JP2008536505A - ヒト顆粒球マクロファージコロニー刺激因子の抗体中和剤 - Google Patents
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Abstract
Description
実施例1
ヒト中和抗体およびそのフラグメントの作成に用いられた組換えヒト(「rh」)GM-CSF抗原の入手
実施例1.1
rhGM-CSF抗原のクローニング、発現、および精製
ヒトGM-CSF抗原をコードする遺伝子を、PCRによって導入された制限酵素認識部位NdeIおよびXhoIを介して、発現ベクターpORF-hGM-CSF(Novagen, USA)からpET22b(+)ベクター(Novagene, USA)にサブクローニングした。pET22b(+)中のhGM-CSFコード遺伝子をpelBリーダー配列に融合した。これは、大腸菌ペリプラズムにおける発現に適している。
rhGM-CSF抗原のビオチン化
ファージライブラリー選択のために、大腸菌において産生させたrhGM-CSF抗原(前記を参照されたい)をビオチン化した。ビオチン化は、5%DMSO(Sigma)と5倍モル過剰のEZ-Link Sulfo NHS-LC-LC-ビオチン(Pierce)を含有するPBS中で、サンプルミキサー(Dynal)において室温で1時間行った。遊離ビオチンおよびビオチン化rhGM-CSF抗原を分離するために、陰イオン交換クロマトグラフィー(Resource Q, Amersham Biosciences)を標準的なプロトコールに従って行った。このクロマトグラフィーによって、(AおよびBと名付けた、下記)両アプローチにおいて2つの溶出ピークが得られた。ケースAでは、一次溶出ピークを、第2の陰イオン交換クロマトグラフィー段階(前記と同じ条件)によって2つの溶出ピークに再分画した。その後に、得られた画分を連続希釈し(希釈1:2; 開始濃度6μg/mLはピーク高から求めた)、96ウェルELISAプレートにコーティングし、検出した。検出は、A)抗ヒトGM-CSF抗体M500-A(Sigma, 2,5μg/mL, PBS/1%BSAに溶解)と西洋ワサビペルオキシダーゼ結合ヤギ抗マウスFab2特異的ポリクローナル抗体(Dianova, 1μg/mL PBS/1%BSA)、およびB)母親由来抗体(maternal antibody)(1μg/mL PBS/1%BSA)と西洋ワサビペルオキシダーゼ結合ヤギ抗ラットポリクローナル抗体(Dianova, 1μg/mL PBS/1%BSA)を用いて行った。ビオチン化が成功したことは、西洋ワサビペルオキシド(peroxide)結合ストレプトアビジン(Dako, 1μg/mL PBS/1%BSA)を用いて行った同様のELISA実験によって証明した。シグナルは、OPD基質溶液(Sigma)を添加することによって発色させ、波長492nm(参照波長620nm)で検出した。ビオチン化の程度を評価するために、陰イオン交換画分を直接使用して、または穏やかに攪拌しながら6.7 x 10exp7ストレプトアビジン磁気ビーズ(Dynabeads M-280-ストレプトアビジン, Dynal)と30分間インキュベーションを行った段階の後に、前述のELISAを行った。結果として生じた上清を、96ウェルELISAプレートのウェルにコーティングし、前記のように検出した。ELISA結果から、第2の溶出ピークはビオチン化rhGM-CSFを含有し、溶出したrhGM-CSFの約95%が結合していることが分かった。濃度は、最初の材料を標準として用いて評価し、約20μg/mLと判明した。
rhGM-CSF抗原のフルオレセイン標識
TF-1細胞における結合研究のために、大腸菌において産生させた組換えヒトGM-CSF抗原(前記実施例1.2を参照されたい)を、フルオレセイン-5(6)-カルボキシアミドカプロン酸N-スクシンイミジルエステル(Fluka, フルオレセイン-NHS)と結合させた。結合段階は、17.5%DMSOと5倍モル過剰のフルオレセイン-NHSを含有するホウ酸緩衝液(0.05Mホウ酸、0.1M NaCl、pH8.5)中で、サンプルミキサーにおいて室温で1時間行った。その後に、遊離フルオレセイン-NHSからフルオレセイン標識rhGM-CSF抗原を分離するために、ゲル濾過(Sephadex G25, Amersham Biosciences)を行った。このゲル濾過によって、波長485nm(参照波長535nn)で測定される2つのピークが得られたが、一次ピークがFITC標識rhGM-CSFに相当する。標識の程度は、結合体のF/P比([mg/mL]=(A280-0.35 x A493) x 1.08; F/P=(A493/73.000) x (15.000/([mg/mL]))を定義することによって求めた。求められた濃度は0.041mg/mLであり、F/P比1.2であった。
ヒト抗GM-CSF中和抗体およびそのフラグメントの作成および選択
実施例2.1
ハイブリドーマHB-9569からの母親由来VHのクローニング
前述の実施例全体を通じて使用した「母親由来(maternal)」V領域は、対象となるV領域が完全な免疫グロブリン分子に由来することを示す。
プライマーセットを使用して、RT-PCRを行った。増幅には以下のPCRプログラムを使用した:94℃15秒の変性、52℃50秒のプライマーアニーリング、および72℃90秒のプライマー伸長を40サイクルにわたって行い、続いて、72℃10分の最終伸張を行った。次いで、標準的なプロトコールに従って、重鎖DNA Vフラグメントを単離した。
ヒトVLの選択
本実験の目的は、前記のようにクローニングした母親由来VHと対になるヒトVLの選択である。
選択されたIgD陽性B細胞からのRNAの単離
血液100mLを5人の健常ヒトドナーから採取した。標準的な方法に従ってフィコール勾配によって、末梢血単核球(PBMC)を単離した。IgD陽性細胞を選択するために、抗マウスIgG-ビーズ(CELLection(商標)Pan Mouse IgG Kit; DYNAL)1mLを、マウス抗ヒトIgD抗体(PharMingen)20μgでコーティングした。約2.5 x 10exp7 PBMCをビーズに添加し、4℃で15分間インキュベートした。RPMI培地(BioChrom)1mLで4回洗浄した後、放出緩衝液(DNアーゼ)8μLを添加することによって、ビーズからIgD陽性細胞を放出させ、新鮮なチューブに移した。この方法によって、0.9 x 10exp5〜3.7 x 10exp6 IgD陽性細胞を入手することができた。RNeasy(登録商標)Midi Kit(QIAGEN)を使用し、製造業者の説明書に従って、IgD陽性細胞から全RNAを単離した。標準的な方法(Sambrook, Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989, Second Edition)に従って、cDNAを合成した。
軽鎖可変領域(VL領域)のPCR増幅
軽鎖V領域DNAの単離のために、下記のプライマーセットを使用して、RT-PCRを行った:
IgD陽性B細胞からのRNAをcDNAに転写し(前記)、PCR反応におけるテンプレートDNAとして使用した。PCR反応1回につき、1つの5'-プライマーと1つの3'-プライマーを組み合わせた。異なるPCR反応の数は、5'-プライマーおよび3'-プライマーの可能な組み合わせの数によって決まった。増幅には以下のPCRプログラムを使用し、94℃15秒の変性、52℃50秒のプライマーアニーリング、および72℃90秒のプライマー伸長を40サイクルにわたって行い、続いて、72℃10分の最終伸張を行った。次いで、標準的なプロトコールに従って、軽鎖DNA Vフラグメントを単離した。
ライブラリー構築 - ヒトVLプールのクローニング
ファージディスプレイライブラリーは、一般的に、例えば、「Phage Display: A Laboratory Manual」; Ed. Barbas, Burton, Scott & Silverman; Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001に開示されるように標準的な手順に基づいて構築した。
抗体ライブラリーの構築 - ヒトVL-母親由来VH
実施例2.1に前述した母親由来VHを含有するベクターから母親由来VHを増幅するために、PCRを行った。増幅のために、5'-プライマーMVH8
および
3'-プライマー3'-MuVHBstEII
を使用して、標準的な手順によるPCRプロトコールに従った。
ヒトVLのファージディスプレイ選択
scFvレパートリーを有するファージ粒子を、PEG8000/NaCl沈殿および遠心分離によって培養上清から収集した。次いで、約1 x 10exp11〜1 x 10exp12のscFvファージ粒子をPBS/0.1%BSA 0.4mLに再懸濁し、穏やかに攪拌しながら、組換えビオチン化可溶性rhGM-CSF(実施例1において前述したように大腸菌において産生させた)と総体積0.5mL(抗原濃度1〜3回目:100nM; 4回目:10nM; 5回目:1nM)で2時間インキュベートした。次いで、6.7 x 10exp7のストレプトアビジン磁気ビーズ(Dynabeads M-280-ストレプトアビジン, Dynal)を添加し、穏やかに攪拌しながら、30分間さらにインキュベートした。
huVL選択から得られたscFvヒット構築物の特徴分析
以下の実験の目的は、前記の方法によって作成されたscFvヒットの特徴分析であった。
大腸菌における(前記のように得られた)scFvヒットの小規模発現および精製
PPPを得るために、細胞を、20mM MgCl2およびカルベニシリン50μg/mLを添加したSB培地において増殖させ、収集後にPBS 1mLに再溶解した。細菌外膜を温度ショック(-70℃での凍結、37℃での融解を4回)によって破壊し、scFvを含む可溶性ペリプラズムタンパク質を上清に放出させた。遠心分離によってインタクトな細胞および細胞破片を排除した後に、scFvを含有する上清を収集し、さらに調べた。さらなる精製のために、20mM NaH2PO4、400mM NaCl、250mMイミダゾール, pH7.0 25μLを、それぞれのPPPに添加した。Ni-NTAスピンカラム(Qiagen)を介してマニュアルに推奨されるように、PPPを精製した。簡単に述べると、それぞれのPPP溶液を、予め平衡化したカラムに添加して、樹脂に結合させた。スピンカラムを20mM NaH2PO4、400mM NaCl、20mMイミダゾール、pH7.0で2回洗浄した。結合したタンパク質を、20mM NaH2PO4、400mM NaCl、250mM イミダゾール、pH7.0 200μLで2回溶出させた。精製scFvタンパク質を、後の実施例に記載のように結合強度(キネティックオフレート)および中和能力(GM-CSF依存性TF-1増殖の阻害)に関してさらに分析した。可能性のある異なるscFv構造を分離および区別していないが、このPPP粗精製から、ウエスタンブロット分析により判断されたように80%の純度のscFvタンパク質が得られる(データ示さず)。
FITC標識rhGM-CSFの阻害
本実験の目的は、特定されたscFvクローンが、rhGM-CSFと、TF-1細胞表面にディスプレイされたGM-CSF受容体複合体の結合を阻害できることを示すことである。中和scFv構築物は、rhGM-CSF分子上にある受容体結合エピトープにおいて競合し、rhGM-CSFがGM-CSF受容体複合体に結合できないようにすると予想された。rhGM-CSFによる受容体との結合が前記のように阻害される程度まで、フローサイトメトリーに基づくアッセイ法において、フルオレセイン標識rhGM-CSF(rhGM-CSF-FITC)によるTF-1細胞の蛍光染色の強度の低下が観察されると予想された。
scFvリードの大規模発現および精製
大規模なタンパク質の産生および精製を以下のように行った。簡単に述べると、大腸菌BL21DE3を発現プラスミドで形質転換し、1L選択培地中、37℃で、600nmでの光学密度0.5〜0.8まで増殖させた。タンパク質の産生は、IPTGを1mMまで添加することによって誘導し、培養物を、攪拌しながら、さらに16時間、25℃の温度でインキュベートした。5,000 x g、10分間の遠心分離によって細胞を収集し、1 x PBS 100mLに再懸濁した。ペリプラズムタンパク質を、エタノール/ドライアイス中での最適な連続凍結、および37℃水浴中での解凍の4サイクルによって抽出した。最後に、抽出物を10,000xgで20分間遠心分離した。
scFvリードによるTF-1細胞のrhGM-CSF依存性増殖の阻害
本実験の目的は、hGM-CSF依存性細胞株TF-1(DSMZ ACC334)を用いて、半ヒトscFv 5-306の中和活性に関する定性情報を得ることである。TF-1細胞を、販売業者(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Germany)が説明したように、2.5ng/mL rhGM-CSFの存在下で、RPMI1640培地(Gibco; L-グルタミン、フェノールレッドフリー)、10%熱不活化FCSにおいて培養した。細胞を細胞密度0.5 x 10exp6細胞/mLまで増殖させた。増殖アッセイ法のために、TF-1細胞を、300 x g、4分間の遠心分離によって収集し、1 x PBS(Dulbecco's, Gibco)で洗浄した。細胞を最終濃度1 x 10exp5細胞/mLでRPMI1640、10%FCSに再懸濁し、マイクロテスト平底細胞培養プレート1ウェルにつき90μLの細胞懸濁液を使用した(0.9 x 10exp4細胞/ウェル)。TF-1細胞の増殖を刺激するために、最終濃度0.3ng/mLのrhGM-CSFを使用した。hGM-CSF依存性増殖を中和するために、精製scFv 10μLをTF-1 100μLに添加した。rhGM-CSF溶液の希釈シリーズは約100μg/ml〜100pg/mlであった。試料を37℃、5%CO2で72時間インキュベートした。72時間後、WST-1を添加し、ELISAリーダーを用いて450nmで比色変化をモニタリングすることによって、TF-1細胞の増殖状態を確かめた。Prismソフトウェアの非線形回帰曲線フィットを用いて、最大半量増殖阻害(IC50)のためにデータをフィットさせた。
抗体ライブラリーの構築およびヒトVHのファージディスプレイ選択
以下の実験の目的は、前記のように選択されたscFv 5-306のヒトVL領域と対になるヒトVH領域セットの選択である。
末梢血単核球(PBMC)からのRNAの単離
5人の健常ヒトドナーから血液100mLを採取した。末梢血単核球(PBMC)を、標準的な方法によるフィコール勾配によって単離した。RNeasy(登録商標)Midi Kit(QIAGEN)を使用し、製造業者の説明書に従って、全RNAをPBMCから単離した。標準的な方法(Sambrook, Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989, Second Edition)に従って、cDNAを合成した。
重鎖可変領域(VH領域)のPCR増幅
VHライブラリーを構築し、Lib 134-VHと名付けた。このVHライブラリーは、母親由来抗体のVH CDR3とそれに続くヒトFR4生殖系列配列に機能的に連結された、前記のPBMCプールのPCR増幅VH領域からのFR1-CDR2-FR2-CDR2-FR3ヒトレパートリーからなる。
および2つ一組の3'-VH特異的プライマー
を用いて、RT-PCRを行った。PCR反応1回につき、1つの5'-プライマーと1つの3'-プライマーを組み合わせた。異なるPCR反応の数は、5'-プライマーおよび3'-プライマーの可能な組み合わせの数によって決まった。PBMC cDNA(前記のように、VH遺伝子供給源として4人のドナーしか使用しなかった)。増幅には以下のPCRプログラムを使用した:94℃15秒の変性、52℃50秒のプライマーアニーリング、および72℃60秒のプライマー伸長を40サイクルにわたって行い、続いて、72℃10分の最終伸張を行った。次いで、標準的なプロトコールに従って、サイズが約350bpの増幅産物を単離した。
を用いて、単離されたテンプレートVHフラグメントから、ヒト重鎖VHセグメント(FR1-CDR1-FR2-CDR2-FR3)をPCR増幅した。
を用いた第2のPCR反応のテンプレートとして使用した。
ライブラリー構築 - ヒトVHプールのクローニング
前述の方法の2回目において、前の選択である、1回目の方法において特定されたscFv5-306のヒトVLを選択し、その後に、ヒトscFvを作成する目的で、実施例2.3.2に記載のヒトVHフラグメントライブラリーと組み合わせた。一般的に、ファージディスプレイライブラリーは、例えば、「Phage Display: A Laboratory Manual」; Ed. Barbas, Burton, Scott & Silverman; Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001に開示されるように標準的な手順に基づいて構築した。
ヒトVHのファージディスプレイ選択
クローニングされたscFvレパートリーを有する、結果として生じたファージライブラリーを、PEG8000/NaCl沈殿および遠心分離によって培養上清から収集した。約1 x 10exp11〜1 x 10exp12のscFvファージ粒子をPBS/0.1%BSA 0.4mLに再懸濁し、穏やかに攪拌しながら、組換えビオチン化可溶性rhGM-CSF(実施例1に記載の大腸菌材料)と総体積0.5mLで1時間インキュベートした。次いで、6.7 x 10exp7ストレプトアビジン磁気ビーズ(Dynabeads M-280-ストレプトアビジン、Dynal)を添加し、穏やかに攪拌しながら30分間さらにインキュベートした。
1回目 100nM
2回目 10nM
3回目 10nM
4回目 10nM
ヒトVL領域およびVH領域を含有するヒトscFv構築物の特徴分析
実施例2.3.5.1
実施例3に記載の方法によって作成したscFvリード構築物の大規模な産生および精製
実施例2.2.6.3に記載のように、scFvリードを単離および精製した。
表面プラズモン共鳴(SPR)によるscFvリードのキネティック結合分析
本実験の目的は、scFvリードの徹底的な特徴分析である。scFvリードの結合キネティクス(kdおよびka)は、10μg/mL〜1pg/mL精製scFvの希釈シリーズの精製タンパク質10μLを注入し、25℃で100秒間の解離をモニタリングすることによって測定した。タンパク質を、HBS-EP(0.01M HEPES, pH7.4, 0.15M NaCl, 3mM EDTA, 0.005%界面活性剤P20)で緩衝化した。1:1 Langmuir結合式(式1および2)によって解離および会合キネティクスの速度定数を求めるBIAevalution(商標)ソフトウェアを用いて、データをフィットさせた。式中、Aは注入された分析物の濃度であり、Bはリガンドの濃度である。
dB/dt = -(ka*[A]*[B]-kd*[AB]) (1)
dAB/dt = -(ka*[A]*[B]-kd*[AB]) (2)
scFvリードによるTF-1細胞rhGM-CSF依存性増殖の阻害
特異的結合の強度がscFvリードにおいて保存されていることを確認した後、本実験の目的は、scFvリードと抗原rhGM-CSFとの相互作用の特異性を評価することであった。scFv結合による抗原rhGM-CSFの生物学的機能の阻害を、TF-1増殖阻害実験において特徴分析した。
選択されたscFvの結合特性の最適化
中和剤とリガンドの結合強度を高めることによって、特に、中和剤のオフレートを高めることによって、単量体(monomelic)リガンドに対する中和薬剤の生物学的活性が改善、さらには最適化され得ると考えた。
VH CDR3を1つまたは複数の位置で変異させることによる親和性の増大
抗体フラグメント、例えば、scFv分子の結合特性を、1つの点変異または短いアミノ酸領域によって改善するために、それぞれの抗原と相互作用する可能性が非常に高いアミノ酸残基を標的としなければならない。このアプローチでは、成功する見込みが下がることがなければ、ほんの限られた数の変異体を上回る変異体をスクリーニングする必要はない。抗体またはそのフラグメントの重鎖CDR3は、通常、この抗体または抗体フラグメントによる抗原の結合全体に強く寄与する。従って、抗体または抗体フラグメントの結合親和性を高める有望なやり方は、VH CDR3をコードするヌクレオチド配列の変異であり得ると考えた。
全配列を通じてV領域を無作為に変異させることによる親和性の増大
それぞれの抗原と相互作用する可能性が高い、scFvの特定の部位を変異させる代わりに、VH配列全体および/またはVL配列全体を通じて点変異を導入し、次いで、最適化されたscFvをスクリーニングするか、または最適化されたscFvを選択およびスクリーニングすることによって、より実際的なアプローチが行われてもよい。一例として、(Low et al. 260: 359 ff J Mol Biol (1996)に記載のように)大腸菌ミューテーター株を用いて、または Sambrook, Fritsch, Maniatis (1989)「A laboratory manual」に詳述されるようにDNAポリメラーゼによるヌクレオチドの誤取り込みを用いて、VH配列および/またはVL配列が変異誘発されてもよい。最適化されたscFv分子変種のクローニング、発現、および選択は、ファージディスプレイによって、または頻繁に用いられるリボソームディスプレイ技術(EP 0 975 748 A1に記載)によって行うことができる。最適化バージョンは、改善したscFv候補をスクリーニングするために適切なベクター/大腸菌系において発現される。
選択されたscFvからのモノクローナル抗体のクローニングおよび真核生物発現
細菌は機能的なFabフラグメントを発現することが知られているが、通常、完全な機能的免疫グロブリンを発現することができない。完全な機能的抗体を産生するために、哺乳動物細胞を使用しなければならない。従って、前実施例において選択されたscFv 5-306のVL領域およびscFv分子の様々なVH領域を哺乳動物発現ベクターにサブクローニングした(特に、scFv AおよびscFv BのVH領域)。
scFv 5-306に基づくヒト軽鎖のクローニング
適切な末端制限部位を作成するために、scFv 5-306のVL領域をコードするDNAフラグメントをPCRによって再増幅して、5'末端にBsu36I部位、3'末端にXhoI部位を有するVκフラグメントを得た。次いで、このフラグメントを、哺乳動物リーダー配列およびヒトCκ定常領域を付加する5'-プライマー
および3'-プライマー
を用いて、Bsu36IおよびXhoIによってプラスミドBSPOLLにサブクローニングし、配列決定によって確認した。EcoRIおよびSalIを用いて、5-306 VL-CκDNAをBSPOLLから切り出し、マウスジヒドロ葉酸還元酵素(DHFR)をコードするcDNAをマウスアデノシンデアミナーゼ(ADA)をコードするcDNAで置換することによって発現ベクターpEF-DHFR(Mack et al. (1995) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 92, 7021-5)から得られた真核生物発現ベクターpEF-ADAにサブクローニングした。
ヒト重鎖可変ドメインのクローニング
前実施例において選択された様々なヒトVH領域(特に、scFv AおよびscFv BのVH領域)から、可変領域をPCRによって再増幅して、両端にBsu36I制限部位を作成した。全ての構築物について、2つのプライマー:5'-プライマーVH-Bsu36I
および3'-プライマー
の組み合わせをを使用した。次いで、結果として生じたDNAフラグメントを、これらの制限部位を用いて、真核生物リーダー配列およびヒトIgG1重鎖定常領域コードDNAフラグメントを既に含んでいる真核生物発現ベクターpEF-DHFRにサブクローニングした。従って、重鎖可変領域をリーダーと重鎖定常領域の間に挿入した。可変領域の正確な配列を配列決定によって確認した。
scFvフラグメントから完全なヒトIgGへの変換
軽鎖(VL 5-306/Cκ)をコードするプラスミドおよび重鎖(VH/ヒトIgG1定常領域)をコードするプラスミドを、一過的タンパク質発現のための標準的なプロトコールに従ってHEK細胞に共トランスフェクトし、免疫グロブリンを培地に発現および産生させるように細胞を培養した。このやり方で、scFv Aに由来するIgG AおよびscFv Bに由来するIgG Bを作成した。それぞれの作成期間の後に、上清を収集し、免疫グロブリン精製の標準的なプロトコールに従ってプロテインAクロマトグラフィーによって、ヒト免疫グロブリンを単離した。次いで、精製した免疫グロブリンを、さらなる特徴分析実験に使用した。
IgG特異性からscFvフラグメントへの再変換
IgG構築物(前記のIgG AおよびIgG B)からのVH領域を、標準的なプロトコールに従って適切なscFv発現ベクターに再クローニングし、可動性リンカーを介して、実施例3.1のヒト軽鎖に由来するVL領域に機能的に連結した。これらの構築物は、前記のように大腸菌のペリプラズムに可溶性をもって産生された。これらのscFv(IgG Aに由来するscFv OおよびIgG Bに由来するscFv P)の特徴分析を以下の実施例において説明する。
霊長類GM-CSFおよびヒトGM-CSFに対するヒトモノクローナル抗GM-CSF抗体の結合特異性の評価
本実験の目的は、前記で得られた抗体がGM-CSFに特異的に結合することを示すことであった。従って、このような抗体と様々な組換えヒト(「rh」)コロニー刺激因子(rhG-CSFおよびrhM-CSF、Strathmann)の結合を、同じ抗体とrhGM-CSFの結合とELISAで比較した。
ヒトモノクローナル抗GM-CSF抗体およびそのフラグメントの結合データの特徴分析
実施例2において前述したようにELISAによって陽性のrhGM-CSF結合剤として特定された様々なメンバーの定性的順位付けを作成することが望まれた。この順位付けは、このように特定された様々な代表的な抗体結合剤のキネティック(オフレート)パラメータおよび平衡(親和性)パラメータを反映することを目的とした。このために、表面プラズモン共鳴(SPR)を、BIAcore(商標) 2000装置、Biacore AB(Uppsala, Sweden)において、流速5μL/minおよびランニング緩衝液としてHBS-EP(0.01M HEPES、pH7.4、0.15M NaCl、3mM EDTA、0.005%界面活性剤P20)を用いて25℃で行った。酵母において産生させた組換えヒトGM-CSF(リューカイン, Berlex, 本明細書以下「抗原」または「rhGM-CSF」とも称する)を、CM5センサーチップのフローセル2〜4に固定化した。0.1Mナトリウム-ヒドロキシスクシンイミド,0.4M N-エチル-N'(3-ジメチルアミンプロピル)-カルボジイミド(NHS/EDC)80μLを注入することによって、チップ表面を活性化した。0.01M酢酸ナトリウム、pH4.7に溶解した10μg/mL rhGM-CSFを手作業で注入することによって、抗原を結合させた。手作業による注入回数の量を調節して、異なる密度の抗原をフローセル2〜4に固定化した。フローセル1は修飾しなかったのに対して、フローセル2は最大限の密度のrhGM-CSF(800 RU)でコーティングした。フローセル3は、フローセル2に固定化した抗原の量の50%でコーティングし、フローセル4は最低密度のrhGM-CSF(典型的に10%)でコーティングした。1Mエタノールアミン85μLを注入することによってセンサーチップの活性化表面をブロックし、チップを、5μL/min HBS-EPの一定の流速で一晩平衡化した。
ヒトモノクローナル抗GM-CSF抗体のscFvフラグメントのキネティック結合パラメータ(オフレート)の定性的決定
前段落に示されるようにBiacore実験を行った。この実験の前に、ペリプラズム調製物(「PPP」)の溶出タンパク質溶液をPBSに対して25℃で2時間透析し、HBS-EPで1:1に希釈した。センサーチップ上に精製ペリプラズムタンパク質溶液10μLを25℃で注入することによって、主張したクラスのメンバーの結合キネティクスを測定した。rhGM-CSF固定化フローセル(FC2、FC3、FC4)における応答シグナルから、タンパク質と非修飾センサーチップ表面(FC1)との非特異的バックグラウンド吸着を差し引いた。相対応答シグナル(FC2-1、FC3-1、FC4-1)を求め、特異的解離速度を100秒間モニタリングした。
ある特定のヒト抗GM-CSF抗体およびそのscFvフラグメントの平衡結合パラメータ(親和性)の定量的決定
実施例5.1において、ELISAによってGM-CSF結合について陽性と以前に判定された多くの抗GM-CSF抗体のscFvフラグメントがヒトGM-CSFとの結合時に妥当なキネティックオフレートを示すことを定性的に実証したので、次に、組換えヒトGM-CSFに対する平衡結合特性に焦点を当てることによって、抗体およびそのフラグメントのこのような結合の定量的表示を得ることが望まれた。前記の実施例4において示したように、抗原- 本明細書ではrhGM-CSF -に対する特異的結合は、本明細書において主張した抗GM-CSF抗体およびそのフラグメントのクラスの特徴および特異的な属性の1つである。
dB/dt = -(ka*[A]*[B]-kd*[AB]) (式1)
dAB/dt = -(ka*[A]*[B]-kd*[AB]) (式2)
ヒト抗GM-CSF抗体のある特定の代表的なフラグメントの最小エピトープ必要条件
本明細書において記載および主張されたヒト抗GM-CSF抗体およびそのフラグメントが結合するエピトープを決定することが望まれた。このために、ペプチドスポッティング(「ペプスポット」)分析を、このクラスの分子の代表的なメンバーとしてscFv A、抗原としてヒトGM-CSFを用いて行った。
ある特定のヒト抗ヒトGM-CSF抗体/抗体フラグメントの中和能
実施例7.1
ある特定の代表的なヒト抗ヒトGM-CSF抗体およびそのフラグメントの中和能の定性評価
本実験の目的は、代表的なヒト抗GM-CSF中和抗体およびそのフラグメントの中和活性に関する定性情報を得ることである。このために、ヒトGM-CSF依存性細胞株TF-1(DSMZ, ACC334)を使用した。この細胞株の増殖速度はヒトGM-CSFの存在に依存し、そのため、GM-CSF中和活性を有すると思われる抗体の存在下または非存在下で細胞をヒトGM-CSFとインキュベーションした後の細胞増殖の測定を用いて、このような中和活性が実際に存在するかどうか確かめることができる。
細胞増殖によって測定された、ある特定の代表的なヒト抗ヒトGM-CSF抗体およびそのフラグメントの中和能の定量評価
次いで、強力なTF-1増殖阻害を示すことが前記で分かった、選択された代表的なscFv分子を、中和効力の定量分析に供した。このために、同じヒトGM-CSF依存性細胞株TF-1(DSMZ ACC334)を使用した。TF-1細胞を、前記の実施例7.1に詳述したように増殖アッセイ法のために培養および調製した。最終濃度0.3ng/mL rhGM-CSFを使用して、TF-1細胞の増殖を刺激した。GM-CSF依存性増殖を中和するために、代表的なヒト抗ヒトGM-CSF中和モノクローナル抗体またはそのフラグメントの精製試料10μlを、TF-1およびrhGM-CSFの希釈シリーズを含有する溶液100μlに添加した。最終タンパク質濃度は10μg/ml〜10pg/mlであった。
IL-8産生の低下によって測定された、ある特定の代表的なヒト抗rhGM-CSF抗体およびそのフラグメントの中和能の定量評価
本実験は、代表的なヒト抗ヒトGM-CSF抗体およびそのフラグメントの中和活性を定量するために、U-937細胞によるGM-CSF依存性IL-8産生を測定することによって行った。前述の実験において使用したGM-CSF抗原はrhGM-CSFであった。単球U-937細胞を、10%熱不活化FCSを添加したRPMI1640培地Gibco(L-グルタミン、フェノールレッドフリー)中で、販売業者(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Germany)が説明したように培養した。細胞を細胞密度1 x 10exp6細胞/mLまで増殖させた。
細胞増殖によって測定された、組換えマカク(macacan)GM-CSFに及ぼす代表的なヒト抗ヒトGM-CSF抗体およびそのフラグメントの中和能の定量評価
本実験の目的は、マカク科の非ヒト霊長類に由来するGM-CSF(「macGM-CSF」)に対する代表的なヒト抗ヒトGM-CSF抗体およびそのフラグメントの中和力を示すことであった。
IgG Bと様々な種に由来するGM-CSFとの交差反応性
後のインビボ研究に適した種を特定するために、IgG Bと様々な非ヒト種に由来するGM-CSFとの交差反応性を調べた。第1の実験セットでは、IgG Bと、市販のヒト由来組換えGM-CSF(リューカイン(登録商標)、Berlex)、ブタ由来組換えGM-CSF、イヌ由来組換えGM-CSF、ラット由来組換えGM-CSF(R&D Systems, Wiesbaden, Germany)、およびマウス由来組換えGM-CSF(Strathmann Biotech, Hamburg, Germany)との結合をELISA実験において試験した。具体的には、述べられた様々な種に由来する1μg/mL GM-CSFでELISAプレートをコーティングした。IgG Bを希釈シリーズで添加し、西洋ワサビペルオキシダーゼ結合抗ヒトIgG1抗体を用いて検出した。OPD o-フェニレンジアミン(「OPD」、ペルオキシダーゼと反応するとイエローオレンジになる)基質溶液(Roche, Germany)を添加することによって、ELISAを発色させ、490nmで測定した。
異なってグリコシル化されたGM-CSF変種へのIgG Bによる結合
本実験の目的は、IgG BとGM-CSFの結合が後者のグリコシル化パターンに依存する程度を確かめることであった。このために、天然hGM-CSF(ヒトグリコシル化)、ならびに大腸菌由来組換えhGM-CSF(非グリコシル化)および酵母由来組換えhGM-CSF(酵母グリコシル化)、ならびに組換えマカク属GM-CSFを含有する条件培地の希釈シリーズを、TF-1増殖を誘導する効力について試験した。
好酸球に対するGM-CSFの生物学的活性に及ぼすIgG Bの影響
実施例10.1
GM-CSFを介した好酸球生存に及ぼすIgG Bの影響
GM-CSFの様々な生物学的活性の1つは、好酸性顆粒球および好中性顆粒球の生存の延長である。肺炎症性疾患は、炎症維持において実質的な役割を果たしている好酸球の局所的な蓄積と関連するので、GM-CSFを介した好酸球生存の阻害におけるIgG Bの効力を試験した。
GM-CSF誘導性好酸球活性化に及ぼすIgG Bの影響
好酸球のGM-CSF誘導性活性化に及ぼすIgG Bの影響を調べることも望まれた。ヒト血液から単離した末梢好酸球(CD16-)において、CD69発現は、(a)0.1ng/mL GM-CSFまたは(b)0.1ng/mL GM-CSF、IL-3、およびIL-5で2、0時間または3日間刺激した後にアップレギュレートされるが、(c)0.1ng/mL IL-3およびIL-5単独で刺激した後ではアップレギュレートされないことが見出された(図16A)。培地のみの存在下で培養した好酸球はCD69のアップレギュレーションを示さなかった。従って、CD69は、GM-CSFによる好酸球活性化のマーカーとしてみなすことができ、GM-CSF依存性好酸球活性化の尺度としてCD69発現レベルをモニタリングした。両時点(20時間または3日)で、IgG B(10μg/mL)は、フローサイトメトリーにおけるCD69発現の欠如から分かるように好酸球のGM-CSF依存性活性化をほぼ完全に阻止した。
IgG Bを用いたエクスビボ毒物学予備研究
前記で説明したように、GM-CSF活性の中和は多くの疾患状況において治療上有利であり得る。しかしながら、同時に、GM-CSFは、例えば、好中性顆粒球および単球による食作用のように外因性病原体と戦うという免疫系の正常機能において重要な役割を果たしている。好中球および単球のこの天然の機能は、治療量のIgG Bの存在下で無影響のままでなければならない。従って、本発明者らは、食作用プロセスの2つの局面:1)細菌の摂取(食作用);および2)酸化バースト活性(細胞内死滅を示す)を調べた。これらの研究を以下の実施例において詳述する。
細菌の摂取(食作用)
ヘパリン処置全血中の顆粒球および単球の食作用活性を、Orpegen(Heidelberg, Germany)によるPhagotest Kitを用いて確かめた。この試験は、食細胞によるオプソニン化蛍光標識大腸菌の摂取に基づいている。次いで、これらの細胞は、フローサイトメトリーにおいて緑色蛍光によって検出することができる。フルオレセイン標識オプソニン化大腸菌20μlをヘパリン処置全血100μlに添加し、37℃でインキュベートした。陰性対照として0℃でインキュベーションを行った。10分後、試料を氷上で冷却し、Quenching solution(Orpegen) 100μlを添加することによって、食作用プロセスを止めた。この溶液は、表面結合細菌のFITC蛍光をクエンチすることによって細菌の付着と内部移行を識別することができるのに対して、内部移行した粒子の蛍光は影響を受けないままである。洗浄溶液(Orpegen)3mlで3回洗浄段階を行った後、赤血球を溶解した。残存している白血球を洗浄溶液(Orpegen) 3mlで1回洗浄した。凝集した細菌または細胞を排除するDNA染色溶液200μlを添加した後、細胞をフローサイトメトリーで分析した。FITC蛍光によって、食作用を行った細胞のパーセントを求めた。
血液を採取した直後、顆粒球の98%超がIgG Bの存在下または非存在下で細菌を摂取した(図17A)。血液試料とIgG Bを24時間インキュベートした後、IgG Bの非存在下では約92%までの減少、IgG B存在下では90%までの減少が確かめられた(図17B)。48時間後、IgG B非存在下では顆粒球の81%、IgG B存在下では89%が食作用陽性であった(図17C)。
IgG Bが存在するか存在しないかに関係なく、血液を採取した直後に、98%の単球が貪食していた(図18A)。IgG Bとプレインキュベートして24時間後、単球の90%が陽性であった(図18B)。IgG B非存在下でプレインキュベートして24時間後、単球の92%が陽性であった。48時間後、本発明者らは、IgG B非存在下では単球の81%、IgG B存在下では単球の89%が食作用陽性であることを見出した(図18C)。
酸化バースト
ヘパリン処置全血中の顆粒球および単球の酸化バースト活性を、Orpegen (Heidelberg, Germany)によるPhagoburst Kitを用いて確かめた。このアッセイ法は、蛍光R123への基質ジヒドロローダミン(DHR)123の酸化による、反応性オキシダントを産生する食細胞のパーセントを求める。酸化バースト活性を示す細胞はフローサイトメトリーにおいて特定することができる。ヘパリン処置血液を、酸化バースト活性を誘導する様々な刺激:高刺激としてホルボール12-ミリステート13-アセテート(「PMA」)、中間の刺激として非標識オプソニン化大腸菌、および低刺激として走化性ペプチドN-ホルミル-MetLeuPhe(fMLP)とインキュベートした。全血100μlを37℃でこれらの刺激とインキュベートした。陰性対照として、刺激なしでインキュベーションを行った。インキュベーションの10分後、DHR123基質溶液を添加し、さらに10分間インキュベートした。DHR123は酸化性細胞によって蛍光R123に変換される。洗浄溶液(Orpegen) 3mlで3回洗浄した後、赤血球を溶解した。残存している白血球を洗浄溶液(Orpegen) 3mlで1回洗浄した。凝集した細菌または細胞を排除するDNA染色溶液200μlを添加した後、細胞をフローサイトメトリーで分析した。
Claims (24)
- 霊長類GM-CSFに特異的に結合し中和するヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- 霊長類がヒトまたは非ヒト霊長類である、請求項1記載のヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- 非ヒト霊長類がカニクイザル、アカゲザル、またはテナガザルである、請求項2記載のヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- 抗体がIgGである、前記請求項のいずれか一項記載のヒトモノクローナル抗体。
- IgGがIgG1またはIgG4である、請求項4記載のヒトモノクローナル抗体。
- scFv、単一ドメイン抗体、Fv、VHH抗体、ダイアボディ、タンデムダイアボディ、Fab、Fab'、またはF(ab)2である、請求項1〜3のいずれか一項記載のヒトモノクローナル抗体フラグメント。
- アミノ酸23〜27(RRLLN)および/またはアミノ酸65〜77(GLR/QGSLTKLKGPL)を含む霊長類GM-CSFのエピトープ、好ましくは不連続エピトープに特異的に結合する、前記請求項のいずれか一項記載のヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- 不連続エピトープがアミノ酸28〜31(LSRD)をさらに含む、請求項7記載のヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- 不連続エピトープがアミノ酸32〜33(TA)および/またはアミノ酸21〜22(EA)をさらに含む、請求項7または8記載のヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- 重鎖可変領域において、SEQ ID NO:1〜13または56のいずれかに示されるアミノ酸配列からなる群より選択されるアミノ酸配列を含むCDR3を含む、前記請求項のいずれか一項記載のヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- 重鎖可変領域CDR3配列のいずれかが、重鎖可変領域においてSEQ ID NO:14で示される重鎖可変領域CDR1配列およびSEQ ID NO:15で示される重鎖可変領域CDR2配列と共に存在する、請求項10記載のヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- 軽鎖可変領域において、SEQ ID NO:16で示されるアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO:17で示されるアミノ酸配列を含むCDR2、およびSEQ ID NO:18で示されるアミノ酸配列を含むCDR3を含む、請求項10または11記載のヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- 軽鎖可変領域において、SEQ ID NO:19、54、または55で示されるアミノ酸配列をさらに含む、請求項10または11記載のヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- 重鎖可変領域において、SEQ ID NO:20〜33、52、または53のいずれかで示されるアミノ酸配列を含む、請求項10〜13のいずれか一項記載のヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- 軽鎖可変領域において、SEQ ID NO:16で示されるアミノ酸配列を含むCDR1、SEQ ID NO:17で示されるアミノ酸配列を有するCDR2、およびSEQ ID NO:18で示されるアミノ酸配列を有するCDR3を含み、重鎖可変領域において、SEQ ID NO:14で示されるアミノ酸配列を含むCDR1領域、SEQ ID NO:15で示されるアミノ酸配列を有するCDR2領域、およびSEQ ID NO:1〜13または56のいずれかで示されるアミノ酸配列を有するCDR3を含む、前記請求項のいずれか一項記載のヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- SEQ ID NO:34で示される軽鎖アミノ酸配列およびSEQ ID NO:35〜48のいずれかで示される重鎖アミノ酸配列を含む、請求項10〜15のいずれか一項記載のヒトモノクローナル抗体。
- SEQ ID NO:1〜48および/または52〜56のいずれかで示される各アミノ酸配列に対して少なくとも70%の相同性を有するアミノ酸配列を含む、請求項10〜16のいずれか一項記載のヒトモノクローナル抗体またはそのフラグメント。
- SEQ ID NO:1〜48および/もしくは52〜56のいずれかで示されるアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列、またはこれらのヌクレオチド配列と少なくとも70%の相同性を示すヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチド分子であって、
相同性は、SEQ ID NO:1〜48および/もしくは52〜56のいずれかのアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチド分子と、対象となるヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチド分子を配列アラインメントによって比較することによって決定されてもよく、
対象となる配列中のヌクレオチドは、SEQ ID NO:1〜48および/もしくは52〜56のいずれかの対応するアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列中の対応するヌクレオチドと同一であるか、または対象となる配列中の1つもしくは複数のヌクレオチドがSEQ ID NO:1〜48および/もしくは52〜56のいずれかのアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列中の対応する1つもしくは複数のヌクレオチドから逸脱することによって、翻訳時に、SEQ ID NO:1〜48および/もしくは52〜56のいずれかの対応するアミノ酸配列中の対応するアミノ酸と同一のアミノ酸(縮重トリプレットによる)、またはその保存的置換であるアミノ酸を生じるヌクレオチドトリプレットが生じれば相同であるとみなされる、ポリヌクレオチド分子。 - 請求項1〜17のいずれか一項記載のヒトモノクローナル抗体もしくはそのフラグメントまたは請求項18記載のポリヌクレオチド分子を含む、薬学的組成物。
- 炎症性疾患を治療するための、1つまたは複数のさらなる炎症剤を任意に含む医用薬剤の製造における、請求項1〜17のいずれか一項記載のヒトモノクローナル抗体もしくはそのフラグメントまたは請求項18記載のポリヌクレオチド分子の使用。
- 炎症性疾患が、慢性関節リウマチ(RA)(TNF-α中和剤による治療に耐性のRAを含む)、喘息、多発性硬化症(MS)、慢性閉塞性肺疾患(COPD)、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)、特発性肺線維症(IPF)、炎症性腸疾患(IBD)、ブドウ膜炎、黄斑変性、大腸炎、乾癬、ウォラーの変性、抗リン脂質症候群 (APS)、急性冠状動脈症候群、再狭窄、アテローム性動脈硬化症、再発性多発性軟骨炎(RP)、急性肝炎もしくは慢性肝炎、失敗した整形外科用移植片、糸球体腎炎、狼瘡、または自己免疫疾患からなる群より選択される、請求項20記載の使用。
- 腫瘍疾患、または細胞アポトーシスが遅延した、細胞生存もしくは細胞増殖が増大した別の状態を治療するための、1つまたは複数のさらなる抗癌剤を任意に含む医用薬剤の製造における、請求項1〜17のいずれか一項記載のヒトモノクローナル抗体もしくはそのフラグメントまたは請求項18記載のポリヌクレオチド分子の使用。
- 腫瘍疾患が癌である、請求項22記載の使用。
- 癌が、白血病、多発性骨髄腫、胃癌、または皮膚癌である、請求項23記載の使用。
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