは、通常、以下の一般的な構造に対応すると考えられる。

式中、記号a、b、c、d、およびsは、ゼロではない正の整数を表し、tは0または正の整数である。「作用物質」は、通常、水溶性の部分、例えば、PEG部分である。リンカーは、下記の多彩な結合基のうちの任意のものでよい。あるいは、リンカーは、一重結合または「ゼロ次の」リンカーでもよい。
例示的な実施形態では、選択された修飾基は水溶性のポリマー、例えば、m−PEGである。この水溶性のポリマーは、G−CSFペプチドのアミノ酸残基またはグリコシル残基に共有結合しているグリコシル結合基を介してG−CSFペプチドに共有結合している。本発明は、アミノ酸残基およびグリコシル残基がグリコシル結合基で修飾されているコンジュゲートも提供する。
例示的な水溶性ポリマーは、ポリエチレングリコール、例えば、メトキシ−ポリエチレングリコールである。本発明で使用するポリエチレングリコールは、特定の型および分子量範囲にまったく限定されない。非分枝状ポリエチレングリコール分子の場合、分子量は、好ましくは500〜100,000である。好ましくは2,000〜60,000の分子量、より好ましくは約5,000〜約30,000の分子量が使用される。
別の実施形態では、ポリエチレングリコールは、複数のPEG部分が結合されている分枝状PEGである。分枝状PEGの例は、米国特許第5932462号、米国特許第5342940号、米国特許第5643575号、米国特許第5919455号、米国特許第6133906号、米国特許第5183660号、WO02/09766号、Kodera Y.、Bioconjugate Chemistry 5:283〜288頁(1994年)、およびYamasaki他、Agric.Biol.Chem.、52:2125〜2127頁、1998年で記載されている。その他の有用な分枝状PEGの構造が、本明細書で開示される。
例示的な実施形態では、分枝状PEGの各ポリエチレングリコールの分子量は、約2,000、5,000、10,000、15,000、20,000、40,000、または60,000ダルトン以上である。
本発明のペプチドは、少なくとも1つのN−結合型またはO−結合型グリコシル化部位を含む。酵素的に付加されるグリコシル結合基を通じて形成されるコンジュゲートを提供することに加えて、本発明は、置換パターンが極めて均質なコンジュゲートを提供する。本発明の方法によって、本発明のコンジュゲートの集合全体における修飾された糖部分のほぼすべてが、構造的に同一のアミノ酸残基またはグリコシル残基の複数のコピーに結合されている、ペプチドコンジュゲートを形成させることができる。したがって、第2の態様では、本発明は、完全なグリコシル結合基を介してG−CSFに共有結合している水溶性のポリマー部分の集合を有する、ペプチドコンジュゲートを提供する。本発明の好ましいコンジュゲートでは、その集団のほぼすべてのメンバーは、グリコシル結合基を介してG−CSFペプチドのグリコシル残基に結合しており、グリコシル結合基が結合しているG−CSFの各グリコシル残基は同じ構造を有している。
水溶性ポリマー部分の集団がグリコシル結合基を介して共有結合しているペプチドコンジュゲートも提供される。好ましい実施形態では、水溶性ポリマー部分の集団のほぼすべてのメンバーは、グリコシル結合基を介してG−CSFペプチドのアミノ酸残基に結合しており、グリコシル結合基が結合している各アミノ残基は同じ構造を有している。
本発明は、G−CSFペプチドが、治療効果を有する部分、診断用の部分、標的性部分、毒性部分などに完全なグリコシル結合基を介して結合されている、前述したものに類似したコンジュゲートも提供する。前述した部分はそれぞれ、小分子、天然ポリマー(例えばポリペプチド)、または合成ポリマーでよい。
任意の配列を有する本質的に任意の顆粒球コロニー刺激因子ペプチドまたは作用物質が、本発明のコンジュゲートのペプチド成分として有用である。顆粒球コロニー刺激因子はクローン化され配列決定されている。例示的な実施形態では、G−CSFペプチドは、配列番号:1で示される配列を有する。
(配列番号:1)
別の例示的な実施形態では、G−CSFペプチドは、配列番号:2で示される配列を有する。
(配列番号:2)
別の例示的な実施形態では、G−CSFペプチドは、以下の配列番号:3〜11で示される配列を有する。
(配列番号:3)

(配列番号:4)

(配列番号:5)

(配列番号:6);

(配列番号:7);

(配列番号:8);

(配列番号:9);

(配列番号:10)および

(配列番号:11)
本発明は、本明細書で示す配列に決して限定されない。
例示的な実施形態では、本発明のG−CSFペプチドは、PEG部分を含むグリコシル残基でグリコシル化されている、少なくとも1つのO−結合型グリコシル化部位を含む。PEGは、完全なグリコシル結合基を介してG−CSFペプチドに共有結合している。このグリコシル結合基は、G−CSFペプチドのアミノ酸残基またはグリコシル残基に共有結合している。あるいは、このグリコシル結合基は、グリコペプチドの1つまたは複数のグリコシル単位に結合している。本発明は、グリコシル結合基がアミノ酸残基およびグリコシル残基の双方に結合しているコンジュゲートも提供する。
PEG部分は、直接、または非グリコシルリンカー、例えば、置換もしくは非置換のアルキルや置換もしくは非置換のヘテロアルキルを介して、完全なグリコシルリンカーに結合している。
好ましい実施形態では、G−CSFペプチドは、化学式Iの式を有する部分を含む。

式中、Dは、−OHおよびR−L−HN−から選択されるメンバーであり、Gは、R−L−および−C(O)(C〜C)アルキルから選択されるメンバーであり、Rは、直鎖状または分枝状のポリエチレングリコール残基を含む部分から選択されるメンバーを含む部分であり、Lは、結合、置換もしくは非置換のアルキル、および置換もしくは非置換のヘテロアルキルから選択されるメンバーであるリンカーであり、DがOHであるとき、GはR−L−であり、Gが−C(O)(C〜C)アルキルであるとき、DはR−L−HN−である。本明細書で示す修飾されたシアル酸構造において、COOHは、COOおよび/またはその塩も示す。
一実施形態では、R−Lは以下の式を有する。

式中、aは、0〜20の整数である。
ある例示的な実施形態では、Rは、以下から選択されるメンバーである構造を有する。

式中、eおよびfは、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数であり、qは、1〜20の整数である。別の実施形態では、Rは、以下から選択されるメンバーである構造を有する。

式中、e、f、およびf’は、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数であり、qおよびq’は、1〜20からそれぞれ独立に選択される整数である。
さらに別の実施形態では、本発明は、Rが以下から選択されるメンバーである構造を有する、Facto IXペプチドコンジュゲートを提供する。

式中、e、f、およびf’は、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数であり、q、q’、およびq’’は、1〜20からそれぞれ独立に選択される整数である。
別の実施形態では、Rは、以下から選択されるメンバーである構造を有する。

式中、eおよびfは、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数である。
別の例示的な実施形態では、本発明は、以下の式を有する部分を含むペプチドを提供する。

Galは、アミノ酸に結合しても、直接的または間接的に(例えば、グリコシル残基を介して)アミノ酸に結合しているグリコシル残基に結合してもよい。
別の実施形態では、この部分は以下の式を有する。

GalNAcは、アミノ酸に結合しても、直接的または間接的に(例えば、グリコシル残基を介して)アミノ酸に結合しているグリコシル残基に結合してもよい。
さらに別の例示的な実施形態では、ペプチドは、以下の式による部分を含む。

式中、AAは前記ペプチドのアミノ酸残基であり、上記の構造体のそれぞれにおいて、DおよびGは、本明細書で記述するものである。
上記の化学種のうちの1種または複数が結合できる、G−CSFペプチドの例示的なアミノ酸残基としては、セリンおよびトレオニン、例えば、配列番号:1のトレオニン133が挙げられる。
別の例示的な実施形態では、本発明は、以下の式を有するグリコシル残基を含むG−CSFコンジュゲートを提供する。

式中、a、b、c、d、i、r、s、t、およびuは、0および1からそれぞれ独立に選択される整数である。添字qは1である。添字e、f、g、およびhは、0〜6の整数からそれぞれ独立に選択される。添字j、k、l、およびmは、0〜100の整数からそれぞれ独立に選択される。添字v、w、x、およびyは、0および1からそれぞれ独立に選択され、v、w、x、およびyのうちの少なくとも1つが1である。記号AAは、G−CSFペプチドのアミノ酸残基を表す。
記号Sia−(R)は、以下の式を有する基を示す。

式中、Dは、−OHおよびR−L−HN−から選択される。記号Gは、R−L−または−C(O)(C〜C)アルキルを示す。Rは、直鎖状または分枝状のポリエチレングリコール残基を含む部分を示す。Lは、結合、置換もしくは非置換のアルキル、および置換もしくは非置換のヘテロアルキルから選択されるメンバーであるリンカーである。通常、DがOHであるとき、GはR−L−であり、Gが−C(O)(C〜C)アルキルであるとき、DはR−L−NH−である。
別の例示的な実施形態では、本発明のコンジュゲート中のPEG修飾されたシアル酸部分は、以下の式を有する。

式中、添字「s」は、0〜20の整数を示し、nは、1〜2500の整数である。好ましい実施形態では、sは1に等しく、m−PEG部分の分子量は約20kDである。
さらに別の例示的な実施形態では、PEG修飾されたシアル酸は、以下の式を有する。

式中、Lは、シアル酸部分とPEG部分を連結する、置換もしくは非置換のアルキル、あるいは置換もしくは非置換のヘテロアルキルのリンカー部分である。
好ましい実施形態では、上述のアスパラギン残基のうちの少なくとも2つ、より好ましくは3つ、より好ましくは4つが、上記に示すN結合型グリカン鎖によって官能化されている。
本発明のコンジュゲートは、一価または多価(例えば、アンテナ構造)である完全なグリコシル結合基を含む。したがって、本発明のコンジュゲートは、選択された部分が一価のグリコシル結合基および多価の結合基を介してペプチドに結合している、双方の化学種を含む。複数の選択された部分が多価の結合基を介してペプチドに結合しているコンジュゲートも、本発明の範囲に含まれる。
修飾された糖
本発明は、修飾された糖、修飾された糖ヌクレオチド、および修飾された糖のコンジュゲートを提供する。本発明の修飾された糖化合物において、糖部分は、好ましくは、糖、デオキシ糖、アミノ糖、またはN−アシル糖である。「糖」という用語およびその同義語の「サッカリル」、「砂糖」、および「グリコシル」は、モノマー、ダイマー、オリゴマー、およびポリマーを指す。糖部分も、修飾基によって官能化される。修飾基は、通常、糖上のアミン、スルフヒドリル、またはヒドロキシル、例えば、第1級ヒドロキシル部分との結合を通じて、糖部分に結合されている。例示的な実施形態では、修飾基は、糖上のアミン部分を介して、例えば、アミンと修飾基の反応性誘導体との反応によって形成されるアミド、ウレタン、または尿素を介して結合されている。
任意の糖を本発明のコンジュゲートの糖コアとして利用することができる。本発明の組成物の形成に有用である例示的な糖コアには、それだけには限らないが、グルコース、ガラクトース、マンノース、フコース、およびシアル酸が含まれる。その他の有用な糖には、グルコサミン、ガラクトサミン、マンノサミン、シアル酸の5−アミン類似体などのアミノ糖が含まれる。糖コアは、天然に存在する構造体でもよく、あるいは、修飾基を結合するための部位を生じるように修飾されたものでもよい。例えば、一実施形態では、本発明は、9−ヒドロキシ部分がアミンで置換されているシアル酸誘導体を含むペプチドコンジュゲートを提供する。このアミンは、選択された修飾基の活性化類似体で容易に誘導体化される。
以下の考察において、選択されたシアル酸誘導体の使用を参照することにより、本発明を例示する。考察の焦点は例示を明確にするためのものであること、および、説明される構造体および組成物は通常、糖の群、修飾された糖の群、活性化された修飾された糖の群、および修飾された糖の群のコンジュゲートの種類の全体に適用可能であることが、当業者には理解されよう。
例示的な実施形態では、本発明は、以下の式を有する修飾された糖アミンを含むペプチドコンジュゲートを提供する。

式中、Gはグリコシル部分であり、Lは、結合またはリンカーであり、Rは修飾基である。例示的な結合は、グリコシル部分のNHと、修飾基上の相補的に反応する基との間で形成されるものである。したがって、例示的な結合には、それだけには限らないが、NHR、OR、SRなどが含まれる。例えば、Rがカルボン酸部分を含むとき、この部分は、活性化され、グリコシル残基上のNH部分と結合して、NHC(O)Rの構造を有する結合を生じることができる。同様に、OH基およびSH基は、それぞれ、対応するエーテル誘導体またはチオエーテル誘導体に変換され得る。
例示的なリンカーとしては、アルキル部分およびヘテロアルキル部分が挙げられる。リンカーには、結合基、例えば、アシルベースの結合基、例えば、−C(O)NH−、−OC(O)NH−などが含まれる。結合基は、本発明の化学種の成分間で、例えば、グリコシル部分とリンカー(L)、またはリンカーと修飾基(R)との間で形成される結合である。その他の結合基は、エーテル、チオエーテル、およびアミンである。例えば、一実施形態では、リンカーは、グリシン残基などのアミノ酸残基である。グリシンのカルボン酸部分は、グリコシル残基上のアミンとの反応によって対応するアミドに変換され、グリシンのアミンは、修飾基の活性化されたカルボン酸またはカルボナートとの反応によって対応するアミドまたはウレタンに変換される。
別の例示的なリンカーは、PEG部分、またはアミノ酸残基で官能化されたPEG部分である。PEGは、一方のPEG末端でアミノ酸残基を介してグリコシル基に結合し、もう一方のPEG末端を介してRに結合している。あるいは、アミノ酸残基がRに結合し、アミノ酸に結合していないPEG末端がグリコシル基に結合している。
NH−L−Rの例示的な化学種は、式−NH{C(O)(CHNH}{C(O)(CH(OCHCHO(CHNH}を有する。式中、添字sおよびtは、それぞれ独立に0または1である。添字a、b、およびdは、それぞれ独立に0〜20の整数であり、cは、1〜2500の整数である。その他の類似のリンカーは、例えば、−S、−O、および−CHで−NH部分が置換されている化学種をベースとしている。
より具体的には、本発明は、NH−L−Rが、NHC(O)(CHNHC(O)(CH(OCHCHO(CHNHR、NHC(O)(CH(OCHCHO(CHNHR、NHC(O)O(CH(OCHCHO(CHNHR、NH(CHNHC(O)(CH(OCHCHO(CHNHR、NHC(O)(CH)aNHR、NH(CHNHR、およびNHRである化合物を含むペプチドコンジュゲートを提供する。これらの式において、添字a、b、およびdは、0〜20、好ましくは1〜5の整数からそれぞれ独立に選択される。添字cは、1〜2500の整数である。
例示的な実施形態では、Gはシアル酸であり、本発明の選択された化合物は、以下の式を有する。
当業者には理解されるように、上記の例示的な化合物中のシアル酸部分は、それだけには限らないが、グルコサミン、ガラクトサミン、マンノサミン、それらのN−アセチル誘導体などを含めて、他の任意のアミノ糖で置換することができる。
別の例示的な実施形態では、糖の第1級ヒドロキシル部分が修飾基で官能化されている。例えば、シアル酸の9−ヒドロキシルを対応するアミンに変換し官能化させて、本発明の化合物を得ることができる。この実施形態の化学式には以下のものが含まれる。
さらなる例示的な実施形態では、本発明は、6−ヒドロキシル位置が対応するアミン部分に変換されている修飾された糖を含む、前述したものなどのリンカー−修飾基カセットを有するペプチドコンジュゲートを提供する。これらの修飾された糖のコアとして使用できる例示的なサッカリル基には、Gal、GalNAc、Glc、GlcNAc、Fuc、Xyl、Manなどが含まれる。この実施形態の代表的な修飾された糖は、以下の式を有する。

式中、R〜R、およびRは、H、OH、C(O)CH、NH、およびNHC(O)CHからそれぞれ独立に選択されるメンバーである。Rは、前述したOR、NHR、またはNH−L−Rである。
本発明の選択されたコンジュゲートは、マンノース、ガラクトース、もしくはグルコース、または、マンノース、ガラクトース、もしくはグルコースの空間的配置を有する化学種をベースとしている。これらのコンジュゲートの一般式は以下のとおりである。
別の例示的な実施形態では、本発明は、対応するヌクレオチド糖として活性化される、前述の化合物を提供する。修飾された形態で本発明において使用される例示的な糖ヌクレオチドには、1リン酸ヌクレオチド、2リン酸ヌクレオチド、もしくは3リン酸ヌクレオチド、またはその類似体が含まれる。好ましい実施形態では、修飾された糖ヌクレオチドは、UDP−グリコシド、CMP−グリコシド、またはGDP−グリコシドから選択される。さらにより好ましくは、修飾された糖ヌクレオチドの糖ヌクレオチド部分は、UDP−ガラクトース、UDP−ガラクトサミン、UDP−グルコース、UDP−グルコサミン、GDP−マンノース、GDP−フコース、CMP−シアル酸、またはCMP−NeuAcから選択される。例示的な実施形態では、リン酸ヌクレオチドは、C−1に結合している。
したがって、グリコシル部分がシアル酸である例示的な実施形態では、本発明は、以下の式を有する化合物を用いて形成されるペプチドコンジュゲートを提供する。

式中、L−Rは、前述のとおりであり、L−Rは、修飾基に結合したリンカーを表す。Lと同様に、Lで示される例示的なリンカー種には、結合、アルキルまたはヘテロアルキル部分が含まれる。これらの実施形態の例示的な修飾された糖ヌクレオチド化合物を、図1および図2に示す。
別の例示的な実施形態では、本発明は、本発明の修飾された糖と基質、例えば、ペプチド、脂質、アグリコンなどとの間で、より具体的には、修飾された糖とグリコペプチドまたは糖脂質のグリコシル残基との間で形成されるコンジュゲートを提供する。この実施形態では、修飾された糖の糖部分は、基質と修飾基の間に介在するグリコシル結合基となる。例示的なグリコシル結合基は、結合基を形成している1つまたは複数のグリコシル部分が、化学物質(例えば、メタ過ヨウ素酸ナトリウム)または酵素的プロセス(例えば、オキシダーゼ)によって分解されていない、完全なグリコシル結合基である。本発明の選択されたコンジュゲートは、アミノ糖、例えば、マンノサミン、グルコサミン、ガラクトサミン、シアル酸などのアミン部分に結合している修飾基を含む。このモチーフの例示的な修飾基−完全なグリコシル結合基カセットは、以下の式を有するものなどシアル酸の構造をベースとしている。

上式において、R、L、およびLは、前述したとおりのものである。
さらに別の例示的な実施形態では、コンジュゲートは、基質と、サッカリル部分の6位炭素でリンカーを介して修飾基が結合しているサッカリル部分の1位との間で形成されている。したがって、この実施形態の例示的なコンジュゲートは以下の式を有する。

式中、各基は、前述したとおりのものである。前述の修飾されたサッカリル部分は、2、3、4、または5位の炭素原子においても基質に結合され得ることが、当業者には理解されよう。
この実施形態の例示的な化合物には、以下の式を有する化合物が含まれる。

式中、R基および添字は、前述したとおりのものである。
本発明は、6位炭素においてL−Rで修飾された糖ヌクレオチドも提供する。この実施形態の例示的な化学種には以下のものが含まれる。

式中、R基およびLは、前述した部分を表す。添字「y」は、0、1、または2である。
本発明の別の例示的なヌクレオチド糖は、GDPマンノースの空間的配置を有する化学種をベースとしている。この実施形態の例示的な化学種は、以下の構造を有する。
さらに別の例示的な実施形態では、本発明は、UDPガラクトースの空間的配置をベースとしたコンジュゲートを提供する。この実施形態の例示的な化合物は、以下の構造を有する。
別の例示的な実施形態では、ヌクレオチド糖は、グルコースの空間的配置をベースとしている。この実施形態の例示的な化学種は、以下の式を有する。
修飾基Rは、それだけには限らないが、水溶性ポリマー、水不溶性ポリマー、治療薬、診断薬などを含めて、いくつかの化学種のうちの任意のものでよい。例示的な修飾基の性質を以下により詳細に考察する。
修飾基
水溶性ポリマー
多くの水溶性ポリマーが当業者に公知であり、本発明を実施するのに有用である。水溶性ポリマーという用語は、糖(例えば、デキストラン、アミロース、ヒアルロン酸、ポリシアル酸、ヘパラン、ヘパリンなど);ポリアミノ酸、例えば、ポリアスパラギン酸およびポリグルタミン酸;核酸;合成ポリマー(例えば、ポリアクリル酸、ポリエーテル、例えば、ポリエチレングリコール);ペプチド、タンパク質などの化学種を包含する。本発明は、任意の水溶性ポリマーを用いて実施してよく、唯一の制約は、そのポリマーが、コンジュゲートの残りの部分が結合され得る箇所を含んでいなければならないことである。
ポリマーを活性化するための方法も、WO94/17039号、米国特許第5324844号、WO94/18247号、WO94/04193号、米国特許第5219564号、米国特許第5122614号、WO90/13540号、米国特許第5281698号、さらにWO93/15189号で確認することができ、また、活性化ポリマーとペプチド、例えば、凝固因子VIII(WO94/15625号)、ヘモグロビン(WO94/09027号)、酸素運搬分子(米国特許第4412989号)、リボヌクレアーゼおよびスーパーオキシドジスムターゼ(Veronese他、App.Biochem.Biotech.11:141〜45頁(1985年))とを結合させる方法も各文献で確認できる。
好ましい水溶性ポリマーは、ポリマーサンプル中のかなりの比率のポリマー分子が、ほぼ同じ分子量を有するものである。このようなポリマーは、「均一分散性」である。
本発明は、ポリエチレングリコールコンジュゲートを参照することにより、さらに例示される。PEGの官能化および結合に関するいくつかの総説および研究論文が入手可能である。例えば、Harris、Macronol.Chem.Phys.C25:325〜373頁(1985年);Scouten、Methods in Enzymology 135:30〜65頁(1987年);Wong他、Enzyme Microb.Technol.14:866〜874頁(1992年);Delgado他、Critical Reviews in Therapeutic Drug Carrier Systems 9:249〜304頁(1992年);Zalipsky、Bioconjugate Chem.6:150〜165頁(1995年);およびBhadra他、Pharmazie、57:5〜29頁(2002年)を参照のこと。反応性PEG分子を調製し、反応性分子を用いてコンジュゲートを形成させるための手段は、当技術分野で公知である。例えば、米国特許第5672662号は、直鎖状または分枝状のポリアルキレンオキシド、ポリ(オキシエチル化ポリオール)、ポリオレフィンアルコール、およびポリアクリロモルホリンから選択されるポリマー酸の活性エステルの水溶性で単離可能なコンジュゲートを開示している。
米国特許第6376604号は、有機溶媒中でポリマーの末端ヒドロキシルとジ(1−ベンゾトリアゾリル)炭酸とを反応させることによって、水溶性で非ペプチド性のポリマーの水溶性1−ベンゾトリアゾリル炭酸エステルを調製するための方法を発表している。活性エステルは、タンパク質やペプチドなどの生物学的に活性な作用物質とのコンジュゲートを形成させるのに使用される。
WO99/45964号は、生物学的に活性な作用物質と活性化された水溶性ポリマーを含むコンジュゲートを記述しており、その水溶性ポリマーは、少なくとも1つの末端が安定な結合によってそのポリマー主鎖に結合しているポリマー主鎖を含み、その少なくとも1つの末端は、近接した反応性基がその分枝部分に結合している分枝部分を含み、生物学的に活性な作用物質は、近接した反応性基のうちの少なくとも1つに結合している。他の分枝状ポリエチレングリコールが、WO96/21469号で記載されている。米国特許第5932462号では、反応性官能基を含む分枝状末端を含む分枝状PEG分子を用いて形成されるコンジュゲートが記載されている。タンパク質やペプチドなどの生物学的に活性な化学種と反応して、ポリエチレングリコールと生物学的に活性な化学種とのコンジュゲートを形成させるために、遊離の反応性基が利用可能である。米国特許第5446090号では、二官能性のPEGリンカー、およびPEGリンカー末端のそれぞれにペプチドを有するコンジュゲートを形成させる際のその使用が記載されている。
分解性のPEG結合を含むコンジュゲートは、WO99/34833およびWO99/14259、ならびに米国特許第6348558号で記載されている。このような分解性の結合は、本発明で適用可能である。
当業者に認知されている前述のポリマー活性化方法は、本発明において、本明細書で示す分枝状ポリマーを形成させるのに、また、それらの分枝状ポリマーを他の化学種、例えば、糖、糖ヌクレオチドなどに結合させるのにも有用である。
本発明で有用である例示的なポリエチレングリコール分子には、それだけには限らないが、以下の式を有するものが含まれる。

式中、Rは、H、OH、NH、置換もしくは非置換のアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のヘテロアリール、置換もしくは非置換のヘテロシクロアルキル、置換もしくは非置換のヘテロアルキル、例えば、アセタール、OHC−、HN−(CH−、HS−(CH、または−(CHC(Y)Zである。添字「e」は、1〜2500の整数を表す。添字b、d、およびqは、それぞれ独立に整数0〜20を表す。記号ZおよびZは、それぞれ独立に、OH、NH、脱離基、例えば、イミダゾール、p−ニトロフェニル、HOBT、テトラゾール、ハライド、S−R、活性化エステルのアルコール部分;−(CHC(Y)V、または−(CHU(CHC(Y)Vを表す。記号Yは、H(2)、=O、=S、=N−R10を表す。記号X、Y、Y、A、およびUは、それぞれ独立に、O、S、N−R11部分を表す。記号Vは、OH、NH、ハロゲン、S−R12、活性化エステルのアルコール成分、活性化アミドのアミン成分、糖ヌクレオチド、およびタンパク質を表す。添字p、q、s、およびvは、整数0〜20からそれぞれ独立に選択されるメンバーである。記号R、R10、R11、およびR12は、H、置換もしくは非置換のアルキル、置換もしくは非置換のヘテロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、置換もしくは非置換のヘテロシクロアルキル、および置換もしくは非置換のヘテロアリールをそれぞれ独立に表す。
他の例示的な実施形態では、ポリエチレングリコール分子は、以下のものから選択される。
本発明のコンジュゲートを形成させるのに有用なポリエチレングリコールは、直鎖状または分枝状である。本発明で使用するのに適した分枝状ポリエチレングリコール分子には、それだけには限らないが、以下の式で示されるものが含まれる。

式中、RおよびR8’は、Rに関して上記に定義した群からそれぞれ独立に選択されるメンバーである。AおよびAは、Aに関して上記に定義した群からそれぞれ独立に選択されるメンバーである。添字e、f、o、およびqは、前述したとおりのものである。ZおよびYは、前述したとおりのものである。XおよびX1’は、S、SC(O)NH、HNC(O)S、SC(O)O、O、NH、NHC(O)、(O)CNH、およびNHC(O)O、OC(O)NHからそれぞれ独立に選択されるメンバーである。
他の例示的な実施形態では、分枝状PEGは、システイン、セリン、またはジリシンのコアをベースとしている。したがって、さらなる例示的な分枝状PEGには、以下のものが含まれる。
さらに別の実施形態では、分枝状PEG部分は、トリリシンペプチドをベースとしている。トリリシンは、1箇所、2箇所、3箇所、または4箇所、PEG化され得る。この実施形態の例示的な化学種は、以下の式を有する。

式中、e、f、およびf’は、それぞれ独立に選択された1〜2500の整数であり、q、q’、およびq’’は、それぞれ独立に選択された1〜20の整数である。
本発明の例示的な実施形態では、PEGは、m−PEG(5kD、10kD、または20kD)である。例示的な分枝状PEG種は、セリン−(m−PEG)またはシステイン−(m−PEG)(式中、m−PEGは20kDのm−PEGである)である。
当業者には明らかであるように、本発明で有用な分枝状ポリマーには、前述した趣旨に基づく変形体が含まれる。例えば、上記に示したジリシン−PEGコンジュゲートは、3つの重合体サブユニットを含むことができ、第3のものは、上記の構造において未修飾として示されているαアミンに結合される。同様に、3つまたは4つの重合体サブユニットで官能化されたトリリシンの使用も、本発明の範囲内である。
本発明の特定の実施形態は、以下のもの、

ならびに、以下のものなどこれらの化学種のカルボナートおよび活性エステルを含む。
本明細書で説明する化合物を調製するのに有用な直鎖状PEGを活性化させるのに適した他の活性化基または脱離基には、それだけには限らないが、以下の化学種が含まれる。
これらおよび他の化学種によって活性化されるPEG分子ならびに活性化PEGを作製する方法は、WO04/083259号で説明されている。
分枝状ポリマーのm−PEGアームのうちの1つまたは複数を、異なる末端、例えば、OH、COOH、NH、C〜C10アルキルなどを有するPEG部分で置換できることが、当業者には理解されよう。さらに、上記の構造体は、α炭素原子と側鎖の官能基との間にアルキルリンカーを挿入することによって(または、炭素原子を除去することによって)、容易に修飾される。したがって、「ホモ」誘導体および高級同族体、ならびに低級同族体は、本発明において有用な分枝状PEGのコアの範囲に含まれる。
本発明書で説明する分枝状PEG種は、以下のスキームで示すものなどの方法によって容易に調製される。

式中、XはOまたはSであり、rは、1〜5の整数である。添字eおよびfは、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数である。
すなわち、このスキームに従い、天然または非天然のアミノ酸を活性化m−PEG誘導体、この場合ではトシラートと接触させ、側鎖のヘテロ原子Xをアルキル化することによって1を形成させる。モノ官能化されたm−PEGアミノ酸を、反応性m−PEG誘導体とともにN−アシル化条件下におき、それによって、2の分枝状m−PEGを構築する。当業者なら理解するように、トシラート脱離基は、任意の適切な脱離基、例えば、ハロゲン、メシラート、トリフラートなどに交換することができる。同様に、アミンをアシル化するのに利用する反応性カルボナートも、活性なエステル、例えば、N−ヒドロキシスクシンイミドなどに交換することができ、あるいは、酸は、ジシクロヘキシルカルボジイミドやカルボニルジイミダゾールなどの脱水剤によってin situで活性化することができる。
例示的な実施形態では修飾基はPEG部分であるが、任意の修飾基、例えば、水溶性ポリマー、水不溶性ポリマー、治療効果のある部分などを、適切な結合を通じてグリコシル部分に組み込むことができる。修飾された糖は、酵素的手段、化学的手段、またはそれらの組合せによって形成され、それにより、修飾された糖を生じる。例示的な実施形態では、これらの糖は、修飾部分の付加を可能にし、さらに、修飾された糖をG−CSFペプチドに結合させることができる酵素の基質として糖が機能することを可能にする任意の位置で活性アミンに置換されている。例示的な実施形態では、ガラクトサミンが修飾された糖であるとき、アミン部分は6位の炭素原子に結合している。
水溶性ポリマーで修飾された化学種
糖部分が水溶性ポリマーで修飾されている、水溶性ポリマーで修飾されたヌクレオチド糖種が、本発明において有用である。例示的な修飾された糖ヌクレオチドは、糖上のアミン部分を介して修飾されている糖基を有する。修飾された糖ヌクレオチド、例えば、糖ヌクレオチドのサッカリル−アミン誘導体も、本発明の方法において有用である。例えば、(修飾基の付いていない)サッカリルアミンをペプチド(または他の化学種)に酵素的に結合させ、続いて、その遊離なサッカリルアミン部分を所望の修飾基に結合させることができる。あるいは、修飾された糖ヌクレオチドが、基質、例えば、ペプチド、グリコペプチド、脂質、アグリコン、糖脂質などにあるサッカリル受容体に修飾された糖を転移させる酵素の基質として機能することもできる。
糖コアがガラクトースまたはグルコースである一実施形態では、RはNHC(O)Yである。
例示的な実施形態では、修飾された糖は、6−アミノ−N−アセチル−グリコシル部分をベースとしている。N−アセチルガラクトサミンについて以下に示すように、6−アミノ糖部分は、標準の方法によって容易に調製される。
上記のスキームにおいて、添字nは、1〜2500、好ましくは10〜1500、より好ましくは10〜1200の整数を表す。記号「A」は、活性化基、例えば、ハロ、活性化エステルの成分(例えば、N−ヒドロキシスクシンイミドエステル)、カルボナートの成分(例えば、p−ニトロフェニルカルボナート)などを表す。他のPEG−アミドヌクレオチド糖は、この方法および類似した方法によって容易に調製されることが、当業者には理解されよう。
他の例示的な実施形態では、アミド部分は、ウレタンや尿素などの基に置き換えられる。
さらに別の実施形態では、Rは、分枝状PEG、例えば、前述した化学種のうちの1つである。この実施形態の例示的な化合物には以下のものが含まれる。

式中、Xは、結合またはOである。
さらに、前述したように、本発明は、直鎖状または分枝状の水溶性ポリマーで修飾されたヌクレオチド糖を用いて形成されるペプチドコンジュゲートを提供する。例えば、以下に示す式を有する化合物は、本発明の範囲内である。

式中、Xは、Oまたは結合である。
同様に、本発明は、6位の炭素が修飾されている修飾された糖種のヌクレオチド糖を用いて形成されるペプチドコンジュゲートも提供する。

式中、Xは、結合またはOである。
本発明の組成物を含むペプチドおよびグリコペプチド、脂質および糖脂質のコンジュゲートも提供される。例えば、本発明は、以下の式を有するコンジュゲートを提供する。
水不溶性ポリマー
別の実施形態では、前述のものと類似して、修飾された糖は、水溶性ポリマーではなく水不溶性ポリマーを含む。本発明のコンジュゲートは、1種または複数の水不溶性ポリマーを含んでもよい。本発明のこの実施形態は、制御された方式で治療ペプチドを送達するのに用いられるビヒクルとしてコンジュゲートを使用することによって例示される。高分子薬物の送達システムは、当技術分野で公知である。例えば、Dunn他編、POLYMERIC DRUGS AND DRUG DELIVERY SYSTEMS、ACS Symposium Series 469巻、American Chemical Society、ワシントン、D.C.1991年を参照のこと。実質上どの公知の薬物送達システムも本発明のコンジュゲートに適用可能であることが、当業者には理解されよう。
代表的な水不溶性ポリマーとしては、それだけには限らないが、ポリホスファジン、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリカルボナート、ポリアルキレン、ポリアクリルアミド、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレンオキシド、ポリアルキレンテレフタラート、ポリビニルエーテル、ポリビニルエステル、ポリビニルハライド、ポリビニルピロリドン、ポリグリコリド、ポリシロキサン、ポリウレタン、ポリメチルメタクリラート、ポリエチルメタクリラート、ポリブチルメタクリラート、ポリイソブチルメタクリラート、ポリヘキシルメタクリラート、ポリイソデシルメタクリラート、ポリラウリルメタクリラート、ポリフェニルメタクリラート、ポリメチルアクリラート、ポリイソプロピルアクリラート、ポリイソブチルアクリラート、ポリ(オクタデシルアクリラート)ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンテレフタラート、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、プルロニック、およびポリビニルフェノール、ならびにそれらの共重合体が挙げられる。
本発明のコンジュゲートにおいて有用な合成により修飾された天然ポリマーとしては、それだけには限らないが、アルキルセルロース、ヒドロキシルアルキルセルロース、セルロースエーテル、セルロースエステル、およびニトロセルロースが挙げられる。合成により修飾された天然ポリマーの広範なクラスのうちの特に好ましいメンバーとしては、それだけには限らないが、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、酢酸フタル酸セルロース、カルボキシメチルセルロース、三酢酸セルロース、硫酸セルロースナトリウム塩、ならびにアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、およびアルギン酸のポリマーが挙げられる。
本明細書で説明するこれらおよび他のポリマーは、Sigma Chemical社(セントルイス(St.Louis)、ミズーリ州)、Polysciences社(ワレントン(Warrenton)、ペンシルベニア州)、Aldrich社(ミルウォーキー(Milwaukee)、ウィスコンシン州)、Fluka社(ロンコンコマ(Ronkonkoma)、ニューヨーク州)、およびBioRad社(リッチモンド(Richmond)、カリフォルニア州)などの商業的供給業者から容易に入手することができ、あるいは、標準の技術を用いてこれらの供給業者から得たモノマーから合成することができる。
本発明のコンジュゲートにおいて有用な代表的な生分解性のポリマーとしては、それだけには限らないが、ポリラクチド、ポリグリコリド、およびそれらの共重合体、ポリエチレンテレフタラート、ポリ酪酸、ポリ吉草酸、ポリ(ラクチド−co−カプロラクトン)、ポリ(ラクチド−co−グリコリド)、ポリ無水物、ポリオルトエステル、それらの混合物および共重合体が挙げられる。コラーゲン、プルロニックなどを含むものなど、ゲルを形成する組成物が特に有用である。
本発明において有用なポリマーには、その構造の少なくとも1部分の内部に生体吸収性分子を有する水不溶性物質を含む「ハイブリッド」ポリマーが含まれる。このようなポリマーの例は、水不溶性の共重合体を含むものであり、ポリマー鎖ごとに生体吸収性領域、親水性領域、および複数の架橋性官能基を有する。
本発明の目的において、「水不溶性の物質」とは、水または水を含有する環境に実質上不溶性である物質を含む。したがって、共重合体の一部の領域または部分は親水性でも、さらには水溶性でもよいが、ポリマー分子は全体として、実質的な量としては水に溶解しない。
本発明の目的において、「生体吸収性分子」という用語は、代謝もしくは分解され、通常の排出経路を通じて身体に再吸収および/または排除されることができる領域を含む。このような代謝産物または分解産物は、身体に対して実質上非毒性であることが好ましい。
共重合体組成物が全体として水溶性に変えられない限りは、生体吸収性領域は疎水性でも親水性でもよい。したがって、生体吸収性領域は、ポリマーが全体として水不溶性のままであるという優先条件に基づいて選択される。したがって、相対的諸特性、すなわち、含まれる官能基の種類、ならびに、生体吸収性領域および親水性領域の相対的比率は、有用な生体吸収性組成物が水不溶性のままであることを確実にするように選択される。
例示的な再吸収性ポリマーには、例えば、ポリ(α−ヒドロキシ−カルボン酸)/ポリオキシアルキレンの合成により作製された再吸収性のブロック共重合体が含まれる(Cohn他、米国特許第4826945号を参照のこと)。これらの共重合体は、架橋されておらず水溶性であり、したがって、身体は分解されたブロック共重合体組成物を排出することができる。Younes他、J Biomed.Mater.Res.21:1301〜1316頁(1987年)、およびCohn他、J Biomed.Mater.Res.22:993〜1009頁(1988年)を参照のこと。
現在のところ好ましい生体吸収性ポリマーは、ポリエステル、ポリヒドロキシ酸、ポリラクトン、ポリアミド、ポリエステルアミド、ポリアミノ酸、ポリ無水物、ポリオルトエステル、ポリカルボナート、ポリホスファジン、ポリリン酸エステル、ポリチオエステル、多糖、およびそれらの混合物から選択される1種または複数の成分を含む。さらにより好ましくは、生体吸収性ポリマーは、ポリヒドロキシ酸成分を含む。ポリヒドロキシ酸のうちでは、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロン酸、ポリ酪酸、ポリ吉草酸、ならびにそれらの共重合体および混合物が好ましい。
in vivoで吸収される(「生体吸収される」)断片を形成することに加えて、本発明の方法で使用するのに好ましいポリマー被膜も、排出可能および/または代謝可能な断片を形成することができる。
高次の共重合体も本発明で使用することができる。例えば、1984年3月20日発行のCasey他、米国特許第4438253号は、ポリグリコール酸およびヒドロキシル末端のポリアルキレングリコールのエステル転移反応から作製されるトリブロック共重合体を開示している。このような組成物は、再吸収性モノフィラメント縫合糸として使用するために開示されている。このような組成物の柔軟性は、tetra−p−トリルオルトカルボナートなどの芳香族オルトカルボナートを共重合体構造に組み込むことによって調節される。
乳酸および/またはグリコール酸をベースとする他のポリマーも利用することができる。例えば、1993年4月13日発行のSpinu、米国特許第5202413号は、オリゴマージオールまたはジアミン残基上にラクチドおよび/またはグリコリドを開環重合させ、続いて、ジイソシアナート、ジアシルクロリド、ジクロロシランなどの二官能化合物を用いて鎖伸長させることにより作製される、ポリラクチドおよび/またはポリグリコリドの連続して配置されたブロックを有する生分解性マルチブロック共重合体を開示している。
本発明において有用な被膜の生体吸収性領域は、加水分解および/または酵素によって切断可能となるように設計することができる。本発明の目的において、「加水分解により切断可能」とは、水または水を含有する環境における加水分解に対して、共重合体、特に生体吸収性領域が影響を受けやすいことを意味する。同様に、本明細書では「酵素により切断可能」とは、内因性または外因性の酵素による切断に対して、共重合体、特に生体吸収性領域が影響を受けやすいことを意味する。
体内に入ると、親水性領域は、処理されて排出可能および/または代謝可能な断片になり得る。したがって、親水性領域としては、例えば、ポリエーテル、ポリアルキレンオキシド、多価アルコール、ポリビニルピロリジン、ポリビニルアルコール、ポリアルキルオキサゾリン、多糖、炭水化物、ペプチド、タンパク質、ならびにそれらの共重合体および混合物を挙げることができる。さらに、親水性領域は、例えば、ポリアルキレンオキシドでもよい。このようなポリアルキレンオキシドとしては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ならびにそれらの混合物および共重合体を挙げることができる。
ヒドロゲルの成分であるポリマーも、本発明において有用である。ヒドロゲルは、比較的大量の水を吸収することができるポリマー物質である。ヒドロゲル形成化合物の例としては、それだけには限らないが、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリジン、ゼラチン、カラゲナンおよび他の多糖、ヒドロキシエチレンメタクリル酸(HEMA)、ならびにそれらの誘導体などが挙げられる。安定で、生分解性かつ生体吸収性のヒドロゲルを作製することができる。さらに、ヒドロゲル組成物は、これらの特性のうちの1種または複数を示すサブユニットを含んでもよい。
架橋によって完全性を調節することができる生体適合性ヒドロゲル組成物は公知であり、現在のところ、本発明の方法で使用するのに好ましい。例えば、Hubbell他、1995年4月25日発行の米国特許第5410016号および1996年6月25日発行の第5529914号は、水溶性の系を開示しており、これらは、水溶性の中央のブロック部分が加水分解に対して不安定な2つの伸長部分の間にはさまれている架橋ブロック共重合体である。さらに、このような共重合体は、光重合性のアクリル酸官能基でエンドキャップされている。架橋されると、これらの系はヒドロゲルになる。このような共重合体の水溶性の中央ブロックはポリエチレングリコールを含んでよく、一方、加水分解に対して不安定な伸長部分は、ポリグリコール酸やポリ乳酸などのポリ(α―ヒドロキシ酸)でよい。Sawhney他、Macromolecules26:581〜587頁(1993年)を参照のこと。
別の好ましい実施形態では、ゲルは、熱可逆性ゲルである。プルロニック、コラーゲン、ゼラチン、ヒアルロン酸、多糖、ポリウレタンヒドロゲル、ポリウレタン尿素ヒドロゲル、およびそれらの組合せ物などの成分を含む熱可逆性ゲルが、現在のところ好ましい。
さらに別の例示的な実施形態では、本発明のコンジュゲートは、リポソーム成分を含む。リポソームは、例えば1985年6月11日発行のEppstein他、米国特許第4522811号で記載されているような当業者に公知の方法に従って調製することができる。例えば、リポソーム製剤は、無機溶媒中で適切な脂質(ステアロイルホスファチジルエタノールアミン、ステアロイルホスファチジルコリン、アラカドイルホスファチジルコリン、およびコレステロールなど)を溶解させ、次に溶媒を蒸発させて容器の表面に乾燥した脂質の薄い被膜を残すことによって、調製することができる。次に、活性な化合物または薬剤として許容されるその塩の水溶液が、その容器中に導入される。次に、手動でその容器を回転させて、容器の側面から脂質物質を遊離させ、脂質凝集体を分散させ、それにより、リポソーム懸濁液を形成させる。
上記に挙げた微粒子および微粒子の調製方法が、例として提供されるが、それらは、本発明で有用な微粒子の範囲を限定するためのものではない。様々な方法によって作製された一連の微粒子が本発明において有用であることは、当業者には明らかであろう。
水溶性ポリマーに関して前述した構造の形態は、直鎖状と分枝状のどちらも、一般に、水不溶性ポリマーにも同様に適用できる。したがって、例えば、システイン、セリン、ジリシン、およびトリリシン分岐コアは、2つの水不溶性ポリマー部分で官能化することができる。これらの化学種を作製するのに使用される方法は、一般に、水溶性ポリマーを作製するのに使用される方法に極めて類似している。
治療用グリコペプチドのin vivo半減期も、ポリエチレングリコール(PEG)などのPEG部分を用いて向上させることができる。例えば、タンパク質をPEGで化学修飾(PEG化)すると、それらの分子サイズが大きくなり、表面および官能基の接近容易性が低減される。各接近容易性は、タンパク質に結合されるPEGのサイズに依存する。この結果、血漿半減期およびタンパク質分解に対する安定性が改善され、免疫原性および肝臓への取込みが低減される(Chaffee他、J.Clin.Invest.89:1643〜1651頁(1992年)、Pyatak他、Res.Commun.Chem.Pathol Pharmacol.29:113〜127頁(1980年))。インターロイキン−2をPEG化するとin vivoでの抗腫瘍力が増大されることが報告されており(Katre他、Proc.Natl.Acad.Sci.USA.84:1487〜1491頁(1987年))、また、モノクローナル抗体A7由来のF(ab’)2をPEG化すると、その腫瘍局在性が改善された(Kitamura他、Biochem.Biophys.Res.Commun.28:1387〜1394頁(1990年))。したがって他の好ましい実施形態では、本発明の方法によってPEG部分で誘導体化されたペプチドのin vivo半減期は、非誘導体化ペプチドのin vivo半減期と比べて延長されている。
ペプチドのin vivo半減期の増大は、その量の増大率の範囲として最も良く表現される。増大率の範囲の下限は、約40%、約60%、約80%、略100%略100%、約150%、または約200%である。この範囲の上限は、約60%、約80%、略100%略100%、約150%、または、約250%より高い。
例示的な実施形態では、本発明は、PEG化されたFSH(図1、図2、および図5)を提供する。
方法
上述のコンジュゲートに加えて、本発明は、これらおよび他のコンジュゲートを調製するための方法も提供する。したがって、他の態様では、本発明は、選択された部分とG−CSFペプチドの間の共有結合性コンジュゲートを形成させる方法を提供する。さらに、本発明は、身体の特定の組織または領域に本発明のコンジュゲートを標的化させるための方法も提供する。
例示的な実施形態では、コンジュゲートは、PEG部分(またはPEG部分を含む酵素的に転移可能なグリコシル部分)とグリコシル化ペプチドまたは非グリコシル化ペプチドとの間で形成される。PEGは、G−CSFペプチドとPEG部分の双方の間に介在し、かつそれらに共有結合している完全なグリコシル結合基を介してG−CSFペプチドに結合しており、あるいは、PEG−非グリコシルリンカー(例えば、置換もしくは非置換のアルキル、置換もしくは非置換のヘテロアルキル)構築体に結合している。この方法は、修飾された糖と、その修飾された糖が基質であるグリコシルトランスフェラーゼとを含有する混合物にG−CSFペプチドを接触させることを含む。反応は、修飾された糖とG−CSFペプチドの間に共有結合を形成させるのに十分な条件のもとで実施する。修飾された糖の糖部分は、好ましくは、ヌクレオチド糖、活性化糖、およびヌクレオチドでもなく活性化もされていない糖から選択される。
受容体ペプチド(グリコシル化もしくは非グリコシル化)は、通常、新規に合成され、あるいは、原核細胞(例えば、大腸菌などの細菌細胞)中、または哺乳動物、酵母、昆虫、真菌、もしくは植物の細胞など真核細胞中で組換えによって発現される。G−CSFペプチドは、完全長タンパク質でも断片でもよい。さらに、G−CSFペプチドは、野生型ペプチドでも変異ペプチドでもよい。例示的な実施形態では、G−CSFペプチドは、1つまたは複数のN−結合型またはO−結合型グリコシル化部位をペプチド配列に加える突然変異を含んでいる。
例示的な実施形態では、Factor IXは以下の方法でO−グリコシル化され、水溶性ポリマーで官能化される。ペプチドは、利用可能なアミノ酸グリコシル化部位を用いて作製され、または、グリコシル化される場合は、アミノ酸が露出されるようにそのグリコシル部分がトリミングされる。例えば、セリンまたはトレオニンをα−1N−アセチルアミノガラクトシル化(GalNAc)し、ST6GalNAcT1を用いて、シアル酸−修飾基カセットによってNAc−ガラクトシル化ペプチドにシアル酸付加する。あるいは、NAc−ガラクトシル化ペプチドをCore−1−GalT−1によってガラクトシル化し、ST3GalT1を用いてシアル酸−修飾基カセットによってその生成物にシアル酸付加する。この方法による例示的なコンジュゲートは、以下の結合、すなわち、Thr−α−1−GalNAc−β−1,3−Gal−α2,3−Sia(Siaはシアル酸−修飾基カセットである)を有する。
複数の酵素およびサッカリル供与体を用いる、前述したもののような本発明の方法では、個々のグリコシル化工程は、別々に実施しても、「ワンポット」反応系で組み合わせてもよい。例えば、上述した3種の酵素を用いる反応では、GalNAcトランスフェラーゼ、GalT、SiaT、およびそれらの供与体は、1つの容器中で混合してよい。あるいは、GalNAc反応を単独で実施し、GalTとSiaTの双方と適切なサッカリル供与体を1つの工程として加えてもよい。反応を行う他の態様は、各酵素および適切な供与体を順次添加し、「ワンポット」の形式で反応を実施するものである。前述した各方法を組み合わせると、本発明の化合物を調製するのに有用である。
本発明のコンジュゲート、具体的にはGlycoPEG化されたN−結合型グリカンでは、Sia−修飾基カセットは、α−2,6結合またはα−2,3結合でGalに結合することができる。
本発明の方法は、組換えによって作製される不完全なグリコシル化ペプチドの修飾法も提供する。本発明の方法で修飾された糖を使用すると、G−CSFペプチドをさらにグリコシル化し、同時に、例えば、PEG部分や治療薬などで誘導体化することができる。修飾された糖の糖部分は、完全なグリコシル化ペプチドの受容体に適切に結合すると考えられる残基でも、所望の特性を有する別の糖部分でもよい。
本発明の方法によって修飾されるG−CSFペプチドは、合成ペプチドでも野生型ペプチドでもよく、あるいは、それらは、部位特異的変異誘発など当技術分野で公知の方法によって作製される変異ペプチドでもよい。ペプチドのグリコシル化は、通常、N−結合型またはO−結合型である。例示的なN−結合は、アスパラギン残基の側鎖への修飾された糖の付加である。トリペプチド配列のアスパラギン−X−セリンおよびアスパラギン−X−トレオニン(Xは、プロリン以外の任意のアミノ酸である)は、糖部分がアスパラギン側鎖に酵素的に付加するための認識配列である。したがって、これらのトリペプチド配列のいずれかがポリペプチド中に存在することにより、グリコシル化可能な部位が作り出される。O−結合型グリコシル化とは、1つの糖(例えば、N−アセチルガラクトサミン、ガラクトース、マンノース、GlcNAc、グルコース、フコース、またはキシロース)がヒドロキシアミノ酸のヒドロキシ側鎖に付加することを意味する。ヒドロキシアミノ酸は、5−ヒドロキシプロリンまたは5−ヒドロキシリシンも使用してよいが、好ましくは、セリンまたはトレオニンである。
例えば、一実施形態では、G−CSFを哺乳動物の系で発現させ、シアリダーゼ処理によって末端のシアル酸残基をトリミングし、続いて、ST3Gal3およびPEG−シアル酸供与体を用いてPEG化することにより、修飾する。
別の例示的な実施形態では、哺乳動物細胞で発現させたG−CSFを、最初にシアリダーゼで処理して末端のシアル酸残基をトリミングし、続いて、ST3Gal3およびPEG−シアル酸供与体を用いてPEG化し、次いで、ST3Gal3およびシアル酸供与体を用いてシアル酸付加する。
哺乳動物の系で発現されたG−CSFを、シアリダーゼおよびガラクトシダーゼで処理してそのシアル酸およびガラクトース残基をトリミングし、次に、ガラクトース供与体およびガラクトシルトランスフェラーゼを用いてガラクトシル化し、次いで、ST3Gal3およびPEG−シアル酸供与体を用いてPEG化することもできる。
さらに別の例示的な実施形態では、G−CSFを最初にシアリダーゼでは処理せず、修飾基−シアル酸カセットおよびST3Gal3などの酵素を用いたシアル酸転移反応によってGlycoPEG化する。
別の例示的な実施形態では、G−CSFを昆虫細胞で発現させ、以下の手順で修飾する。すなわち、適切なN−アセチルグルコサミン供与体およびGnT−I、II、IV、Vのうちの1種または複数を用いて、最初にN−アセチルグルコサミンをG−CSFに付加し、次に、PEG−ガラクトース供与体およびガラクトシルトランスフェラーゼを用いてG−CSFをPEG化する。
酵母で産生されるG−CSFもGlycoPEG化することができる。例えば、G−CSFをエンドグリカナーゼで最初に処理してグリコシル基をトリミングし、ガラクトース供与体およびガラクトシルトランスフェラーゼを用いてガラクトシル化し、次に、ST3Gal3およびPEG−シアル酸供与体を用いてPEG化する。
ペプチドまたは他の構造体へのグリコシル化部位の追加は、アミノ酸配列が1つまたは複数のグリコシル化部位を有するようにアミノ酸配列を改変することによって、好都合に実現される。−OH基を提示している1種または複数の化学種、好ましくはセリンまたはトレオニン残基をG−CSFペプチドの配列内部に組み込むことによっても追加を行うことができる(O−結合型グリコシル化部位の場合)。突然変異によって、またはG−CSFペプチドを完全に化学合成することによって追加を行うことができる。G−CSFペプチドアミノ酸配列は、好ましくは、DNAレベルでの変化を通じて、具体的には、所望のアミノ酸に翻訳されるコドンが生じるように、予め選択した塩基の位置で、そのペプチドをコードするDNAを突然変異させることによって改変される。DNA突然変異は、好ましくは、当技術分野で公知の方法を用いて行われる。
例示的な実施形態では、グリコシル化部位は、ポリヌクレオチドをシャフリングすることによって追加される。DNAシャフリングプロトコールを用いて、候補のペプチドをコードしているポリヌクレオチドを改変することができる。DNAシャフリングは、関連遺伝子のプールのランダム断片化と、それに続くポリメラーゼ連鎖反応法と同様のプロセスによる断片の再構築によって実施される、組換えおよび突然変異を繰り返すプロセスである。例えば、Stemmer、Proc.Natl.Acad.Sci.USA91:10747〜10751頁(1994年)、Stemmer、Nature370:389〜391頁(1994年)、および、米国特許第5605793号、第5837458号、第5830721号、第5811238号を参照のこと。
本発明は、1つまたは複数の選択されたグリコシル残基をペプチドに付加し(またはそれから除去し)、その後に、そのペプチドの選択されたグリコシル残基うちの少なくとも1つに修飾された糖を結合させる手段も提供する。この実施形態は、例えば、ペプチド上に存在していない、または所望の量が存在していない選択されたグリコシル残基に修飾された糖を結合することが望ましいときに、有用である。すなわち、修飾された糖をペプチドに結合させる前に、酵素的または化学的結合によって、選択されたグリコシル残基をG−CSFペプチドに結合させる。別の実施形態では、グリコペプチドから糖残基を除去することによって、修飾された糖を結合させる前にグリコペプチドのグリコシル化パターンを改変する。例えば、WO98/31826を参照のこと。
グリコペプチド上に存在する任意の糖部分の付加または除去は、化学的または酵素的に遂行する。化学的脱グリコシル化は、好ましくは、ポリペプチド変異体を化合物トリフルオロメタンスルホン酸、または等価な化合物に曝露させることによってもたらされる。この処理により、結合している糖(N−アセチルグルコサミンまたはN−アセチルガラクトサミン)以外の大半またはすべての糖が切断されるが、ペプチドは損なわれずに残る。化学的脱グリコシル化は、Hakimuddin他、Arch.Biochem.Biophys.259:52頁(1987年)およびEdge他、Anal.Biochem.118:131頁(1981年)で記載されている。ポリペプチド変異体上の糖部分の酵素的切断は、Thotakura他、Meth.Enzymol.138:350頁(1987年)で記載されているように、様々なエンドグリコシダーゼおよびエキソグリコシダーゼを使用することによって達成することができる。
グリコシル部分の化学的付加は、当業者に認知されている任意の方法によって実施される。糖部分の酵素的付加は、好ましくは、本明細書で説明する方法の変法により、本発明で使用する修飾された糖の代わりに天然のグリコシル単位を用いて実施される。糖部分を付加する他の方法は、米国特許第5876980号、第6030815号、第5728554号、および第5922577号で開示されている。
選択されたグリコシル残基の例示的な付加位置としては、それだけには限らないが、(a)N−およびO−グリコシル化のためのコンセンサス部位、(b)グリコシルトランスフェラーゼに対する受容体である末端グリコシル部分、(c)アルギニン、アスパラギン、およびヒスチジン、(d)遊離のカルボキシル基、(e)システインのものなど遊離のスルフヒドリル基、(f)セリン、トレオニン、またはヒドロキシプロリンのものなど遊離のヒドロキシル基、(g)フェニルアラニン、チロシン、またはトリプトファンのものなどの芳香族残基、あるいは(h)グルタミンのアミド基が挙げられる。本発明において有用である例示的な方法は、1987年9月11日公開のWO87/05330、ならびにAplinおよびWriston、CRC CRIT.REV.BIOCHEM.、259〜306頁(1981年)で記載されている。
方法
上述のコンジュゲートに加えて、本発明は、これらおよび他のコンジュゲートを調製するための方法も提供する。さらに、本発明は、ある疾患になる危険にさらされている被験者またはその疾患を罹患している被験者に本発明のコンジュゲートを投与することによって、疾患状態を予防、治癒、または改善する方法も提供する。
したがって、本発明は、選択された部分とG−CSFペプチドの間の共有結合性コンジュゲートを形成させる方法を提供する。
例示的な実施形態では、コンジュゲートは、水溶性ポリマー、治療効果のある部分、標的性部分、または生体分子とグリコシル化G−CSFペプチドまたは非グリコシル化G−CSFペプチドとの間で形成される。ポリマー、すなわち治療効果のある部分または生体分子は、ペプチドと修飾基(例えば、水溶性ポリマー)の間に介在しそれらの双方に共有結合しているグリコシル結合基を介してG−CSFペプチドに結合している。この方法は、修飾された糖と、酵素、例えば、その修飾された糖を基質(例えば、ペプチド、アグリコン、糖脂質)に結合させるグリコシルトランスフェラーゼとを含有する混合物にG−CSFペプチドを接触させることを含む。反応は、修飾された糖とG−CSFペプチドの間に共有結合を形成させるのに適した条件のもとで実施する。
受容体G−CSFペプチドは、通常、新規に合成され、あるいは、原核細胞(例えば、大腸菌などの細菌細胞)中、または哺乳動物、酵母、昆虫、真菌、もしくは植物細胞などの真核細胞中で組換えによって発現される。G−CSFペプチドは、完全長タンパク質でも断片でもよい。さらに、G−CSFペプチドは、野生型ペプチドでも変異ペプチドでもよい。例示的な実施形態では、G−CSFペプチドは、1つまたは複数のN−結合型またはO−結合型グリコシル化部位をペプチド配列に加える突然変異を含んでいる。
本発明の方法は、組換えによって作製される不完全なグリコシル化ペプチドの修飾法も提供する。多くの組換えによって作製される糖タンパク質は、不完全にグリコシル化されており、望ましくない特性、例えば、免疫原性、RESによる認識などを有する可能性がある糖残基を露出している。本発明の方法で修飾された糖を使用すると、ペプチドをさらにグリコシル化し、同時に、例えば、水溶性ポリマーや治療薬などで誘導体化することができる。修飾された糖の糖部分は、完全なグリコシル化ペプチドの受容体に適切に結合すると考えられる残基でも、所望の特性を有する別の糖部分でもよい。
本発明において有用なペプチドを修飾する例示的な方法は、WO04/099231、WO03/031464、およびそれらの中で示されている参考文献で説明されている。
例示的な実施形態では、本発明は、以下の部分を含むPEG化されたG−CSFを作製する方法を提供する。

式中、Dは、−OHまたはR−L−HN−である。記号Gは、R−L−または−C(O)(C〜C)アルキルを示す。Rは、直鎖状または分枝状のポリエチレングリコール残基を含む部分である。記号Lは、結合、置換もしくは非置換のアルキル、および置換もしくは非置換のヘテロアルキルから選択されるリンカーを表す。通常、DがOHであるとき、GはR−L−であり、Gが−C(O)(C〜C)アルキルであるとき、DはR−L−NH−である。本発明の方法は、(a)基質のG−CSFペプチドを、PEG−シアル酸供与体と、供与体に由来するPEG−シアル酸部分を基質G−CSFペプチドに転移させることができる酵素とに接触させる工程を含む。
例示的なPEG−シアル酸供与体は、以下の式を有するものなどのヌクレオチド糖であり、

転移に適した条件のもとで、G−CSFペプチドのアミノ酸残基またはグリコシル残基上にPEG−シアル酸を転移させる酵素である。
一実施形態では、本発明のコンジュゲートを形成させる前に、基質G−CSFペプチドを宿主細胞で発現させる。例示的な宿主細胞は、哺乳動物細胞である。別の実施形態では、宿主細胞は、昆虫細胞、植物細胞、細菌、または真菌である。
本明細書で示す方法は、上記のセクションで説明した各G−CSFコンジュゲートに適用可能である。
本発明の方法によって修飾されるG−CSFペプチドは、合成ペプチドでも野生型ペプチドでもよく、あるいは、それらは、部位特異的変異誘発など当技術分野で公知の方法によって作製される変異ペプチドでもよい。ペプチドのグリコシル化は、通常、N−結合型またはO−結合型である。例示的なN−結合は、アスパラギン残基の側鎖への修飾された糖の付加である。トリペプチド配列のアスパラギン−X−セリンおよびアスパラギン−X−トレオニン(Xは、プロリン以外の任意のアミノ酸である)は、糖部分がアスパラギン側鎖に酵素的に付加するための認識配列である。したがって、これらのトリペプチド配列のいずれかがポリペプチド中に存在することにより、グリコシル化可能な部位が作り出される。O−結合型グリコシル化とは、1つの糖(例えば、N−アセチルガラクトサミン、ガラクトース、マンノース、GlcNAc、グルコース、フコース、またはキシロース)がヒドロキシアミノ酸のヒドロキシ側鎖に付加することを意味する。ヒドロキシアミノ酸は、珍しいアミノ酸または非天然アミノ酸、例えば、5−ヒドロキシプロリンまたは5−ヒドロキシリシンも使用してよいが、好ましくは、セリンまたはトレオニンである。
ペプチドまたは他の構造体へのグリコシル化部位の追加は、アミノ酸配列が1つまたは複数のグリコシル化部位を有するようにアミノ酸配列を改変することによって、好都合に実現される。−OH基を提示している1種または複数の化学種、好ましくはセリンまたはトレオニン残基をペプチドの配列内部に組み込むことによっても追加を行うことができる(O−結合型グリコシル化部位の場合)。突然変異によって、またはペプチドを完全に化学合成することによって追加を行うことができる。ペプチドアミノ酸配列は、好ましくは、DNAレベルでの変化を通じて、具体的には、所望のアミノ酸に翻訳されるコドンが生じるように、予め選択した塩基の位置で、そのペプチドをコードするDNAを突然変異させることによって、改変される。DNA突然変異は、好ましくは、当技術分野で公知の方法を用いて行われる。
例示的な実施形態では、グリコシル化部位は、ポリヌクレオチドをシャフリングすることによって追加される。DNAシャフリングプロトコールを用いて、候補のペプチドをコードしているポリヌクレオチドを改変することができる。DNAシャフリングは、関連遺伝子のプールのランダム断片化と、それに続くポリメラーゼ連鎖反応法と同様のプロセスによる断片の再構築によって実施される、組換えおよび突然変異を繰り返すプロセスである。例えば、Stemmer、Proc.Natl.Acad.Sci.USA91:10747〜10751頁(1994年)、Stemmer、Nature370:389〜391頁(1994年)、および、米国特許第5605793号、第5837458号、第5830721号、第5811238号を参照のこと。
グリコシル化部位を追加または除去する例示的な方法、および1つまたは複数のグリコシル構造を追加または除去する例示的な方法は、WO04/099231号、WO03/031464号、ならびに米国およびPCTの関連出願で詳細に記載されている。
本発明は、1つまたは複数の選択されたグリコシル残基をG−CSFペプチドに付加し(またはそれから除去し)、その後に、そのペプチドの選択されたグリコシル残基うちの少なくとも1つに修飾された糖を結合させる手段も利用する。このような技術は、例えば、ペプチド上に存在していない、または所望の量が存在していない選択されたグリコシル残基に修飾された糖を結合することが望ましいときに、有用である。すなわち、修飾された糖をペプチドに結合させる前に、酵素的または化学的結合によって、選択されたグリコシル残基をG−CSFペプチドに結合させる。別の実施形態では、グリコペプチドから糖残基を除去することによって、修飾された糖を結合させる前にグリコペプチドのグリコシル化パターンを改変する。例えば、WO98/31826号を参照のこと。
選択されたグリコシル残基の例示的な付加位置としては、それだけには限らないが、(a)N−結合型グリコシル化のためのコンセンサス部位、およびO−結合型グリコシル化のための部位、(b)グリコシルトランスフェラーゼに対する受容体である末端グリコシル部分、(c)アルギニン、アスパラギン、およびヒスチジン、(d)遊離のカルボキシル基、(e)システインのものなど遊離のスルフヒドリル基、(f)セリン、トレオニン、またはヒドロキシプロリンのものなど遊離のヒドロキシル基、(g)フェニルアラニン、チロシン、またはトリプトファンのものなどの芳香族残基、あるいは(h)グルタミンのアミド基が挙げられる。本発明において有用である例示的な方法は、1987年9月11日公開のWO87/05330号、ならびにAplinおよびWriston、CRC CRIT.REV.BIOCHEM.、259〜306頁(1981年)で記載されている。
PEG修飾された糖は、結合を媒介する適切な酵素によって、グリコシル化ペプチドまたは非グリコシル化ペプチドに結合される。1種または複数の、修飾された糖供与体、酵素、受容体ペプチドの濃度は、所望の程度の受容体修飾が達成されるまでグリコシル化が進行するように選択されることが好ましい。以下に論じる考察はシアリルトランスフェラーゼの場合で説明するが、通常、他のグリコシルトランスフェラーゼ反応に適用可能である。
グリコシルトランスフェラーゼを用いて所望のオリゴ糖構造体を合成するいくつかの方法が公知であり、通常、本発明に適用可能である。例示的な方法は、例えば、参照により本明細書に組み込むWO96/32491号、Ito他、Pure Appl.Chem.65:753頁(1993年)、米国特許第5352670号、第5374541号、第5545553号、ならびに本願の権利者が所有する米国特許第6399336号および第6440703号で記載されている。
本発明は、単一のグリコシルトランスフェラーゼまたは複数のグリコシルトランスフェラーゼの組合せ物を用いて実施される。例えば、シアリルトランスフェラーゼおよびガラクトシルトランスフェラーゼの組合せ物を使用することができる。複数の酵素を使用する実施形態では、酵素および基質が、好ましくは最初の反応混合物中で混合され、あるいは、第2の酵素反応用の酵素および試薬が、最初の酵素反応が完了またはほぼ完了した後に反応媒体に添加される。1つの容器中で2種の酵素反応を順に実施することによって、中間種を単離する処置よりも全収率が改善される。さらに、余分な溶媒および副産物の洗浄および廃棄が軽減される。
好ましい実施形態では、第1および第2の酵素はそれぞれグリコシルトランスフェラーゼである。他の好ましい実施形態では、1つの酵素はエンドグリコシダーゼである。追加の好ましい実施形態では、2つより多い酵素を使用して本発明の修飾された糖タンパク質を構築する。これらの酵素は、修飾された糖をペプチドに付加する前または後の任意の時点にG−CSFペプチド上の糖構造体を改変するのに使用される。
別の実施形態では、この方法は、1つまたは複数のエキソグリコシダーゼまたはエンドグリコシダーゼを利用する。グリコシダーゼは、通常、グリコシル結合を切断するのではなく形成させるように改変された変異体である。変異体グリカナーゼは、通常、活性部位の酸性アミノ酸残基をあるアミノ酸残基で置換されている。例えば、エンドグリカナーゼがエンド−Hであるとき、置換される活性部位残基は、通常、130位のAsp、132位のGlu、またはそれらの組合せである。これらのアミノ酸は、通常、セリン、アラニン、アスパラギン、またはグルタミンで置換される。
変異体酵素は、通常、エンドグリカナーゼ加水分解工程の逆反応に類似した合成工程によって、反応を触媒する。これらの実施形態では、グリコシル供与体分子(例えば、所望のオリゴ糖構造体または単糖構造体)は脱離基を含み、反応は、タンパク質上のGlcNAc残基へのグリコシル供与体分子の付加とともに進行する。例えば、脱離基は、フルオリドなどのハロゲンでよい。別の実施形態では、脱離基は、Asn、またはAsn−ペプチド部分である。さらに別の実施形態では、グリコシル供与体分子上のGlcNAc残基が修飾される。例えば、GlcNAc残基は、1,2オキサゾリン部分を含んでよい。
好ましい実施形態では、本発明のコンジュゲートを作製するのに利用される各酵素は、触媒量で存在している。個々の酵素の触媒量は、その酵素の基質の濃度、ならびに温度、時間、pH値などの反応条件に応じて変動する。予め選択された基質濃度および反応条件における所与の酵素の触媒量を決定するための手段は、当業者には周知である。
上記の方法が実施される温度は、氷点をちょうど上回る温度から最も敏感な酵素が変性する温度までの範囲をとり得る。好ましい温度範囲は、約0℃〜約55℃、より好ましくは約20℃〜約37℃である。別の例示的な実施形態では、本発明の方法の1つまたは複数の構成要素が、好熱性酵素を用いて高温で実施される。
受容体がグリコシル化されるのに十分な期間、反応混合物を維持し、それによって、所望のコンジュゲートを形成させる。多くの場合、コンジュゲートの一部を数時間後に検出することができ、回収可能な量が通常24時間以内に得られる。反応速度は、選択された系に対して最適化されるいくつかの変動要因(例えば、酵素濃度、供与体濃度、受容体濃度、温度、溶媒体積)に依存していることが、当業者には理解される。
本発明は、修飾ペプチドの工業規模の作製も提供する。本明細書では、工業規模では、通常、少なくとも1グラムの完成され精製されたコンジュゲートを作製する。
以下の考察において、本発明は、グリコシル化ペプチドへの修飾されたシアル酸部分の結合によって例示される。例示的な修飾されたシアル酸は、PEGで標識される。PEG修飾されたシアル酸およびグリコシル化ペプチドの使用に関する以下の考察の焦点は、例示を明確にするためのものであり、本発明がこれら2つのパートナーの結合に限定されることを意味するためのものではない。以下の考察は通常、シアル酸以外の修飾されたグリコシル部分の付加に適用可能であることが、当業者には理解される。さらに、以下の考察は、他のPEG部分、治療効果のある部分、および生体分子を含めて、PEG以外の作用物質によるグリコシル単位の修飾にも同様に適用可能である。
PEG化またはPPG化された糖をペプチドまたはグリコペプチド上に選択的に導入するために、酵素的手法を使用することができる。この方法は、PEG、PPG、またはマスクされた反応性官能基を含む修飾された糖を利用し、また、適切なグリコシルトランスフェラーゼまたはグリコシンターゼと併用される。所望の糖結合を作ると考えられるグリコシルトランスフェラーゼを選択し、修飾された糖を供与体基質として利用することによって、G−CSFペプチド主鎖、グリコペプチドの既存の糖残基、またはペプチドに付加された糖残基上に直接PEGまたはPPGを導入することができる。
シアリルトランスフェラーゼの受容体は、本発明の方法によって修飾しようとするG−CSFペプチド上に、天然の構造体として、または組換えにより、酵素的に、もしくは化学的にそこに配置されたものとして存在する。適切な受容体としては、例えば、Galβ1,4GlcNAc、Galβ1,4GalNAc、Galβ1,3GalNAc、ラクト−N−テトラオース、Galβ1,3GlcNAc、Galβ1,3Ara、Galβ1,6GlcNAc、Galβ1,4Glc(ラクトース)、および当業者に公知の他の受容体が挙げられる(例えば、Paulson他、J.Biol.Chem.253:5617〜5624頁(1978年)を参照のこと)。
一実施形態では、シアリルトランスフェラーゼの受容体は、グリコペプチドのin vivo合成の際に修飾されるグリコペプチド上に存在する。特許請求の範囲の方法によって、グリコペプチドのグリコシル化パターンを前もって変えずに、これらのグリコペプチドにシアル酸付加することができる。あるいは、本発明の方法を使用して、適切な受容体を含まないペプチドにシアル酸付加をすることもできる。その際、当業者に公知の方法によって、最初にG−CSFペプチドを修飾して受容体を含むようにする。例示的な実施形態では、GalNAcトランスフェラーゼの作用によって、GalNAc残基を付加する。
例示的な実施形態では、G−CSFペプチドに結合している適切な受容体、例えば、GlcNAcにガラクトース残基を結合させることによって、ガラクトシル受容体を構築する。この方法は、修飾しようとするG−CSFペプチドを、適切な量のガラクトシルトランスフェラーゼ(例えば、galβ1,3またはgalβ1,4)と適切なガラクトシル供与体(例えばUDP−ガラクトース)とを含有する反応混合物とともにインキュベートすることを含む。反応は、ほぼ完了するまで進行させ、あるいは、予め設定した量のガラトース残基が付加された時点で終結させる。選択された糖受容体を構築する他の方法は、当業者には明らかであろう。
さらに別の実施形態では、グリコペプチドが結合したオリゴ糖の全体または一部分を最初に「トリミング」し、シアリルトランスフェラーゼの受容体、または適切な受容体を得るために1つもしくは複数の適切な残基を付加させることができる部分を露出させる。グリコシルトランスフェラーゼやエンドグリコシダーゼなどの酵素(例えば、米国特許第5716812号を参照のこと)は、結合反応およびトリミング反応に有用である。
以下の考察において、本発明の方法は、PEG部分が結合している修飾された糖を用いて例示される。考察の焦点は、例示を明確にするためのものである。以下の考察は、修飾された糖が治療効果のある部分や生体分子などを有している実施形態にも同様に該当することが、当業者には理解されよう。
修飾された糖を付加する前に糖残基が「トリミング」される本発明の例示的な実施形態では、高マンノースがトリミングされて、第1世代のバイアンテナ構造体になる。PEG部分を有する修飾された糖が、「トリミング」によって露出された糖残基のうちの1つまたは複数に結合される。一実施例では、PEG部分は、PEG部分に結合しているGlcNAc部分を介して付加される。修飾されたGlcNAcは、バイアンテナ構造体の末端マンノース残基の1つまたは双方に結合される。あるいは、分枝状の化学種の末端の1つまたは双方に未修飾のGlcNAcを付加させることもできる。
別の例示的な実施形態では、PEG部分は、末端マンノース残基上に付加されたGlcNAc残基に結合している、ガラクトース残基を有する修飾された糖を介して、バイアンテナ構造体の末端マンノース残基の1つまたは双方に付加される。あるいは、1つまたは双方の末端GlcNAc残基に未修飾のGalを付加させることもできる。
さらに別の実施例では、修飾されたシアル酸を用いて、Gal残基にPEG部分を付加させる。
別の例示的な実施形態では、高マンノース構造体が「トリミング」されてマンノースを生じ、それからバイアンテナ構造が枝分かれする。一実施例では、PEG部分は、ポリマーで修飾されたGlcNAcを介して付加される。あるいは、未修飾のGlcNAが、マンノース、次いでPEG部分が結合したGalに付加される。さらに別の実施形態では、未修飾のGlcNAcおよびGal残基が、順次、マンノース、次いでPEG部分で修飾されたシアル酸部分に付加される。
別の例示的な実施形態では、高マンノースが「トリミング」されて最初のマンノースが結合したGlcNAcを生じる。GlcNAcは、PEG部分を有するGal残基に結合している。あるいは、未修飾のGalをGlcNAcに付加し、次いで、水溶性の糖で修飾したシアル酸を付加する。さらに別の実施例では、末端GlcNAcをGalと結合させ、続いて、PEG部分を有する修飾されたフコースでGlcNAcをフコシル化する。
高マンノースをトリミングして、ペプチドのAsnに結合される最初のGlcNAcを得ることもできる。一実施例では、GlcNAc−(Fuc)残基のGlcNAcは、水溶性ポリマーを有するGlcNAcに結合される。別の実施例では、GlcNAc−(Fuc)残基のGlcNAcは、水溶性ポリマーを有するGalで修飾される。さらに別の実施形態では、GlcNAcをGalで修飾し、次いで、PEG部分で修飾されたシアル酸をGalに結合させる。
他の例示的な実施形態は、それぞれ本明細書に参照により組み込む、本願の権利者が所有する米国特許出願公開第20040132640号、第20040063911号、第20040137557号、米国特許出願第10/369979号、第10/410913号、第10/360770号、第10/410945号、およびPCT/US02/32263号で説明されている。
前述の実施例は、本明細書で説明する方法の権利の例示を提供する。本明細書で記述する方法によって、ほぼすべての所望の構造の糖残基を「トリミング」および構築することが可能である。修飾された糖は、前述したように糖部分の末端に付加させることもでき、あるいは、ペプチドコアと糖末端の間の介在物になることもできる。
例示的な実施形態では、既存のシアル酸が、シアリダーゼによってG−CSFグリコペプチドから除去され、それによって、内在するガラクトシル残基のすべてまたは大半が露出される。あるいは、ペプチドまたはグリコペプチドを、ガラクトース残基、または末端がガラクトース単位であるオリゴ糖残基で標識する。ガラクトース残基の露出または付加に続いて、適切なシアリルトランスフェラーゼを用いて、修飾されたシアル酸を付加する。この手法をスキーム1に要約する。
スキーム2に要約するさらに別の手法では、マスクされた反応性官能基がシアル酸上に存在している。マスクされた反応性基は、修飾されたシアル酸をG−CSFに付加するのに使用される条件によって影響されないことが好ましい。修飾されたシアル酸がG−CSFペプチドに共有結合した後、マスク部分を除去し、G−CSFペプチドをPEGなどの作用物質と結合させる。修飾された糖残基上のマスクされていない反応性基と反応することにより、作用物質は特異的にペプチドに結合される。
本明細書で説明する任意の修飾された糖は、グリコペプチドのオリゴ糖側鎖の末端糖に応じて、適切なグリコシルトランスフェラーゼとともに使用することができる(表1)。前述したように、PEG化構造を導入するのに必要とされるグリコペプチドの末端糖は、発現する間に自然に導入されることがあり、あるいは、適切なグリコシダーゼ、グリコシルトランスフェラーゼ、またはグリコシダーゼとグリコシルトランスフェラーゼの混合物を用いて発現後に作製することができる。
別の例示的な実施形態では、UDP−ガラクトース−PEGを牛乳のβ1,4−ガラクトシルトランスフェラーゼと反応させ、それによって、修飾されたガラクトースを適切な末端N−アセチルグルコサミン構造体に転移させる。グリコペプチド上の末端GlcNAc残基は、哺乳動物、昆虫、植物、または真菌などの発現系で起こり得るように、発現の間に生じることがあるが、必要に応じてシアリダーゼおよび/またはグリコシダーゼおよび/またはグリコシルトランスフェラーゼでグリコペプチドを処理することによって作製することもできる。
別の例示的な実施形態では、GNT1〜5などのGlcNAcトランスフェラーゼを利用して、PEG化されたGlcNをグリコペプチド上の末端マンノース残基に転移させる。さらに別の例示的な実施形態では、N−結合型および/またはO−結合型グリカン構造体を酵素によってグリコペプチドから除去して、修飾された糖に続いて結合しているアミノ酸または末端グリコシル残基を露出させる。例えば、エンドグリカナーゼを用いてグリコペプチドのN−結合型構造体を除去して、グリコペプチド上のGlcNAcが結合したAsnとして末端GlcNAcを露出させる。UDP−Gal−PEGおよび適切なガラクトシルトランスフェラーゼを用いて、露出されたGlcNAc上にPEG−ガラクトース官能基を導入する。
代替の実施形態では、修飾された糖は、ペプチド主鎖に糖残基を転移させることが知られているグリコシルトランスフェラーゼによって、G−CSFペプチド主鎖に直接付加される。この例示的な実施形態をスキーム3で説明する。本発明を実施するのに有用である例示的なグリコシルトランスフェラーゼには、それだけには限らないが、GalNAcトランスフェラーゼ(GalNAc T1〜14)、GlcNAcトランスフェラーゼ、フコシルトランスフェラーゼ、グルコシルトランスフェラーゼ、キシロシルトランスフェラーゼ、マンノシルトランスフェラーゼなどが含まれる。この手法を使用することにより、任意の糖を欠くペプチド上に、あるいは、既存のグリコペプチド上に、修飾された糖を直接付加することが可能になる。いずれの場合も、修飾された糖の付加は、グリコシルトランスフェラーゼの基質特異性によって定められ、ペプチド主鎖上の特定の位置で起こり、化学的方法によるタンパク質ペプチド主鎖の修飾の最中に起こるようにランダムな方式では起こらない。ポリペプチド鎖中に適切なアミノ酸配列を人工的に作製することによって、グリコシルトランスフェラーゼ基質のペプチド配列を欠くタンパク質またはグリコペプチドに、一連の作用物質を導入することができる。
前述した例示的な各実施形態では、修飾された糖をペプチドに結合した後に、1種または複数の追加の化学的または酵素的修飾工程を利用することができる。例示的な実施形態では、酵素(例えば、フコシルトランスフェラーゼ)を用いて、G−CSFペプチドに結合されている末端の修飾された糖にグリコシル単位(例えばフコース)を付加させる。別の実施例では、酵素反応を利用して、修飾された糖が結合することができなかった部位を「キャップ」する。あるいは、化学反応を利用して、結合された修飾された糖の構造を改変する。例えば、結合された修飾された糖を、その修飾された糖が結合しているペプチド成分との結合を安定化または不安定化させる作用物質と反応させる。別の実施例では、修飾された糖の成分を、ペプチドへの結合の後に脱保護する。修飾された糖がG−CSFペプチドに結合された後の段階で、本発明の方法において有用な一連の酵素的手順および化学的手順があることが、当業者には理解されよう。修飾された糖とペプチドのコンジュゲートのさらなる加工も本発明の範囲内である。
酵素
アシル結合型コンジュゲートを形成する状況で前述した酵素の他に、他の酵素を利用する方法によって、コンジュゲートのグリコシル化パターンおよび出発基質(例えば、ペプチド、脂質)を加工し、トリミングし、さもなければ、修飾することができる。糖供与体を受容体に転移させる酵素を用いてペプチドおよび脂質を再構築する方法が、2003年4月17日公開のDeFreesのWO03/031464A2号で非常に詳細に考察されている。本発明の方法で有用な選択された酵素を簡単に要約して以下に示す。
グリコシルトランスフェラーゼ
グリコシルトランスフェラーゼは、タンパク質、グリコペプチド、脂質もしくは糖脂質、または、伸長中のオリゴ糖の非還元末端に、活性化された糖(供与体のNDP−糖またはNMP−糖)を段階的に付加させる触媒となる。N−結合型グリコペプチドは、トランスフェラーゼおよび脂質結合型オリゴ糖供与体Dol−PP−NAGGlcManによって、ひとまとめの転移とそれに続くコアのトリミングによって合成される。この場合、「コア」の糖の性質は、後続の付加物とはいくらか異なる。非常に多くのグリコシルトランスフェラーゼが、当技術分野では公知である。
本発明で使用するグリコシルトランスフェラーゼは、修飾された糖を糖供与体として利用することができる限り、どれでもよい。このような酵素の例には、ガラクトシルトランスフェラーゼ、N−アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ、N−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼ、フコシルトランスフェラーゼ、シアリルトランスフェラーゼ、マンノシルトランスフェラーゼ、キシロシルトランスフェラーゼ、グルクロノシルトランスフェラーゼなどのルロワール経路のグリコシルトランスフェラーゼが含まれる。
グリコシルトランスフェラーゼ反応を使用する酵素的糖合成のために、グリコシルトランスフェラーゼをクローン化し、または、任意の供給源から単離することができる。多くのクローン化グリコシルトランスフェラーゼが公知であり、それらのポリヌクレオチド配列が知られている。例えば、「The WWW Guide To Cloned Glycosyltransferases」(http://www.vei.co.uk/TGN/gt_guide.htm)を参照のこと。グリコシルトランスフェラーゼのアミノ酸配列、およびアミノ酸配列をそれから推測可能なグリコシルトランスフェラーゼをコードしているヌクレオチド配列は、Genbank、Swiss−Prot、EMBL、およびその他のものを含めて、公的に入手可能な様々なデータベースで確認することができる。
本発明の方法で使用できるグリコシルトランスフェラーゼとしては、それだけには限らないが、ガラクトシルトランスフェラーゼ、フコシルトランスフェラーゼ、グルコシルトランスフェラーゼ、N−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼ、N−アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ、グルクロニルトランスフェラーゼ、シアリルトランスフェラーゼ、マンノシルトランスフェラーゼ、グルクロン酸トランスフェラーゼ、ガラクツロン酸トランスフェラーゼ、およびオリゴサッカリルトランスフェラーゼが挙げられる。適切なグリコシルトランスフェラーゼとしては、真核生物、ならびに原核生物から得られるものが挙げられる。
グリコシルトランスフェラーゼをコードしているDNAは、化学合成によって、適切な細胞もしくは細胞系統培養物に由来するmRNAの逆転写物のスクリーニングによって、適切な細胞に由来するゲノムライブラリーのスクリーニングによって、または、これらの手順の組合せによって、得ることができる。mRNAまたはゲノムDNAのスクリーニングは、グリコシルトランスフェラーゼ遺伝子配列から作製したオリゴヌクレオチドプローブを用いて実施することができる。プローブは、公知の手順に従って、蛍光基、放射性原子、または化学発光基などの検出可能な基で標識し、従来のハイブリダイゼーションアッセイで使用することができる。代替方法では、ポリメラーゼ連鎖反応法(PCR)手順により、グリコシルトランスフェラーゼ遺伝子配列から作製されるPCRオリゴヌクレオチドプライマーを用いて、グリコシルトランスフェラーゼの遺伝子配列を得ることができる。Mullis他、米国特許第4683195号、およびMullis他、米国特許第4683202号を参照のこと。
グリコシルトランスフェラーゼ酵素をコードしているDNAを含むベクターで形質転換させた宿主細胞中で、グリコシルトランスフェラーゼを合成することができる。ベクターを用いて、グリコシルトランスフェラーゼ酵素をコードしているDNAを増幅させ、かつ/または、グリコシルトランスフェラーゼ酵素をコードしているDNAを発現させる。発現ベクターは、グリコシルトランスフェラーゼ酵素をコードしているDNA配列が、適切な宿主中でグリコシルトランスフェラーゼ酵素の発現をもたらすことができる適切な制御配列に作動可能に連結している、複製可能なDNA構築体である。このような制御配列の必要性は、選択される宿主および選択される形質転換方法によって変わると考えられる。通常、制御配列は、転写プロモーター、転写を制御するための任意選択のオペレーター配列、適切なmRNAリボソーム結合部位をコードする配列、ならびに転写および翻訳の終結を制御する配列を含む。増幅ベクターは、発現制御ドメインを必要としない。必要とされるのは、複製起点によって通常与えられる、宿主中で複製する能力と、形質転換体の認識を容易にするための選択遺伝子のみである。
例示的な実施形態では、本発明は、原核生物の酵素を利用する。このようなグリコシルトランスフェラーゼとしては、多くのグラム陰性細菌によって産生される、リポオリゴ糖(LOS)の合成に関与する酵素が挙げられる(Preston他、Critical Reviews in Microbiology23(3):139〜180頁(1996年))。このような酵素には、それだけには限らないが、大腸菌やネズミチフス菌などの種のrfaオペロンのタンパク質が含まれ、β1,6ガラクトシルトランスフェラーゼおよびβ1,3ガラクトシルトランスフェラーゼ(例えば、EMBLアクセッション番号M80599およびM86935(大腸菌);EMBLアクセッション番号S56361(ネズミチフス菌)、グルコシルトランスフェラーゼ(Swiss−Protアクセッション番号P25740(大腸菌)、β1,2−グルコシルトランスフェラーゼ(rfaJ)(Swiss−Protアクセッション番号P27129(大腸菌)およびSwiss−Protアクセッション番号P19817(ネズミチフス菌))、ならびにβ1,2−N−アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ(rfaK)(EMBLアクセッション番号U00039(大腸菌)が挙げられる。アミノ酸配列が公知である他のグリコシルトランスフェラーゼとしては、肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)、大腸菌、ネズミチフス菌、腸内サルモネラ菌(Salmonella typhimurium)、サルモネラエンテリカ(Salmonella enterica)腸炎エルシニア(Yersinia enterocolitica)、らい菌(Mycobacterium leprosum)などの生物で特徴付けられているrfaBや緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)のrh1オペロンなどのオペロンによってコードされているものが挙げられる。
ラクト−N−ネオテトラオース、D−ガラクトシル−β−1,4−N−アセチル−D−グルコサミニル−β−1,3−D−ガラクトシル−β−1、4−D−グルコース、ならびに、粘膜病原菌の淋菌(Neisseria gonnorhoeae)および髄膜炎菌(N.meningitidis)のLOS中で同定されたP血液型の3糖配列、D−ガラクトシル−α−1,4−D−ガラクトシル−β−1,4−D−グルコース(Scholten他、J.Med.Microbiol.41:236〜243頁(1994年))を含む構造体を作るのに関与しているグリコシルトランスフェラーゼも本発明で使用するのに適している。これらの構造体の生合成に関与しているグリコシルトランスフェラーゼをコードしている、髄膜炎菌および淋菌由来の遺伝子は、髄膜炎菌の免疫型L3およびL1(Jennings他、Mol.Microbiol.18:729〜740頁(1995年))ならびに淋菌変異体F62(Gotshlich、J.Exp.Med.180:2181〜2190頁(1994年))から同定されている。髄膜炎菌では、3種の遺伝子、lgtA、lgtB、およびlgEからなる部位が、ラクト−N−ネオテトラオース鎖中の糖の最後の3つを付加するのに必要なグリコシルトランスフェラーゼ酵素をコードしている(Wakarchuk他、J.Biol.Chem.271:19166〜73頁(1996年))。最近、lgtBおよびlgtA遺伝子産物の酵素活性が実証され、提唱されているそれらのグリコシルトランスフェラーゼ機能に関して初めて直接的な証拠が提供された(Wakarchuk他、J.Biol.Chem.271(45):28271〜276頁(1996年))。淋菌では、2種の追加の遺伝子、すなわち、β−D−GalNAcをラクト−N−ネオテトラオース構造体の末端ガラクトースの3位に付加するlgtDと、切り縮められたLOSのラクトース成分に末端α−D−Galを付加し、それによって、P血液型の抗原構造を作り出すlgtCがある(Gotshlich(1994年)、前掲)。髄膜炎菌では、分離した免疫型L1も、P血液型抗原を発現し、また、lgtC遺伝子を有することが示されている(Jennings他、(1995年)、前掲)。ナイセリア(Neisseria)のグリコシルトランスフェラーゼおよび関連遺伝子は、米国特許第5545553号(Gotschlich)でも記載されている。ヘリコバクターピロリ(Helicobacter pylori)に由来するα1,2−フコシルトランスフェラーゼおよびα1,3−フコシルトランスフェラーゼの遺伝子も、特徴付けられている(Martin他、J.Biol.Chem.272:21349〜21356頁(1997年))。また、カンピロバクタージェジュニ(Campylobacter jejuni)のグリコシルトランスフェラーゼも本発明において有用である(例えば、http://afmb.cnrs−mrs.fr/〜pedro/CAZY/gtf_42.htmlを参照のこと)。
フコシルトランスフェラーゼ
いくつかの実施形態では、本発明の方法で使用するグリコシルトランスフェラーゼは、フコシルトランスフェラーゼである。フコシルトランスフェラーゼは、当業者には公知である。例示的なフコシルトランスフェラーゼとしては、L−フコースをGDP−フコースから受容体糖のヒドロキシ位置に転移させる酵素が挙げられる。ヌクレオチドを含まない糖を受容体に転移させるフコシルトランスフェラーゼも、本発明において有用である。
いくつかの実施形態では、受容体糖は、例えば、オリゴ糖グリコシド中のGalβ(1→3,4)GlcNAcβ基のGlcNAcである。この反応に適したフコシルトランスフェラーゼとしては、ヒトの乳から最初に特徴を明らかにされたGalβ(1→3,4)GlcNAcβ1−α(1→3,4)フコシルトランスフェラーゼ(FTIII E.C.No.2.4.1.65)(Palcic他、Carbohydrate Res.190:1〜11頁(1989年);Prieels他、J.Biol.Chem.256:10456〜10463頁(1981年)、およびNunez他、Can.J.Chem.59:2086〜2095頁(1981年)を参照のこと)、ならびにヒト血清中に存在するGalβ(1→4)GlcNAcβ−αフコシルトランスフェラーゼ(FTIV、FTV、FTVI)が挙げられる。FTVII(E.C.No.2.4.1.65)、すなわちシアリルα(2→3)Galβ(1→3)GlcNAcβフコシルトランスフェラーゼも特徴を明らかにされている。Galβ(1→3,4)GlcNAcβ−α(1→3,4)フコシルトランスフェラーゼの組換型も特徴を明らかにされている(Dumas他、Bioorg.Med.Letters1:425〜428頁(1991年)、およびKukowska−Latallo他、Genes and Development4:1288〜1303頁(1990年)を参照のこと)。他の例示的なフコシルトランスフェラーゼとしては、例えば、α1,2フコシルトランスフェラーゼ(E.C.No.2.4.1.69)が挙げられる。Mollicone他、Eur.J.Biochem.191:169〜176頁(1990年)または米国特許第5374655号で記載されている方法によって、酵素的フコシル化を実施することができる。フコシルトランスフェラーゼを得るのに使用される細胞は、GDP−フコースを合成するための酵素系も含むと考えられる。
ガラクトシルトランスフェラーゼ
実施形態の別の群では、グリコシルトランスフェラーゼは、ガラクトシルトランスフェラーゼである。例示的なガラクトシルトランスフェラーゼとしては、α(1,3)ガラクトシルトランスフェラーゼが挙げられる(E.C.No.2.4.1.151、例えば、Dabkowski他、Transplant Proc.25:2921(1993年)およびYamamoto他、Nature345:229〜233頁(1990年)を参照のこと。ウシ由来(Genbank j04989、Joziasse他、J.Biol.Chem.264:14290〜14297頁(1989年))、マウス由来(GenBank m26925;Larsen他、Proc.Nat’l.Acad.Sci.USA86:8227〜8231頁(1989年))、ブタ由来(GenBank L36152;Strahan他、Immunogenetics 41:101〜105頁(1995年))。他の適切なα(1,3)ガラクトシルトランスフェラーゼは、B血液型抗原の合成に関与しているものである(EC2.4.1.37、Yamamoto他、J.Biol.Chem.265:1146〜1151(1990年)(ヒト))。さらに別の例示的なガラクトシルトランスフェラーゼは、コアGal−T1である。
β(1,4)ガラクトシルトランスフェラーゼも本発明の方法で使用するのに適しており、例えば、EC2.4.1.90(LacNAcシンテターゼ)およびEC2.4.1.22(ラクトースシンテターゼ)(ウシ由来(D’Agostaro他、Eur.J.Biochem.183:211〜217頁(1989年))、ヒト由来(Masri他、Biochem.Biophys.Res.Commun.157:657〜663頁(1988年))、マウス由来(Nakazawa他、J.Biochem.104:165〜168頁(1988年))、ならびにE.C.2.4.1.38およびセラミドガラクトシルトランスフェラーゼ(EC2.4.1.45、Stahl他、J.NeurosciRes.38:234〜242頁(1994年))が挙げられる。他の適切なガラクトシルトランスフェラーゼとしては、例えば、α1,2ガラクトシルトランスフェラーゼ(例えば、シゾサッカロミセスポンベ(Schizosaccharomyces pombe)由来のもの、Chapell他、Mol.Biol.Cell 5:519〜528頁(1994年))が挙げられる。
シアリルトランスフェラーゼ
シアリルトランスフェラーゼは、組換え細胞および本発明の反応混合物で有用な別のタイプのグリコシルトランスフェラーゼである。組換型シアリルトランスフェラーゼを産生する細胞は、シアリルトランスフェラーゼに対するシアル酸供与体であるCMP−シアル酸も産生すると考えられる。発明で使用するのに適したシアリルトランスフェラーゼの例としては、ST3Gal III(例えば、ラットまたはヒトのST3Gal III)、ST3Gal IV、ST3Gal I、ST3Gal II、ST6Gal I、ST3Gal V、ST6Gal II、ST6GalNAc I、ST6GalNAc II、およびST6Gal NAcIIIが挙げられる(本明細書で使用するシアリルトランスフェラーゼの命名法は、Tsuji他、Glycobiology6:5〜14頁(1996年)で記載されているものである)。α(2,3)シアリルトランスフェラーゼ(EC2.4.99.6)と呼ばれる例示的なα(2,3)シアリルトランスフェラーゼは、2糖Galβ1→3Glcの非還元末端Galまたはグリコシドにシアル酸を転移させる。Van den Eijnden他、J.Biol.Chem.256:3159頁(1981年)、Weinstein他、J.Biol.Chem.257:13845頁(1982年)、およびWen他、J.Biol.Chem.267:21011頁(1992年)を参照のこと。別の例示的な2,3−シアリルトランスフェラーゼ(EC 2.4.99.4)は、2糖の非還元末端Galまたはグリコシドにシアル酸を転移させる。Rearick他、J.Biol.Chem.254:4444頁(1979年)およびGillespie他、J.Biol.Chem.267:21004頁(1992年)を参照のこと。別の例示的な酵素としては、Gal−β−1,4−GlcNAc α−2,6シアリルトランスフェラーゼが挙げられる(Kurosawa他、Eur.J.Biochem.219:375〜381頁(1994年)を参照のこと)。
好ましくは、グリコペプチドの糖をグリコシル化する場合、シアリルトランスフェラーゼは、完全にシアル酸付加された糖構造体上で末端シアル酸の土台となる最も一般的な末端から2番目の配列であるGalβ1,4GlcNAc配列にシアル酸を転移させることができると考えられる(表2を参照のこと)。
表2:受容体基質としてGalβ1,4GlcNAc配列を使用するシアリルトランスフェラーゼ

1)Goochee他、Bio/Techology9:1347〜1355頁(1991年)
2)Yamamoto他、J.Biochem.120:104〜110頁(1996年)
3)Gilbert他、J.Biol.Chem.271:28271〜28276頁(1996年)
特許請求の範囲の方法で有用なシアリルトランスフェラーゼの例は、α(2,3)シアリルトランスフェラーゼ(EC2.4.99.6)とも呼ばれるST3Gal IIIである。この酵素は、Galβ1,3GlcNAcのGalまたはGalβ1,4GlcNAcグリコシドへのシアル酸の転移を触媒し(例えば、Wen他、J.Biol.Chem.267:21011頁(1992年)、Vanden Eijnden他、J:Biol.Chem.256:3159頁(1991年))を参照のこと)、グリコペプチド中のアスパラギン結合オリゴ糖のシアル酸付加を司っている。シアル酸は、Galに結合し、2つの糖の間にα結合が形成される。これらの糖の間の結合形成(結合)は、NeuAcの2位とGalの3位の間にある。この特定の酵素は、ラットの肝臓から単離することができる(Weinstein他、J.Biol.Chem.257:13845頁(1982年))。ヒトcDNA(Sasaki他、(1993年)J.Biol.Chem.268:22782〜22787頁;Kitagawa&Paulson(1994年)J.Biol.Chem.269:1394〜1401頁(1993年)およびゲノム(Kitagawa他、(1996年)J.Biol.Chem.271:931〜938頁)DNA配列が公知であり、組換え発現によってこの酵素を作製することを容易にしている。好ましい実施形態では、特許請求の範囲のシアル酸付加の方法は、ラットST3Gal IIIを使用する。
本発明において有用な他の例示的なシアリルトランスフェラーゼとして、CST−IおよびCST−II、ならびにα(2,3)結合を形成するものを含めて、カンピロバクタージェジュニから単離されるものが挙げられる。例えば、WO99/49051を参照のこと。
表2に記載したもの以外のシアリルトランスフェラーゼも、商業的に重要なグリコペプチドにシアル酸付加するための経済的かつ効率的な大規模プロセスにおいて有用である。これら他の酵素の有用性を調べるための簡単な試験として、様々な量の各酵素(1〜100mU/mgタンパク質)を、(1〜10mg/mlで)アシアロ−αAGPと反応させて、問題のシアリルトランスフェラーゼがグリコペプチドにシアル酸付加する能力を、ウシのST6Gal I、ST3Gal III、または両方のシアリルトランスフェラーゼに対して比較する。あるいは、他のグリコペプチドもしくはグリコペプチド、または、ペプチド主鎖から酵素的に遊離されたN−結合型オリゴ糖を、アシアロ−αAGPの代わりにこの評価に使用することができる。ST6Gal Iより効率的にグリコペプチドのN−結合型オリゴ糖にシアル酸付加する能力を有するシアリルトランスフェラーゼは、ペプチドにシアル酸付加するための実用的な大規模プロセスにおいて有用である。
これらおよび追加のシアリルトランスフェラーゼを図11に示す。図11は、本明細書で示す修飾されたシアル酸種および未修飾のシアル酸を受容体に転移させるのに有用なシアリルトランスフェラーゼの表である。
GalNAcトランスフェラーゼ
N−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼは、本発明を実施する際、特に、ペプチドのO−結合型グリコシル化部位のアミノ酸にGalNAc部分を結合させるのに有用である。適切なN−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼとしては、それだけには限らないが、α(1,3)N−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼ、β(1,4)N−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼ(Nagata他、J.Biol.Chem.267:12082〜12089頁(1992年)およびSmith他、J.BiolChem.269:15162頁(1994年))、ならびにポリペプチドN−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼ(Homa他、J.Biol.Chem.268:12609頁(1993年))が挙げられる。
遺伝子工学によって、クローン化された遺伝子から酵素GalNAc T1〜XXなどのタンパク質を作製することは周知である。例えば、米国特許第4761371号を参照のこと。1つの方法は、十分なサンプルを収集し、次に、N末端配列決定によって酵素のアミノ酸配列を決定する。次に、この情報を用いて、昆虫細胞系統Sf9で発現されると十分に活性な酵素の合成をもたらした、完全長の(膜結合型)トランスフェラーゼをコードしているDNAクローンを単離する。次に、16種の異なるタンパク質の公知のグリコシル化部位の周囲のアミノ酸を半定量的に解析し、続いて、in vitroで合成ペプチドのグリコシル化を調査することによって、その酵素の受容体特異性を決定する。この研究は、いくつかのアミノ酸残基がグリコシル化ペプチド部分で過剰であること、およびグリコシル化されたセリンおよびトレオニン残基の周囲の特定の位置の残基が、他のアミノ酸部分よりも受容体の効率に対してより著しい影響を及ぼし得ることを実証した。
細胞結合型グリコシルトランスフェラーゼ
別の実施形態では、本発明の方法で使用される酵素は、細胞結合型グリコシルトランスフェラーゼである。多くの可溶性グリコシルトランスフェラーゼが公知であるが(例えば、米国特許第5032519号を参照のこと)、グリコシルトランスフェラーゼは一般に、細胞と結合するとき、膜結合型である。これまで研究されている膜結合型酵素の多くは、内因性のタンパク質とみなされている。すなわち、それらは、超音波処理によっては膜から遊離されず、可溶化するために界面活性剤を必要とする。表面型のグリコシルトランスフェラーゼが、脊椎動物細胞および無脊椎動物細胞の表面で確認されており、これらの表面型トランスフェラーゼは生理的条件下で触媒活性を維持することも認識されている。しかし、細胞表面型グリコシルトランスフェラーゼのより知られている機能は、細胞間認識のためのものである(Roth、MOLECULAR APPROACHES to SUPRACELLULAR PHENOMENA、1990年)。
細胞によって発現されるグリコシルトランスフェラーゼを改変するための方法が開発されている。例えば、Larsen他、Proc.Natl.Acad.Sci.USA86:8227〜8231頁(1989年)は、細胞表面のオリゴ糖構造体およびそれらの同起源のグリコシルトランスフェラーゼの発現を決定するクローン化cDNA配列を単離するための遺伝的手法を報告している。UDP−ガラクトースおよびβ.−D−ガラクトシル−1,4−N−アセチル−D−グルコサミニドα−1,3−ガラクトシルトランスフェラーゼを発現することが知られているマウス細胞系統から単離したmRNAから作製したcDNAライブラリーを、COS−1細胞にトランスフェクトした。次いで、トランスフェクトされた細胞を培養し、α1−3ガラクトシルトランスフェラーゼ活性について解析した。
Francisco他、Proc.Natl.Acad.Sci.USA89:2713〜2717頁(1992年)は、β−ラクタマーゼを大腸菌の外表面に固着する方法を開示している。(i)外膜タンパク質のシグナル配列、(ii)外膜タンパク質の膜貫通部分、および(iii)完全に発達したβ−ラクタマーゼ配列からなる3種間の融合物が作製されて、活性な表面結合型β−ラクタマーゼ分子を生じる。しかし、Franciscoの方法は、原核細胞系のみに限定されており、著者が認識しているように、適切に機能するためには3種間の完全な融合が必要とされる。
スルホトランスフェラーゼ
本発明は、例えば、ヘパリン、ヘパラン硫酸、カラギーナン、および関連化合物などの硫酸化多糖を含めて、硫酸化分子を含むペプチドを作製するための方法も提供する。適切なスルホトランスフェラーゼとしては、例えば、コンドロイチン−6−スルホトランスフェラーゼ(Fukuta他、J.Biol.Chem.270:18575〜18580頁(1995年)によって記載されているニワトリcDNA;GenBankアクセッション番号D49915)、グリコサミノグリカンN−アセチルグルコサミンN−デアセチラーゼ/N−スルホトランスフェラーゼ1(Dixon他、Genomics 26:239〜241頁(1995年);UL18918)、ならびにグリコサミノグリカンN−アセチルグルコサミンN−デアセチラーゼ/N−スルホトランスフェラーゼ2(Orellana他、J.Biol.Chem.269:2270〜2276頁(1994年)およびEriksson他、J.Biol.Chem.269:10438〜10443頁(1994年)で記載されているマウスcDNA;GenBankアクセッション番号U2304で記載されているヒトcDNA)が挙げられる。
グリコシダーゼ
本発明は、野生型グリコシダーゼおよび変異型グリコシダーゼの使用も包含する。変異型β−ガラクトシダーゼ酵素は、α−グリコシルフルオリドをガラクトシル受容体分子に結合させることによって二糖類の形成を触媒することが明らかにされている(Withers、2001年9月4日発行の米国特許第6284494号)。本発明において有用な他のグリコシダーゼとしては、例えば、β−グルコシダーゼ、β−ガラクトシダーゼ、β−マンノシダーゼ、β−アセチルグルコサミニダーゼ、β−N−アセチルガラクトサミニダーゼ、β−キシロシダーゼ、β−フコシダーゼ、セルラーゼ、キシラナーゼ、ガラクタナーゼ、マンナナーゼ、ヘミセルラーゼ、アミラーゼ、グルコアミラーゼ、α−グルコシダーゼ、α−ガラクトシダーゼ、α−マンノシダーゼ、α−N−アセチルグルコサミニダーゼ、α−N−アセチルガラクトース−アミニダーゼ、α−キシロシダーゼ、α−フコシダーゼ、およびノイラミニダーゼ/シアリダーゼが挙げられる。
固定化酵素
本発明は、固体および/または可溶性の支持体上に固定化された酵素の使用も提供する。例示的な実施形態では、本発明の方法による完全なグリコシルリンカーを介してPEGに結合されているグリコシルトランスフェラーゼが提供される。PEG−リンカー−酵素コンジュゲートは、場合によっては、固体支持体に結合されている。本発明の方法において固体に支持された酵素を使用することにより、反応混合物の精密な検査および反応生成物の精製が簡易になり、また、酵素を容易に回収することも可能になる。グリコシルトランスフェラーゼコンジュゲートは、本発明の方法で利用される。酵素および支持体の他の組合せ物は、当業者には明らかであろう。
融合タンパク質
他の例示的な実施形態では、本発明の方法は、所望のグリコペプチドコンジュゲートの合成に関与している複数の酵素活性を有する融合タンパク質を利用する。融合ポリペプチドは、例えば、補助酵素の触媒活性ドメインに結合しているグリコシルトランスフェラーゼの触媒活性ドメインから構成されるものでよい。補助酵素の触媒ドメインは、例えば、グリコシルトランスフェラーゼのための供与体であるヌクレオチド糖を形成する工程を触媒することができ、または、グリコシルトランスフェラーゼサイクルに関与している反応を触媒することができる。例えば、グリコシルトランスフェラーゼをコードするポリヌクレオチドを、ヌクレオチド糖合成に関与している酵素をコードするポリヌクレオチドにインフレームで結合させることができる。得られた融合タンパクは、次に、ヌクレオチド糖の合成だけでなく、受容体分子への糖部分の転移も触媒することができる。融合タンパク質は、1つの発現可能なヌクレオチド配列に結合された2種以上のサイクル酵素になることができる。他の実施形態では、融合タンパク質は、2種以上のグリコシルトランスフェラーゼの触媒活性ドメインを含む。例えば、5641668を参照のこと。本発明の修飾されたグリコペプチドは、様々な適切な融合タンパク質を利用することによって、容易に設計し製造することができる(例えば、1999年6月24日にWO99/31224号として公開されたPCT特許出願PCT/CA98/01180号を参照のこと)。
修飾された糖の調製
一般に、糖部分または糖部分−リンカーカセットと、PEGまたはPEG−リンカーカセット基は、反応性基の使用を通じて相互に結合され、それらは通常、結合プロセスによって、新しい有機官能基または非反応性化学種に変換される。糖の反応性官能基は、糖部分の任意の位置に位置する。本発明を実施する際に有用な反応性基および反応の種類は、通常、バイオコンジュゲート化学の分野で周知のものである。反応性の糖部分を用いて利用可能な反応の現時点で好ましい種類は、比較的緩和な条件下で進行する反応である。これらには、それだけには限らないが、求核置換反応(例えば、アミンおよびアルコールとハロゲン化アシル、活性エステルとの反応)、求電子置換反応(例えば、エナミン反応)、ならびに炭素−炭素および炭素−ヘテロ原子多重結合への付加反応(例えば、マイケル反応、ディールス−アルダー反応)が含まれる。これらおよび他の有用な反応は、例えば、March、ADVANCED ORGANIC CHEMISTRY、第3版、John Wiley&Sons、ニューヨーク、1985年;Hermanson、BIOCONJUGATE TECHNIQUES、Academic Press、サンディエゴ(San Diego)、1996年;およびFeeneyら、MODIFICATION OF PROTEINS;Advances in Chemistry Series、198巻、American Chemical Society、ワシントンD.C.、1982年で論じられている。
糖の核または修飾基から張り出た有用な反応性官能基としては、それだけには限らないが、以下のものが挙げられる;
(a)それだけには限らないが、N−ヒドロキシスクシンイミドエステル、N−ヒドロキシベンゾトリアゾールエステル、酸ハロゲン化物、アシルイミダゾール、チオエステル、β−ニトロフェニルエステル、アルキル、アルケニル、アルキニル、芳香族エステルを含めて、カルボキシル基および様々なその誘導体、
(b)例えば、エステル、エーテル、アルデヒドなどに変換することができるヒドロキシル基、
(c)例えば、アミン、カルボキシラートアニオン、チオールアニオン、カルボアニオン、またはアルコキシドイオンなどの求核基でハライドが後に置換され、それによって、ハロゲン原子の官能基位置に新しい基を共有結合させることができるハロアルキル基、
(d)ディールス−アルダー反応に参加することができる求ジエン体の基、例えば、マレイミド基、
(e)例えば、イミン、ヒドラゾン、セミカルバゾン、もしくはオキシムなどのカルボニル誘導体の形成を介して、または、グリニャール付加やアルキルリチウム付加などの機序を介して、その後に誘導体化することが可能であるようなアルデヒド基またはケトン基、
(f)例えば、スルホンアミドを形成するために、その後でアミンと反応させるためのスルホニルハライド基、
(g)例えば、ジスルフィドに変換させ、またはハロゲン化アシルと反応させることができる、チオール基、
(h)例えば、アシル化、アルキル化、または酸化することができる、アミン基またはスルフヒドリル基、
(i)例えば、環化付加、アシル化、マイケル付加などを受けることができるアルケン、ならびに、
(j)例えば、アミンおよびヒドロキシル化合物と反応することができるエポキシド。
反応性官能基は、反応性の糖の核または修飾基を構築するために必要な反応に参加および干渉しないように選択することができる。あるいは、保護基の存在によって、反応に参加しないように反応性官能基を保護することもでできる。当業者なら、選択された一連の反応条件に干渉しないように特定の官能基を保護する方法を理解している。有用な保護基の例としては、例えば、Greene他、PROTECTIVE GROUPS IN ORGANIC SYNTHESIS、John Wiley&Sons、ニューヨーク、1991年を参照のこと。
以下の考察では、本発明を実施する際に有用な修飾された糖のいくつかの特定の例を説明する。例示的な実施形態では、修飾基が結合される糖の核としてシアル酸誘導体が利用される。シアル酸誘導体に基づいた考察の焦点は、例示を明確にするためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。例としてシアル酸を用いて説明する方法に類似した方法で、様々な他の糖部分を活性化および誘導体化できることが、当業者には理解されよう。例えば、いくつかの糖基質を挙げてみると、ガラクトース、グルコース、N−アセチルガラクトサミン、およびフコースなどを修飾するために多数の方法が利用可能であり、これらは、当業者に認知されている方法によって容易に修飾される。例えば、Elhalabi他、Curr.Med.Chem.6:93頁(1999年)、およびSchafer他、J.Org.Chem.65:24頁(2000年)を参照のこと。
例示的な実施形態では、本発明の方法によって修飾されるG−CSFペプチドは、哺乳動物の細胞(例えば、CHO細胞)またはトランスジェニック動物で作製されるグリコペプチドであり、したがって、不完全にシアル酸付加されたN−および/またはO−結合型オリゴ糖鎖を含む。シアル酸を欠き、末端ガラクトース残基を含むグリコペプチドのオリゴ糖鎖は、PEG化し、PPG化し、さもなければ修飾されたシアル酸を用いて修飾することができる。
スキーム4では、保護されたアミノ酸(例えば、グリシン)誘導体の活性エステルでアミノグリコシド1を処理し、糖アミン残基を対応する保護されたアミノ酸アミド付加物に変換する。付加物をアルドラーゼで処理してα−ヒドロキシカルボキシラート2を形成させる。CMP−SAシンテターゼの作用によって、対応するCMP誘導体に化合物2を変換し、それに続いて、CMP誘導体の接触水素添加により化合物3を得る。グリシン付加物の形成を介して誘導されるアミンは、化合物3を活性化されたPEGまたはPPG誘導体(例えば、PEG−C(O)NHS、PEG−OC(O)O−p−ニトロフェニル)と反応させることによるPEG結合の部位として利用され、それぞれ、4や5などの化学種を生じる。
表3は、PEG部分で誘導体化される糖1リン酸の代表的な例を示す。表3の化合物のうちのいくつかは、スキーム4の方法によって調製される。他の誘導体は、当業者に認知されている方法によって調製される。例えば、Keppler他、Glycobiology11:11ページ(2001年)およびCharter他、Glycobiology10:1049頁(2000年)を参照のこと。他のアミン反応性のPEGおよびPPG類似体は、市販されており、または、当業者が容易に利用可能な方法によってそれらを調製することができる。
本発明を実施する際に有用な修飾された糖リン酸は、前述の位置だけでなく他の位置でも置換することができる。現時点で好ましいシアル酸の置換体を以下の式に示す。

式中、Xは、−O−、−N(H)−、−S、−CH−、およびN(R)(各Rは、R〜Rからそれぞれ独立に選択されるメンバーである)から好ましくは選択される、結合基である。記号Y、Z、A、およびBはそれぞれ、Xを確認するために前述した群から選択される基を示す。X、Y、Z、A、およびBは、それぞれ独立に選択され、したがって、同じものでも異なるものでもよい。記号R、R、R、R、およびRは、H、PEG部分、治療効果のある部分、生体分子、またはその他の部分を表す。あるいは、これらの記号は、PEG部分、治療効果のある部分、生体分子、またはその他の部分に結合しているリンカーを表す。
本明細書で開示されるコンジュゲートに結合される例示的な部分としては、それだけには限らないが、PEG誘導体(例えば、アシル−PEG、アシル−アルキル−PEG、アルキル−アシル−PEGカルバモイル−PEG、アリール−PEG)、PPG誘導体(例えば、アシル−PPG、アシル−アルキル−PPG、アルキル−アシル−PPGカルバモイル−PPG、アリール−PPG)、治療効果のある部分、診断用の部分、マンノース−6−ホスファート、ヘパリン、ヘパラン、SLe、マンノース、マンノース−6−ホスファート、Sialyl Lewis X、FGF、VFGF、タンパク質、コンドロイチン、ケラタン、デルマタン、アルブミン、インテグリン、アンテナリーオリゴ糖、ペプチドなどが挙げられる。様々な修飾基を糖部分に結合させる方法は、当業者には容易に利用可能である(POLY(ETHYLENE GLYCOL CHEMISTRY:BIOTECHNICAL AND BIOMEDICAL APPLICATIONS、J.Milton Harris編、Plenum Pub.Corp.、1992年;POLY(ETHYLENE GLYCOL)CHEMICAL AND BIOLOGICAL APPLICATIONS、J.Milton Harris編、ACS Symposium Series No.680、American Chemical Society、1997年;Hermanson、BIOCONJUGATE TECHNIQUES、Academic Press、サンディエゴ、1996年;およびDunn他編、POLYMERIC DRUGS AND DRUG DELIVERY SYSTEMS、ACS Symposium Series 469巻、American Chemical Society、ワシントン、D.C.1991年)。
リンカー基(架橋基)
本発明の方法で使用するための修飾された糖の調製は、糖残基にPEG部分を付加し、好ましくは、グリコシルトランスフェラーゼの基質となる安定な付加物を形成させることを含む。したがって、リンカー、例えば、PEGおよび糖を結合させるための架橋剤とPEGおよび糖の反応によって形成されるものを使用することが多くの場合好ましい。修飾基を糖部分に結合させるのに使用することができる例示的な二官能化合物としては、それだけには限らないが、二官能性ポリエチレングリコール、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエステルなどが挙げられる。糖を他の分子に結合させるための一般的手法は、文献で公知である。例えば、Lee他、Biochemistry 28:1856頁(1989年);Bhatia他、Anal Biochem.178:408(1989年);Janda他、J.Am.Chem.Soc.112:8886頁(1990年)、およびBednarski他、WO92/18135を参照のこと。以下の考察では、反応性基は、新生の修飾された糖の糖部分上で好都合に処理される。考察の焦点は、例示を明確にするためのものである。この考察は、修飾基上の反応性基にも同様に関連していることが、当業者には理解されよう。
様々な試薬が、修飾された糖の構成要素を分子内化学架橋で修飾するのに使用される(架橋試薬および架橋手順の総説については、Wold、F.、Meth Enzymol.25:623〜651頁、1972年;Weetall、H.H.およびCooney、D.A.、ENZYMES AS DRUGS.(HolcenbergおよびRoberts編)395〜442頁、Wiley、ニューヨーク、1981年;Ji、T.H.、Meth.Enzymol.91:580〜609頁、1983年;Mattson他、Mol.Biol.Rep.17:167〜183頁、1993年を参照のこと。これらはすべて、参照により本明細書に組み込む)。好ましい架橋試薬は、様々なゼロ長、ホモ二官能性、およびヘテロ二官能性の架橋試薬から誘導される。ゼロ長架橋試薬は、外因性の物質を導入せずに、2つの内因性の化学基を直接結合することを含む。ジスルフィド結合の形成を触媒する薬剤は、この部類に属する。別の例は、カルボジイミド、エチルクロロホルマート、ウッドワードの試薬K(2−エチル−5−フェニルイソオキサゾリウム−3’−スルホナート)、およびカルボニルジイミダゾールなど、カルボキシル基と第一級アミノ基の縮合を誘導し、アミド結合を形成させる試薬である。これらの化学試薬の他に、酵素トランスグルタミナーゼ(グルタミル−ペプチドγ−グルタミルトランスフェラーゼ;EC2.3.2.13)も、ゼロ長架橋試薬として使用してよい。この酵素は、通常、第一級アミノ基を基質として用いて、タンパク質結合グルタミニル残基のカルボキサミド基でのアシル転移反応を触媒する。好ましいホモおよびヘテロ二官能試薬は、アミノ、スルフヒドリル、グアニジノ、インドール、または非特異的な基と反応し得る2つの同一部位または2つの異なる部位をそれぞれ含む。
G−CSFコンジュゲートの精製
不溶性G−CSFのリフォールディング
細菌で発現される多くの組換えタンパク質は、細菌封入体中で不溶性の凝集体として発現される。封入体とは、細菌の細胞質および細胞周辺腔の双方に存在するタンパク質沈着物である(例えば、Clark、Cur.Op.Biotech.12:202〜207頁(2001年)を参照のこと)。組換えG−CSFタンパク質は細菌の封入体で発現される。また、活性なG−CSFタンパク質を作製するためにこれらのタンパク質をリフォールディングするための方法が、本明細書で提供される。
A.活性G−CSFのリフォールディング条件
細菌細胞から活性G−CSFタンパク質を作製するために、G−CSFタンパク質を細菌の封入体で発現させ、細菌を回収、破砕し、封入体を単離および洗浄する。一実施形態では、洗浄を3回行う。すなわち、pH6.0〜9.0の緩衝液(1価の塩、例えば、塩化ナトリウム;非イオン性界面活性剤、例えば、TritonX−100;イオン性界面活性剤、例えば、デオキシコール酸ナトリウム;およびEDTA)で1回目の洗浄を行い、界面活性剤を含まない緩衝液中で2回目の洗浄を行い、HO中で3回目の洗浄を行う。次に、封入体内部のタンパク質を可溶化する。変性剤、塩化グアニジアムもしくは尿素、極端なpH、界面活性剤、またはこれらの任意の組合せを用いて、可溶化を行うことができる。一実施形態では、5〜6Mの塩酸グアニジンまたは尿素が、GCSFを可溶化するのに使用される。別の実施形態では、DTTが加えられる。
可溶化後、GCSFタンパク質混合物から変性剤を取り除く。変性剤の除去は、リフォールディング緩衝液(buffet)中に希釈する方法、またはバッファー交換法を含めて、様々な方法によって実施することができる。バッファー交換法には、透析、ダイアフィルトレーション、例えば、ろ過、および固体支持体上へのタンパク質の固定化が含まれる(例えば、Clark、Cur.Op.Biotech.12:202〜207頁(2001年)を参照のこと)。上記の方法の任意のものを組み合わせて変性剤を除去することができる。
GCSFタンパク質中でのジスルフィド結合形成は、酸化還元対を含むリフォールディング緩衝液の添加によって促進される。酸化還元対としては、還元および酸化されたグルタチオン(−JSF−I/GSSG)、システイン/シスチン、システアミン/シスタミン、DTT/GSSG、およびDTE/GSSGが挙げられる(例えば、Clark、Cur.Op.Biotech.12:202〜207頁(2001年)を参照のこと)。一実施形態では、酸化還元対は10:1の比のGSH/GSSGである。
リフォールディングは、例えば、pHが6.0〜10.0の範囲の緩衝液中で実施することができる。リフォールディング緩衝液は、リフォールディングを促進するための他の添加剤、例えば、L−アルギニン(0.4〜1M);PEG;尿素(1〜2M)や塩化グアニジウム(0.5〜1.5M)など低濃度の変性剤;および界面活性剤(例えば、Chaps、SDS、CTAB、ラウリルマルトシド、Tween80、およびTritonX−100)を含んでよい。
リフォールディング後、GCSFタンパク質を透析して、酸化還元対または他の望ましくない緩衝液成分を除去することができる。一実施形態では、酢酸ナトリウム(sodium acetae)、グリセロール、および非イオン性界面活性剤、例えば、Tween−80を含む緩衝液を用いて、透析を実施する。透析後、イオン交換クロマトグラフィーにより、GCSFタンパク質をさらに精製および/または濃縮することができる。一実施形態では、SP−セファロース陽イオン交換樹脂が使用される。
リフォールディングされたタンパク質の生物活性が検出可能であるとき、タンパク質は正しくリフォールディングされていることが、当業者には認識されよう。GCSFタンパク質の場合、様々な方法によって生物活性を測定することができる。例えば、生物学的に活性なGCSFタンパク質は、2004年1月8日出願の米国特許出願第60/535284号、2004年2月12日出願の第60/544411号、および2004年2月20日出願の代理人識別番号019957〜018820USで記載されているO−結合型グリコシル化の基質である。これらの各文献は、あらゆる目的のために、本明細書に参照により組み込む。GCSFタンパク質活性は、細胞増殖アッセイおよびラットでの白血球(WBC)アッセイによって測定することもできる(同様に、あらゆる目的のために、本明細書に参照によりそれぞれ組み込む2004年1月8日出願の米国特許出願第60/535284号、2004年2月12日出願の第60/544411号、および2004年2月20日出願の代理人識別番号019957〜018820USで記載されている)。増殖アッセイおよびWBCアッセイは、リフォールディングされたGCSFタンパク質をO−結合型グリコシル化する前でも後でも実施することができる。
本発明のコンジュゲートを単離するための他の方法
別法として、上記の方法で作製した生成物を、精製せずに使用することもできる。しかし、通常は、生成物を回収することが好ましい。薄層もしくは厚層クロマトグラフィー、カラムクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、または膜ろ過など、グリコシル化された糖を回収するための標準的な周知の技術を使用することができる。以下および本明細書に引用する文献で説明されているように、より好ましくは逆浸透膜による膜ろ過、または、1種もしくは2種のカラムクロマトグラフィー法を回収のために使用することが好ましい。例えば、分子量カットオフ値が約3000〜10,000の膜による膜ろ過を用いて、グリコシルトランスフェラーゼなどのタンパク質を除去することができる。次に、ナノろ過または逆浸透法を用いて、塩類の除去および/または糖生成物の精製を行うことができる(例えば、WO98/15581号を参照のこと)。ナノフィルター膜は、使用する膜に応じて、1価の塩類を通過させるが多価の塩類および約100〜約2000ダルトンより大きい非荷電の溶質は保持する、ある種類の逆浸透膜である。したがって、典型的な適用例では、本発明の方法によって調製される糖は膜内に保持され、混入している塩は通過すると考えられる。
修飾された糖タンパク質が細胞内で作製される場合は、第1の工程として、粒子状の破片、すなわち、宿主細胞または溶解された断片を、例えば、遠心分離または限外ろ過によって除去する。場合によっては、市販のタンパク質濃縮フィルターを用いてタンパク質を濃縮し、続いて、イムノアフィニティークロマトグラフィー、(例えば、ジエチルアミノエチル(DEAE)、またはカルボキシメチルもしくはスルホプロピル基を含むマトリックスでの)イオン交換カラムによる分画、Blue−セファロース、CM Blue−セファロース、MONO−Q、MONO−S、レンチルレクチン−セファロース、WGA−セファロース、Con A−セファロース、エーテルトヨパール、ブチルトヨパール、フェニルトヨパール、もしくはタンパク質Aセファロース上でのクロマトグラフィー、SDS−PAGEクロマトグラフィー、シリカクロマトグラフィー、クロマトフォーカシング、逆相HPLC(例えば、脂肪族基を付加されたシリカゲル)、例えばセファデックスの分子ふるいもしくはサイズ排除クロマトグラフィーを用いたゲルろ過、ポリペプチドを選択的に結合するカラムでのクロマトグラフィー、およびエタノールもしくは硫酸アンモニウム沈殿から選択される1種または複数の工程によって、他の不純物からポリペプチド変異体を分離してよい。
培養状態で作製される修飾されたグリコペプチドは、通常、細胞、酵素などから最初に抽出し、続いて、1種もしくは複数の濃縮、塩析、水系イオン交換、またはサイズ排除クロマトグラフィーの工程を行うことによって単離される。さらに、修飾された糖タンパク質をアフィニティクロマトグラフィーによって精製してもよい。最後に、最終精製工程のためにHPLCを使用してよい。
タンパク分解を阻害するために、前述の工程のいずれかに、プロテアーゼ阻害剤、例えばメチルスルホニルフルオリド(PMSF)を含めてよく、また、外因性の汚染菌の増殖を防止するために、抗生物質を含めてよい。
別の実施形態では、本発明の修飾されたグリコペプチドを作製する系から得た上清を、市販のタンパク質濃縮フィルター、例えば、AmiconまたはMillipore Pellicon限外ろ過ユニットを用いて、最初に濃縮する。濃縮工程の後、適切な精製マトリックスに濃縮物を加えてよい。例えば、適切な親和性マトリックスは、ペプチドに対するリガンド、すなわち適切な支持体に結合されたレクチンまたは抗体分子を含んでよい。あるいは、陰イオン交換樹脂、例えば、DEAE基が張り出たマトリックスまたは基材を使用してよい。適切なマトリックスとしては、アクリルアミド、アガロース、デキストラン、セルロース、または、タンパク質精で一般に使用される他のタイプのものが挙げられる。あるいは、陽イオン交換工程を使用してもよい。適切な陽イオン交換体には、スルホプロピル基またはカルボキシメチル基を含む様々な不溶性マトリックスが含まれる。スルホプロピル基が特に好ましい。
最後に、疎水性RP−HPLC媒体、例えばメチル基または他の脂肪族基が張り出たシリカゲルを使用する1種または複数のRP−HPLC工程を使用して、ポリペプチド変異体組成物をさらに精製してよい。前述した精製工程のうちの一部またはすべてを様々な組合せで実施して、均質な修飾された糖タンパク質を供給することもできる。
大規模な発酵から得られる本発明の修飾されたグリコペプチドを、Urdal他、J.Chromatog.296:171頁(1984年)によって開示されているものに類似した方法によって精製してよい。この参考文献では、分取HPLCカラムで組換えヒトIL−2を精製するための2回連続したRP−HPLC工程を記載している。あるいは、アフィニティクロマトグラフィーなどの技術を利用して、修飾された糖タンパク質を精製してもよい。
薬剤組成物
別の態様では、本発明は、薬剤組成物を提供する。この薬剤組成物は、製薬上許容される希釈剤、ならびに非天然のPEG部分、治療効果のある部分、または生体分子とグリコシル化ペプチドおよび非グリコシル化ペプチドとの共有結合性コンジュゲートを含む。ポリマー、すなわち治療効果のある部分または生体分子は、G−CSFペプチドとポリマー、すなわち治療効果のある部分または生体分子の双方の間に介在し、かつそれらに共有結合している完全なグリコシル結合基を介してG−CSFペプチドに結合している。
本発明の薬剤組成物は、様々な薬物送達システムで使用するのに適している。本発明で使用するのに適した製剤は、Remington’s Pharmaceutical Sciences、Mace Publishing Company、フィラデルフィア(Philadelphia)、ペンシルベニア州、第17版.(1985年)に記載されている。薬物送達のための方法の簡潔な総説については、Langer、Science249:1527〜1533頁(1990年)を参照のこと。
例えば、局所、経口、経鼻、静脈、頭蓋内、腹腔内、皮下、または筋肉内の投与を含めて、任意の適切な投与方法のために薬剤組成物を調製することができる。皮下注射などの非経口投与の場合は、担体は、好ましくは、水、生理食塩水、アルコール、脂肪、ワックス、または緩衝液を含む。経口投与の場合は、上記の担体のうちの任意のもの、または、マンニトール、ラクトース、デンプン、ステアリン酸マグネシウム、サッカリンナトリウム、タルカム、セルロース、グルコース、スクロース、および炭酸マグネシウムなどの固形担体を使用してよい。生分解性のマイクロスフェア(例えば、ポリラクタート、ポリグリコラート)も、本発明の薬剤組成物用の担体として使用してよい。適切な生分解性マイクロスフェアは、米国特許第4897268号および第5075109号で開示されている。
一般に、薬剤組成物は、非経口的に、例えば静脈内に投与される。したがって、本発明は、許容される担体、好ましくは水性の担体、例えば、水、緩衝水、生理食塩水、PBSなどに溶解または懸濁された化合物を含む、非経口投与用の組成物を提供する。この組成物は、pH調整剤、緩衝剤、浸透圧調整剤、湿潤剤、界面活性剤など、近似的生理条件に必要な製薬上許容される補助剤を含んでよい。
これらの組成物は、従来の滅菌技術によって滅菌してもよく、または、滅菌ろ過してもよい。得られた水性液剤は、そのまま使用するために包装しても、凍結乾燥してもよい。凍結乾燥した調製物は、投与する前に無菌の水性担体と混合する。調製物のpHは、通常、3〜11、より好ましくは5〜9、最も好ましくは7〜8である。
いくつかの実施形態では、標準の小胞形成脂質から形成させたリポソーム中に本発明のグリコペプチドを組み込むことができる。例えば、Szoka他、Ann.Rev.Biophys.Bioeng.9:467頁(1980年)、米国特許第4235871号、第4501728号、および第4837028号で記載されているように、様々な方法が、リポソームを調製するのに利用可能である。様々な標的性作用物質(例えば、本発明のシアリルガラクトシド)を用いたリポソームの標的化は、当技術分野で周知である(例えば、米国特許第4957773号および第4603044号を参照のこと)。
標的性作用物質をリポソームに結合させるための標準的な方法を使用することができる。これらの方法は、一般に、標的性作用物質を結合するために活性化され得る、ホスファチジルエタノールアミンなどの脂質成分、または、脂質誘導体化された本発明のグリコペプチドなど誘導体化された親油性化合物をリポソーム中に組み込むものである。
標的化の機序は、通常、標的性部分が、標的、例えば、細胞表面の受容体との相互作用に利用可能となる様式で、標的性作用物質がリポソームの表面に位置していることを必要とする。本発明の糖は、リポソームが形成される前に、当業者に公知の方法(例えば、それぞれ長鎖ハロゲン化アルキルまたは脂肪酸による、糖上に存在するヒドロキシル基のアルキル化またはアシル化)を用いて、脂質分子に結合させてよい。あるいは、膜形成時に、連結部分が最初に膜中に組み込まれるような形で、リポソームを作製してもよい。連結部分は、膜中に堅く埋め込まれ固定される親油性部分を有していなければならない。それは、リポソームの水性表面上で化学的に利用可能な反応性部分も有していなければならない。後で加えられる標的性作用物質または糖と安定な化学結合を形成するのに化学的に適するように、反応性部分を選択する。いくつかの場合では、標的性作用物質を連結分子に直接結合させることが可能であるが、大半の場合、化学架橋の役目を果たす第3の分子を使用し、それによって、膜中の連結分子を標的性作用物質または糖と連結させ、それらを小胞表面から3次元的に離れて伸長させることがより適切である。
本発明の方法によって調製される化合物は、診断試薬としても使用することができる。例えば、標識した化合物を用いて、炎症を有することが疑われる患者の炎症または腫瘍転移の領域を特定することができる。この用途のために、化合物を125I、14C、またはトリチウムで標識することができる。
本発明の薬剤組成物で使用される有効成分は、GlycoPEG化されたG−CSFおよび、例えば排卵を増大させるろ胞刺激ホルモンの生物学的諸特性を有するその誘導体である。好ましくは、本発明のG−CSF組成物は、非経口的に投与される(例えば、IV、IM、SC、またはIP)。有効薬量は、治療対象の状態および投与経路に応じてかなり変動すると予想されるが、約0.1(〜7U)〜100(〜7000U)μg/kg体重の範囲の有効物質であると予想される。貧血状態の治療に好ましい用量は、1週3回、約50〜約300単位/kgである。本発明はin vivoの残存時間を延長させたG−CSFを提供するため、記載された投与量は、本発明の組成物を投与するとき、場合によっては減少される。
以下の実施例は、本発明のコンジュゲートおよび方法を例示するために提供されるが、特許請求の範囲の発明を限定するためのものではない。
CHO細胞で産生されたG−CSFのGlycoPEG化
a.アシアロ−顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)の調製
CHO細胞で産生されたG−CSFを50mM Tris、50mM Tris−HCl pH7.4、0.15M NaCl、5mMCaCl中に2.5mg/mLで溶解させ、Centricon Plus20遠心ろ過機で500uLに濃縮する。その溶液を、300mU/mLのノイラミニダーゼII(ビブリオ コレラ(Vibrio cholerae))とともに、32℃で16時間インキュベートする。反応を観察するために、反応物を少量分取して適切な緩衝液で希釈し、ゲルIEFを実施する。次に、反応物を予め洗浄したN−(p−アミノフェニル)オキサミド酸−アガロースコンジュゲートに加え(反応体積800μL/mL)、洗浄したビーズを4℃で24時間、穏やかに回転させる。混合物を10,000rpmで遠心分離し、上清を集めた。Tris−EDTA緩衝液で3回、0.4mLのTris−EDTA緩衝液で1回、0.2mLのTris−EDTA緩衝液で1回、ビーズを洗浄し、上清をすべて集めてためる。上清を50mM Tris−HCl pH7.4、1M NaCl、0.05%NaNに対して、次いで、50mM Tris−HCl pH7.4、1M NaCl、0.05%NaNに対してさらに2回、4℃で透析する。次に、透析した溶液をCentricon Plus20遠心ろ過機を用いて濃縮し、−20℃で保管する。ゲルIEFのための条件は、Invitrogen社によって提供される手順および試薬に従って実施した。天然のG−CSFおよび脱シアル酸されたG−CSFを水に対して透析し、MALDI−TOF MSによって解析する。
b.G−CSF−(α2,3)−シアリル−PEGの調製
脱シアル酸されたG−CSFを50mM Tris−HCl、0.15M NaCl、0.05% NaN、pH7.2中に2.5mg/mLで溶解させた。その溶液を、1mMのCMP−シアル酸−PEGおよび0.1U/mLのST3Gal1とともに、32℃で2日間インキュベートする。シアル酸−PEGの組込みを観察するために、反応物の少量の分取物にCMP−SA−PEG−蛍光リガンドを加えた。PBS緩衝液(pH7.1)を用いてToso Haas G3000SW分析カラムでゲルろ過することにより、ペプチドに取り込まれた標識を遊離の標識から分離する。インライン蛍光検出器を用いてペプチド中への蛍光標識の取込みを定量する。2日後、PBS緩衝液(pH7.1)を用いてToso Haas G3000SW分離カラムを使用し、紫外線吸収に基づいて画分を回収して、反応混合物を精製する。Invitrogen社によって提供される手順および試薬に従いSDS−PAGEおよびIEF解析を用いて、反応生成物を解析する。天然のG−CSFおよびPEG化G−CSFのサンプルを水に対して透析し、MALDI−TOF MSによって解析する。
c.G−CSF−(α2,8)−シアリル−PEGの調製
α2,3−シアル酸付加O結合型グリカンを含有する、CHO細胞で産生されたG−CSFを、50mM Tris−HCl、0.15M NaCl、0.05%NaN、pH7.2中に2.5mg/mLで溶解させる。その溶液を、1mMのCMP−シアル酸−PEGおよび0.1U/mLのCST−IIとともに、32℃で2日間インキュベートする。シアル酸−PEGの組込みを観察するために、反応物の少量の分取物にCMP−SA−PEG−蛍光リガンドを加えた。PBS緩衝液(pH7.1)を用いてToso Haas G3000SW分析カラムでゲルろ過することにより、ペプチドに取り込まれた標識を遊離の標識から分離する。シアル酸−PEGの組込みを観察するために、反応物の少量の分取物にCMP−SA−PEG−蛍光リガンドを加えた。PBS緩衝液(pH7.1)を用いてToso Haas G3000SW分析カラムでゲルろ過することにより、ペプチドに取り込まれた標識を遊離の標識から分離する。インライン蛍光検出器を用いてペプチド中への蛍光標識の取込みを定量する。2日後、PBS緩衝液(pH7.1)を用いてToso Haas G3000SW分離カラムを使用し、紫外線吸収に基づいて画分を回収して、反応混合物を精製する。Invitrogen社によって提供される手順および試薬に従いSDS−PAGEおよびIEF解析を用いて、反応生成物を解析する。天然のG−CSFおよびPEG化G−CSFのサンプルを水に対して透析し、MALDI−TOF MSによって解析する。
d.G−CSF−(α2,6)−シアリル−PEGの調製
O結合型GalNacのみを含有するG−CSFを、50mM Tris−HCl、0.15M NaCl、0.05%NaN、pH7.2中に2.5mg/mLで溶解させる。その溶液を、1mMのCMP−シアル酸−PEGおよび0.1U/mLのST6GalNacIまたはIIとともに、32℃で2日間インキュベートする。シアル酸−PEGの組込みを観察するために、反応物の少量の分取物にCMP−SA−PEG−蛍光リガンドを加えた。PBS緩衝液(pH7.1)を用いてToso Haas G3000SW分析カラムでゲルろ過することにより、ペプチドに取り込まれた標識を遊離の標識から分離する。インライン蛍光検出器を用いてペプチド中への蛍光標識の取込みを定量する。2日後、PBS緩衝液(pH7.1)を用いてToso Haas G3000SW分離カラムを使用し、紫外線吸収に基づいて画分を回収して、反応混合物を精製する。Invitrogen社によって提供される手順および試薬に従いSDS−PAGEおよびIEF解析を用いて、反応生成物を解析する。天然のG−CSFおよびPEG化G−CSFのサンプルを水に対して透析し、MALDI−TOF MSによって解析する。
CHO細胞で産生されたG−CSFを、アースロバクター(Arthrobacter)シアリダーゼで処理し、次に、スーパーデックス75でのサイズ排除によって精製し、ST3 Gal1またはST3Gal2、次いで、CMP−SA−PEG20Kdaで処理した。得られた分子をイオン交換およびゲルろ過によって精製し、また、SDS PAGEによる解析によって、PEG化が完了していることを明らかにした。これは、O−結合型グリカンのGlycoPEG化を初めて実証したものである。
組換えGCSFの発現、リフォールディング、および精製
・遠心分離によって細胞を回収し、上清を廃棄する。様々な培地上での増殖の結果を図9に示す。
・10mM Tris pH7.4、75mM NaCl、5mM EDTA(10ml/gで使用、溶解緩衝液)中に細胞沈殿物を再懸濁する。
・細胞を微細な流体にする(Microlluidize)(フレンチプレスも同様に使える)。
・5,000RPM、4℃で30分、遠心分離する。上清を廃棄する。
・沈殿物を溶解緩衝液中に再懸濁させ、上記と同じように遠心分離する。
・25mM Tris pH8、100mM NaCl、1% TX−100、1% NaDOC、5mM EDTA中でIBを洗浄する。ピペッティングおよびボルテックス処理によって、沈殿物を再懸濁させる。5,000RPM、4℃で15分、遠心分離する。この工程をもう1回繰り返す(合計2回洗浄)
・25mM Tris pH8、100mM NaCl、5mM EDTA中で沈殿物を2回洗浄して界面活性剤を除去する。上記と同じように遠心分離する。
・沈殿物をdH2O中に再懸濁して一定量にし、上記と同じように遠心分離する。沈殿物を−20℃で凍結する。
・ピペットを用いて、6M塩酸グアニジン、5mM EDTA、100mM NaCl、100mM Tris pH8、10mM DTT中に20mg/mlでIBを再懸濁し、続いて、室温で2〜4時間回転させる。
・14,000RPM、室温で1分間、可溶化したIBを遠心分離する。上清を取っておく。
・リフォールディング用緩衝液50mM MES pH6、240mM NaCl、10mMを用いて1:20の比で上清を希釈する。
・KCl、0.3mMラウリルマルトシド、0.055% PEG3350、1mM GSH、0.1M GSSG、0.5Mアルギニン。4℃で一晩、ローテーター上でリフォールディングさせる。
・リフォールディング物を透析用のピアススネークスキン(7kDa MWCO)に移す。透析緩衝液:20mM NaOAc pH4、50mM NaCl、0.005%Tween−80、0.1mM EDTA。少なくとも200倍を超える量に対して、4℃で合計3回透析する。
・透析後、0.45μMフィルターに物質を通す。
・透析緩衝液でSP−セファロースカラムを平衡化し、サンプルを添加する。透析緩衝液でカラムを洗浄し、最大1M NaClの塩勾配を有する透析緩衝液で溶出させる。タンパク質は、通常、300〜400mM NaClで溶出される。
・SDS−PAGEで物質を検査する(例えば、図10を参照のこと)。
2つのポットで2種の酵素を用いる方法
以下の実施例は、各中間生成物が次の工程で使用される前に精製される、2つの連続した工程でのG−CSF−GalNAc−SA−PEGの調製を例示する。
a.GalNAc−T2による、G−CSFおよびUDP−GalNAcからのG−CSF−GalNAc(pH6.2)の調製
UFフィルター(MWCO 5K)を用いた限外ろ過によって、容器に入れた緩衝液3.2mL中のG−CSF(960mcg)を濃縮し、次いで、1mLの25mM MES緩衝液(pH6.2、0.005%NaN)に溶解した。次に、UDP−GalNAc(6mg、9.24mM)、GalNAc−T2(40μL、0.04U)、および100mM MnCl(40μL、4mM)を加えて、得られた溶液を室温でインキュベートした。
24時間後、MALDIは、反応が完了したことを示した。SEC(スーパーデックス75およびスーパーデックス200)およびPBS(リン酸緩衝化生理食塩水、pH4.9および0.005%Tween80)からなる溶出緩衝液を用いるHPLC精製に直接反応混合物をかけた。回収したピークのG−CSF−GalNAをCentricon 5KDa MWCOフィルターを用いて約150μLに濃縮し、PBS(リン酸緩衝化生理食塩水、pH4.9および0.005%Tween80)を用いて体積を1mlに調整した。最終タンパク質濃度は1mg/mL(A280)、収率は100%であった。サンプルを4℃で保管した。
b.精製されたG−CSF−GalNAc、CMP−SA−PEG(20KDa)、およびマウスST6GalNAc−TI(pH6.2)を用いたG−CSF−GalNAc−SA−PEGの調製
タンパク質1mgを含有するG−CSF−GalNAc溶液を25mM MES緩衝液(pH6.2、0.005%NaN)中に入れてバッファー交換し、CMP−SA−PEG(20KDa)(5mg、0.25umol)を加えた。溶解後、MnCl(100mcL、100mM溶液)およびST6GalNAc−I(100mcL、マウス酵素)を加え、反応混合物を32℃で3日間、ゆっくりと揺り動かした。限外ろ過(MWCO 5K)によって反応混合物を濃縮し、25mM NaOAc(pH4.9)で1回バッファー交換し、次に、濃縮して全体積を1mLにした。次に、保持時間13〜18分のSP−sepharose(A:25mM NaOAc+0.005%tween−80 pH4.5;B:25mM NaOAc+0.005%tween−80 pH4.5+2M NaCl)、保持時間8.6分のSEC(スーパーデックス75;PBS−pH 7.2、0.005%Tween80)(スーパーデックス75、流速1ml/分)を用いて、生成物を精製した。所望の画分を回収し、濃縮して0.5mLにし、4℃で保管した。
酵素の同時付加を用いてG−CSF−GalNAc−SA−PEGを作製するためのワンポットの方法
以下の実施例は、酵素の同時付加を用いたワンポットでのG−CSF−GalNAc−SA−PEGの調製を例示する。
1.マウスST6GalNAc−I(pH6.0)を用いたワンポットの方法
限外ろ過(MWCO 5K)によって、G−CSF(3.2mLの生成物調製緩衝液中に溶解した960μgのタンパク質)を0.5mlに濃縮し、25mM MES緩衝液(pH6.0、0.005%NaN)で溶解して、全体積を約1mLにし、またはタンパク質濃度を1mg/mLにした。次に、UDP−GalNAc(6mg、9.21μmol)、GalNAc−T2(80μL、80mU)、CMP−SA−PEG(20KDa)(6mg、0,3μmol)、ならびにマウス酵素ST6GalNAc−I(120μL)および100mMMnCl(50L)を加えた。32℃で48時間、溶液を揺り動かし、標準のクロマトグラフィー条件を用いてSP−sepharoseで精製した。合計0.5mgのタンパク質(A280)が得られ、または、全収率約50%であった。MALDIおよびSDS−PAGEの双方を用いた解析によって、生成物の構造を確認した。
2.ニワトリST6GalNAc−I(pH6.0)を用いたワンポットの方法
14.4mgのG−CSFを濃縮して最終体積を3mLにし、25mM MES緩衝液(pH6.0、0.005%NaN、0.004%Tween80)でバッファー交換し、また、体積を13mLに調整した。次に、UDP−GalNAc(90mg、150μモル)、GalNAc−T2(0.59U)、CMP−SA−PEG−20KDa(90mg)、ニワトリST6GalNAc−I(0.44U)、および100mM MnCl(600mcL)を加えた。得られた混合物を室温で60時間放置した。次に、UF(MWCO 5K)および遠心分離によって、反応混合物を濃縮した。残留物(約2mL)を25mMNaOAc緩衝液(pH4.5)中に溶解させ、再度濃縮して最終体積を5mLにした。SP−sepharoseを約10〜23分、SEC(スーパーデックス75、17分、流速0.5ml/分)、さらにSEC(スーパーデックス200、23分、流速0.5ml/分)を用いてサンプルを精製して、3.6mg(全収率25%)のG−CSF−GalNAc−SA−PEG−20KDa(A280およびBCA法)を得た。
酵素の連続付加を用いてG−CSF−GalNAc−Gal−SA−PEGを作製するためのワンポットの方法
以下の実施例は、酵素の連続付加を用いてワンポットでG−CSF−GalNAc−Gal−SA−PEGを作製するための方法を例示する。
1.GalNAc−G−CSFから出発
a.GalNAc−T2を用いた、G−CSFおよびUDP−GalNAcからのG−CSF−GalNAc(pH6.2)の調製
UFフィルター(MWCO 5K)を用いたutrafiltrationによって、容器に入れた緩衝液3.2mL中のG−CSF(960mcg)を濃縮し、次いで、1mLの25mM MES緩衝液(pH6.2、0.005%NaN)に溶解した。次に、UDP−GalNAc(6mg、9.24mM)、GalNAc−T2(40μL、0.04U)、および100mM MnCl(40μL、4mM)を加えて、得られた溶液を室温でインキュベートした。
b.G−CSF−GalNAc、UDP−ガラクトース、SA−PEG−20Kダルトン、および適切な酵素からのG−CSF−GalNAc−SA−PEGの調製
UDP−ガラクトース(4mg、6.5μモル)、コア−1−Gal−T(320μL、160mU)、CMP−SA−PEG−20KDa(8mg、0.4μモル)、ST3Gal2(80μL、0.07mU)および100mM MnCl(80μL)を、上記の工程aから得られる、25mM MES緩衝液(pH6.0)1.5ml中のG−CSF−GalNAcの粗製な反応混合物(1.5mg)に直接加えた。得られた混合物を32℃で60時間放置した反応混合物を遠心分離し、限外ろ過(MWCO 5K)によって0.2mLに濃縮し、次に、25mM NaOAc(pH4.5)で溶解して最終体積を1mLにした。SP−sepharose(保持時間10〜15分)を用いて生成物を精製し、スピンフィルター(MWCO 5K)を用いてピーク画分を濃縮し、さらにSEC(スーパーデックス75、保持時間10.2分)を用いて残留物を精製した。スピンフィルター(MWCO 5K)を用いて濃縮した後、PBS、2.5%マンニトール、0.005%ポリソルベート、pH6.5の調製緩衝液によって、タンパク質を1mLに希釈し、タンパク質濃度が1mL当たり850mcgのタンパク質となるように調製した(A280)。全収率は55%であった。
酵素の同時付加を用いてG−CSF−GalNAc−−Gal−SA−PEGを作製するためのワンポットの方法
a.G−CSF.からの出発
限外ろ過(MWCO 5K)によって、G−CSF(960mcg、3.2ml)を濃縮し、25mM Mes緩衝液(pH6.0、0.005%NaN)で溶解した。G−CSF溶液の全体積は約1mg/mlとした。UDP−GalNAc(6mg)、GalNAc−T2(80μL、〜80μU)、UDP−Gal(6mg)、コア1 GalT(160μL、80μU)、CMP−SA−PEG(20K)(6mg)、およびα2,3−(O)−シアリルトランスフェラーゼ(160μL、120μU)、100mM MnCl(40μL)を加えた。得られた混合物を32℃で48時間インキュベートした 後述するように、IEXおよびSECを用いて精製を実施した。限外ろ過(MWCO 5K)によって、生成物を含有する得られた画分を濃縮し、緩衝液で体積を約1mLに調整した。タンパク質濃度は、A280により0.392mg/mlと測定され、G−CSFからの全収率は40%となった。
本明細書で記述する実施例および実施形態は、例示するためのものに過ぎないこと、また、それを考慮した様々な改変または変更が当業者には示唆され、また、それらは、本出願の趣旨および目的、ならびに添付の特許請求の範囲に包含されることが理解されよう。本明細書に引用したすべての刊行物、特許、および特許出願は、あらゆる目的のために、その全体を参照により本明細書に組み込む。
Thr133(メチオニンが存在する場合はThr134)で起こり得るグリコシル化の存在および位置を示す、G−CSFの構造図である。 PEGで誘導体化したサッカリル部分を付加する前にThr133(メチオニンが存在する場合はThr134)でグリコシル残基にGalNAc部分を酵素的に付加することによって、G−CSFペプチド上の糖残基が改変される、本発明の例示的な実施形態を示すスキームである。 非グリコシル化G−CSFの「Neulasta(商標)」および酵素的にGlycoPEG化されたG−CSFのin vivoでの残存期間を比較したグラフである。 図3で示す化学種の活性を比較したグラフである。 本発明者らが本発明のコンジュゲートを調製する際の例示的なPEG−グリコシル結合基前駆体(修飾された糖)を作製するための合成スキームである。 例示的なG−CSFアミノ酸配列を示す図である。配列番号:1は、最初のアミノ酸がメチオニンであり、Thr134の位置にトレオニン残基がある、175アミノ酸変異体である。配列番号:2は、最初のメチオニンが欠けており、そのため、配列がTで始まり、133位にトレオニン残基がある以外は、175アミノ酸変異体と同じ配列を有する174アミノ酸変異体である。 本発明の実施に際して有用である、いくつかの例示的な修飾された糖ヌクレオチドを示す図である。 本発明の実施に際して有用である、さらに別の例示的な修飾された糖ヌクレオチドを示す図である。 様々な培地で増殖させ、IPTGを用いて誘導した、細菌における組換えGCSFの作製を示す図である。 SP−セファロースクロマトグラフィーの後にリフォールディングされたGCSFのウェスタンブロット解析の結果を示す図である。 本明細書で示す修飾されたシアル酸化学種および未修飾のシアル酸を受容体に転移させるのに役立つシアリルトランスフェラーゼの表である。

Claims (28)

  1. 以下の部分を含む顆粒球コロニー刺激因子ペプチド。

    (式中、Dは−OHおよびR−L−HN−から選択されるメンバーであり、
    Gは、R−L−および−C(O)(C〜C)アルキルから選択されるメンバーであり、
    は、直鎖状または分枝状のポリエチレングリコール残基を含む部分から選択されるメンバーを含む部分であり、
    Lは、結合、置換または非置換アルキル、および置換または非置換ヘテロアルキルから選択されるメンバーであるリンカーであり、
    DがOHであるとき、GはR−L−であり、Gが−C(O)(C〜C)アルキルであるとき、DはR−L−NH−である。)
  2. L−Rが以下の式で表される、請求項1に記載のペプチド。

    (式中、aは0〜20の整数である。)
  3. が以下から選択されるメンバーである構造を有する、請求項1に記載のペプチド。

    (式中、eおよびfは1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数であり、qは0〜20の整数である。)
  4. が以下から選択されるメンバーである構造を有する、請求項1に記載のペプチド。

    (式中、e、f、およびf’は、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数であり、qおよびq’は、1〜20からそれぞれ独立に選択される整数である。)
  5. が以下から選択されるメンバーである構造を有する、請求項1に記載のペプチド。

    (式中、e、f、およびf’は、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数であり、q、q’、およびq’’は、1〜20からそれぞれ独立に選択される整数である。)
  6. が以下から選択されるメンバーである構造を有する、請求項1に記載のペプチド。

    (式中、eおよびfは、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数である。)
  7. 前記部分が以下の式で表される、請求項1に記載のG−CSFペプチド。
  8. 前記部分が以下の式で表される、請求項1に記載のG−CSFペプチド。
  9. 前記部分が以下の式で表される、請求項1に記載のG−CSFペプチド。

    (式中、AAは、前記ペプチドのアミノ酸残基である。)
  10. 前記アミノ酸残基が、セリンまたはトレオニンから選択されるメンバーである、請求項9に記載のG−CSFペプチド。
  11. 配列番号:1に記載のアミノ酸配列を有する、請求項1に記載のG−CSFペプチド。
  12. 前記アミノ酸残基が、配列番号:1の133位のトレオニンである、請求項11に記載のG−CSFペプチド。
  13. 配列番号:1および配列番号:2から選択されるアミノ酸配列を有する、請求項1に記載のペプチド。
  14. 前記部分が以下の式で表される、請求項1に記載のG−CSFペプチド。

    (式中、a、b、c、d、i、r、s、t、およびuは、0および1からそれぞれ独立に選択される整数であり、
    qは1であり、
    e、f、g、およびhは、0〜6の整数からそれぞれ独立に選択されるメンバーであり、
    j、k、l、およびmは、0〜100の整数からそれぞれ独立に選択されるメンバーであり、
    v、w、x、およびyは、0および1からそれぞれ独立に選択され、v、w、x、およびyのうちの少なくとも1つが1であり、
    AAは、前記G−CSFペプチドのアミノ酸残基であり、
    Sia−(R)は、以下の式で表される。

    (式中、Dは、−OHおよびR−L−HN−から選択されるメンバーであり、
    Gは、R−L−および−C(O)(C〜C)アルキルから選択されるメンバーであり、
    は、直鎖状または分枝状のポリエチレングリコール残基から選択されるメンバーを含む部分であり、
    Lは、結合、置換または非置換アルキル、および置換または非置換ヘテロアルキルから選択されるメンバーであるリンカーであり、
    DがOHであるとき、GはR−L−であり、Gが−C(O)(C〜C)アルキルであるとき、DはR−L−NH−である。)
  15. 前記アミノ酸残基がアスパラギン残基である、請求項14に記載のペプチド。
  16. 生理活性を有する顆粒球コロニー刺激因子ペプチドである、請求項1に記載のペプチド。
  17. 以下の部分を含むG−CSFペプチドコンジュゲートを作製する方法であって、

    (式中、Dは、−OHおよびR−L−HN−から選択されるメンバーであり、
    Gは、R−L−および−C(O)(C〜C)アルキルから選択されるメンバーであり、
    は、直鎖状または分枝状のポリエチレングリコール残基から選択されるメンバーを含む部分であり、
    Lは、結合、置換もしくは非置換のアルキル、および置換もしくは非置換のヘテロアルキルから選択されるメンバーであるリンカーであり、
    DがOHであるとき、GはR−L−であり、Gが−C(O)(C〜C)アルキルであるとき、DはR−L−NH−である。)
    (a)転移に適した条件のもとで、基質のG−CSFペプチドを、以下の式で表されるPEG−シアル酸供与体部分と、

    前記G−CSFペプチドのアミノ酸残基またはグリコシル残基上に前記PEG−シアル酸を転移させる酵素と、に接触させる工程を含む方法。
  18. L−Rが以下の式で表される、請求項17に記載の方法。

    (式中、aは0〜20の整数である。)
  19. が以下から選択されるメンバーである構造を有する、請求項17に記載の方法。

    (式中、eおよびfは1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数であり、qは0〜20の整数である。)
  20. が以下から選択されるメンバーである構造を有する、請求項17に記載の方法。

    (式中、e、f、およびf’は、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数であり、qおよびq’は、1〜20からそれぞれ独立に選択される整数である。)
  21. が以下から選択されるメンバーである構造を有する、請求項17に記載の方法。

    (式中、e、f、およびf’は、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数であり、q、q’、およびq’’は、1〜20からそれぞれ独立に選択される整数である。)
  22. が以下から選択されるメンバーである構造を有する、請求項17に記載の方法。

    (式中、eおよびfは、1〜2500からそれぞれ独立に選択される整数である。)
  23. 前記工程(a)の前に、
    (b)適切な宿主中で前記基質顆粒球コロニー刺激因子ペプチドを発現させる工程、をさらに含む、請求項17に記載の方法。
  24. 前記宿主が昆虫細胞および哺乳動物細胞から選択される、請求項17に記載の方法。
  25. 哺乳動物に請求項1に記載のペプチドを投与する工程を含む、哺乳動物における炎症性白血球産生を刺激する方法。
  26. 治療を必要とする被験者の感染症を治療する方法であって、前記被験者の前記状態を改善するのに有効な量の請求項1に記載のペプチドを前記被験者に投与する工程を含む方法。
  27. 請求項1に記載の顆粒球コロニー刺激因子ペプチド、および製薬上許容される担体を含む医薬製剤。
  28. 不溶性の組換え顆粒球コロニー刺激因子(GCSF)タンパク質をリフォールディングさせる方法であって
    (a)GCSFタンパク質を可溶化する工程と、
    (b)酸化還元対を含む緩衝液に前記可溶性GCSFタンパク質を接触させて前記GCSFタンパク質をリフォールディングさせる工程と、を含み、
    前記リフォールディングされたGCSFタンパク質が生物学的に活性である方法。

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