JP2011503019A - 薬学的使用のための新規のニュールツリン複合体 - Google Patents

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Abstract

本発明は、ポリオールと共役するニュールツリンタンパク質産物に、ならびに生物学的利用能増大を示す活性成分としてのニュールツリン複合体、好ましくはPEG化ニュールツリン複合体、またはその変異体に関する。

Description

本発明は、その血清半減期および薬物動態プロフィールを増大するためのヒトニュールツリンの修飾に関する。特に、本発明は、ポリオール部分、好ましくはポリエチレングリコールと共有結合されるニュールツリンまたはその生物学的活性断片を含む新規のニュールツリン複合体に関する。本発明はさらに、糖尿病および神経変性の療法、治療、予防および/または診断のための活性作用物質としてのニュールツリン複合体を含む生物学的利用能を有する製剤組成物に関する。
膵臓β細胞は、血糖レベル上昇に応答してインスリンを分泌する。ホルモンの中でもとりわけインスリンは、燃料代謝の調節に重要な役割を果たす。インスリンは、グリコーゲンおよびトリグリセリドの貯蔵を、ならびにタンパク質の合成を引き起こす。筋肉および脂肪細胞中へのグルコースの進入は、インスリンにより刺激される。I型真性糖尿病またはLADA(成人性潜伏型自己免疫性糖尿病、Pozzilli & Di Mario, 2001, ,Diabetes Care. 8: 1460-1467)に罹患している患者では、β細胞は、自己免疫性襲撃のために破壊されつつある。残存する膵島細胞により産生されるインスリンの量は低すぎて、血糖レベル上昇(高血糖症)を生じる。II型真性糖尿病では、肝臓および筋肉細胞は、正常血中インスリンレベルに応答するそれらの能力(インスリン抵抗性)を失う。高血糖レベル(そして高血中脂質レベルも)は、順次、β細胞機能の減損を、そしてβ細胞死増大を引き起こす。興味深いことに、β細胞再生過程、例えば新生および複製は、II型糖尿病におけるβ細胞量の損失を補償するようには見えず、したがって、長時間に亘って総β細胞量の低減を引き起こす。結局、外因性インスリンの適用が、血糖レベルの適切な制御のために、II型糖尿病において必要となる。
β細胞が自己免疫性襲撃により破壊されつつあるI型糖尿病では、免疫系を調整し、島破壊を停止するかまたは強力に低減し得る治療が考案されてきた(Raz et al., 2001, Lancet 358: 1749-1753;Chatenoud
et al., 2003, Nat Rev Immunol. 3: 123-132;Homann et
al., Immunity. 2002, 3: 403-415)。しかしながら、ヒトβ細胞の相対的に遅い再生のため、このような治療は、それらが、β細胞再生を刺激し得る治療と組合される場合、よりうまくいく。
今日の一般的な抗糖尿病薬は、高および低血糖レベルの出現を完全に防止するのに十分良好に血糖レベルを制御するわけではないため、糖尿病は高不能状態の疾患である。しばしば、血糖レベル上昇は有毒であり、例えば腎症、網膜症、神経疾患および末梢血管性疾患のような長期合併症を引き起こす。β細胞の広範囲に亘る損失は、膵臓α細胞からのグルカゴン分泌の調節解除も生じ、これは、危篤な低血糖性事象の危険増大に関与する。肥満症、高血圧症、心臓疾患および高脂血症のような多数の関連症状も存在し、それらのために、糖尿病罹患者は実質的に危険にさらされる。
患者に関するクオリティ・オブ・ライフの減損とは別に、糖尿病およびその長期合併症の治療は、われわれの保健医療システムに漸増傾向を伴う莫大な財政上の負担を提示する。したがって、I型真性糖尿病およびLADAの治療に関して、そしてII型真性糖尿病の後期段階の治療に関しても、膵臓インスリン産生β細胞の再生を誘導する因子を同定することが、当該技術分野では強く求められている。これらの因子は、その機能が一旦減損されると、内分泌腺膵臓の正常機能を回復し得るし、あるいはそうなった場合、I型糖尿病、LADAまたはII型糖尿病の発症または進行を防止し得る。
ニュールツリンは、胚性膵臓中で発現される分泌タンパク質である。組換えニュールツリンは、インスリン産生細胞へのマウス胚性幹細胞の分化を刺激することが示されている。さらに、膵臓中のニュールツリンレベル上昇を示すトランスジェニックマウスは、膵臓β細胞量の実質的増大を示す。これらの知見に基づいて、糖尿病のような膵臓性障害の治療のためのニュールツリンの使用が提案されてきた(例えば、WO03/99318およびWO2005/051415参照)(これらの開示内容は参照により本明細書中で援用される)。
ニュールツリンは、神経膠細胞系由来神経栄養因子(GDNF)、ニュールツリン、アルテミンおよびペルセフィンからなるGDNFファミリーのリガンド(GFL)の一成員である。成熟ニュールツリンは、102のアミノ酸単量体からなる23.6kDaのサイズを有するホモ二量体である。各単量体は、3つの鎖内ジスルフィド結合を含有して、シスチン結節を形成する。付加的ジスルフィド架橋が、単量体を結びつけている。
ニュールツリンは、従来、神経変性疾患、例えばパーキンソン病、アルツハイマー病およびハンチントン病、運動神経障害、脊髄損傷または聴覚障害のための治療として提案されてきた(WO97/08196、WO99/06064;Akerud et al. J Neurochem. 1999; 73(1): 70-78;Koeberle & Ball Neuroscience. 2002; 110(3): 555-567;Bilak et al. Mol Cell Neurosci. 1999; 13(5): 326-336;Perez-Navarro et al. Neuroscience. 2000; 98(1): 89-96;Rosenblad et al, Eur J Neurosci. 1999; 11(5): 1554-1566)(これらの記載内容は参照により本明細書中で援用される)。
しかしながら、ラット脳中への対流強化型送達(CED)時に、ニュールツリンおよび関連因子GDNFの分布容積は限定される、ということが判明した(Hamilton et al., Exp Neurol. 2001; 168(1): 155-161)。タンパク質は、典型的には、注射により投与されねばならない。注射後、ほとんどのタンパク質が身体から迅速に除去され、頻繁な注射を必要とする。われわれ自身の研究において、哺乳類におけるニュールツリンの皮下および静脈内注射後の生物学的利用能は低い、ということを見出した。皮下注射ニュールツリンの約10%だけが、循環中に進入する。その結果、患者においてタンパク質の治療的に有用な血中レベルを達成することは難しい。
したがって、患者における利用能増強を有するニュールツリン変異体を開発し、それを用いて、「使用者に好都合な」タンパク質療法の必要性を満たすために、活性作用物質としてのニュールツリンが頻繁に注射されなければならないということのないよう、身体中のタンパク質療法の循環半減期(生物学的利用能)の延長方法を開発することが強く求められている。
したがって、本発明の基礎を成す問題は、その生物学的利用能を増強するニュールツリンの新規の変異体および処方物を提供することであった。
問題は、特許請求の範囲で特徴づけられる実施形態を提供することにより解決される。
本発明は、ヒトニュールツリンタンパク質産物と共有結合されるポリオール部分を含む新規のニュールツリン複合体に関する。
本発明は、さらに、活性成分としての少なくとも1つのポリエチレングリコール分子と共役する少なくとも1つのニュールツリンタンパク質産物および/またはその生物学的活性断片を、製薬上許容可能な担体、希釈剤および/またはアジュバントと一緒に含む製剤組成物に関する。
さらなる実施形態では、本発明は、活性成分としての少なくとも1つのポリエチレングリコール分子と共役する少なくとも1つの修飾ニュールツリンタンパク質産物またはその生物学的活性断片を、製薬上許容可能な担体、希釈剤および/またはアジュバントと一緒に含む製剤組成物をそれを必要とする被験者に投与するための方法に関する。
活性成分としての少なくとも1つのポリエチレングリコール分子と共役する少なくとも1つの修飾ニュールツリンタンパク質産物またはその生物学的活性断片を、低分子量物質と一緒に、製薬上許容可能な担体、希釈剤および/またはアジュバントと一緒に含む製剤組成物をそれを必要とする被験者に投与するための方法を提供することは、本発明のさらなる態様である。
本発明の組成物は、膵臓性障害または神経変性疾患、特に膵臓性自己免疫障害、例えば自己免疫性糖尿病、例えばI型糖尿病またはLADを予防し、または治療するのに適しているが、II型糖尿病を予防し、治療するのにも適している。
(発明の詳細な説明)
本発明は、ポリエチレングリコール(PEG)のような共有結合ポリオール部分を含むニュールツリン複合体、ならびにニュールツリン複合体、およびその変異体、誘導体または生物学的活性断片を含む製剤組成物を提供する。
具体的な定義が提示されない限り、関連して利用される用語、ならびに本明細書中に記載される実験室手順、技術および方法は、当該技術分野で既知のものである。標準化学記号および略語は、このような記号により表される正式名と互換的に用いられる。標準技術は、化学合成、化学分析、製剤調製、組成物、送達および患者の治療のために用いられ得る。標準技術は、組換えDNA法、オリゴヌクレオチド合成、組織培養等のために用いられ得る。反応および精製技術は、当該技術分野で一般に成し遂げられるように、または本明細書中に記載されるように、例えば、メーカーの使用説明書に従ってキットを用いて実施され得る。前記の技術および手順は、一般的に、当該技術分野でよく知られた慣用的方法に従って、そして本明細書全体を通して引用され、考察される種々の一般的なまたはより具体的な参考文献に記載されているように、実施され得る。
「類似体」という用語は、構造がニュールツリンに似ており、同様の機能を有するポリペプチドを指す。
「生物学的に活性な」または「生物学的活性」という用語は、本明細書中で用いる場合、ニュールツリン産物が、始原細胞、例えば幹細胞からのインスリン産生細胞の分化を誘導し、および/または刺激するか、および/またはin vivoまたはin vitroで、インスリン産生細胞、例えばβ細胞の保護、生存または再生を促進する、ということを意味する。本明細書中に開示されるような修飾ニュールツリンタンパク質産物の生物学的活性は、WO93/06116に、および米国特許出願第08/535,681号に記載されたGDNF活性の確定に関して開示されるような、あるいは本発明の実施例に記載されるような、標準in vitro検定で容易に確定され得る。
本明細書中で用いる場合、ニュールツリンの「断片」とは、任意の方法、例えばニュールツリンの酵素的消化および化学的切断(例えばCNBr)、ならびにポリペプチドの物理学的剪断(これらに限定されない)により生成されるニュールツリンの一部を指す。ニュールツリンの断片は、例えば組換えDNA技術によっても、およびアミノ酸合成によっても生成され得る。
本発明で用いられるようなニュールツリンの「活性断片」または「生物学的活性断片」は、このような断片または前駆体がニュールツリンの同一の生物学的活性を示す場合、単独で、または関連分子またはそれと結合される残基、例えば糖またはリン酸塩の残基、あるいはポリペプチド分子の集合体と組合せて、ニュールツリンのポリペプチド鎖の任意の断片または前駆体を指す。「生物学的活性断片」という用語は、始原細胞、例えば幹細胞からのインスリン産生細胞の分化を誘導し、および/または刺激するか、および/またはin vivoまたはin vitroで、インスリン産生細胞、例えばβ細胞の保護、生存または再生を促進するニュールツリン産物の断片を説明する。本明細書中に開示されるような修飾ニュールツリンタンパク質産物の断片の生物学的活性は、WO93/06116に、および米国特許出願第08/535,681号に記載されたGDNF活性の確定に関して開示されるような、あるいは本発明の実施例に記載されるような、標準in vitro検定で容易に確定され得る。
「相同体」という用語は、共通の先祖タンパク質配列に由来するニュールツリンに関連するポリペプチドに関連づけるために本明細書中で用いられる。相同体という用語は、遺伝子重複の事象により分離されるタンパク質間の関係に当てはまり得る。
「低分子量物質」という用語は、100〜12000Daの、好ましくは200〜8000Daの、最も好ましくは約500〜7000Daの平均分子量を有する物質を指す。
低分子量物質は、天然または合成のものである、そして複数の陰イオン基、例えばカルボン酸基および/または硫酸基を含有するポリ陰イオン性ポリマーであり得る。例えば、ポリ陰イオン性ポリマーは、低分子量硫酸化サッカリド、硫酸化シクロデキストリンまたは硫酸化合成ポリマー、例えばアクリル酸ポリマー、芳香族ポリマーおよび/またはポリアルコールから選択され得る。さらに特定的には、ポリ陰イオン性ポリマーは、低分子量ヘパリンまたはヘパリン誘導体、硫酸ヘパリン、硫酸コンドロイチン、硫酸デキストラン、化学修飾ヘパリン由来オリゴ糖(Wang等(2002)(上記)から列挙)、ヘパリン様オリゴ糖、硫酸デキストラン、硫酸化低分子量グリコサミノグリカン、デキストリン−2−スルフェート、硫酸セルロースおよび硫酸ナフタレンポリマー(例えば、PRO 2000)、PAVAS(アクリル酸と硫酸ビニルアルコールとのコポリマー)、スルホン酸化ポリマーPAMPS[ポリ(2−アクリル−アミノ−2−メチル−1−プロパンスルホン酸)](分子量、例えば約7000〜12000)、硫酸コンドロイチン、硫酸化シクロデキストリン、硫酸ラミナリン(Alban, S. in Carbohydrates in Drug Design (Ed. Z.J. Witczak, K.A.
Nieforth) Dekker, New York, 1997, pp 209)、硫酸ポリグリセリン(Turk,
H., Haag, R., Alban, S. Bioconjugate Chem. 2004, 15, 162)、ポリ硫酸ペントサン(PPS)およびその誘導体、例えばラクトース修飾ポリ硫酸ペントサン、分別PPS/低分子量PPS、フコイダン、あるいはその誘導体または組合せから選択される。
低分子量ヘパリン(LMWH)類似体、例えばエノキサパリン、ダルテパリンまたはフラグミンは、適切なポリマーの好ましい例である。それらは、ヘパリンの分別および/または限定酵素的または化学的消化により得られ、そして好ましくは約3000〜約7000ダルトンの平均分子量を有する(Weitz 1997、上記)。
「修飾ニュールツリンタンパク質産物」という用語は、本明細書中で用いる場合、化学修飾ニュールツリンタンパク質複合体、ならびに共有結合ポリオール部分を含む細胞発現複合体に関する。
化学修飾ニュールツリン複合体は、本明細書中の開示を考えれば当業者により、あるいは当該技術分野で既知の方法により、調製され得る。
本発明のニュールツリン複合体のポリオール部分は、線状または分枝鎖を有する任意の水溶性一または二機能性ポリ(アルキレンオキシド)であり得る。典型的には、ポリオールは、ポリ(アルキレングリコール)、例えばポリ(エチレングリコール)(PEG)である。しかしながら、他のポリオール、例えばポリ(プロピレングリコール)、ならびにポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールのコポリマーが適切に用いられ得る、と当業者は認識する。他のニュールツリン複合体は、ニュールツリンを水溶性ポリマーと結合させることにより調製され得る。このようなポリマーの非限定例としては、他のポリアルキレンオキシドホモポリマー、例えばポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレン化ポリオール、そのコポリマーおよびそのブロックコポリマーが挙げられる。ポリアルキレンオキシドベースのポリマーの代替物として、有効非抗原性物質、例えばデキストラン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、炭水化物ベースのポリマー等が用いられ得る。
タンパク質複合体は、当該技術分野でよく知られた原核生物または真核生物細胞中でも発現され得る。
「ニュールツリン複合体」という用語は、ニュールツリンのアミノ酸と共有結合されるポリオール部分、例えばポリエチレングリコールを含むニュールツリンタンパク質産物に関する。アミノ酸は、N末端アミノ酸で、または任意の他のアミノ酸で部位特異的であり得る。PEG複合体は、ニュールツリンタンパク質分子の任意の適切な部位と共有結合される1つまたは複数のPEG分子を含有し得る。
本明細書中で互換的に用いられる「ニュールツリンタンパク質産物」、「ニュールツリン産物」、「ニュールツリンタンパク質」または「ニュールツリン」という用語は、GenBank寄託番号NP_004549(配列番号1、図3)として公表されているアミノ酸番号を有するニュールツリン前駆体の切断を生じる生物学的に活性なヒトニュールツリン産物との、あるいはヒトニュールツリン前駆体それ自体との同一性度、すなわち、70%より多い、好ましくは80%より多い、さらに好ましくは90%より多い、もっとも好ましくは95%より多い同一性度を有するタンパク質またはペプチド、その変異体または誘導体に関する。マウスおよびヒトタンパク質間の同一性度は約91%であり、好ましい哺乳類ニュールツリンタンパク質は同様に高い同一性度を有する、と意図される。ニュールツリン産物およびヒトニュールツリンタンパク質または前駆体の同一性パーセンテージは、標準手法に従って、例えばBLASTアルゴリズムを用いることにより、確定され得る。好ましくは同一性パーセンテージは、100アミノ酸の長さの4つのギャップがそのアラインメントの助けとなるよう導入され得る場合、比較されている配列中の同一アミノ酸残基と一列に並ぶ2つの配列のうちの小さい方に見出されるアミノ酸残基のパーセンテージとして算定される。
「オルソログ」という用語は、特殊化により共通の先祖遺伝子から進化した異なる種におけるポリペプチドに関する。オルソログは、進化の過程で同一機能を保持する。
「ポリエチレングリコール」または「PEG」という用語は、PEGそれ自体ならびにその誘導体に関する。ポリマーPEGは、メトキシ−PEG−OH(m−PEG)として一般に用いられ、この場合、一端は相対的に不活性なメトキシ基であり、一方、他端は、化学的修飾に付されるヒドロキシル基である。分枝鎖PEGも一般に用いられている。分枝腕の数(m)は、3〜100またはそれ以上の範囲であり得る。ヒドロキシル基は、さらに化学的修飾に付される。別の分枝鎖形態、例えばPCT特許出願WO96/21469に記載されているものは、化学的修飾に付される単一末端を有する。さらに別の分枝鎖形態は、PEG鎖の末端というよりむしろ、PEG主鎖に沿って、反応性基、例えばカルボキシルを有する。これらのPEG形態のほかに、ポリマーはさらにまた、主鎖中に弱いまたは分解可能な連結を伴って調製され得る。例えば、Harrisは、米国特許出願第06/026,716号(この記載内容は参照により本明細書中で援用される)において、加水分解に付されるポリマー主鎖中のエステル結合を伴ってPEGが調製され得る、ということを示した。この加水分解は、より低分子量の断片へのポリマーの切断を生じる。エチレンオキシドとプロピレンオキシドのコポリマーは、それらの化学的性質においてPEGと密接に関連し、それらはその用途の多くにおいてPEGの代わりに用いられ得る。
「PEG化」という用語は、ポリエチレングリコール分子と、タンパク質であり得る物質との共有結合を包含する。タンパク質のPEG化は当該技術分野の状態で広範に知られており、例えばVeronese, F.M., Biomaterials 22 (2001) 405-417により再検討されている。PEGは、異なる官能基および異なる分子量を有するポリエチレングリコール、線状および分枝鎖PEGならびに異なる連結基を用いて、連結され得る(Francis, G.E., et al., Int. J. Hematol. 68 (1998) 1-18;Delgado, C., et al., Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Systems 9
(1992(249-304))も参照)。
PEG化は、好ましくは5〜40kDaの分子量のNHS活性化線状または分枝鎖PEG分子を用いて、例えばWO00/44785に記載されたようなPEG化試薬を有する水溶液中で実施され得る。PEG化は、Lu, Y. et al., Reactive Polymers 22 (1994) 221-229に従って固相でも実施され得る。
N末端アミノ酸での選択的PEG化は、Felix, A.M., et al., ACS Symp. Ser 680 (Poly(ethylene glycol))
(1997) 218-238に従って実施され得る。選択的N末端PEG化は、N−PEG化アミノ酸誘導体をペプチド鎖のN末端アミノ酸と結合することにより、固相合成中に達成される。側鎖PEG化は、N−PEG化アミノ酸誘導体を成長中の鎖と結合することにより、固相合成中に実施される。併合N末端および側鎖PEG化は、固相合成内で上記のように、またはアミノ脱保護化ペプチドに活性化PEG試薬を適用することにより液相合成によって、プロセシングされる。
適切なPEG誘導体は、約5〜約40kDa、さらに好ましくは約20〜約40kDa、最も好ましくは約30kDaの好ましい平均分子量を有する活性化PEG分子である。PEG誘導体は、線状または分枝鎖PEGであり得る。
活性化PEG誘導体は当該技術分野で知られており、例えばPEG−ビニルスルホンに関してはMorpurgo, M., et al., J. Bioconj. Chem. 7 (1996) 363-368に記載されている。線状鎖および分枝鎖PEG種は、PEG化断片の調製に適している。反応性PEG試薬の例は、ヨード−アセチル−メトキシ−PEGおよびメトキシ−PEG−ビニルスルホン(mは好ましくは約450〜約900の整数であり、Rは、1〜6個の炭素原子を有する線状または分枝鎖の低級アルキル、例えばメチル、エチル、イソプロピル等であり、メチルが好ましい)である。
本明細書中で用いる場合、「PEG」または「PEG部分」という用語は、線状および分枝鎖PEG、メトキシPEG、加水分解的または酵素的に分解可能なPEG、ペンダントPEG、デンドリマーPEG、PEGと1つまたは複数のポリオールのコポリマー、ならびにPEGとPLGA(ポリ(乳酸/グリコール酸))のコポリマーを包含するよう意図されるが、これらに限定されない。
「PEG化ニュールツリン」または「PEG化により修飾されるニュールツリン」または「ポリエチレングリコール部分を含むニュールツリン複合体」という用語は、PEG部分が共有結合されてこれらのPEG化タンパク質を形成する方法により産生されるニュールツリンタンパク質産物に関する。
「製薬上許容可能な担体、希釈剤および/またはアジュバント」という用語は、製薬的に用いられ得る製剤への活性成分(単数または複数)のプロセシングを促す1つまたは複数の薬学的および生理学的に許容可能な化合物、例えば賦形剤および補助剤に関する。詳細は、Remington’s Pharmaceutical Sciences (Maack Publishing Co., Easton, Pa.)の最新版に見出され得る。
「非修飾対照ニュールツリンタンパク質産物」という用語は、対照として用いられる相互関連修飾ニュールツリンタンパク質産物と同一起源のニュールツリンタンパク質産物に関する。
「変異体」という用語は、本明細書中で用いる場合、ネイティブポリペプチドに比して、以下でさらに記載されるような1つまたは複数の置換、付加、欠失および/または挿入を含有し得るポリヌクレオチド変異体に関する。「変異体」という用語は、異種起源の相同的ポリペプチドも包含する。典型的には、ニュールツリン変異体は、例えば下記のように特定の検定を用いて確定され得るような、生物学的活性を、完全に、その実質的部分を、または少なくとも部分的に保持する。「変異体」という用語は、本明細書中で用いる場合、置換、付加または欠失によりタンパク質配列を変更して、当該技術分野でよく知られているような機能的に等価の分子を提供することにより修飾されたニュールツリンも包含する。後者は、機能的に等価のアミノ酸残基が配列内の残基により置換されて生物学的サイレント交換を生じる変更配列を包含する。
ニュールツリン変異体は、ポリペプチドをコードするDNA中に適切なヌクレオチド変化を導入することにより、または所望のポリペプチドのin vitro化学合成により、調製される。欠失、挿入および置換が成されて、ニュールツリン生物学的活性を提示するタンパク質産物変異体を生じる、と当業者により理解される。
1つまたは複数の選択アミノ酸残基のこのような置換、挿入または欠失のための突然変異誘発技術は、当業者によく知られている(例えば、米国特許第4,518,584号(この記載内容は参照により本明細書中で援用される))。
好ましい一実施形態では、アミノ酸変化は、成熟ヒトニュールツリンのアミノ酸47〜69、好ましくは51〜65の間の領域に導入される(図3に示されるようなアミノ酸141〜164、好ましくは147〜160)。これらのアミノ酸変化は、この領域中のアルギニン残基、例えばアルギニン残基51、52、54、56、57、58、60、61および/または65の少なくとも1つの欠失または置換を含み得る。好ましいのは、中性または酸性アミノ酸、例えばグリシン、セリン、アラニン、アスパラギン酸またはグルタミン酸によるアルギニンの置換である。特に好ましいのは、グルタミン酸による置換、例えばR51E、R52E、R54E、R56E、R57E、R58E、R60E、R61EおよびR65E、またはこれらの置換のうちの少なくとも2つを含むニュールツリン変異体である。
代替的には、および/または付加的には、例えば上記領域中のニュールツリンのアミノ酸残基、特にアルギニン残基は、ポリオール基との結合を助長するために、リシンにより置換され得る。成熟ヒトニュールツリン中にリシンは存在しないので、このような変化はポリオール基を用いた部位特異的修飾を可能にする。特に好ましいのは、上記領域中のリシンによる置換、例えばR51K、R52K、R54K、R56K、R57K、R58K、R60K、R61KおよびR65K、またはこれらの置換のうちの少なくとも2つを含むニュールツリン変異体である。
ニュールツリン置換変異体は、除去されるヒトまたはマウスニュールツリンアミノ酸配列のうちの少なくとも1つのアミノ酸残基、ならびにその場所に挿入される異なる残基を有する。このような置換変異体は、アミノ酸変化を生じることも生じないこともある種集団における天然ヌクレオチド配列変化により特性化される対立遺伝子変異体を包含する。
意外にも、開示されるような製剤組成物は、共役ニュールツリンを含まない製剤組成物と比較して、その活性成分、上記共役ニュールツリンおよび/またはその生物学的活性断片の生物学的利用能増大を示す、ということが本発明人等により判明した。PEGのようなポリオールとのニュールツリンタンパク質の共役は、ニュールツリン産物の血清半減期および生物学的利用能を改善する、ということを本発明は実証する。ニュールツリン産物の生物学的利用能の改善は、順次、皮下に適用された場合、注射部位での作用物質の蓄積またはプロセシングを低減し得るし、このようにして局所的耐容性を改善し得る。
本発明は、治療効果を有するために、非修飾対照ニュールツリンと比較してはるかに低い用量で、患者に活性作用物質としての本発明のニュールツリン複合体を適用する方法を提供する。これは、「使い勝手のよいタンパク質療法薬」に対する必要性を満たし、さらにまた、活性作用物質および/または製剤組成物を製造するためのコストをより低くし得る。
本発明のニュールツリン複合体は、非修飾ニュールツリンと比較してより高い水溶性も有し、これが活性作用物質の処方を簡単にし得る。
さらなる利点として、ポリオール、例えばPEGをニュールツリンと結合すると、ニュールツリンに対する免疫原性を低減し、したがって中和抗体の形成または活性作用物質に対するアレルギー反応を低減し得る。
好ましくは、本発明のニュールツリンタンパク質産物は、ヒトニュールツリンまたはその生物学的活性断片である。ニュールツリンタンパク質産物は、好ましくは、組換え技術により産生されるが、それは、このような方法が高純度で多量のタンパク質を生じ得るし、細菌、植物、哺乳類または昆虫細胞系で発現される産物に限定されないためである。
組換えニュールツリンタンパク質産物としては、グリコシル化および非グリコシル化形態のタンパク質が挙げられる。概して、組換え技術は、ニュールツリンタンパク質産物をコードする遺伝子を単離すること、適切なベクターおよび/または細胞型中で遺伝子をクローニングすること、必要な場合には所望の変異体をコードするために遺伝子を修飾すること、そしてニュールツリンタンパク質産物を産生するために遺伝子を発現することを包含する。
代替的には、所望のニュールツリン産物をコードするヌクレオチド配列は、化学合成され得る。ニュールツリン産物は、遺伝暗号の変性または対立遺伝子変異、あるいは選択細胞によるタンパク質産物の産生を助長するために成される変更のために、コドン使用頻度を変えるヌクレオチド配列を用いて発現され得る、ということが意図される。
Kotzbauer et al., Nature 384: 467-470は、配列番号1として本明細書中で同定されるニュールツリンタンパク質に関するマウスcDNAおよびアミノ酸配列とヒトcDNAおよびアミノ酸配列の同定を記載する。
本発明によるニュールツリン産物は、種々の手段により単離されるかまたは生成され得る。ニュールツリン産物を産生するための例示的方法は、特許出願WO97/08196(この記載内容は参照により本明細書中で援用される)に記載されている。ニュールツリンタンパク質の発現のための種々のベクター、宿主細胞および培養増殖条件、ならびにニュールツリンタンパク質産物の変異体の合成方法も、本明細書中に記載される。大腸菌中でのニュールツリンタンパク質産物の発現に適した付加的ベクターは、特許番号EP0423980(この開示内容は参照により本明細書中で援用される)に開示されている。
生物学的活性形態のタンパク質ニュールツリンは、精製ニュールツリンの分子量により確定され得るジスルフィド結合二量体である。細菌系中での発現後に単離される物質は、本質的には生物学的に不活性であり、単量体として存在する。生物学的に活性名ジスルフィド結合二量体を産生するためには、リフォールディングが必要である。細菌系中で発現されるニュールツリンのリフォールディングおよび成熟に適したプロセスは、WO93/06116に記載されたものと実質的に同様である。ニュールツリン活性の確定のための標準in vitro検定も、WO93/06116に、そして米国特許出願第08/535,681号(これらの記載内容は参照により本明細書中で援用される)に記載されたようにGDNF活性を確定するものと実質的に同様である。
ポリエチレンオキシド(PEO)としても知られている不活性、非毒性の大型分解可能ポリマーであるポリエチレングリコール(PEG)のニュールツリンとの共有結合は、バイオテクノロジーおよび医療において重要な用途を有する。ニュールツリンのPEG化は、薬理学的改善を生じて持続時間を延長し、安全性を改善し(例えば、毒性、免疫原性および抗原性をより低くする)、効率を増大し、用量投与頻度を低減し、薬剤溶解性および安定性を改善し、タンパク質分解を低減し、そして制御薬剤放出を助長する。
本発明は、少なくとも1つのポリエチレングリコール分子に連結されるニュールツリンタンパク質産物、例えば原核生物発現ニュールツリンである誘導体、またはその変異体の使用を、ならびにアシルまたはアルキル結合を介して1つまたは複数のポリエチレングリコール分子と結合されるニュールツリンまたはその変異体の使用を意図する。PEG化は、当該技術分野で知られているペギル化反応のいずれかにより実行され得る。例えば、以下を参照されたい:Focus on Growth Factors, 3(2): 4-10, 1992;EP0154316(この開示内容は参照により本明細書中で援用される);EP0401384;およびPEG化に関して本明細書中で引用されるその他の出版物。
本発明の製剤組成物は、PEG化ニュールツリンを含有しない製剤組成物と比較して、哺乳類、例えばヒトにおける活性成分の生物学的利用能増大を示す(図2参照)。好ましくは、PEG化ニュールツリンは、活性成分の生物学的利用能の少なくとも2倍、好ましくは少なくとも5倍、さらに好ましくは少なくとも10倍の増大を提供する量で存在する。
生物学的利用能の増大は、本出願の実施例に示されるように確定され得る。さらに特定的には、所定量または用量で活性成分を含有する組成物は、PEG化を伴わない同一用量の活性成分を含有する製剤組成物と比較される。両組成物の生物学的利用能は、実験動物、例えばマウスへの皮下投与後の血漿濃度から確定され得る。好ましくは、血漿濃度は、少なくとも120分、好ましくは240分、最も好ましくは24時間の期間に亘って測定される(図2参照)。
本発明の製剤組成物は、任意の有効な経路により、例えば経口、鼻、直腸、肺、局所、経皮または非経口経路の投与による投与のために適合され得る。したがって、組成物は、固体または液体組成物、例えば錠剤、カプセル、粉末、クリーム、ゲル、軟膏、溶液、乳濁液、懸濁液、凍結乾燥物等であり得る。しかしながら、好ましくは、組成物は、注射または注入により、さらに好ましくは注射により、例えば皮下または静脈内注射により投与される。製剤組成物は、好ましくは水溶液である。
活性成分および任意に低分子量物質、例えばポリ陰イオン性ポリマーのほかに、製剤組成物は、製薬上許容可能な担体、希釈剤および/またはアジュバント、例えば緩衝剤、張度を調整するための作用物質、安定化剤、充填剤、崩壊剤、増粘剤等を含み得る。
製剤組成物は、治療的有効量または用量で、活性成分を含有する。治療的有効用量は、活性成分の種類、治療されるべき疾患の種類および多様性、ならびに投与の型に依っている。活性成分としてニュールツリンを含有する非経口組成物に関しては、治療的有効用量は、好ましくは1日当たり約0.001mg〜500mg、さらに好ましくは約0.05〜約100mg、最も好ましくは約0.01〜約5mgの範囲である。
組成物は、好ましくは、哺乳類、特にヒトに投与される。したがって、組成物は、ヒトおよび獣医学的医療に適している。組成物は、神経変性または膵臓性障害、特に膵臓性自己免疫障害、例えばI型糖尿病およびLADAまたはII型糖尿病の予防および/または治療のために特に適している。
本明細書中に記載されるようなニュールツリン複合体は、当業者に知られているような任意の適切な手段により、好ましくは経腸的にまたは非経口的にまたは膵臓に直接局所的に、投与され得る。具体的用量は、体重、体表面積または器官サイズを考察することにより算定され得る。上記の組成物の各々を包含する治療のための適切な投与量を確定するために必要な計算のさらなる精査は、当業者によりルーチンに成され、そしてルーチンに実施される作業の範囲内である。適切な投与量は、適切な用量−応答データと関連して利用される投与量を確定するための確立された検定の使用により確認され得る。上記の症状を治療するための方法に関与する最終投与量レジメンは、担当医により、薬剤の作用を修飾する種々の因子、例えば患者の年齢、症状、体重、性別、食餌、任意の感染の重症度、投与時間およびその他の臨床的因子を考察して確定される。試験が実行される場合、種々の疾患および症状の治療のための適切な投与量レベルに関するさらなる情報が明らかになる。
本明細書中に記載されるようなニュールツリン複合体の連続投与または持続性送達は、所定の治療のために有益であり得る、と考えられる。連続投与は機械的手段により、例えば注入ポンプを用いて成し遂げられ得るが、一方、連続的またはほぼ連続的な投与のその他の方式が実行され得ることが意図される。例えば、化学的誘導体化または封入は、確定投与量レジメンに基づいて、予測可能量での、連続的存在の作用を有する徐放性形態のタンパク質を生じ得る。したがって、ニュールツリンタンパク質産物は、このような連続投与を達成するために誘導体化されるかまたは別の方法で処方されるタンパク質を包含する。
さらなる好ましい実施形態では、in vitroまたはin vivoでのインスリン産生細胞の分化を刺激するために、ニュールツリン複合体は、始原細胞、例えば幹細胞に直接送達され得る。本発明のこの実施形態では、ニュールツリン複合体は、好ましくは0.1ng/ml〜500ng/ml、さらに好ましくは1ng/ml〜100ng/ml、さらに好ましくは20〜80ng/ml、最も好ましくは50ng/mlの濃度で付加され得る。
本明細書中に開示されるようなニュールツリン複合体は、単一療法に、あるいは他の薬学的作用物質を伴う組合せ療法で、用いられ得る。例えば、それは、膵臓疾患および/または肥満症および/または代謝症候群の治療または予防に適した他の薬学的作用物質と一緒に、特に、始原細胞からのインスリン産生細胞の分化を刺激しおよび/または誘導するのに適したその他の薬学的作用物質とともに投与され得る。さらに、それは、免疫抑制活性を有する薬学的作用物質、例えばWO2005/51415に開示されているような抗体、ポリペプチドおよび/またはペプチド性または非ペプチド性低分子量物質と一緒に用いられ得る。
本発明のさらなる一実施形態は、野生型ヒトニュールツリンと比較して、少なくとも1つ、例えば1、2、3または4つのアミノ酸変化を含むヒトニュールツリンの変異体である。ヒトニュールツリンの変異体は、ネイティブポリペプチドに比して、詳細に上記されたような1つまたは複数の置換、付加、欠失および/または挿入を含有し得る。ニュールツリン変異体は、上記のように調製され得る。
好ましい一実施形態では、アミノ酸変化は、成熟ヒトニュールツリンのアミノ酸47〜69、好ましくは51〜65の間の領域に存在する(図3に示されるようなアミノ酸141〜164、好ましくは147〜160)。これらのアミノ酸変化は、この領域中のアルギニン残基、例えばアルギニン残基51、52、54、56、57、58、60、61および/または65の少なくとも1つの欠失または置換を含み得る。好ましいのは、中性または酸性アミノ酸、例えばグリシン、セリン、アラニン、アスパラギン酸またはグルタミン酸によるアルギニンの置換である。特に好ましいのは、グルタミン酸による置換、例えばR51E、R52E、R54E、R56E、R57E、R58E、R60E、R61EおよびR65E、またはこれらの置換のうちの少なくとも2つを含むニュールツリン変異体である。
ヒトニュールツリンの変異体も好ましく、この場合、代替的には、および/または付加的には、例えば上記領域中のアミノ酸残基、特にアルギニン残基は、リシンにより置換される。それにより、ポリオール基とのニュールツリン変異体の部位特異的結合が助長される。特に好ましいのは、上記領域中のリシンによる置換、例えばR51K、R52K、R54K、R56K、R57K、R58K、R60K、R61KおよびR65K、またはこれらの置換のうちの少なくとも2つを含むニュールツリン変異体である。
本発明によるニュールツリン置換変異体は、除去されるヒトニュールツリンアミノ酸配列のうちの少なくとも1つのアミノ酸残基、ならびにその場所に挿入される異なる残基を有する。このような置換変異体は、アミノ酸変化を生じることも生じないこともある種集団における天然ヌクレオチド配列変化により特性化される対立遺伝子変異体を包含する。
本発明はさらに、それを必要とする被験者に製剤組成物を投与するための方法を提供するが、この場合、上記組成物は、少なくとも1つのポリオール、例えばPEGと共役される薬学的活性量または用量の少なくとも1つのニュールツリンタンパク質産物、またはこのような共役ニュールツリンの生物学的活性断片を活性成分として、製薬上許容可能な担体、希釈剤および/またはアジュバントと一緒に含む。
本発明はさらに、それを必要とする被験者に製剤組成物を投与するための方法を提供するが、この場合、上記組成物は、薬学的活性量または用量の少なくとも1つの修飾ニュールツリンタンパク質産物、またはその生物学的活性断片を活性成分として、低分子量物質と一緒に、製薬上許容可能な担体、希釈剤および/またはアジュバントと一緒に含む。
以下の図および実施例は、本発明を例証し、以下で特許請求されるような本発明の非限定的実施形態である。図面の以下の説明を考察すれば、本発明の多数の付加的態様および利点が当業者に明らかになる。
細胞培養中のPEG化ニュールツリンの生物学的活性:レポーター細胞株を漸増濃度のニュールツリンまたはPEGと共役されるニュールツリン(PEG化ニュールツリン)に曝した。その結果生じたレポーター遺伝子活性(y軸上に示される相対発光量)を、最終濃度の試験作用物質に対してプロットした(ng/mlでx軸上に示される;図1AおよびB)。非修飾ニュールツリンの2つの独立して産生されるバッチを実験対照として用い(PeproTech;Lot0805112およびLot0106112)、それらの相対活性を3つのPEG化複合体(モノ−mPEG−NHS−ニュールツリン、モノ−mPEG−CHO−ニュールツリンおよびモノ−CES0310−ニュールツリン)の活性と比較した。所定の値は、少なくとも3つのウエル±S.D.の平均である。種々の試験の算定EC50を以下に示す:ニュールツリン(Lot0805112、非修飾タンパク質):EC50=2.2ng/ml、ニュールツリン(Lot0106112、非修飾タンパク質):EC50=1.2ng/ml、モノ−CES0310−ニュールツリン:EC50=12ng/ml(図1A)およびニュールツリン(Lot0106112、非修飾タンパク質):EC50=3.8ng/ml、モノ−mPEG−NHS−ニュールツリン:EC50=9.7ng/mlおよびモノ−mPEG−CHO−ニュールツリン:EC50=7.4ng/ml(図1B)。 マウスにおける試験作用物質の皮下投与後の薬物動態(PK)試験:図2AおよびBは、マウスへの0.050mg/kg BW(図2A)または0.50mg/kg BW(図2B)ニュールツリンまたはPEG化ニュールツリンの投与後の種々の時点でのニュールツリン血漿濃度(ng/ml)を示す。その結果生じた血漿レベルを、ニュールツリンELISA検定により確定した。時点0は、このELISA検定を用いたマウス血清中のニュールツリンに関する平均バックグラウンドシグナルを示す。バックグラウンド値を、12(図2A)または11(図2B)未処理マウスの血清からの独立測定値から算定した。他の指示値は、3動物±SDからの測定血清レベルの平均である。図2Aは、2つの個々の実験(モノ−NHS−ニュールツリン_Exp.1および_Exp.2)に由来するニュールツリン複合体モノ−NHS−ニュールツリンに関するPKデータを示す。図2Bは、マウスを0.05mg/kg BWモノ−NHS−ニュールツリンで処理したさらに別の実験に由来するデータを示す。すべての測定時点に及ぶ曲線下面積(AUC)分析に関して、基線を0.6ng/ml(0時点での平均バックグラウンド値):ニュールツリン非修飾タンパク質:18.8ng分/ml、モノ−mPEG−NHS−ニュールツリン_Exp1:409ng分/ml、モノ−mPEG−NHS−ニュールツリン_Exp2:918ng分/ml、モノ−CES0310−ニュールツリン:EC50=142ng分/ml(図2A)、ならびにニュールツリン非修飾タンパク質:324ng分/ml、モノ−mPEG−NHS−ニュールツリン:1157ng分/mlおよびモノ−mPEG−CHO−ニュールツリン:845ng分/ml(図2B)に設定した。ニュールツリン血清レベルの曲線下面積(AUC)分析(図2AおよびB)に関して、基線を0.6ng/mlニュールツリンに設定したが、これは、非処理マウスの血清中で確定される平均バックグラウンドレベルに対応する。 米国立生物工学情報センター(NCBI)により公表されたようなヒトニュールツリン前駆体のタンパク質配列(寄託番号:NP_004549)生物学的ならびに薬理学的活性形態に対応する成熟タンパク質の配列を、太字で強調している。 図4A.ヒトニュールツリンおよび突然変異化ニュールツリン変異体の発現。ニュールツリンおよびニュールツリン変異体を発現するHEK−293細胞からの濃縮上清のネイティブPAGE/ウエスタンブロット(成熟ヒトニュールツリンの配列に従って位置に番号を付した。R:アルギニン、E:グルタミン酸)。図4B.ニュールツリンELISA:大腸菌から発現されるヒト組換えニュールツリンを用いた代表的標準曲線。 ニュールツリンの生物学的活性の定量:図5A.細胞ニュールツリンの生物学的活性検定:漸増血清濃度と組合せた漸増濃度での大腸菌からの外因性ヒト組換えニュールツリンにより刺激されるチロシンヒドロキシラーゼレポーター遺伝子活性。図5B.ニュールツリン変異体の生物学的活性(n.d.:検出されず)。 異なる脊椎動物種からのニュールツリン配列のアラインメント:成熟ヒトニュールツリンのアミノ酸47〜69を示す(成熟ヒトニュールツリンペプチドの配列に従って位置に番号を付した。GenBank寄託番号NP_004549、成熟ペプチド aa96〜197)。ヒトニュールツリンと異なるアミノ酸変異を太字で印刷し、下線を付してある(括弧内はGenBank寄託番号)。 ニュールツリン発現構築物のDNA配列:Kr−G3−H6−G3−Xa−rhニュールツリン(wt) pMAベクター中でクローン化されるKr−G3−H6−G3−Xa−rhニュールツリン(wt)。センスおよびアンチセンス鎖のDNA配列を、制限部位ならびにその結果生じるコード領域のアミノ酸配列と一緒に示す。 抗ニュールツリン抗体ELISA 抗ニュールツリン抗体ELISA:左:抗ニュールツリンIgGを用いる標準曲線、右:抗ニュールツリンIgG/IgMを用いる標準曲線
本発明の1つまたはいくつかの態様に関して考察される好ましい実施形態もすべて、他の態様のすべてに関連する、ということに留意すべきである。
以下の実施例により本発明の多用途性を例証するが、それはそれらの実施例により限定されない。
実施例1−ニュールツリンのPEG化
ポリエチレングリコール基(PEG)を、PEG化と呼ばれるプロセスによりニュールツリンと共役させた。この技術は治療用タンパク質の修飾のために広範に用いられ、当該手順は当業者によく知られている。本発明においては、単一PEG分子を、ホモ二量体の2つのサブユニットのうちの1つのN末端アミノ酸と連結することにより、モノPEG化ニュールツリン複合体を製造した。結合PEGのサイズおよび構造が異なり、ならびにPEGをタンパク質と共役させる製造方法が異なるモノPEG化ニュールツリンの2つの異なる複合体を製造した。約5kDaの線状PEG試薬(mPEG−スクシニミジルスクシネート;NOF, Japan)を用いて、本明細書中で「モノ−mPEG−NHS−ニュールツリン」として開示される複合体を製造した。このいわゆる「NHS法」は、可溶性タンパク質のPEG化のために最も一般的に用いられる方法である。さらに、線状5kDaポリエチレングリコールブチルアルデヒド(Nektar、082M0H01)を用いて、「モノ−mPEG−CHO−ニュールツリン」として開示される複合体を生成した。特定実験条件下で、NHSエステルまたはアルデヒドは、タンパク質およびペプチドの遊離アミノ基と効率的に反応する。「モノ−CES0310−ニュールツリン」として開示されるさらに別の複合体では、ニュールツリンホモ二量体の1つの鎖のN末端アミノ酸を、従来技術で既知のPEG化法を用いて、約5kDaの6腕分枝鎖PEGと共役させた(例えばDE2005 100 04 157.0、EP 1 631 545 A2;W04/108634;WO07/025763;CA2528667(これらに限定されない)参照)。ニュールツリンはリシン残基を含有せず、したがって、上記のPEG化反応は、主に、ニュールツリンホモ二量体のN末端アミノ酸の反応性アミノ基を介して、N末端PEG化をもたらすと予測される。当業者に既知の標準生化学的方法を用いて、PEG化産物の質(サイズおよび純度)を確証した。
実施例2−PEG化ニュールツリン複合体またはその変異体の生物学的活性
細胞ベースの受容体検定を用いて、ニュールツリン複合体の生物学的活性を評価した。その表面にニュールツリン受容体を発現する細胞株中のレポーター遺伝子構築物を活性化するニュールツリンまたはそのPEG化複合体の強さを確定した。この検定では、両方のPEG化ニュールツリン複合体が、非修飾ニュールツリンに比して3〜10倍低減されることが見出された(図1AおよびB)。
細胞表面でニュールツリンに関する受容体を発現するヒト神経芽細胞腫細胞株TGW(JCRB0618)を、ニュールツリンレポーター遺伝子構築物により安定的にトランスフェクトした。レポーター遺伝子構築物は、反復結成応答素子(SRE)の転写的制御下で、特に調節素子であるルシフェラーゼ遺伝子を含有する。これらの細胞中では、ルシフェラーゼの発現は、例えばニュールツリンとその表面受容体の結合により、MAPK経路の活性化に応答して刺激される。96ウエルプレート中で検定を実行する。ウエルにルシフェリン基質を付加することによりルシフェラーゼ活性を測定し、ルミネッセンスモードで操作するAnalyst読取装置(Molecular Devices)で読出しを生じた。
実施例3−PEG化ニュールツリン複合体またはその変異体の生物学的利用能の改良
マウスにおけるPK試験の助けを借りて、ニュールツリンのPEG化複合体の相対的生物学的利用能を概算した(図2AおよびB)。これらの実験では、タンパク質をマウスの頸領域に皮下注射した。その後、特定のニュールツリンELISA検定を用いて、タンパク質の送達後の限定時点で、ニュールツリンの血清濃度を確定した(図2AおよびB)。ニュールツリンで処理されなかったマウスからの血清を用いて検出されるようなマウス血清の存在下での相対的に高いバックグラウンドシグナル(ゼロ点値)のため、このニュールツリンELISA検定の感度を限定した。0.050mg/体重(BW)1kgの非修飾ニュールツリンの注射後、ニュールツリン血清レベルは、任意の時点でこのバックグラウンドレベルを有意に超えなかった。一方、同量のPEG化ニュールツリンを適用した場合、PEG修飾の種類に関係なく、注射タンパク質の血清レベルの有意の増大が検出された(図2A)。注射非修飾ニュールツリンの量を10倍増大する(0.5mg/体重1kg)と、60、90、120および180分の時点で、血清中にタンパク質が有意に検出された(図2B)。T検定を用いてこの観察の意義を確証し、p値<0.05を算定した。さらにまた、0.5mg/体重1kg用量で投与されたPEG化ニュールツリン誘導体の血清レベルは、非修飾タンパク質のものより2〜3倍高かった(図2AおよびB)。
本明細書中に提示されるニュールツリン複合体は一貫して、非修飾タンパク質のレベルに比してより高い血清レベルを実証する。要するに、ニュールツリンのPEG化は、ニュールツリンの生物学的利用能を有意に改善する。
実施例4−ニュールツリン変異体
ニュールツリンの塩基性パッチ(成熟タンパク質のアミノ酸51〜65)内に位置する塩基性アルギニン残基を、部位特異的PCRベースの突然変異誘発により、酸性グルタミン酸残基に取り替えた。要するに、所望の突然変異:
R51E、R52E、R54E、R56E、R57E、R58E、R60E、R61E、R63EまたはR65E(成熟ヒトニュールツリンペプチドの配列に従って位置に番号を付す。GenBank寄託番号NP_004549、成熟ペプチドaa 96〜197。この配列は図3にも示されている;R:アルギニン;E:グルタミン酸)を導入するミスマッチプライマーを用いてPCRベースの突然変異誘発により、付加的N末端真核生物分泌シグナルペプチドを伴う成熟ヒトニュールツリンのコード配列を修飾した。
その結果生じたプラスミドを精製し、シーケンシングによりコード配列の正確さを検査した。真核生物発現のために、HandIIIおよびXhoIクローニング部位を側面に配置することにより、pCDNA3.1+ベクター(Invitrogenカタログ番号V790−20)中にコード配列をクローニングした。
真核生物発現のために、各々25ml培地を有する175cm組織培養容器上で培養されるHEK−293細胞中で、これらのベクター、ならびにトランスフェクション対照としての空対照ベクターおよびGFP発現ベクターを、一時的にトランスフェクトした。トランスフェクトの48時間後に培地採取を実施して、限外濾過カラムを用いて培地上清を各々約0.4mlに濃縮した。
検出のためにニュールツリン特異的抗体を用いて、ネイティブPAGE/ウエスタンブロットにより、野生型ヒトニュールツリンおよび突然変異化変異体の発現を先ず制御した(図4参照)。対照として、大腸菌から発現されたヒト組換えニュールツリンを用いた。
図4Aは、ヒト野生型ニュールツリン(wt)ならびにすべての修飾ニュールツリン変異体が、R63Eを除いて、同様の量で発現された、ということを示す。ニュールツリン変異体の見掛けの質量は、野生型ニュールツリンと同様の20〜25kDaの範囲であった。
ニュールツリンに特異的なELISAにより、発現ニュールツリンの収量を確定した。要するに、ニュールツリン含有濃縮培地上清からのニュールツリン捕捉のために、ウサギ抗ニュールツリン抗体をマイクロウエル上で被覆した。洗浄後、ビオチン接合ヤギ抗ニュールツリン抗体を用いたルミネッセンス読出しと、その後のペルオキシダーゼ複合化ストレプトアビジンの使用により、捕捉ニュールツリンを定量した。大腸菌から発現されるヒト組換えニュールツリンを用いて、標準曲線を確立した(図4B参照)。
さらに、発現ニュールツリン変異体の生物学的活性を、特定細胞検定で定量した。検定原理は、Tanaka et al., 2002, 2003(Tanaka M, Xiao H,
Kiuchi K. Heparin facilitates glial cell line-derived neurotrophic factor
signal transduction. Neuroreport. 2002 Oct 28; 13(15): 1913-6;Tanaka M, Xiao H, Hirata Y, Kiuchi K. A rapid assay for glial cell
line-derived neurotrophic factor and neurturin based on transfection of cells
with tyrosine hydroxylase promoter-luciferase construct. Brain Res Brain Res
Protoc. 2003 May; 11(2):119-22)による、ヒトTGW神経芽細胞腫細胞株中で安定的に発現されるニュールツリンによるチロシンヒドロキシラーゼ(TH)レポーター遺伝子構築物の誘導を示す実験に基づいている。要するに、チロシンヒドロキシラーゼ(TH)レポーター遺伝子構築物を過剰発現するTGW細胞を、ニュールツリン含有試料で処理して、ニュールツリンシグナル伝達によるMAPK経路の誘導をもたらす。レポーター遺伝子構築物は、反復血清応答素子(SRE)の制御下でルシフェラーゼ遺伝子を含有する。ルシフェラーゼの発現は、MAPK経路活性化に依っている。96ウエルプレート中で検定を実行する。ニュールツリン媒介性ルシフェラーゼ発現をルシフェリンの付加により測定し、ルミネッセンス読取装置で解析する。
漸増血清濃度と組合せて、標準として大腸菌中で発現さえるヒト組換えニュールツリンを用いるニュールツリンの生物学的活性の定量を実証する代表的実験を、図5Aに示す。
野生型組換えヒトニュールツリンならびにすべてのニュールツリン変異体が、R63Eを除いて、同量で発現されて、1.2〜1.7g/lのタンパク質濃度を生じ、そしてすべての発現変異体が、0.32〜0.89ng/mlのEC50を有する野生型組換えヒトニュールツリンと比較して、in vitroで同様の生物学的活性を示したということを、図5Bは示す(図5B参照)。比較のために用いられる大腸菌からのヒト組換えニュールツリンは、おそらくは試料中で適正にリフォールディングされなかったニュールツリンの一部に起因する2.20ng/mlのEC50を有するより弱い効力を示した(図5B参照)。
したがって、ニュールツリンの「ヒール」領域における修飾、例えば塩基性パッチ中への負荷電産生アミノ酸の導入は、概して、ニュールツリンの生物学的活性を損なわない、ということを図5は示す。ヒール領域中の塩基性または酸性アミノ酸からの修飾がニュールツリンの生物学的活性を妨害するということを従来技術が示しているということは意外である(上記のような他のGFLとの配列および構造比較を参照)。
ニュールツリン変異体R63E発現の不首尾は、この部分では、アルギニンからグルタミン酸への変化が耐容されない、ということを示す。それにもかかわらず、アミノ酸変化の完全変化を生じない他の修飾は、機能的である。既知のニュールツリン相同体の配列比較は、R63E変異体が、カモノハシ(Ornithorhynchus anatinus)、ハイイロジネズミオポッサム(Monodelphis
domestica)およびニワトリ(Gallus gallus)のヒトニュールツリン相同体中に存在する、ということを示す。さらにまた、位置52、57、58および61でのアルギニン残基の天然変異体は、異なるニュールツリン相同体中に存在する(図6参照)。
改善された生物学的利用能を有する生物学的に活性なニュールツリン変異体を作製するために、本発明人等は、「ヒール」領域中の塩基性アルギニンをリシンに置き換えた。アルギニンおよびリシンは構造的に関連するので、このような交換は、最低限に限って、ニュールツリン分子の構造に影響を及ぼすと予測される。このような変化は、実質的アミノ酸変化を耐容することが示されるタンパク質の一領域中のリシン側鎖の第一アミンを介してニュールツリンの部位特異的定方向PEG化を可能にしており、したがって、このことは、生物学的活性に関しては重要でない。この反応は、リシンが成熟ネイティブヒトニュールツリン配列中に存在しないため、非常に特異的である。活性化PEGと他のアミンとの反応は、反応条件、例えばpH、温度および反応時間を最適化することにより最小限にされる。「ヒール」領域の塩基性パッチ内にPEG修飾を置くことにより、以下の2つの目的が達成される:(i)タンパク質活性に及ぼす作用を最小限にしながら、タンパク質PEG化の利点(腎クリアランス低減、免疫原性低減、タンパク質安定性改善による生物学的利用能改善)が得られること、ならびに(ii)この領域におけるPEG化は、負荷電細胞表面プロテオグリカンとの相互作用を防止することにより塩基性パッチを遮蔽すると予測され、これもタンパク質生物学的利用能を改善すると予測される。
第一段階では、ヒトコドン使用のために最適化される成熟ヒトニュールツリンのコード配列(真核生物分泌のための付加的N末端シグナルペプチドを有する)、ならびに付加的精製タグ(因子Xaを用いたこの精製タグの切断のための付加的部位を有する6つのヒスチジン残基の反復)が、PCRベースの部位特異的突然変異誘発により修飾される。ここで、コドンは、アルギニン残基51、52、54、56、57、58、60、61、63または65で、リシン残基に関するコドンと交換される。
その結果生じる本発明におけるKr−G3−H6−G3−Xa−rhニュールツリンと呼ばれる発現構築物は、以下の特徴を含有する:
・Kr:ヒトコドン使用のために最適化される細胞質分泌に関するマウスクリングル含有膜貫通タンパク質2、アミノ酸1〜26、シグナルペプチド(GenBank寄託番号NP_082692)のDNA配列(アミノ酸配列:MGTPHLQGFLLLFPLLLRLHGASAGS;配列番号2)。
・G3:ヒトコドン使用のために最適化されるグリシンスペーサーのDNA配列(アミノ酸配列:GGG;配列番号3)。
H6:ヒトコドン使用のために最適化される精製目的のための6−ヒスチジンタグのDNA配列(アミノ酸配列:HHHHHH;配列番号4)。
Xa:ヒトコドン使用のために最適化される因子Xaプロテアーゼ認識部位のDNA配列(アミノ酸配列;IEGR;配列番号5)。因子Xaプロテアーゼはアルギニンの後でC末端を切断する。
rhニュールツリン:ヒトコドン使用のために最適化される成熟組換えヒトニュールツリンのDNA配列(アミノ酸配列:ARLGARPCGLRELEVRVSELGLGYASDETVLFRYCAGACEAAARVYDLGLRRLRQRRRLRRERVRAQPCCRPTAYEDEVSFLDAHSRYHTVHELSARECACV;配列番号6)。位置51、52、54、56、57、58、60、61、63または65の単一アルギニンコドンは、それぞれのニュールツリン変異体発現構築物中のリシンコドンAAGにより置き換えられる。
pMAベクター中でクローン化されるKr−G3−H6−G3−Xa−rhニュールツリン(wt)の完全DNA配列を、図7(配列番号7)に示す。
実施例5−ニュールツリン変異体のPEG化
その結果生じた構築物を、上記のような修飾ニュールツリン変異体の発現のためにHEK−293細胞中にトランスフェクトされる真核生物発現ベクターpcDNA3.1+中でクローン化する。
限外濾過により、そして導入精製タグを用いるアフィニティークロマトグラフィーにより、発現ニュールツリン変異体を精製する。
その結果生じるニュールツリン変異体調製物の構造、純度および生物学的活性を、上記のようなネイティブPAGE/ウエスタンブロットおよびニュールツリン活性検定により検査する。
十分な収量で発現され、許容可能な純度に精製される生物学的に活性ナニュールツリン変異体を、異なる単分散PEGでの共有的修飾のために用いる。このPEGは、好ましくは2.5〜30kDaのサイズを有し、線状または分枝鎖であり、N−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)エステルで活性化される。N−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)エステルは、第一アミンと自発的反応性であり、タンパク質の効率的PEG化を提供する。他のPEG誘導体は、例えば、異なるサイズを有し、単分散性でないか、あるいは異なる分枝パターンを有する分子(これらに限定されない)であって、同様に結合化学が適用され得る。
反応後、精製タグを因子Xaにより導入プロテイナーゼ部位で切断し、PEG−ニュールツリン変異体を、サイズ排除および/またはアフィニティークロマトグラフィーにより精製する。
多数の付加的精製タグおよびプロテアーゼ部位/組換えプロテアーゼ組合せが当該技術分野でよく知られており、His−Tagおよび/または因子Xa部位/因子Xa切断を取替え得る。代替的には、導入PEG化部位(単数または複数)を含有するニュールツリンタンパク質は、クロマトグラフィー法により、精製タグを用いずに、真核生物発現系の上清から、あるいは過剰発現細菌の溶解物または上清から精製され得る。
その結果生じるPEG−ニュールツリン変異体調製物の構造、純度および生物学的活性を、上記のようなSDS−PAGE/ウエスタンブロット、ネイティブPAGE/ウエスタンブロットおよびニュールツリン活性検定により検査する。
マウスおよびラットへの50μmol/kg s.c.の皮下投与後のその薬物動態行動に関して、in vitroで十分な生物学的活性を示す精製PEG−ニュールツリン変異体をin
vivoで検定する。基線での、ならびに投与後0.25、0.5、1、1.5、2、3、4、6および8時間目に、ニュールツリンELISAにより、血漿ニュールツリン濃度を確定する。
野生型ニュールツリンと比較して生物学的利用能改善を示す選択PEG−ニュールツリン変異体を、50μmol/kgを毎日1回、6日間、neoSTZラットに皮下投与することにより、in vivoでのそれらの効力に関して試験する。β細胞機能を検定するために、ビヒクル対照および野生型ニュールツリン群と比較して、血糖を毎日測定し、膵臓インスリン含量を6日処理後に測定する。
実施例6−PEG化ニュールツリンの免疫原性能力
ヒト組換え野生型ニュールツリンは、2週間より長い間の成体マウスへの投与後の抗ニュールツリン抗体の出現により実証されるような免疫原性能力を有する。抗ニュールツリン抗体を、特定の検定で検出した。要するに、組換えヒトニュールツリンをマイクロプレート上で被覆して、血清抗体を捕捉した。洗浄後、ビオチン接合ヤギ抗IgG抗体またはヤギ抗IgG/IgM抗体を用いたルミネッセンス読出しと、その後のペルオキシダーゼ複合化ストレプトアビジンの使用により、捕捉抗ニュールツリン抗体を定量した。血清中に希釈した抗ニュールツリンIgGおよび抗ニュールツリンIgMを用いて、標準曲線を確立した(図8参照)。
薬理学的に活性名タンパク質のPEG化はそれらの免疫原性能力を低減するので、生物学的利用能改善および効力持続を示す選択PEG−ニュールツリン変異体を、成体マウスにおいて50μmol/kgを毎日1回、28日間皮下投与することにより、それらの免疫原性能力に関して試験する。ビヒクル対照および野生型ニュールツリン群と比較して、毎週、抗ニュールツリン抗体ELISAにより、抗ニュールツリン抗体の出現を測定する。

Claims (33)

  1. ヒトニュールツリンタンパク質産物またはその生物学的活性断片と共有結合されるポリオール部分を含むニュールツリン複合体。
  2. 配列番号1で記述されるアミノ酸配列によりコードされるポリペプチド、あるいはその相同体、オルソログ、変異体、類似体、誘導体、生物学的活性断片または生物学的活性突然変異体を含む請求項1記載のニュールツリン複合体。
  3. 前記ポリオール部分がポリエチレングリコール部分である請求項1または2記載のニュールツリン複合体。
  4. 前記ポリオール部分が一本鎖ポリオール部分である請求項1〜3のいずれか一項に記載のニュールツリン複合体。
  5. 前記ポリオール部分が分枝鎖ポリオール部分である請求項1〜3のいずれか一項に記載のニュールツリン複合体。
  6. 前記ポリオール部分がポリアルキレングリコール部分である請求項1〜3のいずれか一項に記載のニュールツリン複合体。
  7. ネイティブヒトニュールツリンと同一のまたはそれより高いin vivoニュールツリン活性を有する請求項1〜6のいずれか一項に記載のニュールツリン複合体。
  8. ヒトニュールツリンと比較して少なくとも1つのアミノ酸変化を有する請求項1〜7のいずれか一項に記載のニュールツリン複合体。
  9. 前記アミノ酸変化が成熟ヒトニュールツリンのアミノ酸47〜69、好ましくは51〜65の間である請求項8記載のニュールツリン複合体。
  10. アルギニン残基51、52、54、56、57、58、60、61または65のうちの少なくとも1つが欠失されるかまたは置換される請求項8または9のいずれか一項に記載のニュールツリン複合体。
  11. 少なくとも1つのアルギニン残基が中性または酸性アミノ酸残基、例えばグルタミン酸により置換される請求項10記載のニュールツリン複合体。
  12. 少なくとも1つのリシン残基が導入される請求項8〜10のいずれか一項に記載のニュールツリン複合体。
  13. 活性成分としての少なくとも1つのポリエチレングリコール分子と共役する少なくとも1つのニュールツリンタンパク質産物および/またはその生物学的活性断片を製薬上許容可能な担体、希釈剤および/またはアジュバントと一緒に含む製剤組成物。
  14. 前記ニュールツリンタンパク質産物がヒトニュールツリンタンパク質産物またはその生物学的活性断片である請求項13記載の組成物。
  15. 前記修飾ニュールツリンタンパク質産物がモノ−PEG化され、単一ポリエチレングリコール分子鎖を含む請求項13または14のいずれか一項に記載の組成物。
  16. 前記修飾ニュールツリンタンパク質産物がオリゴ−またはポリ−PEG化され、2、3、4つまたは数個のポリエチレングリコール分子鎖を含む請求項13または14のいずれか一項に記載の組成物。
  17. 前記修飾ニュールツリンタンパク質産物が少なくとも1つの線状ポリエチレングリコール分子鎖を含む請求項13〜16のいずれか一項に記載の組成物。
  18. 前記修飾ニュールツリンタンパク質産物が少なくとも1つの分枝鎖ポリエチレングリコール分子鎖を含む請求項13〜16のいずれか一項に記載の組成物。
  19. 前記ポリエチレングリコール分子が100〜10000Daの、好ましくは200〜8000Daの、最も好ましくは1000〜7000Daの平均分子量を有する請求項13〜18のいずれか一項に記載の組成物。
  20. 前記ポリエチレングリコール分子が前記修飾ニュールツリンタンパク質産物のN末端アミノ酸に連結される請求項13〜19のいずれか一項に記載の組成物。
  21. 前記ポリエチレングリコール分子がアシルまたはアルキル結合を介して前記修飾ニュールツリンタンパク質産物に連結される請求項13〜20のいずれか一項に記載の組成物。
  22. 前記ポリエチレングリコール分子がOH−、OCH−またはOEt−基により終結される請求項13〜21のいずれか一項に記載の組成物。
  23. 非修飾対照ニュールツリンタンパク質産物と比較して活性成分の生物学的利用能増大を示す請求項13〜22のいずれか一項に記載の組成物。
  24. 前記修飾ニュールツリンタンパク質が活性成分の生物学的利用能の少なくとも2倍の、好ましくは少なくとも5倍の、さらに好ましくは少なくとも10倍の増大を提供する量で存在する請求項13〜23のいずれか一項に記載の組成物。
  25. 注射または注入のための請求項13〜24のいずれか一項に記載の組成物。
  26. 皮下または静脈内注射のための請求項25記載の組成物。
  27. 膵臓または神経変性障害の予防または治療のための請求項13〜26のいずれか一項に記載の組成物。
  28. I型真性糖尿病、LADAおよびII型真性糖尿病の予防または治療のための請求項27記載の組成物。
  29. 哺乳類、特にヒトへの投与のための請求項13〜28のいずれか一項に記載の組成物。
  30. 野生型ヒトニュールツリンと比較して少なくとも1つの、例えば1、2、3または4つのアミノ酸変化を含むヒトニュールツリンの変異体。
  31. アミノ酸変化が請求項9〜12に定義されたものと同じである請求項30記載のヒトニュールツリンの変異体。
  32. 活性成分としての少なくとも1つのポリエチレングリコール分子と共役する少なくとも1つの修飾ニュールツリンタンパク質産物またはその生物学的活性断片を、製薬上許容可能な担体、希釈剤および/またはアジュバントと一緒に含む製剤組成物をそれを必要とする被験者に投与するための方法。
  33. 活性成分としての少なくとも1つのポリエチレングリコール分子と共役する少なくとも1つの修飾ニュールツリンタンパク質産物またはその生物学的活性断片を、低分子量物質と一緒に、製薬上許容可能な担体、希釈剤および/またはアジュバントと一緒に含む製剤組成物をそれを必要とする被験者に投与するための方法。
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