JP2007528838A - 腫瘍特異的ワクチンとしての合成タンパク質 - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書では、合成又は人工のペプチドを、ペプチド結合によって連結された天然の20種のアミノ酸の重合体の化学的合成によって産生された、化学的に産生されたアミノ酸の重合体すなわちポリペプチドとして定義する。合成タンパク質は、化学合成された、長さが2から80アミノ酸までの範囲にある少なくとも2つ以上の合成ペプチドの融合産物として定義する。2つ以上の合成ペプチドの連結によって、合成タンパク質が産生され、この合成タンパク質は、天然のタンパク質の一部又は全長に対応する場合があり、また、その長さは、約80アミノ酸から約1000アミノ酸まで、好ましくは85から400アミノ酸まで、より好ましくは90から200アミノ酸までの範囲で変動しうる。対照的に、天然又は組換え体のタンパク質は、コードしているRNAテンプレートの翻訳によってin vivo又はin vitroで酵素的に産生された、酵素的に産生されたタンパク質又はポリペプチドとして定義する。
HPV16 E7ペプチドの化学合成とペプチドの連結
HPV16 E7ペプチド及びタンパク質の化学合成
均質な合成E7タンパク質を、Fmoc固相合成法で別々に組み立てられた2つのオリゴペプチドの化学的連結によって調製した。E7のN末端60量体セグメントを、スルホンアミド安全つかみ樹脂で調製し、公表されている操作法に従ってチオエステル1[E7(1−60)]に変換した(Ingenito,R.ら、J.Am.Chem.Soc.121,11369−11374(1999年))。C末端38量体カルボキサミド[E7(61−98),2]は、標準的なのFmoc固相プロトコルを介して生成させた。続いて、RP−HPLCで精製された断片1及び2を連結させて、完全長E7タンパク質(3)を得た。元の無改変の連結操作法(Hackeng T.M.ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 96,10068−10073(1999年)、及びDawson P.E.ら、J.Am.Chem.Soc.119,4325−4329(1997年))の1つに従って、添加物としてチオフェノール/ベンジルメルカプタンを用いて、連結反応を成功裏に実施することができた。しかし、本発明者らは、メルカプトエチルスルホン酸ナトリウム塩(Flavell R.R.ら、Org.Lett.4、165〜168頁、2002年)が、均質且つ無臭の反応混合物を与えるので、より好都合な添加物であることを見出した。
ペプチド合成
断片E7(1−60)チオエステル(1)及びE7(61−98)C末端カルボキサミド(2)は、PyBOP活性化を伴ったFmoc−SPPSによってABI433A測定器を用いて0.25mmolスケールで調製した。Cys残基のラセミ化を最小にするために、(Han,Y.X.ら、J.Org.Chem 62,4307−4312(1997年))で提案されたin situプロトコルを用いた。各合成サイクルは、NMP中の20%ピペリジンを用いたFmocの除去、NMP洗浄、2mmol DIPEAの存在下におけるPyBOPに補助された1mmol Fmocアミノ酸との1hの連結ステップ、第2のNMP洗浄、Ac2O/DIPEAキャッピングステップ、及び、最後にNMP洗浄を含む。
断片1の組み立ては、4−スルファミルブチリルAM樹脂(Novabiochem社)から開始した。N末端メチオニン残基は、Boc−Met−OHとして導入した。チオエステルは、固定され、且つ保護されたオリゴペプチドから生成させた。簡潔には、樹脂をTMSCHN2でアルキル化し、ペプチドをNaSPhの存在下でエチル3−メルカプトプロピオン酸で切断し、96/1.2/1.2/0.8/0.8のTFA/エチル3−メルカプトプロピオン酸/TIS/m−クレゾール/H2Oで脱保護した。
断片2は、RAM Tentagel樹脂(Rapp Polymere社)上で組み立てた。ペプチド鎖組み立てが完了したときに、(Dick,F.、「分子生物学の方法、第35巻:ペプチド合成プロトコル(Molecular Biology,Vol.35:Peptide Synthesis Protocols)」(Pennington,M.W.及びDunn,B.M編集)中63〜72頁(Humana Press社、Totowa,NJ、1994年))に記載の通り、切断混合物(96/1.2/1.2/0.8/0.8のTFA/EDT/TIS/m−クレゾール/H2O)で2時間処理することによってペプチドを脱保護し、樹脂から切断した。
方法A
ペプチドチオエステル1(22mg、3.1μmol)を、ペプチド2(11.3mg、2.7μmol)と混合し、3.0mLの緩衝液(100mMリン酸、20mM EDTA、6M Gdn・HCl、pH8)中に溶解させた。次に60μLチオフェノール及び60μLベンジルメルカプタンを添加し、混合物を22℃で65時間撹拌した。混合物を100mg DTTで処理し、25mM Na2HPO4、25mM NaH2PO4、5mM EDTA、5mM DTT、pH7中で平衡化されたスーパーデックス75 HL 16/60カラム(Pharmacia社)に添加した。37mL(1mL/分)において溶出された産物を収集し、RP HPLC(Vydac C−4 214TP510カラム;250×10mm、5mL/分;0.1%TFA水溶液中のアセトニトリル勾配で溶出))によって再精製し、質量分光分析法、RP HPLC、及び定量的アミノ酸分析による測定で、0.6mg(収率2%)の均質なE7タンパク質を得た。PE Sciex API165シングル四重極質量分析計で電気スプレー電離MSを行った。α−シアノ−4−ヒドロキシケイ皮酸をマトリックスとして用いて、マトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)MSスペクトルを、Voyager−DE PRO測定器に記録した。
ペプチドチオエステル1(10.5mg、1.4μmol)をペプチド2(16mg、2μmol)と混合し、1.8mLのライゲーション緩衝液(200mMリン酸、20mM EDTA、6M 塩酸グアニジン、75mM MesNa、pH8.5)中に溶解させ、混合物を22℃で65h撹拌し、精製緩衝液(6M塩酸グアニジン、25mM Na2HPO4、25mM NaH2PO4、5mM EDTA、5mM DTT、pH7)中で平衡化されたスーパーデックス75 HL 16/60カラム(Pharmacia社)に添加し、0.8mL/分で溶出した。50mLにおいて溶出された産物を収集し(5.5mL)、3kDカットオフを有する透析チューブを用いて水中で透析し(2Lの水、40hにわたって3回交換した)、6.7mg(収率44%)のE7タンパク質を含有する7.5mLの溶液を得た。この物質のクロマトグラフィー特性、分光器特性、及び免疫原性特性は、方法Aで得られたタンパク質と区別できないものであった。
合成HPV16−E7タンパク質ワクチンの抗原性
方法
対照抗原及びアジュバント
H−2Db−拘束性CTLエピトープHPV16−E749−57(RAHYNIVTF)と、E743−77の長さ35残基ペプチドGQAEPDRAHYNIVTFCCKCDSTLRLCVQSTHVDIRとの2つのペプチドを生成させた。ペプチドの純度は、RP−HPLCによって測定し、日常的に、90%超の純度となっていることが判明した。ペプチドを、0.5%DMSOを含むPBS中に溶解させ、即座に使用しない場合には、−20℃で保存した。組換え体は、Pet−19b−HPV16−E7で形質転換された組換え体大腸菌(E.coli)中で産生させ、前述の通りに精製した(De Bruijn,M.L.ら、Cancer Res.58、724〜31頁、1999年)。配列TTCATGACGTTCCTGACGTTのCpG−オリゴデオキシヌクレオチド(ODN)1826は、Coley Pharmaceutical社によって提供され、50μg/マウスの作業濃度で使用した(Zwaveling S.ら、J.Immunol.169、350〜8頁、2002年)。
C57BL/6(B6、H−2b)マウスは、IFFA Credo社(仏国、Paris)から入手した。腫瘍細胞系13.2は、アデノウイルス5型由来のE1タンパク質で形質転換されたMEC(B6)から派生しており、このタンパク質中では、H−2Db E1Aエピトープが、HPV16−E749−57CTLエピトープで置換されている。TC−1は、HPV−16 E6及びE7並びにc−Ha−ras発癌遺伝子で同時形質転換されたC57BL/6マウスの初代上皮細胞に由来し、IMDM+10%FCS中で培養された(Van der Burg S.H.ら、Vaccine 19,3652〜60、2001年)。D1細胞は、C57BL/6マウスから派生した長期の成長因子依存性の未成熟脾臓樹状細胞(DC)であり、記載されている通りに培養した(Winzler,C.ら、J.Exp.Med.185、317〜28頁、1997年)。PBS中に溶解させたE749−57の短いペプチド(5.0μg)又はE743−77の長さ35残基のペプチド(18μg)のいずれか、組換え体HPV16−E7(50μg)タンパク質又は合成HPV16−E7タンパク質(50μg)を等モルレベル(4.5nmol)でC57BL/6マウスに皮下注射した。ODN−CpG1826(50μg)はPBS中に溶解させて、皮下ワクチン接種の前にペプチドと混合した。陽性対照として、PBS中に溶解され、ODN−CpG1826と混合された約8倍多い用量のペプチド(37.7nmo1、150μg)もマウスに注射した(Zwavelingら、J.Immunol 169、350〜8頁、2002年)。注射された総容積は、200μl/マウスであった。脾臓は10日後に採取した。免疫処置されたマウスからの脾細胞を、完全培地中、5×105のE749−57発現細胞(腫瘍細胞系13.2)存在下で培養する(24ウェルプレートのウェルあたり4×106細胞)ことによってT細胞を得た。培養は、5%CO2を含有する加湿された空気中で、37℃で維持した。外因性のIL−2は添加しなかった。6日目に、フィコール密度勾配中での遠心によって死んでいる細胞を培養から除去し、残った生存細胞を24ウェルプレート中に1.5×106細胞/ウェルで播種した。7日目に、四量体染色又は細胞内サイトカイン染色を行った。
以前に記載された(Van der Burgら、Vaccine 19、3652〜60頁、2001年)通り、PE標識された、E749−57(IVTF)含有H−2Dbエピトープ四量体を構築し、ペプチド特異的CTL免疫の分析に用いた。以前に記載された(Zwaveling S.ら、J.Immunol 169、350〜8頁、2002年)通り、HPV16−E7特異的CTLの抗原特異的なIFNγ産生の分析にFITC標識された抗CD8b.2 Ab(Ly−3.2)(クローン53−5.8)と、PE標識された抗IFNγ Ab(クローンXMG1.2)(BD PharMingen社、米国、San Diego)とを使用した。
予防ワクチン接種ストラテジー実験では、28日目及び14日目に、指示されたワクチンをマウスの左側の腹に皮下ワクチン接種した。0日目に、50000のTC−1腫瘍細胞をマウスに皮下注射し、腫瘍の成長を100日間追跡した。治療用ワクチン接種の設定では、マウスを左側の腹で50000のTC−1腫瘍細胞に曝露した。腫瘍が触診可能であった9日目に、マウスの右側の腹に、指示されたワクチンを接種した。14日後、これらのマウスに上記のワクチンを追加注射した。腫瘍の成長は、95日間モニターした。
多数の研究によって、(1)HPV16−E7を発現する腫瘍に対するC57BL/6マウスの防御が、主としてE749−57特異的CD8+T細胞に依存していること(De Bruijn M.L.ら、Cancer Res.58、724〜31頁、1998年、Greenstone H.L.ら、PNAS 95、1800〜5頁、1998年、Lin K.Y.ら、Cancer Res.56、21〜6頁、1996年、Feltkamp M.C.ら、Eur.J.Immunol.23、2242〜9頁、1993年)、及び、(2)腫瘍の進行に対して防御するか、或いは確立された腫瘍を根絶するHPV16−E7特異的T細胞の能力が、E749−57四量体陽性CD8+T細胞の割合と相関すること(Van der Burgら、Vaccine 19,3652〜60頁、2001年)が示されているので、そのようなHPV16−E749−57特異的なCD8+T細胞を誘導する能力によって、合成HPV16−E7タンパク質の抗原性を評価した。最小CTLエピトープ(E749−57:RAHYNIVTF)、E749−57特異的CD8+T細胞の活発な反応を誘導することが知られていたより長いペプチド(E743−77)、組換え体のHPV16−E7又は合成HPV16−E7タンパク質を含めた、過去に成功裏に使用されてきたいくつかのワクチンを最小CTLエピトープと等モル濃度でCpGと併用してC57BL/6マウスに注射した。ワクチン接種の10日後に脾臓を採取し、H2−Db E749−57(RAHYNIVTF)四量体の染色によって細胞を直接分析し(Van der Burg S.H.ら、Vaccine 19,3652〜60頁、2001年)(図3a)、E749−57(RAHYNIVTF)ペプチド特異的なCD8+T細胞の割合を測定する前に、さらに、付加的なもう1ラウンドのin vitro刺激も与えたところ、それは、in vivoで誘発されたCD8+T細胞応答を拡大したが、それらのヒエラルキーは変化させなかった(図3b)。予測された通り、より長いE7ペプチドは、抗原の用量が高くても、またより低い用量でも、HPV16−E7特異的なCD8+T細胞を強く誘導することができ、一方、最小CTLエピトープによって誘導された反応は有意に弱かった。重要なことに、合成E7タンパク質を1回注射することによって誘導されたHPV16−E7特異的CD8+T細胞の反応は、組換え体HPV16−E7タンパク質の反応に匹敵するものであり、また、他のワクチンよりもいくらか強いものであった。合成E7タンパク質で1回ワクチン接種した後に、機能的なCD8+T細胞応答が誘発されたことを確認するために、樹状細胞(DC)のみで刺激した際、又は、長いE743−77ペプチド又は組換え体E7タンパク質のいずれかでパルス刺激した際のINF−γ産生CD8+細胞の数を測定した。合成E7タンパク質でワクチン注射されたマウスの脾臓で多数のINF−γ産生CD8+T細胞が検出され、H2−Db E749−57四量体によって検出されたCD8+T細胞が機能的に活性であったことが確認された(図4)。さらに、これらのマウスからのCD8+T細胞は、組換え体E7タンパク質でパルス刺激されたDCに対して反応したが、これは、合成HPV16−E7タンパク質がその最大限の抗原性潜在能を保持していることを示す。
50000のTC−1腫瘍細胞に曝露された後、未処置のマウスでは、11日目からその先、触診可能な腫瘍の進行が開始し、すべてのマウスが、腫瘍接種の後41日以内に死亡した。初回−追加接種プロトコルにおいて4.5nmolの合成E7タンパク質でワクチン接種されたマウスは、70日目まで保護された。この日の後には、合成E7でワクチン接種された10匹のマウスのうち1匹のみが腫瘍を発症し、一方、組換え体E7タンパク質でワクチン接種されたマウスのグループでは3匹のマウスが死亡した。等モル量の長いE7ペプチドでマウスにワクチン接種した場合、すべてのマウスが腫瘍を発症した(図5a)が、以前に防御的であることが確立されている約8倍多い用量の長いペプチド(13)を注射されたマウスの中では、4匹のみが腫瘍を発症した。確立されている腫瘍をこのワクチンが根絶する能力を試験するために、最初にマウスをTC−1腫瘍細胞に曝露し、腫瘍が触診可能であった9日目にワクチン接種した。14日後にワクチンを追加接種した。未処置のマウスはすべて、腫瘍曝露後39日以内に死亡した。低用量(合成タンパク質と等モル量)の長いペプチドを注射されたマウスのうち、>40%が40日目にまだ生きていたが、最終的には、すべてのマウスが56日目の前に死亡した。合成E7タンパク質でワクチン接種された8匹のマウスのうち、6匹のマウスは、50日目と70日目との間に死亡したが、最後2匹のマウスは、少なくとも95日目まで生き残った。組換え体E7タンパク質でワクチン接種されたマウスはいくらか早めに死亡したが生存動態は、合成タンパク質でワクチン接種されたグループのものと同様であった(図5b)。
Claims (22)
- 病原体又は腫瘍の天然の抗原タンパク質における連続した少なくとも46アミノ酸に少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を含む合成タンパク質を生成する方法であって、
a)それぞれが、前記アミノ酸配列における連続した2から80アミノ酸から成る2つ以上の断片を化学合成し、それによって、前記2つ以上の断片が、前記アミノ酸配列中で隣接して、且つオーバーラップしていないステップと、
b)一断片のC末端を、隣接した断片のN末端に化学的に連結させて、前記合成タンパク質又はその一部分を生成させるステップと、
c)任意選択で、ステップBを反復して、ステップB又はステップCから得られたさらに別の隣接した断片を順次に連結させて、前記合成タンパク質を生成させるステップと
を含む方法。 - 前記隣接し且つオーバーラップしていない断片が、N末端システイン残基又はグリシン残基を含むように選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記天然のタンパク質が、HPVタンパク質である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記HPVタンパク質が、HPV16、HPV18、HPV31、HPV33又はHPV45からのE2、E6又はE7タンパク質である、請求項1から3までのいずれか一項に記載の方法。
- ステップB又はCから得られた前記合成タンパク質が、アジュバントに化学的に結合されている、請求項1から4までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記アジュバントが化学的に合成されている、請求項5に記載の方法。
- 前記アジュバントが、樹状細胞を活性化できる、請求項5又は6に記載の方法。
- 前記アジュバントが、ポリIC、CpG DNA、イミキモド、Pam3Cys、LPS、及びこれらの組合せから成る群から選択される、請求項7に記載の方法。
- 前記合成タンパク質を薬学的に許容される担体と混合することによって、前記タンパク質を医薬組成物に配合するステップをさらに含む、請求項1から8までのいずれか一項に記載の方法。
- 合成タンパク質を含む組成物であって、前記タンパク質が、病原体又は腫瘍の天然の抗原タンパク質における連続した少なくとも46アミノ酸に少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を含み、それによって、前記組成物は、前記アミノ酸配列をコードする核酸を含まない組成物。
- 前記タンパク質が、配列番号1から6までのうちの1つにおける連続した少なくとも46アミノ酸に少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を含み、それによって、前記組成物は、配列番号1から6までのアミノ酸配列をコードするDNAを含まない、請求項10に記載の組成物。
- 前記組成物がアジュバントをさらに含む、請求項11に記載の組成物。
- 前記アジュバントが、樹状細胞を活性化できる、請求項12に記載の組成物。
- 前記TLR−活性化アジュバントが、ポリIC、CpG DNA、イミキモド、Pam3Cys、LPS、及びこれらの組合せから成る群から選択される、請求項13に記載の組成物。
- 前記アジュバントが共有結合によって前記タンパク質に結合されている、請求項10から14までのいずれか一項に記載の組成物。
- 薬学的に許容される担体をさらに含む、請求項9から15までのいずれか一項に記載の組成物。
- 抗CD40抗体をさらに含む、請求項9から16までのいずれか一項に記載の組成物。
- ワクチンとして使用するための、請求項9から17までのいずれか一項に記載の組成物。
- HPV関連疾患を治療又は予防する方法であって、請求項1から9までに記載の通りに生成された合成タンパク質、又は請求項10から18までに記載の組成物を治療有効量、対象に投与することを含む方法。
- 前記HPV関連疾患が、HPVによって誘発された癌である、請求項19に記載の方法。
- 請求項1から9までに記載の通りに生成された合成タンパク質、又は請求項10から18までに記載の組成物の、HPV関連疾患を治療又は予防する薬物を製造するための使用。
- 前記HPV関連疾患が、HPVによって誘発された癌である、請求項21に記載の使用。
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