JP2016505277A - 組換え酵母形質転換体及びこれを用いた免疫グロブリンＦｃ断片の生産方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ヒト免疫グロブリンFc断片をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターがピキア属（pichia sp.）酵母に導入されることにより製造された形質転換体、前記形質転換体を培養し、前記培養物から免疫グロブリンFc断片を回収する工程を含む、免疫グロブリンFc断片を生産する方法、及び前記方法で製造され、薬物担体として用いられる免疫グロブリンFc断片に関する。前記形質変換体は、薬物担体として効率的に免疫グロブリンFc断片を生産する上で、宿主細胞として大腸菌や動物細胞を使用する際の問題の解決策として、薬物の効果的かつ経済的な生産に広く活用されることができる。
Description
本発明は、組換え酵母形質転換体及びこれを用いて免疫グロブリン断片を生産する方法に関する。より具体的には、本発明は、ヒト免疫グロブリンFc断片をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターがピキア属（Pichia sp.）酵母に導入されることにより製造された形質転換体、前記形質転換体を培養して前記培養物から免疫グロブリンFc断片を回収する工程を含む、免疫グロブリンFc断片を生産する方法及び前記方法により生産され、薬物担体として用いることのできる免疫グロブリンFc断片に関する。
バイオエンジニアリング及びバイオテクノロジーの発展とともに、現在まで種々の疾病に対する多くの生理活性ポリペプチド（タンパク質）及びペプチド医薬品が 治療のオプションとして開発されてきた。しかし安定性が低いため、これらのポリペプチドやペプチド医薬品は容易に変性し、腎臓や肝臓を通じて容易に除去される傾向にある。よって、薬理成分としてポリペプチドを含むタンパク質医薬品の血中濃度及び力価を維持するためには、タンパク質医薬品を患者に頻繁に投与しなければならないという欠点がある。従って、タンパク質医薬品の生体内濃度を適正レベルに維持させることが、タンパク質医薬品の開発における最も重要な問題である。
このような問題を解決するために、タンパク質薬物の生体内安定性及び血中薬物濃度を長時間高く持続させて薬効を極大化しようとする努力が続けられており、タンパク質剤形の変化、他のタンパク質との融合、あるいは高分子物質の結合が試みられている。近年最も脚光を浴びている方法の一つが、免疫グロブリンとタンパク質との融合である。
免疫グロブリンとその断片を用いてタンパク質薬物の安定性を高めようとする試みも多くなされており、特許文献１では、架橋剤を用いて、ヒト成長ホルモンにウシ血清アルブミンまたはマウスの免疫グロブリンを結合させることが開示されている。前記結合体は、改変されていない成長ホルモンによりも成長ホルモンの活性を増加させる。また、インターフェロン（特許文献２）、インターロイキン-４受容体、インターロイキン-７受容体またはエリスロポエチン（erythropoietin）（特許文献３）を、免疫グロブリンのFc断片と融合させた後、哺乳動物において発現させるなど、その他様々な融合タンパク質が製造されている。特許文献４には、サイトカインまたは成長因子をオリゴペプチドリンカーにより免疫グロブリンのFc断片に結合させた融合タンパク質が開示されている。また、特許文献５では、免疫グロブリンFc断片のアミノ末端またはカルボキシル末端に遺伝子組換え法により融合させたタンパク質が開示されている。特許文献６では、IL-2を免疫グロブリンFc断片にペプチド結合により融合させた融合タンパク質が開示されている。
その他にも、遺伝子組換えにより製造されたFc融合タンパク質が多く開示されているが、その例として、インターフェロンβまたはその誘導体と免疫グロブリンFc断片の融合タンパク質（特許文献７）、IL-5受容体と免疫グロブリンFc断片の融合タンパク質（特許文献８）が開示されている。また、特許文献９には、免疫グロブリンFc断片を融合パートナーではなく、担体として使用することが開示されている。
従来の免疫グロブリンまたは免疫グロブリンFc断片の生産は、主に大腸菌を用いて行われてきた。米国のアムジェン社は、特許文献１０、特許文献１１及び特許文献１２において治療用タンパク質または治療用タンパク質ペプチドミミックを製造し、そのアミノ末端またはカルボキシル末端にヒトIgG１のFcヒンジ領域の最初の５つのアミノ酸残基が欠失した誘導体を融合させた後、大腸菌宿主を使用して製造することを開示している。しかし、シグナル配列を持たない融合タンパク質は、凝集体（inclusion body）の形で発現されるため、分離後に別途のリフォールディング（refolding）過程を経なければならないという欠点を有する。リフォールディング過程は、タンパク質の生産収率は低下させ、特に相同または異形のニ量体として存在するタンパク質の場合には、ニ量体の収率が顕著に減少する。また、タンパク質がシグナル配列なしで大腸菌で発現される場合、大腸菌のタンパク質発現体系の特性上、アミノ末端にメチオニン残基が付加される。前述したアムジェン社の発現産物はアミノ末端にメチオニン残基を有し 、このメチオニン残基は、人体に反復投与あるいは過量投与時に免疫反応を誘発することがある。また、これらの融合分子は、治療用タンパク質をコードする遺伝子とFc遺伝子を連結させて大腸菌において融合タンパク質の形で発現されるため、大腸菌で発現されにくく、治療用タンパク質は大腸菌における発現が融合体の形である場合、生産が困難であり、活性が著しく減少したり、喪失する という結果をもたらす。また、二つの分子の融合は、二つのタンパク質間の融合部位において生体内には存在しない異常な配列であるため、融合タンパク質は免疫系において外部物質として認識され、免疫反応を引き起こすこともある。
上述したように、大腸菌の利用は、その急速な成長率と蓄積された発酵及び遺伝子工学技術により治療的に有用なタンパク質の生産において、非糖化タンパク質の形で高収率で発現できるという長所があるが、組み換えタンパク質は最初のアミノ末端に天然型タンパク質にはないメチオニン（methionine）を有し、大腸菌由来の発熱（endotoxin）物質の除去とタンパク質のリフォールディングによる複雑な精製工程が必要とされるという欠点がある。
一方、動物細胞の利用は、天然型免疫グロブリンに近い形の糖化タンパク質として融合タンパク質の生産を可能にするという長所があるが、生産コストが非常に高く、動物由来ウイルスまたはタンパク質の流入リスクを甘受しなければならないという欠点がある。従って、上述したような制限の解決を試みようとする要求が増大しており、これを解決するための方法として大腸菌と動物細胞の長所を全て有している酵母を宿主として使用する方法が推奨されている。
タンパク質の生産に主に用いられる酵母は、サッカロミセス・セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）属が代表的である。真核微生物であるサッカロミセス・セレビシエは、人体に対して安全性が立証された微生物で、遺伝子操作が容易であり、多様な発現システムが開発されており、大量培養が容易である。また、真核生物の様々な発現システムが発達されてきた。人体タンパク質のような高等細胞由来のタンパク質を生産する場合、組換え法が用いられ、この微生物はさらに、タンパク質を細胞外に分泌する分泌機能と糖鎖付加などの翻訳後修飾を提供する。さらに、酵母の組換えタンパク質は、分泌シグナルによる細胞外分泌過程によって、フォルディング（folding）及びジスルフィド結合形成、糖化が進み、それによって完全な生理活性型に発展する。前記酵母は、効率の低い細胞破砕及びリフォールディング工程を必要としないため非常に経済的である。しかし、サッカロミセス・セレビシエを用いたタンパク質分泌システムの問題として指摘されているのが、ヒトタンパク質の種類に応じて分泌率に格段の差を示し、高付加価値の人体医薬用タンパク質を生産しようとするとき、発現及び分泌が困難であるという問題が頻繁に発生するということである（特許番号１３）。
H.Neurath, RLHill, The Proteins, Academic Press, New York, 1979
Proc. Natl. Acad. Sci.（USA）.1979, 76:3829
本発明者らは、従来の酵母を用いて人体医薬用タンパク質を生産する方法を改善する方法を開発すべく鋭意研究努力した結果、メタノール磁化酵母の一種であるピキア属の酵母を用いて、薬物担体として有用に用いられる分泌性免疫グロブリンFc断片を生産する場合、別途のリフォールディング工程が必要なく、アミノ末端に付加的なアミノ酸が添加されず、分泌発現量が増加し、内毒素（endotoxin）または動物由来の外来病原体の汚染負担を最小限に抑え、精製工程が単純な分泌性免疫グロブリンFc断片を生成することができることを確認し、本発明を完成した。
本発明の目的は、ヒト免疫グロブリンFc断片をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターがピキア属（pichia sp．）酵母に導入されることにより製造された形質転換体を提供することである。
本発明の他の目的は、前記形質転換体を培養し、前記培養物から免疫グロブリンFc断片を回収する工程を含む、免疫グロブリンFc断片を生産する方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、前記方法で製造され、薬物担体として用いられる免疫グロブリンFc断片を提供することである。
本発明の組換え形質転換体は、薬物担体として用いられる免疫グロブリンFc断片の生産において宿主として大腸菌や動物細胞を用いる際の問題を克服することができ、薬物のより効果的かつ経済的な生産に広く活用することができる。
前記目的を達成するための一態様として、本発明は、ヒト免疫グロブリンFc断片をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターが、ピキア属（pichia sp．酵母に導入されることにより改変された形質転換体を提供する。
本発明の用語「免疫グロブリン」とは、「抗体（antibody）」とも呼ばれ、免疫系内で抗原の刺激により生成され、特定の抗原と特異的に結合し、リンパや血液を流れて抗原抗体反応を起こす物質を意味する。基本的に2つの同様の全長の軽鎖及び2つの同様の全長の重鎖からなり、それぞれの軽鎖は、重鎖とジスルフィド結合で連結された形態で構成され、前記重鎖の不変領域のタイプ（ガンマ（γ）、ミュー（μ）、アルファ（α）、デルタ（δ）及びイプシロン（ε）など）とそのサブクラス（ガンマ1（γ1）、ガンマ2（γ2）、ガンマ3（γ3）、ガンマ4（γ4）、アルファ1（α1）、アルファ2（α2）など）により、IgG、IgA、IgD、IgE、IgMなどの種々のアイソタイプ（isotype）に分類されるが、代表的なアイソタイプであるIgGは、IgG1、IgG2、IgG3、IgG4などに分類され得る。本発明の目的上、前記免疫グロブリンは、全体の免疫グロブリン分子だけでなく、免疫グロブリン分子の機能的な断片を含む。前記機能的な断片とは、抗原結合機能を有している断片を意味し、Fab、F（ab’）、F（ab'）2、Fv、scFv、Fd及びFcなどを含む。
前記免疫グロブリン断片中、Fabは、軽鎖と重鎖の可変領域と軽鎖の不変領域及び重鎖の最初の不変領域（CH1）と1つの抗原結合部位を含む。前記Fab’断片は、重鎖CH1ドメインのカルボキシル末端に1つ以上のシステイン残基を含むヒンジ領域（hinge region）有するという点でFab断片とは異なる。前記F(ab')2断片は、Fab'断片のヒンジ領域のシステイン残基がジスルフィド結合を形成することによりFab'断片のペアとして製造される。Fvは重鎖可変部位及び軽鎖可変部位のみを有している最小の抗体片であり、前記scFv（単鎖Fv）断片は、重鎖可変部位及び軽鎖可変部位のみがペプチドリンカーで連結された単一ポリペプチド鎖の形で構成され、また、前記Fd断片は、重鎖可変領域及びCH1ドメインのみで構成される。このような免疫グロブリン分子の機能的な断片は、タンパク質加水分解酵素を利用したり（例えば、全体の抗体をパパインで制限切断し、Fabを得ることができ、ペプシンで切断すれば、F（ab’）2断片を得ることができる）、または遺伝子組換え技術を通じて生産することができる。
本発明の用語「免疫グロブリンFc断片」とは、重鎖と軽鎖可変領域、重鎖不変領域1（CH1）と軽鎖不変領域（CL1）を除外した、2つの不変領域（CH2及びCH3）を構築する2つの重鎖からなる免疫グロブリン断片を意味する。場合によっては、免疫グロブリン断片は、重鎖不変領域に付着されるヒンジ（hinge）部分をさらに含むこともある。さらに、前記免疫グロブリンFc断片は、生体内で代謝される生分解性のポリペプチドであるため、薬物担体として使用するのに安全である。さらに、免疫グロブリンFc断片は、免疫グロブリン全体分子の分子量が小さいため、結合体の製造、精製、及び収率の面で有利であり、アミノ酸配列が抗体別に異なることから、非均質性（heterogenous）を示すFab断片が除去され、結合体の同質性が大幅に増加し、結合体の血中抗原性の誘発可能性も低くなる効果も期待することができる。
本発明の免疫グロブリンFc断片は、一般的なFc断片と実質的に同等または向上した効果を有する限り、重鎖と軽鎖可変領域を除き、一部または全体重鎖不変領域1（CH1）及び/または軽鎖不変領域1（CL1）を含む拡張されたFc領域であってもよい。さらに、本発明の免疫グロブリンFc断片は、CH2及び/またはCH3に該当する相当長い一部アミノ酸配列が除去された領域であってもよい。すなわち、本発明の免疫グロブリンFc断片は、1）CH1ドメイン、CH2ドメイン、CH3ドメイン、及びCH4ドメイン、2）CH1ドメイン及びCH2ドメイン、3）CH1ドメイン、及びCH3ドメイン、4）CH2ドメイン、及びCH3ドメイン、5）1つ以上の不変ドメインと免疫グロブリンヒンジ領域（またはヒンジ領域の一部）との組み合わせ、6）各重鎖不変ドメインと軽鎖不変ドメインのニ量体から構成される。
さらに、本発明の免疫グロブリンFc断片は、天然型アミノ酸配列だけでなく、この配列の変異体（mutants）を含む。前記アミノ酸配の列変異体とは、天然アミノ酸配列中の一つ以上のアミノ酸残基が欠失、挿入、非保全的または保全的な置換またはこれらの組み合わせにより相違する配列を有することを意味する。例えば、IgG Fcの場合、抗体結合において重要な役割をすることが知られている214〜238、297〜299、318〜322または327〜331番位置のアミノ酸残基が、改変のための適宜部位として用いられる。さらに、様々な変異体、例えば、ジスルフィド結合を形成する残基が除去されるか、天然型FcのN-末端の数個のアミノ酸が除去されるか、または天然型FcのN-末端にメチオニン残基が付加されることもできるなど、多様な種類の変異体が可能である。さらに、エフェクター機能をなくすために、補体結合部位、例えば、C1q結合モチーフ、またはADCC（antibody dependent cell mediated cytotoxicity）モチーフが除去されることもできる。免疫グロブリンFc断片のアミノ酸配列の変異体を製造する技術は、特許文献１４、特許文献１５などのPCTに開示されている。前記Fc断片は、ヒト及び牛、ヤギ、ブタ、マウス、ウサギ、ハムスター、ラット、ギニー・ピッグなどの動物の生体内で分離した天然型であってもよく、形質転換された動物細胞または微生物から得られた組換え型またはその変異型であってもよい。前者の場合、全体の免疫グロブリンをヒトまたは動物の生体から分離した後、酵素を処理を行う。パパインを処理する場合は、全体の免疫グロブリンがFabとFcに切断される。ペプシンは、全体の免疫グロブリンをpF'cとF(ab)2に切断する。これらの断片をサイズ排除クロマトグラフィー（size-exclusionchromatography）などを用いてFcまたはpF'cに分離することができる。好ましくは、ヒト免疫グロブリンFcドメインを、微生物から取得したものである。
本発明の目的上、前記免疫グロブリンFc断片は、IgG1のFc断片、IgG2のFc断片、IgG3のFc断片、IgG4のFc断片などのIgG由来のFc断片であってもよく、好ましくは、IgG2のFc断片またはIgG4のFc断片であってもよく、より好ましくはIgG4のFc断片であってもよく、最も好ましくは、配列番号1または配列番号2の塩基配列で表されるポリヌクレオチドによりコードされるIgG4のFc断片または配列番号10または配列番号11で表されるアミノ酸配列を含むIgG4のFc断片であってもよい。
前記免疫グロブリンFc断片は、全体の天然型タンパク質又はペプチドの活性を変えることなく、アミノ酸置換されることがある。最も一般的な交換は、アミノ酸残基Ala/Ser、Val/Ile、Asp/Glu、Thr/Ser、Ala/Gly、Ala/Thr、Ser/Asn、Ala/Val、Ser/Gly、Thy/Phe、Ala/Pro、Lys/Arg、Asp/Asn、Leu/Ile、Leu/Val、Ala/Glu、Asp/Gly間で起こる。場合によっては、前記アミノ酸は、例えば、リン酸化（phosphorylation）、硫化（sulfation）、アクリル化（acrylation）、糖化（glycosylation）、メチル化（methylation）、ファルネシル化（farnesylation）、アセチル化（acetylation）及びアミル化（amidation）などで修飾（modification）されることもできる。これらの修飾方法は、当該分野において公知となっている（非特許文献１）。
本発明の用語「形質転換」または「修飾」とは、遺伝子操作技術を用いて、プラスミドにより導入されるか、外部の遺伝物質の導入の結果生じる、宿主細胞（原核生物及び真核生物、動物細胞、植物細胞を含めて）の遺伝的改変を意味する。前記用語「形質転換体」とは、細胞分裂を繰り返しても、プラスミドにより導入されるか、外部から導入された遺伝物質が安定的に維持し発現する細胞を意味する。本発明の形質転換を行うためには、核酸を有機体、細胞、組織、器官、または核酸内に導入する如何なる方法も用いることができる。好ましくは、当該分野において公知の宿主細胞に応じて適合した標準技術を選択して行うことができる。酵母内への形質転換は、一般にヴァン・ゾーリンゲン（Van Solingen）らの文献（J. Bact。、1977、130：946）及びヒシャオ（Hsiao）らの文献（非特許文献２）の方法により行われる。酵母の形質転換方法としては、電気装置を用いる電気衝撃遺伝子伝達法（electroporation）と、細胞壁の一部を除去して形質転換するスフェロプラスト法（spheroplasting）が含まれるが、特にこれに限定されるものではない。本発明の目的上、前記形質転換体は、形質転換により免疫グロブリンGのFc遺伝子が宿主である酵母の遺伝体（genome）に挿入され、多重複製（multi-copy）クローンとして存在する形質であってもよい。本発明の目的上、ヒト免疫グロブリンFc断片をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターが導入された形質転換体である以上、特に制限されるものではない。例えば、免疫グロブリンFc断片をコードするポリヌクレオチドを含むpPIC9K-IgG4のFc発現ベクターが導入されたPichia（Komagataella）pastoris HMC041（寄託番号KCCM11348P）または免疫グロブリンFc断片をコードするポリヌクレオチドを含むpPIC9K-mPSCFc発現ベクターが導入されたPichia（Komagataella）pastoris HMC042（寄託番号KCCM11350P）であってもよい。
本発明の用語「宿主細胞」とは、外部からの遺伝物質の導入対象となる細胞を意味する。本発明において有効な宿主細胞の例として、特にこれに限定されないが、酵母（例えば、ピキア・パストリス（Pichia pastoris）、サッカロミセス・セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）、シゾサッカロマイセス属（Schizosaccharomyces sp．）、ニューロスポーラ・クラサ（Neurospora crassa））を含む。好ましくは、酵母は、N末端修飾において付加的なアミノ酸及びリフォールディング過程を必要としない天然型と構造的に同様の組換え免疫グロブリンを発現させることができるため、宿主細胞として用いられ、また、動物由来の汚染に対して安全である。より好ましくは、Pichia sp．酵母であり、最も好ましくはPichia pastorisを使用してもよい。
本発明の用語「発現ベクター」とは、適当な宿主細胞において目的のタンパク質を発現することができるベクターであり、宿主細胞内で遺伝子挿入物が発現されるように作動可能に連結された調節要素を含む遺伝子作製物を意味する。本発明の免疫グロブリンFc断片をコードするポリヌクレオチドを含む限り、特にこれに限定されない。本発明の目的上、前記発現ベクターは、ピキア属の酵母に導入され、免疫グロブリンFc断片を発現するものであってもよく、例えば、図1の開裂地図で示されるpPIC9K-IgG4Fcまたは図2の開裂地図で示されるpPIC9K-mPSCFcであってもよい。
本発明の用語「作動可能に連結された（operably linked）」とは、一般的な機能を行うように核酸発現調節配列と、目的とするタンパク質をコードする核酸配列が機能的に連結されていることをいう。組換えベクターとの作動可能な連結は、当分野に公知の遺伝子組換え技術を用いて製造することができ、部位-特異的DNAの切断及び連結は、当分野に公知の酵素などを使用して容易に行うことができある。
本発明の一実施例によると、免疫グロブリンFc断片をコードするポリヌクレオチドを含むpPIC9K-IgG4Fc及びpPIC9K-mPSCFcの発現ベクターを製造した。pPIC9K-IgG4Fc及びpPIC9K-mPSCFcの発現ベクターをピキア・パストリス菌株に導入して作製した形質転換体を、それぞれ「Pichia（Komagataella）pastoris HMC041」及び「Pichia（Komagataella）pastoris HMC042」と命名し、2013年1月7日、韓国微生物保存センター（Korean Culture Center of Microorganisms、ソウル市西大門区弘済1洞361-221）にそれぞれ寄託番号KCCM11348P及び寄託番号KCCM11350Pとして寄託した。
本発明の用語「多重複製（multi-copy）クローン」とは、遺伝子操作を通じて外部遺伝子が宿主細胞に導入された後、宿主細胞の特定の遺伝子または特定の部位との交差により組換え（recombination）または再配列（rearrangement）が起こり、複数の外部遺伝子が宿主細胞の遺伝体内にランダムに挿入されている形態の形質転換体を意味する。概ね、前記多重複製クローンは、ジェネティシン（Geneticin）マーカーにより選別される1つ以上の遺伝子が宿主細胞の遺伝体内に挿入されている形質転換体になることができ、好ましくは、3mg/ml以上のジェネティシンマーカーにより選別される5つ以上の遺伝子が挿入された形質転換体になることができる。
他の態様として、本発明は、前記形質転換体を培養する工程及び、前記培養物から免疫グロブリンFc断片を回収する工程を含む、免疫グロブリンFc断片を生産する方法を提供する。また、前記方法は、別途のタンパク質のリフォールディング工程を必要としないことを特徴とすることができる。
前記組換えピキア・パストリス酵母は、当業界に公知の適当な培地と培養条件に応じて培養され得る。前記培養過程は、当業者であれば、用いられる菌株に応じて容易に調整して適用することができる。
また、前記培養物から回収された免疫グロブリンFc断片は、さらに精製することなく、または、透析、塩沈殿及びクロマトグラフィーを用いて精製して使用することができる。その中でクロマトグラフィーが最も広く使用される。カラムの種類と順序の選択には、いずれの場合でも適用することができる法則はない。抗体の目的タンパク質の特性、培養工程などに応じてイオン交換クロマトグラフィー、サイズ排除クロマトグラフィー、アフィニティー・クロマトグラフィー、疎水性クロマトグラフィー、タンパク質-A親和コラムなどから選択することができる。
さらに一態様として、本発明は、前記方法で製造され、薬物担体として用いられる免疫グロブリンFc断片を提供する。前記免疫グロブリンFc断片は、薬物担体として作用し、薬物と結合体を形成し、薬物の生体内利用率を増加させることができる。
本発明の用語「薬物」とは、ヒトや動物に投与される場合、治療的効果を示す物質を意味する。ペプチド、ポリペプチド、化合物、抽出物、核酸、好ましくは、ペプチドまたはポリペプチドが薬物の範囲内に含まれるが、特にこれに限定されない。
本発明の用語「担体」とは、薬物と共に結合される物質を意味し、前記薬物の生理活性の減少を最小限に抑えながら、同時に薬物の生体内安定性を増加させるための用途として使用される。すなわち、本発明は、前記薬物の生体内持続性の増進と、生体内活性の減少の最小化のための、種々の可能なIgG1、IgG2、IgG3及びIgG4 Fc断片を提供する。好ましくは、IgG2 Fc及びIgG4 Fc断片を提供する。さらに好ましくは、本発明はIgG4 Fc断片を提供する。しかし、免疫グロブリンの生体内持続性に必要なFcRn受容体に結合する部位を有するものであれば、Fc断片は本発明の範疇に含まれる。
本発明の方法により製造された免疫グロブリンFc断片は、別途のリフォールディング工程が必要なく、N-末端に付加的なアミノ酸が添加されない長点を有する。また、分泌発現量が増加し、内毒素（endotoxin）または動物由来の外来病原体の汚染負担を最小限に抑え、精製工程が単純である。このような長所を有する免疫グロブリンFc断片は、生体内で代謝される生分解性のポリペプチドであるため、薬物担体として用いられる。さらに、前記免疫グロブリンFc断片は、免疫グロブリン全体分子に比べて相対的に分子量が少ないため、結合体の製造、精製、及び収率の面で有利であるだけでなく、アミノ酸配列が抗体別に異なり、高い非均質性を示すFab部分が除去されるため、物質の同質性が大幅に増加し、血中抗原性の誘発可能性も低くなる効果も期待することができる。
IgGのサブクラス（subclass）の中、IgG4が補体（C1q）に対する結合力が最も低い。このように補体に対する結合力が低下すると、前記Fc断片は抗体-依存性細胞毒性（Antibody-dependent cell cytotoxicity、ADCC）及び補体-依存性細胞毒性（Complement-dependet cytotoxicity、CDC）のようなエフェクター機能の調節能が低下し、生体内における不要な免疫反応を誘発しなくなる。C1qの結合力は、IgG2及びIgG4のFc断片がIgG1よりも低く、このうちIgG4 Fc断片が最も低い。薬物担体として使用するためには、前記薬物に結合されるFc断片は、抗体-依存性細胞毒性及び補体-依存性細胞毒性などの低いエフェクター機能を示すことが好ましい。本発明の目的上、IgG2のFc及びIgG4のFc断片が好ましく、より好ましくはIgG4のFc断片である。すなわち、本発明による薬物担体として有効な免疫グロブリンFc断片は、配列番号10または配列番号11で表されるヒトIgG4のFc断片及びヒンジ領域の一部が欠失したその誘導体であってもよく、これは、特許文献１７に記載されている大腸菌形質転換体HM11201（KCCM-10660P）から生産されたタンパク質と同様のアミノ酸配列を含むことができる。
以下、本発明について実施例を通じてさらに詳しく説明する。しかし、これら実施例は、本発明を例示的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれら実施例により限定されるわけではない。
実施例１：免疫グロブリンFc断片を生産するためのピキア・パストリス（Pichia pastoris）の発現ベクターの作製
組換え酵母ピキア・パストリスで、ヒト免疫グロブリンFc断片を発現する発現ベクターを作製した。前記発現ベクターは、IgG4ヒンジ領域とIgG4不変領域のCH2及びCH3ドメインからなるヒト免疫グロブリンFc断片をコードする塩基配列（配列番号1）より作製され、以下のように製造した。
組換え酵母ピキア・パストリスで、ヒト免疫グロブリンFc断片を発現する発現ベクターを作製した。前記発現ベクターは、IgG4ヒンジ領域とIgG4不変領域のCH2及びCH3ドメインからなるヒト免疫グロブリンFc断片をコードする塩基配列（配列番号1）より作製され、以下のように製造した。
ヒト免疫グロブリンFc断片DNAは、特許文献１６に開示されたプラスミドpBG4CH1-3を鋳型とし、PCRにより得られた。まず、フォワードプライマー（配列番号3）は、α因子分泌シグナル配列（alpha-factor secretion signal Sequence）との融合のためにSnaBI制限酵素部位を含むようにデザインし、リバースプライマー（配列番号4）は、EcoRI制限酵素部位を挿入してデザインした。免疫グロブリンG4のFc断片をコードするDNAを、これらのプライマーを用いてPCRにより増幅した。PCRは、95℃で40秒の変性段階、60℃で30秒のアニーリング段階、及び68℃で50秒の延長段階の30サイクルを行った。
5'-GCTTACGTAGAGTCCAAATATGGTCCCCCATGCC-3 '（配列番号3）
5'-CCGGAATTCTCATTTACCCAGAGACAGGGAGAGG-3 '（配列番号4）
5'-GCTTACGTAGAGTCCAAATATGGTCCCCCATGCC-3 '（配列番号3）
5'-CCGGAATTCTCATTTACCCAGAGACAGGGAGAGG-3 '（配列番号4）
前記より得られた免疫グロブリンG4Fc断片DNA（約700 bp）をpPIC9Kベクター（Invitrogen）にクローニングした。α因子分泌シグナル配列とのフレーム（frame）を合わせるために、免疫グロブリンG4Fc断片のPCR産物を制限酵素SnalBI及びEcoRIで処理した後、前述と同様の制限酵素で処理されたpPIC9Kベクターと、T4 DNAリガーゼ（ligase）の存在下でライゲーションした。前記結果として得られた発現ベクターは、α因子分泌シグナル配列の下流に免疫グロブリンG4のFc遺伝子を含むが、フォワードプライマーで表されるSnaBI制限酵素認識部位が残るため、前記ベクターから発現される場合、免疫グロブリンG4のFc断片に目的としないN末端の2つのアミノ酸が付加されるようになる。α因子分泌シグナル配列と免疫グロブリンG4のFc遺伝子の隣接部位に挿入されたSnaBI認識部位を欠失させるために、配列番号6と配列番号7として記載されるオリゴヌクレオチドプライマーを使用して特定部位の置換変異法（Site-directed Mutagenesis）を行い、前記結果として得られた発現ベクターをpPIC9K-IgG4Fcと命名した（図1）。
5'-GAGAAAAGAGAGGCTGAAGCTGAGTCCAAATATGGTCCCCCA-3 '（配列番号6）
5'-TGGGGGACCATATTTGGACTCAGCTTCAGCCTCTCTTTTCTC-3 '（配列番号7）
5'-GAGAAAAGAGAGGCTGAAGCTGAGTCCAAATATGGTCCCCCA-3 '（配列番号6）
5'-TGGGGGACCATATTTGGACTCAGCTTCAGCCTCTCTTTTCTC-3 '（配列番号7）
図1は、組換えpPIC9K-IgG4Fc発現ベクターの作製過程を示した模式図である。前記図1で示すように、前記pPIC9K-IgG4Fc発現ベクターは、5 'アルコールオキシダーゼ1（AOX1）遺伝子プロモーターの調節下に配列番号1のDNA配列を含み、免疫グロブリンG4のFc遺伝子下流に位置する3’アルコールオキシダーゼ1（AOX1）遺伝子を通じて宿主細胞内のゲノミクス（Genomic）DNA内に組み込まれることができる。
実施例２：ピキア・パストリス（Pichia pastoris）のヒンジの一部配列が欠失した免疫グロブリンFc断片を生産するための発現ベクターの作製
ピキア・パストリスヒンジにおけるヒンジの一部配列が欠失した免疫グロブリンFc断片の発現ベクターは、IgG4ヒンジの一部領域とIgG4不変領域のCH2及びCH3ドメインからなるヒト免疫グロブリンFc断片の塩基配列（配列番号2）を用い、実施例１に記述した方法と同様の戦略により作製された。
ピキア・パストリスヒンジにおけるヒンジの一部配列が欠失した免疫グロブリンFc断片の発現ベクターは、IgG4ヒンジの一部領域とIgG4不変領域のCH2及びCH3ドメインからなるヒト免疫グロブリンFc断片の塩基配列（配列番号2）を用い、実施例１に記述した方法と同様の戦略により作製された。
ヒンジ領域の一部が欠失したヒト免疫グロブリンFc断片をコードするDNAは、特許文献１６に開示されたプラスミドpBG4CH1-3を鋳型とし、PCR増幅により取得した。
まず、フォワードプライマー（配列番号5）は、α因子分泌シグナル配列との融合のために、SnaBI制限酵素部位を含むようにデザインし、リバースプライマー（配列番号4）は、EcoRI制限酵素部位を有するようにデザインした。これらのプライナーを用いて免疫グロブリンG4のFc断片をコードするDNAをPCRにより増幅した。PCRは、95℃で40秒の変性段階、60℃で30秒のアニーリング段階、及び68℃で50秒の延長段階からなるサイクルを30回行った。
5'-GCTTACGTACCATCATGCCCAGCACCTGAGTTCC-3 '（配列番号5）
5'-GCTTACGTACCATCATGCCCAGCACCTGAGTTCC-3 '（配列番号5）
前記より得られた免疫グロブリンG4のFc断片DNA（約680bp）をpPIC9Kベクター（Invitrogen）にクローニングした。α因子分泌シグナル配列とのフレーム（frame）を合わせるために、免疫グロブリンG4Fc断片のPCR産物を制限酵素SnalBI及びEcoRIで処理した後、前述と同様の制限酵素で処理されたpPIC9Kベクターと、T4 DNAリガーゼ（ligase）の存在下でライゲーションした。前記結果として得られた発現ベクターは、α因子分泌シグナル配列のすぐ下流の免疫グロブリンG4のFc遺伝子を含むが、フォワードプライマーで表されるSnaBI制限酵素認識部位が残るため、前記ベクターから発現される場合、免疫グロブリンG4のFc断片に目的としないN末端の2つのアミノ酸が付加されるようになる。α因子分泌シグナル配列と免疫グロブリンG4Fc遺伝子の隣接部位に挿入されたSnaBI認識部位を欠失させるために、配列番号8と9で表される2つのライマーを使用して特定部位の置換突然変異法を行い、前記結果として得られた発現ベクターをpPIC9K-mPSCFcと命名した（図2）。
5'-TCTCTCGAGAAAAGAGAGGCTGAAGCTCCATCATGCCCAGCACCTGAGTTCCTG-3 '（配列番号8）
5'-CAGGAACTCAGGTGCTGGGCATGATGGAGCTTCAGCCTCTCTTTTCTCGAGAGA-3 '（配列番号9）
5'-TCTCTCGAGAAAAGAGAGGCTGAAGCTCCATCATGCCCAGCACCTGAGTTCCTG-3 '（配列番号8）
5'-CAGGAACTCAGGTGCTGGGCATGATGGAGCTTCAGCCTCTCTTTTCTCGAGAGA-3 '（配列番号9）
図2は、組換えpPIC9K-mPSCFc発現ベクターの作製過程を示した模式図である。図2で示すように、前記pPIC9K-mPSCFc発現ベクターは、5'アルコールオキシダーゼ1（AOX1）遺伝子プロモーターの調節下に配列番号2のDNA配列を含み、免疫グロブリンG4Fc遺伝子の下流に位置する3'アルコールオキシダーゼ1（AOX1）遺伝子を通じて宿主細胞内のゲノミクス（Genomic）DNA内に組み込まれることができる。発現ベクターが形質転換された宿主細胞は、α因子分泌シグナル配列によるヒンジ領域の一部が欠失した免疫グロブリンFc断片タンパク質を培養培地内に分泌することができる。
実施例３：ピキア・パストリス 酵母の形質転換及び多重複製クローンの選別
前記実施例1と2により得られた組換え発現ベクターpPIC9K-IgG4FcとpPIC9K-mPSCFcは、安定的な形質転換及びゲノミクスDNA内への挿入のために制限酵素SalIで処理し線状化（linearized）された。前記線状化された組換えIgGFc断片の発現ベクターは、宿主のアルコールオキシダーゼ遺伝子部位との組換え（recombination）により宿主のゲノミクス遺伝子内に組み込まれるようにデザインされた。前記実施例1と2により得られた組換え発現ベクターの形質転換のための宿主としてピキア・パストリス酵母のKM71とGS115菌株が用いられた。形質転換は、最も一般化されており、酵母に対して効率の良い電気衝撃遺伝子伝達法（electroporation）により行った。形質転換のために、ピキア・パストリスKM71及びGS115のスフェロプラスト（spheroplast）は、インビトロジェン社（Invitrogen、USA）から供給されるプロトコールにより製造された。
前記実施例1と2により得られた組換え発現ベクターpPIC9K-IgG4FcとpPIC9K-mPSCFcは、安定的な形質転換及びゲノミクスDNA内への挿入のために制限酵素SalIで処理し線状化（linearized）された。前記線状化された組換えIgGFc断片の発現ベクターは、宿主のアルコールオキシダーゼ遺伝子部位との組換え（recombination）により宿主のゲノミクス遺伝子内に組み込まれるようにデザインされた。前記実施例1と2により得られた組換え発現ベクターの形質転換のための宿主としてピキア・パストリス酵母のKM71とGS115菌株が用いられた。形質転換は、最も一般化されており、酵母に対して効率の良い電気衝撃遺伝子伝達法（electroporation）により行った。形質転換のために、ピキア・パストリスKM71及びGS115のスフェロプラスト（spheroplast）は、インビトロジェン社（Invitrogen、USA）から供給されるプロトコールにより製造された。
それぞれ10ugの線状化された組換えベクターを、80ulのKM71またはGS115のスフェロプラスト（spheroplast）とよく混合した後、前記混合物を、0.2cmキュベット（cuvette）の氷上で5分間反応させた。その後、キュベットをバイオ・ラッド社（BIO-rad）の電気衝撃遺伝子伝達装置（electroporation device、gene pulser）に入れ、2000V、200Ω、25uFの電気的衝撃（pulse）を加えて形質転換を誘導した。前記反応混合物に、冷たい1Mのソルビトール1mlを添加し、MD（minimal dextrose）寒天プレートに塗布して28℃で3日間培養し、His+陽性形質転換体を選別した。多重複製クローンの選別のために、MD寒天プレートに形成されたHis+陽性形質転換体を1mlの滅菌蒸留水を添加して均一に溶解し、多様な濃度（0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mg/ml）のジェネティシン（Geneticin）を含むYPD寒天プレートに105個の細胞に該当する量を塗布し、28℃で5日間培養した。ジェネティシン（Geneticine）に対して耐性を有する多重複製クローンを選別し、免疫グロブリン断片遺伝子がゲノミクスDNAに挿入されているか否かを確認するために、3.0 mg/ml及び4.0 mg/mlのジェネティシンを含むYPD寒天プレートで形成されたコロニーを用いて、コロニーPCRを行った。具体的には、免疫グロブリンFc断片遺伝子の挿入を確認するために、配列番号3と4の2つのプライマーを用いてPCRを行い、また、ヒンジの一部が欠失した免疫グロブリンFc断片をコードする遺伝子の挿入を確認のために、配列番号5と4の2つのプライマーを用いてPCRを行った。PCRは、95℃で40秒の変性過程 、60℃で30秒のアニーリング過程、及び68℃で50秒の延長過程からなるサイクルを30回行った（図3）。図3は、3mg/ml及び4mg/mlのジェネティシンにより選別された多重複製クローン形質転換体における遺伝子挿入を確認したPCRの画像である。図3に示すように、前記PCRは、免疫グロブリンFc断片遺伝子が宿主細胞のゲノミクス遺伝子に挿入されたことを証明する。
前記免疫グロブリンFc断片遺伝子が導入されたpPIC9K-IgG4Fc及びpPIC9K-mPSCＦｃの発現ベクターがピキア・パストリス菌株に形質転換されることにより製造された形質転換体を、「Pichia（Komagataella）pastoris HMC041」及び「Pichia（Komagataella）pastoris HMC042」と命名し、2013年1月7日に韓国微生物保存センター（Korean Culture Center of Microorganisms、ソウル市西大門区弘済1洞361-221）にそれぞれ寄託番号KCCM11348P及び寄託番号KCCM11350Pとして寄託した。
本発明の前記好ましい実施態様は、例示的目的のために記述しているが、当分野の当業者は、後述する特許請求に記述されるように、本発明の範囲及び思想から離脱することなく、様々な変更、付加及び代替が可能であることを理解すべきである。
Claims (12)
- ヒト由来の免疫グロブリンFc断片をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターが、ピキア属（Pichia sp.）酵母に導入されて改変された形質転換体。
- 前記ピキア属酵母がピキア・パストリス（Pichia pastoris）である、請求項１に記載の形質転換体。
- 前記免疫グロブリンがIgGである、請求項１に記載の形質転換体。
- 前記IgGがIgG1、IgG2、IgG3、または IgG4である、請求項3に記載の形質転換体。
- 前記免疫グロブリンFc断片が、配列番号10または配列番号11で表されるアミノ酸配列を含むものである、請求項１に記載の形質転換体。
- 前記ポリヌクレオチドが、配列番号1または配列番号2で表される塩基配列を含むものである、請求項１に記載の形質転換体。
- 前記発現ベクターが、図１の開裂地図で示されるpPIC9K-IgG4Fcまたは図２の開裂地図で示されるpPIC9K-mPSCFcである、請求項１に記載の形質転換体。
- 前記形質転換体が、Pichia（komagataella）pastoris HMC041（寄託番号KCCM１1348P）またはPichia(Komagataella）pastoris HMC042（寄託番号KCCM11350P）である、請求項１に記載の形質転換体。
- （ａ）請求項１〜８のいずれか１項に記載の形質転換体を培養する工程、及び、
（ｂ）前記培養物から免疫グロブリンFc断片を回収する工程を含む、免疫グロブリンFc断片の生産方法。 - 請求項９に記載の方法により製造され、薬物担体（キャリア）として用いられる、免疫グロブリンFc断片。
- 前記免疫グロブリンFc断片が配列番号10または配列番号11で表されるアミノ酸配列を含むものである、請求項１０に記載の免疫グロブリンFc断片。
- 前記方法が、別途のタンパク質のリフォールディング（refolding）過程を必要としないことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
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