JP2010213725A - Yeast cell surface display of protein and uses thereof - Google Patents

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K Dane Wittrup
ディーナ ウィットラップ ケイ.
Michele C Kieke
シー. キーケ ミシェル
David M Kranz
エム. クランツ デイビッド
Eric Shusta
シュスタ エリック
Eric T Boder
ティー. ボダー エリック
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a genetic method for tethering polypeptides to a yeast cell wall in a form accessible to protein-protein binding. <P>SOLUTION: There is provided the method for selecting proteins on enhanced displayability exceeding a wild type protein on a yeast cell surface. The method includes the steps of: transforming yeast cells with a vector expressing a protein to be tested fused to a yeast cell wall protein, wherein mutagenesis is used to a generate a variegated population of mutants of the protein to be tested; bringing the yeast cell into contact with a label which binds to proteins that are displayed on the yeast cell surface and does not bind to proteins that are not displayed on the yeast cell surface; and the step of isolating the yeast cell to which the label binds, wherein the enhanced presence of the label bound to the protein to be tested indicates that the protein to be tested can be displayed on the yeast cell surface. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

(発明の背景)
(発明の分野)
本発明は、一般に、免疫学およびタンパク質化学の分野に関する。より具体的には、本発明は、コンビナトリアルライブラリーからの所望の結合特性を有する配列の選択のための酵母細胞表面上のペプチドおよびタンパク質のディスプレイに関する。
(Background of the Invention)
(Field of Invention)
The present invention relates generally to the fields of immunology and protein chemistry. More specifically, the present invention relates to the display of peptides and proteins on the surface of yeast cells for the selection of sequences having the desired binding properties from combinatorial libraries.

(関連する技術分野の記載)
抗体が結合する部位の構造は、ペプチド配列データから合理的な精度で推定され得るが、結合親和性および結合特異性における改良を合理的に操作する能力は、いくつかの成功にもかかわらずより理解しにくいことが証明されている(例えば、Robertsら、87年;Riechmannら、92年)。結果として、ライブラリーの変異誘発およびスクリーニングは、現在のところ、抗体の指向性の親和性成熟への最も有益なアプローチを示す。コンビナトリアルライブラリースクリーニングおよび選択方法は、タンパク質の認識特性を変化させるための共通の道具となった(Ellmanら、1997、Phizicky & Fields、1995)。特に、インビトロでの抗体免疫レパートリーの構築およびスクリーニングは、抗体−抗原相互作用の強度および特異性に対して改良された制御を約束する。
(Description of related technical fields)
The structure of the site to which the antibody binds can be deduced with reasonable accuracy from peptide sequence data, but the ability to rationally manipulate improvements in binding affinity and binding specificity is more than despite some success. It has proven difficult to understand (eg Roberts et al., 87; Riechmann et al., 92). As a result, library mutagenesis and screening currently represent the most beneficial approach to antibody directed affinity maturation. Combinatorial library screening and selection methods have become a common tool for changing the recognition properties of proteins (Ellman et al., 1997, Physiky & Fields, 1995). In particular, the construction and screening of antibody immune repertoires in vitro promises improved control over the strength and specificity of antibody-antigen interactions.

最も広範な技術は、ファージディスプレイであり、ここで目的のタンパク質は、バクテリオファージ被膜タンパク質へのポリペプチド融合体として発現され、そして固定化されたかまたは可溶性のビオチン化されたリガンドに結合することによって引き続きスクリーニングされる(例えば、Huseら、89年;Clacksonら、91年;Marksら、92年)。融合体は、最も一般的にはマイナーな被膜タンパク質(遺伝子IIIタンパク質(pIII)と呼ばれる)に対して作製され、このタンパク質は、ファージのチップで3〜5コピー中に存在する。この方法で構築されるファージは、1つのパッケージ中で表現型(表示された抗体の結合活性)および遺伝子型(その抗体をコードする遺伝子)の両方を有する、コンパクトな遺伝子「単位」とみなされ得る。ファージディスプレイは、抗体、DNA結合タンパク質、プロテアーゼインヒビター、短いペプチド、および酵素に首尾よく適用されている。   The most extensive technique is phage display, where the protein of interest is expressed as a polypeptide fusion to a bacteriophage coat protein and by binding to an immobilized or soluble biotinylated ligand. Subsequent screening (eg, Huse et al., 89; Clackson et al., 91; Marks et al., 92). Fusions are most commonly made against a minor coat protein (referred to as gene III protein (pIII)), which is present in 3-5 copies on the phage chip. Phages constructed in this way are considered compact gene “units” that have both a phenotype (the binding activity of the displayed antibody) and a genotype (the gene encoding that antibody) in one package. obtain. Phage display has been successfully applied to antibodies, DNA binding proteins, protease inhibitors, short peptides, and enzymes.

所望の結合特性を有する抗体は、「パンニング」と呼ばれるプロセスにおいて固定化された抗原に結合することによって選択される。ファージ保有非特異的抗体を、洗浄することによって取り除き、次いで、結合したファージを溶出し、そしてE.coliの感染により増幅する。このアプローチは、以下を含む多数の抗原に対する抗体を生成するために適用されている:B型肝炎表面抗原(Zebedeeら、92年);多糖類(Dengら、94年)、インスリン様増殖因子1(GarrardおよびHenner、93年)、2−フェニルオキサゾール−5−オン(RiechmannおよびWeill、93年)、ならびに4−ヒドロキシ−5−ヨード−3−ニトロ−フェナセチル−(NIP)−カプロン酸(Hawkinsら、92年)。   Antibodies with the desired binding properties are selected by binding to immobilized antigen in a process called “panning”. The phage-bearing non-specific antibody is removed by washing, then the bound phage is eluted, and E. coli. Amplified by E. coli infection. This approach has been applied to generate antibodies against a number of antigens, including: hepatitis B surface antigen (Zebedee et al., 92); polysaccharide (Deng et al., 94), insulin-like growth factor 1 (Garard and Henner, 93), 2-phenyloxazol-5-one (Riechmann and Weill, 93), and 4-hydroxy-5-iodo-3-nitro-phenacetyl- (NIP) -caproic acid (Hawkins et al. 1992).

それにもかかわらず、ファージディスプレイは、いくつかの弱点を有する。抗体ファージディスプレイライブラリーのパンニングは、強力な技術であるが、それは、その広範な成功した適用を制限するいくつかの本質的な困難性を有する。例えば、いくつかの真核生物の分泌型タンパク質および細胞表面タンパク質は、細菌細胞中では利用不可能な、グリコシル化または大規模なジスルフィド異性化のような翻訳後修飾を必要とする。さらに、ファージディスプレイの性質は、リガンド結合パラメーターの定量的な識別および直接的な識別を不可能にする。例えば、非常に高度な親和性抗体(KD≦1nM)は、パンニングにより単離することが困難である。なぜなら、この非常に強い抗体−抗原相互作用を破壊するために必要とされる溶出条件は、一般に、それを十分に非感染性にするためにファージ粒子を十分に変性させるのに十分に過酷である(例えば、低いpH、高い塩)。さらに、固体表面への抗原の物理的な固定化についての必要性は、多数の人工的な困難性を生じる。例えば、高い抗原表面密度は、真の親和性を隠すアビディティー効果を導入する。また、物理的なつなぎとめ(tethering)は、抗原の並進エントロピーおよび回転エントロピーを減少し、可溶性抗原についてのものと比較して、抗体結合に対してより小さいDSおよび結果として生じる結合親和性の過大評価を生じ、そして混合手順および洗浄手順の際の可変性からの大きな効果は、再現性の困難性を導く。さらに、1ファージ粒子当たり1から数個の抗体のみの存在は、実質的に確率論的な変動を誘導し、そして類似の親和性の抗体の間での識別が不可能になる。例えば、6倍以上の親和性の差異は、しばしば、効率的な識別のために必要とされる(RiechmannおよびWeil、93年)。最終的に、集団は、より急速に増殖する野生型ファージにより追い越され得る。特に、pIIIは、ファージの生活環に直接的に関与するので、いくつかの抗体または結合抗原の存在は、会合したファージの増殖を妨げるかまたは遅らせる。 Nevertheless, phage display has several weaknesses. Panning an antibody phage display library is a powerful technique, but it has some inherent difficulties that limit its wide and successful application. For example, some eukaryotic secreted proteins and cell surface proteins require post-translational modifications such as glycosylation or extensive disulfide isomerization that are not available in bacterial cells. Furthermore, the nature of phage display makes quantitative and direct identification of ligand binding parameters impossible. For example, very high affinity antibodies (K D ≦ 1 nM) are difficult to isolate by panning. Because the elution conditions required to disrupt this very strong antibody-antigen interaction are generally harsh enough to sufficiently denature the phage particles to make it sufficiently non-infectious. Some (eg, low pH, high salt). Furthermore, the need for physical immobilization of the antigen on the solid surface creates a number of artificial difficulties. For example, high antigen surface density introduces an avidity effect that hides true affinity. In addition, physical tethering reduces the translational and rotational entropy of the antigen, overestimating a smaller DS for antibody binding and the resulting binding affinity compared to that for soluble antigens. And the great effect from variability during mixing and washing procedures leads to reproducibility difficulties. Furthermore, the presence of only one to a few antibodies per phage particle induces a substantially stochastic variation and makes it impossible to distinguish between antibodies of similar affinity. For example, an affinity difference of more than 6 times is often required for efficient discrimination (Riechmann and Weil, 1993). Finally, the population can be overtaken by more rapidly growing wild type phage. In particular, since pIII is directly involved in the phage life cycle, the presence of some antibodies or bound antigen prevents or slows the growth of the associated phage.

いくつかの細菌細胞表面ディスプレイ方法が、開発されている。しかし、原核生物発現系の使用は、時折、予測し得ない発現の偏りを誘導し、そして細菌莢膜多糖層は、低分子リガンドに対してこのような系を制限する拡散障壁を提示する(Roberts、1996)。E.coliは、高分子結合反応を立体的に妨害し得る、リポ多糖類層または莢膜を有する。実際、細菌莢膜の推定される生理学的機能は、免疫系から細胞を保護するために、細胞膜に対する高分子の拡散の制限である(DiRienzoら、78年)。E.coliのペリプラズムは、抗体フラグメントの折り畳みおよびアセンブリのための区画として進化していないので、E.coli中の抗体の発現は、代表的には、非常にクローン依存性である(いくつかのクローンは、よく発現し、そして他のクローンは、全く発現しない)。このような可変性は、E.coliの表面上に発現される抗体ライブラリーにおける全ての可能な配列の等価な提示に対する懸念を誘導する。   Several bacterial cell surface display methods have been developed. However, the use of prokaryotic expression systems sometimes induces an unpredictable expression bias and the bacterial capsular polysaccharide layer presents a diffusion barrier that limits such systems to small molecule ligands ( Roberts, 1996). E. E. coli has a lipopolysaccharide layer or capsule that can sterically hinder the polymer binding reaction. Indeed, the putative physiological function of the bacterial capsule is a limitation of the diffusion of macromolecules across the cell membrane to protect the cell from the immune system (DiRienzo et al., 78). E. The periplasm of E. coli has not evolved as a compartment for antibody fragment folding and assembly. Expression of antibodies in E. coli is typically very clone dependent (some clones are well expressed and others are not at all). Such variability is the result of E.I. It raises concerns about the equivalent presentation of all possible sequences in antibody libraries expressed on the surface of E. coli.

新規な治療剤の発見は、酵母選択系の開発により促進される。B細胞ディスプレイ抗体と酵母細胞ディスプレイ抗体との間の構造類似性は、糸状ファージで入手可能であるよりも、インビボでの親和性成熟に対してより近い類似性を提供する。さらに、酵母で利用可能な増殖培養の容易さおよび遺伝子操作のたやすさは、大きな集団を急速に変異誘発し、そしてスクリーニングさせることを可能にする。哺乳動物の身体における状態と対比させることにより、結合および選択の生理化学的条件を、pH、温度、およびイオン強度の広範な範囲内で酵母培養物について変化させ、抗体操作実験においてさらなる自由度を提供し得る。コンビナトリアル抗体ライブラリーのスクリーニング、および抗体−抗原の解離速度に基づくスクリーニングのための酵母表面ディスプレイ系の開発は、本明細書中に記載されている。   The discovery of new therapeutic agents is facilitated by the development of a yeast selection system. The structural similarity between the B cell display antibody and the yeast cell display antibody provides a closer similarity to affinity maturation in vivo than is available with filamentous phage. Furthermore, the ease of growth culture and the ease of genetic manipulation available in yeast allow large populations to be rapidly mutagenized and screened. By contrasting with conditions in the mammalian body, the physiochemical conditions of binding and selection can be altered for yeast cultures within a wide range of pH, temperature, and ionic strength, providing additional freedom in antibody manipulation experiments. Can be provided. Development of yeast surface display systems for screening combinatorial antibody libraries and screening based on antibody-antigen dissociation rates is described herein.

ヒト疾患の診断および処置のための、モノクローナル抗体を操作することの可能性のある適用は、遠い道のりである。特に、癌治療および腫瘍画像化に対する適用は、活動的に追求されている。グラム陰性敗血症についての抗体治療はなお、落胆させる予備的な結果にもかかわらず見込みを有している。免疫組織化学、免疫アッセイ、および免疫親和性クロマトグラフィーへのインビトロでの適用は、既によく開発されている。これらの適用の各々について、高親和性(すなわち、KD≦10nM)および高い特異性を有する抗体が望ましい。事例証拠は、ファージディスプレイ系および細菌ディスプレイ系がnMより小さい親和性の抗体を一貫して産生していないようであることを示唆する。現在までに、酵母ディスプレイは、このギャップを満たし、そしてこのようなものは、巨大な商業的な重要性および医学的な重要性の鍵となる技術であるはずである。 A potential application to manipulate monoclonal antibodies for the diagnosis and treatment of human diseases is a long way off. In particular, applications for cancer therapy and tumor imaging are actively pursued. Antibody therapy for gram-negative sepsis is still promising despite the discouraging preliminary results. In vitro applications for immunohistochemistry, immunoassays, and immunoaffinity chromatography have already been well developed. For each of these applications, antibodies with high affinity (ie, K D ≦ 10 nM) and high specificity are desirable. Case evidence suggests that the phage display system and bacterial display system do not appear to consistently produce antibodies with an affinity less than nM. To date, yeast display fills this gap, and such should be a key technology of enormous commercial and medical importance.

細胞媒介性免疫に対するT細胞レセプターの重要性は、1980年代から公知であったが、より高い親和性のT細胞レセプターを操作するための方法は、開発されていなかった。いくつかのグループが、単鎖T細胞レセプター構築物を産生したが、これらの発現系は、T細胞レセプター結合の生化学的分析を可能にしたが、指向性の様式でこれらの結合特性を変化させるためのライブラリー方法を可能にしなかった。このT細胞レセプターを、可溶性型で産生することは特に困難であった。その内因性型において、Tリンパ球の表面上のCD3複合体のサブユニットと非共有結合的に会合するのは、ヘテロ二量体(αβ)膜タンパク質である。この細胞外αおよびβドメインは、定常領域(CαおよびCβ)、ならびにペプチド/MHC抗原の結合の際に直接的に機能する可変領域(VαおよびVβ)の両方から構成される。産生のためのいくつかの困難な方法が開発されている:E.coliからのVαVβの分泌、免疫グロブリンκ軽鎖の定常領域に融合されたVαCα VβCβからなるミエローマ細胞中でのキメラ分子の産生、胸腺腫中での細胞表面脂質との融合からの切断によるVαCα VβCβの産生(Slanetzら、1991)、トロンビン消化での膜貫通領域の前のラット好塩基球性白血病細胞株産生VαCα VβCβ−z複合体の切断、ロイシンジッパー会合を有するまたは有さないバキュロウイルス感染昆虫細胞におけるVαCα VβCβの産生、ならびにCOS細胞からの免疫グロブリンCH−gd TCRキメラの分泌(Eilatら、1992)。完全TCRの最小結合サブユニットを含む単鎖抗体フラグメントに類似する、より小さい単鎖TCRフラグメント(scTCR)は、E.coli中で構築され、そして産生されており、0.5〜1.0mg/Lのレベルで封入体から再び折り畳まれるかまたはペリプラズム中で折り畳まれる。   The importance of T cell receptors for cell-mediated immunity has been known since the 1980s, but no method has been developed for manipulating higher affinity T cell receptors. Several groups have produced single chain T cell receptor constructs, but these expression systems have allowed biochemical analysis of T cell receptor binding, but change their binding properties in a directional manner. Did not allow a library method for. It was particularly difficult to produce this T cell receptor in a soluble form. In its endogenous form, it is the heterodimeric (αβ) membrane protein that non-covalently associates with the subunits of the CD3 complex on the surface of T lymphocytes. The extracellular α and β domains are composed of both constant regions (Cα and Cβ) and variable regions that function directly upon peptide / MHC antigen binding (Vα and Vβ). Several difficult methods for production have been developed: secretion of VαVβ from E. coli, production of chimeric molecules in myeloma cells consisting of VαCα VβCβ fused to the constant region of immunoglobulin κ light chain, VαCα VβCβ by cleavage from fusion with cell surface lipids in thymoma (Slanetz et al., 1991), cleavage of the rat basophilic leukemia cell line production VαCα VβCβ-z complex prior to the transmembrane region upon thrombin digestion, baculovirus-infected insects with or without leucine zipper association Production of VαCα VβCβ in cells, and secretion of immunoglobulin CH-gd TCR chimeras from COS cells (Eilat et al., 1992). A smaller single chain TCR fragment (scTCR), similar to a single chain antibody fragment containing the minimal binding subunit of a complete TCR, is described in E.C. constructed and produced in E. coli and either refolded from inclusion bodies at levels of 0.5-1.0 mg / L or folded in the periplasm.

先行技術は、所望の結合特性を有する配列の選択のために細胞表面ペプチドおよびタンパク質を表示する効果的な手段を欠くという点で不十分である。先行技術はまた、改良された結合特性のためのT細胞レセプターを操作する効果的な手段を欠くという点で不十分である。より具体的には、細胞媒介性免疫の治療介入を生じるために可溶性T細胞レセプターを操作するための技術は、利用可能ではない。本発明は、当該分野における長年の必要性および願望を満たす。   The prior art is deficient in that it lacks an effective means of displaying cell surface peptides and proteins for the selection of sequences with the desired binding properties. The prior art is also deficient in that it lacks an effective means of manipulating the T cell receptor for improved binding properties. More specifically, techniques for manipulating soluble T cell receptors to generate therapeutic intervention for cell-mediated immunity are not available. The present invention fulfills a longstanding need and desire in the art.

(発明の要旨)
本発明によって、以下が提供される。
(Summary of the Invention)
The present invention provides the following.

(項目1) 野生型タンパク質の表現型特性と比較して増強した表現型特性を有するタンパク質を選択するための方法であって、以下:(Item 1) A method for selecting a protein having enhanced phenotypic characteristics compared to the phenotypic characteristics of a wild-type protein, comprising:
酵母細胞壁タンパク質に融合される、試験されるタンパク質を発現するベクターを用いて酵母細胞を形質転換する工程であって、ここで変異誘発を使用し、該試験されるタンパク質の変異体の変化に富む集団を生成する、工程;  Transforming yeast cells with a vector expressing the protein to be tested, fused to the yeast cell wall protein, wherein mutagenesis is used to enrich for the variation of the protein to be tested Generating a population;
該酵母細胞を第1の標識で標識する工程であって、ここで該第1の標識が該試験されるタンパク質を発現する酵母と結合し、そして該試験されるタンパク質を発現しない酵母と結合しない、工程;  Labeling said yeast cell with a first label, wherein said first label binds to yeast expressing said protein to be tested and does not bind to yeast not expressing said protein to be tested The process;
該第1の標識が結合する該酵母細胞を単離する、工程;ならびに  Isolating the yeast cells to which the first label binds; and
酵母により発現される該変異タンパク質の該特性を分析し、そして該野生型タンパク質の特性と比較する工程であって、ここで野生型タンパク質に対して増強した特性を有する変異タンパク質を提示する酵母細胞が選択される、工程、  Analyzing the properties of the mutant protein expressed by yeast and comparing it with the properties of the wild type protein, wherein the yeast cells present the mutant protein having enhanced properties relative to the wild type protein Is selected, process,
を含む、方法。Including a method.

(項目2) 前記表現型特性が、表面発現レベル、安定性、結合定数、および解離定数からなる群から選択される、項目1に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein the phenotypic characteristic is selected from the group consisting of surface expression level, stability, association constant, and dissociation constant.

(項目3) 前記試験されるタンパク質が、抗体、Fab、Fv、またはscFv抗体フラグメントである、項目1に記載の方法。3. The method of claim 1, wherein the protein being tested is an antibody, Fab, Fv, or scFv antibody fragment.

(項目4) 前記試験されるタンパク質が細胞表面レセプターのリガンド結合ドメインである、項目1に記載の方法。4. The method of claim 1, wherein the protein being tested is a ligand binding domain of a cell surface receptor.

(項目5) 前記細胞表面レセプターがT細胞レセプターである、項目4に記載の方法。(Item 5) The method according to item 4, wherein the cell surface receptor is a T cell receptor.

(項目6) 前記試験されるタンパク質が、そのN末端により前記酵母細胞壁タンパク質のC末端に融合される、項目1に記載の方法。6. The method of claim 1, wherein the protein to be tested is fused to the C-terminus of the yeast cell wall protein by its N-terminus.

(項目7) 前記酵母細胞壁タンパク質がアグルチニンである、項目1に記載の方法。(Item 7) The method according to item 1, wherein the yeast cell wall protein is agglutinin.

(項目8) 項目1に記載の方法であって、ここで前記酵母株がSaccharomyces、Pichia、Hansenula、Schizosaccharomyces、Kluyveromyces、Yarrowia、およびCandidaからなる群から選択される属である、方法。(Item 8) The method according to item 1, wherein the yeast strain is a genus selected from the group consisting of Saccharomyces, Pichia, Hansenula, Schizosaccharomyces, Kluyveromyces, Yarrowia, and Candida.

(項目9) 前記試験されるタンパク質の前記変異体が、単一の変異体および複数の変異体からなる群から選択される、項目1に記載の方法。9. The method of claim 1, wherein the variant of the protein being tested is selected from the group consisting of a single variant and a plurality of variants.

(項目10) 前記第1の標識が、前記試験されるタンパク質に対するリガンドに付着された磁性粒子および蛍光標識からなる群から選択される、項目1に記載の方法。10. The method of claim 1, wherein the first label is selected from the group consisting of magnetic particles and fluorescent labels attached to a ligand for the protein being tested.

(項目11) 増強した表現型特性を有する目的の変異したタンパク質の選択が、前記富化および標識する工程の反復サイクルを含む、項目1に記載の方法。11. The method of claim 1, wherein the selection of a mutated protein of interest having enhanced phenotypic characteristics comprises repeated cycles of the enrichment and labeling steps.

(項目12) 項目1に記載の方法であって、さらに以下:(Item 12) The method according to item 1, further comprising:
前記酵母細胞を第2の標識で標識する工程であって、ここで該酵母細胞を形質転換するために使用される前記ベクターが、融合ポリペプチドを産生するために前記試験されるタンパク質に融合されるポリペプチド配列を発現するための手段を含み、そして該第2の標識が、該融合ポリペプチドを発現する酵母細胞と結合し、そして該融合ポリペプチドを発現しない酵母細胞と結合しない、工程;  Labeling said yeast cell with a second label, wherein said vector used to transform said yeast cell is fused to said protein to be tested to produce a fusion polypeptide. Means for expressing a polypeptide sequence, and wherein the second label binds to a yeast cell that expresses the fusion polypeptide and does not bind to a yeast cell that does not express the fusion polypeptide;
該第2の標識を定量することによって形質転換された酵母集団を富化する工程であって、ここで該第2の標識の出現が、細胞表面上に発現される該融合ポリペプチドの量に正比例する、工程;ならびに  Enriching the transformed yeast population by quantifying the second label, wherein the appearance of the second label is related to the amount of the fusion polypeptide expressed on the cell surface. Directly proportional to the process; and
前記試験されるタンパク質の表面発現レベルを決定するために、該第2の標識の前記定量と前記第1の標識の該定量とを比較する、工程、  Comparing the quantification of the second label and the quantification of the first label to determine the surface expression level of the protein to be tested;
を含む、方法。Including a method.

(項目13) 項目12に記載の方法であって、ここで試験される野生型タンパク質の表面発現レベルと比較して前記試験される変異タンパク質の該表面発現レベルにおける増加が、該変異タンパク質の所望の表現型特性について選択するために使用され得る、方法。(Item 13) The method according to item 12, wherein an increase in the surface expression level of the mutant protein to be tested compared to the surface expression level of the wild type protein to be tested here is a desired value of the mutant protein. A method that can be used to select for phenotypic characteristics of

(項目14) 前記表現型特性が、細胞内発現レベル、安定性、結合定数、解離定数、分泌のレベル、および可溶性からなる群から選択される、項目13に記載の方法。14. The method of claim 13, wherein the phenotypic characteristic is selected from the group consisting of intracellular expression level, stability, association constant, dissociation constant, secretion level, and solubility.

(項目15) 前記第2の標識により認識される前記融合ポリペプチドの前記ポリペプチド部分がエピトープタグである、項目12に記載の方法。(Item 15) The method according to item 12, wherein the polypeptide portion of the fusion polypeptide recognized by the second label is an epitope tag.

(項目16) 前記第1の標識および前記第2の標識が蛍光標識である、項目12に記載の方法。(Item 16) The method according to item 12, wherein the first label and the second label are fluorescent labels.

(項目17) 項目1に記載の方法であって、さらに以下の工程:(Item 17) The method according to item 1, further comprising the following steps:
真核生物中での発現に適合したベクター中に前記選択された変異タンパク質をコードする遺伝子をクローニングする、工程;および  Cloning the gene encoding the selected mutant protein into a vector adapted for expression in a eukaryote; and
該真核生物中で該変異タンパク質を発現させる工程であって、ここで該変異タンパク質の前記増強した特性が、前記野生型タンパク質の特性と該変異タンパク質の該増強した特性の特性とを比較することによって確認される、工程、  Expressing the mutant protein in the eukaryote, wherein the enhanced property of the mutant protein compares the property of the wild-type protein with the property of the enhanced property of the mutant protein. Confirmed by the process,
を含む、方法。Including a method.

(項目18) 前記真核生物が、哺乳動物、昆虫および酵母からなる群から選択される、項目17に記載の方法。(Item 18) The method according to item 17, wherein the eukaryote is selected from the group consisting of mammals, insects and yeasts.

(項目19) 項目1に記載の方法であって、さらに以下:(Item 19) The method according to item 1, further comprising:
原核生物中での発現に適合したベクター中に前記選択された変異タンパク質をコードする遺伝子をクローニングする、工程;および  Cloning the gene encoding the selected mutant protein into a vector adapted for expression in prokaryotes; and
該原核生物中に該変異体タンパク質を発現させる工程であって、ここで該変異タンパク質の前記増強した特性が、前記野生型タンパク質の特性と該変異タンパク質の該増強した特性の特性とを比較することによって確認される、工程、  Expressing the mutant protein in the prokaryote, wherein the enhanced property of the mutant protein compares the property of the wild-type protein with the property of the enhanced property of the mutant protein. Confirmed by the process,
を含む、方法。Including a method.

(項目20) 酵母細胞表面上の表示可能性についてタンパク質を選択するための方法であって、以下:(Item 20) A method for selecting a protein for displayability on the surface of a yeast cell, comprising:
酵母細胞壁タンパク質に融合された試験されるタンパク質を発現するベクターを用いて、酵母細胞を形質転換する工程であって、ここで変異誘発を用いて、該試験されるタンパク質の変異体の変化に富んだ集団を生成する、工程;  A process for transforming yeast cells with a vector expressing a protein to be tested fused to a yeast cell wall protein, wherein mutagenesis is used to enrich the variation of the protein to be tested. Generating a population, process;
第1の標識を用いて該酵母細胞を標識する工程であって、ここで該第1の標識は、該試験されるタンパク質を発現する酵母と結合し、そして該試験されるタンパク質を発現しない酵母と結合しない、工程;  Labeling said yeast cells with a first label, wherein said first label binds to yeast expressing said protein to be tested and does not express said protein to be tested Not combined with the process;
該第1の標識を定量することによって該第1の標識が結合する該酵母細胞を単離する工程であって、ここで該第1の標識の高い出現は、該試験されるタンパク質が所望のディスプレイ特性を有することを示し、そして該第1の標識の低い出現は、該試験されるタンパク質が所望のディスプレイ特性を有さないことを示す、工程、  Isolating the yeast cells to which the first label binds by quantifying the first label, wherein the high appearance of the first label is that the protein being tested is desired Indicating that the first label has a display property and the low appearance of the first label indicates that the protein being tested does not have the desired display property;
を含む、方法。Including a method.

(項目21) 前記試験されるタンパク質が、抗体、Fab、Fv、またはscFv抗体フラグメントである、項目20に記載の方法。21. The method of claim 20, wherein the protein being tested is an antibody, Fab, Fv, or scFv antibody fragment.

(項目22) 前記試験されるタンパク質が細胞表面レセプターのリガンド結合ドメインである、項目20に記載の方法。22. The method of claim 20, wherein the protein being tested is a ligand binding domain of a cell surface receptor.

(項目23) 前記細胞表面レセプターがT細胞レセプターである、項目22に記載の方法。(Item 23) The method according to item 22, wherein the cell surface receptor is a T cell receptor.

本発明の1つの実施態様において、タンパク質−タンパク質結合に接近可能な形態でポリペプチドを酵母細胞壁につなぐ(tethering)ための遺伝子方法が提供される。この方法を蛍光活性化セルソーティングと組合わせることは、別の分子に対する増加または減少した親和性、変化した特異性、あるいは条件的な結合を有するタンパク質を選択する手段を提供する。   In one embodiment of the invention, a genetic method is provided for tethering a polypeptide to the yeast cell wall in a form accessible to protein-protein binding. Combining this method with fluorescence activated cell sorting provides a means of selecting proteins with increased or decreased affinity for another molecule, altered specificity, or conditional binding.

本発明の別の実施態様において、酵母Aga2p細胞壁タンパク質のC末端に目的のポリペプチドを遺伝的に融合する方法が提供される。接合の条件下で、各酵母細胞の外壁は、アグルチニンと呼ばれる約104タンパク質分子を含む。このアグルチニンは、接合中に反対の接合型の酵母細胞の接着を媒介するために特定の接触として働く。実際には、酵母は、細胞壁成分からの立体障害なしにタンパク質−タンパク質結合のためのプラットフォームを進化した。アグルチニンに抗体を付着することによって、免疫系におけるB細胞による、抗体の細胞表面ディスプレイを効果的に模倣し得る。 In another embodiment of the invention, a method is provided for genetically fusing a polypeptide of interest to the C-terminus of a yeast Aga2p cell wall protein. Under conjugation conditions, the outer wall of each yeast cell contains about 10 4 protein molecules called agglutinin. This agglutinin serves as a specific contact to mediate adhesion of the opposite mating type yeast cells during mating. In fact, yeast has evolved a platform for protein-protein binding without steric hindrance from cell wall components. By attaching the antibody to agglutinin, it can effectively mimic the cell surface display of the antibody by B cells in the immune system.

別の実施態様において、9残基エピトープ(HA)タグをAGA2タンパク質のC末端に融合する方法が提供される。この短いペプチドは、細胞の固定または消化なしに溶液中の抗体に対する細胞表面上での接近可能であり、そしてフローサイトメトリーまたは蛍光顕微鏡により検出され得る。従って、酵母は、ペプチドを表示するために使用され得る。   In another embodiment, a method of fusing a 9 residue epitope (HA) tag to the C-terminus of an AGA2 protein is provided. This short peptide is accessible on the cell surface to antibodies in solution without cell fixation or digestion and can be detected by flow cytometry or fluorescence microscopy. Thus, yeast can be used to display peptides.

さらに別の実施態様において、4−4−20モノクローナル抗体のscFvフラグメントをAGA2タンパク質のC末端に融合する方法が提供され、このフラグメントは、細胞表面上で接近可能であり、そして細胞の任意の固定または消化なしに蛍光抗原を結合し、そしてフローサイトメトリまたは蛍光顕微鏡により検出され得る。従って、酵母を使用し、抗体フラグメントを表示し得る。   In yet another embodiment, a method is provided for fusing a scFv fragment of a 4-4-20 monoclonal antibody to the C-terminus of AGA2 protein, the fragment being accessible on the cell surface and any immobilization of cells. Alternatively, fluorescent antigen can be bound without digestion and detected by flow cytometry or fluorescence microscopy. Thus, yeast can be used to display antibody fragments.

本発明の1つの局面において、以下の工程を含む所望の結合特性を有するタンパク質を選択するための方法を提供する:酵母細胞壁結合タンパク質にN末端で融合された、試験されるタンパク質を発現するベクターを用いて酵母細胞を形質転換する工程;酵母細胞を第1の標識で標識する工程、ここで第1の標識が上記の試験されるタンパク質を発現する酵母と結合し、そして上記の試験されるタンパク質を発現しない酵母と結合しない、工程;この第1の標識と結合する酵母細胞について選択する工程;ならびに第1の標識を定量する工程、ここで第1の標識の高い出現は、試験されるタンパク質が所望の結合特性を有することを示し、ここで第1の標識の低い出現は、試験されるタンパク質が所望の結合特性を有さないことを示す、工程。   In one aspect of the invention, a method is provided for selecting a protein having a desired binding characteristic comprising the following steps: a vector expressing the protein to be tested fused N-terminally to a yeast cell wall binding protein. Transforming the yeast cells with a step of labeling the yeast cells with a first label, wherein the first label binds to the yeast expressing the protein to be tested and is tested as described above. Not binding to yeast that does not express the protein; selecting for yeast cells that bind to the first label; and quantifying the first label, where the high appearance of the first label is tested A process indicating that the protein has the desired binding properties, wherein a low appearance of the first label indicates that the protein being tested does not have the desired binding properties.

本発明の好ましい実施態様はさらに、以下の工程を含む:酵母細胞を第2の標識で標識する工程、ここで第2の標識が、この試験されかつベクターによりコードされたタンパク質に融合されたエピトープタグを発現する酵母と結合し、そしてベクターによりコードされるエピトープタグを発現しない酵母と結合しない、工程;第2の標識を定量する工程、ここで上記第2の標識の出現は、酵母細胞表面上の試験されるエピトープタグ化タンパク質の発現コピー数を示す、工程、ならびに第2の標識の出現に対して基準化された第1の標識の出現を決定するために第2の標識の定量と第1の標識の定量を比較する工程、ここで第2の標識の出現と比較して高い第1の標識の出現は、試験されるタンパク質が所望の結合特性を有することを示す、工程。   A preferred embodiment of the present invention further comprises the following steps: labeling the yeast cell with a second label, wherein the second label is fused to the protein encoded by this tested and vector. Binding to yeast expressing the tag and not binding to yeast not expressing the epitope tag encoded by the vector; quantifying the second label, wherein the appearance of the second label is the yeast cell surface A step indicating the expression copy number of the epitope-tagged protein tested above, as well as the quantification of the second label to determine the appearance of the first label normalized to the appearance of the second label; Comparing the quantification of the first label, wherein the appearance of the first label being high compared to the appearance of the second label indicates that the protein being tested has the desired binding properties; Degree.

本発明の別の好ましい実施態様は、以下の工程を含む:試験されるタンパク質への結合について第1の標識と競合する第3の標識を用いて酵母細胞を標識する工程;第1の標識で酵母細胞を標識する工程;第1の標識を定量する工程;第2の標識で酵母細胞を標識する工程;第2の標識を定量する工程;ならびに第2の標識の出現に対して基準化された第1の標識の出現を決定するために、第2の標識の定量と第1の標識の定量を比較する工程、ここで第2の標識の出現と比較して低い第1の標識の出現は、試験されるタンパク質が所望の結合特性を有することを示す、工程。   Another preferred embodiment of the present invention comprises the following steps: labeling yeast cells with a third label that competes with the first label for binding to the protein being tested; with the first label Labeling yeast cells; quantifying a first label; labeling yeast cells with a second label; quantifying a second label; and normalized to the appearance of the second label Comparing the quantification of the second label and the quantification of the first label to determine the appearance of the first label, wherein the appearance of the first label is low compared to the appearance of the second label Indicates that the protein being tested has the desired binding properties.

本発明の1つの実施態様において、第1の標識は、リガンドに付着された蛍光標識であり、そして第2の標識は、抗体に付着された蛍光標識である。この標識が蛍光である場合、この定量工程を、フローサイトメトリーまたは共焦点蛍光顕微鏡によって実行する。   In one embodiment of the invention, the first label is a fluorescent label attached to the ligand and the second label is a fluorescent label attached to the antibody. If the label is fluorescent, the quantification step is performed by flow cytometry or confocal fluorescence microscopy.

本発明の別の局面は、本発明の方法を実行するためのベクターを提供し、ベクターは、目的のタンパク質のN末端に融合された細胞壁結合タンパク質を含む。本発明のこの局面の好ましい実施態様は、酵母細胞中で目的のタンパク質に融合されたポリペプチドエピトープタグを発現するための手段を含む。より好ましい実施態様は、この細胞壁結合タンパク質が酵母アグルチニンタンパク質の結合サブユニットであり、さらにより好ましくは、酵母アグルチニン結合サブユニットがAga2pであることを提供する。   Another aspect of the invention provides a vector for carrying out the method of the invention, the vector comprising a cell wall binding protein fused to the N-terminus of the protein of interest. Preferred embodiments of this aspect of the invention include means for expressing a polypeptide epitope tag fused to a protein of interest in yeast cells. A more preferred embodiment provides that the cell wall binding protein is a binding subunit of a yeast agglutinin protein, and even more preferably, the yeast agglutinin binding subunit is Aga2p.

本発明の本局面の別の好ましい実施態様は、エピトープタグアミノ酸配列が、YPYDVPDYA(HA)(配列番号1)、EQKLISEEDL(c−myc)(配列番号2)、DTYRYI(配列番号3)、TDFYLK(配列番号4)、EEEEYMPME(配列番号5)、KPPTPPPEPET(配列番号6)、HHHHHH(配列番号7)、RYIRS(配列番号8)、またはDYKDDDDK(配列番号9)の群から選択されること、ならびに目的のタンパク質のN末端が、細胞壁結合タンパク質のC末端に融合されることを提供する。   Another preferred embodiment of this aspect of the invention is that the epitope tag amino acid sequence is YPYDVPDYA (HA) (SEQ ID NO: 1), EQKLISEEDL (c-myc) (SEQ ID NO: 2), DTYRYI (SEQ ID NO: 3), TDFYLK ( Selected from the group of SEQ ID NO: 4), EEEEYMPME (SEQ ID NO: 5), KPPTPPPPEPET (SEQ ID NO: 6), HHHHHH (SEQ ID NO: 7), RYIRS (SEQ ID NO: 8), or DYKDDDDK (SEQ ID NO: 9), and purpose It is provided that the N-terminus of this protein is fused to the C-terminus of the cell wall binding protein.

本発明のなお別の好ましい実施態様において、野生型タンパク質の表現型特性と比較して増強した表現型特性を有するタンパク質を選択するための方法が提供され、この方法は、以下の工程を含む:酵母細胞壁タンパク質に融合された試験されるタンパク質を発現するベクターを用いて酵母細胞を形質転換する工程であって、ここで変異誘発を使用し、試験されるタンパク質の変異体の変化に富んだ集団を生成する、工程;第1の標識で酵母細胞を標識する工程であって、ここで第1の標識が、試験されるタンパク質を発現する酵母と結合し、そして試験されるタンパク質を発現しない酵母と結合しない、工程;第1の標識と結合する酵母細胞を単離する工程;ならびに野生型タンパク質の特性を有する酵母細胞により発現される変異タンパク質の特性を分析かつ比較する工程であって、ここで野生型タンパク質に対して増強した特性を有する変異タンパク質を提示する酵母細胞が選択される、工程。上記のように、第2および/または第3の標識を本実施態様に用い得、そして増強した表現型特性を有する目的の変異タンパク質の選択が、富化工程および標識する工程の反復サイクルを含み得る。   In yet another preferred embodiment of the present invention, a method is provided for selecting a protein having enhanced phenotypic characteristics compared to the phenotypic characteristics of the wild-type protein, the method comprising the following steps: A process for transforming yeast cells with a vector that expresses a protein to be tested fused to a yeast cell wall protein, wherein mutagenesis is used to enrich for the variation of the protein variant being tested. Labeling yeast cells with a first label, wherein the first label binds to a yeast that expresses the protein to be tested and does not express the protein to be tested Isolating yeast cells that bind to the first label; and a mutant tamper expressed by yeast cells having the properties of a wild-type protein A process of analyzing and comparing the characteristics of quality, yeast cells displaying mutant proteins with enhanced properties relative to the wild type protein, where is selected, step. As noted above, the second and / or third label may be used in this embodiment, and the selection of the mutant protein of interest having enhanced phenotypic characteristics includes an iterative cycle of the enrichment step and the labeling step. obtain.

好ましい実施態様において、酵母細胞壁タンパク質がアグルチニンであり;試験されるタンパク質が結合サブユニットアグルチニンのC末端にそのN末端により融合され;酵母株が、Saccharomyces、Pichia、Hansenula、Schizosaccharomyces、Kluyveromyces、Yarrowia、およびCandidaからなる群から選択される属であり;試験されるタンパク質が、抗体、Fab、Fv、またはscFv抗体フラグメントであり、より好ましくは、試験されるタンパク質が細胞表面レセプターのリガンド結合ドメインであり、さらにより好ましくは、細胞表面レセプターは、T細胞レセプターである。   In a preferred embodiment, the yeast cell wall protein is agglutinin; the protein to be tested is fused by its N-terminus to the C-terminus of the binding subunit agglutinin; the yeast strain is And the protein to be tested is an antibody, Fab, Fv, or scFv antibody fragment, more preferably the protein to be tested is a ligand binding domain of a cell surface receptor Even more preferably, the cell surface receptor is a T cell receptor.

本発明の目的は、表面発現、安定性、結合定数、解離定数、分泌のレベル、および可溶性からなる群から選択される増強した表現型特性を示す変異タンパク質を選択するための方法を提供することであり、ここで試験されるタンパク質の変異体は、単一の変異または複数の変異を含み得る。   An object of the present invention is to provide a method for selecting mutant proteins that exhibit enhanced phenotypic characteristics selected from the group consisting of surface expression, stability, association constant, dissociation constant, secretion level, and solubility. And the protein variants tested here may comprise a single mutation or multiple mutations.

さらに別の実施態様において、第2の標識を使用し、細胞表面発現レベルを定量的に決定し得、これは、他の所望の表現型特性(例えば、細胞内発現、安定性、結合定数、解離定数、分泌のレベル、および可溶性)について選択するためのアッセイとして使用され得る。   In yet another embodiment, a second label can be used to quantitatively determine cell surface expression levels, which can include other desired phenotypic characteristics (eg, intracellular expression, stability, binding constant, It can be used as an assay to select for (dissociation constant, level of secretion, and solubility).

別の実施態様において、本発明の方法により選択される変異体タンパク質は、この選択される変異体タンパク質をコードする遺伝子を真核生物における発現のために適合されたベクターにクローニングすることにより;およびその真核生物においてこの変異体タンパク質を発現することにより、さらに特徴付けられ得る。ここで、この変異体タンパク質の増強された特性は、この変異体タンパク質の増強された特性の表現型特性を、野生型タンパク質の特性と比較することにより確認される。好ましくは、この真核生物は、哺乳動物、昆虫、または酵母からなる群から選択される。選択される変異体の表現型は、「新しい」(すなわち、変異型の)タンパク質の遺伝的特性であるので、このアプローチはまた、他の非真核生物発現系におけるこの変異体の発現に適用可能である。   In another embodiment, the mutant protein selected by the method of the invention is obtained by cloning the gene encoding the selected mutant protein into a vector adapted for expression in eukaryotes; and It can be further characterized by expressing this mutant protein in its eukaryote. Here, the enhanced properties of the mutant protein are confirmed by comparing the enhanced phenotypic properties of the mutant protein with those of the wild-type protein. Preferably, the eukaryote is selected from the group consisting of mammals, insects or yeasts. Since the variant phenotype chosen is the genetic property of the “new” (ie variant) protein, this approach can also be applied to the expression of this variant in other non-eukaryotic expression systems. Is possible.

酵母表面提示、およびフローサイトメトリーよる選別が、T細胞レセプターのVb8領域に特異的なscFv変異体を単離するために使用されてきた。選択は、2つの蛍光標識プローブ(可溶性Vb8ドメイン、およびscFvのカルボキシ末端に存在するc−mycエピトープタグに対する抗体)による平衡結合に基づいた。このスクリーニングで選択された変異体は、Vb8に関する3倍増加された親和性を有するscFv、および抗c−myc抗体により減少した親和性で結合されたscFvクローンを含んだ。後者の発見は、酵母提示系が、立体配置的なエピトープ(標準的ペプチドスクリーニングにより明らかにされ得ない)のマッピングに使用され得ることを示す。平衡抗原結合定数は、表面提示形式内で評価され得、このことにより、サブクローニングおよび可溶性発現を必要とすることなく、単離された変異体のスクリーニングが可能になる。ランダムに突然変異されたscFvを提示する酵母細胞の比較的小さいライブラリー(3×105)のみをスクリーニングして、これらの変異体を同定した。このことは、この系が、真核生物分泌タンパク質および細胞表面タンパク質の結合特性を操作するための強力な手段を提供することを示した。 Yeast surface display and selection by flow cytometry have been used to isolate scFv variants specific for the Vb8 region of the T cell receptor. Selection was based on equilibrium binding by two fluorescently labeled probes (soluble Vb8 domain and an antibody against the c-myc epitope tag present at the carboxy terminus of the scFv). Mutants selected in this screen included scFv with a 3-fold increased affinity for Vb8, and scFv clones bound with reduced affinity by anti-c-myc antibody. The latter finding indicates that the yeast display system can be used for mapping conformational epitopes (which cannot be revealed by standard peptide screening). Equilibrium antigen binding constants can be evaluated in a surface display format, which allows for screening of isolated mutants without the need for subcloning and soluble expression. Only a relatively small library (3 × 10 5 ) of yeast cells displaying randomly mutated scFv was screened to identify these variants. This indicated that this system provides a powerful means to manipulate the binding properties of eukaryotic secreted proteins and cell surface proteins.

本発明のこの局面の別の好ましい実施態様は、その通常の(「野生型」)配列として提示されないタンパク質を提示する方法を提供する。示される実施例において、抗原に対するT細胞レセプターは、その「野生型」配列として発現されなかった。しかし、ランダム突然変異、適切な立体配置特異的抗体を用いるフローサイトメトリーによる選択の後、この変異体レセプターを酵母細胞表面上に発現した。このストラテジーにより、新規なT細胞レセプターの発見が可能になり、そしてこのストラテジーは、事実上、任意のポリペプチドの提示のための方法を提供する。従って、本発明はまた、酵母細胞表面上での提示可能性についてタンパク質を選択するための方法を提供し、この方法は、以下の工程:酵母細胞を、試験されるタンパク質を酵母細胞壁タンパク質と融合して発現するベクターで形質転換する工程であって、試験されるタンパク質の変異体のまだらな集団を生成するために突然変異を使用する、工程;酵母細胞を第1の標識で標識する工程であって、第1の標識が、試験されるタンパク質を発現する酵母と結合し、かつ試験されるタンパク質を発現しない酵母と結合しない、工程;第1の標識が結合する酵母細胞を、第1の標識を定量することにより単離する工程であって、第1の標識の高い存在は、試験されるタンパク質が所望の提示特性を有することを示し、そしてここで、第1の標識の低い存在は、試験されるタンパク質が所望の提示特性を有さないことを示す、工程を包含する。好ましくは、試験されるタンパク質は、抗体、Fab抗体フラグメント、Fv抗体フラグメント、またはscFv抗体フラグメント、あるいは、細胞表面レセプターのリガンド結合ドメインである。細胞表面レセプターの代表的な例は、T細胞レセプターである。
本発明の他の、そしてさらなる局面、特徴、および利点は、以下の、開示の目的のために提供される本発明の現在の好ましい実施態様の記載から明らかである。
Another preferred embodiment of this aspect of the invention provides a method of presenting a protein that is not presented as its normal ("wild type") sequence. In the example shown, the T cell receptor for the antigen was not expressed as its “wild type” sequence. However, this mutant receptor was expressed on the surface of yeast cells after random mutation, selection by flow cytometry using the appropriate configuration specific antibody. This strategy allows the discovery of new T cell receptors and provides a method for the presentation of virtually any polypeptide. Thus, the present invention also provides a method for selecting proteins for displayability on the yeast cell surface, which method comprises the following steps: fusing the yeast cell, the protein to be tested with the yeast cell wall protein Transforming with a vector to be expressed, wherein the mutation is used to generate a mottled population of mutants of the protein being tested; labeling the yeast cells with a first label The first label binds to the yeast that expresses the protein to be tested and does not bind to the yeast that does not express the protein to be tested; the yeast cell to which the first label binds is Isolating by quantifying the label, wherein a high presence of the first label indicates that the protein being tested has the desired display properties, and wherein There have encompasses protein to be tested indicates that no desired presentation characteristics, the process. Preferably, the protein to be tested is an antibody, Fab antibody fragment, Fv antibody fragment, or scFv antibody fragment, or a ligand binding domain of a cell surface receptor. A typical example of a cell surface receptor is the T cell receptor.
Other and further aspects, features and advantages of the present invention will be apparent from the following description of the presently preferred embodiments of the invention provided for the purpose of disclosure.

図1は、模式図であり、酵母提示によるインビトロ親和性成熟を示す。FIG. 1 is a schematic diagram showing in vitro affinity maturation by yeast display. 図2は、酵母上での表面提示の模式図を示す。赤血球凝集素抗原(HA)由来の9アミノ酸ペプチドのエピトープが、a−アグルチニンのAga2pサブユニットのC末端、続いて、4−4−20抗フルオレセインscFv配列と融合された。さらなる10残基エピトープタグ(c−myc)が、scFvのC末端で融合され、これにより、HAタグかc−mycタグのいずれかにより、抗原結合から独立している融合提示の定量が可能になった。HAタグまたはc−mycタグを使用して、二重標識フローサイトメトリーにおける提示された融合タンパク質の数の変動を正規化し得る。FIG. 2 shows a schematic diagram of surface presentation on yeast. An epitope of a 9 amino acid peptide from the hemagglutinin antigen (HA) was fused to the C-terminus of the Aga2p subunit of a-agglutinin, followed by the 4-4-20 anti-fluorescein scFv sequence. An additional 10-residue epitope tag (c-myc) is fused at the C-terminus of the scFv, allowing quantification of fusion presentation independent of antigen binding by either the HA tag or the c-myc tag. became. The HA tag or c-myc tag can be used to normalize variations in the number of presented fusion proteins in dual-labeled flow cytometry. 図3は、酵母表面提示のためのベクターを示す。図3Aは、ベクターpCT202の構造を示す。図3Bは、特異的制限部位およびガラクトースによる転写調節、N末端HAタグおよびC末端c−mycエピトープタグ、ならびにFactor XAプロテアーゼ切断部位を示す。FIG. 3 shows a vector for yeast surface display. FIG. 3A shows the structure of vector pCT202. FIG. 3B shows specific restriction sites and transcriptional regulation by galactose, N-terminal HA tag and C-terminal c-myc epitope tag, and Factor XA protease cleavage site. 図4は、提示された融合物が、蛍光技術により検出され得ることを実証し、a−c−myc/a−mouse−PEで標識された酵母のフローサイトメトリーのヒストグラムを示す。FIG. 4 demonstrates that the presented fusion can be detected by fluorescence techniques and shows a flow cytometry histogram of yeast labeled with a-c-myc / a-mouse-PE. 図5は、4−4−20 scFvによる抗原結合が、蛍光により検出され得ることを示し、FITC−デキストラン(2×106Da)で標識された酵母のフローサイトメトリーのヒストグラムを示す。FIG. 5 shows that antigen binding by 4-4-20 scFv can be detected by fluorescence and shows a flow cytometry histogram of yeast labeled with FITC-dextran (2 × 10 6 Da). 図6は、4−4−20活性およびc−mycが、同時に検出され得ることを示し、そして蛍光シグナルの1:1の相関を実証する;従って、強度シグナル1(FITC)における変動は、シグナル2(PE)の強度により、目的のタンパク質の発現における細胞間の変動を正規化し得る。FIG. 6 shows that 4-4-20 activity and c-myc can be detected simultaneously and demonstrate a 1: 1 correlation of fluorescence signal; thus, variation in intensity signal 1 (FITC) An intensity of 2 (PE) can normalize cell-to-cell variation in the expression of the protein of interest. 図7は、AGA2−HA−4−4−20−c−myc遺伝子カセットの配列を示す。FIG. 7 shows the sequence of the AGA2-HA-4-4-20-c-myc gene cassette. 図8は、scFvを提示する酵母の共焦点顕微鏡画像を示す。HAペプチド(図8A)またはscFv融合物(図8B)の表面発現を指向するプラスミドを含む酵母が、mAb 9E10、続いて2次抗マウスIgG−R−フィコエリトリン(PE)結合体およびFITC−デキストランで標識された。DIC(上のパネル)、赤色PE蛍光(中のパネル)、および緑色FITC蛍光(下のパネル)画像を収集した。FIG. 8 shows a confocal microscopic image of yeast presenting scFv. Yeast containing plasmids directed against surface expression of HA peptides (FIG. 8A) or scFv fusions (FIG. 8B) were injected with mAb 9E10, followed by secondary anti-mouse IgG-R-phycoerythrin (PE) conjugate and FITC-dextran. Labeled. DIC (upper panel), red PE fluorescence (middle panel), and green FITC fluorescence (lower panel) images were collected. 図9は、scFvを提示する酵母のフローサイトメトリー分析を示す。図9Aは、無関係のペプチド(図9A)かまたは4−4−20 scFv(図9B)を提示する酵母株を、mAb 9E10およびFITC−デキストランで標識した。また、scFvを提示する細胞を、標識前に5mM DTTで処置した(図9C)。(i)9E10による標識化と結合したPE蛍光の1変量ヒストグラム;(ii)FITC蛍光の1変量ヒストグラム;(iii)PEとFITC蛍光との間の相関を示す2変量ヒストグラム。FIG. 9 shows a flow cytometric analysis of yeast presenting scFv. FIG. 9A shows that yeast strains displaying either an irrelevant peptide (FIG. 9A) or 4-4-20 scFv (FIG. 9B) were labeled with mAb 9E10 and FITC-dextran. Also, cells presenting scFv were treated with 5 mM DTT prior to labeling (FIG. 9C). (I) Univariate histogram of PE fluorescence combined with labeling with 9E10; (ii) Univariate histogram of FITC fluorescence; (iii) Bivariate histogram showing the correlation between PE and FITC fluorescence. 図9は、scFvを提示する酵母のフローサイトメトリー分析を示す。図9Aは、無関係のペプチド(図9A)かまたは4−4−20 scFv(図9B)を提示する酵母株を、mAb 9E10およびFITC−デキストランで標識した。また、scFvを提示する細胞を、標識前に5mM DTTで処置した(図9C)。(i)9E10による標識化と結合したPE蛍光の1変量ヒストグラム;(ii)FITC蛍光の1変量ヒストグラム;(iii)PEとFITC蛍光との間の関連を示す2変量ヒストグラム。FIG. 9 shows a flow cytometric analysis of yeast presenting scFv. FIG. 9A shows that yeast strains displaying either an irrelevant peptide (FIG. 9A) or 4-4-20 scFv (FIG. 9B) were labeled with mAb 9E10 and FITC-dextran. Also, cells presenting scFv were treated with 5 mM DTT prior to labeling (FIG. 9C). (I) Univariate histogram of PE fluorescence combined with labeling with 9E10; (ii) Univariate histogram of FITC fluorescence; (iii) Bivariate histogram showing the association between PE and FITC fluorescence. 図9は、scFvを提示する酵母のフローサイトメトリー分析を示す。図9Aは、無関係のペプチド(図9A)かまたは4−4−20 scFv(図9B)を提示する酵母株を、mAb 9E10およびFITC−デキストランで標識した。また、scFvを提示する細胞を、標識前に5mM DTTで処置した(図9C)。(i)9E10による標識化と結合したPE蛍光の1変量ヒストグラム;(ii)FITC蛍光の1変量ヒストグラム;(iii)PEとFITC蛍光との間の関連を示す2変量ヒストグラム。FIG. 9 shows a flow cytometric analysis of yeast presenting scFv. FIG. 9A shows that yeast strains displaying either an irrelevant peptide (FIG. 9A) or 4-4-20 scFv (FIG. 9B) were labeled with mAb 9E10 and FITC-dextran. Also, cells presenting scFv were treated with 5 mM DTT prior to labeling (FIG. 9C). (I) Univariate histogram of PE fluorescence combined with labeling with 9E10; (ii) Univariate histogram of FITC fluorescence; (iii) Bivariate histogram showing the association between PE and FITC fluorescence. 図10は、動態力学的選択およびフローサイトメトリーセル選別による、改良されたscFv改変体を提示する酵母の濃縮を実証する。突然変異された4−4−20 scFvを発現する酵母ライブラリー(図10A)、ならびに3回の動態力学的選択および増殖から生じる酵母のプール(図10B)が、5−アミノフルオレセインを有する蛍光抗原の競合解離に供され、FITC強度/PE強度の最も高い割合で、最も強固に結合する変異体を提示する細胞を残した。FIG. 10 demonstrates the enrichment of yeast displaying improved scFv variants by kinetic mechanical selection and flow cytometry cell sorting. Fluorescent antigen with a 5-aminofluorescein yeast library expressing mutated 4-4-20 scFv (FIG. 10A), and a pool of yeast resulting from three kinetic selections and growth (FIG. 10B) The cells that were subjected to the competitive dissociation of the cells and presenting the mutants that bound most strongly at the highest ratio of FITC intensity / PE intensity remained. 図10は、動態力学的選択およびフローサイトメトリーセル選別による、改良されたscFv改変体を提示する酵母の濃縮を実証する。突然変異された4−4−20 scFvを発現する酵母ライブラリー(図10A)、ならびに3回の動態力学的選択および増殖から生じる酵母のプール(図10B)が、5−アミノフルオレセインを有する蛍光抗原の競合解離に供され、FITC強度/PE強度の最も高い割合で、最も強固に結合する変異体を提示する細胞を残した。FIG. 10 demonstrates the enrichment of yeast displaying improved scFv variants by kinetic mechanical selection and flow cytometry cell sorting. Fluorescent antigen with 5-aminofluorescein, a mutated yeast library expressing 4-4-20 scFv (FIG. 10A), and a pool of yeast resulting from three kinetic selections and growth (FIG. 10B) The cells that were subjected to the competitive dissociation of the cells and presenting the mutants that bound most strongly at the highest ratio of FITC intensity / PE intensity remained. 図11は、フルオレセインと表面提示されたscFvとの間の相互作用の解離動態力学を示す。4−4−20 scFvを提示する酵母(丸)、ライブラリーから単離された変異体4M1.1(四角)、および変異体4M1.2(三角)は、mAb 9E10およびFITC−デキストランで標識された。5−アミノフルオレセインが、競合剤として添加された。細胞の9E10陽性集団のFITC蛍光の平均強度は、時間の関数に従った。この直線の傾きは、動態力学的解離速度に等しく、そして時間t=0での外挿値は、相互作用の結合価に等しい。MFIi=時間t=iでの酵母の相対的平均蛍光強度。FIG. 11 shows the dissociation kinetics of the interaction between fluorescein and surface presented scFv. Yeast presenting 4-4-20 scFv (circle), mutant 4M1.1 (square) isolated from the library, and mutant 4M1.2 (triangle) are labeled with mAb 9E10 and FITC-dextran It was. 5-aminofluorescein was added as a competitor. The mean intensity of FITC fluorescence of the 9E10 positive population of cells followed a function of time. The slope of this straight line is equal to the kinetic mechanical dissociation rate, and the extrapolated value at time t = 0 is equal to the valence of the interaction. MFI i = relative average fluorescence intensity of yeast at time t = i. 図12は、酵母表面に提示されたscFv−KJ16(影をつけた)およびコントロールAga2p/HA(影をつけていない)の、発現レベルおよび抗原結合特性を示す。酵母EBY100株は、酵母提示ベクターpCT202にクローン化されたscFv−KJ16またはpCT202ベクター単独で形質転換された。20℃で一晩のガラクトース培地での誘導の後、細胞を蛍光抗体で染色し、そしてフローサイトメトリーで分析した。(図12A)マウス抗HA Mab(12CA5)に続いてFITC標識ヤギ抗マウスIgGで染色された、scFv−KJ16/酵母またはAga2p/HA/酵母、(図12B)マウス抗c−myc Mab(9E10)に続いてFITC標識ヤギ抗マウスIgGで染色された、scFv−KJ16/酵母またはAga2p/HA/酵母、(図12C)約10nMのビオチン化scTCRに続いてストレプトアビジン−フィコエリトリン結合体で染色された、scFv−KJ16/酵母またはAga2p/HA/酵母、および(図12D)ビオチン化scTCRに続いて、100mg/mlのインタクトなIgG KJ16の存在下(影をつけた)または非存在下(影をつけていない)でストレプトアビジン−フィコエリトリン結合体で染色されたscFv−KJ16/酵母。FIG. 12 shows the expression levels and antigen binding properties of scFv-KJ16 (shaded) and control Aga2p / HA (unshaded) displayed on the yeast surface. Yeast EBY100 strain was transformed with scFv-KJ16 or pCT202 vector alone cloned into yeast display vector pCT202. Following induction in galactose medium overnight at 20 ° C., cells were stained with fluorescent antibody and analyzed by flow cytometry. (FIG. 12A) scFv-KJ16 / yeast or Aga2p / HA / yeast, mouse anti-c-myc Mab (9E10) stained with FITC-labeled goat anti-mouse IgG following mouse anti-HA Mab (12CA5) ScFv-KJ16 / yeast or Aga2p / HA / yeast, stained with FITC-labeled goat anti-mouse IgG, (FIG. 12C) stained with about 10 nM biotinylated scTCR followed by streptavidin-phycoerythrin conjugate. scFv-KJ16 / yeast or Aga2p / HA / yeast, and (Figure 12D) biotinylated scTCR followed by the presence (shaded) or absence (shaded) of 100 mg / ml intact IgG KJ16. Not dyed with streptavidin-phycoerythrin conjugate It has been scFv-KJ16 / yeast. 図13は、フローサイトメトリーにより決定された、scFv−KJ16を提示した細胞壁の平衡抗原結合等温式を示す。表面scFv−KJ16を提示する酵母EBY100株を、ビオチン化scTCRの濃度を変化させてインキュベートし、ストレプトアビジン−フィコエリトリン結合体で標識し、そしてフローサイトメトリーにより検出した。データを、スキャッチャード図として、または力価として(挿入図)プロットし、そして約500nMの有効KDを決定した。MFUは、平均蛍光単位をいう。FIG. 13 shows the equilibrium antigen binding isotherm of the cell wall presenting scFv-KJ16 as determined by flow cytometry. Yeast EBY100 strain displaying surface scFv-KJ16 was incubated with varying concentrations of biotinylated scTCR, labeled with streptavidin-phycoerythrin conjugate, and detected by flow cytometry. The data, as Scatchard diagram, or as titer (inset) was plotted, and determine the effective K D of approximately 500 nM. MFU refers to the average fluorescence unit. 図14は、二次元蛍光ヒストグラムおよびscFv−KJ16変異体を選択するために使用される選別ウィンドウを示す。提示ベクターpCT202にクローン化されたscFv−KJ16は、E.coli突然変異誘発遺伝子株XL1−Red(Stratagene)に形質転換され、そして6晩の増殖周期の間増殖された。変異体ライブラリーのプラスミドは、精製され、そしてEBY100酵母のLiAc形質転換(Gietzら、1995)に使用された。30℃での導入後、酵母は、蛍光活性化セルソーターを使用して選別された。(図14A)第1回のセル選別からの代表的ヒストグラム(選別ウィンドウが示される)、および(図14B)第4(最終)回の選別からの代表的ヒストグラム(選別ウィンドウに集団の濃縮を示す)。FIG. 14 shows the selection window used to select the two-dimensional fluorescence histogram and scFv-KJ16 mutant. ScFv-KJ16 cloned into the display vector pCT202 is E. coli. The E. coli mutagenesis gene strain XL1-Red (Stratagene) was transformed and grown for a 6 night growth cycle. Mutant library plasmids were purified and used for LiAc transformation of EBY100 yeast (Gietz et al., 1995). After introduction at 30 ° C., the yeast was screened using a fluorescence activated cell sorter. (FIG. 14A) Representative histogram from the first round of cell sorting (screening window is shown) and (FIG. 14B) Representative histogram from the fourth (final) round of sorting (showing population enrichment in the sorting window) ). 図14は、二次元蛍光ヒストグラムおよびscFv−KJ16変異体を選択するために使用される選別ウィンドウを示す。提示ベクターpCT202にクローン化されたscFv−KJ16は、E.coli突然変異誘発遺伝子株XL1−Red(Stratagene)に形質転換され、そして6晩の増殖周期の間増殖された。変異体ライブラリーのプラスミドは、精製され、そしてEBY100酵母のLiAc形質転換(Gietzら、1995)に使用された。30℃での導入後、酵母は、蛍光活性化セルソーターを使用して選別された。(図14A)第1回のセル選別からの代表的ヒストグラム(選別ウィンドウが示される)、および(図14B)第4(最終)回の選別からの代表的ヒストグラム(選別ウィンドウに集団の濃縮を示す)。FIG. 14 shows the selection window used to select the two-dimensional fluorescence histogram and scFv-KJ16 mutant. ScFv-KJ16 cloned into the display vector pCT202 is E. coli. The E. coli mutagenesis gene strain XL1-Red (Stratagene) was transformed and grown for a 6 night growth cycle. Mutant library plasmids were purified and used for LiAc transformation of EBY100 yeast (Gietz et al., 1995). After introduction at 30 ° C., the yeast was screened using a fluorescence activated cell sorter. (FIG. 14A) Representative histogram from the first round of cell sorting (screening window is shown) and (FIG. 14B) Representative histogram from the fourth (final) round of sorting (showing population enrichment in the sorting window) ). 図15は、図14Bに示される最終選別由来の10個のランダムに選択されたクローンについて、抗HA Mab、抗c−myc Mab、またはビオチン化scTCRに対する結合の平均レベルを示す。10個の変異体および野生型scFv−KJ16/酵母は、ガラクトース培地中で30℃で一晩誘導された。細胞は、マウス抗HA Mabに続くFITC標識ヤギ抗マウスIgGでの染色後(白色棒)、マウス抗c−mycに続くFITC標識ヤギ抗マウスIgGでの染色後(灰色棒)、またはビオチン化scTCR(約40nM)に続くストレプトアビジン−フィコエリトリン結合体での染色後(黒色棒)、フローサイトメトリーにより分析された。FIG. 15 shows the average level of binding to anti-HA Mab, anti-c-myc Mab, or biotinylated scTCR for 10 randomly selected clones from the final selection shown in FIG. 14B. Ten mutants and wild type scFv-KJ16 / yeast were induced overnight at 30 ° C. in galactose medium. Cells were stained with mouse anti-HA Mab followed by FITC-labeled goat anti-mouse IgG (white bar), mouse anti-c-myc followed by FITC-labeled goat anti-mouse IgG (grey bar), or biotinylated scTCR After staining with streptavidin-phycoerythrin conjugate (black bar) following (about 40 nM), it was analyzed by flow cytometry. 図16は、図4に示される3つの選択された変異体の、抗c−myc結合またはscTCR結合に関する蛍光標識分布を示す。3つのクラスのscFv−KJ16/酵母変異体は、抗c−mycおよびビオチン化scTCRに続き、FITC標識ヤギ抗マウスIgGおよびストレプトアビジン−フィコエリトリン結合体で二重染色され、次いで、図4に記載されるようにフローサイトメトリーにより分析された。各scFv−KJ16/酵母変異体(影をつけた)および野生型scFv−KJ16/酵母(影をつけない)についての蛍光分布が示される。図16Aおよび16B(mut4);図16Cおよび16D(mut7);図16Eおよび16F(mut10)。FIG. 16 shows the fluorescence label distribution for anti-c-myc binding or scTCR binding for the three selected mutants shown in FIG. Three classes of scFv-KJ16 / yeast mutants were double-stained with anti-c-myc and biotinylated scTCR followed by FITC-labeled goat anti-mouse IgG and streptavidin-phycoerythrin conjugate, then described in FIG. Were analyzed by flow cytometry. The fluorescence distribution for each scFv-KJ16 / yeast variant (shaded) and wild type scFv-KJ16 / yeast (unshaded) is shown. Figures 16A and 16B (mut4); Figures 16C and 16D (mut7); Figures 16E and 16F (mut10). 図17は、図16に示される3つの変異体についての平衡抗原結合等温式を示す。Aga2p/HA/酵母、野生型scFv−KJ16/酵母、および図16で特徴付けられる3つの変異体scFv−KJ16/酵母が、種々の希釈度のビオチン化scTCRに続きストレプトアビジン−フィコエリトリン結合体で染色された。フローサイトメトリーによる分析の後、結合等温式が、MFUをscTCR希釈度の関数として、グラフ化された。FIG. 17 shows the equilibrium antigen binding isotherm for the three variants shown in FIG. Aga2p / HA / yeast, wild type scFv-KJ16 / yeast, and the three mutant scFv-KJ16 / yeast characterized in FIG. 16 stained with various dilutions of biotinylated scTCR followed by streptavidin-phycoerythrin conjugate It was done. After analysis by flow cytometry, the binding isotherm was graphed with MFU as a function of scTCR dilution. 図18は、野生型scFv−KJ16/酵母、mut4およびmut7の配列分析を示す。野生型scFv−KJ16および2つの変異体由来のプラスミド(mut4およびmut7)が、下記のように、プラスミドレスキューにより回収され、そして、配列決定のためのプラスミドを生成するために、E.coli DH5αコンピテント細胞に形質転換された。配列決定分析は、提示ベクターのscFvに隣接するプライマーを使用して実行された。変異が、太字で示される。FIG. 18 shows the sequence analysis of wild type scFv-KJ16 / yeast, mut4 and mut7. Plasmids from the wild type scFv-KJ16 and the two mutants (mut4 and mut7) were recovered by plasmid rescue as described below, and E. coli to generate plasmids for sequencing. E. coli DH5α competent cells were transformed. Sequencing analysis was performed using primers adjacent to the scFv of the display vector. Mutations are shown in bold. 図19は、T細胞レセプター単鎖(VαVβ)遺伝子を含むプラスミドで形質転換された酵母に結合する抗体のフローサイトメトリープロフィールを示す。通常の、すなわち野生型(wt)の配列が、scTCRプラスミドのランダム突然変異後に選択されたいくつかの変異体(mTCR7、mTCR15、mTCR16)と比較された。選択は、抗体1B2(T細胞レセプター上の高次構造エピトープを認識する)の結合に続き、数回の蛍光活性化セル選別を含んだ。第1のパネルにおいて、酵母細胞は、HAタグに対する抗体(12CA5)で染色された。第2のパネルにおいて、酵母細胞は、T細胞レセプターに対する抗体(1B2)で染色された。HAエピトープは、各々の場合、表面上に発現されるが、変異型プラスミドを発現する細胞のみが、ネイティブのT細胞レセプター(1B2ポジティブ)を発現し得る。FIG. 19 shows the flow cytometry profile of an antibody that binds to yeast transformed with a plasmid containing the T cell receptor single chain (VαVβ) gene. The normal or wild type (wt) sequence was compared to several variants (mTCR7, mTCR15, mTCR16) selected after random mutation of the scTCR plasmid. Selection included binding of antibody 1B2 (recognizing conformational epitopes on the T cell receptor) followed by several fluorescence activated cell selections. In the first panel, yeast cells were stained with an antibody against the HA tag (12CA5). In the second panel, yeast cells were stained with an antibody against the T cell receptor (1B2). The HA epitope is expressed on the surface in each case, but only cells expressing the mutant plasmid can express the native T cell receptor (1B2 positive). 図20は、図19に示される選択由来の二重変異体で形質転換された酵母に結合する抗体のフローサイトメトリープロフィールを示す。細胞は、図19に示されるように、フローサイトメトリーのために染色された。二重変異体は、T細胞レセプターのレベル(すなわち、1B2反応物質)において増加を示した。この結果は、単一の変異と組合せることにより、T細胞レセプターの細胞表面発現のレベルを増強することが可能であることを示す。FIG. 20 shows the flow cytometry profile of antibodies that bind to yeast transformed with the double mutant from the selection shown in FIG. The cells were stained for flow cytometry as shown in FIG. The double mutant showed an increase in the level of T cell receptor (ie, 1B2 reactant). This result indicates that the level of cell surface expression of the T cell receptor can be enhanced by combining with a single mutation. 図21は、細胞表面T細胞レセプターの増強された発現を導く変異の配列を示す。これらは、Vβの残基17、Vαの残基43、およびVαの残基104を含んだ。FIG. 21 shows the sequence of mutations that lead to enhanced expression of the cell surface T cell receptor. These included residue 17 of Vβ, residue 43 of Vα, and residue 104 of Vα. 図22は、scTCRの相対的分泌レベルを示す。低コピー酵母発現系を使用して産生されたscTCRの可溶性発現レベル(自由裁量単位)。独立したクローン由来の3通りの培養物を、1B2 ELISA活性について分析した。FIG. 22 shows the relative secretion levels of scTCR. Soluble expression level of scTCR produced using a low copy yeast expression system (discretionary units). Triplicate cultures from independent clones were analyzed for 1B2 ELISA activity. 図23Aは、scTCRを提示する酵母のフローヒストグラムを示す。野生型、ならびに代表的単一変異体、二重変異体、および三重変異体についてのセル選別された集団を表す。平均蛍光単位(FITC蛍光:抗HA、PE蛍光:1B2)が、各ヒストグラム上に示される。抗HAは、表面融合物の数を示し、そして1B2は、適切に折り畳まれたscTCRを提示する細胞の数を示す。FIG. 23A shows a flow histogram of yeast presenting scTCR. Represents cell-sorted populations for wild-type and representative single, double, and triple mutants. Average fluorescence units (FITC fluorescence: anti-HA, PE fluorescence: 1B2) are shown on each histogram. Anti-HA indicates the number of surface fusions, and 1B2 indicates the number of cells presenting properly folded scTCR. 図23Bは、表面発現と可溶性分泌との間の相関関係を示す。フローにより決定された1B2活性表面scTCRが、ELISAアッセイにより決定された可溶性分泌物質の1B2活性と比較される。最低限の、二連のフロー実験が行われ、特定のクローンの平均蛍光単位が決定された。FIG. 23B shows the correlation between surface expression and soluble secretion. The 1B2 active surface scTCR determined by flow is compared to the 1B2 activity of the soluble secreted material determined by ELISA assay. A minimal, duplicate flow experiment was performed to determine the average fluorescence unit for a particular clone. 図24Aは、scTCRの温度安定性を示す。scTCRを含む酵母上清サンプルが、示される温度に1時間供された。3連のサンプルが、ELISAによる1B2活性画分について分析された。画分は、全く活性の損失を有さない最も高い強度のELISAシグナルにより、個々に正規化されて統一された。図24Aおよび図24Bの両方において、比較は、野生型scTCRよりもTRX−TCRに対してなされた。なぜなら、野生型scTCRは、酵母上清中で検出されなかったからである。FIG. 24A shows the temperature stability of the scTCR. Yeast supernatant samples containing scTCR were subjected to the indicated temperatures for 1 hour. Triplicate samples were analyzed for the 1B2 active fraction by ELISA. Fractions were individually normalized and unified by the highest intensity ELISA signal with no loss of activity. In both FIG. 24A and FIG. 24B, the comparison was made to TRX-TCR rather than wild-type scTCR. This is because wild type scTCR was not detected in the yeast supernatant. 図24Bは、scTCRの温度変性の動態力学を示す。上清サンプルの1B2 ELISA活性が、各サンプルが46℃でインキュベートされた時間の関数としてモニターされた。46℃での観察された動態力学的熱変性速度(kobs)が示される。図24Aおよび図24Bの両方において、比較は、野生型scTCRよりもTRX−TCRに対してなされた。なぜなら、野生型scTCRは、酵母上清中で検出されなかったからである。FIG. 24B shows the kinetics of scTCR temperature denaturation. The 1B2 ELISA activity of the supernatant samples was monitored as a function of the time each sample was incubated at 46 ° C. The observed kinetic mechanical thermal denaturation rate (k obs ) at 46 ° C. is shown. In both FIG. 24A and FIG. 24B, comparisons were made to TRX-TCR over wild-type scTCR. This is because wild type scTCR was not detected in the yeast supernatant. 図25は、熱安定性発現と可溶性発現との間の相関関係を示す。48℃で1時間のインキュベートの後に残存するscTCR 1B2 ELISA活性が、相対的分泌レベル(1B2 ELISA)と比較される。3連のサンプルが、分泌レベルおよび熱安定性分析について分析された。FIG. 25 shows the correlation between thermostable expression and soluble expression. The scTCR 1B2 ELISA activity remaining after 1 hour incubation at 48 ° C. is compared to the relative secretion level (1B2 ELISA). Triplicate samples were analyzed for secretion levels and thermostability analysis.

(発明の詳細な説明)
本明細書中で使用される場合、用語「アフィニティー成熟」とは、より高い親和性の抗体が選択される、連続する変異および選択のプロセスをいう。本明細書中で使用される場合、用語「アグルチニン」とは、接合の間に、2つの酵母細胞を一緒に結合する酵母表面接着タンパク質をいう。本明細書中で使用される場合、用語「抗体」とは、特定の分子に強固かつ特異的に結合する哺乳動物免疫系により産生されるタンパク質をいう。本明細書中で使用される場合、用語「リガンド」とは、特定のタンパク質により特異的に結合される分子をいう。本明細書中で使用される場合、用語「抗原」とは、抗体により特異的に結合されるリガンドをいう。本明細書中で使用される場合、用語「相補性決定領域」または「CDR」とは、結合された抗原に直接接触する抗体の一部をいう。本明細書中で使用される場合、用語「蛍光活性化セルソーティング」または「フローサイトメトリー」とは、差示的な蛍光標識に基づいて細胞集団を選別する方法をいう。本明細書中で使用される場合、用語「ハプテン」とは、キャリアに結合化されることなく免疫応答を刺激し得ない小さい抗原をいう。本明細書中で使用される場合、用語「単鎖抗体」または「SCA」とは、単一の活性結合部位を保持する抗体の、重鎖と軽鎖の一部の融合物をいう。用語scFvは、互換可能に使用され単鎖抗体をいう。本明細書中で使用される場合、用語「エピトープタグ」とは、別のタンパク質に融合される場合に、抗体に特異的に結合されるアミノ酸の一連の配列をいう。本明細書中で使用される場合、用語「HA」とは、エピトープタグ配列YPYDVPDYA(配列番号1)をいう。本明細書中で使用される場合、用語「c−myc」とは、エピトープタグ配列EQKLISEEDL(配列番号2)をいう。本明細書中で使用される場合、用語「scFv4−4−20」とは、フルオレセインおよび他の分子(例えば、ビオチンまたはデキストラン)に結合体化されたフルオレセインに特異的に結合するscFvをいう。本明細書中で使用される場合、用語「AGA2p」とは、酵母AGA2接合型のaアグルチニン遺伝子のタンパク質産物をいう。用語「表示可能性」とは、タンパク質が、誤って折り畳まれたタンパク質を保持し分解する分泌の「品質維持」装置から免れることを可能にする生物物理学的特徴の組合せを記載するために使用される(HammondおよびHelenius、1995)。酵母細胞表面上で提示されるタンパク質は、最初に、この品質維持ステップを首尾良く通過しなければならない。タンパク質折り畳みの動態力学および熱力学的安定性はともに、品質維持装置から免れる効率を決定すると考えられる。
(Detailed description of the invention)
As used herein, the term “affinity maturation” refers to a sequential mutation and selection process in which higher affinity antibodies are selected. As used herein, the term “agglutinin” refers to a yeast surface adhesion protein that binds two yeast cells together during conjugation. As used herein, the term “antibody” refers to a protein produced by the mammalian immune system that binds firmly and specifically to a specific molecule. As used herein, the term “ligand” refers to a molecule that is specifically bound by a particular protein. As used herein, the term “antigen” refers to a ligand that is specifically bound by an antibody. As used herein, the term “complementarity determining region” or “CDR” refers to the portion of an antibody that makes direct contact with the bound antigen. As used herein, the term “fluorescence activated cell sorting” or “flow cytometry” refers to a method of sorting a cell population based on a differential fluorescent label. As used herein, the term “hapten” refers to a small antigen that cannot stimulate an immune response without being bound to a carrier. As used herein, the term “single chain antibody” or “SCA” refers to a fusion of a portion of a heavy and light chain of an antibody that retains a single active binding site. The term scFv is used interchangeably and refers to a single chain antibody. As used herein, the term “epitope tag” refers to a sequence of amino acids that are specifically bound to an antibody when fused to another protein. As used herein, the term “HA” refers to the epitope tag sequence YPYDVPDYA (SEQ ID NO: 1). As used herein, the term “c-myc” refers to the epitope tag sequence EQKLISEEDL (SEQ ID NO: 2). As used herein, the term “scFv4-4-20” refers to an scFv that specifically binds to fluorescein conjugated to fluorescein and other molecules (eg, biotin or dextran). As used herein, the term “AGA2p” refers to the protein product of the yeast AGA2 mating type a-agglutinin gene. The term “displayability” is used to describe a combination of biophysical features that allow a protein to escape a secreted “quality maintenance” device that retains and degrades misfolded proteins. (Hammond and Helenius, 1995). Proteins displayed on the yeast cell surface must first successfully pass this quality maintenance step. Both protein kinetics and thermodynamic stability of protein folding are thought to determine the efficiency of avoiding quality maintenance equipment.

本発明に従って、従来の分子生物学、微生物学、および当業者の範囲内の組換えDNA技術が使用され得る。このような技術は、文献中に完全に説明される。例えば、Maniatis、FritshおよびSambrook、「Molecular Cloning:A Laboratory Manual(1982);「DNA Clonig:A Practical Approach」、第I巻および第II巻(D.N.Glover編、1985);「Oligonucleotide Synthesis」(M.J.Gait編、1984);「Nucleic Acid Hybridization」(B.D.HamesおよびS.J.Higgins編、(1985));「Transcription and Translation」(B.D.HamesおよびS.J.Higgins編、(1984));「Animal Cell Culture」(R.I.Freshney編、(1986));「Immobilized Cells And Enzymes」(IRL Press、(1986));B.Perbal、「A Practical Guide To Molecular Cloning」(1984)を参照のこと。   In accordance with the present invention, conventional molecular biology, microbiology, and recombinant DNA techniques within the skill of the art can be used. Such techniques are explained fully in the literature. For example, Maniatis, Fritsh and Sambrook, “Molecular Cloning: A Laboratory Manual (1982);“ DNA Clonig: A Practical Approach ”, Volumes I and II (D. N. Glover, ed. (MJ Gait, 1984); “Nucleic Acid Hybridization” (BD Hames and SJ Higgins, (1985)); “Transscript and Translation” (B. D. Hames and S. J.). Higgins, (1984)); “Animal Cell Culture” (R.I.F. eshney ed., (1986)); "Immobilized Cells And Enzymes" (IRL Press, (1986)); B. See Perbal, “A Practical Guide To Molecular Cloning” (1984).

「ベクター」とは、別のDNAセグメントが、付加されたセグメントの複製が起こるように付加され得るレプリコン(例えば、プラスミド、ファージ、またはコスミド)である。   A “vector” is a replicon (eg, a plasmid, phage, or cosmid) to which another DNA segment can be added such that replication of the added segment occurs.

DNA「コード配列」とは、適切な調節配列の制御下に配置される場合に、インビボでポリペプチドに転写および翻訳される二重鎖DNA配列である。コード配列の境界は、5’(アミノ)末端の開始コドンおよび3’(カルボキシル)末端の翻訳終止コドンにより決定される。コード配列は、原核生物配列、真核生物のmRNA由来のcDNA、真核生物(例えば、哺乳動物)DNA由来のゲノムDNA配列、および合成DNA配列さえも含み得る。ポリアデニル化シグナルおよび転写終結配列は、通常、コード配列の3’側に位置する。   A DNA “coding sequence” is a double-stranded DNA sequence that is transcribed and translated into a polypeptide in vivo when placed under the control of appropriate regulatory sequences. The boundaries of the coding sequence are determined by a start codon at the 5 '(amino) terminus and a translation stop codon at the 3' (carboxyl) terminus. A coding sequence can include prokaryotic sequences, cDNA from eukaryotic mRNA, genomic DNA sequences from eukaryotic (eg, mammalian) DNA, and even synthetic DNA sequences. A polyadenylation signal and transcription termination sequence will usually be located 3 'to the coding sequence.

転写制御配列および翻訳調節配列は、宿主細胞においてコード配列の発現を提供するDNA調節配列(例えば、プロモーター、エンハンサー、ポリアデニル化シグナル、ターミネーターなど)である。   Transcriptional control sequences and translational regulatory sequences are DNA regulatory sequences that provide for expression of a coding sequence in a host cell (eg, promoters, enhancers, polyadenylation signals, terminators, etc.).

「プロモーター配列」とは、細胞中でRNAポリメラーゼに結合し得、そして下流(3’方向)のコード配列の転写を開始し得るDNA調節領域である。本発明を規定する目的のために、プロモーター配列は、その3’末端に転写開始部位を結合され、そして上流(5’方向)を伸長して、上記の背景で検出可能なレベルで転写を開始するのに必要な最小の数の塩基またはエレメントを含む。プロモーター配列中に、転写開始部位(ヌクレアーゼSIを用いるマッピングにより都合良く規定された)、およびRNAポリメラーゼの結合の原因であるタンパク質結合ドメイン(コンセンサス配列)が見出される。真核生物のプロモーターは、しばしば(但し、常にではない)、「TATA」ボックスおよび「CAT」ボックスを含む。原核生物のプロモーターは、−10および−35コンセンサス配列に加えて、シャイン−ダルガーノ配列を含む。   A “promoter sequence” is a DNA regulatory region capable of binding RNA polymerase in a cell and initiating transcription of a downstream (3 ′ direction) coding sequence. For purposes of defining the present invention, the promoter sequence has a transcription initiation site attached to its 3 ′ end and extends upstream (5 ′ direction) to initiate transcription at a level detectable in the above background. It contains the minimum number of bases or elements necessary to do. Within the promoter sequence are found the transcription initiation site (conveniently defined by mapping with nuclease SI) and the protein binding domain (consensus sequence) responsible for the binding of RNA polymerase. Eukaryotic promoters often (but not always) include a “TATA” box and a “CAT” box. Prokaryotic promoters contain Shine-Dalgarno sequences in addition to the -10 and -35 consensus sequences.

「発現制御配列」とは、別のDNA配列の転写および翻訳を、制御および調節するDNA配列である。コード配列は、RNAポリメラーゼがこのコード配列をmRNA(次いで、このコード配列にコードされるタンパク質に翻訳される)に転写する場合には、細胞において、転写制御配列および翻訳制御配列の「制御下」である。   An “expression control sequence” is a DNA sequence that controls and regulates the transcription and translation of another DNA sequence. A coding sequence is “under control” of transcriptional and translational control sequences in a cell when RNA polymerase transcribes the coding sequence into mRNA (which is then translated into the protein encoded by the coding sequence). It is.

「選択遺伝子」とは、特定の条件の実行の際に、必要とされる表現型を提示する細胞の区別を可能にする遺伝子をいう。例えば、抗生物質耐性遺伝子を含む細菌細胞を選択ための抗生物質を含む培地における細菌の増殖。   “Selection gene” refers to a gene that enables differentiation of cells presenting a required phenotype when performing certain conditions. For example, bacterial growth in a medium containing antibiotics to select bacterial cells containing antibiotic resistance genes.

用語「プライマー」とは、本明細書中で使用される場合、オリゴヌクレオチド(精製された制限消化などで天然に生じるか、または合成により生成されるか)をいい、このオリゴヌクレオチドは、プライマー伸長産物(これは核酸の鎖に相補的である)の合成が誘導される条件下に配置された場合(すなわち、ヌクレオチドおよび誘導物質(例えば、DNAポリメラーゼ)の存在下で、かつ適切な温度およびpHで、合成の開始点として作用し得る。プライマーは、一本鎖かまたは二本鎖のいずれかであり得、そして誘導物質の存在下で所望の伸長産物の合成をプライムするのに十分な長さでなければならない。プライマーの正確な長さは、多くの因子(温度、プライマーの供給源、および使用される方法を含む)に依存する。例えば、診断的適用のためには、標的配列の複雑性に依存し、そのオリゴヌクレオチドプライマーは、代表的には、15〜25以上のヌクレオチドを含むが、それは、より少ないヌクレオチドを含み得る。   The term “primer” as used herein refers to an oligonucleotide (whether naturally occurring, such as with a purified restriction digest, or produced synthetically) that is primer extension. When placed under conditions that induce the synthesis of the product (which is complementary to the strand of the nucleic acid) (ie, in the presence of nucleotides and inducers (eg, DNA polymerase) and at the appropriate temperature and pH) The primer can be either single-stranded or double-stranded and is long enough to prime the synthesis of the desired extension product in the presence of the inducer. The exact length of a primer depends on many factors, including temperature, primer source, and method used, eg, diagnosis For application, depending on the complexity of the target sequence, the oligonucleotide primer typically including 15-25 or more nucleotides, which can comprise fewer nucleotides.

本明細書中のプライマーは、特定の標的DNA配列の別々の鎖に「実質的に」相補的であるように選択される。このことは、これらのプライマーが、その各自の鎖とハイブリダイズするように実質的に相補的でなければならないことを意味する。従って、このプライマー配列は、鋳型の正確な配列を反映する必要はない。例えば、非相補的ヌクレオチドフラグメントが、プライマーの5’末端に付加され得、残りのプライマー配列は、鎖に相補的であり得る。あるいは、プライマー配列が配列との十分な相補性を有するか、または標的配列とハイブリダイズし、それにより、伸長産物の合成のための鋳型を形成すると仮定すると、非相補的塩基またはより長い配列が、プライマー中に点在し得る。   The primers herein are selected to be “substantially” complementary to separate strands of a particular target DNA sequence. This means that these primers must be substantially complementary to hybridize with their respective strands. Thus, this primer sequence need not reflect the exact sequence of the template. For example, a non-complementary nucleotide fragment can be added to the 5 'end of the primer and the remaining primer sequence can be complementary to the strand. Alternatively, assuming that the primer sequence has sufficient complementarity with the sequence or hybridizes with the target sequence, thereby forming a template for synthesis of the extension product, non-complementary bases or longer sequences are , Can be interspersed in the primer.

細胞は、このようなDNAがその細胞内部に導入された場合、外因性DNAまたは異種DNAにより、「形質転換され」てきた。形質転換するDNAは、細胞のゲノムに、組み込まれて(共有結合されて)もよいし、組み込まれなくてもよい。例えば、原核生物細胞、酵母細胞、および哺乳動物細胞において、形質転換するDNAは、エピソームエレメント(例えば、プラスミド)上に維持され得る。真核生物細胞に関して、安定に形質転換された細胞は、形質転換DNAが染色体に組み込まれ、その結果、形質転換DNAが、染色体の複製を通じて娘細胞に遺伝される細胞である。この安定性は、形質転換DNAを含む娘細胞の集団からなる細胞株またはクローンを樹立する、真核生物細胞の能力により実証される。「クローン」は、有糸分裂により単一細胞または共通の祖先から誘導された細胞の集団である。「細胞株」は、インビトロで何世代でも安定に増殖し得る初代細胞のクローンである。   A cell has been “transformed” by exogenous or heterologous DNA when such DNA is introduced inside the cell. The DNA to be transformed may or may not be integrated (covalently linked) into the cell's genome. For example, in prokaryotic cells, yeast cells, and mammalian cells, the transforming DNA can be maintained on episomal elements (eg, plasmids). With respect to eukaryotic cells, a stably transformed cell is a cell in which the transforming DNA is integrated into the chromosome so that the transforming DNA is inherited by daughter cells through chromosome replication. This stability is demonstrated by the ability of eukaryotic cells to establish cell lines or clones consisting of a population of daughter cells containing transforming DNA. A “clone” is a population of cells derived from a single cell or common ancestor by mitosis. A “cell line” is a clone of a primary cell that can stably grow for many generations in vitro.

DNA構築物の「異種」領域は、天然では、より大きい分子と関連して見出されない、より大きいDNA分子中の同定可能なDNAセグメントである。従って、異種領域が哺乳動物遺伝子をコードする場合、この遺伝子は、通常、供給源の生物のゲノムにおける哺乳動物ゲノムDNAに隣接しないDNAにより隣接される。別の例では、コード配列は、コード配列自体が天然には見出されない構築物である(例えば、ゲノムコード配列がイントロンを含有するcDNA、または天然遺伝子と異なるコドンを有する合成配列)。対立遺伝子改変体または天然に存在する変異事象は、本明細書において規定されるようなDNAの異種領域を生じない。   A “heterologous” region of a DNA construct is an identifiable DNA segment in a larger DNA molecule that is not found in nature in association with the larger molecule. Thus, if the heterologous region encodes a mammalian gene, this gene is usually flanked by DNA that is not adjacent to the mammalian genomic DNA in the genome of the source organism. In another example, the coding sequence is a construct in which the coding sequence itself is not found in nature (eg, a cDNA in which the genomic coding sequence contains an intron, or a synthetic sequence that has different codons than the native gene). Allelic variants or naturally occurring mutational events do not result in a heterologous region of DNA as defined herein.

タンパク質に融合され得、そして抗体により特異的に結合され得る多数のポリペプチド配列は、公知であり、そしてエピトープタグとして利用され得る。これらとしては、例えば、HA(配列番号1)、c−myc(配列番号2)、DTYRYI(配列番号3)、TDFYLK(配列番号4)、EEEEYMPME(配列番号5)、KPPTPPPEPET(配列番号6)、HHHHHH(配列番号7)、RYIRS(配列番号8)およびDYKDDDDK(配列番号9)が挙げられる。   Numerous polypeptide sequences that can be fused to proteins and specifically bound by antibodies are known and can be utilized as epitope tags. These include, for example, HA (SEQ ID NO: 1), c-myc (SEQ ID NO: 2), DTYRYI (SEQ ID NO: 3), TDFYLK (SEQ ID NO: 4), EEEEYMPME (SEQ ID NO: 5), KPPTPPPPEPET (SEQ ID NO: 6), HHHHHH (SEQ ID NO: 7), RYIRS (SEQ ID NO: 8) and DYKDDDDK (SEQ ID NO: 9).

抗体は、ヒトの免疫系により産生されるタンパク質分子であり、外来物質の認識をし、外来物質へ結合し、そして身体からの外来物質の排除の媒介をする。高度に特異的な、癌の診断および治療のための抗体を利用するために技術が開発された。例えば、腫瘍細胞に結合する抗体に対して放射性同位体または毒素を係留することにより、周辺組織を比較的無傷のままにしながら、罹病組織に対して、そのような細胞傷害性薬剤の集中させた投薬を送達することは可能である。抗体はまた、生物工学において重要なツールであり、そして分析目的のため(例えば、微量の物質および分離物を定量するため)、ならびに複合混合物から所望の生物学的産物を精製するために広範に用いられる。   Antibodies are protein molecules produced by the human immune system that recognize foreign substances, bind to foreign substances, and mediate the elimination of foreign substances from the body. Techniques have been developed to take advantage of highly specific antibodies for cancer diagnosis and treatment. For example, tethering radioisotopes or toxins to antibodies that bind to tumor cells concentrated such cytotoxic agents against diseased tissue while leaving the surrounding tissue relatively intact. It is possible to deliver a medication. Antibodies are also important tools in biotechnology and are extensively used for analytical purposes (eg, for quantifying trace amounts of materials and isolates) and for purifying the desired biological product from complex mixtures. Used.

これらの適用において、抗体のその標的との結合の強度(親和性)、および抗体がその特定の標的のみに結合する選択性(特異性)の両方が重大である。この理由のため、タンパク質技術者は、特定の抗体の結合特性の変化および改善を求める。抗体の構造的設計への合理的なアプローチは、限定的な成功しか満たさなかった。そしてランダムなスクリーニングのために利用可能な方法は、重大な限界を有する。   In these applications, both the strength of binding of the antibody to its target (affinity) and the selectivity with which the antibody binds only to that particular target (specificity) are critical. For this reason, protein technicians seek to change and improve the binding properties of specific antibodies. A rational approach to the structural design of antibodies has met with limited success. And the methods available for random screening have serious limitations.

抗体親和性を微調整する問題に対する哺乳動物の免疫系のアプローチは、「親和性成熟」と呼ばれるプロセスによる。ここで、変異および進化的な選択のサイクルは、それらの標的にさらに強固に結合する抗体を産生する。本発明は、哺乳動物の免疫系のB細胞のレパートリーの微生物性のアナログを構築することにより、抗体親和性および抗体特異性を操作するための強力な新しいシステムを開示する。抗体は、細胞壁タンパク質との遺伝的融合により酵母細胞の表面に提示された。変異後、改変体は、蛍光的に標識された標的との結合特性の改善に基づいて選択された。   The mammalian immune system approach to the problem of fine-tuning antibody affinity relies on a process called “affinity maturation”. Here, the cycle of mutation and evolutionary selection produces antibodies that bind more tightly to their targets. The present invention discloses a powerful new system for manipulating antibody affinity and antibody specificity by constructing microbial analogs of the B cell repertoire of the mammalian immune system. Antibodies were displayed on the surface of yeast cells by genetic fusion with cell wall proteins. After mutation, variants were selected based on improved binding properties with fluorescently labeled targets.

酵母の抗体の提示方法は、物理的特性および化学的特性がすでに十分特徴付けられているモデル抗体を研究することにより試験された。次いで、これらの方法は、実際の目的の抗体にそのまま適用される。酵母の遺伝的順応、この微生物の増殖の容易さ、および試験管内の抗体結合条件を変更する能力は、組み合わせられて、抗体親和性および抗体特異性の操作に対する今までにない制御を生じる。   Yeast antibody display methods were tested by studying model antibodies whose physical and chemical properties were already well characterized. These methods are then applied directly to the actual antibody of interest. The genetic adaptation of yeast, the ease of growth of this microorganism, and the ability to alter antibody binding conditions in vitro, combine to give unprecedented control over antibody affinity and antibody specificity manipulation.

本発明のライブラリー方法の利点は、これが抗体のようなタンパク質に特に適していることである。最も広範に用いられる方法は、現在、バクテリオファージの表面上で提示される抗体の「パニング(panning)」からなる。酵母の提示は、ファージの提示を超えるいくつかの利点を有する。第1に、抗体−抗原結合は、密接に結合した改変体を回収するために壊される必要はない。先行技術の方法における、この結合を切断するために必要な過酷な条件は、ファージの感染性を低下させ得る。第2に、クローンの欠失の低下によるライブラリーの多様性の増加は、利点である。多くの抗体構造が、細菌の分泌装置によって、正確にプロセシングされ得ないことは、周知である。酵母細胞は、真核生物であり、そして哺乳動物細胞と非常に類似の分泌経路を有する。第3に、本発明は、抗体−抗原親和性のより正確かつ緻密な決定を提供する。1細胞あたり104個の分子の存在は、1ファージあたりわずか数分子については生じる確率的な変動を排除する。最後に、フローサイトメトリーによる蛍光の定量は、ファージのパニングでの2つの結合/遊離二分法との比較によって、論理に基づいた親和性の知識がなくても、表面結合抗原の持続的な測定を提供する。また、細菌は、提示された分子に抗体またはタンパク質が接近することを妨げる高分子透過性障壁として作用するリポ多糖層を有する。 An advantage of the library method of the present invention is that it is particularly suitable for proteins such as antibodies. The most widely used method currently consists of “panning” of antibodies displayed on the surface of bacteriophages. Yeast display has several advantages over phage display. First, antibody-antigen binding need not be broken to recover closely bound variants. The harsh conditions required to break this bond in prior art methods can reduce the infectivity of the phage. Second, increased library diversity due to reduced clonal deletion is an advantage. It is well known that many antibody structures cannot be accurately processed by bacterial secretion devices. Yeast cells are eukaryotic and have a secretion pathway very similar to mammalian cells. Third, the present invention provides a more accurate and precise determination of antibody-antigen affinity. The presence of 10 4 molecules per cell eliminates the stochastic variation that occurs for only a few molecules per phage. Finally, quantification of fluorescence by flow cytometry is a continuous measurement of surface-bound antigens without the need for logic-based affinity knowledge by comparison with two binding / free bisection methods in phage panning. I will provide a. Bacteria also have a lipopolysaccharide layer that acts as a polymer permeable barrier that prevents antibodies or proteins from accessing the displayed molecules.

本発明は、酵母上でのペプチドおよびタンパク質ライブラリーのインビトロにおける発現および選択のための表面提示系を開示する。9残基のペプチドエピトープ(HA)は、酵母細胞壁タンパク質(AGA2)の結合サブユニットに、次いで4−4−20抗フルオレセイン単鎖Fvに融合された。選択は、提示された融合物を有する細胞および有さない細胞の混合物についてフローサイトメトリーにより実行された。600倍の富化が、分別(sort)の1回通過で達成された。本発明のこの系は、抗体のインビトロ親和性成熟のためのプロセスならびに他のタンパク質およびペプチドの方向付けられた進化のためのプロセスを例証し、これは、以下の利点を有する:(i)パニングより微細な親和性識別を可能にする2重標識フローサイトメトリー選択計画;(ii)選択における確率的な変動を排除する、1細胞あたり104コピーもの多くの提示配列、および(iii)E.coli中で発現されるライブラリーから欠失されたクローンを産生し得る発現の偏り(bias)を改変した、または潜在的に改善した酵母におけるライブラリー発現。 The present invention discloses a surface display system for in vitro expression and selection of peptide and protein libraries on yeast. A nine residue peptide epitope (HA) was fused to the binding subunit of the yeast cell wall protein (AGA2) and then to the 4-4-20 anti-fluorescein single chain Fv. Selection was performed by flow cytometry on a mixture of cells with and without the presented fusion. A 600-fold enrichment was achieved with a single pass of sort. This system of the invention illustrates a process for in vitro affinity maturation of antibodies and a process for directed evolution of other proteins and peptides, which has the following advantages: (i) Panning A dual-label flow cytometry selection scheme that allows finer affinity discrimination; (ii) as many as 10 4 copies per cell that eliminates stochastic variation in selection, and (iii) E.E. Library expression in yeast with altered or potentially improved expression bias that can produce clones deleted from the library expressed in E. coli.

本発明の1つの目的は、親和性および特異性の改善のための抗体の操作である。この目的に向かって、抗体−ハプテン結合は、酵母Saccharomyces cerevisiaeの外部細胞壁上で発現される抗体の変異誘発およびスクリーニングを介して研究された。実験的に容易な、そして遺伝的に柔軟な真核生物であるので、酵母は、抗体発現および操作のためのプラットフォームとして、線維状ファージ提示を超える有意な利点を示す。本質的に、哺乳動物の免疫系B細胞レパートリーの微生物性のアナログは、インビトロで構築され、変異誘発および選択の厳密に制御された条件下で実行されるべき抗体の親和性成熟を可能にした。結果として、親和性および特異性が有意に改善された抗体を達成できた。   One object of the present invention is the manipulation of antibodies for improved affinity and specificity. To this end, antibody-hapten binding was studied through mutagenesis and screening of antibodies expressed on the outer cell wall of the yeast Saccharomyces cerevisiae. As an experimentally easy and genetically flexible eukaryote, yeast exhibits significant advantages over filamentous phage display as a platform for antibody expression and manipulation. In essence, microbial analogs of the mammalian immune system B cell repertoire have been constructed in vitro, allowing affinity maturation of antibodies to be performed under tightly controlled conditions of mutagenesis and selection. . As a result, antibodies with significantly improved affinity and specificity could be achieved.

本発明の1つの局面は、以下の工程を含む、所望の結合特性を有するタンパク質を選択するための方法を提供する:そのN末端で酵母細胞壁結合タンパク質と融合された試験されるべきタンパク質を発現するベクターで酵母細胞を形質転換する工程;第1標識で酵母細胞を標識する工程であって、ここでこの第1標識は、試験されるべきタンパク質を発現する酵母と会合し、そして試験されるべきタンパク質を発現しない酵母と会合しない、工程;第1標識が会合している酵母細胞を選択する工程;第1標識を定量する工程であって、ここで第1標識の高頻度の出現は、試験されるべきタンパク質が所望の結合特性を有することを示し、そして第1標識の低度の出現は、試験されるべきタンパク質が所望の結合特性を有さないことを示す、工程。   One aspect of the invention provides a method for selecting a protein having a desired binding property comprising the steps of: expressing a protein to be tested fused at its N-terminus with a yeast cell wall binding protein Transforming the yeast cell with a vector to be labeled; labeling the yeast cell with a first label, wherein the first label is associated with and tested with the yeast expressing the protein to be tested. Non-associating with yeast that does not express the protein of interest; selecting yeast cells with which the first label is associated; quantifying the first label, wherein the frequent occurrence of the first label is: An indication that the protein to be tested has the desired binding properties, and the low appearance of the first label indicates that the protein to be tested does not have the desired binding properties. .

本発明の好ましい実施態様は、さらに以下の工程を包含する:第2標識で酵母細胞を標識する工程であって、ここで第2標識は、試験されるべきであって、かつベクターによってコードされるタンパク質と融合されたエピトープタグを発現する酵母と会合し、そしてベクターによってコードされるエピトープタグを発現しない酵母と会合しない、工程;第2標識を定量する工程であって、第2標識の出現は、酵母細胞表面上の試験されるべきエピトープタグ化タンパク質の多数の発現コピーを示す、工程;ならびに第1標識の定量を第2標識の定量に対して比較して、第2標識の出現に対して正規化された第1標識の出現を決定する工程であって、ここで第2標識の出現に比較して高い第1標識の出現は、試験されるべきタンパク質が所望の結合特性を有することを示す、工程。   A preferred embodiment of the present invention further comprises the following steps: labeling yeast cells with a second label, wherein the second label is to be tested and is encoded by a vector. Associated with yeast expressing an epitope tag fused to a protein and not associated with yeast not expressing the epitope tag encoded by the vector; quantifying the second label, the appearance of the second label Shows multiple expression copies of the epitope-tagged protein to be tested on the surface of the yeast cell; and comparing the quantification of the first label to the quantification of the second label and the appearance of the second label Determining the appearance of the first label normalized to where the appearance of the first label is high compared to the appearance of the second label, wherein the protein to be tested is desired It is shown to have a slip characteristic, process.

本発明の別の好ましい実施態様は、以下の工程を包含する:試験されるべきタンパク質に対する結合について第1標識と競合する第3標識で酵母細胞を標識する工程;第1標識で酵母細胞を標識する工程;第1標識を定量する工程;第2標識で酵母細胞を標識する工程;第2標識を定量する工程;および第1標識の定量を第2標識の定量に対して比較して、第2標識の出現に対して正規化された第1標識の出現を決定する工程であって、ここで第2標識の出現に比較して低い第1標識の出現は、試験されるべきタンパク質が所望の結合特性を有することを示す、工程。   Another preferred embodiment of the invention includes the following steps: labeling the yeast cells with a third label that competes with the first label for binding to the protein to be tested; labeling the yeast cells with the first label Quantifying the first label; labeling the yeast cells with the second label; quantifying the second label; and comparing the quantification of the first label to the quantification of the second label; Determining the appearance of the first label normalized to the appearance of the two labels, wherein the appearance of the first label is low compared to the appearance of the second label, the protein to be tested is desired A process showing that it has a binding property of

本発明の別の局面は、本発明の方法を実施するためのベクターを提供し、これには目的のタンパク質のN末端に融合された細胞壁結合タンパク質を含む。本発明のこの局面の好ましい実施態様は、酵母細胞において、ポリペプチドエピトープタグを発現するための手段を含む。より好ましい実施態様は、細胞壁結合タンパク質が、酵母アグルチニンタンパク質結合サブユニットであり、なおより好ましくは、酵母アグルチニンタンパク質が、Aga2pであることを提供する。   Another aspect of the invention provides a vector for carrying out the method of the invention, which includes a cell wall binding protein fused to the N-terminus of the protein of interest. Preferred embodiments of this aspect of the invention include means for expressing a polypeptide epitope tag in yeast cells. A more preferred embodiment provides that the cell wall binding protein is a yeast agglutinin protein binding subunit, and even more preferably, the yeast agglutinin protein is Aga2p.

本発明の別の局面は、野生型タンパク質の特性と比較して増強された表現型特性を有するタンパク質を選択する方法を提供し、この方法には以下の工程を包含する:酵母細胞壁タンパク質と融合した試験されるべきタンパク質を発現するベクターで酵母細胞を形質転換する工程であって、ここで変異誘発が試験されるべきタンパク質の改変体の種々の集団を作成するために用いられる、工程;第1標識で酵母細胞を標識する工程であって、ここで第1標識は、試験されるべきタンパク質を発現する酵母と会合し、そして試験されるべきタンパク質を発現しない酵母と会合しない、工程;第1標識が会合している酵母細胞を単離する工程;ならびに酵母によって発現される変異体タンパク質の特性を分析し、そして野生型タンパク質の特性と比較する工程であって、ここで野生型のタンパク質を超える増強された特性を有する変異体タンパク質を提示する酵母細胞が選択される、工程。上記のように、第2標識および/または第3標識がこの実施態様において用いられ得、そして増強された表現型特性を有する目的の変異タンパク質の選択は、濃縮工程および標識化工程の反復サイクルを包含し得る。   Another aspect of the present invention provides a method for selecting a protein having enhanced phenotypic characteristics compared to that of a wild type protein, which method comprises the following steps: fusion with a yeast cell wall protein Transforming yeast cells with a vector expressing the protein to be tested, wherein the process is used to generate various populations of variants of the protein to be tested for mutagenesis; Labeling yeast cells with one label, wherein the first label associates with a yeast that expresses the protein to be tested and does not associate with a yeast that does not express the protein to be tested; Isolating yeast cells associated with one label; as well as analyzing the properties of the mutant protein expressed by the yeast and comparing the properties and ratios of the wild-type protein Comprising the steps of, wherein yeast cells displaying mutant proteins with enhanced properties than the wild-type protein is selected, step. As noted above, a second label and / or a third label can be used in this embodiment, and selection of a mutant protein of interest having enhanced phenotypic characteristics can involve repeated cycles of the enrichment and labeling steps. Can be included.

好ましい実施態様では、酵母細胞壁タンパク質は、アグルチニンである;試験されるべきタンパク質は、そのN末端によってアグルチニンの結合サブユニットのC末端に融合される;酵母株は、Saccharomyces、Pichia、Hansenula、Schizosaccharomyces、Kluyveromyces、YarrowiaおよびCandidaからなる群から選択される属の酵母株である;この試験されるべきタンパク質は、抗体、Fab、Fv、またはscFv抗体フラグメントであり、より好ましくはこの試験されるべきタンパク質は、細胞表面レセプターのリガンド結合ドメインであり、なおより好ましくは、この細胞表面レセプターは、T細胞レセプターである。   In a preferred embodiment, the yeast cell wall protein is agglutinin; the protein to be tested is fused by its N-terminus to the C-terminus of the binding subunit of agglutinin; the yeast strain is Saccharomyces, Pichia, Hansenula, Schizosaccharomyces, A yeast strain of the genus selected from the group consisting of Kluyveromyces, Yarrowia and Candida; the protein to be tested is an antibody, Fab, Fv, or scFv antibody fragment, more preferably the protein to be tested A ligand binding domain of a cell surface receptor, even more preferably, the cell surface receptor is a T cell receptor.

本発明の目的は、表面発現、安定性、結合定数、解離定数、分泌レベルおよび溶解度からなる群から選択される増強された表現型特性を示す変異体タンパク質を選択するための方法を提供することであり、ここで、試験されるべきタンパク質の変異体は、単一変異または多重変異を含み得る。   The object of the present invention is to provide a method for selecting mutant proteins exhibiting enhanced phenotypic characteristics selected from the group consisting of surface expression, stability, association constant, dissociation constant, secretion level and solubility. Where the variant of the protein to be tested may comprise a single mutation or multiple mutations.

本発明のさらに別の局面では、第2標識は、細胞表面の発現レベルを定量的に決定するために用いられ得る。これは、細胞内発現、安定性、結合定数、解離定数、分泌レベルおよび溶解度のような他の所望の表現型特性を選択するためのアッセイとして用いられ得る。   In yet another aspect of the invention, the second label can be used to quantitatively determine cell surface expression levels. This can be used as an assay to select other desired phenotypic characteristics such as intracellular expression, stability, association constant, dissociation constant, secretion level and solubility.

本発明の方法により選択される変異体タンパク質は、真核生物における発現に適応したベクターに、選択された変異体タンパク質をコードする遺伝子をクローニングすること;および真核生物において変異体タンパク質を発現することによりさらに特徴付けられ得る。ここで変異体タンパク質の増強された特性は、変異体タンパク質の増強された特性の表現型の特性を野生型タンパク質の特性と比較することによって確認される。好ましくは、真核生物は、哺乳動物、昆虫、または酵母からなる群から選択される。選択される変異体の表現型は、「新しい」(すなわち、変異された)タンパク質の固有の特性であるので、このアプローチはまた、他の非真核生物発現系において変異体を発現するために適用可能である。   The mutant protein selected by the method of the invention is cloned into a vector adapted for expression in eukaryotes, and the gene encoding the selected mutant protein is cloned; and the mutant protein is expressed in eukaryotes Can be further characterized. Here the enhanced properties of the mutant protein are confirmed by comparing the enhanced phenotypic properties of the mutant protein with those of the wild-type protein. Preferably, the eukaryote is selected from the group consisting of mammals, insects or yeasts. Since the mutant phenotype selected is an inherent property of a “new” (ie, mutated) protein, this approach can also be used to express the mutant in other non-eukaryotic expression systems. Applicable.

本発明の別の好ましい局面は、それらの正常な(「野生型」)配列として提示されないタンパク質を提示するための方法を提供する。示した実施例において、抗原に対するT細胞レセプターは、その「野生型」配列のようには発現されなかった。しかし、ランダムな変異誘発、および適切な立体配置上特異的な抗体を用いたフローサイトメトリーによる選択の後、変異体レセプターは、酵母細胞表面上で発現された。この戦略は、新規のT細胞レセプターの発見を可能にし、そして実質的に任意のポリペプチドの提示の方法を提供する。従って、本発明はまた、以下の工程を含む、酵母細胞表面上での表示可能性についてタンパク質を選択するための方法を提供する:酵母細胞壁タンパク質と融合した試験されるべきタンパク質を発現するベクターで酵母細胞を形質転換する工程であって、ここで変異誘発が、試験されるべきタンパク質の変異体の種々の集団を生成するために用いられる、工程;第1標識で酵母細胞を標識する工程であって、ここでこの第1標識は、試験されるべきタンパク質を発現する酵母と会合し、そして試験されるべきタンパク質を発現しない酵母と会合しない、工程;第1標識が会合している酵母細胞を、第1標識を定量することによって単離する工程であって、ここで第1標識の高頻度の出現は、試験されるべきタンパク質が所望の提示特性を有することを示し、そして第1標識の低頻度の出現は、試験されるべきタンパク質が所望の提示特性を有さないことを示す、工程。好ましくは、試験されるタンパク質は、抗体、Fab、Fv、もしくはscFv抗体フラグメント、または細胞表面レセプターのリガンド結合ドメインである。細胞表面レセプターの代表的な例は、T細胞レセプターである。   Another preferred aspect of the invention provides methods for displaying proteins that are not displayed as their normal ("wild type") sequence. In the example shown, the T cell receptor for the antigen was not expressed as its “wild type” sequence. However, after random mutagenesis and selection by flow cytometry using appropriate configurationally specific antibodies, the mutant receptors were expressed on the yeast cell surface. This strategy allows the discovery of new T cell receptors and provides a method for presentation of virtually any polypeptide. Accordingly, the present invention also provides a method for selecting proteins for displayability on the surface of yeast cells comprising the following steps: a vector expressing a protein to be tested fused to a yeast cell wall protein. Transforming yeast cells, wherein mutagenesis is used to generate various populations of variants of the protein to be tested; in labeling yeast cells with a first label Wherein the first label associates with the yeast expressing the protein to be tested and does not associate with the yeast that does not express the protein to be tested; a yeast cell with which the first label is associated , By quantifying the first label, wherein the high frequency appearance of the first label indicates that the protein to be tested has the desired display properties It indicates that, and the appearance of a low frequency of the first label indicates the protein to be tested does not have the desired presentation characteristics, process. Preferably, the protein to be tested is an antibody, Fab, Fv, or scFv antibody fragment, or a ligand binding domain of a cell surface receptor. A typical example of a cell surface receptor is the T cell receptor.

以下の実施例は、本発明の種々の実施態様を例証する目的のために与えられ、そして、いずれの様式でも本発明を限定する意味はない。   The following examples are given for the purpose of illustrating various embodiments of the invention and are not meant to limit the invention in any manner.

(実施例1)
(培地/緩衝液)
本明細書において、以下の培地/緩衝液を用いた。
Example 1
(Medium / buffer)
In this specification, the following media / buffers were used.

(E.coli)
LB 培地(1×):Bacto トリプトン(Difco,Detroit,MI):10.0g;Bacto 酵母抽出物(Difco):5.0g;NaCl:10.0g。1Lに作成し、オートクレーブする。プレートについては、15g/Lの寒天を添加し、そしてオートクレーブする。
(E. coli)
LB medium (1 ×): Bacto tryptone (Difco, Detroit, MI): 10.0 g; Bacto yeast extract (Difco): 5.0 g; NaCl: 10.0 g. Make to 1 L and autoclave. For plates, add 15 g / L agar and autoclave.

アンピシリンの貯蔵物:水中のアンピシリンのナトリウム塩25mg/ml。濾過滅菌し、そして−20℃で4mlのアリコートで保管する。作業時は[ ]=35〜50mg/ml;1L中に4mlのアリコート→100mg/ml;1L中に2mlのアリコート→50mg/ml。オートクレーブしたLBが約55℃まで冷却した後にLBに添加する。   Ampicillin stock: 25 mg / ml sodium salt of ampicillin in water. Filter sterilize and store in 4 ml aliquots at -20 ° C. [] = 35-50 mg / ml at work; 4 ml aliquot in 1 L → 100 mg / ml; 2 ml aliquot in 1 L → 50 mg / ml. The autoclaved LB is cooled to about 55 ° C. and then added to the LB.

SOC培地(100mL):2%のBacto トリプトン:2.0g;0.5%の酵母抽出物(Difco):0.5g;10mMのNaCl:0.2ml 5M;10mMのMgCl2:1.0ml 1M;10mMのMgSO4:1.0ml 1M;20mMのブドウ糖:0.36g。オートクレーブするまたは濾過滅菌する。 SOC medium (100 mL): 2% Bacto tryptone: 2.0 g; 0.5% yeast extract (Difco): 0.5 g; 10 mM NaCl: 0.2 ml 5M; 10 mM MgCl 2 : 1.0 ml 1M ; MgSO of 10mM 4: 1.0ml 1M; 20mM glucose: 0.36 g. Autoclave or filter sterilize.

(酵母)
(合成最小+カザミノ酸(SD−CAA)500mL)
ブドウ糖(グルコース) 10.00g
アミノ酸非含有 酵素窒素塩基(Difco) 3.35g
Na2HPO4・7H2O 5.1g
NaH2PO4・H2O 4.28g
カザミノ酸(Trp−、Ura−)(Difco) 2.5g
蒸留水を加えて最終容量にする。濾過滅菌し、そして冷蔵する。プレートについては、リン酸ナトリウムおよびソルビトールを溶解して、400mlの蒸留水中で最終濃度1Mにする。7.5gの寒天を添加し、そしてオートクレーブする。ブドウ糖、N2塩基およびアミノ酸を蒸留水100mlに溶解し、そして濾過滅菌する。オートクレーブした塩が触れるのに十分なまで冷めた後、濾過した試薬を添加する。
(yeast)
(Minimum synthesis + casamino acid (SD-CAA) 500 mL)
Glucose (glucose) 10.00g
Amino acid-free enzyme nitrogen base (Difco) 3.35 g
Na 2 HPO 4 · 7H 2 O 5.1 g
NaH 2 PO 4 .H 2 O 4.28 g
Casamino acid (Trp-, Ura-) (Difco) 2.5g
Add distilled water to final volume. Filter sterilize and refrigerate. For plates, dissolve sodium phosphate and sorbitol to a final concentration of 1M in 400 ml distilled water. Add 7.5 g agar and autoclave. Glucose, N 2 base and amino acid are dissolved in 100 ml distilled water and filter sterilized. After the autoclaved salt has cooled enough to touch, the filtered reagent is added.

(SG−CAA(誘導培地)500mL)
ガラクトース 10.00g
アミノ酸非含有 酵母窒素塩基(Difco) 3.35g
Na2HPO4・7H2O 5.1g
NaH2PO4・H2O 4.28g
カザミノ酸(Trp−、Ura−)(Difco) 2.5g
蒸留水を添加し、最終容量にする。濾過滅菌し、そして冷蔵する。
(SG-CAA (induction medium) 500 mL)
Galactose 10.00g
Amino acid-free yeast nitrogen base (Difco) 3.35 g
Na 2 HPO 4 · 7H 2 O 5.1 g
NaH 2 PO 4 .H 2 O 4.28 g
Casamino acid (Trp-, Ura-) (Difco) 2.5g
Add distilled water to final volume. Filter sterilize and refrigerate.

(濃厚(YPD)(1000mL);酵母抽出液:10g;ペプトン(Difco):20g;デキストロース:20g。蒸留水を添加し、1Lにする。オートクレーブする。   (Concentrated (YPD) (1000 mL); yeast extract: 10 g; peptone (Difco): 20 g; dextrose: 20 g. Add distilled water to 1 L. Autoclave.

TAE(Tris−酢酸):作業溶液:0.04MのTris−酢酸および0.001MのEDTA
保存溶液(50×) 1L中
Tris塩基 242g
氷酢酸 57.1ml
0.5M EDTA(pH8.0) 100ml
TBE(Tris−ホウ酸塩):作業溶液:0.09MのTris−ホウ酸塩および0.001MのEDTA
保存溶液(5×) 1L中
Tris塩基 54g
ホウ酸 27.5g
0.5M EDTA(pH8.0) 20.0ml
停止緩衝液10×(制限):50% v/vグリセロール;0.1MのEDTA(pH7.5);1% w/vのSDS;0.1% w/v ブロモフェノールブルー。色素を除くすべての成分を組み合わせ、そして色素の添加前にpHを7.5にする。
TAE (Tris-acetic acid): Working solution: 0.04 M Tris-acetic acid and 0.001 M EDTA
Stock solution (50 ×) 242 g of Tris base in 1 L
Glacial acetic acid 57.1 ml
0.5M EDTA (pH 8.0) 100ml
TBE (Tris-borate): Working solution: 0.09 M Tris-borate and 0.001 M EDTA
Stock solution (5 ×) 54 g Tris base in 1 L
Boric acid 27.5g
0.5M EDTA (pH 8.0) 20.0ml
Stop buffer 10 × (restriction): 50% v / v glycerol; 0.1 M EDTA (pH 7.5); 1% w / v SDS; 0.1% w / v bromophenol blue. Combine all ingredients except the dye and bring the pH to 7.5 before adding the dye.

染色−臭化エチジウム:水中で0.5mg/ml;貯蔵溶液:10mg/ml。貯蔵溶液の希釈:TBE中で1/10。100mlの緩衝液に100mlの希釈液を添加する。   Staining-ethidium bromide: 0.5 mg / ml in water; stock solution: 10 mg / ml. Stock solution dilution: 1/10 in TBE Add 100 ml dilution to 100 ml buffer.

TBS 作業溶液:10mMのTris−HCl、140mMのNaClおよび5mMのEDTA。濾過滅菌する。   TBS working solution: 10 mM Tris-HCl, 140 mM NaCl and 5 mM EDTA. Sterilize by filtration.

(実施例2)
(プロトコル:レプリカプレート法)
1.コロニーリフトのために適切な材料を選択する(その材料が洗浄、乾燥および滅菌されることを確認する)。
2.それぞれの新鮮なレプリカプレートの底を矢印でマークし、プレートを1列に並べる。また、出発プレートをマークする。
3.出発プレートのフタを取り、プレートを裏返し、そしてコロニーリフト材料上のマークと底の矢印を一列に並べる。プレートを材料の表面に下ろし、そして穏やかにプレート全体に押し付ける。プレートが材料に接触した後、それがまわりに動いていないことを確認する。プレートを取り除き、そしてフタを再度置く。材料に転写されたコロニーの部分が見られ得る。
4.この手順を1枚の新鮮なレプリカプレートを用いて繰り返す。矢印がマークと一列に並び、また正確なレプリカを作成することを確認する。転写された小さいコロニーを見るため光にかかげる。
5.作成されるべきそれぞれのレプリカプレートについて全手順を繰り返す。
6.選択増殖のために適切な条件でレプリカプレートをインキュベートする。コロニーは、通常、1日かそのぐらいで増殖する。
(Example 2)
(Protocol: Replica plate method)
1. Select the appropriate material for the colony lift (make sure that the material is cleaned, dried and sterilized).
2. Mark the bottom of each fresh replica plate with an arrow and align the plates in a row. Also mark the starting plate.
3. Remove the lid of the starting plate, turn the plate over, and align the mark on the colony lift material with the bottom arrow. Lower the plate onto the surface of the material and gently press it across the plate. After the plate contacts the material, make sure it is not moving around. Remove the plate and place the lid again. A portion of the colony transferred to the material can be seen.
4). This procedure is repeated with one fresh replica plate. Make sure that the arrows are in line with the mark and that you are creating an exact replica. Put on light to see the small colonies transcribed.
5). Repeat the entire procedure for each replica plate to be made.
6). Incubate the replica plate at conditions appropriate for selective growth. Colonies usually grow in a day or so.

(実施例3)
(プロトコル:酵母の電気的形質転換)
細胞の調製:
1.50mlのYPDをODが0.1になるように終夜培養物で接種する。
2.激しく振盪しながら30℃で細胞を増殖させ、1.3〜1.5のOD600にする(約6時間)。
3.4℃で5分間、3500rpmにて冷却したローターで回収する。上清を廃棄する。
4.細胞を、50mlの冷滅菌水に再懸濁することにより徹底的に洗浄する。上記のように遠心分離し、そして上清を廃棄する。
5.25mlの冷水を用いて4の工程を繰り返す。
6.2mlの氷冷滅菌1M ソルビトールに再懸濁する。上記のように遠心分離し、そして上清を廃棄する。
7.50mlの氷冷1M ソルビトールに再懸濁する。細胞の最終容量は、約150ml(3回の形質転換に十分)である。
Example 3
(Protocol: Electrical transformation of yeast)
Cell preparation:
1. Inoculate 50 ml of YPD with overnight culture to an OD of 0.1.
2. Cells are grown at 30 ° C. with vigorous shaking to an OD 600 of 1.3-1.5 (about 6 hours).
3. Recover with a rotor cooled at 3500 rpm for 5 minutes at 4 ° C. Discard the supernatant.
4). Cells are washed thoroughly by resuspending in 50 ml of cold sterile water. Centrifuge as above and discard the supernatant.
5. Repeat step 4 with 25 ml of cold water.
Resuspend in 6.2 ml ice cold sterile 1M sorbitol. Centrifuge as above and discard the supernatant.
Resuspend in 7.50 ml ice-cold 1M sorbitol. The final volume of cells is approximately 150 ml (sufficient for 3 transformations).

電気的形質転換:
1.氷上に0.2cmのキュベットおよび白色スライドチャンバーを置く。
2.エッペンドルフチューブ中に、50mlの酵母懸濁液を添加し、そしてTE中の<5ml(0.1mg)のプラスミドDNAに穏やかに混合する。すでにエッペンドルフチューブ中の酵母にDNAを添加することを確認する。5分間氷上に置く(この時間枠は、かなり重要である)。
3.GENE PULSERを1.5kVおよび25mFに設定する。パルスコントローラーを200Wに設定する。このパルスについての時定数は、4.5〜5.0msecであるべきである。
4.40mlの細胞/DNA混合物を、事前冷却したエレクトロポレーションキュベットに移す。内容物を底まで取り、サンプルがキュベットの両方のアルミニウム側面と接触することを確認する。このキュベットを冷却された安全チャンバースライド内に置く。キュベットがチャンバーの基部にある電極と接触するまでチャンバー内にスライドを押し込む。
5.上記の設定で1パルスを適用する。
6.キュベットとスライドを離し、そして直ちに、1mlの冷たい1Mのソルビトールをキュベットに添加する。混合し、そしてキュベットを氷に戻す。1Mのソルビトールを含有する選択プレート上に200mlを塗りひろげる。
Electrical transformation:
1. Place a 0.2 cm cuvette and white slide chamber on ice.
2. In an Eppendorf tube, add 50 ml of yeast suspension and gently mix with <5 ml (0.1 mg) of plasmid DNA in TE. Make sure to add DNA to the yeast already in the Eppendorf tube. Place on ice for 5 minutes (this time frame is quite important).
3. Set GENE PULSER to 1.5 kV and 25 mF. Set the pulse controller to 200W. The time constant for this pulse should be 4.5-5.0 msec.
4. Transfer 40 ml of the cell / DNA mixture to a pre-cooled electroporation cuvette. Take the contents to the bottom and check that the sample is in contact with both aluminum sides of the cuvette. Place the cuvette in a cooled safety chamber slide. Push the slide into the chamber until the cuvette contacts the electrode at the base of the chamber.
5). Apply one pulse with the above settings.
6). Release the cuvette and slide and immediately add 1 ml of cold 1M sorbitol to the cuvette. Mix and return cuvette to ice. Spread 200 ml onto a selection plate containing 1 M sorbitol.

(実施例4)
(プロトコル:E.coliの形質転換)
1.コンピテントサブクローニングが効率的なHB101(−70℃保管)のアリコートを氷上で融解し、すべての試薬を氷上に維持する。lac z相補性についてはDH5α細胞を;非メチル化についてはDM−1を用いる。
2.それぞれのDNAサンプルのために1、pBR322(陽性コントロール)(DH5αおよびDM−1についてはpUC19)のために1、DNAなし(陰性コントロール)のために1の、必要な数のエッペンドルフチューブに50mlのHB101を分配する。
3.未使用の細胞を50mLの部分に等分し、そしてドライアイス/エタノール浴中で再凍結する;−70℃で貯蔵する。
Example 4
(Protocol: E. coli transformation)
1. Thaw aliquots of competent subcloning efficient HB101 (-70 ° C storage) on ice and keep all reagents on ice. DH5α cells are used for lac z complementation; DM-1 is used for unmethylation.
2. 50 ml in the required number of Eppendorf tubes, 1 for each DNA sample, 1 for pBR322 (positive control) (pUC19 for DH5α and DM-1), 1 for no DNA (negative control) Distribute HB101.
3. Unused cells are aliquoted into 50 mL portions and refrozen in a dry ice / ethanol bath; stored at -70 ° C.

4.1mlのDNA(1mg)をエッペンドルフ(1mlのpBR322もしくはpUC19)に加え、チューブを叩き混合する。次いで氷上で30分間インキュベートする。連結のために、1〜2mlの連結混合溶液(ligation mixture)を使用する(過剰量は形質転換を困難にする)。   4. Add 1 ml of DNA (1 mg) to Eppendorf (1 ml pBR322 or pUC19) and tap to mix. Then incubate on ice for 30 minutes. For ligation, use 1-2 ml of ligation mixture (excess amount makes transformation difficult).

5.37℃で20秒間、熱ショックを与える(DM−1細胞については42℃で45秒間)。   5. Heat shock for 20 seconds at 37 ° C (45 ° C for 42 seconds for DM-1 cells).

6.氷上に2分間配置し、次いで0.95mlの室温のSOC培地を加える。浴槽(随意に振盪する)中で、あるいは37℃の室温下で振盪機において、37℃で1時間インキュベートする。。   6). Place on ice for 2 minutes, then add 0.95 ml of room temperature SOC medium. Incubate for 1 hour at 37 ° C in a bath (optionally shaking) or on a shaker at room temperature of 37 ° C. .

7.100〜200mLの細胞をLB(100mg/mLアンピシリン)に播種し、そして37℃で一晩インキュベートする。   7. Seed 100-200 mL of cells in LB (100 mg / mL ampicillin) and incubate overnight at 37 ° C.

(実施例5)
(プロトコル:GELase(商標登録)DNA精製)
Wizard(商標登録)PCR prep(Promega;Madison,WI)は、ゲルからのDNA精製のための代替のプロトコルである。Wizard(商標登録)prepの収量が低い場合、GELase(商標登録)が推奨される。所望のフラグメントが200kb長未満もしくは5kb長より長い場合、収量は低い。
(Example 5)
(Protocol: GELase (registered trademark) DNA purification)
Wizard ™ PCR prep (Promega; Madison, Wis.) Is an alternative protocol for DNA purification from gels. If the yield of Wizard (TM) prep is low, GELase (TM) is recommended. If the desired fragment is less than 200 kb or longer than 5 kb, the yield is low.

1.新鮮な1×TAE緩衝液中で、1%低融点アガロースゲルにてDNAフラグメントを分離する。   1. DNA fragments are separated on a 1% low melting point agarose gel in fresh 1 × TAE buffer.

2.エチジウムブロマイドを含む水中で、このゲルを染色する。携帯型のUVランプを使用して、新しい剃刀の刃で目的のフラグメントを切り出す。   2. The gel is stained in water containing ethidium bromide. Using a portable UV lamp, cut out the desired fragment with a new razor blade.

3.このゲル切片を、予め重量測定しておいたエッペンドルフチューブ中に配置する。ゲル切片の重量を決定するために、両方の重量を再度測定する。ゲル切片の重量が300mgを超える場合、工程6の後に、サンプルを2つのチューブに分割する。   3. This gel slice is placed in a pre-weighed Eppendorf tube. Both weights are measured again to determine the weight of the gel slice. If the gel slice weight exceeds 300 mg, after step 6, the sample is divided into two tubes.

4.ゲル切片100mgあたり、2mlの50×GELase(商標登録)緩衝液を加える。   4). Add 2 ml of 50 × GELase® buffer per 100 mg of gel slice.

5.このゲル切片を含むチューブを、ゲルが完全に融解されるまで、70℃でインキュベートする。これには少なくとも20分を要する。望ましい技術としては、30分間保持し、ピペットで混合物を数回上げ下げし、次いでさらに10分間保持することである。ゲルが完全に融解するのを確認すること。   5. The tube containing the gel slice is incubated at 70 ° C. until the gel is completely melted. This takes at least 20 minutes. A desirable technique is to hold for 30 minutes, raise and lower the mixture several times with a pipette, and then hold for another 10 minutes. Make sure the gel is completely melted.

6.融解したゲルを、45℃で少なくとも30分間平衡化する。   6). Equilibrate the melted gel at 45 ° C for at least 30 minutes.

7.融解したゲル150mgあたり、1UのGELase(商標登録)を加える。4時間インキュベートする。600mgより多い場合は、2UのGELase(商標登録)を加える。   7). Add 1 U of GELase (R) per 150 mg of melted gel. Incubate for 4 hours. If more than 600 mg, add 2 U of GELase (R).

8.1容積(1容積=ゲル切片のmg)の5M酢酸アンモニウムをこの溶液に加える。300mgより重いゲルを使用する場合、エタノール沈殿のために、より大きなチューブを必要とする。   8. Add 1 volume (1 volume = mg of gel slice) 5M ammonium acetate to this solution. If a gel heavier than 300 mg is used, a larger tube is required for ethanol precipitation.

9.2容積(1容積=ゲル切片+酢酸アンモニウムのmg)に室温の100%エタノールを加え、そして数回反転する。   Add 9.2 volumes (1 volume = gel slice + mg of ammonium acetate) 100% ethanol at room temperature and invert several times.

10.19RALにて、室温下で少なくとも30分間遠心分離することによってDNAをペレット化する。DNA濃度が非常に低い場合、エタノールを加えてから30分間保持し、次いで30分間遠心する。   Pellet DNA by centrifuging at 10.19 RAL for at least 30 minutes at room temperature. If the DNA concentration is very low, add ethanol and hold for 30 minutes, then centrifuge for 30 minutes.

11.ピペットで上清を除き、処分する。   11. Remove and discard the supernatant with a pipette.

12.ペレットを、室温の70%アルコールで洗浄する。   12 The pellet is washed with 70% alcohol at room temperature.

13.DNAを、水もしくはTEに溶解する。次いで、DNAを−20℃で保存し得る。   13. Dissolve DNA in water or TE. The DNA can then be stored at -20 ° C.

(実施例6)
(プロトコル:連結)
材料:T4 DNAリガーゼおよび2×T4 DNAリガーゼ緩衝液
ホスファターゼ処理:仔ウシ腸ホスファターゼ(CIP)および緩衝液(必要である場合)。平滑末端化処理:dNTP混合物(0.5mM)。E.coli DNAポリメラーゼIもしくはT4 DNAポリメラーゼのクレノウフラグメント。連結処理:オリゴヌクレオチドリンカー−0.2mM DTT。
(Example 6)
(Protocol: Concatenation)
Materials: T4 DNA ligase and 2 × T4 DNA ligase buffer phosphatase treatment: Calf intestinal phosphatase (CIP) and buffer (if required). Blunt end treatment: dNTP mixture (0.5 mM). E. Klenow fragment of E. coli DNA polymerase I or T4 DNA polymerase. Ligation treatment: oligonucleotide linker-0.2 mM DTT.

1.20mlの反応溶液中で、個々のDNA成分を適切な制限エンドヌクレアーゼで切断する。この反応が完了した後、65℃まで15分間加熱することによって酵素を不活性化する。さらなる酵素的な処置を必要としない場合、工程6へ進む。   1. In an 20 ml reaction solution, cleave individual DNA components with the appropriate restriction endonuclease. After the reaction is complete, the enzyme is inactivated by heating to 65 ° C. for 15 minutes. If no further enzymatic treatment is required, go to step 6.

2.DNAのうち1つの5’リン酸が除去されるべき場合、2mlの10×CIP緩衝液および1UのCIPを加え、30〜60分間、37℃でインキュベートする。この反応が完了した後、75℃まで15分間加熱することによってCIPを不活性化する。さらなる酵素的な処理を必要としない場合、工程6へ進む。   2. If one 5 'phosphate of DNA is to be removed, add 2 ml of 10x CIP buffer and 1 U of CIP and incubate at 37 ° C for 30-60 minutes. After the reaction is complete, the CIP is inactivated by heating to 75 ° C. for 15 minutes. If no further enzymatic treatment is required, go to step 6.

3.平滑末端化処理のために、1mlの溶液(4つ全てのdNTP(各0.5mM)および適切量のE.coli DNAポリメラーゼIもしくはT4 DNAポリメラーゼのクレノウフラグメントを含む)を加え、充填反応もしくはトリミング反応を行う。完了した後、75℃まで15分間加熱することによって酵素を不活性化する。オリゴヌクレオチドリンカーを加えるべき場合、工程4へ進む。1つの平滑断端のみを含むDNAフラグメントを所望する場合、反応産物を適切な制限エンドヌクレアーゼで切断する。さらなる酵素的な処理を必要としない場合、工程6へ進む。   3. For blunt end treatment, add 1 ml of solution (containing all 4 dNTPs (0.5 mM each) and appropriate amount of E. coli DNA polymerase I or K4 fragment of T4 DNA polymerase) Perform trimming reaction. After completion, the enzyme is inactivated by heating to 75 ° C. for 15 minutes. If an oligonucleotide linker is to be added, proceed to step 4. If a DNA fragment containing only one blunt end is desired, the reaction product is cleaved with an appropriate restriction endonuclease. If no further enzymatic treatment is required, go to step 6.

4.0.1〜1.0mgの適切なオリゴヌクレオチドリンカー、1mlの10mM ATP、1mlの0.2M DTT、および20〜100付着末端単位のT4 DNAリガーゼを加え、15℃で一晩インキュベートする。75℃まで15分間加熱することによってリガーゼを不活性化する。   4. Add 0.1-1.0 mg of the appropriate oligonucleotide linker, 1 ml of 10 mM ATP, 1 ml of 0.2 M DTT, and 20-100 sticky end units of T4 DNA ligase and incubate at 15 ° C. overnight. Inactivate the ligase by heating to 75 ° C for 15 minutes.

5.工程4の産物を、オリゴヌクレオチドリンカーを認識する制限酵素で切断する(必要ならば、緩衝液条件を調整する)。2つの末端の1つのみがリンカーを含むべき場合、この産物をさらなる制限酵素で切断する。   5. Cleave the product of step 4 with a restriction enzyme that recognizes the oligonucleotide linker (adjust buffer conditions if necessary). If only one of the two ends is to contain a linker, the product is cleaved with additional restriction enzymes.

6.必要ならば、所望のDNAセグメントをゲル電気泳動によって単離する。次いで、精製する(GeneCleanII(商標登録)またはGELase(商標登録))。   6). If necessary, the desired DNA segment is isolated by gel electrophoresis. It is then purified (GeneClean II ™ or GElase ™).

7.連結:20mlの水に対して、9mlのDNA成分(0.1〜5mg)、4mlの5×リガーゼ緩衝液、1mL(付着末端)のT4 DNAリガーゼ(BRL:1単位=300付着末端単位、20〜500の付着末端単位が必要)。1〜24時間、16℃でインキュベートする。   7). Ligation: 9 ml DNA component (0.1-5 mg), 20 ml water, 4 ml 5 × ligase buffer, 1 ml (sticky end) T4 DNA ligase (BRL: 1 unit = 300 sticky end units, 20 ~ 500 sticky end units required). Incubate at 16 ° C. for 1-24 hours.

8.1mlの連結された産物を形質転換受容性E.coli細胞へ導入し、そして形質変換体を選択する。次いで、ミニプレップおよび制限酵素マッピングを行い、所望の産物についてスクリーニングする。   8.1 ml of the ligated product was transformed into E. coli. E. coli cells are selected and transformants are selected. A miniprep and restriction enzyme mapping is then performed and screened for the desired product.

(実施例7)
(クローニング:)
全ての形質転換体は、下記の製造者プロトコルに従い、E.coli株DH5α中に存在した。
(Example 7)
(Cloning :)
All transformants were E. coli according to the manufacturer's protocol below. in E. coli strain DH5α.

PCR
・Ampliwax PCR−gem媒介性ホットスタートPCR(Perkin Elmer Cetus,Norwalk,CT)−シンウォールチューブのための製造者プロトコル
・GeneAmp PCR中心試薬(Perkin−Elmer−Cetus)
・DNAサーマルサイクラー480(Perkin−Elmer−Cetus)
AGA2
PCRによってクローン化する。
・PCRのためのテンプレートは、CEN BANK S.cerevisiaeゲノムライブラリー(American Type Culture Collection,Rockville,MD)であった。
・プライマー:5’−ATTAGAATTCCCTACTTCATACATTTTCAA−3’(配列番号10)
および
5’−ATTACTCGAGCTATTACTGCAGagcgtagtctggaacgtcgtatgggtaAAAAACATACTGTGTGTTTATGGG−3’(配列番号11)。
・サーマルプロフィール:
変性 94℃で1分間
アニール化 41℃で2分間(初めの5サイクル)、45℃で2分間(さらなる25サイクル)
伸長 72℃で25秒間
最後のポリッシング工程 72℃10秒間
PCR産物を、pCR−Script SK(+)クローニングキット(Stratagene,La Jolla,CA)を使用して、製造者プロトコルに従い、プラスミドpCR−Scriptにクローン化した。342bp AGA2フラグメントをEcoRIおよびXhoIで切除し、1%アガロースゲル上で精製し(プロトコル6.1.7.2)、そしてKpnI/EcoRIフラグメントとしてCUP1プロモーターを含む、pCR−Scriptにサブクローン化した。
PCR
Ampliwax PCR-gem mediated hot start PCR (Perkin Elmer Cetus, Norwalk, CT)-manufacturer protocol for thin wall tubes GeneAmp PCR center reagent (Perkin-Elmer-Cetus)
DNA thermal cycler 480 (Perkin-Elmer-Cetus)
AGA2
Cloned by PCR.
The template for PCR is CEN BANK S. cerevisiae genomic library (American Type Culture Collection, Rockville, MD).
Primer: 5′-ATTAGATCTCACTACTCATACATTTTCAA-3 ′ (SEQ ID NO: 10)
And 5'-ATTACTCGAGCTATTTACTGCAGagcgttagctggaacgtcgttatgggtaAAAAAACATACTGTGTGTTTATGGGG-3 '(SEQ ID NO: 11).
・ Thermal profile:
Denaturation 1 minute at 94 ° C. Annealing 2 minutes at 41 ° C. (first 5 cycles), 2 minutes at 45 ° C. (an additional 25 cycles)
Extension 25 seconds at 72 ° C. Last polishing step 72 ° C. 10 seconds The PCR product was transferred to plasmid pCR-Script using the pCR-Script SK (+) cloning kit (Stratagene, La Jolla, Calif.) According to the manufacturer's protocol. Cloned. The 342 bp AGA2 fragment was excised with EcoRI and XhoI, purified on a 1% agarose gel (protocol 6.1.7.2) and subcloned into pCR-Script containing the CUP1 promoter as a KpnI / EcoRI fragment.

HAペプチド
HAペプチドを、カセット式変異誘発によって挿入した。Xa因子認識配列およびHAエピトープをコードする相補的なオリゴヌクレオチド鎖を、AGA2クローンの3’XhoI部位への連結を可能にする付着突出で合成する一方で、同時にこの部位を破壊した;pCR−Script内の下流のSacI部位をアニール化し、そしてpCR−Script内のCUP1−AGA2構築物に連結した。この挿入は、HA配列の3’末端で新規のXhoI部位を含む。CUP1−AGA2−HAを、KpnI/XhoIフラグメントとして切り出し、1%アガロースゲル上で精製し、そしてすでにα因子終結配列を含む酵母のシャトルベクターpRS314(1)内にサブクローンし、表面提示ベクターpCT101を形成した。オリゴ配列:
5’−TCGACGATTGAAGGTAGATACCCATACGACGTTCCAGACTACGCTCTGCAGTAATAGATTATCCTCGAGCT−3’(配列番号12)および
5’−CGAGGATAATCTATTACTGCAGAGCGTAGTCTGGAACGTCGTATGGGTATCTACCTTCAATCG−3’(配列番号13)。
HA peptide The HA peptide was inserted by cassette mutagenesis. A complementary oligonucleotide chain encoding the factor Xa recognition sequence and the HA epitope was synthesized with an attachment overhang that allowed ligation to the 3′XhoI site of the AGA2 clone while simultaneously destroying this site; pCR-Script An internal downstream SacI site was annealed and ligated to the CUP1-AGA2 construct in pCR-Script. This insertion contains a new XhoI site at the 3 ′ end of the HA sequence. CUP1-AGA2-HA was excised as a KpnI / XhoI fragment, purified on a 1% agarose gel and subcloned into the yeast shuttle vector pRS314 (1) already containing the α-factor termination sequence, and the surface display vector pCT101 was Formed. Oligo sequence:
5'-TCGACGATTGAAGGTAGATACCCCATACGACGTTCCAGACTACGCCTCTGCAGTAATAGAATTATCCCTCGAGCT-3 '(SEQ ID NO: 12) and 5'-CGAGGATAATCTATTACTGCAGAGCGTAGTCTGTACTG-3GTCGTCATCTGGGTCATCCT-3

GALプロモーターをベクターYCplac22−GALから切り出した。適切な付着突出を有する12bpのパリンドロームリンカーを、まずこのベクターにクローン化し、両方の末端で制限部位を変えた:EcoRI→KpnI(E/KLINK)およびBamHI→EcoRI(B/ELINK)。得られたKpnI/EcoRIフラグメントをpCT101にクローン化し、ベクターpCT201を形成した。オリゴヌクレオチド配列:E/LLINK 5’−AATTGGTACC−3’(配列番号14);B/ELINK 5’−GATCGAATTC−3’(配列番号15)。   The GAL promoter was excised from the vector YCplac22-GAL. A 12 bp palindromic linker with appropriate attachment overhangs was first cloned into this vector, changing the restriction sites at both ends: EcoRI → KpnI (E / KLINK) and BamHI → EcoRI (B / ELINK). The resulting KpnI / EcoRI fragment was cloned into pCT101 to form vector pCT201. Oligonucleotide sequence: E / LLINK 5'-AATTGGTACC-3 '(SEQ ID NO: 14); B / ELLINK 5'-GATCGAATTC-3' (SEQ ID NO: 15).

4−4−20scFvを、上記のようにPCRによって増幅した:
・テンプレート:GeneXベクター内の4−4−20(D.Kranz(UIUC Dept.of Biochem.)から得た)
・プライマー:5’−ggttggccaagctagcGACGTCGTTATGACTCAA−3’(配列番号16)および
5’−ggccggccaactcgagctattacaagtcttcttcagaaataagcttttgttcTGAGGAGACGGTGACTGA−3’(配列番号17)。
・サーマルプロフィール:
変性 94℃で1分間
アニール化 40℃で2分間(初めの5サイクル)、48℃で2分間(さらなる30サイクル)
伸張 72℃で50秒間
最後のポリッシュ工程 72℃で10分間。
4-4-20 scFv was amplified by PCR as described above:
Template: 4-4-20 in GeneX vector (obtained from D. Kranz (UIUC Dept. of Biochem.))
Primers: 5′-ggttggccagactagcGACGTCGTTATGACTCAA-3 ′ (SEQ ID NO: 16) and 5′-ggccggccactacgagttattacattacttttctagagaagattttttgttGTGAGGCTGATGGATGGATGGATGGATGGATGGATGGATGGATGGATGGATGGATGGATGGAG
・ Thermal profile:
Denaturation 1 minute at 94 ° C. Annealing 2 minutes at 40 ° C. (first 5 cycles), 2 minutes at 48 ° C. (an additional 30 cycles)
Extension 50 seconds at 72 ° C. Last polishing step 10 minutes at 72 ° C.

PCR産物をpCR−Script内にクローン化し、上記の方法を使用して、NheI/XhoIフラグメントとして、pCT201内にサブクローン化し、ベクターpCT202を作製した。ベクターpCT302を、(Gly4−Ser)3リンカーをコードする合成オリゴヌクレオチド(UIUC Biotechnology Center)を挿入することによって、AGA2とpCT202の4−4−20オープンリーディングフレームとの間にフレーム内に作成した。 The PCR product was cloned into pCR-Script and subcloned into pCT201 as a NheI / XhoI fragment using the method described above to create vector pCT202. The vector pCT302 was generated in-frame between AGA2 and the 4-4-20 open reading frame of pCT202 by inserting a synthetic oligonucleotide (UIUC Biotechnology Center) encoding a (Gly 4 -Ser) 3 linker. .

AGA1
上記のようにPCRで増幅した:
・テンプレート:CEN BANK
・プライマー:5’−ATTAGAATTCAGCTAAAAAAACCAAAAAAT−3’(配列番号18)および
5’−ATTACTCGAGctaTTAACTGAAAATTACATTGC−3’(配列番号19)
・サーマルプロフィール:
変性 94℃で1分間
アニール化 41℃で2分間(初めの5サイクル)、45℃で2分間(さらなる25サイクル)
伸張 72℃で2分20秒間
最後のポリッシュ工程 72℃で10分間
PCR産物を、GELase(商標登録)キットを使用してゲル精製した。pCT201のKpnI/SstIフラグメントをベクターpRS316内にクローン化した。次いで、これをEcoRIおよびXhoIで消化し、切り出されたAGA2フラグメントを、残存するベクターフラグメントをゲル精製することによって除去し、そして精製したAGA1 PCR産物に連結し、EcoRIおよびXhoIで消化した。得られたクローンはpCT211であった。pCT211のKpnI/SstIフラグメントを、実質的に、ベクターYIplac211内でクローン化し、ベクターpIU211を形成した。
AGA1
Amplified by PCR as above:
・ Template: CEN BANK
Primers: 5′-ATTAGATTCAGCTCAAAAAAACCAAAAAAT-3 ′ (SEQ ID NO: 18) and 5′-ATTACTCGAGcttaTTAACTGAAAATTACATTGC-3 ′ (SEQ ID NO: 19)
・ Thermal profile:
Denaturation 1 minute at 94 ° C. Annealing 2 minutes at 41 ° C. (first 5 cycles), 2 minutes at 45 ° C. (an additional 25 cycles)
Extension 2 min 20 sec at 72 ° C. Last polish step 10 min at 72 ° C. The PCR product was gel purified using the GELase® kit. The KpnI / SstI fragment of pCT201 was cloned into the vector pRS316. This was then digested with EcoRI and XhoI, the excised AGA2 fragment was removed by gel purification of the remaining vector fragment and ligated to the purified AGA1 PCR product and digested with EcoRI and XhoI. The resulting clone was pCT211. The KpnI / SstI fragment of pCT211 was substantially cloned into vector YIplac211 to form vector pIU211.

(実施例8)
(酵母における発現)
酵母株、S.cerevisiae BJ5465(ura3−52 trp1 leu2D1 his3D200 pep4:HIS2 prb1D1.6R can1 GAL)。この株は、pep4およびprb1変異体であり、プロテアーゼを欠く変異体を作製する。3つの栄養マーカーを除去し、そしてプラスミド選択のために使用し得た:URA3、TRP1、およびLEU2。HIS3を除去したが、PEP4除去は、HISマーカーで補われる。
(Example 8)
(Expression in yeast)
Yeast strain, S. cerevisiae BJ5465 (ura3-52 trp1 leu2D1 his3D200 pep4: HIS2 prb1D1.6R can1 GAL). This strain is a pep4 and prb1 mutant, creating a mutant lacking a protease. Three nutritional markers were removed and could be used for plasmid selection: URA3, TRP1, and LEU2. HIS3 was removed, but PEP4 removal is supplemented with a HIS marker.

形質転換:
ベクターpIU211を、AGA1配列において独自に存在するBsiWIで切断した。約100ngのこの直鎖化されたベクターおよび200ngのpCT202を、エレクトロポレーション(プロトコル2.6.1)によって、酵母株BJ5465に同時に形質転換した。形質転換体をSD−CAAプレート上で選択した。
Transformation:
Vector pIU211 was cut with BsiWI, which is uniquely present in the AGA1 sequence. Approximately 100 ng of this linearized vector and 200 ng of pCT202 were simultaneously transformed into yeast strain BJ5465 by electroporation (protocol 2.6.1). Transformants were selected on SD-CAA plates.

実験的な誘導条件:
pIU211およびpCT202で形質転換された酵母の単一コロニーを、3mlのSD−CAAに接種し、そして約24時間、30℃で増殖させた。この時点では、細胞密度は、1mあたり約107〜108細胞(すなわち、OD600は約1〜3)であった。遠心分離によって十分な量の細胞を回収し、開始OD600が〜0.5になるように、3mlのSG−CAAに接種した。この培養物を、約20時間、30℃で増殖させた。
Experimental induction conditions:
A single colony of yeast transformed with pIU211 and pCT202 was inoculated into 3 ml of SD-CAA and grown at 30 ° C. for about 24 hours. At this point, the cell density was about 10 7 to 10 8 cells per meter (ie, OD 600 was about 1 to 3). A sufficient amount of cells was collected by centrifugation and inoculated into 3 ml SG-CAA so that the starting OD 600 was ˜0.5. The culture was grown at 30 ° C. for about 20 hours.

(実施例9)
(酵母細胞の蛍光標識化)
以下の方法を使用して、酵母細胞の蛍光標識化を行った:
1.SG−CAA中で20時間培養した後、0.2 OD−ml(600nm)の細胞を、約10〜30秒間、14,000gで遠心分離することによって回収する。
Example 9
(Fluorescent labeling of yeast cells)
Fluorescence labeling of yeast cells was performed using the following method:
1. After culturing for 20 hours in SG-CAA, 0.2 OD-ml (600 nm) cells are harvested by centrifugation at 14,000 g for about 10-30 seconds.

2.細胞ペレットを、TBS中に再懸濁して、そして遠心沈殿することによって洗浄する。   2. The cell pellet is washed by resuspending in TBS and centrifuging.

3.ペレットを、適切な容積のTBS中に再懸濁して、インキュベーションのために最終容積を100mlにする。以下の量の標識化試薬を、適切な量として加える:1mlの25mg/ml FITC−デキストラン(MW 2,000,000)(Sigma);1mlの9E10 Mab腹水(Babco)または100mg/mlでの10mlの9E10(Santa Cruz Biotechnology);TBS中で10mg/mlの100mlの12CA5 Mab(Boehringer−Mannheim)。ボルテックスまたは上下のピペッティングによって混合する。   3. The pellet is resuspended in an appropriate volume of TBS to bring the final volume to 100 ml for incubation. Add the following quantities of labeling reagents as appropriate: 1 ml 25 mg / ml FITC-dextran (MW 2,000,000) (Sigma); 1 ml 9E10 Mab ascites (Babco) or 10 ml at 100 mg / ml 9E10 (Santa Cruz Biotechnology); 10 ml / ml 100 ml 12CA5 Mab (Boehringer-Mannheim) in TBS. Mix by vortexing or pipetting up and down.

4.室温で1時間インキュベートし、チューブを指で軽くはじくか、ボルテックスするか、またはピペッティングすることによって、約20分毎に細胞を混合する。   4). Incubate for 1 hour at room temperature and mix cells approximately every 20 minutes by flicking the tube with your finger, vortexing, or pipetting.

5.この細胞を遠心沈殿し、そして適切な量のTBS中に再懸濁し、最終容積を100mlにする。以下の量の第2の試薬を、適切な量として加える:4mlのマウス−PE(Sigma);2mlのマウス−FITC(Sigma);1mlのFITC−デキストラン。   5. The cells are spun down and resuspended in an appropriate amount of TBS to a final volume of 100 ml. The following amounts of second reagent are added as appropriate amounts: 4 ml mouse-PE (Sigma); 2 ml mouse-FITC (Sigma); 1 ml FITC-dextran.

6.室温で30分間インキュベートする。   6). Incubate for 30 minutes at room temperature.

7.遠心沈殿し、そして工程2のように洗浄する。   7). Centrifuge and wash as in step 2.

8.ペレットを、約100mlの10mM Tris塩基,pH8.3(FITCで標識化した任意のものについて)またはTBS(顕微鏡のため)に再懸濁する。フローサイトメトリーのために、500mlの10mM Trisに懸濁する(最終細胞密度約106/mlあるいはそれ以上)。サンプルは、フローサイトメトリーのために、0.5ml微量遠心チューブ中にある必要がある。ビオチン−フルオレセインを使用する実験のために、細胞を増殖し、誘導し、回収し、そして記載されるように、1次標識として、FITC−デキストランの代用として10mMのビオチン−フルオレセインで標識し、そして二次標識試薬として、3mgのストレプトアビジン−PEおよび1mgのRED613結合ヤギ抗マウスF(ab’)2(Life Technogies,Grand Island,NY)の混合物で標識した。 8). The pellet is resuspended in about 100 ml of 10 mM Tris base, pH 8.3 (for any labeled with FITC) or TBS (for microscopy). For flow cytometry, suspended in 10 mM Tris of 500 ml (final cell density of about 10 6 / ml or more). Samples should be in 0.5 ml microcentrifuge tubes for flow cytometry. For experiments using biotin-fluorescein, cells are grown, induced, harvested, and labeled with 10 mM biotin-fluorescein as the primary label as a substitute for FITC-dextran as described, and As a secondary labeling reagent, it was labeled with a mixture of 3 mg streptavidin-PE and 1 mg RED613-conjugated goat anti-mouse F (ab ′) 2 (Life Technologies, Grand Island, NY).

(実施例10)
(共焦点蛍光顕微鏡)
HAペプチド(pCT201)もしくはscFV融合(pCT202)のプラスミド指向表面発現を含む酵母を、唯一の炭素源として2%ガラクトースを含む培地中で20時間増殖させ、そして実質的に、mAb 9E10で標識し、次いで、記載されるように、二次抗マウスIgG−R−フィコエリトリン(PE)結合体およびFITC−デキストランによって標識した。標識された細胞を、抗退色試薬として1mg/mlのp−フェニレンジアミンを含む90%グリセロールマウント媒体中で、ポリリジン被覆スライド上にマウントし、そしてレーザー共焦点蛍光顕微鏡(UIUC Beckman Institute Microscopy Suite)を用いて、63×の対物レンズの倍率で8秒間の速度で分析した。DIC、赤色PE蛍光、および緑色FITC蛍光からのイメージを収集した。
(Example 10)
(Confocal fluorescence microscope)
Yeast containing plasmid-directed surface expression of HA peptide (pCT201) or scFV fusion (pCT202) is grown for 20 hours in medium containing 2% galactose as the sole carbon source and labeled with mAb 9E10 substantially It was then labeled with secondary anti-mouse IgG-R-phycoerythrin (PE) conjugate and FITC-dextran as described. Labeled cells were mounted on polylysine-coated slides in 90% glycerol mounting media containing 1 mg / ml p-phenylenediamine as an anti-fade reagent and laser confocal fluorescence microscopy (UIUC Beckman Institute Microscopy Suite) And analyzed at a magnification of 63 × objective lens at a rate of 8 seconds. Images from DIC, red PE fluorescence, and green FITC fluorescence were collected.

(実施例11)
(フローサイトメトリー分析および分類)
標識された酵母細胞懸濁液を、UIUC Biotechnology Centerのフローサイトメトリーセンターで、Coulter Epics XLフローサイトメーターで分析した。事象速度を、ほぼ500細胞/秒で維持した。集団を光散乱によってゲートし、凝集細胞の検査を避け、そして100,000事象に関するデータを収集した。初期細胞分類実験については、pCT202ベクターを保有する酵母を、非形質転換の親株BJ5465と混合し、そしてFITCシグナルに基づいて、CICERO分類エレクトロニクスで改変されたCoulter 753細胞分類ベンチ(UIUCフローサイトメトリーセンター)にて分類した。分類前のサンプルおよび分類後のサンプルを非選択培地上に播種し、次いで、レプリカをpCT202ベクターに選択的な培地上に播種した。選択的なプレート上で生存可能な非選択的なコロニー画分として、純度を決定した。
(Example 11)
(Flow cytometry analysis and classification)
The labeled yeast cell suspension was analyzed on a Coulter Epis XL flow cytometer at the flow cytometry center of UIUC Biotechnology Center. The event rate was maintained at approximately 500 cells / second. The population was gated by light scattering, avoiding examination of aggregated cells, and collecting data on 100,000 events. For initial cell sorting experiments, the yeast carrying the pCT202 vector was mixed with the untransformed parent strain BJ5465 and based on the FITC signal, the Coulter 753 cell sorting bench (UIUC flow cytometry center) modified with CICERO sorting electronics. ). Samples before and after classification were seeded on non-selective medium, and replicas were then seeded on medium selective for the pCT202 vector. Purity was determined as the non-selective colony fraction that could survive on selective plates.

(実施例12)
(表面抗体発現レベルの定量化)
ベクターpCT202を保有する細胞およびQuantum Simply細胞ビーズ(Sigma,St.Louis,MO)を、記載されるように、FITC結合mAb 12CA5(Boehringer Mannheim,Indianapolis,IN)(TBS中に10g/ml)で標識し、そしてCoulter Epics XLフローサイトメーターにて分析した。酵母サンプルの、標準ビーズとの蛍光強度の比較は、Quantum Simply Cellular(Sigma)のQuickCalを使用する直線回帰によって、提示している酵母細胞の抗体結合能力の決定を可能にした。
Example 12
(Quantification of surface antibody expression level)
Cells carrying vector pCT202 and Quantum Simply cell beads (Sigma, St. Louis, MO) are labeled with FITC-conjugated mAb 12CA5 (Boehringer Mannheim, Indianapolis, IN) (10 g / ml in TBS) as described. And analyzed on a Coulter Epis XL flow cytometer. Comparison of the fluorescence intensity of yeast samples with standard beads allowed determination of the antibody binding capacity of the displayed yeast cells by linear regression using Quantum Simply Cellular (Sigma) QuickCal.

(実施例13)
(scFvを提示する細胞からの抗原解離の動力学的分析)
プラスミドpCT202保有する酵母細胞を増殖し、そして記載されるように、抗c−myc mAb 9E10およびFITC−デキストランまたはビオチン−フルオレセインで標識した。標識された集団の画分をフローサイトメトリー分析し、蛍光の初期レベルを測定した。非蛍光競合剤(5−アミノフルオレセイン)を約10mM(約1000倍過剰)の最終濃度で加え、c−myc陽性細胞集団のFITCもしくはPE蛍光を、Coulter Epics XLにて室温(21−23℃)で、時間の関数として追跡した。データを、指数関数的な減衰として当てはめた。多価抗原が時間の関数として細胞に結合するという可能性は、P=1−(1−e-ktN(Nは結合価であり、Kは解離に動力学的速度定数であり、そしてtは時間である)によって与えられる。長時間のtについては、これは、P=Ne-ktまで減少する。従って、長時間のt〜0時間のデータの推定は、P=N、またはFext=NF0の蛍光強度を産する。ここでFextは、競合剤添加時で推定された蛍光であり、そしてF0は実際の初期蛍光である。従って、表面提示scFv 4−4−20と多価のFITC−デキストランとの相互作用の結合価は、図11における曲線のy切片として決定した。
(Example 13)
(Kinetic analysis of antigen dissociation from cells presenting scFv)
Yeast cells harboring plasmid pCT202 were grown and labeled with anti-c-myc mAb 9E10 and FITC-dextran or biotin-fluorescein as described. A fraction of the labeled population was analyzed by flow cytometry to determine the initial level of fluorescence. A non-fluorescent competitor (5-aminofluorescein) was added at a final concentration of about 10 mM (about 1000-fold excess) and FITC or PE fluorescence of the c-myc positive cell population was room temperature (21-23 ° C.) with Coulter Epis XL. And tracked as a function of time. Data were fitted as exponential decay. The possibility that a multivalent antigen binds to a cell as a function of time is P = 1− (1-e −kt ) N (N is the valence, K is the kinetic rate constant for dissociation, and t is the time). For long time t, this decreases to P = Ne- kt . Thus, the estimation of long t to 0 hour data yields a fluorescence intensity of P = N or F ext = NF 0 . Where F ext is the fluorescence estimated upon addition of the competitor and F 0 is the actual initial fluorescence. Therefore, the valence of the interaction between the surface-presented scFv 4-4-20 and the multivalent FITC-dextran was determined as the y-intercept of the curve in FIG.

可溶性フルオレセイン(FDS)への結合を、scFvを提示する細胞全体の近傍の蛍光消光作用を観察することによってアッセイした。細胞を、23℃で温度自動調節された石英キュベットにおいて、TBS+0.1%BSAに2×107細胞/mlで懸濁し、そして0〜7.5nMの範囲にわたるFDSで滴定する。520nmでの蛍光を、488nmの励起波長を使用して、SLM Aminco SPF−500分光蛍光光度計で観察した。不適切なscFvを提示するコントロール細胞を滴定し、平衡結合型データモデルに対する2つのパラメータ適合について勾配を得、平衡定数および有効scFV濃度を得た。平衡滴定に続いて、5−アミノフルオレセインを1mMまで加え、そしてサンプルの蛍光の変化を、FDSに対するkoffを決定するために経時的に追跡した。 Binding to soluble fluorescein (FDS) was assayed by observing fluorescence quenching in the vicinity of whole cells presenting scFv. Cells are suspended in TBS + 0.1% BSA at 2 × 10 7 cells / ml in a quartz cuvette thermostatted at 23 ° C. and titrated with FDS ranging from 0 to 7.5 nM. Fluorescence at 520 nm was observed with an SLM Aminco SPF-500 spectrofluorometer using an excitation wavelength of 488 nm. Control cells presenting an inappropriate scFv were titrated to obtain a slope for a two parameter fit to the equilibrium binding data model to obtain an equilibrium constant and effective scFV concentration. Following equilibrium titration, 5-aminofluorescein was added to 1 mM and the change in fluorescence of the sample was followed over time to determine the k off for FDS.

(実施例14)
(scFv遺伝子の変異原性)
約100ngのpCT302を、製造者プロトコルに従い、2連でE.coli株XL−1Red(Stratagene,La Jolla,CA)に形質転換した。SOC培地中での1時間の誘導の後、2つの形質転換体群をプールし、そしてそのプールの1/2000を、100mg/mlのアンピシリンを含むLB培地上に播種し、形質転換効率を決定した。50mg/mlのアンピシリンおよび100mg/mlのカルベニシリンを含む5mlの液体LB培地(LB−AMP50−CARB100)を、残余の形質転換体と共に接種し、そして一晩37℃で増殖させた(OD600約1.0)。この培養物の十分な量を収集し、バッフル振盪フラスコ中で、この培養物を50mlのLB−AMP50−CARB100にOD600=0.01になるまで接種し、そしてOD600約1.0〜1.1まで37℃で増殖させた。細胞を遠心分離によって収集し、そして200mlのLB−AMP50−CARB100にOD600=0.001まで接種するために使用し、そしてこの培養物を、37℃でOD600約1.0まで増殖させた。プラスミドDNAを、QIAGEN(商標登録)Maxiprepキット(QIAGEN(商標登録),Santa Clarita,CA)によって単離した。回収したDNAをXL1−Redに再び形質転換し、そして成長周期を3回繰り返し、得られる最終産物を突然変異誘発遺伝子株における増殖の約90世代に供した。
(Example 14)
(Mutagenicity of scFv gene)
About 100 ng of pCT302 was prepared in duplicate according to the manufacturer's protocol. E. coli strain XL-1Red (Stratagene, La Jolla, Calif.). After 1 hour induction in SOC medium, two groups of transformants are pooled and 1/2000 of the pool is seeded on LB medium containing 100 mg / ml ampicillin to determine transformation efficiency. did. 5 ml of liquid LB medium (LB-AMP50-CARB100) containing 50 mg / ml ampicillin and 100 mg / ml carbenicillin was inoculated with the remaining transformants and grown overnight at 37 ° C. (OD 600 approximately 1 0.0). A sufficient amount of the culture is collected, inoculated into 50 ml of LB-AMP50-CARB100 until OD 600 = 0.01 in a baffled shake flask, and OD 600 of about 1.0-1 1. Grown at 37 ° C. until 1. Cells were harvested by centrifugation and used to inoculate 200 ml of LB-AMP50-CARB100 to OD 600 = 0.001, and the culture was grown to 37 ° C. to an OD 600 of about 1.0. . Plasmid DNA was isolated by the QIAGEN ™ Maxiprep kit (QIAGEN ™, Santa Clarita, CA). The recovered DNA was again transformed into XL1-Red and the growth cycle was repeated three times and the resulting final product was subjected to approximately 90 generations of growth in the mutagenized gene strain.

(実施例15)
(ライブラリーの発現および動力学的スクリーニング)
50mgの突然変異を誘発されたpCT302 DNAを、10の分離した反応におけるGietzおよびSchiestlの方法により、酵母株EBY100に形質転換した。その生成物をプールし、そして全体の1/2000を選択培地上にプレートして、形質転換体の総数を決定した。その残余物を50mlの選択グルコース培地中で接種し、30℃で一晩増殖し、OD600=0.1まで継代し、そして10倍に拡大させた。選択ガラクトース培地(5ml)をOD600=0.5に接種し、そしてOD600=1.0−2.0まで30℃で一晩増殖させた。107細胞のサンプル(1 OD600ml)を、記載されるようにFITC−デキストランで標識した。標識に続いて、細胞を、10mMの5−アミノフルオレセインおよび9E10mAb中に室温で20分間再懸濁し、同時にサンプルを氷冷緩衝液でリンスしてFITC−デキストランの競合的解離を停止し、そして記載されるように抗マウスPE二次抗体で標識した。サンプルを、図4に示されるような選別ウインドウと4000/秒の事象速度(event rate)を有するクールター(Coulter)753ベンチ(bench)上で選別した。選別第1回の間に6×107細胞を試験し、そしてウインドウを、集団の0.2%を回収するようにセットした。回収された細胞をグルコース培地中で再増殖し、そして競合および選別の繰り返しの前に、記載されるようにガラクトースに切り替えた。合計4回の選別および増幅を実施した。4×107細胞を第2回で試験し、そして2×107細胞を、各第3回および第4回において試験した。第1および第2回を、全ての陽性クローンの高回収率を提供するために濃縮様式において実施し、そして第3および第4回は、同時に発生した陰性細胞を拒絶し、かつより多量の濃縮要因を達成するために精製様式において実施した。第4回の生成物を、個々のコロニーを単離するためにプレートした。
(Example 15)
(Library expression and kinetic screening)
50 mg of the mutagenized pCT302 DNA was transformed into yeast strain EBY100 by the method of Gietz and Schiestl in 10 separate reactions. The product was pooled and a total of 1/2000 was plated on selective media to determine the total number of transformants. The residue was inoculated in 50 ml selective glucose medium, grown overnight at 30 ° C., passaged to OD 600 = 0.1 and expanded 10-fold. Selective galactose medium (5 ml) was inoculated to OD 600 = 0.5 and grown overnight at 30 ° C. to OD 600 = 1.0-2.0. A sample of 10 7 cells (1 OD 600 ml) was labeled with FITC-dextran as described. Following labeling, cells are resuspended in 10 mM 5-aminofluorescein and 9E10 mAb for 20 minutes at room temperature, while simultaneously rinsing the samples with ice-cold buffer to stop the competitive dissociation of FITC-dextran and described Labeled with anti-mouse PE secondary antibody. Samples were sorted on a Coulter 753 bench with a sorting window as shown in FIG. 4 and an event rate of 4000 / sec. 6 × 10 7 cells were tested during the first round of sorting and the window was set to collect 0.2% of the population. Harvested cells were regrown in glucose medium and switched to galactose as described before repeated competition and sorting. A total of 4 selections and amplifications were performed. 4 × 10 7 cells were tested in the second round and 2 × 10 7 cells were tested in each third and fourth round. The first and second rounds are performed in an enrichment mode to provide a high recovery of all positive clones, and the third and fourth rounds reject simultaneously occurring negative cells and enrich more Performed in a purification mode to achieve the factors. The fourth round product was plated to isolate individual colonies.

(実施例16)
(融合ディスプレイ系の確立)
酵母細胞壁タンパク質を有するペプチドエピトープタグ融合物をコードする遺伝子を構築し、そしてそのエピトープの表面発現を改変した。この細胞壁タンパク質であるa−アグルチニンは、酵母の接合の間の細胞と細胞の接着に関与する。従って対向する接合型の細胞上のアグルチニンに対するレセプターとして、外部細胞表面上に曝露される。試験的な混合および選別実験を実施して、フローサイトメトリーによる親和性スクリーニングについて、一回通過および二回通過の精製収量ならびに純度を決定した。
(Example 16)
(Establishment of fusion display system)
A gene encoding a peptide epitope tag fusion with a yeast cell wall protein was constructed and the surface expression of that epitope was altered. This cell wall protein, a-agglutinin, is involved in cell-cell adhesion during yeast conjugation. Thus, it is exposed on the external cell surface as a receptor for agglutinin on opposing mating cells. Pilot mixing and sorting experiments were performed to determine the single-pass and double-pass purification yields and purity for affinity screening by flow cytometry.

(実施例17)
(酵母接合のアグルチニン)
酵母の生活環において、一倍体細胞は、2つの可能な接合型(aまたはα)ののうちの1つとして生じる。a一倍体細胞およびα一倍体細胞が物理的接触する場合、それらは、「アグルチニン」と呼ばれる細胞表面接着タンパク質の間の強力で特異的な相互作用を通して互いに接着する。いったんこの様式において結合すると、その細胞は融合して二倍体細胞を形成する。酵母細胞壁上における抗体提示についてのプラットホーム(platform)として、a−アグルチニンのサブユニットに対するポリペプチドの融合物を構築した。アグルチニンの生理学的役割は、他のタンパク質との特異的で高親和性の相互作用のために、細胞の外側にタンパク質結合部位を提示することであるので、酵母細胞壁成分からの人工的な立体障害を最小限であった。
(Example 17)
(Yeast-conjugated agglutinin)
In the yeast life cycle, haploid cells occur as one of two possible mating types (a or α). When a-haploid cells and α-haploid cells are in physical contact, they adhere to each other through strong and specific interactions between cell surface adhesion proteins called “agglutinins”. Once bound in this manner, the cells fuse to form diploid cells. As a platform for antibody presentation on the yeast cell wall, a fusion of polypeptides to a-agglutinin subunits was constructed. Because the physiological role of agglutinin is to present protein binding sites outside the cell for specific, high affinity interactions with other proteins, artificial steric hindrance from yeast cell wall components Was minimal.

真核生物として、酵母は、抗体分泌Bリンパ球の分泌装置と非常に相同性の高い分泌装置を保有する。結果として、人工的クローン依存性の非効率的な分泌は、この宿主によって最小化されるべきである。多数の研究は、特定分子がインビトロおよびインビボの両方において、機能の有意な損失を伴わずに変換され得るというように、酵母と哺乳動物の分泌経路の間に著しい相同性を明らかにした。マウスBiPの発現は、その発現が増殖に対して必須である酵母のBiPと機能的に置換される(Normington、1989)。哺乳動物のPDIの発現は、別の必須な酵母のER管腔タンパク質である酵母のPDIと機能的に置換される(Guntherら、1993)。酵母の分泌と哺乳動物の分泌との間に広範な類似性が与えられれば、誤った折りたたみに起因する抗体発現におけるクローンの変異性は、細菌性宿主と比較して、酵母において実質的に減じられるべきである。実際、酵母における活性な抗体の折りたたみ、アセンブリ、および分泌は、以前に実証されている(Woodら、’85;Horwitzら、’88)。   As a eukaryote, yeast possesses a secretion device that is very homologous to that of antibody-secreting B lymphocytes. As a result, artificial clone-dependent inefficient secretion should be minimized by this host. Numerous studies have revealed significant homology between yeast and mammalian secretion pathways, such that certain molecules can be converted both in vitro and in vivo without significant loss of function. Mouse BiP expression is functionally replaced with yeast BiP, whose expression is essential for growth (Normington, 1989). Mammalian PDI expression is functionally replaced with yeast PDI, another essential yeast ER luminal protein (Gunther et al., 1993). Given the wide similarity between yeast secretion and mammalian secretion, clonal variability in antibody expression due to misfolding is substantially reduced in yeast compared to bacterial hosts. Should be done. In fact, active antibody folding, assembly, and secretion in yeast has been previously demonstrated (Wood et al., '85; Horwitz et al., '88).

酵母のa−アグルチニンを以下の2つのサブユニットとして合成する;Aga1p(これは、細胞壁への固定のためにホスファチジル−イノシトール−グリカンテイルを保有する)およびAga2p(これは、高親和性(KD≒1nM)でα−アグルチニンに結合する)(LipkeおよびKurjan、1992)。Aga1pおよびAga2pは、サブユニット間ジスルフィド結合によって連結され、そしてAga2pは、DTTのような還元剤とのインキュベーションの後に、増殖培地に放出される。ホスファチジル−イノシトール−グリカンテイルは、一般的に膜に局在化されるが、Aga1pは、グリコシル転移によって細胞壁中の線維状グルカンに連結されるという実質的な証拠が集積されている(de NobelおよびLipke、1994)。 Yeast a-agglutinin is synthesized as the following two subunits; Aga1p (which carries phosphatidyl-inositol-glycantail for fixation to the cell wall) and Aga2p (which has high affinity (K D Binds to α-agglutinin at ≈1 nM) (Lipke and Kurjan, 1992). Aga1p and Aga2p are linked by an intersubunit disulfide bond, and Aga2p is released into the growth medium after incubation with a reducing agent such as DTT. While phosphatidyl-inositol-glycantale is generally localized to the membrane, substantial evidence has accumulated that Aga1p is linked to fibrous glucans in the cell wall by glycosyl transfer (de Nobel and Lipke, 1994).

(実施例18)
(融合構築物)
酵母細胞表面上でポリペプチドを提示するためにアグルチニン融合を使用することの可能性を確立するために、「エピトープタグ」ペプチドをAga2pに最初に遺伝的に融合した。このアプローチを抗体の融合に拡張することは簡単である。酵母の分泌経路を通したscFv分子の継代は、効率的である。なぜなら、活性化IgGおよびFabの折りたたみ、アセンブリ、および分泌が酵母において実証されているからである(Horwitzら、1988;Woodら、1985)。
(Example 18)
(Fusion structure)
In order to establish the possibility of using an agglutinin fusion to display the polypeptide on the yeast cell surface, an “epitope tag” peptide was first genetically fused to Aga2p. Extending this approach to antibody fusion is straightforward. Passage of scFv molecules through the yeast secretory pathway is efficient. Because folding, assembly, and secretion of activated IgG and Fab has been demonstrated in yeast (Horwitz et al., 1988; Wood et al., 1985).

AGA2遺伝子を酵母のゲノムライブラリーからPCRによってクローン化し、そして発現レベルの25倍の改変を可能にする強力な銅誘導性CUP1プロモーターを含む発現ベクター中にサブクローニングした。インフルエンザHAエピトープタグについてのコード配列(Tyr−Pro−Tyr−Asp−Val−Pro−Asp−Tyr−Ala)(配列番号1)を、AGA2オープンリーディングフレームの3’末端に融合し、その前にはXa因子の部位特異的プロテアーゼ切断部位(Ile−Glu−Gly−Arg’)(配列番号26)が存在する。この構築物のDNA配列を、図7において示す。利便性のよい制限部位を、単鎖抗体の遺伝子のインフレーム融合物に対して含んでいる。   The AGA2 gene was cloned from a yeast genomic library by PCR and subcloned into an expression vector containing a strong copper-inducible CUP1 promoter that allowed for a 25-fold modification in expression level. The coding sequence for the influenza HA epitope tag (Tyr-Pro-Tyr-Asp-Val-Pro-Asp-Tyr-Ala) (SEQ ID NO: 1) was fused to the 3 ′ end of the AGA2 open reading frame, before There is a site-specific protease cleavage site (Ile-Glu-Gly-Arg ′) (SEQ ID NO: 26) of factor Xa. The DNA sequence of this construct is shown in FIG. Convenient restriction sites are included for in-frame fusions of single chain antibody genes.

Aga2p−HA融合物は、単に、最終的なAga2p−HA−抗体融合物に対する構築物の中間体であるが、これは融合ペプチドが、この系において細胞表面上に固定され、そして接近可能であることを確認するための手段を提供する。融合による外部細胞壁へのHAペプチドの固定化を、12CA5 mAb(Boehringer Mannheim、Indianapolis、IN)を用いる全ての固定されていない細胞の免疫蛍光染色によって確証し、フローサイトメトリーおよび蛍光鏡検によって検出した(図9)。全体の12CA5抗体分子は、いかなる破壊的な細胞壁の生化学的処理も伴わずにHAエピトープに結合するので、Aga2pは、高分子認識のために、細胞外部に接近可能である。   The Aga2p-HA fusion is simply an intermediate of the construct to the final Aga2p-HA-antibody fusion, which means that the fusion peptide is immobilized and accessible on the cell surface in this system. Provides a means to confirm. Immobilization of the HA peptide to the outer cell wall by fusion was confirmed by immunofluorescence staining of all unfixed cells using 12CA5 mAb (Boehringer Mannheim, Indianapolis, IN) and detected by flow cytometry and fluorescence microscopy (FIG. 9). Since the entire 12CA5 antibody molecule binds to the HA epitope without any destructive cell wall biochemical processing, Aga2p is accessible outside the cell for macromolecular recognition.

前記したように、Aga2p結合サブユニットは、Aga1pへのジスルフィド結合を通して細胞壁に接着され、これは他の細胞壁成分と共有結合的に固定される。DTTでの処理は12CA5での標識を無効にした。このことは、Aga2p−HA融合がジスルフィド結合によって細胞表面に付着されることを示す。AGA1遺伝子を、PCRによってクローン化し、そしてGAL1プロモーターの下流にサブクローニングした。AGA1の発現を、ガラクトース増殖培地に切り替えることによって誘導した。   As described above, the Aga2p binding subunit is attached to the cell wall through a disulfide bond to Aga1p, which is covalently immobilized with other cell wall components. Treatment with DTT negated the labeling with 12CA5. This indicates that the Aga2p-HA fusion is attached to the cell surface by a disulfide bond. The AGA1 gene was cloned by PCR and subcloned downstream of the GAL1 promoter. AGA1 expression was induced by switching to galactose growth medium.

HAエピトープタグを、表面抗体レベルおよび蛍光的に標識された抗原結合の両方について二重蛍光標識することを可能にするように、抗体融合物中に含有する。このアプローチは、抗体発現レベルにおける細胞と細胞の変動を、抗原親和性の単一細胞の測定値から切り離す。例えば、a−HAモノクローナル抗体に対するフィコエリトリン標識された二次IgGでの間接的な免疫蛍光は、表面抗体数の測定を提供し、一方、抗体に結合するフルオレセイン標識された抗原は、結合親和性の測定を提供する。1細胞あたり約104コピーのa−アグルチニンが提示されるため、結合測定値における確率的影響は、最小限である。市販のフローサイトメーターは103の発蛍光団分子の下で検出し得るので、シグナル対ノイズの比率は問題とならないはずである。緑色蛍光(フルオレセイン、すなわち、抗原結合)の赤色蛍光(フィコエリトリン、すなわち、抗体数)に対する比率は、抗原による抗体結合画分に比例する。 The HA epitope tag is included in the antibody fusion to allow dual fluorescent labeling for both surface antibody levels and fluorescently labeled antigen binding. This approach decouples cell-to-cell variations in antibody expression levels from single-cell measurements of antigen affinity. For example, indirect immunofluorescence with phycoerythrin-labeled secondary IgG against a-HA monoclonal antibody provides a measure of surface antibody count, whereas fluorescein-labeled antigen that binds to the antibody has binding affinity. Provide measurement. Since approximately 10 4 copies of a-agglutinin are presented per cell, the stochastic effect on binding measurements is minimal. Since a commercial flow cytometer can detect under 10 3 fluorophore molecules, the signal to noise ratio should not be a problem. The ratio of green fluorescence (fluorescein, ie antigen binding) to red fluorescence (phycoerythrin, ie number of antibodies) is proportional to the fraction of antibody bound by antigen.

本方法によって可能な分離因子を試験するために、HAエピトープタグを発現する細胞を、規定された比率で野生型の細胞と混合した。この細胞の混合物を、フルオレセイン標識されたa−HA IgGで標識し、そして最も高い蛍光の亜集団をフローサイトメトリーによって選別した。選別した画分を再培養し、そしてAga2p−HA融合を保有する細胞の画分を、発現ベクターに関連する遺伝的マーカーについてのレプリカ平板法によって決定した。この情報から、本方法によって可能な一回通過精製を推定した。   To test possible separation factors by this method, cells expressing the HA epitope tag were mixed with wild-type cells at a defined ratio. This mixture of cells was labeled with fluorescein labeled a-HA IgG and the highest fluorescent subpopulation was selected by flow cytometry. Sorted fractions were re-cultured and the fraction of cells carrying the Aga2p-HA fusion was determined by replica plating for genetic markers associated with the expression vector. From this information, the single pass purification possible by this method was estimated.

(実施例19)
(a−アグルチニンに対する単鎖の抗フルオレセイン抗体の融合)
モノクローナル抗体4−4−20に基づく抗フルオレセイン単鎖抗体が構築され、そして特徴付けられている(Bird、’88;Davidら、1991)。この単鎖抗体は、安定的に折りたたまれ、そしてFabフラグメントに匹敵する親和性を保持することが公知である。モノクローナル抗体4−4−20についての遺伝子を、酵母細胞表面上での発現のために、現存のAGA2−HA融合遺伝子に融合した。
(Example 19)
(Fusion of single-chain anti-fluorescein antibody to a-agglutinin)
Anti-fluorescein single chain antibodies based on the monoclonal antibody 4-4-20 have been constructed and characterized (Bird, '88; David et al., 1991). This single chain antibody is known to fold stably and retain affinity comparable to Fab fragments. The gene for monoclonal antibody 4-4-20 was fused to an existing AGA2-HA fusion gene for expression on the yeast cell surface.

フルオレセインに対するモノクローナル抗体は、抗体−ハプテンの相互作用についての物理化学的研究のために有用なモデル系である。抗体−抗原結合の動力学(Kranzら、1982)、錯体化の熱力学解析(Herronら、1986)、静電相互作用の役割(Omelyanenkoら、1993)、および抗体結合部位の部位指定突然変異誘発(Denzinら、1993)は、この系を使用して研究されている。   Monoclonal antibodies against fluorescein are a useful model system for physicochemical studies on antibody-hapten interactions. Antibody-antigen binding kinetics (Kranz et al., 1982), thermodynamic analysis of complexation (Herron et al., 1986), role of electrostatic interactions (Omelyanenko et al., 1993), and site-directed mutagenesis of antibody binding sites (Denzin et al., 1993) have been studied using this system.

提示された4−4−20融合の機能性を、多様なフルオレセイン標識デキストラン(Sigma)に結合することによって決定した。抗体結合がフルオレセイン発光を消光するので、検出されたフルオレセインは、4−4−20結合フルオレセインを通して酵母に結合されるデキストランにつながれた部分を表す。   The functionality of the proposed 4-4-20 fusion was determined by binding to a variety of fluorescein-labeled dextrans (Sigma). Since antibody binding quenches fluorescein luminescence, the detected fluorescein represents a moiety attached to dextran that is bound to yeast through 4-4-20 conjugated fluorescein.

(実施例20)
(提示骨格の発達)
酵母は、a−アグルチニンおよびα−アグルチニンとして公知の2つの関連した細胞表面レセプターを保有する。これら2つのアグルチニンは、二倍体を形成するための融合に先立つように、a一倍体細胞とα一倍体細胞との間の細胞−細胞接着を媒介するように機能する(Lu、1995)。α−アグルチニンは、C末端で細胞壁グルカンに共有結合的に連結されることが示されており(Lu、1995;Schreuder、1993)、そしてa−アグルチニンは類似の結合によって固定されると考えられる(Lu、1995)。a−アグルチニンのC末端部分への融合は、酵母表面上で酵素およびウイルス抗原を固定するために、以前に使用されている(Schreuder、1993)。
(Example 20)
(Development of presentation skeleton)
Yeast possesses two related cell surface receptors known as a-agglutinin and α-agglutinin. These two agglutinins function to mediate cell-cell adhesion between a haploid cells and alpha haploid cells prior to fusion to form diploids (Lu, 1995). ). α-Agglutinin has been shown to be covalently linked to the cell wall glucan at the C-terminus (Lu, 1995; Schreuder, 1993) and a-agglutinin is thought to be immobilized by a similar bond ( Lu, 1995). Fusion of a-agglutinin to the C-terminal portion has been used previously to immobilize enzyme and viral antigens on the yeast surface (Schreuder, 1993).

酵母表面提示ライブラリースクリーニング方法の開発のためのモデル系として、本発明者らは、a−アグルチニン(これは、α−アグルチニンと異なり、2つのサブユニットの糖タンパク質である)への融合によって酵母の細胞壁上に機能的な抗フルオレセインscFvおよびc−mycエピトープタグを提示している(図2)。725残基のAga1pサブユニットは、β−グルカン共有結合を通して(Lu、1995)アセンブリを細胞壁に固定し(Roy、1991);69のアミノ酸の結合サブユニットAga2pは、2つのジスルフィド結合によってAga1pに連結される(Cappellaro、1994)。天然のa−アグルチニン結合活性はAga2pのc−末端に局在化され(Cappellaro、1994);従って、これは、細胞外高分子への接近性を有する分子ドメイン、および提示のためのつなぎのタンパク質について有用な部位を表す。Aga2pへのC−末端融合として、提示タンパク質についてのベクターを構築した(図3)。   As a model system for the development of yeast surface display library screening methods, we have used yeast by fusion to a-agglutinin (which is a glycoprotein of two subunits unlike α-agglutinin). Functional anti-fluorescein scFv and c-myc epitope tags are presented on the cell wall (Fig. 2). A 725-residue Aga1p subunit anchors the assembly to the cell wall through a β-glucan covalent bond (Lu, 1995) (Roy, 1991); a 69 amino acid binding subunit Aga2p is linked to Aga1p by two disulfide bonds (Cappellaro, 1994). Natural a-agglutinin binding activity is localized at the c-terminus of Aga2p (Cappellaro, 1994); thus, it is a molecular domain with accessibility to extracellular macromolecules, and a tethered protein for presentation Represents a useful site. A vector for the displayed protein was constructed as a C-terminal fusion to Aga2p (FIG. 3).

(実施例21)
(scFvの発現および表面局在化の確認)
Aga2p−scFv融合物の発現は、誘導性GAL1プロモーターによって指示される(Johnston、1984)。グルコース培地における酵母の増殖は、GAL1プロモーター由来の転写物の本質的に完全な抑制を可能にし、宿主増殖に負に影響する配列に対して対抗選択回避するための重要な考察を可能にする。ガラクトースを含む培地への細胞の切り替えは、分泌経路内で関連しそして細胞表面に曝露される、Aga1pおよびAga2p融合遺伝子産物の生成を誘導する。Aga2p−scFv融合物の表面局在化を、共焦点の蛍光鏡検およびフローサイトメトリーによって確認している。抗c−myc mAbおよびフルオレセイン結合デキストラン(FITC−デキストラン)で同時に標識された細胞を、レーザー走査共焦点鏡検によって試験した(図8)。関連のないペプチド(すなわち、血球凝集素(HA)エピトープタグ単独)の提示に指向するベクターを保有するコントロール細胞は、c−mycエピトープまたはFITC−デキストランについて特異的なmAbによって標識されない(図8A)。
(Example 21)
(Confirmation of scFv expression and surface localization)
Expression of the Aga2p-scFv fusion is directed by the inducible GAL1 promoter (Johnston, 1984). Yeast growth in glucose medium allows essentially complete repression of transcripts from the GAL1 promoter and allows important considerations to avoid counterselection against sequences that negatively affect host growth. Switching cells to media containing galactose induces the generation of Aga1p and Aga2p fusion gene products that are relevant in the secretory pathway and exposed to the cell surface. The surface localization of the Aga2p-scFv fusion has been confirmed by confocal fluorescence microscopy and flow cytometry. Cells simultaneously labeled with anti-c-myc mAb and fluorescein-conjugated dextran (FITC-dextran) were examined by laser scanning confocal microscopy (FIG. 8). Control cells carrying vectors directed to the presentation of unrelated peptides (ie hemagglutinin (HA) epitope tag alone) are not labeled with c-myc epitopes or mAbs specific for FITC-dextran (FIG. 8A). .

対照的に、Aga2p−scFv−c−myc融合物を発現する表面提示ベクターpCT202を保有する細胞を、抗c−myc抗体およびFITC−デキストランの両方で同時標識し(図8B)、抗原結合部位が非常に大きな高分子に接近可能であることを実証する。これらの菌株の両方を、HAエピトープタグに対して指向されたmAb 12CA5によって陽性に染色した。インタクトなIgG(150kDa)および2×106Daのデキストランポリマーの両方に対する結合についての融合の接近性は、細胞壁成分からの有意な立体障害が存在しないことを示し、このことは、E.coli表面が、高分子拡散に対する障壁を形成するリポ多糖層内に埋め込まれたタンパク質を提示したことに関連して重要な利点である。 In contrast, cells carrying the surface display vector pCT202 expressing the Aga2p-scFv-c-myc fusion were co-labeled with both anti-c-myc antibody and FITC-dextran (FIG. 8B) and the antigen binding site was Demonstrate that it is accessible to very large polymers. Both of these strains stained positively with mAb 12CA5 directed against the HA epitope tag. The accessibility of the fusion for binding to both intact IgG (150 kDa) and 2 × 10 6 Da dextran polymer indicates that there is no significant steric hindrance from cell wall components. An important advantage in connection with the E. coli surface presenting proteins embedded within the lipopolysaccharide layer that forms a barrier to macromolecular diffusion.

これらの酵母株の二色フローサイトメトリー分析は、同様に、細胞表面上に接近しやすく提示されたscFvを実証する。陰性コントロールおよびscFv提示菌株を、抗c−myc mAb 9E10およびFITC−デキストランで同時に標識した。二変数ヒストグラムは、4−4−20提示プラスミドを保有する細胞集団についてのフィコエリトリン蛍光(mAb 9E10結合のレベル)の強度とFITC蛍光(抗原結合)の強度との間における直線的な関係を実証し、一方、コントロール集団はバックグラウンド蛍光を示す(図9AおよびB)。陽性画分内での蛍光強度の分布は、エピトープタグ標識によって決定されるように、提示された融合物の数における細胞と細胞の変動性について、抗原結合シグナルを補正することの重要性を例示する。   Two-color flow cytometric analysis of these yeast strains similarly demonstrates the scFv that was readily accessible on the cell surface. Negative control and scFv presenting strains were simultaneously labeled with anti-c-myc mAb 9E10 and FITC-dextran. The bivariate histogram demonstrates a linear relationship between the intensity of phycoerythrin fluorescence (level of mAb 9E10 binding) and FITC fluorescence (antigen binding) for the cell population carrying the 4-4-20 presenting plasmid. On the other hand, the control population shows background fluorescence (FIGS. 9A and B). The distribution of fluorescence intensity within the positive fraction illustrates the importance of correcting the antigen binding signal for cell-to-cell variability in the number of displayed fusions, as determined by epitope tag labeling.

scFv提示細胞集団の公知の抗体結合能力の校正標準との比較による提示効率の定量化は、1細胞あたり3×104融合より大きな平均値を生じる。Aga2p−scFv融合を提示する細胞の、標識前のジチオトレイトールでの処理は、FITC−デキストランおよびmAb 9E10の両方による細胞表面の染色を排除し(図9C)、これは組換えAga2pサブユニットとAga1pとの間の特異的ジスルフィド結合相互作用による、細胞表面への融合タンパク質の付着と一致する。この特徴は、酵母の提示系の別の重要な特徴、すなわち、タンパク質は、単純に、さらなる特徴付けのために還元によって細胞表面から放出され得ることを例示する。 Quantification of presentation efficiency by comparison of scFv-presenting cell populations with calibration standards for known antibody binding capacity yields an average value greater than 3 × 10 4 fusions per cell. Treatment of cells displaying Aga2p-scFv fusion with dithiothreitol before labeling eliminated staining of the cell surface with both FITC-dextran and mAb 9E10 (FIG. 9C), which is expressed as a recombinant Aga2p subunit. This is consistent with the attachment of the fusion protein to the cell surface by specific disulfide bond interactions with Aga1p. This feature illustrates another important feature of the yeast display system, namely that the protein can simply be released from the cell surface by reduction for further characterization.

4−4−20/フルオレセイン相互作用の特異性をさらに試験するために、フルオレセインの非蛍光アナログ(5−アミノフルオレセイン)を使用して、競合的解離アッセイを実施した。これらのデータの解析から、FITC−デキストランについては21℃で3.7×10-3/秒の一価の解離速度定数(dissociation rate constant)(koff)、およびフルオレセイン−ビオチンについては3.9×10-3/秒の一価の解離速度定数を得る。t=0秒に対する指数適合の外挿は、FITC−デキストラン分子のscFvとの相互作用の平均価が1.5より少ないことを示す。同様の結果は、競合物として、フルオレセイン化(fluoresceinate)されたイヌリン、フルオレセイン結合ウシ血清アルブミン、およびフルオレセイン−ビオチンを使用して得られ、このことはFITC−デキストランまたはフルオレセイン−ビオチンによる細胞の標識が、提示された融合とフルオレセイン部分との間の特異的な相互作用に起因することを示した。さらに、表面提示された4−4−20 scFv由来のフルオレセイン二ナトリウム塩(FDS)の解離動力学は、分光蛍光計によって観察されるように、酵母が産生する可溶性4−4−20 scFv由来のFDSの解離動力学と整合した。 To further test the specificity of the 4-4-20 / fluorescein interaction, a competitive dissociation assay was performed using a non-fluorescent analog of fluorescein (5-aminofluorescein). Analysis of these data shows that for FITC-dextran, a monovalent dissociation rate constant (k off ) of 3.7 × 10 −3 / sec at 21 ° C. and 3.9 for fluorescein-biotin. A monovalent dissociation rate constant of × 10 −3 / sec is obtained. The exponential fit extrapolation for t = 0 seconds shows that the average valence of FITC-dextran molecule interaction with scFv is less than 1.5. Similar results were obtained using fluoresceinated inulin, fluorescein-conjugated bovine serum albumin, and fluorescein-biotin as competitors, indicating that labeling of cells with FITC-dextran or fluorescein-biotin It was shown that due to the specific interaction between the presented fusion and the fluorescein moiety. Furthermore, the dissociation kinetics of surface-presented 4-4-20 scFv-derived fluorescein disodium salt (FDS) is derived from the soluble 4-4-20 scFv-derived yeast produced as observed by spectrofluorimeter. Consistent with the dissociation kinetics of FDS.

(実施例22)
(フローサイトメトリーでの細胞選別による提示細胞の濃縮)
酵母表面提示を用いたフローサイトメトリー選別の有効性を試験するために、表面提示ベクターを保有する酵母と関連する選択マーカーを欠損した酵母の混合物を選別し、そして純度をレプリカ平板法によって独立して決定した。重要な濃縮因子(600倍まで)を得た(表I)。従って、稀なクローンは、より小さな集団を提供するために、緩和されたストリンジェンシーかつ高収量で、最初に陽性細胞を濃縮することにより、酵母提示ライブラリーから選択され得、次いで、稀なクローンを単離するための数回通過のよりストリンジェントな選別に供され得る。
(Example 22)
(Concentration of presentation cells by cell sorting in flow cytometry)
To test the effectiveness of flow cytometry selection using yeast surface display, a yeast mixture lacking the selectable marker associated with the yeast carrying the surface display vector was selected and the purity was determined independently by replica plate method. Decided. Important enrichment factors (up to 600 times) were obtained (Table I). Thus, rare clones can be selected from a yeast display library by first enriching positive cells with moderate stringency and high yield to provide a smaller population, and then rare clones Can be subjected to a more stringent sort of several passes to isolate.

Figure 2010213725
Figure 2010213725

(実施例23)
(酵母提示の突然変異誘発ライブラリーからの、より低いkoffを有するscFv変異体の単離)
E.coliの「突然変異誘発遺伝子」株における増殖によって無作為に突然変異誘発されたscFv遺伝子の選抜が、記載されている(Low、1996)。そのような株中の酵母表面提示ベクターの増殖によって作製された、約5×105の4−4−20 scFv変異体のライブラリーを、酵母中で発現した。scFvライブラリーを提示する細胞のプールを、FITC−デキストラン標識した細胞の5−アミノフルオレセインとの競合による動力学的選別に供した。PEフルオレセインに対して最も高い割合のFITCを示すc−myc陽性細胞を、フローサイトメトリー選別によって回収し(図10A)、融合抑制条件下(グルコース炭素供給源)での再増殖によって増幅し、表面融合提示について誘導し、そして再選別した。FITC−デキストランによる標識の持続時間の実質的な増加を実証する細胞は、3回の選別および増幅の後に劇的に濃縮された(図10)。
(Example 23)
(Isolation of scFv variants with lower k off from yeast-displayed mutagenesis libraries)
E. The selection of scFv genes randomly mutagenized by growth in a “mutagenizing gene” strain of E. coli has been described (Low, 1996). A library of approximately 5 × 10 5 4-4-20 scFv variants, generated by propagation of yeast surface display vectors in such strains, was expressed in yeast. The pool of cells displaying the scFv library was subjected to kinetic selection by competition of FITC-dextran labeled cells with 5-aminofluorescein. C-myc positive cells showing the highest proportion of FITC relative to PE fluorescein were collected by flow cytometry sorting (FIG. 10A) and amplified by regrowth under fusion-inhibited conditions (glucose carbon source) The fusion presentation was induced and rescreened. Cells demonstrating a substantial increase in the duration of labeling with FITC-dextran were dramatically enriched after three rounds of sorting and amplification (FIG. 10).

scFvライブラリーから選択された2つの個々のクローンについてのFITC−デキストラン解離動力学は、野生型4−4−20 scFvと比較して2.9倍異なった(図11)。変異体の速度定数は、野生型の5.6×10-3/秒と比較して、23℃で1.9×10-3/秒(変異体4M1.1)および2.0×10-3/秒(4M1.2)であり;類似の実験から、それぞれ、5.0×10-3/秒、2.4×110-3/秒、2.8×10-3/秒のフルオレセイン−ビオチンについてのkoff値を得た。さらに、分光蛍光計によって決定された可溶性フルオレセイン解離動力学は、野生型と比較して両方の変異体について2.2倍の改善を示し、そして初期の平衡した蛍光消光実験は、結合反応の親和性定数において類似の改善を示唆する。わずか3倍減少したoff速度(off−rate)でのクローンの単離は、このスクリーニング方法の、正確な定量的識別を達成する能力を実証する。 The FITC-dextran dissociation kinetics for two individual clones selected from the scFv library were 2.9-fold different compared to the wild type 4-4-20 scFv (FIG. 11). The rate constant of the mutant was 1.9 × 10 −3 / sec (mutant 4M1.1) and 2.0 × 10 at 23 ° C. compared to 5.6 × 10 −3 / sec for the wild type. 3 / sec (4M1.2); from similar experiments, 5.0 × 10 −3 / sec, 2.4 × 110 −3 / sec, and 2.8 × 10 −3 / sec fluorescein, respectively. The k off value for biotin was obtained. Furthermore, the soluble fluorescein dissociation kinetics determined by spectrofluorimeter showed a 2.2-fold improvement for both mutants compared to the wild type, and the initial balanced fluorescence quenching experiment showed that the affinity of the binding reaction A similar improvement in sex constant is suggested. Isolation of clones with an off-rate reduced by only a factor of 3 demonstrates the ability of this screening method to achieve accurate quantitative discrimination.

個々に分析される選択された26のクローンのうち、2つはkoffにおいて等しく改善され (上記の4M1.1および4M1.2);2つは、直線的発現レベル/活性関係をゆがめるc−myc標識における減少を伴う野生型koffを実証し;1つは野生型koffおよびc−myc標識を実証し;そして21個は、野生型より約10倍低い明らかなkoffで、一価のFITC−デキストランまたはフルオレセイン−ビオチンではなく、多価の2×106Da FITC−デキストランにのみ結合した。アビディティの増加を伴うクローンの濃縮は、多価抗原の使用により生じ(1デキストランあたり約90フルオレセイン);アビディティ効果は、一価抗原結合を保証するスクリーニング条件の適切な設計によって、効率的に回避され得る。さらに、エピトープタグ変異体の選択は、連続した選別回においてc−mycおよびHAタグ標識による発現レベルを交互に検出することによって、またはscFv遺伝子に対してのみの変化を標的化する二者択一的な突然変異誘発ストラテジーによって排除され得る。 Of the 26 selected clones analyzed individually, 2 are equally improved at k off (4M1.1 and 4M1.2 above); 2 are c- distorting the linear expression level / activity relationship Demonstrate wild type k off with a decrease in myc label; one demonstrates wild type k off and c-myc label; and 21 are monovalent with an apparent k off about 10 times lower than wild type It bound only to the multivalent 2 × 10 6 Da FITC-dextran, but not to FITC-dextran or fluorescein-biotin. Enrichment of clones with increased avidity results from the use of multivalent antigens (approximately 90 fluorescein per dextran); avidity effects are efficiently avoided by appropriate design of screening conditions that ensure monovalent antigen binding. obtain. In addition, the selection of epitope tag variants can be achieved by alternately detecting expression levels with c-myc and HA tag tags in successive rounds of selection, or alternatively targeting changes only to the scFv gene. Can be eliminated by a common mutagenesis strategy.

これらの結果は、scFvフラグメントが、高分子認識に対して接近可能な様式、および組み合わせのライブラリーの構築およびスクリーニングに受け入れられやすい様式で酵母の表面上に提示され得ることを示す。提示されたscFvは、抗原に特異的に結合する−酵母細胞表面上に提示された機能的抗体フラグメントの第1の証明。インビトロ抗体親和性成熟のためのライブラリー方法、および他の哺乳動物タンパク質の提示のためのライブラリー方法に対してのこの提示系の適用は、ファージディスプレイ、細菌性表面ディスプレイ、および酵母ツーハイブリッド方法のような現存の技術に対して重要な補完的代替法である。実際、最適化されていないスクリーニング条件下での比較的小さなライブラリーからの改善されたフルオレセイン結合scFv変異体の回収においての、酵母ディスプレイ系の全くの最初の試みの成功は、この技術の頑健性を明らかに実証する。表面につながれたscFvの実証された高度に定量的な動力学的解析および類似した結合特性を有するクローンの良好な識別は、タンパク質の組み合わせ最適化についての酵母ディスプレイの重要な潜在性をさらに証明する。   These results indicate that scFv fragments can be displayed on the surface of yeast in a manner accessible to macromolecular recognition and in a manner that is amenable to combinatorial library construction and screening. The presented scFv specifically binds to the antigen—the first demonstration of a functional antibody fragment presented on the yeast cell surface. Application of this display system to library methods for in vitro antibody affinity maturation, and library methods for display of other mammalian proteins includes phage display, bacterial surface display, and yeast two-hybrid method Is an important complementary alternative to existing technologies such as. Indeed, the success of the very first attempt of the yeast display system in recovering improved fluorescein-binding scFv variants from a relatively small library under non-optimized screening conditions is the robustness of this technology. Clearly demonstrate. Proven highly quantitative kinetic analysis of surface-bound scFv and good identification of clones with similar binding properties further demonstrate the important potential of yeast display for protein combinatorial optimization .

(実施例24)
(酵母提示系におけるT細胞レセプターへの抗体の提示)
本明細書において、T細胞レセプターのVb8領域について特異的なscFv(KL16)(Roehmら、1985)を、酵母提示系において発現した。このscFv−KJ16は、TCRリガンド(例えば、スーパー抗原ブドウ球菌エンテロトキシンB(Choら、1995))の認識を競合的にブロックすることによって、T細胞の活性を阻害する。このscFVの親和性改変体は、増強したT細胞阻害を示し得るため、scFv−KJ16のより高い親和性形態を操作する際の、この酵母提示系の使用を試験した。
(Example 24)
(Presentation of antibody to T cell receptor in yeast display system)
Herein, a scFv (KL16) specific for the Vb8 region of the T cell receptor (Roehm et al., 1985) was expressed in the yeast display system. This scFv-KJ16 inhibits T cell activity by competitively blocking the recognition of TCR ligands (eg, the superantigen staphylococcal enterotoxin B (Cho et al., 1995)). Since this affinity variant of scFV can show enhanced T cell inhibition, the use of this yeast display system in manipulating the higher affinity form of scFv-KJ16 was tested.

蛍光的に標識された抗原である、Vb8単鎖TCR(Schlueterら、1996)への細胞表面scFvの平衡結合に基づくスクリーニングを開発した。2チャネルのフロー選別を使用し、選択はまた、scFvのカルボキシ末端にある10残基のc−mycタグへの蛍光的に標識された抗c−myc抗体の結合に基づいた。TCRに対してより高親和性を有するscFv改変体または抗c−myc抗体についてより低い親和性を有するscFv改変体を単離した。期待通り、前者はCDRにおける変異を有し(VL CDR1)、そして後者はc−mycエピトープにおいて変異を有した。従って、これらの発見は、酵母の提示アプローチが、より高い親和性のscFvを単離することか、または特定のMabによって認識される提示タンパク質のエピトープを同定することのいずれかのために使用され得ることを実証する。 A screen based on equilibrium binding of cell surface scFv to a fluorescently labeled antigen, Vb8 single chain TCR (Schlueter et al., 1996) was developed. Using two-channel flow sorting, selection was also based on the binding of a fluorescently labeled anti-c-myc antibody to a 10-residue c-myc tag at the carboxy terminus of the scFv. A scFv variant with a higher affinity for the TCR or a scFv variant with a lower affinity for the anti-c-myc antibody was isolated. As expected, the former has a mutation in CDR (V L CDR1), and the latter had a mutation in c-myc epitope. Thus, these discoveries can be used either for the yeast display approach to either isolate higher affinity scFvs or to identify epitopes of display proteins that are recognized by specific Mabs. Demonstrate that you get.

(プラスミドおよび菌株)
改変された205リンカー(Choら、1995)によって結合されたscFv−KJ16 VLおよびscFv−KJ16 VH遺伝子を、製造者のプロトコルに従って、ベクターpCR−Script(Stratagene,La Jolla,CA)中に、PCRによってサブクローニングした。c−mycエピト-プタグを、scFvのカルボキシ末端に含ませた。scFvを含む約800bpのNheI/XhoIフラグメントを、pCR−Scriptから切り出し、そして9残基のエピトープタグ(HA)を含む酵母表面表示ベクターpCT202および誘導性GAL1プロモーターの下流のAGA2オープンリーディングフレーム中に連結した。得られた構築物を、GAL1プロモーターによって制御された、染色体に組み込まれたAGA1を含むS.cerevisiae菌株BJ5465(ura3−52 trp1 leu2D1 his3D200 pep4::HIS2 prbD1.6 can1 GAL;Yeast Genetic Stock Center,Berkeley,CA)中に、GietzおよびSchiestlの酢酸リチウム(LiAc)形質転換法(Gietzら、1995)によって形質転換した(菌株EBY100)。
(Plasmids and strains)
The scFv-KJ16 V L and scFv-KJ16 V H genes linked by a modified 205 linker (Cho et al., 1995) are transferred into the vector pCR-Script (Stratagene, La Jolla, Calif.) According to the manufacturer's protocol. Subcloned by PCR. A c-myc epitope tag was included at the carboxy terminus of the scFv. An approximately 800 bp NheI / XhoI fragment containing scFv was excised from pCR-Script and ligated into the AGA2 open reading frame downstream of the yeast surface display vector pCT202 containing the 9-residue epitope tag (HA) and the inducible GAL1 promoter. did. The resulting construct was transformed into S. cerevisiae containing AGA1 integrated into the chromosome, controlled by the GAL1 promoter. cerevisiae strain BJ5465 (ura3-52 trp1 leu2D1 his3D200 pep4 :: HIS2 prbD1.6 can1 GAL; Yeast Genetic Stock Center, Berzley, Calif.) (Strain EBY100).

(実施例25)
(酵母表面上のscFv−KJ16の誘導および検出)
pCT202/scFv−KJ16で形質転換された酵母細胞を、3mlの選択的グルコース培地SD−CAA(グルコース 2wt%、Difco酵母窒素塩基 0.67wt%、カサミノ酸 0.5wt%)中で振盪しながら、30℃で一晩増殖させた。約18〜20時間後、組換えAGA1+AGA2−scFv発現を、5mlの選択的ガラクトース培地(SG−CAA、ここで2%のガラクトースは、SD−CAA中のグルコースと置換する)中で振盪しながら、20℃で誘導した。培養物を、約20〜24時間(1〜2培増)後に、遠心分離によって収集し、0.1%ウシ血清アルブミンおよび0.05%アジドを含むPBS(10mM NaPO4、150mM NaCl、pH7.3)で洗浄し、そして25mlの10mg/ml抗−HA Mab 12CA5(Boehringer Mannheim,Indianapolis,IN)、抗c−myc Mab 9E10(原腹水の1:100希釈;Berkeley Antibody Co.,Richmond,CA)、またはE.coliで発現される封入体から調製されるビオチン化sc−TCR(Schodinら、1996)[約360nM]とともに、氷上で45分インキュベートした。細胞をPBSで洗浄し、そしてFITC標識化F(ab’)2ヤギ抗マウスIgG(1:50;Kirkegaard and Perry Labs,Inc.,Gaithersburg,MD)またはストレプトアビジン−フィコエリトリン(SA−PE)結合体(1:100;PharMingen,San Diego,CA)のいずれかとともに、氷上で30分インキュベートした。標識化酵母細胞を、Flow Cytometry Center of the UIUC Biotechnology Centerにおいて、Coulter Epics XLフローサイトメーターで分析した。イベント速度は、約250細胞/秒であった。10,000イベントについてのデータを収集し、そしてこの集団を、光散乱(サイズ)に従って制御(gate)して、細胞塊の分析を阻止した。これらの条件をまた使用して、scTCRの種々の希釈液でscFv−KJ16酵母をインキュベーション後に、等温で結合する平衡な抗原を産生した。散乱分析を行い、ビオチン化scTCRの推定濃度およびフローデータから直接得られた平均蛍光単位を使用して、KD値を決定した。
(Example 25)
(Induction and detection of scFv-KJ16 on the yeast surface)
Yeast cells transformed with pCT202 / scFv-KJ16 were shaken in 3 ml of selective glucose medium SD-CAA (glucose 2 wt%, Difco yeast nitrogen base 0.67 wt%, casamino acid 0.5 wt%) Grow overnight at 30 ° C. After about 18-20 hours, recombinant AGA1 + AGA2-scFv expression was shaken in 5 ml selective galactose medium (SG-CAA, where 2% galactose replaces glucose in SD-CAA) Induction at 20 ° C. Cultures, after about 20-24 hours (1-2培増), collected by centrifugation, 0.1% bovine serum albumin and 0.05% including azide PBS (10mM NaPO 4, 150mM NaCl , pH7. 3) and 25 ml of 10 mg / ml anti-HA Mab 12CA5 (Boehringer Mannheim, Indianapolis, Ind.), Anti-c-myc Mab 9E10 (1: 100 dilution of ascites; Berkeley Antibody Co., Richon) Or E. Incubated with biotinylated sc-TCR (Schodin et al., 1996) [about 360 nM] prepared from inclusion bodies expressed in E. coli for 45 minutes on ice. Cells were washed with PBS and FITC-labeled F (ab ′) 2 goat anti-mouse IgG (1:50; Kirkegaard and Perry Labs, Inc., Gaithersburg, MD) or streptavidin-phycoerythrin (SA-PE) conjugate (1: 100; PharMingen, San Diego, Calif.) And incubated for 30 minutes on ice. Labeled yeast cells were analyzed on a Coulter Epis XL flow cytometer at the Flow Cytometry Center of the UIUC Biotechnology Center. The event rate was approximately 250 cells / second. Data for 10,000 events were collected and the population was gated according to light scatter (size) to prevent cell mass analysis. These conditions were also used to produce equilibrated antigens that bound isothermally after incubation of scFv-KJ16 yeast with various dilutions of scTCR. Perform scattering analysis, using the average fluorescence units obtained directly from the estimated concentration and flow data of biotinylated scTCR, to determine K D values.

(実施例26)
(scFv−KJ16ランダム変異ライブラリーの生成)
およそ50ngのpCT202/scFv−KJ16を、製造者のプロトコルに従って、E.coli XL1−Red細胞(Stratagene,La Jolla,CA)中に形質転換した。SOC培地中での1時間の誘導に続いて、この回収物を、2000rpmで5分間遠心分離し、そして500mlの液体LB培地(100mg/mlのアンピシリンおよび50ml/mlのカルベニシリンを含む)(LB−AMP100−CARB50)中で再懸濁した。この再懸濁液を、50mlのErlenmeyerフラスコ中で、15mlのLB−AMP100−CARB50に添加し、そして振盪しながら37℃で増殖した。この培養物を、中間対数期(mid−log phase)(OD600 約0.2〜0.4)において、新鮮な15mlのLB−AMP100−CARB50を補充し、次いで、飽和まで増殖させた(OD600 約1.0〜1.1;これを、変異の1「サイクル」または一回とみなした)。この培養物の小画分(0.75ml)を、次のサイクル(15mlのLB−AMP100−CARB50)に添加した。6サイクルの増殖後、Wizard Miniprep(Promega,Madison,WI)DNAプラスミドの調製を、15mlの培養物で実施した。LiAc法(Gietzら、1995)を使用して、6サイクル目からのおよそ4.5mlのpCT202/scFv−KJ16 DNAを、酵母株EBY100の3つの管の各々の中で形質転換した。この3つの反応物をプールし、そして1mlのddH2O中に再懸濁後、1/2000のプールを選択プレート上に置き、形質転換効率を決定した。50mlのSD−CAAに、この培養物の残留物を播種し、振盪させながら30℃で一晩増殖させ、OD600=0.05まで継代し、そしてOD600>1.0まで30℃で一晩増殖させた。次いで、5mlのSG−CAAをOD600 約0.5に対して播種し、そしてOD600=1.0〜2.0まで振盪させながら30℃で一晩増殖させた。
(Example 26)
(Generation of scFv-KJ16 random mutation library)
Approximately 50 ng of pCT202 / scFv-KJ16 was prepared according to the manufacturer's protocol. E. coli XL1-Red cells (Stratagene, La Jolla, Calif.) were transformed. Following 1 hour induction in SOC medium, the harvest was centrifuged at 2000 rpm for 5 minutes and 500 ml liquid LB medium (containing 100 mg / ml ampicillin and 50 ml / ml carbenicillin) (LB− AMP100-CARB50). This resuspension was added to 15 ml LB-AMP100-CARB50 in a 50 ml Erlenmeyer flask and grown at 37 ° C. with shaking. The culture was supplemented with fresh 15 ml of LB-AMP100-CARB50 in the mid-log phase (OD 600 ˜0.2-0.4) and then grown to saturation (OD 600 approximately 1.0-1.1; this was considered one “cycle” or one time of mutation). A small fraction (0.75 ml) of this culture was added to the next cycle (15 ml LB-AMP100-CARB50). After 6 cycles of growth, preparation of Wizard Miniprep (Promega, Madison, Wis.) DNA plasmid was performed in 15 ml cultures. Approximately 4.5 ml of pCT202 / scFv-KJ16 DNA from cycle 6 was transformed into each of the three tubes of yeast strain EBY100 using the LiAc method (Gietz et al., 1995). After the three reactions were pooled and resuspended in 1 ml ddH 2 O, 1/2000 pools were placed on selection plates to determine transformation efficiency. 50 ml of SD-CAA is seeded with the residue of this culture, grown overnight at 30 ° C. with shaking, passaged to OD 600 = 0.05 and at 30 ° C. to OD 600 > 1.0. Grow overnight. 5 ml of SG-CAA was then seeded at an OD 600 of about 0.5 and grown overnight at 30 ° C. with shaking to OD 600 = 1.0-2.0.

(実施例27)
(FACSによるscFv−KJ16変異ライブラリーの選択)
細胞を、上記のように、抗c−myc Mabおよびビオチン化scTCR(約10nMの濃度で使用される)で二重標識した。この反応容量を調整し、表面のscFvに対して約10倍モル濃度過剰の抗原(scTCR)を維持した。サンプルを、図3に示されるような分離窓(sort window)を備えたCoulter 753ベンチ上で、そして4,000細胞/秒のイベント速度で分離した。総数8×107細胞を、収集された集団の0.1〜0.4%を有する、最初の分離回の間に調べた。収集された細胞をSD−CAA中で30℃で再増殖させ、そして次の分離する回の前に、SG−CAAに切り替えた。4回の分離の総量を、最初の2回の分離を富化様式(全てのポジティブクローンの高回収率)で行い、そして最後の2回の分離を精製様式(同時発生的なネガティブ細胞の拒絶)で行った。最後の分離の直後に、収集された細胞を再分離し、そして選択プレート上に置いて、個々のクローンを単離した。
(Example 27)
(Selection of scFv-KJ16 mutation library by FACS)
Cells were double labeled with anti-c-myc Mab and biotinylated scTCR (used at a concentration of about 10 nM) as described above. The reaction volume was adjusted to maintain an approximately 10-fold molar excess of antigen (scTCR) relative to the surface scFv. Samples were separated on a Coulter 753 bench equipped with a sort window as shown in FIG. 3 and at an event rate of 4,000 cells / second. A total of 8 × 10 7 cells were examined during the first separation round with 0.1-0.4% of the collected population. Harvested cells were regrown in SD-CAA at 30 ° C. and switched to SG-CAA before the next separation. The total amount of 4 separations is performed in the enrichment mode (high recovery of all positive clones) in the first 2 separations and in the purification mode (rejection of concurrent negative cells). ) Immediately after the final separation, the collected cells were re-separated and placed on a selection plate to isolate individual clones.

(実施例28)
(変異scFv−KJ16遺伝子のレスキューおよび配列決定)
scFv−KJ16酵母由来のプラスミド(野生型および2つの変異体)を、細胞をボルテックスの代わりに2分間ビーズビーター(BioSpec Products,Inc.,Bartlesville,OK)を用いて破壊したこと以外は、Ward(Ward、1991)に記載されたプロトコルに従ってレスキューした。細胞を1分間遠心分離し、そして上相(水相)を収集した。Wizard(登録商標)ミニプレップキット(Promega,Madison,WI)を使用してプラスミドDNAを調製し、そしてE.coli DH5αコンピテント細胞(GibroBRL,Gaithergurg,MD)を、CaCl2法を使用して、1mlのDNA調製物で形質転換した。形質転換物を、LB−AMP50上にプレートした。野生型scFv−KJ16および2つの変異体(mut4およびmut7)の配列決定を、表示ベクターのscFvに隣接するプライマーおよび蛍光自動化配列決定装置(Genetic Engineering Facility of the UIUC Biotechnology Center)を使用して行った。
(Example 28)
(Rescue and sequencing of mutant scFv-KJ16 gene)
A plasmid (wild type and two mutants) from scFv-KJ16 yeast was used except that the cells were destroyed using a bead beater (BioSpec Products, Inc., Bartlesville, OK) for 2 minutes instead of vortex. Rescue according to the protocol described in Ward, 1991). The cells were centrifuged for 1 minute and the upper phase (aqueous phase) was collected. Plasmid DNA was prepared using the Wizard® miniprep kit (Promega, Madison, WI) and E. coli. E. coli DH5α competent cells (GibroBRL, Gaitherburg, MD) were transformed with 1 ml DNA preparation using the CaCl 2 method. Transformants were plated on LB-AMP50. Sequencing of wild-type scFv-KJ16 and two mutants (mut4 and mut7) was performed using primers flanking the display vector scFv and a fluorescence automated sequencing instrument (Genetic Engineering Facility of the UIUC Biotechnology Center). .

(実施例29)
(酵母細胞表面scFvによるTCR結合)
モノクローナル抗TCR抗体KJ16は、TCRのVb8鎖上の立体構造的エピトープを認識する(Brodnickiら、1996)。KJ16は、T細胞のVb8集団を標的および欠失するための試みを含む、マウスにおける多くのインビボの研究に使用されてきた(Bornら、1987、McDuffieら、1986、Roehmら、1985)。これらの効果を媒介上で、抗体親和性を変化させる可能な効果を評価するために、TCRについて増加する親和性を有するKJ16改変体を同定するための酵母ディスプレイシステムの使用を試験した。この抗TCR抗体KJ16由来のscFv遺伝子は、以前にクローニングされ、そしてこのscFvタンパク質は、KJ16Fabフラグメントとほぼ同じ親和性(KD 約120nM)を示した(Choら、1995)。
(Example 29)
(TCR binding by yeast cell surface scFv)
Monoclonal anti-TCR antibody KJ16 recognizes a conformational epitope on the Vb8 chain of TCR (Brodnicki et al., 1996). KJ16 has been used in a number of in vivo studies in mice, including attempts to target and delete the Tb Vb8 population (Born et al., 1987, McDuffie et al., 1986, Roehm et al., 1985). To assess possible effects of altering antibody affinity in mediating these effects, the use of a yeast display system to identify KJ16 variants with increased affinity for TCR was tested. ScFv gene from the anti-TCR antibody KJ16 is cloned previously and the scFv protein exhibited almost the same affinity as KJ16Fab fragment (K D approximately 120 nM) (Cho et al., 1995).

酵母細胞表面上で発現されるAga2pアグルチニンサブユニットを有する融合ポリペプチドとして発現されるために、scFv−KJ16コード配列をサブクローン化した。この融合ポリペプチドは、scFvのN末端に血球凝集素(HA)エピトープタグを含み、そしてカルボキシ末端にc−mycエピトープタグを含む。これらのエピトープの含有は、モノクローナル抗HA(12CA5)抗体および抗c−myc(9E10)抗体を、抗原結合活性と無関係に、全長scFvの表面発現を定量するためにフローサイトメトリーで使用することを可能にする。このような規格化は、融合ポリペプチドの表面レベルにおいて、細胞から細胞(cell−to−cell)の可変性の効果を明らかにすることを助ける。以下に議論されるように、2つの独立エピトープタグの有用性はまた、変異体に結合するリガンドについてスクリーニングすることを所望されなくてもよい、個々のエピトープ変異体の選択について制御し得る。細胞表面scFvの結合特性を評価するために、可溶性単鎖Vb8−Va3 TCR(Schodinら、1996)をビオチン化し、そして結合されたリガンドを、フィコエリトリン−ストレプトアビジン結合体を用いて検出した。   The scFv-KJ16 coding sequence was subcloned to be expressed as a fusion polypeptide with an Aga2p agglutinin subunit expressed on the yeast cell surface. This fusion polypeptide contains a hemagglutinin (HA) epitope tag at the N-terminus of the scFv and a c-myc epitope tag at the carboxy terminus. The inclusion of these epitopes indicates that monoclonal anti-HA (12CA5) and anti-c-myc (9E10) antibodies can be used in flow cytometry to quantify surface expression of full-length scFv, regardless of antigen binding activity. enable. Such normalization helps reveal cell-to-cell variability effects at the surface level of the fusion polypeptide. As discussed below, the utility of two independent epitope tags can also be controlled for the selection of individual epitope variants that may not be desired to be screened for ligands that bind to the variant. To assess the binding properties of cell surface scFv, soluble single chain Vb8-Va3 TCR (Schodin et al., 1996) was biotinylated and bound ligand was detected using a phycoerythrin-streptavidin conjugate.

図12は、scFv−KJ16/Aga2プラスミドで形質転換された酵母が、HAエピトープ(図12A)およびc−mycエピトープ(図12B)を発現したことを示す。Aga2p/HA発現ベクターのみでトランスフェクトされたコントロール酵母は、抗HA Mabについてポジティブであったが、抗c−myc抗体についてはポジティブでなかった。非蛍光集団における細胞の画分は、プラスミドの安定性および培養増殖期に依存することが見出されたが、関係する生理学的なプロセスは未知である。それにも関わらず、20℃まで誘導温度が減少して、そして2つの培養物が倍増する時間未満まで誘導時間が減少して、scFv−KJ16を表示する細胞の75%より多くを有する集団を産生する。scFv−4−4−20は、ほぼ同じポジティブ細胞の比率を有するこの系を用いて表示された。   FIG. 12 shows that yeast transformed with scFv-KJ16 / Aga2 plasmid expressed HA epitope (FIG. 12A) and c-myc epitope (FIG. 12B). Control yeast transfected with the Aga2p / HA expression vector alone was positive for anti-HA Mab but not for anti-c-myc antibody. The fraction of cells in the non-fluorescent population was found to depend on plasmid stability and culture growth phase, but the physiological processes involved are unknown. Nevertheless, the induction temperature is reduced to 20 ° C. and the induction time is reduced to less than the time that the two cultures double, producing a population with more than 75% of the cells displaying scFv-KJ16. To do. scFv-4-4-20 was displayed using this system with approximately the same percentage of positive cells.

細胞表面scFvに対するビオチン化scTCRの結合はまた、フローサイトメトリーによって検出された(図12C)。発現された活性scFvが抗HA抗体およびc−myc抗体を用いて検出されるものと同様であった細胞の画分は、全長の発現、正しく折り畳まれたscFvと一致した。さらに、2色のヒストグラムは、HAエピトープ表示およびc−mycエピトープ表示の両方と結合するscTCRの強固な相関を実証した。ビオチン化scTCR結合は、scFv−KJ16を表示する酵母に対して特異的であり、そして過剰な可溶性KJ16IgGによって完全に阻害された(図12D)。   Binding of biotinylated scTCR to cell surface scFv was also detected by flow cytometry (FIG. 12C). The fraction of cells in which the expressed active scFv was similar to that detected using anti-HA and c-myc antibodies was consistent with full-length expression, correctly folded scFv. In addition, the two-color histogram demonstrated a strong correlation of scTCR binding with both HA and c-myc epitope displays. Biotinylated scTCR binding was specific for yeast displaying scFv-KJ16 and was completely inhibited by excess soluble KJ16 IgG (FIG. 12D).

表面に表示されたscFv−KJ16のおよその親和性を、ビオチン化scTCRの変化した濃度を有する全細胞の滴定によって、細胞壁上でインサイチュにおいて決定した。平衡結合を、フローサイトメトリーにより細胞に結合したscTCRを分析することによって測定した。結合データのスキャッチャード分析(図13)によって500nMのKDを得、これは可溶性scFv−KJ16について観察されたKDの5倍以内であった。KDは、過大評価でありそうな、100%のscTCRが活性であったという仮定の下で計算されたので、このような一致は妥当である(すなわち、20%のみが正確に折り畳まれた場合、表面scFvは約100nMのKDを有する)。以前に、可溶化E.coli封入体から精製されたscTCRの実質的な画分は不正確に折り畳まれることが、見出された(Schodinら、1996)。 The approximate affinity of the scFv-KJ16 displayed on the surface was determined in situ on the cell wall by titration of whole cells with altered concentrations of biotinylated scTCR. Equilibrium binding was measured by analyzing scTCR bound to cells by flow cytometry. Scatchard analysis of the binding data (Figure 13) to give a K D of 500 nM, which was within 5 times a K D observed for soluble scFv-KJ16. The K D, likely be overestimated, because 100% of the scTCR was calculated under the assumption that were active, such matching is reasonable (i.e., only 20% correctly folded If the surface scFv has a K D of approximately 100 nM). Previously, solubilized E. coli. It was found that a substantial fraction of scTCR purified from E. coli inclusion bodies was incorrectly folded (Schodin et al., 1996).

(実施例30)
(蛍光活性化細胞選別による、変異されたscFv−KJ16/酵母の選択)
E.coli変異株を使用して、ファージディスプレイによる親和性成熟についてscFvを変異誘発した(Lowら、1996)。このアプローチは、酵母ディスプレイを使用するフルオレセインについての高い親和性を用いて、scFv−4−4−20の変異体を同定することにおいて首尾良いものであった。この変異誘発アプローチの長所は、その単純性、すなわち、E.coliの形質転換および細胞増殖のみを必要とすることである。さらに、このE.coli変異誘発遺伝子系統は、発現プラスミドを介して変異を導入し、そして従って、結合の特徴を決定するために重要であると考えられる、scFvの一部に対して偏って変化しない。変異誘発遺伝子系統の変異誘発のこの局面が都合良いかどうかは、利用可能な構造情報に基づいて、抗原結合に影響を与え得る重要な残基を同定する能力に依存する。公表された親和性変異研究の試験は、このような残基の位置が(一般に非接触残基において)、まだ演繹的に予測可能でないことを示唆する(Hawkinsら、1993、Pattenら、1996、Schierら、1996、Thompsonら、1996、Yangら、1995、Yeltonら、1995)。
(Example 30)
(Selection of mutated scFv-KJ16 / yeast by fluorescence activated cell sorting)
E. E. coli mutants were used to mutagenize scFv for affinity maturation by phage display (Low et al., 1996). This approach was successful in identifying scFv-4-4-20 variants with high affinity for fluorescein using yeast display. The advantage of this mutagenesis approach is its simplicity, ie, E.I. only need E. coli transformation and cell growth. Furthermore, this E.I. The E. coli mutagenesis gene line introduces mutations through the expression plasmid, and therefore does not change biased towards a portion of the scFv, which may be important for determining binding characteristics. Whether this aspect of mutagenesis of a mutagenic gene line is convenient depends on the ability to identify key residues that can affect antigen binding based on available structural information. Tests of published affinity mutation studies suggest that the position of such residues (generally at non-contact residues) is not yet a priori predictable (Hawkins et al., 1993, Patten et al., 1996, Schier et al., 1996, Thompson et al., 1996, Yang et al., 1995, Yelton et al., 1995).

scFv−KJ16に対するこのストラテジーを適用するために、scFv−KJ16/Aga2プラスミドを、6サイクルの増殖について、E.coli変異誘発遺伝子系統XL1−Red(Stratagene)において増殖させた。この手順が、2000bpにおける1サイクルあたりの変異速度に基づいて、scFvコード配列において平均2〜3点の変異を導入することを予測した。得られたプラスミド調製物で、およそ3×105の形質転換体のライブラリーサイズを産生する酵母を形質転換した。他の研究において、より大きなライブラリー(107)は、さらなる形質転換手順の最適化によって、および独立した形質転換体をプールすることによって得られた。この数は、ライブラリー構築物についてサイズの上限を示すのではなく、さらなる最適化の試みとして、スケールアップが直接適用され得る。 To apply this strategy for scFv-KJ16, scFv-KJ16 / Aga2 plasmids were transformed into E. coli for 6 cycles of growth. E. coli mutagenesis gene line XL1-Red (Stratagene). This procedure was expected to introduce an average of 2-3 mutations in the scFv coding sequence based on the mutation rate per cycle at 2000 bp. The resulting plasmid preparation was transformed into yeast producing a library size of approximately 3 × 10 5 transformants. In another study, a larger library (107), depending on further optimization of transformation procedures, and were obtained by independent transformants are pooled. This number does not represent an upper size limit for the library construct, but scale-up can be applied directly as a further optimization attempt.

変異誘発された酵母ライブラリーを、抗c−myc抗体結合(FITC)およびビオチン化scTCR結合(PE)について2重染色を使用して、4回の首尾良い分離のサイクルおよび増幅に供した。ビオチン化TCRを、野生型scFv−KJ16/酵母による結合の検出可能なしきい値を少し下まわって産生される1:5000希釈液(約10nM)で使用した(図13)。1回の分離サイクル後(図14A)および4回の分離サイクル後(図14B)の変異されたscFv−KJ16サンプルの2つのチャネル蛍光プロフィールを示す。図14に示された対角窓上に蛍光を示す細胞を、再増殖のために収集した。この対角窓の原理は、任意の所定の回において、分離基準が表示されたポリペプチドの融合あたりの抗原結合に基づくことにあった。例えば、より高いPE蛍光レベル(すなわち、scTCR結合)のみに基づく選択は、より高い親和性scFvを有するこれらの変異体のみならず、酵母細胞あたりのscFvのより高い密度を表示する変異体を含んだ。後者の変異体は、原理的に、表面発現可変性について規格化するために2つのパラメーターの1つとして抗c−myc抗体を誘導することによって除去される。最初の2つの分離回を、富化様式において実施し、最も高い蛍光を有する約0.5%の細胞集団を単離し、そして一致(同時に分離された液滴における2つの細胞)を避けるために分離ソフトウェアを設定しなかった。この最後の2回の分離回を、高い一致を避けるために、精製のために実施した。4サイクルの後、細胞を直ちに再分離し、そしてプレートした。10のコロニー(mut1〜10)を、さらなる分析のために選択した。   The mutagenized yeast library was subjected to 4 successful separation cycles and amplification using double staining for anti-c-myc antibody binding (FITC) and biotinylated scTCR binding (PE). Biotinylated TCR was used at a 1: 5000 dilution (approximately 10 nM) produced slightly below the detectable threshold for binding by wild type scFv-KJ16 / yeast (FIG. 13). Shown are two channel fluorescence profiles of mutated scFv-KJ16 samples after one separation cycle (FIG. 14A) and after four separation cycles (FIG. 14B). Cells showing fluorescence on the diagonal window shown in FIG. 14 were collected for repopulation. The principle of this diagonal window was based on antigen binding per fusion of polypeptides for which the separation criteria were displayed at any given time. For example, selection based solely on higher PE fluorescence levels (ie, scTCR binding) includes not only those variants with higher affinity scFv, but also variants that display a higher density of scFv per yeast cell. It is. The latter mutant is in principle removed by inducing anti-c-myc antibody as one of two parameters to normalize for surface expression variability. To perform the first two separations in an enriched manner, to isolate about 0.5% of the cell population with the highest fluorescence and to avoid coincidence (two cells in droplets separated simultaneously) No separation software was set up. This last two separations were performed for purification to avoid high agreement. After 4 cycles, the cells were immediately re-separated and plated. Ten colonies (mut 1-10) were selected for further analysis.

(実施例31)
(変異scFv-酵母の特徴付け)
10の選択された変異体の各々を、抗HA抗体、抗c−myc抗体、およびビオチン化TCRで標識し、そしてフローサイトメトリーによって分析した(図15)。予測され得るように、1つのクローン(mut6)は、野生型scFv−KJ16/酵母に表現型的に類似して現れた。別のクローン(mut7)を、より高いTCR結合レベルを示すために見出し、結果を、いくつかの独立した滴定によって確認した。最終的に、多くの変異体(mut1〜5、8、9)は、抗HA抗体またはビオチン化scTCRの結合と比較された抗c−myc抗体に対する減少された結合を一貫して示した。このクラスの変異体の存在は、図14に示されるように、対角線上の分離窓の詳細によって説明され得る。細胞は、定常c−myc(FITC)シグナルで結合するscTCR(PE)を増加させることによってか、または代わりに定常scTCR(PE)シグナルで結合するc−myc(FITC)を減少させることによってのいずれかによって分離窓に「移動」し得る。これらの変異体の選択は、融合物中のエピトープタグである、HAおよびc−mycの両方を使用することによって容易に回避され得る。従って、各回の分離におけるこれらの各々のエピトープタグの標識を代替することによって、エピトープタグの1つへの減少された結合は、この場合におけるように、連続した分離回において富化されない。
(Example 31)
(Characterization of mutant scFv-yeast)
Each of the 10 selected mutants was labeled with anti-HA antibody, anti-c-myc antibody, and biotinylated TCR and analyzed by flow cytometry (FIG. 15). As can be expected, one clone (mut6) appeared phenotypically similar to wild type scFv-KJ16 / yeast. Another clone (mut7) was found to show a higher TCR binding level and the results were confirmed by several independent titrations. Finally, many mutants (mut1-5, 8, 9) consistently showed reduced binding to anti-HA antibody or anti-c-myc antibody compared to biotinylated scTCR binding. The presence of this class of variants can be explained by the details of the diagonal separation window, as shown in FIG. Cells either increase the scTCR (PE) binding with a constant c-myc (FITC) signal, or alternatively decrease the c-myc (FITC) binding with a constant scTCR (PE) signal. Depending on what can be moved to the separation window. The selection of these variants can be easily avoided by using both HA and c-myc, which are epitope tags in the fusion. Thus, by substituting the label for each of these epitope tags in each round of separation, the reduced binding to one of the epitope tags is not enriched in successive rounds of separation as in this case.

推定的なc−mycエピトープ変異体(mut4)、scTCR結合変異体(mut7)および別の変異体(mut10)の蛍光のヒストグラムを、野生型scFvと比較した(図16)。mut4(図16Aおよび16B)は、抗c−myc標識における減少を示し、mut7は、scTCR結合の増強を示し(図16Cおよび16D)、そしてmut10は、どちらにおいても変化を示さなかったが、ポジティブであった細胞の画分は、野生型scFvに対して、より高かった(図16Eおよび16F)。図16Eおよび16Fにおいて示されるように、ほぼ100%のmut10細胞は、試験された各々の薬剤についてポジティブであった。これは、細胞表面scFvのレベルを減少させる、2つの別個の細胞集団を示す野生型scFv−KJ16酵母と似ている各々の他の変異体(例えば、mut4およびmut7を参照のこと)と対比する。mut10の増強されたプラスミド安定性およびmut10からE.coliへの発現プラスミドをレスキューするために繰り返される失敗は、染色体の組込みがこの変異体プラスミドで起こったことを示唆する。従って、mut10の変化された表面発現の特徴付けは、発現プラスミドの組込みの結果であると思われる。   The fluorescence histograms of the putative c-myc epitope mutant (mut4), scTCR binding mutant (mut7) and another mutant (mut10) were compared to the wild type scFv (FIG. 16). mut4 (FIGS. 16A and 16B) showed a decrease in anti-c-myc labeling, mut7 showed enhanced scTCR binding (FIGS. 16C and 16D), and mut10 showed no change in either but positive The fraction of cells that was was higher relative to the wild type scFv (FIGS. 16E and 16F). As shown in FIGS. 16E and 16F, nearly 100% of mut10 cells were positive for each drug tested. This contrasts with each other variant similar to wild-type scFv-KJ16 yeast that shows two distinct cell populations that reduce the level of cell surface scFv (see, eg, mut4 and mut7). . mut10 enhanced plasmid stability and mut10 to E. coli. Repeated failures to rescue the expression plasmid into E. coli suggest that chromosomal integration has occurred with this mutant plasmid. Thus, the altered surface expression characterization of mut10 appears to be the result of integration of the expression plasmid.

scTCRに対する結合親和性を、可溶性ビオチン化scTCRを用いる滴定によって、図16に示される変異体について評価した(図17)。このデータの非直線の曲線適合性は、mut4およびmut10について変化していないKDを示すが、mut7については親和性が3倍増加することを示す。mut10の平均蛍光における増大は、図16Eおよび16Fにおいて明らかなように、増大するscTCR結合よりむしろ、この分布における非蛍光端部の非存在のためである。 The binding affinity for scTCR was assessed for the variants shown in FIG. 16 by titration with soluble biotinylated scTCR (FIG. 17). Non-linear curve fitting of the data, while indicating K D unchanged for mut4 and mut10, indicating that the affinity is increased 3-fold for mut7. The increase in average fluorescence of mut10 is due to the absence of non-fluorescent ends in this distribution, rather than increased scTCR binding, as is apparent in FIGS. 16E and 16F.

(実施例32)
(変異体scFvの配列決定)
酵母ディスプレイプラスミドにクローニングされたwt−scFv−KJ16ならびに酵母由来のプラスミドのレスキューに従うmut4およびmut7のヌクレオチド配列を、決定した(図18)。野生型scFv−KJ16は、当初公表されたscFv配列(Choら、1995)から、2つのサイレント変化を含んだ。これらは、酵母ディスプレイプラスミドへのscFvのクローニングの前に、PCRによって導入され得た。mut4配列は1つの変異を含み、そしてmut7は2つの変異を含んだ。mut4における唯一の変異は、上記のように抗c−myc抗体による結合の減少と一致する、c−mycエピトープに存在した(LysからGlu)。mut7は、VL領域のフレームワーク領域におけるArgからLysへの変化およびVL鎖のCDR1におけるSerからArgへの変化を含んだ。後者の変異は、mut7について観察される、より高い結合親和性に一致した。
(Example 32)
(Sequencing of mutant scFv)
The nucleotide sequences of wt-scFv-KJ16 cloned into the yeast display plasmid and mut4 and mut7 following rescue of the yeast-derived plasmid were determined (FIG. 18). Wild-type scFv-KJ16 contained two silent changes from the originally published scFv sequence (Cho et al., 1995). These could be introduced by PCR prior to scFv cloning into the yeast display plasmid. The mut4 sequence contained one mutation and mut7 contained two mutations. The only mutation in mut4 was present in the c-myc epitope (Lys to Glu), consistent with decreased binding by anti-c-myc antibody as described above. mut7 contained a change from Arg to Lys in the framework region of the VL region and a change from Ser to Arg in CDR1 of the VL chain. The latter mutation was consistent with the higher binding affinity observed for mut7.

ファージディスプレイは、より高い抗原結合親和性を有するscFvの選択ならびに未処置のライブラリー由来の新規なscFvの単離のため使用された(Hoogenboom、1997)。しかし、部分的には、毒性、コドンの偏り、または折り畳みの問題のために、E.coliにおけるいくつかの哺乳動物タンパク質の発現において差異が存在した(例えば、KnappikおよびPluckthum、1995、Ulrichら、1995、WalkerおよびGilbert、1994)。酵母の発現は、タンパク質が真核生物の翻訳後修飾(例えば、グリコシル化および効率的なジスルフィド異性化)を伴って発現され得ることの利点を提案することによって、潜在的に、いくつかのこれらの問題を未然に防ぎ得る。さらに、ファージディスプレイは、一般に、5倍未満で異なる結合親和性を有する変異体間を識別するための、定量的な精度を有さない(Kretzschmarら、1995)。対照的に、蛍光標識および分離は、3倍のみ増大した親和性を有する4−4−20scFvクローンの単離を可能にした。抗原結合親和性の最大変化が、より小さな効果を各々有する点変異の指向された組合せによって生じる(Hawkinsら、1993、Schierら、1996、Yangら、1995)ので、親和性におけるわずかな改良を同定するための能力は、有意な値であり得る。これらの利点を考慮して、抗T細胞レセプターscFvの親和性の成熟についての酵母ディスプレイシステムの使用が、開発された。   Phage display was used for selection of scFv with higher antigen binding affinity as well as isolation of new scFv from untreated libraries (Hoogenboom, 1997). However, in part, due to toxicity, codon bias, or folding problems, E. coli. There were differences in the expression of several mammalian proteins in E. coli (eg, Knappik and Pluckthum, 1995, Ulrich et al., 1995, Walker and Gilbert, 1994). Yeast expression potentially has some of these by proposing the advantage that proteins can be expressed with eukaryotic post-translational modifications such as glycosylation and efficient disulfide isomerization. The problem can be prevented in advance. Furthermore, phage display generally does not have quantitative accuracy to distinguish between variants with different binding affinities less than 5 times (Kretzschmar et al., 1995). In contrast, fluorescent labeling and separation allowed the isolation of 4-4-20 scFv clones with an affinity increased only 3 fold. Identify minor improvements in affinity since the maximum change in antigen binding affinity is caused by a directed combination of point mutations each having a smaller effect (Hawkins et al., 1993, Schier et al., 1996, Yang et al., 1995) The ability to do can be a significant value. In view of these advantages, the use of a yeast display system for affinity maturation of the anti-T cell receptor scFv has been developed.

マウスTCRのVb8領域に対して特異的であるscFvを、インビボでT細胞標的特性を究極的に増強し得た抗TCR試薬を生成するために使用した(Choら、1997、Choら、1995)。活性なscFvを、ネイティブscFvに類似する親和性を有する、酵母の表面上のAga2p融合タンパク質として発現させた(scFvについての120nMと比較して、約500nM)。より高い親和性scFvを選択するために、E.coliのDNA修復欠乏性菌株を用いるランダム変異誘発は、6回の増殖サイクル後に、1000塩基対あたり約2〜3の頻度で変異を生じた。蛍光性標識化scTCRおよび抗c−myc抗体を用いるフローサイトメトリーを使用して、増大されたscTCR親和性を有する細胞ディスプレイscFvを分離した。抗c−myc抗体は、より高い親和性のためではなく、scFv−c−myc融合物のより高い細胞表面発現のために増大されたTCR結合を有する変異体の制御する、選択のための第2の基準として含まれた。複数回の選択後、3つの変異表現型クラスを観察した:1)c−myc抗体に対する結合を減少したが、scTCR結合は変化しない(mut1〜5、8、9);2)c−myc標識を変化せずにscTCRに対する結合を増強した(mut7);および3)染色体ベクター組込みによる、より高効率の表面発現(mut10)。   A scFv that is specific for the Vb8 region of mouse TCR was used to generate anti-TCR reagents that could ultimately enhance T cell targeting properties in vivo (Cho et al., 1997, Cho et al., 1995). . The active scFv was expressed as an Aga2p fusion protein on the surface of yeast with an affinity similar to native scFv (approximately 500 nM compared to 120 nM for scFv). In order to select a higher affinity scFv, Random mutagenesis using E. coli DNA repair deficient strains mutated at a frequency of about 2-3 per 1000 base pairs after 6 growth cycles. Flow cytometry using fluorescent labeled scTCR and anti-c-myc antibody was used to separate cell display scFv with increased scTCR affinity. The anti-c-myc antibody controls for variants with increased TCR binding, not for higher affinity but for higher cell surface expression of the scFv-c-myc fusion. Included as 2 criteria. After multiple selections, three mutant phenotype classes were observed: 1) decreased binding to c-myc antibody but did not change scTCR binding (mut1-5, 8, 9); 2) c-myc labeling Enhanced binding to scTCR without changing (mut7); and 3) more efficient surface expression by chromosomal vector integration (mut10).

mut4およびmut7によって示される変異体のクラスの単離は、図14に例示される選択基準から予測され得る。すなわち、scTCR(PE)シグナルの増加またはc−myc(FITC)シグナルの減少のいずれかが細胞を分離窓中に置くので、対角線上の分離窓の境界上で同定された任意の変異細胞は、mut4およびmut7について記載されたいずれかの特性によって説明され得る。このことは、2つの独立したエピトープタグの利用性のためであるが、しかし、このアプローチについて実質的な問題を示していない。変化する分離サイクルにおいてHAおよびc−mycタグを利用することによって、1つのエピトープタグの減少された標識についての進行性の富化は、起こるべきではない。   Isolation of the class of mutants represented by mut4 and mut7 can be predicted from the selection criteria illustrated in FIG. That is, either an increase in scTCR (PE) signal or a decrease in c-myc (FITC) signal places the cell in the separation window, so any mutant cell identified on the diagonal separation window boundary is It can be explained by any of the properties described for mut4 and mut7. This is due to the availability of two independent epitope tags, but does not show substantial problems with this approach. By utilizing HA and c-myc tags in changing separation cycles, progressive enrichment for the reduced labeling of one epitope tag should not occur.

エピトープタグ変異体の単離は、酵母表面ディスプレイについてさらなる適用を強調する:モノクローナル抗体によって認識されるエピトープのマッピング。ペプチドライブラリーを使用する代替的なストラテジーが、この点における直鎖状エピトープについて首尾良いが、本明細書に記載されるアプローチは、立体配座的なエピトープに対して伸長され得る。従って、正しく折り畳まれたタンパク質は、酵母細胞上に表示され得、そして本明細書で記載されるような直接のランダム変異誘発は、隣接していないポリペプチド配列からエピトープ残基を同定するために適用され得る。非折り畳みタンパク質が保持され、そして真核生物分泌特性制御装置によって分解され、そして種々の発現レベルがHA標識またはc−myc標識によって同定されるので、エピトープ残基の誤った同定は、この手順によって最小化されるべきである。この記載されたアプローチは、アラニンスキャン変異誘発よりも実質的に容易である。   Isolation of epitope tag variants highlights additional applications for yeast surface display: mapping of epitopes recognized by monoclonal antibodies. Although an alternative strategy using a peptide library is successful for linear epitopes in this regard, the approaches described herein can be extended against conformational epitopes. Thus, correctly folded proteins can be displayed on yeast cells, and direct random mutagenesis as described herein can be used to identify epitope residues from non-contiguous polypeptide sequences. Can be applied. Since unfolded proteins are retained and degraded by the eukaryotic secretion regulator and various expression levels are identified by HA or c-myc labeling, misidentification of epitope residues can be achieved by this procedure. Should be minimized. This described approach is substantially easier than alanine scan mutagenesis.

c−myc標識あたりのmut10の平均単鎖T細胞レセプター標識が変化されなかったので、mut10がこのスクリーンにおいて富化された理由は、明らかでない。明確に標識化された細胞のより高い画分が、分離窓へのランダムな過剰のために、富化についてこのクローンを偏らせることは可能である。いかなる場合においても、scTCR標識またはc−myc標識のいずれもが、このクローンについて異なず、そしてこの発現プラスミドの構造的再配列は、この発現プラスミドが染色体への組込みを有することを示す。   The reason why mut10 was enriched in this screen is not clear since the average single chain T cell receptor label of mut10 per c-myc label was not changed. It is possible to bias this clone for enrichment because of the higher fraction of clearly labeled cells due to a random excess to the separation window. In any case, neither scTCR tag or c-myc tag is different for this clone, and the structural rearrangement of the expression plasmid indicates that the expression plasmid has chromosomal integration.

mut7における唯一の独特なCDR変異の同定は、この変異体scFvがT細胞レセプターに対する結合を増強したという知見と一致する。T細胞レセプターに対する、より高い親和性を有するscFvのみ(そしてc−myc変異体ではない)を得るための将来の試みは、scFvの細胞表面レベルについて制御するために抗HA抗体および抗c−myc抗体を用いる、代替の選択を含む。このストラテジーは、選択された変異体間のDNAシャッフリング技術(Stemmer、1994)と組合わせて、野生型scFv(KD 約120nM)よりも、著しく高い親和性を有するscFv−KJ16の単離を可能にすべきである。このような変異体KJ16のscFvを使用して、T細胞シグナル伝達の反応速度論的な現象ならびに二抗原特異的抗体を介するT細胞媒介性殺傷の標的化を試験し得る(Choら、1997)。 The identification of the only unique CDR mutation in mut7 is consistent with the finding that this mutant scFv enhanced binding to the T cell receptor. Future attempts to obtain only scFv with higher affinity for the T cell receptor (and not the c-myc variant) are anti-HA antibodies and anti-c-myc to control for cell surface levels of scFv. Includes alternative selection using antibodies. This strategy, in combination with DNA shuffling techniques between selected variants (Stemmer, 1994), than the wild-type scFv (K D approximately 120 nM), enables the isolation of scFv-KJ16 with significantly higher affinity Should be. Such mutant KJ16 scFvs can be used to test kinetic phenomena of T cell signaling as well as targeting T cell mediated killing via biantigen specific antibodies (Cho et al., 1997). .

本発明は、細胞表面ディスプレイを介してアフィニティー成熟させた抗体の意図的な単離を実証する。上記のように、オフ速度(off−rate)選択を用いて、解離速度が減少した変異体を同定し、それゆえ、scFv−KJ16の発現において、平衡化した抗原結合を用いた。これらの2つのアプローチは相補的であり、そして出発scFvのアフィニティーに依存する。1nMを超えるKDについては、反応速度の変動の有効な識別を可能にするには解離速度が迅速すぎるので、可溶性標識抗原を用いての平衡化のストラテジーを遂行することが合理的である。さらに、これらのより低いアフィニティーでは、大量の可溶性抗原は、もし、提示されたscFvが、約1〜10nMの有効濃度で存在するならば、標識反応混合物から実質的に欠乏していない。対照的に、強く結合している抗体(例えば、4−4−20(KD=0.4nM))は、不便な大きな標識容量を用いない限り、可溶性の標識抗原をKD未満の濃度で欠乏する。しかし、このような強く結合している抗体についての解離反応速度は、手動での混合手順を介しての、クエンチング、選別、および分析を可能にするのに十分にゆっくりである。従って、ストラテジーを用い得、それによってscFvは、約1nMのKDになるまで、平衡化に基づくスクリーニングおよび変異誘発の繰り返しを介して、続いて、オフ速度スクリーニングおよび変異誘発の繰り返しにより、アフィニティー成熟させて、なおさらなる改良を入手し得る。 The present invention demonstrates the intentional isolation of affinity matured antibodies via cell surface display. As described above, off-rate selection was used to identify mutants with a reduced dissociation rate, and thus balanced antigen binding was used in the expression of scFv-KJ16. These two approaches are complementary and depend on the affinity of the starting scFv. The K D of greater than 1 nM, so to allow an effective identification of the variation of the reaction rate dissociation rate is too fast, it is reasonable to carry out strategies equilibration with soluble labeled antigen. Furthermore, at these lower affinities, large amounts of soluble antigen are not substantially depleted from the labeling reaction mixture if the displayed scFv is present at an effective concentration of about 1-10 nM. In contrast, strongly bound antibodies (eg, 4-4-20 (K D = 0.4 nM)) allow soluble labeled antigen to be used at concentrations below K D unless a large inconvenient labeling volume is used. Deficient. However, the dissociation kinetics for such tightly bound antibodies are sufficiently slow to allow quenching, sorting, and analysis via manual mixing procedures. Therefore, to obtain using a strategy whereby scFv is until K D of about 1 nM, via the screening and repetition of the mutagenesis based on equilibration, followed by repetition of the off-rate screening and mutagenesis, affinity maturation And still further improvements can be obtained.

細胞表面ディスプレイおよびフローサイトメトリースクリーニングは、反応速度結合パラメーター(例えば、KDおよび解離速度定数(kdiss))に基づくライブラリー由来のクローンの選択を可能にする。次いで、選択された変異体の結合パラメーターは、図17に示すように、サブクローニングまたは可溶性発現の必要性を伴わずに、ディスプレイ形式において、インサイチュで定量的に見積もられ得る。対照的に、ファージディスプレイされた抗体の選択は、しばしば、pH2および8M GuHClという程度までですらある、漸増的なストリンジェントの洗浄条件および溶出条件を含む。このようなストリンジェンシー選択は、定量的な精度が乏しく、そして結合パラメーター(例えば、KDまたはkdiss)と環境条件または生理学的条件下で常に直接的に関連するとは限らない。 Cell surface display and flow cytometry screening kinetic binding parameters (e.g., K D and the dissociation rate constant (k diss)) allows the selection of the based library derived clones. The binding parameters of the selected mutants can then be quantitatively estimated in situ in a display format without the need for subcloning or soluble expression, as shown in FIG. In contrast, selection of phage-displayed antibodies often involves incremental stringent wash and elution conditions, even to the extent of pH 2 and 8M GuHCl. Such stringency selection has poor quantitative accuracy and is not always directly related to binding parameters (eg, K D or k diss ) under environmental or physiological conditions.

細菌細胞表面ディスプレイ系は、抗体および他のタンパク質の操作について記載された(Gunneriussonら,1996)。これらの系は、本発明の酵母ディスプレイ系のいくつかの利点を保有するが、これらは、真核生物分泌経路の翻訳後プロセシング能力を提供しない。細菌上にディスプレイしたタンパク質への巨大分子の接近はまた、リポ多糖層により提示される拡散障壁により制限され得る(Roberts,1996)。この理由のために、モノクローナル抗体で標識した可溶性タンパク質抗原またはエピトープタグに対する結合は可能ではない。培養した哺乳動物細胞における表面ディスプレイ系もまた利用可能であるが、これらの系についてのコンビナトリアルライブラリーの構築およびスクリーニングは、酵母についてのように迅速でないかまたは用途が広いわけではない。   A bacterial cell surface display system has been described for the manipulation of antibodies and other proteins (Gunnerison et al., 1996). Although these systems possess some of the advantages of the yeast display system of the present invention, they do not provide the post-translational processing capabilities of the eukaryotic secretory pathway. Macromolecular access to proteins displayed on bacteria can also be limited by the diffusion barrier presented by the lipopolysaccharide layer (Roberts, 1996). For this reason, binding to soluble protein antigens or epitope tags labeled with monoclonal antibodies is not possible. Surface display systems in cultured mammalian cells are also available, but the construction and screening of combinatorial libraries for these systems is not as rapid or versatile as for yeast.

かなり小さなライブラリー(3×105)をスクリーニングして、本明細書中に記載した変異体を単離した。これは、酵母のライブラリーサイズについての上限を表さない。107クローンを有する酵母ライブラリーが構築されており、そして必要な場合には、さらにライブラリーサイズにおける増加が達成できる。本発明は、酵母表面ディスプレイを用いて、増加したアフィニティーを有する変異scFvを単離し得ること、および変化したmAbエピトープを有する変異体が所望により富化または排除され得ることを示す。さらに、KDは、サブクローニングおよび可溶性発現を必要とすることなく、ディスプレイ形式においてインサイチュで見積もられ得る。スクリーニング条件の定量的最適化は、本方法におけるさらなる改良を可能にする。酵母表面ディスプレイの適用は、抗体アフィニティー成熟を超えて、反応速度および平衡結合パラメーターに直接基づく、cDNA発現ライブラリーからの結合ドメインの単離、または変異レセプターもしくはリガンドの単離にまで広がる。 A fairly small library (3 × 10 5 ) was screened to isolate the variants described herein. This does not represent an upper limit on the yeast library size. Yeast libraries with 10 7 clones have been constructed and further increases in library size can be achieved if necessary. The present invention shows that yeast surface display can be used to isolate mutant scFv with increased affinity and that mutants with altered mAb epitopes can be enriched or eliminated as desired. Further, K D, without requiring subcloning and soluble expression can be estimated in situ in a display format. Quantitative optimization of the screening conditions allows further improvements in the method. The application of yeast surface display extends beyond antibody affinity maturation to isolation of binding domains from cDNA expression libraries, or isolation of mutant receptors or ligands based directly on kinetics and equilibrium binding parameters.

(実施例33:酵母ディスプレイ系におけるT細胞レセプターのディスプレイ可能性および発現)
本発明はまた、例えば、ペプチド−MHC複合体またはスーパー抗原に対する改良された結合特性に関して、T細胞レセプターを操作するための新規なプロセスに関する。本発明は、酵母表面ディスプレイライブラリー形式においてT細胞レセプターを提示するための方法を確立する。この方法は、以下のために用いられ得る:1)一般に、表面または酵母において通常発現されないポリペプチドを発現するため、および2)より詳細には、選り抜きのリガンドについて、より高いアフィニティーのT細胞レセプターを操作するため。
(Example 33: Displayability and expression of T cell receptor in yeast display system)
The invention also relates to a novel process for manipulating T cell receptors, for example with respect to improved binding properties to peptide-MHC complexes or superantigens. The present invention establishes a method for presenting T cell receptors in a yeast surface display library format. This method can be used for: 1) generally to express polypeptides that are not normally expressed on the surface or in yeast, and 2) more specifically, for higher affinity T cell receptors for selected ligands. For operating.

タンパク質操作は、増加したアフィニティー結合の合理的かつ指向的な操作を可能にする開発のレベルには到達していない。結果として、大きな変異集団から改良された変異体を同定するアプローチが開発された。最も広範に用いられるアプローチは、「ファージディスプレイ」であり、これは、抗体を、特に、連結した「単鎖」抗体の形態で操作するために使用されてきた。しかし、ファージディスプレイ方法論は、単鎖T細胞レセプター(scTCRs)を好首尾に提示できなかった。これは、単離された単鎖T細胞レセプターの折畳みが、CD3複合体の他の成分および真核生物小胞体のタンパク質折畳み機構の非存在下では、非常に非効率的であることによる可能性が最も高い;細菌のペリプラズムは、これらのフラグメントを効果的に折り畳むことができない。   Protein manipulation has not reached the level of development that allows rational and directed manipulation of increased affinity binding. As a result, approaches have been developed to identify improved mutants from large mutant populations. The most widely used approach is “phage display”, which has been used to manipulate antibodies, particularly in the form of linked “single chain” antibodies. However, phage display methodologies were unable to successfully display single chain T cell receptors (scTCRs). This may be due to the fact that the folding of the isolated single chain T cell receptor is very inefficient in the absence of other components of the CD3 complex and the protein folding mechanism of the eukaryotic endoplasmic reticulum. The bacterial periplasm cannot effectively fold these fragments.

酵母表面に提示されたT細胞レセプターの確立を、図19〜21に図示する。重要な改良は、この系において提示され得る変異T細胞レセプターを単離するために行われた。野生型T細胞レセプターは、T細胞レセプターの天然のコンホメーションに特異的である抗体(1B2)による結合が存在しないことによって示されたように、機能的に提示されない(図19)。T細胞レセプターを変異させることおよび1B2結合についてライブラリーをスクリーニングすることにより、酵母において提示された変異単鎖T細胞レセプターが同定された。これは、改良された結合特性を有する変異単鎖T細胞レセプターを単離するために現在用いられ得る系を確立する。   The establishment of the T cell receptor presented on the yeast surface is illustrated in FIGS. Significant improvements have been made to isolate mutant T cell receptors that can be presented in this system. The wild type T cell receptor is not functionally presented as shown by the absence of binding by an antibody (1B2) that is specific for the natural conformation of the T cell receptor (FIG. 19). Mutating the T cell receptor and screening the library for 1B2 binding identified mutant single chain T cell receptors presented in yeast. This establishes a system that can now be used to isolate mutant single chain T cell receptors with improved binding properties.

本発明は、T細胞レセプターを発現するのに好首尾な酵母細胞−表面ディスプレイ系を提供する。第2に、全長T細胞レセプターの発現は、T細胞レセプター遺伝子をランダムに変異誘発し、次いで表面発現についてフローサイトメトリーによって選択した後にのみ達成され得る。この方法は、T細胞レセプター中の発現欠損を「訂正」する進化的アプローチを利用した。   The present invention provides a successful yeast cell-surface display system for expressing T cell receptors. Second, full-length T cell receptor expression can only be achieved after randomly mutagenizing the T cell receptor gene and then selecting by flow cytometry for surface expression. This method utilized an evolutionary approach to “correct” the expression defect in the T cell receptor.

この同じアプローチは、その野生型形態では効率的に提示されない任意のポリペプチドに適用され得る。「表示可能性」についての選択は、実施例33〜37に記載されるように、T細胞レセプターについての実施を減少させた。一旦提示可能な変異バージョンのポリペプチドが得られたら、次いで、これらのバージョンは、実施例1〜32に記載される改良された結合特性についてのスクリーニングプロセスに供され得る。   This same approach can be applied to any polypeptide that is not efficiently presented in its wild-type form. Selection for “displayability” reduced the practice for the T cell receptor, as described in Examples 33-37. Once mutant versions of the polypeptide that can be presented are obtained, these versions can then be subjected to a screening process for improved binding properties as described in Examples 1-32.

改良されたT細胞レセプター分子は、癌、敗血症、および自己免疫疾患(例えば、関節炎、糖尿病、または多発性硬化症)の治療において有用である。例えば、可溶性形態の高アフィニティーT細胞レセプターは、有害なT細胞媒介自己免疫疾患のアンタゴニストとして作用し、それにより、これらの疾患のための潜在的な処置を提供する。類似のストラテジーが、可溶性腫瘍壊死因子レセプター(TNF−R)について好首尾で用いられた。そしてこのレセプターの形態は、臨床試験においては、敗血症性ショックおよび慢性関節リウマチについてである(Moosmayerら,1995)。   Improved T cell receptor molecules are useful in the treatment of cancer, sepsis, and autoimmune diseases (eg, arthritis, diabetes, or multiple sclerosis). For example, soluble forms of high affinity T cell receptors act as antagonists of deleterious T cell mediated autoimmune diseases, thereby providing a potential treatment for these diseases. A similar strategy was used successfully for soluble tumor necrosis factor receptor (TNF-R). And this receptor form is in clinical trials for septic shock and rheumatoid arthritis (Moosmayer et al., 1995).

本発明の方法では、酵母表面ディスプレイは、単鎖T細胞レセプターがMHCペプチド複合体またはスーパー抗原に対して高アフィニティーで結合するように操作されることを可能にする。このような分子は、種々の医学的用途を見出す。例としては以下が挙げられるがこれらに限定されない:1)自己免疫疾患(例えば、関節炎、糖尿病、および多発性硬化症)における健常組織に対する不適切なT細胞攻撃を妨害すること;2)T細胞と相互作用して大量の炎症性反応を導く細菌性スーパー抗原に起因する敗血症性ショックを妨害すること;および3)高アフィニティーT細胞レセプターを抗CD3二重特異性薬剤とともに用いてT細胞を再度癌性細胞に攻撃させることによる、T細胞レセプターリガンド(例えば、特異的腫瘍ペプチド/MHC複合体)を保有する腫瘍細胞の破壊。   In the methods of the present invention, yeast surface display allows single chain T cell receptors to be engineered to bind with high affinity to MHC peptide complexes or superantigens. Such molecules find a variety of medical uses. Examples include but are not limited to: 1) preventing inappropriate T cell attack on healthy tissue in autoimmune diseases (eg, arthritis, diabetes, and multiple sclerosis); 2) T cells Interfering with septic shock due to bacterial superantigens that interact with the bulk of the inflammatory response; and 3) using high-affinity T cell receptors with anti-CD3 bispecific agents to repopulate T cells Destruction of tumor cells carrying a T cell receptor ligand (eg, a specific tumor peptide / MHC complex) by attacking cancerous cells.

(プラスミドおよび株)
単鎖TCR遺伝子(修飾された205リンカーにより連結されたV(8.2−リンカー−V(3.1)遺伝子(Choら,1995))を、製造業者のプロトコルに従って、PCRによってベクターpCR−Script(Stratagene,La Jolla,CA)にサブクローニングした。6−Hisエピトープタグを、精製目的のためにscTCRのカルボキシ末端に含めた。scTCRを含有する約800−bpのNheI/XhoIフラグメントを、pCR−Scriptから切り出し、そして9残基のエピトープタグ(HA)および誘導性GAL1プロモーターの下流にAGA2オープンリーディングフレームを含む酵母表面ディスプレイベクターpCT202に連結した。得られた構築物を、GietzおよびSchiestl(Gietzら,1995)の酢酸リチウム(LiAc)形質転換方法により、GAL1プロモーター(株EBY100)により制御される、染色体に組み込まれたAGA1を含有するS.cerevisiae BJ5465株(aura3−52 trpl leu2D1 his3D200 pep4::HIS2 prbD1.6 canl GAL;Yeast Genetic Stock Center,Berkeley,CA)に形質転換した。
(Plasmids and strains)
A single chain TCR gene (V linked by a modified 205 linker (8.2-linker-V (3.1) gene (Cho et al., 1995)) was obtained by PCR according to the manufacturer's protocol by vector pCR-Script. (Stratagene, La Jolla, Calif.) A 6-His epitope tag was included at the carboxy terminus of the scTCR for purification purposes. And ligated to the yeast surface display vector pCT202 containing an AGA2 open reading frame downstream of the 9-residue epitope tag (HA) and the inducible GAL1 promoter. S. cerevisiae BJ5465 strain (aura3-52 trpl leu2D1 his3D200 containing AGA1 integrated into the chromosome controlled by the GAL1 promoter (strain EBY100) by the lithium acetate (LiAc) transformation method of stl (Gietz et al., 1995). pep4 :: HIS2 prbD1.6 canal GAL; Yeast Genetic Stock Center, Berkeley, CA).

(実施例34:scTCRランダム変異体ライブラリーの生成)
約50ngのpCT202/scTCRを、E.coli XL1−Red細胞(Stratagene,La Jolla,CA)中に製造業者のプロトコルに従って形質転換した。SOC培地における1時間の誘導後、回復物を、2000rpmにて5分間遠心分離し、そして100mg/mlアンピシリンおよび50mg/mlカルベニシリンを含有する500mlの液体LB培地(LB−AMP100−CARB50)に再懸濁した。再懸濁物を、50−mlのErlenmeyerフラスコ中の15−mlのLB−AMP100−CARB50に添加し、そして37℃にて振盪しながら増殖させた。培養物に新鮮な15−mlのLB−AMP100−CARB50を、対数中期(OD600(0.2〜0.4))にて補充し、次いで飽和になるまで増殖させた(OD600約1.0〜1.1;これは、1「サイクル」または1回の変異とみなされた)。わずかな部分のこの培養物(0.75ml)を次のサイクルに添加した(15−ml LB−AMP100−CARB50)。6サイクルの増殖後、Wizard(登録商標)ミニプレップ(Promega,Madison,WI)DNAプラスミド調製を、15−ml培養物について行った。第6サイクルからの約10mgのpCT202/scTCR DNAを、10チューブの酵母EBY100株の各々にLiAc法を用いて形質転換した。1−ml ddH2O/チューブ中に再懸濁した後に10反応物をプールし、1/10,000のプールを選択プレート上にプレーティングして形質転換効率を決定した。ライブラリーサイズは約7×106であった。50ml容量のSD−CAA(グルコース2wt%,Difco酵母窒素ベース0.67wt%,カザミノ酸0.5wt%)に、残りの培養物を接種し、30℃にて振盪しながら一晩培養し、OD600=0.05になるように継代し、そして30℃にてOD600>1.0になるように一晩増殖させた。次いで、5mlの選択的ガラクトース培地SG−CAA(ここで、2%ガラクトースがSD−CAA中のグルコースを置換する)を、OD600=0.5になるように接種し、そして20℃にて約20〜24時間(1〜2回の倍加)振盪しながら一晩増殖させた。
(Example 34: Generation of scTCR random mutant library)
About 50 ng of pCT202 / scTCR E. coli XL1-Red cells (Stratagene, La Jolla, Calif.) were transformed according to the manufacturer's protocol. After 1 hour induction in SOC medium, the recovery was centrifuged at 2000 rpm for 5 minutes and resuspended in 500 ml liquid LB medium (LB-AMP100-CARB50) containing 100 mg / ml ampicillin and 50 mg / ml carbenicillin. It became cloudy. The resuspension was added to 15-ml LB-AMP100-CARB50 in a 50-ml Erlenmeyer flask and grown at 37 ° C with shaking. Cultures were supplemented with fresh 15-ml LB-AMP100-CARB50 at mid-log phase (OD 600 (0.2-0.4)) and then grown to saturation (OD 600 approximately 1.. 0-1.1; this was considered one “cycle” or one mutation). A small portion of this culture (0.75 ml) was added to the next cycle (15-ml LB-AMP100-CARB50). After 6 cycles of growth, Wizard® miniprep (Promega, Madison, WI) DNA plasmid preparation was performed on 15-ml cultures. Approximately 10 mg of pCT202 / scTCR DNA from the sixth cycle was transformed into each of 10 tubes of yeast EBY100 strain using the LiAc method. Ten reactions were pooled after resuspension in 1-ml ddH 2 O / tube and 1 / 10,000 pools were plated on selection plates to determine transformation efficiency. The library size was about 7 × 10 6 . A 50 ml volume of SD-CAA (glucose 2 wt%, Difco yeast nitrogen base 0.67 wt%, casamino acid 0.5 wt%) is inoculated with the remaining culture, cultured overnight at 30 ° C. with shaking, and OD It was passaged to 600 = 0.05 and grown overnight at 30 ° C. so that OD 600 > 1.0. Then 5 ml of selective galactose medium SG-CAA (where 2% galactose replaces glucose in SD-CAA) is inoculated to an OD 600 = 0.5 and about 20 ° C. Grow overnight with shaking for 20-24 hours (1-2 doublings).

(実施例35:蛍光活性化細胞選別によるscTCR変異体ライブラリーの選択)
細胞を、25mL Mab 1B2(抗Vb8.2Va3.l;腹水液から調製し、そしてビオチン結合体化した)を20mg/mlの濃度で用いて標識した。サンプルを、約4,000細胞/秒の事象速度(event rate)でCoulter 753ベンチ(Flow Cytometry Center,UIUC Biotechnology Center)で選別した。合計6×107細胞を、最初の選別の回の間に調べ、この集団のうちの約5%を収集した。収集した細胞を、4mlの選択的グルコース培地SD−CAA中で30℃にて選別の間に再度増殖させた。約18〜20時間後、組換えAGA1+AGA2−scFv発現を、5ml SG−CAA中で振盪しながら20℃にて誘導した。合計3回の選別を行い、最初の選別では、富化態様であり(高回収率の全てのポジティブクローン)そして最後の2回の選別では精製態様であった(同時ネガティブ細胞を拒否した)。最後の選別の直後に、収集した細胞を2つの別々の集団(「高発現」および「低発現」)として再度選別、収集し、そして選択プレートにプレーティングして個々のクローンを単離した。20個のクローンを、フローサイトメトリーによって調べた。
(Example 35: Selection of scTCR mutant library by fluorescence activated cell sorting)
Cells were labeled with 25 mL Mab 1B2 (anti-Vb8.2Va3.1; prepared from ascites fluid and conjugated with biotin) at a concentration of 20 mg / ml. Samples were sorted on a Coulter 753 bench (Flow Cytometry Center, UIUC Biotechnology Center) at an event rate of approximately 4,000 cells / second. A total of 6 × 10 7 cells were examined during the first round of sorting and approximately 5% of this population was collected. Harvested cells were regrown during selection at 30 ° C. in 4 ml selective glucose medium SD-CAA. After approximately 18-20 hours, recombinant AGA1 + AGA2-scFv expression was induced at 20 ° C. with shaking in 5 ml SG-CAA. A total of 3 sorts were performed, with the first sort being an enrichment mode (all positive clones with high recovery) and the last two rounds being a purification mode (rejecting simultaneous negative cells). Immediately after the final sorting, the collected cells were again sorted and collected as two separate populations (“high expression” and “low expression”) and plated on selection plates to isolate individual clones. Twenty clones were examined by flow cytometry.

(実施例36:酵母表面上での変異scTCRの誘導および検出)
pCT202/scTCRライブラリー選別由来の個々のクローンを、30℃にて振盪しながら3mlのSD−CAA中で一晩増殖させ、続いてSG−CAA中で上記の通りに誘導した。培養物を、20〜24時間(1〜2回の倍加)後に遠心分離によって収集し、0.1%ウシ血清アルブミンおよび0.05%アジドを含有するPBS(10mM NaPO4、150mM NaCI、pH7.3)を用いて洗浄し、そして氷上にて25Lの10mg/ml抗HA Mab 12CA5(Boehringer Mannheim,Indianapolis,IN)、または腹水から調製したビオチン化1B2 Mab(20mg/ml)を用いて45分間インキュベートした。細胞を、PBSを用いて洗浄し、そしてFITC標識F(ab’)2ヤギ抗マウスIgG(1:50;Kirkegaard and Perry Labs,Inc.,Gaithersburg,MD)またはストレプトアビジン−フィコエリトリン(SA−PE)結合体(1:100;PharMingen,San Diego,CA)のいずれかを用いて30分間、氷上にてインキュベートした。標識した酵母細胞を、Coulter Epics XLフローサイトメーターで分析した。事象速度は、約250細胞/秒であった。10,000事象についてのデータを収集し、そして集団を光散乱(サイズ)に従ってゲートに通して細胞凝集の分析を防止した。野生型(wt)TCRおよびいくつかの代表的なTCR変異体からの結果を図19に示す。いくつかのこれらの単離体由来の組み合わされた変異を含む二重変異体をまた構築し、そしてこれらのフローサイトメトリーの結果を図20に示す。
Example 36: Induction and detection of mutant scTCR on yeast surface
Individual clones from the pCT202 / scTCR library selection were grown overnight in 3 ml SD-CAA with shaking at 30 ° C. and subsequently induced as described above in SG-CAA. Cultures were collected by centrifugation after 20-24 hours (1-2 doublings) and PBS containing 0.1% bovine serum albumin and 0.05% azide (10 mM NaPO 4 , 150 mM NaCI, pH 7. 3) and incubated for 45 minutes on ice with 25 L of 10 mg / ml anti-HA Mab 12CA5 (Boehringer Mannheim, Indianapolis, Ind.) Or biotinylated 1B2 Mab (20 mg / ml) prepared from ascites did. Cells are washed with PBS and FITC-labeled F (ab ′) 2 goat anti-mouse IgG (1:50; Kirkegaard and Perry Labs, Inc., Gaithersburg, MD) or streptavidin-phycoerythrin (SA-PE) One of the conjugates (1: 100; PharMingen, San Diego, Calif.) Was used for 30 minutes incubation on ice. Labeled yeast cells were analyzed on a Coulter Epis XL flow cytometer. The event rate was approximately 250 cells / second. Data for 10,000 events was collected and the population was gated according to light scatter (size) to prevent analysis of cell aggregation. Results from wild type (wt) TCR and several representative TCR variants are shown in FIG. Double mutants containing combined mutations from several of these isolates were also constructed and the flow cytometry results are shown in FIG.

(実施例37:変異scTCR遺伝子のレスキューおよび配列決定)
scTCR酵母(wtおよび20個の変異体)からのプラスミドを、細胞をボルテックスする代わりにビーズビーター(BioSpec Products,Inc.,Bartlesville,OK)を2分間用いて破砕した以外は、Ward(Ward,1991)により記載されるプロトコルに従ってレスキューした。細胞を1分間遠心分離し、そして上層(水層)を収集した。Wizard(登録商標)DNA Clean−Upキット(Promega,Madison,WI)を用いてプラスミドDNAを調製し、そしてE.coli DH5α ElectroMAX(登録商標)コンピテント細胞(GibcoBRL,Gaithersburg,MD)を1mlのDNA調製物を用いるエレクトロポレーションにより形質転換した。形質転換物を、LB−AMP50上にプレーティングした。wt scTCRおよび20個の変異体(mTCR1−mTCR20)の配列決定を、ディスプレイベクターのscTCRに隣接するプライマー、および蛍光自動化配列決定(Genetic Engineering Facility of the UIUC Biotechnology Center)を用いて行った。単一変異を、(図21)に示した単離物の各々についてのTCRにおいて見出した。
Example 37: Rescue and sequencing of mutated scTCR gene
The plasmid from scTCR yeast (wt and 20 variants) was Ward (Ward, 1991) except that instead of vortexing the cells, a bead beater (BioSpec Products, Inc., Bartlesville, OK) was used for 2 minutes. Rescue according to the protocol described by The cells were centrifuged for 1 minute and the upper layer (aqueous layer) was collected. Plasmid DNA was prepared using the Wizard® DNA Clean-Up kit (Promega, Madison, WI) and E. coli. E. coli DH5α ElectroMAX® competent cells (GibcoBRL, Gaithersburg, MD) were transformed by electroporation with 1 ml DNA preparation. Transformants were plated on LB-AMP50. Sequencing of wt scTCR and 20 variants (mTCR1-mTCR20) was performed using primers adjacent to the display vector scTCR and fluorescence engineering sequencing of the UIUC Biotechnology Center. Single mutations were found in the TCR for each of the isolates shown in (Figure 21).

(実施例38:一重TCR変異体、二重TCR変異体、および三重TCR変異体の表面ディスプレイおよび可溶性発現)
単一部位変異体は、以下の残基を含んでいた:VaL43P(mTCR7)、VaL104P(mTCR16)、およびVbG17E(mTCR15)。二重変異体または三重変異体におけるこれらの変異の組合せは、さらに高いレベルでさえscTCRの表面ディスプレイを生じた。
Example 38: Surface display and soluble expression of single TCR variants, double TCR variants, and triple TCR variants
The single site variant contained the following residues: VaL43P (mTCR7), VaL104P (mTCR16), and VbG17E (mTCR15). The combination of these mutations in double or triple mutants resulted in surface display of scTCR even at higher levels.

酵母表面ディスプレイにより選択された変異scTCRをより詳細に調べるために、一重変異体(mTCR7、mTCR15、mTCR16)、二重変異体(mTCR7/15、mTCR7/16、mTCR15/16)、ならびに三重変異体(mTCR7/15/16)を、コンセンサスシグナル配列(Clementsら,1991)に基づく合成プレプロ領域とともに、誘導性GAL 1〜10プロモーターの制御下で酵母分泌プラスミド中にクローニングした。構築物を、酵母において発現させ、そして得られた上清を、正しく折り畳まれたTCRタンパク質の尺度として定量的1B2結合アッセイにおいてモニタリングした。1B2活性scTCR変異体の発現レベルは、野生型scTCRについての検出できないレベルから、最大レベルを発現した三重変異体まで変化した(図22)。分泌レベルの順番は、以下の通りであった:三重変異体>二重変異体>一重変異体>野生型。選択されたscTCR二重変異体を、抗TCR抗体カラム(KJ16−Affigel)を用いてアフィニティー精製し、そして低コピー発現系を用いる絶対分泌レベルは、約100mg/Lであることが見出された。   To examine the mutant scTCRs selected by yeast surface display in more detail, single mutants (mTCR7, mTCR15, mTCR16), double mutants (mTCR7 / 15, mTCR7 / 16, mTCR15 / 16), and triple mutants (MTCR7 / 15/16) was cloned into a yeast secretion plasmid under the control of the inducible GAL 1-10 promoter, along with a synthetic prepro region based on the consensus signal sequence (Clements et al., 1991). The construct was expressed in yeast and the resulting supernatant was monitored in a quantitative 1B2 binding assay as a measure of correctly folded TCR protein. The expression level of the 1B2 active scTCR variant varied from an undetectable level for the wild type scTCR to the triple mutant that expressed the highest level (FIG. 22). The order of secretion levels was as follows: triple mutant> double mutant> single mutant> wild type. Selected scTCR double mutants were affinity purified using an anti-TCR antibody column (KJ16-Affigel) and the absolute secretion level using a low copy expression system was found to be about 100 mg / L. .

(実施例39:TCR分泌レベルと表面ディスプレイレベルとの比較)
この系におけるscTCRの分泌レベルを、表面ディスプレイ系において発現されたTCRのレベルと直接比較するために、同じ変異体を、フローサイトメトリーを用いて酵母におけるAga−2融合体として調べた。酵母の表面上に提示されたscTCRを、抗HA抗体を用いて、続いてフルオレセイン標識二次抗体およびビオチン化1B2を用いて、続いてストレプトアビジン−フィコエリトリンを用いて標識した。酵母集団の得られた蛍光強度をフローサイトメトリーによりモニタリングし、そして平均蛍光単位として決定した(図23A)。蛍光のレベルは、一重変異体、二重変異体、および三重変異体の間で変動したが、相対レベルは、酵母分泌系と正確に同じであった(図23B)(すなわち、三重変異体>二重変異体>一重変異体>野生型)。従って、この酵母ディスプレイ系は、酵母表面において、より高いレベルで発現されるものを単に選択することにより、分泌可能な発現系において高レベルで生成されるこれらのTCR変異体を同定し得た。
(Example 39: Comparison between TCR secretion level and surface display level)
In order to directly compare the level of scTCR secretion in this system with the level of TCR expressed in the surface display system, the same mutant was examined as an Aga-2 fusion in yeast using flow cytometry. The scTCR displayed on the surface of the yeast was labeled with an anti-HA antibody, followed by a fluorescein labeled secondary antibody and biotinylated 1B2, followed by streptavidin-phycoerythrin. The resulting fluorescence intensity of the yeast population was monitored by flow cytometry and determined as the average fluorescence unit (FIG. 23A). The level of fluorescence varied between single mutant, double mutant, and triple mutant, but the relative level was exactly the same as in the yeast secretion system (FIG. 23B) (ie triple mutant> Double mutant> single mutant> wild type). Thus, this yeast display system could identify these TCR variants produced at high levels in secretable expression systems by simply selecting those expressed at higher levels on the yeast surface.

(実施例40:可溶性TCRの温度安定性)
変異scTCRについて分泌(および提示)レベルを支配し得るタンパク質の特性を探求するために、変異scTCRの安定性を、熱変性を行うことにより調査した。酵母scTCR上清を、種々の温度で1時間インキュベートし、そしてタンパク質活性を残存した1B2活性のパーセントとしてモニタリングした。野生型scTCRが酵母系においては発現されないので、E.coli封入体から再折畳みした野生型scTCRを比較のために使用した。このscTCRを、チオレドキシン融合タンパク質(TRX−TCR)として用いた。この融合タンパク質は、タンパク質の安定性および可溶性を増加させることが予測される。結果は、TRX−TCRよりも一重変異体の方が高い熱変性温度を有することを示した(図24A)。さらに、二重変異体および三重変異体はさらに安定であり、野生型TCRまたは一重変異体のいずれよりもさらに高い変性温度を有した(図24A)。
(Example 40: Temperature stability of soluble TCR)
In order to explore the properties of the protein that could dominate the secretion (and presentation) level for the mutant scTCR, the stability of the mutant scTCR was investigated by performing heat denaturation. Yeast scTCR supernatants were incubated for 1 hour at various temperatures and protein activity was monitored as the percent of remaining 1B2 activity. Since wild type scTCR is not expressed in yeast systems, Wild-type scTCR refolded from E. coli inclusion bodies was used for comparison. This scTCR was used as a thioredoxin fusion protein (TRX-TCR). This fusion protein is expected to increase the stability and solubility of the protein. The results showed that the single mutant had a higher heat denaturation temperature than the TRX-TCR (FIG. 24A). Furthermore, the double and triple mutants were more stable and had a higher denaturation temperature than either the wild type TCR or the single mutant (FIG. 24A).

変異scTCRについての熱変性の反応速度を、各変異体についての変性速度を比較するために46℃にて決定した(図24B)。さらに、酵母scTCR上清およびそれらの1B2結合活性を、種々の時間の間のインキュベーション後に残存したTCR活性についてモニタリングした。熱変性速度は、TRX−TCRについて最も高く、そして三重変異体について最も低く、単一変異体および二重変異体は中間の範囲にあった(図24B)。アフィニティー精製したmTCR15/16は、酵母培養上清において直接測定されたmTCR15/16について決定された類似の熱変性反応速度を有した。このことは、上清中の内因性酵母タンパク質の存在が、測定された変性反応速度に影響を与えないことを示す。   The heat denaturation kinetics for mutant scTCRs were determined at 46 ° C. to compare the denaturation rates for each mutant (FIG. 24B). In addition, yeast scTCR supernatants and their 1B2 binding activity were monitored for TCR activity remaining after incubation for various times. The heat denaturation rate was highest for TRX-TCR and lowest for triple mutants, with single and double mutants in the middle range (FIG. 24B). Affinity purified mTCR15 / 16 had similar heat denaturation kinetics determined for mTCR15 / 16 measured directly in yeast culture supernatant. This indicates that the presence of endogenous yeast protein in the supernatant does not affect the measured denaturation kinetics.

48℃にて1時間の後に残存したネイティブなTCRの量を、変異scTCRについての分泌レベルに対してプロットした場合に直接的な相関が、観察された(Shustaらからの図4=図25を必要とする)。従って、TCRの場合、安定性の固有特性は、分泌効率の信頼性のある予測物であり、TCRの酵母細胞表面レベルと直接相関した。この相関によって、増加した安定性を示す変異タンパク質を単離するためにより高い表面レベルのタンパク質について選択することにより、このディスプレイ系が用いられ得る。   A direct correlation was observed when the amount of native TCR remaining after 1 hour at 48 ° C. was plotted against the secretion level for the mutated scTCR (FIG. 4 from Shusta et al. = FIG. 25). I need). Thus, in the case of TCR, the intrinsic property of stability was a reliable predictor of secretion efficiency and correlated directly with the yeast cell surface level of TCR. This correlation allows this display system to be used by selecting for higher surface level proteins to isolate mutant proteins that exhibit increased stability.

(実施例41:翻訳後修飾および酵母ディスプレイ)
本発明の方法は、酵母において容易に発現され、そして有意に増強された熱安定性を提示する2C scTCRの改変体を同定した。事実、同定した単一部位変異体は、通常不安定であるscTCRを、共有結合的にジスルフィドで「安定化」されたかまたは化学的に架橋された単鎖抗体フラグメント(scFv)と同等に安定であるようであるscTCRへと変換した。TCRについてはこれは特に重要であり、TCRは、自己免疫疾患の処置においてアンタゴニストとしての可能性を有する。異種発現された野生型TCRは、以前は非常に不安定であり、生理学的温度での薬物動態が重要である。
Example 41 Post-translational modification and yeast display
The method of the present invention has identified variants of 2C scTCR that are readily expressed in yeast and display significantly enhanced thermal stability. In fact, the identified single-site mutants have a scTCR that is normally unstable as stable as a covalently disulfide “stabilized” or chemically cross-linked single chain antibody fragment (scFv). It was converted to scTCR which seems to be. This is particularly important for TCRs, which have potential as antagonists in the treatment of autoimmune diseases. Heterologously expressed wild-type TCR has previously been very unstable and pharmacokinetics at physiological temperatures are important.

グリコシル化が、タンパク質の増加した分泌および熱安定性をもたらし得ることが示された。例えば、グルコアミラーゼは、E.coliにおいて生成された非グリコシル化形態では、酵母S.cerevisiaeにおいて生成されたグリコシル形態よりも安定性が低かった。それゆえ、Vα領域中に1つのN結合型グリコシル化部位を有する、酵母において生成されるscTCRsの安定性は、E.coliにおいて生成される非グリコシル化TRX−TCRの安定性よりも大きいことが可能であった。しかし、これは、二重変異体および三重変異体が、一重変異体を超える増加した安定性を有し、かつ両方の種がグリコシル化されるので、唯一の説明ではないようである。さらに、野生型scTCRはまたグリコシル化されることが期待されるとはいえ、酵母における野生型scTCRの発現は検出されなかった。   It has been shown that glycosylation can result in increased secretion and thermal stability of the protein. For example, glucoamylase is E. coli. In the non-glycosylated form produced in E. coli, yeast S. It was less stable than the glycosyl form produced in cerevisiae. Therefore, the stability of scTCRs produced in yeast with one N-linked glycosylation site in the Vα region is It was possible to be greater than the stability of the non-glycosylated TRX-TCR produced in E. coli. However, this does not appear to be the only explanation as double and triple mutants have increased stability over single mutants and both species are glycosylated. Furthermore, although wild type scTCR was also expected to be glycosylated, expression of wild type scTCR in yeast was not detected.

分泌系における種々の変異scTCRの発現レベルは、酵母ディスプレイ系における表面上でのTCRのレベルと完全に相関した。この関係は、両方の系が同じ分泌装置を必要とするという事実から生じ得る。従って、タンパク質の折畳みおよび安定性に影響を与える変異は、外側(すなわち、細胞表面または分泌される)へのタンパク質輸送の同じ工程に影響を与え得る。これは、酵母において真核生物タンパク質を発現することの(バクテリオファージまたは細菌と比較して)明確な利点である。なぜなら、正しく折り畳まれたタンパク質のみをエキソサイトーシス経路全体を横断させることを確実にする質的な制御機構が存在するからである。   The expression level of various mutant scTCRs in the secretory system was completely correlated with the level of TCR on the surface in the yeast display system. This relationship can arise from the fact that both systems require the same secretory device. Thus, mutations that affect protein folding and stability can affect the same step of protein export to the outside (ie, cell surface or secreted). This is a clear advantage (as compared to bacteriophage or bacteria) of expressing eukaryotic proteins in yeast. This is because there is a qualitative control mechanism that ensures that only correctly folded proteins cross the entire exocytosis pathway.

変異scTCR発現レベルはまた、熱変性速度と相関した。この効果は、ウシ膵臓トリプシンインヒビターについて見られた効果と類似している。この効果においては、増加した安定性をもたらした変異がまた、酵母における分泌レベルの増加を導いた。この相関は、折り畳まれた形態における増加した安定性を有するタンパク質が、真核生物の質制御機構により保持および分解されるよりも、適切にパッケージングされ、そして細胞から輸送される可能性の方がより高いという理論を支持する。もちろん、多くの他の因子(例えば、正方向折畳み速度(forward folding rate)、ジスルフィド結合形成、および小胞体タンパク質折畳み補助物との会合)はまた、重要な役割を果たす。しかし、本発明が実証するように、熱安定性は、以前に不安定でかつほとんど分泌されなかった分子(例えば、TCR)についての分泌能力の良好な尺度であるようである。   Mutant scTCR expression levels also correlated with the rate of heat denaturation. This effect is similar to that seen for bovine pancreatic trypsin inhibitor. In this effect, mutations that resulted in increased stability also led to increased secretion levels in yeast. This correlation indicates that proteins with increased stability in the folded form are more likely to be properly packaged and transported from the cell than are retained and degraded by eukaryotic quality control mechanisms. Support the theory that is higher. Of course, many other factors, such as forward folding rate, disulfide bond formation, and association with endoplasmic reticulum protein folding aids also play an important role. However, as the present invention demonstrates, thermostability appears to be a good measure of secretory capacity for molecules that were previously unstable and rarely secreted (eg, TCR).

本明細書中に提示した知見に基づいて、ほとんど発現されないおよび/または不安定なタンパク質が、より高いレベルで、および/またはより安定な分子として発現されるために系統的に進化され得る方法論を想像し得る。このタンパク質をコードする遺伝子は、ランダムに変異され得、そしてこのライブラリーは、酵母の表面において発現され得る。一旦提示されると、この集団は、高い表面濃度(特異的プローブに起因する高い平均蛍光)を示すクローンについてスクリーニングされ得る。scTCRについて実証したように、表面発現が改善された改変体は、高いレベルで発現する、より安定な分子であるという可能性を有する。従って、酵母表面ディスプレイは、結晶化、工業的適用、および医学的適用のためにタンパク質の安定性を増加させるための強力な道具であり得る。   Based on the findings presented herein, a methodology has been developed that allows rarely expressed and / or unstable proteins to be systematically evolved to be expressed at higher levels and / or as more stable molecules. I can imagine. The gene encoding this protein can be randomly mutated and the library can be expressed on the surface of yeast. Once presented, this population can be screened for clones that exhibit high surface concentrations (high average fluorescence due to specific probes). As demonstrated for scTCR, variants with improved surface expression have the potential to be more stable molecules that are expressed at high levels. Thus, yeast surface display can be a powerful tool to increase protein stability for crystallization, industrial applications, and medical applications.

以下の参考文献は、本明細書中で引用された:   The following references were cited herein:

Figure 2010213725
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本明細書中で言及される任意の特許または刊行物は、本発明が属する当業者のレベルを示す。これらの参考文献は、各々の個々の刊行物が、参考として具体的かつ個別に援用されるのと同じ程度に参考として援用される。   Any patents or publications mentioned in this specification are indicative of the level of ordinary skill in the art to which this invention pertains. These references are incorporated by reference to the same extent as each individual publication is specifically and individually incorporated by reference.

当業者は、本発明が、目的を実行し、そして言及した目的および利点、ならびにそれに固有の目的および利点を得るようによく適合されることを容易に理解する。本明細書中に記載される、方法、手順、分子、および特定の化合物を伴う本実施例は、現在のところ、好ましい実施態様の代表的なものであり、例示であり、そして本発明の範囲に対する限定ではない。特許請求の範囲により規定される本発明の精神内に含まれるその変更および他の使用を、当業者は、想起する。   Those skilled in the art will readily appreciate that the present invention is well adapted to carry out the objects and obtain the ends and advantages mentioned, as well as those inherent therein. The present examples with methods, procedures, molecules, and specific compounds described herein are presently representative of preferred embodiments, are exemplary, and are within the scope of the present invention. It is not a limitation to. Those skilled in the art will envision these modifications and other uses that fall within the spirit of the invention as defined by the claims.

本発明の上記に引用された特徴、利点および目的が達成される主題が、詳細に理解され得るように、添付の図面に図示されるその特定の実施態様を参照することにより、本発明のより特定の記載が理解され得る。これらの図面は、本明細書の一部を形成する。添付の図面は、本発明の好ましい実施態様を図示し、従って、それらの実施態様の範囲の制限を考慮されるべきではないことが、注意されるべきである。   In order that the subject matter in which the above-cited features, advantages and objectives of the present invention are achieved will be understood in detail, by referring to specific embodiments thereof illustrated in the accompanying drawings. A particular description can be understood. These drawings form part of the present specification. It should be noted that the accompanying drawings illustrate preferred embodiments of the present invention and, therefore, should not be considered limiting of the scope of those embodiments.

Claims (1)

明細書中に記載の発明。Invention described in the specification.
JP2010153453A 1998-01-20 2010-07-05 Yeast cell surface display of protein and uses thereof Withdrawn JP2010213725A (en)

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