JP2008162981A - Biotinylated or homing peptide presentation-type bionanocapsule - Google Patents

Biotinylated or homing peptide presentation-type bionanocapsule Download PDF

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Shunichi Kuroda
俊一 黒田
Junko Ueda
淳子 植田
Mana Nakita
真奈 名木田
Hiroyuki Tonoi
裕之 殿井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bionanocapsule easily making interactions with various biomolecules. <P>SOLUTION: The bionanocapsule includes biotin/biotin-binding protein/homing peptide-modified hepatitis B virus surface antigen protein or a modified product thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ホーミングペプチド提示型バイオナノカプセルに関する。また本発明は、ビオチン化バイオナノカプセルに関する。さらに本発明は、ビオチンを介して生体認識分子を提示したバイオナノカプセルに関する。本発明のバイオナノカプセルは、薬物送達システム(DDS)、遺伝子送達システム(GDS)に好適に使用される。   The present invention relates to a homing peptide-presenting bio-nanocapsule. The present invention also relates to biotinylated bio-nanocapsules. Furthermore, the present invention relates to a bio-nanocapsule that presents a biorecognition molecule via biotin. The bio-nanocapsule of the present invention is suitably used for a drug delivery system (DDS) and a gene delivery system (GDS).

バイオナノカプセルは薬剤、遺伝子、タンパク質等を包含して生体内の任意の細胞や組織に送達させることができるナノサイズのプロテオリポソームである。このバイオナノカプセルはリポソームとは異なり、ウイルスの感染系に基づいているので細胞内への物質導入効率は飛躍的に高い。オリジナルタイプのバイオナノカプセルは、ヒト肝臓特異的であるので、肝臓以外の細胞や組織に再標的化して送達させるには、HBsAgタンパク質由来のPre-Sペプチド(ヒト肝臓特異的認識分子として機能)を別の生体認識分子(抗体、サイトカイン、同受容体など)に交換する必要があった(特許文献1〜3)。   Bionanocapsules are nano-sized proteoliposomes that contain drugs, genes, proteins, etc. and can be delivered to any cell or tissue in the body. Unlike the liposome, this bio-nanocapsule is based on a virus infection system, so that the substance introduction efficiency into the cell is remarkably high. Since the original type of bio-nanocapsule is specific to the human liver, a pre-S peptide derived from the HBsAg protein (functioning as a human liver-specific recognition molecule) can be delivered to retargeted cells and tissues other than the liver. It was necessary to exchange with another biorecognition molecule (antibody, cytokine, receptor, etc.) (Patent Documents 1 to 3).

一方、ホーミングペプチドと総称される、特に3アミノ酸残基以上15アミノ酸残基未満のペプチドが生体内で特定の臓器及び細胞を認識して、生体内ピンポイント標的化に利用できることが示されている(非特許文献1〜3)。しかし、これらホーミングペプチドは、ファージを使用したランダムペプチドライブラリーから単離され、その際のファージの状態のままか、ペプチドに直接薬剤や蛍光物質を結合した用途にしか使用されていないのが現状であり、ファージライブラリーからホーミングペプチド部分を単離して巨大分子(リポソーム、遺伝子、RNA、タンパク質等)などに結合させて、生体内デリバリに応用した例はなかった。
WO01/64930 WO03/082330 WO03/082344 Joyce J.A., Laakkonen P., Bernasconi M., Bergers G., Ruoslahti E., and Hanahan D. (2003) CANCER CELL 4, 393-403. Kolonin M, Pasqualini R, Arap W. Current Opinion in Chemical Biology 2001, 5:308-313 Zhang L, Hoffman JA, and Ruoslahti E Circulation 2005; 112: 1601-1611
On the other hand, it has been shown that peptides generally called homing peptides, particularly peptides having 3 amino acid residues or more and less than 15 amino acid residues can recognize specific organs and cells in vivo and can be used for in vivo pinpoint targeting. (Non-patent documents 1 to 3). However, these homing peptides are isolated from random peptide libraries using phages, and are currently used only for applications in which the peptides remain in the state of the phages or drugs or fluorescent substances are directly bound to the peptides. No homing peptide portion was isolated from a phage library and bound to a macromolecule (liposome, gene, RNA, protein, etc.) and applied to in vivo delivery.
WO01 / 64930 WO03 / 082330 WO03 / 082344 Joyce JA, Laakkonen P., Bernasconi M., Bergers G., Ruoslahti E., and Hanahan D. (2003) CANCER CELL 4, 393-403. Kolonin M, Pasqualini R, Arap W. Current Opinion in Chemical Biology 2001, 5: 308-313 Zhang L, Hoffman JA, and Ruoslahti E Circulation 2005; 112: 1601-1611

本発明は、容易に種々の生体分子と相互作用可能なバイオナノカプセルを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a bio-nanocapsule that can easily interact with various biomolecules.

また本発明は、生体認識能に優れたバイオナノカプセルを提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a bio-nanocapsule excellent in biorecognition ability.

本発明者は、上記課題に鑑み検討を重ねた結果、バイオナノカプセルを構成するHBsAgタンパク質またはその改変体をビオチン化もしくはビオチン結合性タンパク質化し、このビオチンにアビジン、ストレプトアビジン、ニュートラアビジン(Neutravidin)などのビオチン結合性タンパク質を介してビオチン化された生体認識分子を連結すること、或いは、バイオナノカプセルに連結されたビオチン結合性タンパク質にビオチン化された生体認識分子を連結することで、カプセル内の物質の生体内への導入を実質的に損なうことなく、任意の細胞/組織を標的化できることを見出した。また、ホーミングペプチドをバイオナノカプセルに提示することにより、細胞/組織を標的化できることを見出した。   As a result of repeated studies in view of the above problems, the present inventor has made biotinylated or biotin-binding protein a HBsAg protein constituting a bio-nanocapsule or a biotin-binding protein, and avidin, streptavidin, neutravidin, etc. By connecting biotinylated biorecognition molecules via biotin-binding proteins of biotin or biotinylated biorecognition molecules linked to bionanocapsules, the substance in the capsule It has been found that any cell / tissue can be targeted without substantially compromising the introduction of the protein into the body. It was also found that cells / tissues can be targeted by presenting the homing peptide on the bio-nanocapsule.

本発明は、以下のビオチン化バイオナノカプセル、ビオチン結合性タンパク質を連結したバイオナノカプセルと生体認識分子提示型バイオナノカプセルを提供するものである。
1. ホーミングペプチドが連結されたB型肝炎ウイルス表面抗原(HBsAg)タンパク質またはその改変体を含む、バイオナノカプセル。
2. ホーミングペプチドが、ビオチン-ビオチン結合性タンパク質-ビオチン結合を介してHBsAgタンパク質またはその改変体に連結されてなる、項1に記載のバイオナノカプセル。
3. ホーミングペプチドが、HBsAgタンパク質またはその改変体と直接又は適当なアミノ酸配列を介して連結された融合タンパク質に含まれる、項1に記載のバイオナノカプセル。
4. HBsAgタンパク質またはその改変体が抗体のFc 領域と結合性のドメインを含み、ホーミングペプチドと抗体のFc領域とを含む融合タンパク質が前記表面抗原タンパク質に連結されている、項1に記載のバイオナノカプセル。
5. 前記ドメインがZZタグである、項4に記載のビオチン化バイオナノカプセル。
6. ビオチン修飾されたHBsAgタンパク質またはその改変体を含む、ビオチン化バイオナノカプセル。
7. ビオチン修飾されたHBsAgタンパク質またはその改変体とビオチン結合性タンパク質を含む、ビオチン結合性タンパク質−ビオチン化バイオナノカプセル。
8. 前記HBsAgタンパク質またはその改変体が、抗体のFc 領域と結合性のドメインを含む項1に記載のビオチン化バイオナノカプセル。
9. 前記ドメインがZZタグである、項8に記載のビオチン化バイオナノカプセル。
10. ビオチン結合性タンパク質を化学的に連結したHBsAgタンパク質またはその改変体を含むバイオナノカプセル。
11. ビオチン結合性タンパク質とHBsAgタンパク質またはその改変体を架橋剤を介して結合してなる項10に記載のバイオナノカプセル。
The present invention provides the following biotinylated bionanocapsule, bionanocapsule linked with biotin-binding protein, and biorecognition molecule-presenting bionanocapsule.
1. A bio-nanocapsule comprising a hepatitis B virus surface antigen (HBsAg) protein or a variant thereof linked to a homing peptide.
2. Item 2. The bio-nanocapsule according to Item 1, wherein the homing peptide is linked to the HBsAg protein or a variant thereof via a biotin-biotin-binding protein-biotin bond.
3. Item 2. The bio-nanocapsule according to Item 1, wherein the homing peptide is contained in a fusion protein linked directly or via an appropriate amino acid sequence to the HBsAg protein or a variant thereof.
4). Item 2. The bio-nanocapsule according to Item 1, wherein the HBsAg protein or a variant thereof includes a binding domain with an antibody Fc region, and a fusion protein including a homing peptide and an antibody Fc region is linked to the surface antigen protein.
5. Item 5. The biotinylated bio-nanocapsule according to Item 4, wherein the domain is a ZZ tag.
6). A biotinylated bio-nanocapsule comprising a biotin-modified HBsAg protein or a variant thereof.
7). A biotin-binding protein-biotinylated bio-nanocapsule comprising a biotin-modified HBsAg protein or a variant thereof and a biotin-binding protein.
8). Item 2. The biotinylated bio-nanocapsule according to item 1, wherein the HBsAg protein or a variant thereof includes a domain that is binding to an Fc region of an antibody.
9. Item 9. The biotinylated bio-nanocapsule according to Item 8, wherein the domain is a ZZ tag.
Ten. A bio-nanocapsule containing an HBsAg protein or a variant thereof chemically linked to a biotin-binding protein.
11. Item 11. The bio-nanocapsule according to Item 10, wherein the biotin-binding protein is bound to the HBsAg protein or a variant thereof via a crosslinking agent.

本発明の1つの好ましい実施形態によれば、ビオチン化バイオナノカプセル、ビオチン結合性タンパク質を連結したバイオナノカプセルを得ることができる。このビオチン化バイオナノカプセルは、アビジン/ストレプトアビジン/ニュートラアビジン等のビオチン結合性タンパク質を介して、任意のビオチン化生体認識分子を連結することができる。また、ビオチン結合性タンパク質を連結したバイオナノカプセルは、任意のビオチン化生体認識分子を連結することができる。ビオチンを適当なスペーサーを介して連結することで、多数の生体認識分子を、その生体認識能を損なうことなく連結することができる。本発明のビオチン化バイオナノカプセルとビオチン結合性タンパク質を連結したバイオナノカプセルは、内部に封入した物質を細胞内導入するために好ましく使用されるが、この他に核酸(DNA,RNA)、タンパク質(受容体またはそのリガンド、酵素)及び生理活性物質などの任意の物質と相互作用するための適当な生体認識分子を連結するのに使用することができる。従来のバイオナノカプセルは、生体認識分子を予めHBsAgタンパク質またはその改変体に連結しており、ZZタグを連結した場合でも抗体以外のタンパク質は連結することができず、個別の目的に応じてバイオナノカプセルをその都度HBsAgタンパク質との融合タンパク質として組換え生物用発現ベクターの作製から作り直す必要があった。一方、本発明のビオチン化バイオナノカプセルによれば、(ビオチン)−(ビオチン結合性タンパク質)−(ビオチン)結合を介して任意の生体認識分子の連結に対応できるため、効率の点からも望ましい。同様に、本発明のビオチン結合性タンパク質を連結したバイオナノカプセルによれば、(ビオチン結合性タンパク質)−(ビオチン)結合を介して任意の生体認識分子の連結に対応できる。   According to one preferred embodiment of the present invention, biotinylated bionanocapsules and bionanocapsules linked with biotin-binding proteins can be obtained. This biotinylated bio-nanocapsule can link any biotinylated biorecognition molecule via a biotin-binding protein such as avidin / streptavidin / neutravidin. Moreover, the bio-nanocapsule linked with a biotin-binding protein can link any biotinylated biorecognition molecule. By connecting biotin via an appropriate spacer, a large number of biological recognition molecules can be connected without impairing the biological recognition ability. The bio-nanocapsule in which the biotinylated bio-nanocapsule of the present invention is linked to a biotin-binding protein is preferably used for introducing a substance encapsulated therein into a cell, but in addition to this, a nucleic acid (DNA, RNA), protein (reception) The body or its ligands, enzymes) and any suitable biorecognition molecule for interacting with any substance such as a biologically active substance. Conventional bio-nanocapsules have biorecognition molecules linked in advance to the HBsAg protein or a variant thereof, and even when a ZZ tag is linked, proteins other than antibodies cannot be linked. Each time, it was necessary to recreate the expression vector for recombinant organisms as a fusion protein with the HBsAg protein. On the other hand, the biotinylated bio-nanocapsule of the present invention is desirable from the viewpoint of efficiency because it can cope with the connection of any biological recognition molecule via a (biotin)-(biotin-binding protein)-(biotin) bond. Similarly, according to the bio-nanocapsule to which the biotin-binding protein of the present invention is linked, it is possible to cope with linking of any biological recognition molecule via a (biotin-binding protein)-(biotin) bond.

本発明のもう1つの好ましい実施形態によれば、ホーミングペプチド提示型バイオナノカプセルが提供される。ホーミングペプチド提示型バイオナノカプセルは、ビオチンを介して多数のホーミングペプチド(1種類でも2種類以上でもよい)を提示できるため、複数の細胞に同時にカプセル内に封入された物質を導入することができる。また、ホーミングペプチドを適当な密度で提示させることで、導入効率をさらに向上させることができ、核酸、タンパク質などの封入物質の導入剤としても高い有用性を有する。さらに、複数の抗原性物質を細胞表面に提示させれば、ワクチンとしても有用である。ホーミングペプチドは低分子であるので、抗体と異なり抗原性が問題となりにくい利点がある。ホーミングペプチドは、ZZタグとFc領域の結合、ビオチンとビオチン結合性タンパク質の結合、あるいはHBsAgタンパク質との融合タンパク質としてバイオナノカプセルに表面提示することができる。さらに、ホーミングペプチドは、バイオナノカプセルに二価または多価の架橋剤を介して化学的に結合させることができる。   According to another preferred embodiment of the present invention, a homing peptide-presenting bio-nanocapsule is provided. The homing peptide-presenting bio-nanocapsule can present a large number of homing peptides (either one type or two or more types) via biotin, so that a substance encapsulated in the capsule can be simultaneously introduced into a plurality of cells. Moreover, by introducing the homing peptide at an appropriate density, the introduction efficiency can be further improved, and it has high utility as an introduction agent for encapsulated substances such as nucleic acids and proteins. Furthermore, if a plurality of antigenic substances are presented on the cell surface, they are useful as vaccines. Since homing peptides are small molecules, unlike antibodies, there is an advantage that antigenicity is less likely to be a problem. The homing peptide can be surface-displayed on the bio-nanocapsule as a fusion protein of ZZ tag and Fc region, biotin and biotin-binding protein, or HBsAg protein. Furthermore, the homing peptide can be chemically bound to the bio-nanocapsule via a bivalent or multivalent cross-linking agent.

本明細書において、バイオナノカプセルを「BNC」と略記することがある。また、「BNC」をビオチン化されたバイオナノカプセルの意味で使用することがある。   In this specification, the bio-nanocapsule may be abbreviated as “BNC”. “BNC” is sometimes used to mean a bio-nanocapsule biotinylated.

BNCは、HBsAgタンパク質またはその改変体と、リン脂質膜を構成要素とするナノサイズの粒子を意味し、リン脂質膜に前記HBsAgタンパク質またはその改変体が突き刺さった構造をとっている。BNCの内部には、核酸、タンパク質、薬物などの細胞内に導入される物質が封入されていてもよい。本明細書で、「未封入BNC」は、導入物質が封入されていないBNCを指す。   BNC means an HBsAg protein or a variant thereof and nano-sized particles having a phospholipid membrane as a constituent element, and has a structure in which the HBsAg protein or a variant thereof is stuck into the phospholipid membrane. Substances introduced into cells such as nucleic acids, proteins, and drugs may be encapsulated inside the BNC. As used herein, “unencapsulated BNC” refers to BNC in which the introduced substance is not encapsulated.

BNCの構成要素である、HBsAgタンパク質またはその改変体としては、HBsAgタンパク質またはその改変体が例示される。なお、HBsAgタンパク質は、B型肝炎ウイルスコア抗原(HBcAg)タンパク質と組み合わせて未封入BNCを形成してもよい。HBsAgタンパク質またはその改変体は、糖鎖を有していてもよい。未封入BNCに核酸、タンパク質、薬物などの導入物質を封入させる方法としては、エレクトロポレーションにより行ってもよく、導入物質を含むリポソームとビオチン化されたまたはされていない未封入BNCを融合させて、内部に導入物質を封入してもよい。   Examples of the HBsAg protein or a variant thereof, which is a component of BNC, include an HBsAg protein or a variant thereof. The HBsAg protein may be combined with the hepatitis B virus core antigen (HBcAg) protein to form unencapsulated BNC. The HBsAg protein or a variant thereof may have a sugar chain. As a method of encapsulating the introduction substance such as nucleic acid, protein, and drug in the unencapsulated BNC, electroporation may be performed. The liposome containing the introduction substance and the unencapsulated BNC that is biotinylated or not are fused. The introduced substance may be enclosed inside.

本明細書において、BNC、導入物質(核酸、タンパク質、薬物等)などの大きさは、電子顕微鏡や原子間力顕微鏡(AFM)により測定してもよく、ゼーターサイザーナノ-ZS(Malvern Instruments)などにより光学的に測定してもよい。   In this specification, the size of BNC, introduced substance (nucleic acid, protein, drug, etc.) may be measured by an electron microscope or an atomic force microscope (AFM), such as Zetasizer Nano-ZS (Malvern Instruments) May be measured optically.

真核細胞でHBsAgタンパク質を発現させると、該タンパク質は、小胞体膜上に膜タンパクとして発現、蓄積され、中空ナノ粒子としてルーメンもしくは細胞外に放出されるので好ましい。真核細胞としては、哺乳類、昆虫等の動物細胞、酵母等が適用できる。このような粒子は、HBVゲノムを全く含まないので、人体への安全性が極めて高い。   When the HBsAg protein is expressed in eukaryotic cells, the protein is expressed and accumulated as a membrane protein on the endoplasmic reticulum membrane, and is preferably released as lumens or extracellularly as hollow nanoparticles. As eukaryotic cells, mammalian cells such as mammals and insects, yeasts and the like can be applied. Since such particles do not contain any HBV genome, they are extremely safe for the human body.

1つの好ましい実施形態において、ビオチン化される前の未封入BNCは、70〜90重量部のB型肝炎ウイルスタンパク質またはその改変体、5〜15重量部の脂質、5〜15重量部の糖鎖から構成される。糖鎖は、真核細胞で製造されるときに付加されるものであり、使用する真核細胞によって相違する。BNCのリン脂質膜は、フォスファチジルコリン(PC)、フォスファチジルセリン(PS)、フォスファチジルエタノールアミン(PE)などが含まれ、例えば酵母で製造されたBNCではフォスファチジルコリン(PC)が主成分である。リン脂質膜の組成は、製造に用いられた真核細胞の種類、リポソームとの融合の有無などによって変化する。本発明の1つの実施形態において、未封入BNCを製造するために用いられる真核細胞としては、哺乳類細胞(CHO細胞、HEK293細胞、COS細胞など)、昆虫細胞(Sf9、Sf21、HighFive株など)、酵母(Saccharomyces, Pichia, Hansenulla, Schizosaccharomyces, Candida)などが挙げられ、これらの真核細胞の小胞体膜が中空ナノ粒子のリン脂質膜となると考えられている。   In one preferred embodiment, the unencapsulated BNC prior to biotinylation is 70-90 parts by weight hepatitis B virus protein or variant thereof, 5-15 parts by weight lipid, 5-15 parts by weight sugar chain. Consists of A sugar chain is added when it is produced in a eukaryotic cell, and varies depending on the eukaryotic cell used. BNC phospholipid membranes include phosphatidylcholine (PC), phosphatidylserine (PS), phosphatidylethanolamine (PE), etc. For example, in BNC produced in yeast, phosphatidylcholine (PC) ) Is the main component. The composition of the phospholipid membrane varies depending on the type of eukaryotic cells used for production, the presence or absence of fusion with liposomes, and the like. In one embodiment of the present invention, eukaryotic cells used to produce unencapsulated BNC include mammalian cells (CHO cells, HEK293 cells, COS cells, etc.), insect cells (Sf9, Sf21, HighFive strains, etc.). Yeast (Saccharomyces, Pichia, Hansenulla, Schizosaccharomyces, Candida), etc., and the endoplasmic reticulum membrane of these eukaryotic cells is considered to be a phospholipid membrane of hollow nanoparticles.

HBsAgタンパク質に包含され、S粒子の構成要素であるSタンパク質(226アミノ酸)は、粒子形成能を有している。S粒子に55アミノ酸からなるPre-S2を付加したのがMタンパク質(M粒子の構成タンパク質)であり、Mタンパク質に108アミノ酸(サブタイプy)または119アミノ酸(サブタイプd)からなるPre-S1を付加したものがLタンパク質(L粒子の構成タンパク質)である。   S protein (226 amino acids), which is included in HBsAg protein and is a component of S particle, has particle forming ability. Pre-S2 consisting of 55 amino acids added to S particles is M protein (M particle constituent protein), and Pre-S1 consisting of 108 amino acids (subtype y) or 119 amino acids (subtype d) in M protein L protein (L particle constituent protein) is added.

なお、本願明細書では特に断らない限り、Pre-S1領域のアミノ酸位置の番号付けは、108アミノ酸のサブタイプyに基づいて行う。当業者は、119アミノ酸(サブタイプd)についての対応する位置を容易に認識する。   In the present specification, unless otherwise specified, the numbering of amino acid positions in the Pre-S1 region is performed based on subtype y of 108 amino acids. One skilled in the art readily recognizes the corresponding position for 119 amino acids (subtype d).

Lタンパク質、Mタンパク質はSタンパク質と同様に粒子形成能を有している。従って、PreS1およびPreS2の2つの領域は任意に置換、付加、欠失、挿入を行ってもよい。例えばPre-S1領域の3-77位(サブタイプy)に含まれるヒトおよびチンパンジーの肝細胞認識部位を欠失させた改変タンパク質を用いることで、肝細胞認識能を失ったBNCを得ることができる。また、PreS2領域にはアルブミンを介して肝細胞を認識する部位が含まれているので、このアルブミン認識部位を欠失させることもできる。本発明において、ホーミングペプチドをBNCに表面提示・連結する場合には、肝細胞認識部位、アルブミン認識部位を欠失させるか、これらの機能を失わせるのが好ましい。ビオチン化BNCを細胞への物質導入以外の用途(例えばワクチン用途)に使用する場合には、これらに認識部位は残しても残さなくてもよい。   L protein and M protein have the ability to form particles, as does S protein. Therefore, the two regions of PreS1 and PreS2 may be arbitrarily substituted, added, deleted, or inserted. For example, by using a modified protein that lacks the hepatocyte recognition site of human and chimpanzee contained in position 3-77 (subtype y) of the Pre-S1 region, it is possible to obtain BNC that loses hepatocyte recognition ability. it can. In addition, since the PreS2 region includes a site that recognizes hepatocytes via albumin, this albumin recognition site can also be deleted. In the present invention, when the homing peptide is surface-presented and linked to BNC, it is preferable to delete the hepatocyte recognition site and albumin recognition site or to lose these functions. When biotinylated BNC is used for uses other than substance introduction into cells (for example, vaccine use), the recognition site may or may not remain in these.

Sタンパク質(226アミノ酸)は粒子形成能を担っているので、Sタンパク質の改変は、粒子形成能を損なわないように行う必要がある。例えば、Sタンパク質の107-148は削除しても粒子形成能を保持するので(J. Virol. 2002 76 (19), 10060-10063)、置換、付加、欠失、挿入等を行ってもよく、C末端部の疎水性の154-226残基も同様に置換、付加、欠失、挿入などを行っても粒子形成能を保持し得る。一方、Sタンパク質の8-26残基部(膜貫通領域TM1)および80-98残基部(TM2)は膜貫通helix(transmembrane配列)であり、この領域は変異を行わないか、欠失、付加、置換等は、膜貫通特性を維持するように疎水性の残基を残して行うのが望ましい。   Since the S protein (226 amino acids) is responsible for particle forming ability, it is necessary to modify the S protein so as not to impair the particle forming ability. For example, even if S protein 107-148 is deleted, it retains particle-forming ability (J. Virol. 2002 76 (19), 10060-10063), so substitution, addition, deletion, insertion, etc. may be performed. Similarly, the hydrophobic 154-226 residues at the C-terminal part can retain the particle forming ability even when substitution, addition, deletion, insertion, and the like are performed. On the other hand, 8-26 residue part (transmembrane region TM1) and 80-98 residue part (TM2) of S protein are transmembrane helix (transmembrane sequence), and this region is not mutated or deleted, Addition, substitution, etc. are preferably performed leaving a hydrophobic residue so as to maintain transmembrane properties.

1つの好ましい実施形態において、HBsAgタンパク質の改変体としては中空ナノ粒子を形成する能力を有する限り種々の改変体が広く包含され、HBsAgタンパク質を例に取ると、PreS1とPreS2領域に関しては任意の数の置換、欠失、付加、挿入が挙げられ、Sタンパク質に関しては、1又は数個もしくは複数個、例えば1〜120個、好ましくは1〜50個、より好ましくは1〜20個、さらに好ましくは1〜10個、特に1〜5個のアミノ酸が置換、付加、欠失又は挿入されていてもよい。置換、付加、欠失、挿入などの変異を導入する方法としては、該タンパク質をコードするDNAにおいて、例えばサイトスペシフィック・ミュータジェネシス(Methods in Enzymology, 154, 350, 367-382 (1987);同 100, 468 (1983);Nucleic Acids Res., 12, 9441 (1984))などの遺伝子工学的手法、リン酸トリエステル法やリン酸アミダイト法などの化学合成手段(例えばDNA合成機を使用する)(J. Am. Chem. Soc., 89, 4801(1967);同 91, 3350 (1969);Science, 150, 178 (1968);Tetrahedron Lett.,22, 1859 (1981))などが挙げられる。例えばHBsAgタンパク質改変体として、HBsAg(Q129R, G145R)タンパク質あるいはこれをさらに改変したものは、抗原性が低いために好ましい。コドンの選択は、宿主のコドンユーセージを考慮して適宜決定できる。   In one preferred embodiment, various variants of HBsAg protein are widely encompassed as long as they have the ability to form hollow nanoparticles, and taking HBsAg protein as an example, any number of PreS1 and PreS2 regions Substitution, deletion, addition, insertion, and the like. Regarding S protein, one or several or plural, for example, 1 to 120, preferably 1 to 50, more preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, especially 1 to 5 amino acids may be substituted, added, deleted or inserted. As a method for introducing mutations such as substitution, addition, deletion and insertion, DNA encoding the protein can be used, for example, in cytospecific mutagenesis (Methods in Enzymology, 154, 350, 367-382 (1987); , 468 (1983); Nucleic Acids Res., 12, 9441 (1984)), chemical synthesis means such as the phosphate triester method and phosphate amidite method (for example, using a DNA synthesizer) ( J. Am. Chem. Soc., 89, 4801 (1967); 91, 3350 (1969); Science, 150, 178 (1968); Tetrahedron Lett., 22, 1859 (1981)). For example, as a modified HBsAg protein, an HBsAg (Q129R, G145R) protein or a further modified version thereof is preferred because of its low antigenicity. Codon selection can be appropriately determined in consideration of the codon usage of the host.

HBsAgタンパク質の改変体として、抗体Fcドメインを結合可能なタンパク質(例えば、Staphylococcus aureus Protein A由来のZZタグ)を使用することもできる。ZZタグとは、イムノグロブリンGのFc領域と結合する能力を有するアミノ酸配列と規定され、次の2回繰り返し配列からなる(ZZタグ の配列:
VDNKFNKEQQNAFYEILHLPNLNEEQRNAFIQSLKDDPSQSANLLAEAKKLNDAQAPKVDNKFNKEQQNAFYEILHLPNLNEEQRNAFIQSLKDDPSQSANLLAEAKKLNDAQAPK)。
As a variant of the HBsAg protein, a protein capable of binding an antibody Fc domain (for example, a ZZ tag derived from Staphylococcus aureus Protein A) can also be used. The ZZ tag is defined as an amino acid sequence having the ability to bind to the Fc region of immunoglobulin G, and consists of the following two repeated sequences (sequence of ZZ tag:
VDNKFNKEQQNAFYEILHLPNLNEEQRNAFIQSLKDDPSQSANLLAEAKKLNDAQAPKVDNKFNKEQQNAFYEILHLPNLNEEQRNAFIQSLKDDPSQSANLLAEAKKLNDAQAPK).

ZZタグは、Lys(K)が豊富であり、後でビオチン化する際に側鎖のアミノ基がビオチン化できるため、ビオチンを数多く結合させることができるために好ましい(図7と8参照)。ZZタグ以外にも、Lys(K)残基の豊富なペプチドを導入したHBsAgタンパク質改変体は、ビオチン化の効率が高くなるために好ましい。なお、ビオチン化されたアミノ酸(位置)の検出は、必要であればHBsAgタンパク質またはその改変体をトリプシンやリジルエンドペプチダーゼCなどのプロテアーゼで消化し、LC-MS、MS/MSなどで解析することにより決定できる。   The ZZ tag is rich in Lys (K), and can be biotinylated at the side chain when biotinylating later, so that a large number of biotin can be bound (see FIGS. 7 and 8). In addition to the ZZ tag, a modified HBsAg protein into which a peptide rich in Lys (K) residues is introduced is preferable because the efficiency of biotinylation is increased. Biotinylated amino acids (positions) can be detected by digesting the HBsAg protein or its variant with a protease such as trypsin or lysyl endopeptidase C, if necessary, and analyzing with LC-MS, MS / MS, etc. Can be determined.

本発明のビオチン化BNCは、HBsAgタンパク質またはその改変体を真核細胞で発現することにより得ることができる非ビオチン化BNCを適当なビオチン化剤でビオチン化することにより得ることができる。   The biotinylated BNC of the present invention can be obtained by biotinylating a non-biotinylated BNC that can be obtained by expressing an HBsAg protein or a variant thereof in a eukaryotic cell with an appropriate biotinylating agent.

ビオチン化剤としては、ビオチンを直接あるいは適当なスペーサーを介して結合するものであればよく、特に限定されない。好ましいビオチン化剤は、-NH-(CH2)n-CO- (n=1〜6)などの脂肪族アミド構造あるいはポリアルキレングリコール構造を有するスペーサーを介して結合される。ポリアルキレングリコールとしては、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリブチレングリコール(PBG)、(PEG)-(PPG)-(PEG)ブロック共重合体、(PPG)-(PEG)-(PPG)ブロック共重合体、(PEG)-(PBG)-(PEG)ブロック共重合体、(PBG)-(PEG)-(PBG)ブロック共重合体などがあげられ、好ましくは、PEG、PPG、(PEG)-(PPG)-(PEG)ブロック共重合体、(PPG)-(PEG)-(PPG)ブロック共重合体、より好ましくはPEGがあげられる。好ましいPEG構造は、下記式で表される:
-(CHCHO)-
(式中、nは2〜500、好ましくは2〜100、より好ましくは2〜50、さらに好ましくは4〜10の整数を示す。)
1つの好ましい実施形態において、本発明のビオチン化剤の好ましいスペーサーはポリアルキレングリコール構造を有する。該ポリアルキレングリコール構造は、エステル、アミドまたはチオエーテル結合を介して、好ましくはアミド結合を介してビオチンおよびHBsAgタンパク質またはその改変体と各々結合するのが好ましい。
The biotinating agent is not particularly limited as long as it binds biotin directly or via an appropriate spacer. A preferred biotinylating agent is bound via a spacer having an aliphatic amide structure such as —NH— (CH 2 ) n —CO— (n = 1 to 6) or a polyalkylene glycol structure. Polyalkylene glycols include polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG), polybutylene glycol (PBG), (PEG)-(PPG)-(PEG) block copolymer, (PPG)-(PEG)-( (PPG) block copolymer, (PEG)-(PBG)-(PEG) block copolymer, (PBG)-(PEG)-(PBG) block copolymer, and the like, preferably PEG, PPG, (PEG)-(PPG)-(PEG) block copolymer, (PPG)-(PEG)-(PPG) block copolymer, more preferably PEG. A preferred PEG structure is represented by the following formula:
-(CH 2 CH 2 O) n-
(In the formula, n represents an integer of 2 to 500, preferably 2 to 100, more preferably 2 to 50, still more preferably 4 to 10.)
In one preferred embodiment, the preferred spacer of the biotinating agent of the present invention has a polyalkylene glycol structure. The polyalkylene glycol structure is preferably bonded to biotin and HBsAg protein or a variant thereof via an ester, amide or thioether bond, preferably via an amide bond.

他の1つの好ましい実施形態において、ビオチン化剤としては、たとえば下記の構造のものが使用できる:
X-(CH2)m1-NH-{CO(CH2)nNH}m2-(ビオチニル)
(式中、Xはスルホコハク酸イミドオキシカルボニル基、コハク酸イミドオキシカルボニル基、テトラフルオロフェノキシカルボニル、シアノメチルオキシカルボニル、p-ニトロフェニルオキシカルボニル、I, Br, Clなどのアミノ基と反応してアミド(NHCO)またはアミノアルキル基を形成可能な活性エステル残基、ハロゲン原子を表す。m1は2〜6の整数を表し、m2は0〜50、好ましくは1〜10、より好ましくは0〜5、さらに好ましくは0〜3の整数を示す。)
具体的なビオチン化剤としては、たとえばPierce製のEZ-Link Sulfo-NHS-Biotin、EZ-Link Sulfo-NHS-LC-Biotin、EZ-Link Sulfo-NHS-LC-LC-Biotin、EZ-Link-NHS-PEO4-Solid Phase Biotinylation Kitなどの各種ビオチン化剤が例示される。
In another preferred embodiment, biotinating agents can be used, for example, having the following structure:
X- (CH 2 ) m1 -NH- {CO (CH 2 ) n NH} m2- (biotinyl)
(In the formula, X reacts with an amino group such as sulfosuccinimide oxycarbonyl group, succinimide oxycarbonyl group, tetrafluorophenoxycarbonyl, cyanomethyloxycarbonyl, p-nitrophenyloxycarbonyl, I, Br, Cl, etc. An active ester residue capable of forming an amide (NHCO) or aminoalkyl group, and a halogen atom, m1 represents an integer of 2 to 6, and m2 is 0 to 50, preferably 1 to 10, more preferably 0 to 5 More preferably, it represents an integer of 0 to 3.)
Specific biotinating agents include, for example, Pierce's EZ-Link Sulfo-NHS-Biotin, EZ-Link Sulfo-NHS-LC-Biotin, EZ-Link Sulfo-NHS-LC-LC-Biotin, EZ-Link- Various biotinating agents such as NHS-PEO 4 -Solid Phase Biotinylation Kit are exemplified.

ビオチン化剤は、上記のようなビオチン化剤とBNCを1〜37℃、好ましくは室温で反応させればよい。本発明のビオチン化BNCを構成するHBsAgタンパク質またはその改変体は、HBsAgタンパク質またはその改変体あたりビオチン残基が0.1〜20個、好ましくは2〜10個、より好ましくは3〜8個結合している。本発明者は、ビオチン残基がHBsAgタンパク質またはその改変体のほぼすべてのLys残基に導入された場合でも、細胞や組織内部への物質の導入活性が損なわれないことを見出した。多くのLys残基はBNC外表面に存在し、その正電荷基(イプシロン−アミノ基)により負電荷を帯びている細胞表面の認識に関わっていると考えられたが、この知見は意外なものであった。   The biotinating agent may be reacted with the biotinating agent as described above and BNC at 1 to 37 ° C., preferably at room temperature. The HBsAg protein or a variant thereof constituting the biotinylated BNC of the present invention binds 0.1 to 20, preferably 2 to 10, more preferably 3 to 8 biotin residues per HBsAg protein or variant thereof. Yes. The present inventor has found that even when a biotin residue is introduced into almost all Lys residues of the HBsAg protein or a variant thereof, the activity of introducing a substance into a cell or tissue is not impaired. Many Lys residues are present on the outer surface of BNC and are thought to be involved in the recognition of negatively charged cell surfaces due to their positively charged groups (epsilon-amino groups), but this finding is surprising. Met.

本発明で使用するビオチン結合性タンパク質は、ビオチン化HBsAgタンパク質またはその改変体とビオチン化ホーミングペプチドなどのビオチン化生体認識分子を連結できるものであればよく、アビジン、ストレプトアビジン、ニュートラアビジンが好ましく例示されるが、それ以外にもストレプトアビジン、ニュートラアビジン(NeutrAvidin)やアビジンが複数個結合した融合タンパク質(リンカーで化学的に結合されていてもよい)などの、複数のビオチンと結合可能なビオチン結合性タンパク質は広く包含される。ビオチン結合性タンパク質は、細胞や組織等と非特異的な吸着を起こさないためにもバッファーのpH が中性または弱酸性下で、タンパク質のpIが中性か弱酸性であるのが良い。   The biotin-binding protein used in the present invention is not particularly limited as long as it can link a biotinylated biorecognition molecule such as a biotinylated HBsAg protein or a variant thereof and a biotinylated homing peptide, preferably avidin, streptavidin, or neutravidin. In addition, other biotin bonds such as streptavidin, neutravidin (NeutrAvidin), and fusion proteins with multiple avidins attached (may be chemically combined with a linker). Sex proteins are widely encompassed. The biotin-binding protein should be neutral or weakly acidic with a buffer pH of neutral or weakly acidic to prevent nonspecific adsorption with cells or tissues.

ビオチン-ビオチン結合タンパク質-ビオチン結合を介してホーミングペプチドを連結したBNCは、HBsAgタンパク質またはその改変体に、ホーミングペプチドを直接連結した融合タンパク質と同様な物質の細胞内への導入活性を有する。したがって、ビオチン化BNCはどのホーミングペプチド(広く細胞認識分子であっても良い)が細胞認識に適しているかを決めるための中間体として有用である。   BNC in which a homing peptide is linked via a biotin-biotin-binding protein-biotin bond has an activity of introducing a substance into the cell similar to the fusion protein in which the homing peptide is directly linked to the HBsAg protein or a variant thereof. Therefore, biotinylated BNC is useful as an intermediate for determining which homing peptide (which may be a wide range of cell recognition molecules) is suitable for cell recognition.

BNCとホーミングペプチドの連結、BNCとビオチン結合性タンパク質の連結に使用されるリンカーないし架橋剤としては、二価ないし多価のリンカーないし架橋剤が好ましく用いられる。このようなリンカー/架橋剤としては、タンパク質ないしペプチド同士の連結に利用できるものであれば特に限定されず、公知のリンカー/架橋剤を広く利用することができる。具体的には、N−(4−マレイミドブチリルオキシ)スクシンイミド(GMBS)、N−(6−マレイミドカプロイルオキシ)スクシンイミド(EMCS)、N−(8−マレイミドカプリルオキシ)スクシンイミド(HMCS)、N−(11−マレイミドウンデカノイルオキシ)スクシンイミド(KMUS)、N−((4−(2−マレイミドエトキシ)スクシニル)オキシ)スクシンイミド(MESS)、N−(4−マレイミドブチリルオキシ)スルホスクシンイミドナトリウム塩(スルホ−GMBS)、N−(6−マレイミドカプロイルオキシ)スルホスクシンイミドナトリウム塩(スルホ−EMCS)、N−(8−マレイミドカプリルオキシ)スルホスクシンイミドナトリウム塩(スルホ−HMCS)などの、タンパク質/ペプチド上のアミノ基と反応するN−ヒドロキシスクシンイミドエステル、スルホ−N−ヒドロキシスクシンイミドエステル、フェノールエステルなどの活性エステル;タンパク質/ペプチド上のアミノ基と反応するアルキルもしくはアリールイソシアネートまたはイソチオシアネート、あるいはタンパク質/ペプチド上のスルフヒドリル基と反応するマレイミド もしくはα−ハロアミドなどの反応性基をリンカー/架橋剤分子内に2個または3個以上有する二価または多価のリンカー/架橋剤が例示される。   As the linker or crosslinking agent used for linking BNC and homing peptide, or linking BNC and biotin-binding protein, a divalent or polyvalent linker or crosslinking agent is preferably used. Such linker / crosslinking agent is not particularly limited as long as it can be used for linking proteins or peptides, and known linker / crosslinking agents can be widely used. Specifically, N- (4-maleimidobutyryloxy) succinimide (GMBS), N- (6-maleimidocaproyloxy) succinimide (EMCS), N- (8-maleimidocapryloxy) succinimide (HMCS), N -(11-maleimidoundecanoyloxy) succinimide (KMUS), N-((4- (2-maleimidoethoxy) succinyl) oxy) succinimide (MESS), N- (4-maleimidobutyryloxy) sulfosuccinimide sodium salt Proteins / peptides such as (sulfo-GMBS), N- (6-maleimidocaproyloxy) sulfosuccinimide sodium salt (sulfo-EMCS), N- (8-maleimidocapryloxy) sulfosuccinimide sodium salt (sulfo-HMCS) upper Active esters such as N-hydroxysuccinimide esters, sulfo-N-hydroxysuccinimide esters, phenol esters, which react with mino groups; alkyl or aryl isocyanates or isothiocyanates which react with amino groups on proteins / peptides, or on proteins / peptides Illustrative are bivalent or polyvalent linker / crosslinkers having two or more reactive groups in the linker / crosslinker molecule such as maleimide or α-haloamide that react with sulfhydryl groups.

ホーミングペプチドを直接にBNCとの融合タンパク質とする場合、HBsAgタンパク質またはその改変体をコードするDNAとホーミングペプチドをコードするDNAを必要に応じてスペーサーペプチドをコードするDNAを介してインフレームに連結し、これをベクター等に組み込み、真核細胞で発現させることにより、任意の標的細胞を認識するBNCを得ることができる。   When the homing peptide is directly used as a fusion protein with BNC, the DNA encoding the HBsAg protein or a variant thereof and the DNA encoding the homing peptide are linked in-frame via the DNA encoding the spacer peptide as necessary. By incorporating this into a vector or the like and expressing it in a eukaryotic cell, a BNC that recognizes any target cell can be obtained.

HBsAgタンパク質の改変体としては、抗原性(エピトープなどの抗原性に関与する部位を欠失/置換した改変体)、免疫原性、粒子構造の安定性、および組織・細胞選択性、リポソームとの融合能を向上した改変体であってもよい。   HBsAg protein variants include antigenicity (variants in which the sites involved in antigenicity such as epitopes have been deleted / replaced), immunogenicity, particle structure stability, tissue / cell selectivity, and liposomes. A variant with improved fusion ability may be used.

本発明の好ましい実施形態において、未封入BNCの粒径は、20〜130nm程度であり、導入物質を封入したBNCの粒径は、導入物質の大きさにもよるが、通常40〜500nm程度、例えば、40〜400nm、より好ましくは40〜200nm程度、特に40〜150nm程度である。   In a preferred embodiment of the present invention, the particle size of the unencapsulated BNC is about 20 to 130 nm, and the particle size of the BNC encapsulating the introduction material is usually about 40 to 500 nm, depending on the size of the introduction material. For example, it is about 40 to 400 nm, more preferably about 40 to 200 nm, particularly about 40 to 150 nm.

生体認識分子を結合した本発明のBNCは、特定の細胞に対して特異的に導入物質を送り込むものとして有用である。例えば、導入物質を封入したBNCを静脈注射などによって体内に投与すれば、当該粒子は体内を循環し、粒子表面に提示した肝細胞或いは他の細胞に選択的/特異的な分子により標的細胞に導かれ、導入物質が標的細胞に導入される。   The BNC of the present invention to which a biorecognition molecule is bound is useful as a substance that specifically introduces an introduced substance into a specific cell. For example, if BNC encapsulating the introduced substance is administered into the body by intravenous injection or the like, the particles circulate in the body, and are targeted to target cells by molecules selective / specific for hepatocytes or other cells presented on the particle surface. Guided material is introduced into the target cell.

また、本発明のBNCは、標的細胞とin vitroで混合することにより細胞導入試薬としても好ましく使用できる。   In addition, the BNC of the present invention can be preferably used as a cell introduction reagent by mixing with target cells in vitro.

細胞に導入される物質としては、特に限定されず、例えば細胞内に導入されて生理作用を生じる各種薬物、例えばホルモン、リンホカイン、サイトカイン、酵素などの生理活性タンパク質;ワクチンとして作用する抗原性タンパク質;細胞内で発現する遺伝子、プラスミド等のポリヌクレオチド、又は発現を誘発もしくは誘導する特定の遺伝子発現に関与するポリヌクレオチド及びオリゴヌクレオチド(RNAiを含む);さらに遺伝子治療のために導入される各種遺伝子及びアンチセンスDNA/RNA等を挙げることができる。なお、導入される「遺伝子」には、DNAだけでなくRNA(siRNAを含む)も含まれる。また、導入される物質はタンパク質、遺伝子などの高分子の生理活性物質が好ましく例示できるが、低分子量の各種薬物(特に難吸収性の薬物や、選択毒性を要求される薬物)に適用しても好ましい結果を得ることができる。導入物質は、安定化剤と混合して、BNCに封入するか、BNCと安定化剤を混合しても良い。また、遺伝子、タンパク質などは天然のものでも合成されたものでもよく、改変された遺伝子、タンパク質であってもよい。   The substance to be introduced into the cell is not particularly limited. For example, various drugs that are introduced into the cell and cause physiological action, for example, physiologically active proteins such as hormones, lymphokines, cytokines, enzymes, etc .; antigenic proteins that act as vaccines; Genes expressed in cells, polynucleotides such as plasmids, or polynucleotides and oligonucleotides (including RNAi) involved in specific gene expression that induces or induces expression; various genes introduced for gene therapy and Examples include antisense DNA / RNA. The “gene” to be introduced includes not only DNA but also RNA (including siRNA). The substance to be introduced is preferably a high molecular weight physiologically active substance such as a protein or gene, but can be applied to various low molecular weight drugs (especially difficult-to-absorbable drugs and drugs that require selective toxicity). Also preferable results can be obtained. The introduced substance may be mixed with a stabilizer and enclosed in BNC, or BNC and stabilizer may be mixed. In addition, genes and proteins may be natural or synthesized, and may be modified genes and proteins.

生体認識分子としては、抗体、抗原、生理活性ペプチド、リンホカイン、サイトカイン、糖鎖、受容体、ホーミングペプチド、ウイルス由来外皮タンパク質、微生物由来膜タンパク質などが挙げられる。本発明のビオチン化BNCは、HBsAgタンパク質またはその改変体1個当たりビオチンを多数結合させることができる。したがって、該タンパク質またはその改変体1個当たりのビオチンの数を制御することにより、BNCの細胞認識の程度を改変することができる。また、種類の違う生体認識分子を2種以上結合させれば、2種以上の細胞/臓器/組織に導入物質を導入することができる。   Examples of biological recognition molecules include antibodies, antigens, physiologically active peptides, lymphokines, cytokines, sugar chains, receptors, homing peptides, virus-derived coat proteins, microorganism-derived membrane proteins, and the like. The biotinylated BNC of the present invention can bind many biotins per HBsAg protein or a variant thereof. Therefore, the degree of BNC cell recognition can be altered by controlling the number of biotin per protein or variant thereof. In addition, by introducing two or more types of biorecognition molecules of different types, the introduced substance can be introduced into two or more types of cells / organs / tissues.

ビオチン化BNCは、先にビオチン結合性タンパク質を結合させ、次にビオチン化生体認識分子を連結させることも可能であるが、好ましくはビオチン結合性タンパク質とビオチン化生体認識分子を予め結合させ、これをビオチン化BNCと反応させることにより、生体認識分子が表面提示されたBNCを製造することができる。   Biotinylated BNC can bind biotin-binding protein first and then link biotinylated biorecognition molecule, but preferably biotin-binding protein and biotinylated biorecognition molecule are bound in advance. Can be reacted with biotinylated BNC to produce a BNC on which a biorecognition molecule is surface-presented.

特に、生体認識分子としてホーミングペプチドを使用する場合、抗原性が低くかつ副作用が少ないBNCを得ることができる。ホーミングペプチドのアミノ酸の数は、3〜30個、好ましくは3〜25個、より好ましくは3〜15個、さらに好ましくは4〜10個が例示される。   In particular, when a homing peptide is used as a biorecognition molecule, a BNC with low antigenicity and few side effects can be obtained. The number of amino acids in the homing peptide is 3 to 30, preferably 3 to 25, more preferably 3 to 15, and still more preferably 4 to 10.

BNCはナノサイズであるがタンパク質(分子量10万以下が殆ど)と比較して非常に大きい粒子(分子量600万程度)である。ホーミングペプチドを低分子の薬剤に連結した例は知られているが、BNCに連結した場合、BNCが非常に大きいため、ホーミングペプチドの生体認識能が損なわれると予測されるが、意外にも本発明者は、BNC表面にホーミングペプチドを提示させることで、BNC内の封入物質を細胞内に高効率で導入できることを見出した。   BNC is nano-sized but very large particles (molecular weight of about 6 million) compared to proteins (molecular weight is almost 100,000 or less). There are known examples of homing peptides linked to low molecular weight drugs, but when BNC is linked, the BNC is very large, so the homing peptide's biological recognition ability is expected to be impaired. The inventor has found that the encapsulated substance in the BNC can be introduced into the cell with high efficiency by presenting the homing peptide on the BNC surface.

さらに、ホーミングペプチドとIgGのFc領域を融合させれば、BNCのZZタグとの結合を介して最終的にホーミングペプチドを提示したBNCを得ることができる。   Further, if the homing peptide and the Fc region of IgG are fused, the BNC that finally presented the homing peptide can be obtained through binding to the ZZ tag of BNC.

ホーミングペプチドとしては、生体内のいずれかの細胞/臓器/組織などを認識するものであれば特に限定されず、例えば以下のものを例示できる。   The homing peptide is not particularly limited as long as it recognizes any cell / organ / tissue in the living body, and examples thereof include the following.

Figure 2008162981
Figure 2008162981

ヒトのホーミングペプチドは、例えば (Steps toward mapping the human vasculature by phage display.Arap W, Kolonin MG, Trepel M, Lahdenranta J, Cardo-Vila M, Giordano RJ, Mintz PJ, Ardelt PU, Yao VJ, Vidal CI, Chen L, Flamm A, Valtanen H, Weavind LM, Hicks ME, Pollock RE, Botz GH, Bucana CD, Koivunen E, Cahill D, Troncoso P, Baggerly KA, Pentz RD, Do KA, Logothetis CJ, Pasqualini R. Nat Med. 2002 Feb;8(2):121-7.)に記載されており、各種のヒト細胞(各組織、器官)に対し、ファージディスプレイなどの方法によりホーミングペプチドを同定する方法論は確立されているので、このようにして同定されたヒトのホーミングペプチドをBNCに連結することで、特定の組織/器官を標的化できる。   Human homing peptides are for example (Steps toward mapping the human vasculature by phage display.Arap W, Kolonin MG, Trepel M, Lahdenranta J, Cardo-Vila M, Giordano RJ, Mintz PJ, Ardelt PU, Yao VJ, Vidal CI, Chen L, Flamm A, Valtanen H, Weavind LM, Hicks ME, Pollock RE, Botz GH, Bucana CD, Koivunen E, Cahill D, Troncoso P, Baggerly KA, Pentz RD, Do KA, Logothetis CJ, Pasqualini R. Nat Med 2002 Feb; 8 (2): 121-7.), And a methodology for identifying homing peptides for various human cells (each tissue, organ) by methods such as phage display has been established. Thus, by linking the human homing peptide thus identified to BNC, a specific tissue / organ can be targeted.

導入物質を封入した本発明のBNCは、in vivo及びin vitroの標的細胞及び組織にBNCを近接させて、BNC自身の細胞膜との強力な融合活性により、BNC内部の様々な物質(遺伝子、siRNAを含むRNA、化合物ないし薬物、タンパク質)を細胞内に高効率に導入する。   The BNC of the present invention encapsulating the introduced substance brings BNC close to target cells and tissues in vivo and in vitro, and has various fusion substances (genes, siRNAs) inside BNC due to its strong fusion activity with the cell membrane of BNC itself. (Including RNA, compounds or drugs, proteins) are introduced into cells with high efficiency.

ホーミングペプチドを表面提示した本発明のBNCは、遺伝子、タンパク質などの巨大分子をピンポイントデリバリ可能であり、かつ、リポソームと異なり肝臓に集積せず全身に満遍なく分布させ最終的に標的部位に集積可能である。さらに、BNCの抗原性を著しく抑えることが可能である。   BNC of the present invention surface-displayed with a homing peptide can pinpoint large molecules such as genes and proteins, and unlike the liposomes, it can be distributed evenly throughout the body without being accumulated in the liver and finally accumulated at the target site It is. Furthermore, it is possible to significantly suppress the antigenicity of BNC.

以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことはいうまでもない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these Examples.

実施例1:ホーミングペプチド融合型Fcタンパク質とZZ-BNCによる100-nmポリスチレンビーズの細胞へのデリバリ
(1)Fc融合LyP-1ホーミングペプチド(LyP-1/Fc タンパク質)のプラスミド構築と精製
発現タンパク質を大腸菌ペリプラズム画分へ移行させるシグナル配列(pelB signal)を有したベクターpET22b(+)を用いて、大腸菌でのLyP-1/Fc 融合タンパク質ベクターの構築を行った。ヒトIgGのFcドメインをコードするcDNAをpET22b(+)に挿入し、N末にLyP-1ペプチド(CGNKRTRGC)をコードする配列を挿入した。
Example 1: Delivery of 100-nm polystyrene beads to cells with homing peptide-fused Fc protein and ZZ-BNC (1) Plasmid construction and purification of Fc-fused LyP-1 homing peptide (LyP-1 / Fc protein) Expression protein A LyP-1 / Fc fusion protein vector in E. coli was constructed using a vector pET22b (+) having a signal sequence (pelB signal) that transfers E. coli to the E. coli periplasm fraction. CDNA encoding the Fc domain of human IgG was inserted into pET22b (+), and a sequence encoding LyP-1 peptide (CGNKRTRGC) was inserted at the N-terminus.

LyP-1/Fc 融合タンパク質発現ベクターをEscherichia coli BL21(DE3)株に形質転換し、10mL LB培地(100μg/ml アンピシリン含有)を用いて37℃で一晩培養した。翌日LB培地(100μg/ml アンピシリン含有)で1Lに希釈し、A600が0.7に到達した時点で400mM IPTGで誘導を行った。誘導後、5時間17℃で培養を行い、30mM Tris-HCl, 40%スクロース, 2mM EDTA, pH 7.2, 100mlで浸透圧ショックを行なった。12000rpm 20min遠心し、菌体のみ回収した。回収した菌体に0.5mM MgSO4100ml を加え、氷上でペリプラズム画分に存在するタンパク質を放出させた。12000rpm 20min遠心し、上清を回収し、回収した上清を20mM Tris-HCl pH8.0 で一晩透析した。プロテインG Sepharose 4 Fast Flow(Amersham Biosciences)をカラムに詰め、透析後のサンプルを通し、0.1M グリシン緩衝液pH2.6で溶出を行ない、精製LyP-1/Fcタンパク質を得た。 The LyP-1 / Fc fusion protein expression vector was transformed into Escherichia coli BL21 (DE3) strain and cultured overnight at 37 ° C. in 10 mL LB medium (containing 100 μg / ml ampicillin). The next day, it was diluted to 1 L with LB medium (containing 100 μg / ml ampicillin), and when A 600 reached 0.7, induction was performed with 400 mM IPTG. After induction, the cells were cultured at 17 ° C. for 5 hours, and osmotic shock was performed with 30 mM Tris-HCl, 40% sucrose, 2 mM EDTA, pH 7.2, 100 ml. Centrifugation was performed at 12000 rpm for 20 minutes, and only the cells were collected. To the collected cells, 100 ml of 0.5 mM MgSO 4 was added, and proteins present in the periplasm fraction were released on ice. After centrifugation at 12000 rpm for 20 minutes, the supernatant was recovered, and the recovered supernatant was dialyzed overnight against 20 mM Tris-HCl pH8.0. Protein G Sepharose 4 Fast Flow (Amersham Biosciences) was packed in a column, the dialyzed sample was passed through, and eluted with 0.1 M glycine buffer pH 2.6 to obtain purified LyP-1 / Fc protein.

得られた精製LyP-1/Fcタンパク質をSDS-12.5% PAGE で解析し、ウェスタンブロッティングを行なった。HRP標識抗ヒトIgG Fcマウス由来モノクローナル抗体(1:5000)(MP Biomedicals,Inc.)で検出したところ、26kDa付近にバンドが検出された(図1:左レーン、精製LyP-1/Fc タンパク質; 右レーン、精製Fcタンパク質)。BICINCHONINIC ACID PROTEIN ASSAY KIT(Sigma)を用いてタンパク質定量し、最終濃度が約300μg/mlになるようにAmicon Ultra 10000 MWCO(MILLIPORE)を用いて限外ろ過により濃縮し、4℃にて保存した。   The obtained purified LyP-1 / Fc protein was analyzed by SDS-12.5% PAGE, and Western blotting was performed. When detected with an HRP-labeled anti-human IgG Fc mouse-derived monoclonal antibody (1: 5000) (MP Biomedicals, Inc.), a band was detected around 26 kDa (FIG. 1: left lane, purified LyP-1 / Fc protein; Right lane, purified Fc protein). Protein was quantified using BICINCHONINIC ACID PROTEIN ASSAY KIT (Sigma), concentrated by ultrafiltration using Amicon Ultra 10000 MWCO (MILLIPORE) to a final concentration of about 300 μg / ml, and stored at 4 ° C.

(2)LyP-1/Fcタンパク質のヒト乳癌細胞に対する蓄積
MDA-MB-435 ヒト 乳癌細胞とHEK293ヒト胎児腎臓細胞(それぞれ1×105 cell)を500μl DMEM(10% FBS含有)に撒き、1晩37℃のCO2インキュベータで培養した。翌日LyP-1/Fc タンパク質、またFc タンパク質それぞれを終濃度4μM(DWで)になるように添加し、37℃ 5%CO2インキュベータで7時間培養した。PBSで3回洗浄し、4% PFA(パラフォルムアルデヒド)で固定した後、0.25%(v/v) Triton-X100含有PBSを入れて室温で15分間静置した。ブロッキング溶液で1/300倍希釈したFITC 標識抗ヒトIgG Fc抗体(MP Biomedicals,Inc.)を100μl入れ、室温で1時間静置した。0.03% Triton-X100含有PBSにて3回洗浄後、共焦点レーザースキャン顕微鏡を用いてFITC由来の蛍光を観察した。
(2) Accumulation of LyP-1 / Fc protein in human breast cancer cells
MDA-MB-435 human breast cancer cells and HEK293 human fetal kidney cells (each 1 × 10 5 cells) were seeded in 500 μl DMEM (containing 10% FBS) and cultured overnight in a 37 ° C. CO 2 incubator. The next day, LyP-1 / Fc protein and Fc protein were added to a final concentration of 4 μM (at DW), and cultured in a 37 ° C., 5% CO 2 incubator for 7 hours. After washing with PBS three times and fixing with 4% PFA (paraformaldehyde), PBS containing 0.25% (v / v) Triton-X100 was added and allowed to stand at room temperature for 15 minutes. 100 μl of FITC-labeled anti-human IgG Fc antibody (MP Biomedicals, Inc.) diluted 1/300 times with a blocking solution was added and allowed to stand at room temperature for 1 hour. After washing with 0.03% Triton-X100-containing PBS three times, FITC-derived fluorescence was observed using a confocal laser scanning microscope.

図2Aに示すようにLyP-1/Fc タンパク質がMDA-MB-435細胞のみに集積することが確認された。それぞれの細胞において、LyP-1/Fc タンパク質、Fc タンパク質が集積した割合を、(蛍光が有する細胞数 / 全細胞数)で測定したところ、MDA-MB-435細胞へのLyP-1/Fc タンパク質の集積が80.9%、Fc タンパク質の集積が9.1%、HEK293細胞へのLyP-1/Fc タンパク質の集積が9.7%、Fc タンパク質の集積が10.5%であった。マルチ蛍光プレートリダーVARIOSKAN(Thermo electron corporation)で、それぞれの蛍光値を測定したところ、LyP-1/Fcタンパク質を加えたMDA-MB-435細胞の値は、同細胞にFc タンパク質を加えた場合の値、他の細胞での値の2.3-4.5倍であった(図2B)。以上の結果より、LyP-1/Fcタンパク質はLyP-1ペプチドの作用によりMDA-MD-435細胞に特異的に集積することが示された。   As shown in FIG. 2A, it was confirmed that LyP-1 / Fc protein was accumulated only in MDA-MB-435 cells. The percentage of LyP-1 / Fc protein and Fc protein accumulated in each cell was measured by (the number of cells with fluorescence / total number of cells). LyP-1 / Fc protein into MDA-MB-435 cells 80.9%, Fc protein accumulation was 9.1%, LyP-1 / Fc protein accumulation in HEK293 cells was 9.7%, and Fc protein accumulation was 10.5%. Each fluorescence value was measured with the multi-fluorescence plate lidar VARIOSKAN (Thermo electron corporation). The value of MDA-MB-435 cells with LyP-1 / Fc protein added was the same as that when Fc protein was added to the same cells. The value was 2.3 to 4.5 times the value in other cells (FIG. 2B). From the above results, it was shown that LyP-1 / Fc protein accumulates specifically in MDA-MD-435 cells by the action of LyP-1 peptide.

(3)ZZ タンパク質とLyP-1/Fc タンパク質のin vitro相互作用
PBS中で、ZZ タンパク質を提示するBNC(ZZ-BNC)1molに対し、LyP-1/Fcタンパク質 1, 2, 5, 10, 20molの割合で混和した。次に患者血液中のHBsAgタンパク質量を測定するIMX HBsAg・ダイナパック(アボットジャパン株式会社)キットに同梱している抗HBs マウス由来モノクローナル抗体結合ビーズ(1mol ZZ-BNCを免疫沈降するのに充分な量)を混和し、60min4℃で静置した。その後、15000rpm 20minで遠心し、上清と沈殿物をそれぞれ分取した。沈殿物はPBSで3回洗浄した。上清、沈殿物をSDS-12.5% PAGE で解析し、HRP 標識抗ヒトIgG Fcマウス由来モノクローナル抗体(1:5000)(MP Biomedicals,Inc.)を用いてウェスタンブロッティングを行なった(図3)。その結果、ZZ-BNC 1molに対しLyP-1/Fcタンパク質 1mol 混和したときは、遊離のLyP-1/Fcタンパク質は観察されなかった。しかし、ZZ-BNC 1molに対しLyP-1/Fcタンパク質 2, 5, 10, 20mol混和した場合は、遊離のLyP-1/Fcタンパク質 が検出された。以上の結果より、in vitroでZZ-BNC 1molに対し、LyP-1/Fcタンパク質は1-2molの割合で結合することが示唆された。
(3) In vitro interaction between ZZ protein and LyP-1 / Fc protein
In PBS, 1 mol of BNC (ZZ-BNC) presenting ZZ protein was mixed at a ratio of LyP-1 / Fc protein of 1, 2, 5, 10, 20 mol. Next, it is sufficient to immunoprecipitate anti-HBs mouse-derived monoclonal antibody-binding beads (1 mol ZZ-BNC) included in the IMX HBsAg Dynapack (Abbott Japan) kit that measures the amount of HBsAg protein in patient blood. The mixture was mixed and allowed to stand at 4 ° C. for 60 min. Thereafter, the mixture was centrifuged at 15000 rpm for 20 minutes, and the supernatant and the precipitate were collected. The precipitate was washed 3 times with PBS. The supernatant and precipitate were analyzed by SDS-12.5% PAGE, and Western blotting was performed using an HRP-labeled anti-human IgG Fc mouse-derived monoclonal antibody (1: 5000) (MP Biomedicals, Inc.) (FIG. 3). As a result, free LyP-1 / Fc protein was not observed when 1 mol of LyP-1 / Fc protein was mixed with 1 mol of ZZ-BNC. However, when LyP-1 / Fc protein 2, 5, 10, 20 mol was mixed with 1 mol of ZZ-BNC, free LyP-1 / Fc protein was detected. From the above results, it was suggested that LyP-1 / Fc protein binds to ZZ-BNC 1 mol in vitro at a ratio of 1-2 mol.

(4)LyP-1/Fcタンパク質を用いたヒト乳癌細胞に対するZZ-BNCの再標的化
MDA-MB-435ヒト乳癌細胞(1×105 cell)を500μl DMEM(10% FBS含有)に撒き、37℃ 、5%CO2インキュベータで一晩培養した。ZZ-BNC 1molに対しLyP-1/Fcタンパク質 1molの割合で混和し、4℃で1時間静置し、ZZ-BNC・LyP-1/Fc混合液を1wellあたり ZZ−BNC 5μgの添加量になるように細胞培養上清に添加した。7時間後、PBSで3回洗浄し、4% PFAで固定した後、0.25%(v/v) Triton-X100含有PBSを用いて室温で15分間静置した。ブロッキング溶液で1/100倍に希釈した一次抗体(抗ZZ-BNCウサギ由来ポリクローナル抗体)を、100μlずつ入れ、室温で1時間静置した。0.03% Triton-X100含有PBSにて3回洗浄した後、ブロッキング溶液で1/2000倍に希釈した二次抗体(Alexa546-標識抗ウサギIgG抗体)を、100μlずつ入れ、室温で1時間静置した。0.03% Triton-X100含有PBSにて3回洗浄後、共焦点レーザースキャン顕微鏡を用いて蛍光を観察した。陰性コントロールとして、LyP-1/Fcタンパク質の代わりにFcタンパク質を用いて同様の実験を行なった。その結果、LyP-1/Fcタンパク質提示型ZZ-BNCを添加したMDA-MB-435細胞内にZZ−BNCが取り込まれていることが確認された(図4)。一方、Fcタンパク質提示型ZZ-BNCを添加したMDA-MB-435細胞ではZZ-BNCは確認できなかった。(ZZ-BNCが確認された細胞数/全細胞数)で計算したところ、LyP-1/Fcタンパク質提示型ZZ-BNCのヒト乳癌細胞への集積は80.3%、Fcタンパク質提示型ZZ-BNCの集積は12.3%であった。以上の結果より、LyP-1/Fc タンパク質提示型ZZ-BNCは、高効率にMDA-MD-435細胞内部に取り込まれることが判明した。
(4) Retargeting ZZ-BNC to human breast cancer cells using LyP-1 / Fc protein
MDA-MB-435 human breast cancer cells (1 × 10 5 cells) were seeded in 500 μl DMEM (containing 10% FBS) and cultured overnight in a 37 ° C., 5% CO 2 incubator. Mix 1 mol of LyP-1 / Fc protein with 1 mol of ZZ-BNC, and let stand at 4 ° C for 1 hour. Add ZZ-BNC 5 μg of ZZ-BNC / well mixture to ZZ-BNC / LyP-1 / Fc mixture. Was added to the cell culture supernatant. After 7 hours, the cells were washed 3 times with PBS, fixed with 4% PFA, and then allowed to stand at room temperature for 15 minutes using PBS containing 0.25% (v / v) Triton-X100. 100 μl each of primary antibody (anti-ZZ-BNC rabbit-derived polyclonal antibody) diluted 1 / 100-fold with a blocking solution was added and allowed to stand at room temperature for 1 hour. After washing 3 times with 0.03% Triton-X100-containing PBS, 100 μl each of secondary antibody (Alexa546-labeled anti-rabbit IgG antibody) diluted 1/2000 times with blocking solution was added and allowed to stand at room temperature for 1 hour. . After washing three times with 0.03% Triton-X100-containing PBS, fluorescence was observed using a confocal laser scanning microscope. As a negative control, the same experiment was performed using Fc protein instead of LyP-1 / Fc protein. As a result, it was confirmed that ZZ-BNC was incorporated into MDA-MB-435 cells to which LyP-1 / Fc protein-presenting ZZ-BNC was added (FIG. 4). On the other hand, ZZ-BNC could not be confirmed in MDA-MB-435 cells supplemented with Fc protein-presenting ZZ-BNC. (The number of cells confirmed to be ZZ-BNC / total number of cells), LyP-1 / Fc protein-presenting ZZ-BNC was accumulated in human breast cancer cells at 80.3%, Fc protein-presenting ZZ-BNC The accumulation was 12.3%. From the above results, it was found that LyP-1 / Fc protein-presenting ZZ-BNC was incorporated into MDA-MD-435 cells with high efficiency.

(5)ZZ-BNCとリソソームマーカーの共局在
上記のLyP-1/Fc タンパク質提示型ZZ-BNC を感染させたMDA-MB-435 ヒト乳癌細胞に対し、同様の手法でブロッキング溶液で1/100倍に希釈した一次抗体(抗Lamp2マウス由来モノクローナル抗体(clone H4B4; DSHB, Iowa City, IA)と抗ZZ-BNCウサギ由来ポリクローナル抗体)及びブロッキング溶液で1/2000倍希釈した二次抗体(Alexa546-標識抗ウサギIgG抗体とCy3-標識抗マウスIgG抗体(Amersham Biosciences))で免疫染色を行った。その結果、Alexa546由来の蛍光がCy3由来の蛍光を呈する領域の内部に観察された(図5)。以上から、ZZ-BNCはLyP-1/Fcタンパク質により高効率に細胞内に導入され、細胞内では後期エンドソームやリソソームに存在することが示された。
(5) Co-localization of ZZ-BNC and lysosomal marker MDA-MB-435 human breast cancer cells infected with the above LyP-1 / Fc protein-presenting ZZ-BNC were treated with blocking solution in the same manner. Primary antibody (anti-Lamp2 mouse-derived monoclonal antibody (clone H4B4; DSHB, Iowa City, IA) and anti-ZZ-BNC rabbit-derived polyclonal antibody) diluted with 100-fold and secondary antibody (Alexa546 diluted with 1 / 2000-fold with blocking solution) -Immunostaining was performed with labeled anti-rabbit IgG antibody and Cy3-labeled anti-mouse IgG antibody (Amersham Biosciences)). As a result, fluorescence derived from Alexa546 was observed inside the region exhibiting fluorescence derived from Cy3 (FIG. 5). From the above, it was shown that ZZ-BNC was introduced into cells with high efficiency by LyP-1 / Fc protein and existed in late endosomes and lysosomes in the cells.

(6)ZZ-BNCとLyP-1/Fcタンパク質を用いたMDA-MB-435細胞へのローダミン標識ポリスチレンビーズ(FluoSpheres;直径100 nm)の送達
2 mg/ml FluoSpheres (Molecular Probes) 2mlをCOATSOME EL-01-A(日本油脂株式会社)1バイアルに混和し、室温で30分間静置した。リポソーム-蛍光ビーズ溶液1.6μlを蒸留水で100μlに希釈し、凍結乾燥ZZ-BNC(100mg)に加えて融解し、ZZ-BNC及びリポソーム脂質量が共に終濃度1μg/μlとなるように調製した。精製LyP-1/Fcタンパク質 1 molをZZ-BNC 1molに混和し、1時間4℃で静置した後、上述の方法で用意したMDA-MB-435細胞に1wellあたり ZZ-BNCが5μgになるように添加した。5%CO2インキュベータで37℃ 、7時間培養した後、PBSにて3回洗浄し、共焦点レーザースキャン顕微鏡を用いて蛍光を観察した。その結果、LyP-1/Fcタンパク質提示型ZZ-BNCは、全細胞の67%に蛍光が観察された(図6)。一方、ZZ-BNC単独では25%、リポソーム単独では8%であった。以上から、LyP-1/Fc提示型ZZ-BNCはFluoSpheres(直径100 nm)のような巨大物質もヒト乳癌細胞に特異的かつ高効率に導入できることが示された。
(6) Delivery of rhodamine-labeled polystyrene beads (FluoSpheres; diameter 100 nm) to MDA-MB-435 cells using ZZ-BNC and LyP-1 / Fc protein
2 mg of 2 mg / ml FluoSpheres (Molecular Probes) was mixed in one vial of COATSOME EL-01-A (Nippon Yushi Co., Ltd.) and allowed to stand at room temperature for 30 minutes. 1.6 μl of liposome-fluorescent bead solution was diluted to 100 μl with distilled water, added to lyophilized ZZ-BNC (100 mg) and thawed, and both ZZ-BNC and liposome lipid content were prepared to a final concentration of 1 μg / μl. . 1 mol of purified LyP-1 / Fc protein is mixed with 1 mol of ZZ-BNC and left to stand at 4 ° C for 1 hour, and then MDA-MB-435 cells prepared as described above have 5 μg of ZZ-BNC per well. Was added as follows. After culturing at 37 ° C. for 7 hours in a 5% CO 2 incubator, the plate was washed three times with PBS, and fluorescence was observed using a confocal laser scanning microscope. As a result, fluorescence of LyP-1 / Fc protein-presenting ZZ-BNC was observed in 67% of all cells (FIG. 6). On the other hand, ZZ-BNC alone was 25%, and liposome alone was 8%. From the above, it was shown that LyP-1 / Fc-presenting ZZ-BNC can introduce a large substance such as FluoSpheres (diameter 100 nm) specifically and efficiently into human breast cancer cells.

実施例2:ビオチン化ホーミングペプチド、ビオチン化ZZ-BNC及びストレプトアビジンによる蛍光物質の生体内ピンポイントデリバリ
(1)ZZ-BNCのビオチン標識
ZZ-BNC溶液を600μg/ml以上の濃度まで限外濾過フィルター(ミリポア社製)を用いて濃縮した。ZZ-BNC 100μlをNHS-Sulfo-Biotination Kit(Pierce社)を用いて、業者添付のプロトコールに従って30分間室温でビオチン化反応させ、リジン残基のアミノ基およびN末端アミノ基をビオチン標識した。フリーの未反応ビオチンを、ZebaTM Desalt Spin Columns(Pierce社製:Sephadex G25またはG50を充填したカラムでも代替可能)を用いて1,000×gで2分間遠心することにより除去した(図7)。
Example 2: In vivo pinpoint delivery of fluorescent substance with biotinylated homing peptide, biotinylated ZZ-BNC and streptavidin (1) Biotin labeling of ZZ-BNC
The ZZ-BNC solution was concentrated to a concentration of 600 μg / ml or higher using an ultrafiltration filter (Millipore). 100 μl of ZZ-BNC was biotinylated at room temperature for 30 minutes using NHS-Sulfo-Biotination Kit (Pierce) according to the protocol attached to the manufacturer, and the amino group and N-terminal amino group of the lysine residue were labeled with biotin. Free unreacted biotin was removed by centrifuging at 1,000 × g for 2 minutes using Zeba Desalt Spin Columns (Pierce, which can be replaced with a column packed with Sephadex G25 or G50) (FIG. 7).

(2)ビオチン取り込みレベルを測定するためのHABAアッセイ
180μLのHABA/アビジン溶液(Pierce社)をマイクロプレートウェルにピペットで加え、500nmで吸光度測定し、A500HABA/アビジンとして記録した。次に、20μLのビオチン化サンプルをHABA/アビジン溶液を含むウェルに添加し、よく攪拌した後、500nmで吸光度測定した。少なくとも15秒間該測定値がほぼ一定になったときに、A500HABA/アビジン/ビオチンサンプルとして記録した。A500HABA/アビジンからA500HABA/アビジン/ビオチンサンプルの吸光度変化を、Pierce社提供の数式に当てはめて、サンプル中に含まれるビオチン量が算出できる。
(2) HABA assay to measure biotin uptake level
180 μL of HABA / avidin solution (Pierce) was pipetted into microplate wells, absorbance was measured at 500 nm, and recorded as A500HABA / avidin. Next, 20 μL of biotinylated sample was added to the well containing the HABA / avidin solution, and after stirring well, absorbance was measured at 500 nm. When the measurement was approximately constant for at least 15 seconds, it was recorded as an A500HABA / avidin / biotin sample. By applying the absorbance change from A500HABA / avidin to the A500HABA / avidin / biotin sample to the formula provided by Pierce, the amount of biotin contained in the sample can be calculated.

(3)LyP-1ペプチド(CNKRTRGGC)提示型ZZ-BNCの調製
粉末ビオチン化LyP-1ペプチド(ビオチン-GGCNKRTRGGC / Ruoslahti et al., PNAS, 101, 9381-9386 (2004)(ペプチドはInvitrogenにて合成(純度95%以上))を蒸留水で140ng/μl に希釈したもの(15μl)と蒸留水で調製した1mg/ml ストレプトアビジン(生化学工業)100μlを混合して、室温で30分間反応させ、ストレプトアビジン-ビオチン化LyP-1 ペプチド複合体を形成させた。次いで、ビオチン化ZZ-BNC(タンパク質量として100μg)を上記ストレプトアビジン-ビオチン化LyP-1 ペプチド複合体に加えて、室温で30分間反応させ、LyP-1ペプチド提示型ZZ-BNCを調製した(図8)。
(3) Preparation of LyP-1 peptide (CNKRTRGGC) -presenting ZZ-BNC Powdered biotinylated LyP-1 peptide (Biotin-GGCNKRTRGGC / Ruoslahti et al., PNAS, 101, 9381-9386 (2004) (Peptides at Invitrogen Synthesis (purity 95% or more)) diluted with distilled water to 140 ng / μl (15 μl) and 1 mg / ml streptavidin (Seikagaku Corporation) prepared with distilled water are mixed and reacted at room temperature for 30 minutes. Then, a streptavidin-biotinylated LyP-1 peptide complex was formed, and then biotinylated ZZ-BNC (100 μg as the amount of protein) was added to the above streptavidin-biotinylated LyP-1 peptide complex, followed by 30 at room temperature. The reaction was allowed to proceed for minutes to prepare LyP-1 peptide-presenting ZZ-BNC (FIG. 8).

(4)ローダミンB包含LyP-1ペプチド提示型ZZ-BNCの調製
蒸留水で0.5mg/ml に希釈したローダミンB(ALDRICH)2mlをCOATSOME EL-01-A(日本油脂株式会社)1バイアルに混和し、室温で30分間反応させた。その後、Sephacryl HR-S500を充填したスピンカラムを用いてゲルろ過を行い、遊離のローダミンBを除き、ローダミンB包含リポソームを作製した。本反応液10μlを上記LyP-1ペプチド提示型ZZ-BNCに混和し、リポソームに含まれるリン脂質量とZZ-BNCタンパク質量が等量となるように、ローダミンB包含リポソームとLyP-1ペプチド提示型ZZ-BNC混合し、ローダミンB包含LyP-1ペプチド提示型ZZ-BNCを調製した。
(4) Preparation of RhoPamine B-containing LyP-1 peptide-presenting ZZ-BNC 2 ml of Rhodamine B (ALDRICH) diluted to 0.5 mg / ml with distilled water is mixed in one vial of COATSOME EL-01-A (Nippon Yushi Co., Ltd.) And allowed to react for 30 minutes at room temperature. Thereafter, gel filtration was performed using a spin column filled with Sephacryl HR-S500, and free rhodamine B was removed to prepare rhodamine B-containing liposomes. 10 μl of this reaction solution is mixed with the above LyP-1 peptide-presenting ZZ-BNC, and rhodamine B-containing liposomes and LyP-1 peptide are presented so that the amount of phospholipid and ZZ-BNC protein contained in the liposomes are equal. Type ZZ-BNC was mixed to prepare Rhodamine B-containing LyP-1 peptide-presenting type ZZ-BNC.

(5) ビオチン化LyP-1ペプチドのMDA-MB-435細胞への集積
MDA-MB-435細胞(ヒト由来乳癌細胞)とWiDr細胞(ヒト由来大腸癌細胞)をそれぞれ 1×105 cellずつ24wellコラーゲンコートプレート(IWAKI)上に撒き、500μl DMEM(10% FBS含有)中で5%CO2インキュベータにおいて37℃一晩培養した。ビオチン化LyP-1ペプチド140ngとFITC標識ストレプトアビジン(Molecular Probes)7μgを蒸留水中、室温で30分間反応させ、FITC標識ストレプトアビジン-ビオチン化 LyP-1 ペプチド複合体を形成させ、各wellに添加した。7時間後、PBSで3回洗浄し、共焦点レーザースキャン顕微鏡を用いて蛍光を観察した。その結果、FITC標識ストレプトアビジン-ビオチン化LyP-1ペプチド複合体が、MDA-MB-435細胞のみに特異的に集積していることが観察された(図9)。一方、ネガティブコントロールであるビオチン化GGCRPPRペプチド(ペプチド合成依頼 はInvitrogen / Ruoslahti et al., Circulation, 112, 1601-1611.(2005))は、両細胞で全く集積しなかった。
(5) Accumulation of biotinylated LyP-1 peptide in MDA-MB-435 cells
MDA-MB-435 cells (human-derived breast cancer cells) and WiDr cells (human-derived colorectal cancer cells) are spread on 1 x 10 5 cells each on a 24-well collagen-coated plate (IWAKI) and placed in 500 μl DMEM (containing 10% FBS) And cultured at 37 ° C. overnight in a 5% CO 2 incubator. 140 ng of biotinylated LyP-1 peptide and 7 μg of FITC-labeled streptavidin (Molecular Probes) were reacted in distilled water at room temperature for 30 minutes to form a FITC-labeled streptavidin-biotinylated LyP-1 peptide complex and added to each well . After 7 hours, the plate was washed 3 times with PBS, and fluorescence was observed using a confocal laser scanning microscope. As a result, it was observed that the FITC-labeled streptavidin-biotinylated LyP-1 peptide complex was specifically accumulated only in MDA-MB-435 cells (FIG. 9). On the other hand, the biotinylated GGCRPPR peptide (Peptide synthesis request was Invitrogen / Ruoslahti et al., Circulation, 112, 1601-1611. (2005)), which was a negative control, did not accumulate at all in both cells.

(6)ヒト由来乳癌細胞を保有するマウスの作製
MDA-MB-435細胞(ヒト由来乳癌細胞)を10cmコラーゲンコートプレート(IWAKI)上に撒きDMEM(10% FBS含有)中で、37℃ CO2インキュベータで数日間培養し、1×107 cell を得た。PBS(-)500μl、マトリゲル500μlと混和し、Nude BALB/ca nu/nu マウスの背部皮下に注入し、約2週間生育させ、MDA-MB-435細胞由来組織(直径7-10mm)を有するXenograftモデルマウスを作製した。
(6) Production of mice carrying human-derived breast cancer cells
MDA-MB-435 in cells (human breast cancer cells) 10cm collagen-coated plates (IWAKI) were plated on DMEM (10% FBS-containing), and cultured for several days at 37 ° C. CO 2 incubator, the 1 × 10 7 cell Obtained. Xenograft mixed with 500 μl of PBS (-) and 500 μl of Matrigel, injected subcutaneously into the back of Nude BALB / can nu / nu mice, grown for about 2 weeks, and has tissue derived from MDA-MB-435 cells (diameter 7-10 mm) A model mouse was prepared.

(7)ローダミンB包含LyP-1ペプチド提示型ZZ-BNCのMDA-MB-435細胞由来組織への特異的集積
ローダミンB包含LyP-1ペプチド提示型ZZ-BNC(ZZ-BNCタンパク質量として50mg)を、MDA-MB-435細胞由来組織を有するXenograftモデルマウスの尾静脈から投与した。ネガティブコントロールとして、LyP-1を提示していないローダミンB包含ZZ-BNC(ZZ-BNCタンパク質量として50mg)、ローダミンB包含リポソーム10μl、0.5mg/mlに調製したローダミンB 10μlをそれぞれ蒸留水で125μlにしたものを用いた。投与後、In Vivoイメージング装置OV100 (OLYMPUS)で545nmの波長で励起し、570-625nmの波長で蛍光を観察した。ローダミンB包含LyP-1ペプチド提示型ZZ-BNCを投与したマウスでは、投与後3時間程度から移植腫瘍への集積が確認された(図10と11)。本集積は投与後12時間程度まで確認できた。一方、LyP-1を提示していないローダミンB包含ZZ-BNC、ローダミンB包含リポソーム、ローダミンBを投与したマウスでは移植腫瘍への集積は確認できなかった(図8)。以上から、ホーミングペプチドを提示したBNCは、生体内で物質のピンポイントデリバリが出来ることが判明した。
(7) Specific accumulation of Rhodamine B-containing LyP-1 peptide-presenting ZZ-BNC into MDA-MB-435 cell-derived tissue Rhodamine B-containing LyP-1 peptide-presenting ZZ-BNC (50 mg as the amount of ZZ-BNC protein) Was administered from the tail vein of a Xenograft model mouse having MDA-MB-435 cell-derived tissue. As negative controls, Rhodamine B-containing ZZ-BNC not presenting LyP-1 (ZZ-BNC protein amount 50 mg), Rhodamine B-containing liposomes 10 μl, Rhodamine B 10 μl prepared to 0.5 mg / ml each in distilled water 125 μl What was made into was used. After administration, excitation was performed at a wavelength of 545 nm using an In Vivo imaging apparatus OV100 (OLYMPUS), and fluorescence was observed at a wavelength of 570-625 nm. In the mice administered with Rhodamine B-containing LyP-1 peptide-presenting ZZ-BNC, accumulation in the transplanted tumor was confirmed from about 3 hours after administration (FIGS. 10 and 11). This accumulation was confirmed up to about 12 hours after administration. On the other hand, accumulation in the transplanted tumor could not be confirmed in the mice administered with rhodamine B-containing ZZ-BNC, rhodamine B-containing liposome, and rhodamine B not presenting LyP-1 (FIG. 8). From the above, it was found that BNC presenting a homing peptide can deliver a pinpoint substance in vivo.

(8)ローダミンB包含心血管内皮細胞特異的ホーミングペプチド提示型ZZ-BNCのマウス心臓への特異的集積
マウス心臓由来血管内皮細胞を特異的に認識するホーミングペプチド(CRPPR:Zhang L, Hoffman JA, and Ruoslahti E Circulation 2005; 112: 1601-1611)を含むビオチン標識GGCRPPR ペプチド (ペプチド合成依頼はInvitrogen)を蒸留水で140ng/μl にした溶液15μlと、1mg/mlストレプトアビジン(生化学工業)100μlを、室温で30min反応させ、ストレプトアビジン-ビオチン標識LyP-1ペプチド複合体を形成させた。次いで、ビオチン化ZZ-BNC(タンパク質量として100μg)に上記ストレプトアビジン-ビオチン標識LyP-1 ペプチド複合体全量を混ぜ、室温で30分間反応させ、GGCRPPRペプチド提示型ZZ-BNCを調製した。次に、「(4)ローダミンB包含LyP-1ペプチド提示型ZZ-BNCの調製」と同じ方法でローダミンB包含GGCRPPRペプチド提示型ZZ-BNCを調製した。タンパク質量として50mgのローダミンB包含GGCRPPRペプチド提示型ZZ-BNCをBALB/cマウス(♀)の尾静脈から投与した。ネガティブコントロールとしては、GGCRPPRを提示していないローダミンB包含ZZ-BNC(ZZ-BNCタンパク質量として50mg)、ローダミンB包含リポソーム10μl、0.5mg/mlに調製したローダミンB 10μlをそれぞれ蒸留水で125μlにしたものを用いた。投与から8時間後、それぞれのマウスから心臓を摘出し、In Vivoイメージング装置OV100 (OLYMPUS)で545nmの波長で励起し、570-625nmの波長で蛍光を観察した。その結果、ローダミンB包含GGCRPPRペプチド提示型ZZ-BNCを投与したマウス心臓に強い蛍光が観察された(図12)。また、同心臓を樹脂包埋固定(Technovitを使用)して切片を蛍光観察したところ、ローダミンB包含GGCRPPRペプチド提示型ZZ-BNCを投与したマウス心臓の血管周辺に蛍光の蓄積が確認された(図13)。以上から、ホーミングペプチド提示型BNCは、生体内においてがん組織のみならず通常組織においてもピンポイントで物質をデリバリできることが判明した。
(8) Specific accumulation of rhodamine B-containing cardiovascular endothelial cell-specific homing peptide-presenting ZZ-BNC in the mouse heart Homing peptide that specifically recognizes mouse heart-derived vascular endothelial cells (CRPPR: Zhang L, Hoffman JA, and Ruoslahti E Circulation 2005; 112: 1601-1611) containing 15 μl of a biotinylated GGCRPPR peptide (Peptide synthesis request is Invitrogen) to 140 ng / μl with distilled water and 1 μg / ml streptavidin (Seikagaku Corporation) The mixture was reacted at room temperature for 30 minutes to form a streptavidin-biotin-labeled LyP-1 peptide complex. Next, biotinylated ZZ-BNC (100 μg as the amount of protein) was mixed with the whole amount of the above streptavidin-biotin-labeled LyP-1 peptide complex and reacted at room temperature for 30 minutes to prepare GGCRPPR peptide-presenting ZZ-BNC. Next, rhodamine B-containing GGCRPPR peptide-presenting ZZ-BNC was prepared by the same method as “(4) Preparation of rhodamine B-containing LyP-1 peptide-presenting ZZ-BNC”. 50 mg of rhodamine B-containing GGCRPPR peptide-presenting ZZ-BNC as a protein amount was administered from the tail vein of BALB / c mice (♀). As negative controls, rhodamine B-containing ZZ-BNC not showing GGCRPPR (ZZ-BNC protein amount 50 mg), rhodamine B-containing liposomes 10 μl, rhodamine B 10 μl prepared to 0.5 mg / ml each in distilled water to 125 μl What was done was used. Eight hours after administration, the heart was removed from each mouse, excited with an In Vivo imaging apparatus OV100 (OLYMPUS) at a wavelength of 545 nm, and fluorescence was observed at a wavelength of 570-625 nm. As a result, strong fluorescence was observed in the mouse heart administered with rhodamine B-containing GGCRPPR peptide-presenting ZZ-BNC (FIG. 12). In addition, when the same heart was resin-embedded and fixed (using Technovit), the sections were observed for fluorescence. As a result, accumulation of fluorescence was confirmed around the blood vessels of the mouse heart administered with rhodamine B-containing GGCRPPR peptide-presenting ZZ-BNC ( FIG. 13). From the above, it has been found that homing peptide-presenting BNC can deliver substances pinpoint not only in cancer tissues but also in normal tissues in vivo.

実施例3:バイオナノカプセルとリポソームの生体内動態の差
ローダミンB包含リポソーム(Lp-Rho)とローダミンB包含BNC(BNC-Lp-Rho)は「実施例2(7)」に記載のLyP-1を提示していないローダミンB包含ZZ-BNC(ZZ-BNCタンパク質量として50mg)とローダミンB包含リポソーム10μlにそれぞれ相当する。これらをBALB/cマウス(♀)の尾静脈から投与し、In Vivoイメージング装置OV100 (OLYMPUS)で545nmの波長で励起し、570-625nmの波長で蛍光を観察した。その結果、投与から60分以内に、投与したローダミンB包含リポソームの大半は肝臓にトラップされた(現存するDDSキャリアの大半が同じ挙動をとる)が、ローダミンB包含BNCの肝臓への局在は観察されなかった(図14)。その後、両者とも300分までに胆汁から腸管に分泌され糞便として挙動することが強く示唆された。また、投与後60分のマウスをIn Vivoイメージング装置(Xenogen社)で観察したが同じ結果を示した。以上から、BNCはリポソームとは異なり投与後速やかに肝臓にトラップされるのではなく、全身を血流に乗って循環しているものと考えられた。このBNCの性質は、ホーミングペプチドを用いて体内の様々な部位に再標的化する際に非常に有効で、リポソームを含む他のDDSキャリアーには見られない性質である。
Example 3: Difference in biokinetics between bio-nanocapsules and liposomes Rhodamine B-containing liposomes (Lp-Rho) and rhodamine B-containing BNCs (BNC-Lp-Rho) are the LyP-1 described in "Example 2 (7)". Is equivalent to rhodamine B-containing ZZ-BNC (50 mg as the amount of ZZ-BNC protein) and rhodamine B-containing liposome 10 μl. These were administered from the tail vein of BALB / c mice (♀), excited with a wavelength of 545 nm by an In Vivo imaging apparatus OV100 (OLYMPUS), and fluorescence was observed at a wavelength of 570-625 nm. As a result, within 60 minutes of administration, most of the administered rhodamine B-containing liposomes were trapped in the liver (most of the existing DDS carriers behave the same), but the localization of rhodamine B-containing BNC in the liver was Not observed (Figure 14). Thereafter, it was strongly suggested that both were secreted from bile into the intestinal tract by 300 minutes and behaved as feces. Moreover, although the mouse | mouth 60 minutes after administration was observed with the In Vivo imaging device (Xenogen), the same result was shown. Based on the above, it was considered that BNC was not trapped in the liver immediately after administration, but circulated throughout the body in the bloodstream, unlike liposomes. This property of BNC is very effective when retargeting to various sites in the body using a homing peptide and is not found in other DDS carriers including liposomes.

実施例4:RIP1-Tag2 tumor homing配列CRGRRSTを用いたBNCの再標的化
(1)GFP-RT1 発現用plasmid pGEX-6P-1-GFP-RT1の構築
pGEX-6P-1-GFP plasmid DNA 4μgをHindIII 24U、EcoRI 32Uで切断し、1% agarose (1XTAE buffer) 電気泳動により約5.8kbの断片を分離し、Nucleospin column (MACHEREY-NAGEL) で精製した。linkerについては、5’側にEcoRI粘着末端、3’側にHindIII粘着末端を有し、RIP1-Tag2 tumor homing配列CRGRRST(RT1と呼称:Stage-specific vascular markers revealed by phage display in a mouse model of pancreatic islet tumorigenesis. Joyce J.A., Laakkonen P., Bernasconi M., Bergers G., Ruoslahti E., and Hanahan D. (2003) CANCER CELL 4, 393-403.)をコードするように設計した下記合成DNAをGreiner Bio-One Co., Ltd.に合成を委託(HPLC精製)した。
Example 4: Retargeting of BNC using RIP1-Tag2 tumor homing sequence CRGRRST (1) Construction of plasmid pGEX-6P-1-GFP-RT1 for GFP-RT1 expression
4 μg of pGEX-6P-1-GFP plasmid DNA was cleaved with HindIII 24U and EcoRI 32U, and a fragment of about 5.8 kb was separated by 1% agarose (1XTAE buffer) electrophoresis and purified with Nucleospin column (MACHEREY-NAGEL). The linker has an EcoRI sticky end on the 5 'side and a HindIII sticky end on the 3' side, and RIP1-Tag2 tumor homing sequence CRGRRST (referred to as RT1: Stage-specific vascular markers revealed by phage display in a mouse model of pancreatic Islet tumorigenesis. The following synthetic DNA designed to encode Joyce JA, Laakkonen P., Bernasconi M., Bergers G., Ruoslahti E., and Hanahan D. (2003) CANCER CELL 4 , 393-403.) The synthesis was commissioned (HPLC purification) to Bio-One Co., Ltd.

配列:
RIPTag-CRGRRST-U (28Nts) 5’-AATTCG TGC CGC GGT CGC CGC AGT ACT A-3’
RIPTag-CRGRRST-L (28Nts) 3’- GC ACG GCG CCA GCG GCG TCA TGA TTCGA-5’
C R G R R S T
下線部分に、linker挿入plasmidの検索が容易なように、制限酵素SacII認識配列を導入した。100μMのRIPTag-CRGRRST-U、RIPTag-CRGRRST-L合成DNA水溶液各10μlを500μl用tubeに混合し、95℃ 5分加熱後、tubeの入ったBLOCK INCUBATOR (KOKEN RIKA BP-4100)のheat blockごと室温に放置し、約20分かけて徐冷することによって、二本鎖DNAのannealingを行なった。この混合液とNucleospin columnで精製したplasmid DNA の両者を、ligation high (TOYOBO)を用いて結合し、文献2に従って調製した、DH5α competent cellに形質転換した。pGEX primerを用いたcolony lysis PCRによって、得られたcolony のinsertの有無を確認し、QIAGEN plasmid mini kit (QEAGEN)で精製したplasmid DNAについて、SacII切断、塩基配列決定により設計した塩基配列が導入されていることを確認した。
Array:
RIPTag-CRGRRST-U (28Nts) 5'-AATTCG TG C CGC GG T CGC CGC AGT ACT A-3 '
RIPTag-CRGRRST-L (28Nts) 3'- GC AC G GCG CC A GCG GCG TCA TGA TTCGA-5 '
CRGRRST
A restriction enzyme SacII recognition sequence was introduced in the underlined portion so that the linker-inserted plasmid could be easily searched. Mix 10 μl each of 100 μM RIPTag-CRGRRST-U and RIPTag-CRGRRST-L synthetic DNA solution into a 500 μl tube, heat at 95 ° C. for 5 minutes, then heat block of BLOCK INCUBATOR (KOKEN RIKA BP-4100) containing the tube The double-stranded DNA was annealed by allowing it to stand at room temperature and slowly cooling it for about 20 minutes. Both this mixed solution and plasmid DNA purified by Nucleospin column were combined using ligation high (TOYOBO), and transformed into DH5α competent cells prepared according to Reference 2. The colony lysis PCR using pGEX primer was used to confirm the presence or absence of the inserted colony. The plasmid DNA purified by the QIAGEN plasmid mini kit (QEAGEN) was introduced with the base sequence designed by SacII digestion and sequencing. Confirmed that.

(2)GFP-RT1 タンパク質の発現と精製
pGEX-6P-1-GFP-RT1をBL21-CodonPlus(登録商標)(STRATAGENE) competent cell(High efficiency transformation of Escherichia coli with plasmids. Inoue H., Nojima H., and Okayama H. (1990) Gene 96, 23-28.)に形質転換し、得られたsingle cloneを以下のように発現させた。2xYT medium 37℃ 一晩培養液10mlを1Lの2xYT mediumに植菌し、37℃でOD600 = 0.9まで培養、 最終濃度 0.2 mM IPTGで発現を誘導し、20℃で6時間培養後、集菌した。
菌体からの精製は基本的には文献(Solubilization and Purification of Enzymatically Active Glutathione S-Transferase (pGEX) Fusion Proteins. Frangioni J. V. and Neel B.G. (1993) Analytical Biochemistry 210, 179-187.)に従い、以下のように行った。菌体を42.5mlのSTE buffer(11.8 mM Tris-Cl pH8.0, 176.5 mM NaCl, 1.18 mM EDTA)に可溶化した後、lysozymeを終濃度100μg/mlとなるように加えて、氷冷下15分間溶菌した。DTT を 5 mM, Sodium Sarkosylを1.5% (いずれも終濃度)となるように加え、vortex mixerで攪拌した後、Ultrasonic disruptor UD-201(微量チップTP-040使用、OUTPUT 4, DUTY 60)) (TOMY)を用いて、1-2分間超音波処理を行った。15,460 x g 4℃ 30分の遠心により、不溶物を除去した後、Triton X-100を終濃度1.6%となるように加え、Glutathione sepharose 4B (75% slurryで800μl) (GE Healthcare Life Sciences)に4℃で2時間rotateしながら吸着させた。Econo-Pac Column (BIO-RAD)にGlutathione sepharose 4Bを含む可溶化溶液を充填し、非吸着画分を再度添加した後、PBS buffer 60mlで洗浄し、PreScission Protease Cleavage buffer (50 mM Tris-Cl pH7.0, 150 mM NaCl, 1mM EDTA, 1mM DTT) 12 mlで平衡化した。 同じbuffer 750 μlに、PreScission Protease 15μl(30U)を加え、4℃、16時間切断した。Glutathione S-transferaseより切り離されたGFP-RT1は、PreScission Protease Cleavage buffer 750 μl、室温 10分を3回処理して溶出し、Centricon YM-10, 10 kDa NMWL(MILLIPORE)で約600μlまで濃縮した。最終精製品は、0.22μmのfilterを通し、BCA assayによりタンパク質濃度を決定した。1Lの大腸菌培養液より、約1.6 mgの精製タンパク質を得た。
(2) Expression and purification of GFP-RT1 protein
pGEX-6P-1-GFP-RT1 was transformed into BL21-CodonPlus (registered trademark) (STRATAGENE) competent cell (High efficiency transformation of Escherichia coli with plasmids. Inoue H., Nojima H., and Okayama H. (1990) Gene 96, 23-28.) And the resulting single clone was expressed as follows. 2xYT medium 37 ° C Overnight 10ml of the culture solution is inoculated into 1L of 2xYT medium, cultured at 37 ° C to OD 600 = 0.9, final expression is induced with 0.2 mM IPTG, cultured at 20 ° C for 6 hours, then collected did.
Purification from bacterial cells basically follows the literature (Solubilization and Purification of Enzymatically Active Glutathione S-Transferase (pGEX) Fusion Proteins. Frangioni JV and Neel BG (1993) Analytical Biochemistry 210 , 179-187.) Went to. The cells were solubilized in 42.5 ml of STE buffer (11.8 mM Tris-Cl pH 8.0, 176.5 mM NaCl, 1.18 mM EDTA), and lysozyme was added to a final concentration of 100 μg / ml. Lysis for minutes. Add DTT to 5 mM and Sodium Sarkosyl to 1.5% (both final concentrations), mix with vortex mixer, and then use Ultrasonic disruptor UD-201 (use trace amount TP-040, OUTPUT 4, DUTY 60)) ( TOMY) was sonicated for 1-2 minutes. After removing the insoluble material by centrifugation at 15,460 xg 4 ° C for 30 minutes, Triton X-100 was added to a final concentration of 1.6% and added to Glutathione sepharose 4B (800 μl with 75% slurry) (GE Healthcare Life Sciences). Adsorption was carried out while rotating at 2 ° C. for 2 hours. Econo-Pac Column (BIO-RAD) was filled with a solubilized solution containing Glutathione sepharose 4B, the non-adsorbed fraction was added again, washed with 60 ml of PBS buffer, and PreScission Protease Cleavage buffer (50 mM Tris-Cl pH7 .0, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1 mM DTT) 12 ml. PreScission Protease 15 μl (30 U) was added to the same buffer 750 μl, and cut at 4 ° C. for 16 hours. GFP-RT1 cleaved from Glutathione S-transferase was eluted by pretreatment with 750 μl of PreScission Protease Cleavage buffer at room temperature for 10 minutes three times, and concentrated to about 600 μl with Centricon YM-10, 10 kDa NMWL (MILLIPORE). The final purified product was passed through a 0.22 μm filter, and the protein concentration was determined by BCA assay. About 1.6 mg of purified protein was obtained from 1 L of E. coli culture solution.

(3)GFP-RT1のin vivo homing活性の測定
RIP1-Tag2マウスの作成は文献(Heritable formation of pancreatic beta-cell tumours in transgenic mice expressing recombinant insulin/simian virus 40 oncogenes. Hanahan D. (1985) Nature 315, 115-122.)に従った。13.5週令のRIP1-Tag2マウスに0.18% (W/V) NEMBUTAL注射薬を腹腔内に投与し、麻酔下に尾静脈より、100-200μl(約300μg)の精製タンパク質を投与した。7分後に開胸、左心室より、PBS 20ml 続いて2% paraformaldehide (PFA)/ PBS溶液 20mlを潅流し、膵臓を取り出した。4% PFA / PBS 4℃ 30分、以後、PBS、12 % Sucrose / PBS、15 % Sucrose / PBS、18 % Sucrose / PBSに室温で各30分浸漬した後、O.C.T. Compound (Tissue-Tek 4583)に包埋、凍結し、Cryostat microtome (Leica) で10μmの切片を作成した。切片を風乾後、4℃で保存してあった、aceton : methanol = 1:1 で10分間組織を固定した。PBSで洗浄後、5% goat serum / PBSで室温30分間blockingした後、Anti-GFP (abcam ab6556) 溶液 (1/300 dilution in 2.5% goat serum / PBS)で4℃ 16時間反応し、PBS洗浄後、Alexa Fluor 594 Goat anti-rabbit IgG(Molecular Probes A-11012)溶液 (1/1000 dilution in 2.5% goat serum / PBS) で室温45分間反応し、PBS洗浄後、VECTASHIELD Mounting Medium with DAPI (VECTOR LABORATORIES,INC. H-1200) で封入し、蛍光顕微鏡で観察した。(図16と17)
その結果、ホーミングペプチドRT1は単離されたときのファージライブラリー状態もしくは単独では文献(Stage-specific vascular markers revealed by phage display in a mouse model of pancreatic islet tumorigenesis. Joyce J.A., Laakkonen P., Bernasconi M., Bergers G., Ruoslahti E., and Hanahan D. (2003) CANCER CELL 4, 393-403.)によると、RIP1-Tag2マウスの膵臓内の自然発生したInsulinomaの細胞質内に局在することが知られているが、GFPと融合したホーミングペプチドRT1は、Insulinomaの細胞質内に局在することなく、がん組織内部のBlood Lakeに局在した。つまり、ホーミングペプチドはファージライブラリー状態、単独もしくは低分子と結合した形では生体内で正しく機能するが、改めて高分子と結合すると正しく機能しない事を示す結果となった。
(3) Measurement of in vivo homing activity of GFP-RT1
Creation of RIP1-Tag2 mice was according to the literature (Heritable formation of pancreatic beta-cell tumours in transgenic mice expressing recombinant insulin / simian virus 40 oncogenes. Hanahan D. (1985) Nature 315, 115-122.). A 0.18% (W / V) NEMBUTAL injection was administered intraperitoneally to 13.5-week-old RIP1-Tag2 mice, and 100-200 μl (about 300 μg) of purified protein was administered from the tail vein under anesthesia. Seven minutes later, the chest was opened, and 20 ml of PBS followed by 20 ml of 2% paraformaldehide (PFA) / PBS solution was perfused from the left ventricle to remove the pancreas. 4% PFA / PBS 4 ° C for 30 minutes, and then immersed in PBS, 12% Sucrose / PBS, 15% Sucrose / PBS, 18% Sucrose / PBS for 30 minutes each at room temperature, and then placed in OCT Compound (Tissue-Tek 4583). After embedding and freezing, 10 μm sections were prepared with Cryostat microtome (Leica). The sections were air-dried and fixed at 10 ° C. with aceton: methanol = 1: 1 stored at 4 ° C. After washing with PBS, blocking with 5% goat serum / PBS for 30 minutes at room temperature, then reacting with Anti-GFP (abcam ab6556) solution (1/300 dilution in 2.5% goat serum / PBS) at 4 ° C for 16 hours, washing with PBS Then, react with Alexa Fluor 594 Goat anti-rabbit IgG (Molecular Probes A-11012) solution (1/1000 dilution in 2.5% goat serum / PBS) for 45 minutes at room temperature, wash with PBS, and then VECTASHIELD Mounting Medium with DAPI (VECTOR LABORATORIES , INC. H-1200) and observed with a fluorescence microscope. (Figs. 16 and 17)
As a result, the homing peptide RT1 was found in the state of the phage library when isolated or by literature (Stage-specific vascular markers revealed by phage display in a mouse model of pancreatic islet tumorigenesis. Joyce JA, Laakkonen P., Bernasconi M. , Bergers G., Ruoslahti E., and Hanahan D. (2003) CANCER CELL 4 , 393-403.) Are known to localize in the cytoplasm of naturally occurring insulinoma in the pancreas of RIP1-Tag2 mice. However, the homing peptide RT1 fused with GFP was localized in Blood Lake inside the cancer tissue without being localized in the cytoplasm of Insulinoma. In other words, the results show that the homing peptide functions correctly in vivo in the form of a phage library, alone or in a form bound to a small molecule, but does not function correctly when bound to a polymer again.

(4)RT1提示型BNC発現用plasmidの構築と酵母への形質転換
次に、ホーミングペプチド(RT1)を同一ポリペプチド上に融合したBNCを発現させるための酵母用ベクターを作製した。まずpGLD-LAG-d50N-ZZを、オリジナルタイプBNC発現用ベクターpGLDLIIP39-RcT(Kuroda S, Otaka S, Miyazaki T, Nakao M, Fujisawa Y. Hepatitis B virus envelope L protein particles. Synthesis and assembly in Saccharomyces cerevisiae, purification and characterization. J Biol Chem. 1992 267 1953-61)から図18記載の方法で作製し、pGLD-LAG-d50N-ZZのBamHI-SalI断片(2.5 kb)をpUC119 BamHI, SalI部位にsubcloningし、ついでNotI部位に5’リン酸化した下記のlinker を導入した。具体的には、plasmid pUC119-LAG-d50N 4μgを、NotI 32Uで切断後、Alkaline phosphatase (TaKaRa) 60Uで処理し、phenol-chloroform抽出を行い、0.8% agarose 電気泳動で精製した。 linkerは逆相カラムで精製した合成DNAをそれぞれT4 polynucletide kinaseで5’−リン酸化し、phenol- chloroform抽出後、ligation high (Toyobo) を用いて両者を結合した。以下の3つの断片、すなわちplasmid pUC119-LAG-d50N-RT1 のXhoI-XbaI断片(0.6 kb)、pGLD-LAG-WTのXbaI-ScaI断片(4kb)、pGLD-LAG-WTのScaI-XhoI断片(6kb)を各pasmid DNA 3μgに対して制限酵素を各24U用いて切断し、0.8% agarose電気泳動で精製した後、ligation highを用いて結合した。得られたplasmid pGLD-LAG-d50N-RT1はCscl 超遠心によって精製し、Saccharomyces cerevisiae BY8238 (MATa leu2-3, 112 his4-519 can1 [ρ-] にspheroplast法 (Transformation of Yeast. Hinnen, A., Hicks, J. B., and Fink, G. R. (1978) Proc Natl Acad Sci U S A. 75, 1929-1933)を用いて形質転換した。
NotI- RIPTag-CRGRRST-U
5’- GGCCGCTGCCGCGGCCGCCGCAGTACTAGC-3’
3’- CGACGGCGCCGGCGGCGTCATGATCGGGCC-5’
NotI- RIPTag-CRGRRST-L
(4) Construction of RT1-presenting BNC expression plasmid and transformation into yeast Next, a yeast vector for expressing BNC fused with the homing peptide (RT1) on the same polypeptide was prepared. First, pGLD-LAG-d50N-ZZ was synthesized from the original type BNC expression vector pGLDLIIP39-RcT (Kuroda S, Otaka S, Miyazaki T, Nakao M, Fujisawa Y. Hepatitis B virus envelope L protein particles. Synthesis and assembly in Saccharomyces cerevisiae, J Biol Chem. 1992 267 1953-61) and subcloning the BamHI-SalI fragment (2.5 kb) of pGLD-LAG-d50N-ZZ into the pUC119 BamHI, SalI site. Subsequently, the following linker that was 5 ′ phosphorylated was introduced into the NotI site. Specifically, 4 μg of plasmid pUC119-LAG-d50N was cleaved with NotI 32U, treated with Alkaline phosphatase (TaKaRa) 60U, extracted with phenol-chloroform, and purified by 0.8% agarose electrophoresis. The linker was 5′-phosphorylated with T4 polynucletide kinase for each synthetic DNA purified on a reverse phase column, extracted with phenol-chloroform, and then combined with ligation high (Toyobo). The following three fragments: XhoI-XbaI fragment (0.6 kb) of plasmid pUC119-LAG-d50N-RT1, XbaI-ScaI fragment (4 kb) of pGLD-LAG-WT, ScaI-XhoI fragment of pGLD-LAG-WT ( 6 kb) was digested with 3 μg of each plasmid DNA using 24 U of restriction enzyme, purified by 0.8% agarose electrophoresis, and ligated using ligation high. The obtained plasmid pGLD-LAG-d50N-RT1 was purified by Cscl ultracentrifugation, and the spheroplast method (Transformation of Yeast. Hinnen, A., Saccharomyces cerevisiae BY8238 (MATa leu2-3, 112 his4-519 can1 [ρ-] Hicks, JB, and Fink, GR (1978) Proc Natl Acad Sci US A. 75, 1929-1933).
NotI- RIPTag-CRGRRST-U
5'- GGCCGCTGCCGCGGCCGCCGCAGTACTAGC-3 '
3'- CGACGGCGCCGGCGGCGTCATGATCGGGCC-5 '
NotI- RIPTag-CRGRRST-L

(5)RT1-BNC高発現株の選別と培養
形質転換後、SD-leu plateで生育してきた菌6株を、High-Pi mediumで懸濁し、8S5N-P400 medium 50mlで30℃、3日間培養した。得られた菌体(0.8-2g)に対し、2,5 mlのbuffer A (0.1% Tween 80, 100μg/ml PMSFを含む)と約2.5 ml相当分のglass beadsを加え、10分間vortex mixerで激しく攪拌することによって、菌体を破砕した。20000 x gの遠心によって得られた破砕上清を2000倍希釈して、IMx (ABBOTT JAPAN CO., LTD)を測定し、最も高いものを選別した。anti ZZ-BNC抗体によるwestern blottingによって, RT1-BNCの分子量が約34 kDaであることと、酵母菌体内で顕著なprotease分解を受けていないことを確認した。
(5) After selection and culture transformation of RT1-BNC high expression strain, 6 strains grown on SD-leu plate are suspended in High-Pi medium and cultured in 30 ml of 8S5N-P400 medium at 30 ° C for 3 days did. Add 2.5 ml of buffer A (containing 0.1% Tween 80, 100 μg / ml PMSF) and about 2.5 ml of glass beads to the obtained bacterial cells (0.8-2 g), and use a vortex mixer for 10 minutes. The cells were crushed by vigorous stirring. The disrupted supernatant obtained by centrifugation at 20000 xg was diluted 2000 times, and IMx (ABBOTT JAPAN CO., LTD) was measured to select the highest one. Western blotting with anti-ZZ-BNC antibody confirmed that RT1-BNC had a molecular weight of about 34 kDa and that it did not undergo significant protease degradation in yeast cells.

大量スケールの培養はHigh-Pi medium 50ml, OD600 = 0,65 で培養を開始し、30℃、48 hrs 培養後、OD600= 6.60 でその10分の1量を新しいHigh-Pi medium 400mlに植え継ぎ、30℃、24 hrs培養後 OD600 = 4.96でその10分の1量を新しい 8S5N-P400 medium 4Lに植え継ぎ、30℃、72 hrs培養した。最終的にOD600 = 16.28、培養液1L あたり26.5 gの菌体を得ることができた。 For large-scale culture, start culture at High-Pi medium 50 ml, OD 600 = 0,65, culture at 30 ° C for 48 hrs, and then occupy 1/10 of the volume to new High-Pi medium 400 ml at OD 600 = 6.60. After planting and culturing at 30 ° C for 24 hrs, one-tenth of the OD 600 = 4.96 was transplanted to a new 8S5N-P400 medium 4L and cultured at 30 ° C for 72 hrs. Finally, OD 600 = 16.28 and 26.5 g of cells per liter of the culture solution could be obtained.

(6)RT1-BNCの精製
基本的には文献(Yamada T, Iwabuki H, Kanno T, Tanaka H, Kawai T, Fukuda H, Kondo A, Seno M, Tanizawa K, Kuroda S. Physicochemical and immunological characterization of hepatitis B virus envelope particles exclusively consisting of the entire L (pre-S1 + pre-S2 + S) protein. Vaccine. 2001 19: 3154-63.)に従った。
菌体破砕は1分間破砕 → 1分間冷却 を5回繰り返した。破砕上清の透析は、まず約15倍量の外液 ( PBS, 1 mM EDTA ) で2時間、ついで約25倍量の外液で2時間、さらに同量の外液で一晩行なった。熱処理は70 ℃で20分間行った。熱処理上清は0.45μmのfilterを通した後、10 mM リン酸緩衝液 pH 7.2 + 0.15 M NaCl で平衡化した硫酸化セルロファインカラム(カラム径1.6 × 20 cm、担体 CHISSO CORP.、流速 4 ml/min )に添加し、カラム容量の2倍量の同様の平衡化buffer で非吸着画分を洗浄した後、10 mM リン酸緩衝液 pH 7.2 + 1 M NaClで溶出した。溶出画分をAmicon Ultra ; NMWL 100K (MILLIPORE) で5 ml 以下に濃縮し、PBS, 1 mM EDTAで平衡化したゲル濾過カラム( カラム径1.6 × 60 cm、担体 Sephacryl S-500 HR ; GE Healthcare Life Sciences、流速 0.3 ml/min)に添加した。溶出画分をAmicon Ultra ; NMWL 100K, (MILLIPORE) で濃縮し、さらに、Acrodisc.Units with MustangTM Membrane PNM STG25E3 (PALL)を用いてendotoxinの除去を行い、BCA assayによりタンパク質濃度を決定した(図19と20)。
(6) Purification of RT1-BNC Basically (Yamada T, Iwabuki H, Kanno T, Tanaka H, Kawai T, Fukuda H, Kondo A, Seno M, Tanizawa K, Kuroda S. Physicochemical and immunological characterization of hepatitis B virus envelope particles exclusively consisting of the entire L (pre-S1 + pre-S2 + S) protein. Vaccine. 2001 19: 3154-63.).
The cell disruption was repeated for 1 minute → 1 minute cooling 5 times. The disrupted supernatant was dialyzed with about 15 times the amount of external solution (PBS, 1 mM EDTA) for 2 hours, then with about 25 times the amount of external solution for 2 hours, and then with the same amount of external solution overnight. The heat treatment was performed at 70 ° C. for 20 minutes. The heat-treated supernatant was passed through a 0.45 μm filter, and then sulfated cellulose fine column equilibrated with 10 mM phosphate buffer pH 7.2 + 0.15 M NaCl (column diameter 1.6 × 20 cm, carrier CHISSO CORP., Flow rate 4 ml The non-adsorbed fraction was washed with the same equilibration buffer twice the column volume and then eluted with 10 mM phosphate buffer pH 7.2 + 1 M NaCl. The elution fraction was concentrated to 5 ml or less with Amicon Ultra; NMWL 100K (MILLIPORE) and equilibrated with PBS and 1 mM EDTA (column diameter 1.6 × 60 cm, carrier Sephacryl S-500 HR; GE Healthcare Life Sciences, flow rate 0.3 ml / min). The eluted fraction was concentrated with Amicon Ultra; NMWL 100K, (MILLIPORE), and further, endotoxin was removed using Acrodisc.Units with MustangTM Membrane PNM STG25E3 (PALL), and the protein concentration was determined by BCA assay (FIG. 19). And 20).

(7)pEmGFP plasmid 封入RT1-BNCの作製
COATSOME EL (日本油脂 EL-01-D) 1μmol (凍結乾燥品)を250 μg/m のplasmid pcDNA6.2/C-EmGFP-GW/CAT (Invitrogen) の溶液1mlで溶解した。以下のようにBNC溶液と混合し、室温で10分間complexを形成させた。
(7) Preparation of RT1-BNC encapsulated in pEmGFP plasmid
1 μmol of COATSOME EL (Japanese fat EL-01-D) (freeze-dried product) was dissolved in 1 ml of 250 μg / m plasmid pcDNA6.2 / C-EmGFP-GW / CAT (Invitrogen) solution. The mixture was mixed with the BNC solution as follows to form a complex at room temperature for 10 minutes.

Figure 2008162981
Figure 2008162981

(8)RT1-BNCのin vivo homing 活性の測定
RIP1-Tag2 マウスに上記複合体150 μlを投与し、65時間放置した後、anti-ZZ抗体とanti-GFP抗体を用いてin vivo homing活性を解析した(図21と22)。
その結果、Stage-specificにRIP1-Tag2 tumorに集積するpeptide配列RT1: CRGRRSTを、GFPとBNCに融合し、下記の表のように、3つの系で、2種類の抗体を用いて検出した。いずれの場合も、stageの進行したtumor特異的に形成されるblood lake中の赤血球への集積を示唆する結果となった。
(8) Measurement of RT1-BNC in vivo homing activity
After 150 μl of the complex was administered to RIP1-Tag2 mice and allowed to stand for 65 hours, in vivo homing activity was analyzed using anti-ZZ antibody and anti-GFP antibody (FIGS. 21 and 22).
As a result, peptide sequence RT1: CRGRRST that accumulates in RIP1-Tag2 tumor in a stage-specific manner was fused to GFP and BNC, and detected using two types of antibodies in three systems as shown in the table below. In both cases, the results suggested the accumulation of red blood cells in blood lake, which was formed specifically in tumor with advanced stage.

Figure 2008162981
Figure 2008162981

(9)高分子結合型ホーミングペプチドの限界に関して
RT1配列は、単離された時のファージライブラリー状態、単独、もしくは低分子結合体がRIP1-Tag2 tumorに特異的に集積することはすでに報告されているが、GFPやBNC等の高分子を改めて融合することによってtumorに集積させた例は未だ報告されていない。同様に、既存ホーミングペプチドを高分子(GFP)と結合させた場合、本来の標的部位に局在しないことも多く経験している。例えば、心臓のホーミングペプチドとして報告されているNSSRDLG(Muller OJ, Kaul F, Weitzman MD, Pasqualini R, Arap W, Kleinschmidt JA, Trepel M. Random peptide libraries displayed on adeno-associated virus to select for targeted gene therapy vectors. Nat Biotechnol. 2003; 21: 1040-6.)は、GST-GFPを融合することで心臓には行かない(図23)。また、前立腺のホーミングペプチドとして報告されているSMSIARL(Proc Natl Acad Sci U S A. 2002; 99: 1527-31. Targeting the prostate for destruction through a vascular address.Arap W, Haedicke W, Bernasconi M, Kain R, Rajotte D, Krajewski S, Ellerby HM, Bredesen DE, Pasqualini R, Ruoslahti E.)も同様に、GST-GFPを融合することで前立腺には行かない(図24)。
つまり、ホーミングペプチドにはファージライブラリーとして単離された状態、単独もしくは低分子結合型でしか機能しないものが多く、中には改めて高分子を結合しても機能するものがあるが、その探索の為には、実施例4に示すような方法では時間がかかり、しかも大量の改変型BNCを得ることは提示したホーミングペプチドの配列に依存するので困難である。実施例1及び実施例2に示すような簡便なホーミングペプチド提示型BNCの作製法を用いなければならない。
(9) Limitations of polymer-bound homing peptides
The RT1 sequence has been reported to be specifically accumulated in the RIP1-Tag2 tumor in the state of the phage library when isolated, alone or as a small molecule conjugate. There have been no reports of examples of accumulation in tumor by fusing again. Similarly, when an existing homing peptide is bound to a polymer (GFP), it is often experienced that it does not localize to the original target site. For example, NSSRDLG (Muller OJ, Kaul F, Weitzman MD, Pasqualini R, Arap W, Kleinschmidt JA, Trepel M. Random peptide libraries displayed on adeno-associated virus to select for targeted gene therapy vectors Nat Biotechnol. 2003; 21: 1040-6.) Does not go to the heart by fusing GST-GFP (Figure 23). SMSIARL (Proc Natl Acad Sci US A. 2002; 99: 1527-31. Targeting the prostate for destruction through a vascular address. Arap W, Haedicke W, Bernasconi M, Kain R, Similarly, Rajotte D, Krajewski S, Ellerby HM, Bredesen DE, Pasqualini R, Ruoslahti E.) does not go to the prostate by fusing GST-GFP (FIG. 24).
In other words, there are many homing peptides that function as isolated phage phages, alone or in a low-molecular-weight form, and some of them function even when a new polymer is bound. Therefore, the method as shown in Example 4 takes time, and it is difficult to obtain a large amount of modified BNC because it depends on the sequence of the presented homing peptide. A simple method for producing a homing peptide-presenting BNC as shown in Example 1 and Example 2 must be used.

本発明の生体認識分子(特に、ホーミングペプチド)を提示したBNCは、種々の標的に対してピンポイントデリバリが可能であり、医薬品の標的細胞への送達(DDS、GDS)、様々な標的部位への研究用試薬の送達が可能である。   BNC presenting the biorecognition molecules (particularly homing peptides) of the present invention is capable of pinpoint delivery to various targets, delivering pharmaceuticals to target cells (DDS, GDS), and various target sites. The delivery of research reagents is possible.

Purification of LyP-1/Fc protein;左のバンドが精製LyP-1/Fcタンパク質・右のバンドは精製Fcタンパク質。Purification of LyP-1 / Fc protein; the left band is purified LyP-1 / Fc protein and the right band is purified Fc protein. LyP-1/Fcタンパク質のヒト乳癌細胞に対する蓄積。Accumulation of LyP-1 / Fc protein on human breast cancer cells. ZZ-BNCとLyP-1/Fc タンパク質のin vitro相互作用。In vitro interaction between ZZ-BNC and LyP-1 / Fc protein. LyP-1/Fcタンパク質を用いたヒト乳癌細胞に対するZZ-BNCの再標的化。Retargeting ZZ-BNC to human breast cancer cells using LyP-1 / Fc protein. ZZ-BNCとリソソームマーカーの乳癌細胞内における共局在。Co-localization of ZZ-BNC and lysosomal markers in breast cancer cells. ZZ-BNCとLyP-1-Fcタンパク質を用いたMDA-MB 435細胞への直径100nm蛍光ビーズ送達。100 nm diameter fluorescent bead delivery to MDA-MB 435 cells using ZZ-BNC and LyP-1-Fc protein. ZZ-BNCをビオチン化する方法を示す模式図。The schematic diagram which shows the method of biotinylating ZZ-BNC. ビオチン化ZZ-BNCにストレプトアビジンを介してホーミングペプチドを結合する方法を示す模式図。The schematic diagram which shows the method to couple | bond a homing peptide to a biotinylated ZZ-BNC via streptavidin. ビオチン化LyP-1ペプチドのMDA-MB-435細胞に対する特異的集積。Specific accumulation of biotinylated LyP-1 peptide on MDA-MB-435 cells. Specific accumulation of LyP-1-displaying BNC in human breast cancer cell-derived tumors (1)Specific accumulation of LyP-1-displaying BNC in human breast cancer cell-derived tumors (1) Specific accumulation of LyP-1-displaying BNC in human breast cancer cell-derived tumors (2)Specific accumulation of LyP-1-displaying BNC in human breast cancer cell-derived tumors (2) ホーミングペプチド提示BNCを用いたローダミンBの心臓へのIn vivo送達心臓の全体像。In vivo delivery of rhodamine B to the heart using homing peptide-presenting BNC. In Vivo Pinpoint Delivery of Rhodamine to Mouse Heart using Homing Peptide (5 aa)-displaying BNC (Systemic Injection)In Vivo Pinpoint Delivery of Rhodamine to Mouse Heart using Homing Peptide (5 aa) -displaying BNC (Systemic Injection) Bio-imaging Analysis of Systemically Injected Rhodamine-labeled BNC in Nude MouseBio-imaging Analysis of Systemically Injected Rhodamine-labeled BNC in Nude Mouse pGEX6P-1-GFP-RT1の構築。Construction of pGEX6P-1-GFP-RT1. GFP-RT1 はin vivo投与によりRIP1-Tag2 tumor のblood lakeに集積した。GFP-RT1 accumulated in the blood lake of RIP1-Tag2 tumor by in vivo administration. GFP-RT1 はin vivo投与によりRIP1-Tag2 tumor のblood lakeに集積した正常の膵臓組織には集積せず、GFPでは観察されなかった。GFP-RT1 did not accumulate in normal pancreatic tissues accumulated in the blood lake of RIP1-Tag2 tumor by in vivo administration and was not observed with GFP. pGLD-LAG-d50N-RT1の構築。Construction of pGLD-LAG-d50N-RT1. RT1-BNC の精製。Purification of RT1-BNC. RT1-BNC 精製全工程表。RT1-BNC purification process chart. RT1-BNCもin vivo投与によりRIP1-Tag2 tumor のblood lakeに集積したZZ-BNCでは観察されなかった。RT1-BNC was not observed in ZZ-BNC accumulated in the blood lake of RIP1-Tag2 tumor by in vivo administration. RT1-BNCのRIP1-Tag2 tumor のblood lakeへの集積はGFP抗体でも検出でき、ZZ-BNCでは観察されなかった。Accumulation of RT1-BNC in the blood lake of RIP1-Tag2 tumor was detectable with GFP antibody, but not observed with ZZ-BNC. Cardiac GST-GFP-NSSRDLG:心臓には全くtargetしなかった。Cardiac GST-GFP-NSSRDLG: The heart was not targeted at all. prostate GFP-SMSIARL:前立腺のsignalは弱く、前立腺の周囲の組織や肝臓の血管でsignalが検出された。prostate GFP-SMSIARL: The prostate signal was weak, and it was detected in tissues around the prostate and blood vessels in the liver.

Claims (11)

ホーミングペプチドが連結されたB型肝炎ウイルス表面抗原(HBsAg)タンパク質またはその改変体を含む、バイオナノカプセル。 A bio-nanocapsule comprising a hepatitis B virus surface antigen (HBsAg) protein or a variant thereof linked to a homing peptide. ホーミングペプチドが、ビオチン-ビオチン結合性タンパク質-ビオチン結合を介してHBsAgタンパク質またはその改変体に連結されてなる、請求項1に記載のバイオナノカプセル。 The bio-nanocapsule according to claim 1, wherein the homing peptide is linked to the HBsAg protein or a variant thereof via a biotin-biotin-binding protein-biotin bond. ホーミングペプチドが、HBsAgタンパク質またはその改変体と直接又は適当なアミノ酸配列を介して連結された融合タンパク質に含まれる、請求項1に記載のバイオナノカプセル。 The bio-nanocapsule according to claim 1, wherein the homing peptide is contained in a fusion protein linked to the HBsAg protein or a variant thereof directly or via an appropriate amino acid sequence. HBsAgタンパク質またはその改変体が抗体のFc 領域と結合性のドメインを含み、ホーミングペプチドと抗体のFc領域とを含む融合タンパク質が前記表面抗原タンパク質に連結されている、請求項1に記載のバイオナノカプセル。 The bio-nanocapsule according to claim 1, wherein the HBsAg protein or a variant thereof comprises a binding domain with an antibody Fc region, and a fusion protein comprising a homing peptide and an antibody Fc region is linked to the surface antigen protein. . 前記ドメインがZZタグである、請求項4に記載のビオチン化バイオナノカプセル。 The biotinylated bio-nanocapsule according to claim 4, wherein the domain is a ZZ tag. ビオチン修飾されたHBsAgタンパク質またはその改変体を含む、ビオチン化バイオナノカプセル。 A biotinylated bio-nanocapsule comprising a biotin-modified HBsAg protein or a variant thereof. ビオチン修飾されたHBsAgタンパク質またはその改変体とビオチン結合性タンパク質を含む、ビオチン結合性タンパク質−ビオチン化バイオナノカプセル。 A biotin-binding protein-biotinylated bio-nanocapsule comprising a biotin-modified HBsAg protein or a variant thereof and a biotin-binding protein. 前記HBsAgタンパク質またはその改変体が、抗体のFc 領域と結合性のドメインを含む請求項1に記載のビオチン化バイオナノカプセル。 The biotinylated bio-nanocapsule according to claim 1, wherein the HBsAg protein or a variant thereof includes a domain that is binding to an Fc region of an antibody. 前記ドメインがZZタグである、請求項8に記載のビオチン化バイオナノカプセル。 The biotinylated bio-nanocapsule according to claim 8, wherein the domain is a ZZ tag. ビオチン結合性タンパク質を化学的に連結したHBsAgタンパク質またはその改変体を含むバイオナノカプセル。 A bio-nanocapsule containing an HBsAg protein or a variant thereof chemically linked to a biotin-binding protein. ビオチン結合性タンパク質とHBsAgタンパク質またはその改変体を架橋剤を介して結合してなる請求項10に記載のバイオナノカプセル。 11. The bio-nanocapsule according to claim 10, wherein a biotin-binding protein and an HBsAg protein or a variant thereof are bound via a cross-linking agent.
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