JP2016533363A - タンパク質含有膜小胞を含む抗原性組成物を使用したポリクローナル抗体を産生するための方法 - Google Patents

タンパク質含有膜小胞を含む抗原性組成物を使用したポリクローナル抗体を産生するための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、抗原性標的タンパク質に対するポリクローナル抗体を産生するための方法に関し、それは、宿主に対する抗原性標的タンパク質を組み込む膜小胞を含む免疫原性組成物を適用することによって、宿主の免疫応答を誘導することと、宿主の血清から標的タンパク質に対する抗体を得ることと、を含む。この方法のより具体的な実施形態は、少なくとも以下の工程を含む:a)標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有する細胞溶解物と、を含む反応媒体におけるインビトロ翻訳反応によって標的タンパク質を合成する工程;b)前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を、前記媒体から分離する工程;c)生理学的に適合可能な媒体において、合成された標的タンパク質を含む膜小胞を提供する工程;d)工程c)の前記膜小胞を、宿主に適用する工程;e)前記標的タンパク質に対する特異的免疫応答に対して、前記宿主の血清サンプルを試験する工程と、f)前記標的タンパク質に対する特異的免疫応答を示す宿主の血清から、前記標的タンパク質に対する特異的抗体を得る工程。【選択図】なし

Description

抗体は、診断および治療における強力かつ非常に貴重なツールである。高度に特異的な抗体の需要の高まりに応じて、いくつかの異なる戦略が、十分な量での抗体の確実な産生を得るために、長い間開発されてきた(例えば、非特許文献1を参照)。この内容において、1975年のハイブリドーマ技術の発見は、マウスハイブリドーマがモノクローナル抗体の最初の確実なソースであったため、重要な突破口を表す。
理論的には、モノクローナル抗体は、選択した任意の標的に対して開発され得る。選択したターゲットの提供は、絶対不可欠である。遺伝子免疫の場合でさえ、抗原は、スクリーニングおよび確認の目的のために必要とされる。不幸なことに、いくつかのケースでは、細胞ベースのアッセイにおける抗原の分離も産生も失敗した場合、抗原の提供が問題となる可能性がある。
通常、抗原は、タンパク質およびペプチドのクラスに属するが、基本的には、他の物質のクラスもまた、例えば、多糖類、脂質およびポリヌクレオチドのような免疫原として使用され得る。ほとんどの場合において、抗体は、天然の抗原に対して生成されるべきである。抗原が組換えDNA技術によって産生される場合、組換えタンパク質またはペプチドの特性と天然の対応物を比較することは非常に重要である。タンパク質の構造の違いが、免疫原性の違いにつながる可能性があるためである。タンパク質およびペプチドは、抗体産生のための非常に興味深い標的である。ペプチド合成は、免疫原性エピトープが直鎖であり、完全なタンパク質の三次構造に依存しないという事実を前提として、細胞ベースの発現に対する代替性を表す。一方、ペプチド合成は、三次元エピトープの一部である翻訳後修飾(PTM)を有するタンパク質およびペプチドに対して限界を有する。さらに、抗原などのペプチドおよびペプチドの混合物の使用は、交差反応性抗体の産生を誘導し得る。
膜タンパク質は、すべての配列決定されたゲノムの3分の1近くを占めている。シグナル伝達、代謝、輸送および認識といった細胞プロセスにおけるその重要な関与とは対照的に、膜タンパク質の構造および機能についての情報はほとんどない。in vivoでのそれらの生物学的活性の非規則化は、重篤な疾患を引き起こし得、それらを非常に興味深い薬理学的な標的とする。この開発は、膜タンパク質に特異的な抗体の需要の増加を引き起こした。
膜タンパク質に対する特異的抗体の生成は、多くの場合、所定の標的膜タンパク質を生成または単離できないことによって制限される。in vivoでの膜タンパク質の過剰発現は、多くの場合、タンパク質のミスフォールディング、不溶化、凝集、低生成収率および細胞毒性によって妨げられる。しかし、膜タンパク質の無細胞発現は、これらの障害を克服することがでる。
過去10年間、無細胞タンパク質合成は、膜タンパク質、サイトゾルまたは毒性タンパク質を含む異なるタンパク質のクラスの産生に対する価値あるツールとなってきた(例えば、非特許文献2を参照)。効率的な無細胞発現系の基本は、翻訳活性を有する細胞抽出物であり、それは、リボソーム、翻訳因子および酵素といった翻訳のために必須の成分を含む。また、細胞溶解物は、アミノ酸、ATPおよびGTP、エネルギー再生系(例えば、クレアチンリン酸/クレアチンキナーゼエネルギー再生系)が補充されている。標的タンパク質の合成は、DNAまたはmRNAのいずれかの形態での適切な鋳型を添加することにより開始される。今まで、多くの異なるタイプの機能的に活性な標的タンパク質が、原核生物および真核生物の無細胞系において発現されてきた。原核細胞抽出物に比べて、真核細胞溶解物は、翻訳後修飾を必要とする複雑なタンパク質の発現において、いくつかの利点を提供する。
それにもかかわらず、先行技術の従来の方法に従って、特異的抗体の産生のための原核生物および真核生物の細胞溶解物を用いて合成されたタンパク質の使用は、免疫原性物質としての使用に適した形態における所望の標的タンパク質を提供するための、追加の労力を要する精製および/または単離工程を依然として含む。
J.S.Haurum,Drug Discovery Today,2006.11(13−14),655−660 Katzen et al.,Trends Biotechnol.,2005.23(3),150−156
従来技術の問題点に鑑みて、本発明の主な目的は、特定の標的タンパク質に対するポリクローナル抗体を産生するための改良された方法および手段を提供することである。
この目的は、請求項1及び2に記載のタンパク質含有膜小胞を含む抗原性組成物を使用した、特定の標的タンパク質に対するポリクローナル抗体を産生するための新規な方法を提供することによって達成された。本発明の追加の態様及びより具体的な実施形態は、追加の請求項の事項である。
請求項1に記載の抗原性標的タンパク質に対するポリクローナル抗体を産生するための方法は、宿主に前記抗原性標的タンパク質を組み込んだ膜小胞を含む免疫原性組成物を適用することによって、前記宿主において免疫応答を誘導することと、前記宿主由来の前記抗原性標的タンパク質に対する抗体を得ることと、を含む。
請求項2に記載のより具体的な方法は、
少なくとも下記の工程、
a)標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有する細胞溶解物と、を含む反応媒体におけるインビトロ翻訳反応によって標的タンパク質を合成する工程と、
b)前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を、前記媒体から分離する工程と、
c)生理学的に適合可能な媒体において、合成された標的タンパク質を含む膜小胞を提供する工程と、
d)工程c)の前記膜小胞を、宿主に適用する工程と、
e)前記標的タンパク質に対する特異的免疫応答に対して、前記宿主の血清サンプルを試験する工程と、
f)前記標的タンパク質に対する特異的免疫応答を示す宿主の血清から、前記標的タンパク質に対する特異的抗体を得る工程と、
を含む。
本発明者らの研究は、驚くべきことに、宿主における標的タンパク質に対して特異的な抗体を惹起するための免疫原性組成物として直接的に、組み込まれた少なくとも1つの標的タンパク質を有する膜小胞の調製を用いることが可能であることを実証した。このような膜小胞調製物は、本質的に、宿主に対して非毒性であり、さらなる免疫刺激剤を添加することなく強力な免疫応答を誘導するために効果的に使用され得る。
適切な膜小胞調製物は、例えば、標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有する細胞溶解物と、を含む反応媒体における無細胞翻訳反応を行うことと、媒体から、翻訳反応後にタンパク質含有小胞を分離することと、の後に得られる。
好ましくは、細胞溶解物は、真核細胞溶解物である。
前記真核細胞溶解物は、特に限定されるものではなく、基本的に任意の細胞溶解物であってもよく、それは、用いられる核酸鋳型のインビトロ翻訳、および任意に、合成された標的タンパク質の修飾に対して必要とされるすべての成分を含む。
より具体的には、真核細胞溶解物は、コムギ胚芽溶解物と、昆虫細胞溶解物、特に、Sf2l細胞溶解物と、網状赤血球溶解物と、ケラチノサイト溶解物と、CHO細胞、HeLa細胞、ミエローマ細胞、ハイブリドーマ細胞又は培養リンパ腫細胞からの細胞抽出物と、を含む群から選択される。
これらの細胞溶解物は、特定の成分を添加または除去することにより、それらの天然の形態または変性された形態で用いられ得る。
以下の例で使用される無細胞系は、培養された昆虫細胞(ヨトウガ、Sf21)から生成された翻訳活性を有する溶解物に基づく。細胞内成分の完全性を維持する非常に穏やかな溶解物の調製手順によって、小胞体(ER)の重要な部分は、機能的に活性な膜小胞として溶解物中で維持され得る。小胞含有種の溶解物を使用して、グリコシル化、シグナルペプチド切断、脂質化、リン酸化およびジスルフィド結合形成といった翻訳後修飾(PTM)が、標的タンパク質において行われ得る。
特定の細胞株から得られた一次細胞溶解物が、膜小胞(例えば、網状赤血球溶解物など)を含まない場合、小胞は、異なるソースから、例えば、異なる細胞株の溶解物から加えられ得る。
好ましくは、膜小胞および細胞溶解物は、同じ細胞株由来である。
さらに、一つ以上の成分が合成的に調製された人工細胞溶解物も同様に、使用され得る。
インビトロ翻訳反応に対する反応媒体は、リボソーム、翻訳因子および酵素といった翻訳のために必須成分を含む細胞溶解物を含む。さらに、培地または細胞溶解物は、アミノ酸、ATPおよびGTP、エネルギー再生系(例えば、クレアチンリン酸/クレアチンキナーゼ−エネルギー−再生系)が補充されている。標的タンパク質の合成は、DNAまたはmRNAのいずれかの形態において、標的タンパク質のための適切な核酸鋳型の添加により開始される。
合成された標的タンパク質を含む膜小胞は、特に、遠心分離または濾過によって、当技術分野で公知の任意の適切な方法によって反応媒体から分離され得る。
本発明の好ましい実施形態において、工程a)におけるインビトロ翻訳反応は、膜小胞における合成された標的タンパク質の濃縮を促進する条件下で成立する。
膜小胞における合成された標的タンパク質のこのような濃縮を得るための一つの例示的なアプローチは、請求項2による方法の変形を含み、それにおいては、請求項2の工程b)の後に付加的な工程b’)が行われ、それは、標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有しない細胞溶解物と、を含む第二の反応媒体に、前記分離された膜小胞を移すことと、前記第二の反応媒体においてインビトロ翻訳反応を行うことと、前記第二の反応媒体から、増加した量の前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を分離することと、を含み、 工程b’)は、1回又は複数回繰り返され得る。
代替的な実施形態では、工程a)におけるインビトロ翻訳反応は、翻訳反応の過程で、反応物または生成物の添加および/または排出を含む連続的な透析ベースの方法によって行われる。この反応形式は、反応の寿命を延長させ、それゆえ、全体的なタンパク質収量を増加させる。
典型的には、この実施形態は、透析膜によって分離された少なくとも2つのコンパートメントを含む装置で実現され、それにおいて、翻訳反応は、少なくとも1つの第一のコンパートメント、反応コンパートメントで起こり、翻訳反応の過程で、少なくとも1つのさらなるコンパートメント、給排コンパートメントからの反応物は、反応コンパートメントに拡散し、反応副産物は、反応コンパートメントから給排コンパートメントに拡散する。
好ましくは、カスパーゼ阻害剤は、少なくとも反応室中に存在する。同時係属中の特許出願で2013年9月25日に出願されたDE102013015977.6に示されるように、インビトロ翻訳反応中のカスパーゼ阻害剤の存在は、無細胞翻訳系におけるタンパク質収量を顕著に増加させ、それにおいては、真核細胞溶解物が使用される。
本発明の方法の典型的な実施形態では、宿主に適用されるタンパク質含有膜小胞を有する免疫原性組成物は、付加的な免疫刺激性のアジュバントを含まない。既に述べたように、本発明において使用される免疫原性組成物は、有利には、さらなる助剤を省略することができる。
前記免疫原性組成物において、小胞は、当技術分野で公知の、任意の適切な生理学的に適合可能な媒体または緩衝液において提供され得る。具体的には、「生理学的に適合可能な」媒体または緩衝液のpHおよび塩濃度は、意図される宿主の身体に対して生理学的に適合性を有していなければならない。生理学的に適合可能な媒体は、例えば、PBSであってよいが、適切な代替物は当技術分野の当業者により容易に認識されるであろう。
免疫化および特異的なポリクローナル抗体を得るために使用される宿主は、当該技術分野においてそのような目的のために使用される任意の宿主動物であってもよい。典型的には、それは、マウスまたはラットを含む齧歯動物、ヤギ、ヒツジ、ウシ等といった非ヒト哺乳動物である。
本発明の密接に関連する態様は、膜小胞の調製の小胞において標的タンパク質を蓄積するための方法に関し、それは、少なくとも下記の工程、
a)標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有する細胞溶解物と、を含む反応媒体におけるインビトロ翻訳反応によって標的タンパク質を合成する工程と、
b)前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を、前記媒体から分離する工程と、
c)標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有しない細胞溶解物と、を含む第二の反応媒体に、前記分離された膜小胞を移し、前記第二の反応媒体においてインビトロ翻訳反応を行い、および前記第二の反応媒体から、増加した量の前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を分離する工程と、
を含み、
工程c)は、1回又は複数回繰り返され得る。
本出願は、迅速かつ効率的な態様における、発現が困難なタンパク質抗原、例えば、膜タンパク質および翻訳後修飾を有するタンパク質に対するポリクローナル抗体の生成を可能にする新規な方法を開示する。この方法の基本は、溶解物中に存在するER由来膜性小胞への、標的タンパク質の合成、移転および埋め込みに対する真核生物無細胞翻訳系の使用である。無細胞タンパク質合成に続いて、それらの埋め込まれた標的タンパク質を有する小胞は、溶解物の細胞質画分から分離され得、その後、埋め込まれた抗原のプロセッシングのために貨物車として用いられ得る。
全体の方法は、標的膜タンパク質に対する図1で示されるような5つの主要な工程において説明され得る。
1.標的タンパク質の無細胞合成。標的タンパク質の無細胞合成は、可溶性かつ正しく折り畳まれた状態の所定の標的タンパク質の合成を可能にする翻訳系において行われるべきである。膜タンパク質の場合には、合成または天然の脂質または界面活性剤の足場の存在が必要である。標的タンパク質の小胞の内腔への翻訳に伴う移行または新たに合成された標的膜タンパク質の脂質二重層への組み込みは、それぞれのタンパク質配列中の1つ以上のシグナル配列によって開始される。
この最初の工程はまた、ER由来小胞の膜または内腔における標的(膜)タンパク質の累積的な濃縮を含み得る。内因性タンパク質の画分と比較して新たに合成されたタンパク質の画分を濃縮するために、反復的な合成が行われ得る。ここでは、標的タンパク質は、同じバッチの昆虫小胞への複数回、続いて行われる無細胞反応において合成される。各合成工程の後、小胞が回収され、次の合成工程に適用されて、小胞体膜において存在する外因性膜タンパク質の継続的な増加がもたらされる。したがって、タンパク質の収率を、標準的なバッチ反応で得られるような典型的には1から10μg/mlから、約20から30μg/mlに増加させることが可能である。
2.好ましくは遠心分離による、新たに合成された(膜)タンパク質を含む、ER由来小胞の回収。ER由来小胞は、単一の遠心分離工程によって溶解物の細胞質の部分から分離され得る。遠心の小胞は、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)といった生理学的なpHおよび塩濃度を有する媒体または緩衝液において再懸濁され、小胞に付着され得るサイトゾルタンパク質を除去するために、この培体/緩衝液で洗浄する。
3.回収され洗浄された、その組み込まれた標的タンパク質を有する小胞は、免疫原として使用され得る。小胞−緩衝液は、直接、実験動物に注入される。
4.好ましくは適切な休眠期間、例えば、4週間の後の採血。
5.抗原認識に対するポリクローナルマウス抗血清の性能は、例えば、ウェスタンブロットによって評価される。
肯定的な結果の場合には、対応する血液ドナーは、モノクローナル抗体の産生のための供給源とみなされ得る。
真核生物の小胞ベースの翻訳システムを用いて無細胞合成された膜タンパク質によるマウスの免疫化を介した特異的抗体産生の概略図である。 昆虫小胞でのマウスの免疫前後に得られたマウスポリクローナル抗血清のウェスタンブロット分析の図である。 TCA沈殿、その後の液体シンチレーション計数およびオートラジオグラフィーによる無細胞合成されたMel−trunc−EGFRの分析の図である。 昆虫溶解物を用いた無細胞合成されたMel−trunc−EGFR−HisのHisタグ精製の図である。(A)は、ゲル電気泳動後のSDS−PAGEゲルのクマシー染色の図であり、(B)は、一次抗体として市販の抗EGF受容体抗体(抗EGF受容体D38B1 XP)、および二次抗体としてHRP結合抗ウサギ抗体(HRPコンジュゲート抗ウサギIgG)を用いたウェスタンブロットによるMel−trunc−EGFR−Hisの検出の図である。 新たに合成されたMel−trunc−EGFRを含む昆虫小胞を用いたマウスの免疫化前後に得られたマウスポリクローナル抗血清のウェスタンブロット分析の図である。
以下の非限定的な例は、より詳細に本発明を例示するために提供されるが、特定の特徴およびパラメータに限定されることはない。
(参考例)
内因性タンパク質を回収した膜小胞を有するマウス宿主の免疫化および抗血清の分析
これらの実験で使用された真核生物の翻訳系は、培養されたヨトウガ(のSf21)細胞由来の翻訳活性を有する溶解物に基づいており、Sf21昆虫細胞の小胞体(ER)にその起源を有する機能的な内因性膜小胞を含む。
最初の工程では、昆虫小胞および組み入まれた内因性タンパク質のマウスへの注射が、免疫応答を引き起こし得るかを調べた。第二に、昆虫小胞が、フロイントアジュバントを添加せずとも免疫応答を引き起こし得るかを調べた。
この目的のために、8匹の実験用マウスに、昆虫小胞、フロイントアジュバントおよびPBSの異なる混合物を注射した(表1)。8匹の動物のうち7匹は、最終的な採血まで生存した。1回目の免疫の直前および2回目および最終の免疫1週間後、全ての動物から採血を行った。
表1:適用された免疫原の概要。すべての実験用マウスは、全容量120μlの抗原溶液で免疫された。
免疫の前に、膜小胞を、次のように調製した:昆虫小胞を、16.000g(10分、4℃)の遠心分離工程によって、溶解物の可溶性画分から分離した。上清(SN)を廃棄し、得られた小胞フラクション(VF)を、2倍量のPBS緩衝液で3回洗浄した。第三の洗浄工程の後、VFを、元の容量の昆虫溶解物に再懸濁した。この溶液を、PBS緩衝液において、1:2に希釈した。この溶液の120μlを、2匹の実験用マウス(BALB/cの系統)の腹腔内免疫のために使用した。6匹の追加の実験用マウスに、以下の溶液を注射した:2匹の動物には、120μl PBS、2匹の動物には、PBS中に再懸濁し、フロイントアジュバントと混合された(1:1の比)昆虫小胞、2匹の動物には、PBS緩衝液とフロイントアジュバントとの混合物(1:1の比)を注射した。休眠期間の2週間後、第二の免疫(「ブースト」)を、第一のそれと同様に行った。第二の免疫の1週間後、生存していたすべての動物から採血した。得られた抗血清を、さらに使用するまで−20℃で保存した。
(抗血清の分析)
得られたポリクローナルマウス抗血清を、ウェスタンブロットによって分析した。通常、ポリクローナル抗血清は、ELISAよって分析され、これは、免疫化に使用された抗原がマイクロタイタープレート上にコーティングされている試験方法である。ここでは、抗原が、標準的な手順を使用して固定化することができない脂質−タンパク質−混合物を表すため、他のストラテジーを採用する。それゆえ、抗体と抗原との間の相互作用を、ウェスタンブロットによって分析した。
この目的のために、免疫に用いた抗原を、以下のように調製した:昆虫小胞を、前述の遠心分離により溶解物の細胞質画分から分離し、PBS中で3回洗浄した。その後、SNおよびVFをアセトン中で沈殿させ、10%SDS−PAGEで分離した(NuPAGE(登録商標)、10%ビス−トリスゲルMES SDS緩衝液、ライフテクノロジーズ社)。
タンパク質を、半乾燥ブロット技術(セミドライブロッティング、iBlotシステム、ライフテクノロジーズ社、プログラム3)を用いて、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)膜(ライフテクノロジーズ社)に移した。ブロッティング後、膜を室温で5分間、25mlのTBS緩衝液で被覆し、室温で1時間または4℃で一晩、25mlのブロッキング溶液(1×ロティブロック、ロス)においてインキュベーションした。。ブロッキング後、膜を15mlのTBS/Tweenで3回洗浄した。その後、膜を、溶解物画分であるSNおよびVFを含む部分にスライスした。
膜スライスを、ブロッキング緩衝液において1:2000に希釈された、異なるポリクローナルマウス抗血清を用いて室温で1時間インキュベートした。TBS/Tweenで3回洗浄した後、膜スライスを、西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)結合抗マウス抗体(IgGにコンジュゲートされた抗マウス、ブロッキング緩衝液において1:1000)とともにインキュベートした。TBS/Tweenで3回洗浄した後、二次抗体を、化学発光検出試薬(ECLプラスウェスタンブロッティング検出試薬、GEヘルスケア社)とともに膜スライスをインキュベーションすることで検出し、それは5分間インキュベートされた。放出された光を、ホスホイメージャーシステム(Tyhoom TRIO+Imager、GEヘルスケア社)(発光最大425nm)を用いて検出した。
得られたウェスタンブロットを図2に示す:昆虫小胞でのマウスの免疫化前後に得られたマウスポリクローナル抗血清のウェスタンブロット分析。動物の免疫化は、120μlのPBS(A)、120μlのPBS中の小胞(B)、フロイントアジュバントが補充された同様に120μlのPBS中の小胞で行われた。免疫原Aは、B)およびC)に対するコントロールを表し、免疫原Dは、C)に対するコントロールを表す。膜スライスを、ポリクローナルマウス血清(ブロッキング緩衝液において1:2000で希釈)と共に室温で1時間インキュベートし、続いてHRP結合抗マウス抗体(IgGにコンジュゲートされた抗マウス、ブロッキング緩衝液において1:1000)とともにインキュベーションした。M=タンパク質マーカー(SeeBlue(登録商標)、Plus2、ライフテクノロジーズ社)である。C=二次HRP結合抗マウス抗体に対する特異性コントロールである。この膜スライスは、それがポリクローナルマウス血清とともにインキュベートされなかったことのみを除いて、他と同様に処理された。
免疫前に得られたマウス抗血清の適用は、2つの分析された溶解物画分SNおよびVFにおける昆虫のタンパク質の特異的検出を可能にしなかった。単に、SN由来のタンパク質を有する二次抗体の非特異的な反応が、観察された(図2、レーンC、膜スライスをマウス血清とともにインキュベートせず、二次抗体とともにインキュベートした)。
SNおよびVF膜スライスの免疫後得られたマウス血清との共インキュベーションは、VFにおける広い範囲の異なるタンパク質の検出をもたらしたが、SNではみられなかった。これに関連して、昆虫小胞のフロイントアジュバントによる補充は、免疫反応の強度に正の効果を有してなかったことが観察された。
図2に示される結果は、埋め込まれた内因性タンパク質を有する昆虫小胞が、マウスにおいて十分な免疫反応を誘導することが可能であったことを示す。コントロールとして、2匹のマウスに、PBSおよびフロイントアジュバント単独で免役した。予想されたように、これらのマウスから得られた血清は、タンパク質の検出を可能にしなかった。
(実施例)
異種の標的タンパク質を回収する膜小胞でのマウス宿主の免疫化および抗血清の分析
(昆虫溶解物における膜タンパク質の無細胞合成)
本発明の主な目的は、迅速かつ効率的な態様において発現困難な膜タンパク質に対する抗体の産生を可能にする新しい方法を開発することであった。モデルタンパク質として、ヒト上皮成長因子受容体(EGFR)の切断型変異体(vIII−欠失)を選択した。この膜タンパク質、以下、Mel−trunc−EGFRと称する、は、特定の癌のサブタイプの発達に関与するタンパク質である全長のEGFRの永久的に活性的な変異体であるため、興味深い試験候補を表す。
昆虫小胞の膜における標的タンパク質の画分を増加させるために、5回の反復のタンパク質合成を、小胞の同じセットにおいて行った。14C−ロイシンの存在下での無細胞タンパク質合成を以下のように行った:実験は、バッチ形式の翻訳反応とともに開始され(1.5時間、600rpm)、続いて、翻訳混合物(TM)の遠心分離(16,000g、10分間、4℃)およびSNおよびVFへの分離を行った。SNを廃棄し、VFを、新鮮な、小胞は含まないが標的核酸(ここではmRNA)で補充された翻訳活性を有する溶解液中に再懸濁させた。この手順は、4回まで繰り返され、完全な5回の連続的なタンパク質の合成がもたらされた。この方法において、標的タンパク質であるMel−trunc−EGFRは、手順全体を通して、同じセットの小胞内に移行された。
最初および最後の合成工程のTM、SNおよびVFから5μLを取り、タンパク質収率、タンパク質のサイズおよび均質性に関して分析した。
図3:TCA沈殿による無細胞で合成されたMel−trunc−EGFRの分析、ならびにその後の液体シンチレーション計数およびオートラジオグラフィー。無細胞タンパク質の合成は、昆虫溶解物に基づく真核生物翻訳系を用いて、14C−ロイシンの存在下で行った。遠心分離後の翻訳混合物(TM)、上清画分(SN)および小胞画分(VF)におけるMel−trunc−EGFRの分析を、1回の合成(1×合成)後および5回繰り返した合成(5×合成)後に行った。Mel−trunc−EGFRは、約98kDaの見かけの分子量(算出された分子量105kDa)を示す。Mel−trunc−EGFRの非放射性サンプルを並行して調製し、免疫化のために適用した。
図3に示された結果は、5回の繰り返しの合成の後、VFにおけるMel−trunc−EGFRのタンパク質収量は、7.8μgmlから20.1μg/ml(免疫1)および6.7μg/mlから15.6μg/ml(免疫2)へと増加し、VFにおける1回の合成から5回の合成ではMel−trunc−EGFRの2.5倍の増加がもたらされたことを示す。14C−ロイシンの存在下での合成に並行して、Mel−trunc−EGFRの非放射性サンプルを調製した。昆虫小胞を5回の繰り返し合成後に採取し、上記のように処理した。含有される外因性標的タンパク質を有する昆虫小胞を、2匹の実験用マウスの免疫化に使用した。免疫手順は、前述のように行われた。
(昆虫小胞由来のMel−trunc−EGFR−Hisの精製)
得られたポリクローナルマウス血清におけるEGFR特異的抗体の存在を実証するために、ウェスタンブロットによる分析を行った。
その目的のために、抗原(無細胞で合成されたMel−trunc−EGFR)をSDS−PAGEによって分離し、その後、PVDF膜上にブロットした。抗原であるMel−trunc−EGFRの無細胞合成を、1.5時間、500rpm、27℃で、1回の合成工程で行った。その後、昆虫小胞を回収し、上記のようにPBSで3回洗浄した。
また、Mel−trunc−EGFRを、His−タグ精製によって、小胞から精製した。このために、Mel−trunc−EGFRのDNA鋳型を、C末端で結合されたHisタグを示して用いた。C末端にHis−タグ(Mel−trunc−EGFR−His)を有するMel−trunc−EGFRの精製を、以下に記載のように行った:Mel−trunc−EGFR−Hisの無細胞合成を、Mel−trunc−EGFRと同様の方法で1回の合成工程で行った。合成後、翻訳混合物を、溶解物画分のSNとVFとに分離した。
昆虫小胞由来の膜タンパク質を放出するために、VFをマイルドな洗浄力を有するドデシルβ−D−マルトシド(DDM)を1%含むPBSにおいて再懸濁し、4℃で一晩インキュベートした。その後、溶液を遠心分離し(20.000g、1時間、4℃)、可溶化された膜タンパク質を含有する上清を、ニッケル−NTAマトリックス上にアプライした。Mel−trunc−EGFR−Hisの精製を、キアゲン(登録商標)のNi−NTA膜タンパク質キットを用いて、その使用説明書に従って行った。全ての異なる画分のサンプルを、一次抗体として市販の抗EGFR抗体(抗EGF受容体D38B1 XP、ウサギモノクローナル抗体、ブロッキング緩衝液において1:1000)、および二次抗体としてHRP結合抗体(HRP結合抗ウサギIgG、ブロッキング緩衝液において1:2000)を用いて、SDS−PAGEおよびウェスタンブロットによって分析した。抗原の検出を、化学発光検出試薬(ECLプラスウェスタンブロッティング検出試薬、GEヘルスケア社)を用いて行った。
図4:Mel−trunc−EGFR−HisのHisタグ精製。Mel−trunc−EGFR−Hisの無細胞合成を、昆虫溶解物に基づく真核生物の翻訳系を用いて行った。
A)ゲル電気泳動後のSDS−PAGEゲルのクマシー染色。
B)一次抗体として市販の抗EGF受容体抗体(抗EGFレセプターD38B1 XP、ウサギモノクローナル抗体、ブロッキング緩衝液において1:1000)、および二次抗体としてHRP結合抗ウサギ抗体(HRP結合抗ウサギIgG、ブロッキング緩衝液において1:2000)を用いたウェスタンブロットによるMel−trunc−EGFR−Hisの検出。Mel−trunc−EGFR−Hisは、約98kDaの見かけの分子量を示す(分子量105kDaと算出される)。マーカー=タンパク質マーカー SeeBlue(登録商標)Plus2、ライフテクノロジーズ社。
図4に示されたSDS−PAGEゲルのクマシー染色は、天然の翻訳混合物(TM)に比べて、溶出画分1〜5において内因性の溶解物タンパク質の良好な減少を示す。標的タンパク質であるMel−trunc−EGFR−Hisは、洗浄画分2ならびに溶出画分1および2を除いて、全ての試験された画分に検出された。
(Mel−trunc−EGFRでの免疫化後のポリクローナルマウス血清の分析)
次の工程において、新たに合成されたMel−trunc−EGFRを含む昆虫小胞によるマウスの免疫化後に得られたポリクローナルマウス血清を、ウェスタンブロットで、Mel−trunc−EGFRの検出のために試験した。その目的のために、3つの異なる抗原を調製した:(i)未処理の昆虫小胞、(ii)無細胞合成されたMel−trunc−EGFRを含む昆虫小胞、および(iii)精製されたMel−trunc−EGFR−His。抗原を、SDS−PAGEによって分離し、PVDF膜上にブロットした。ウェスタンブロットの膜スライスを、異なる3つのタイプのマウス血清とインキュベートした:(a)免疫前に得られたマウス血清(ネガティブコントロール)、(b)外因性膜タンパク質無しの昆虫小胞単独での免疫後に得られたマウス血清、および(c)無細胞合成され、膜に埋め込まれたMel−trunc−EGFRを含む昆虫小胞での免疫後に得られた血清。
対応する結果を、図5および表2に示す。
図5:新たに合成されたMel−trunc−EGFRを含む昆虫小胞でのマウスの免疫化前後に得られたマウスポリクローナル抗血清のウェスタンブロットの分析。Mel−trunc−EGFR無しの昆虫小胞および外因性の無細胞合成されたMel−trunc−EGFR(「EGFR」)を有する昆虫小胞を、アセトンで沈殿させ、包埋されたタンパク質−外因性標的タンパク質と同様に内因性タンパク質−を、SDS−PAGEで分離した。また、無細胞合成され、精製されたMel−trunc−EGFR−His(「EGFR−His」)を、SDS−PAGEにアプライした。セミドライウェスタンブロットによるPVDF膜上のタンパク質の正常な転写後、膜スライスをポリクローナルマウス抗血清と共にインキュベートし、続いて、HRP結合抗マウス抗体とのインキュベーションを行った(抗マウスコンジュゲートIgG、ブロッキング緩衝液において1:1000)。矢印は、Mel−trunc−EGFR−Hisを検出したことを示す。M=タンパク質マーカー(SeeBlue(登録商標)、Plus2、ライフテクノロジーズ社)。
表2:ウェスタンブロットによって分析されたポリクローナルマウス抗血清の性能に関する概要。異なる抗原(未処理の昆虫小胞、Mel−trunc−EGFおよび精製されたMel−trunc−EGF−Hisを含む昆虫小胞)をSDS−PAGEで分離し、PVDF膜上にブロットした(セミドライブロッティング法)。昆虫小胞単独または包埋されたMel−trunc−EGFRを有する昆虫小胞による免疫後に得られたマウス抗血清を、Mel−trunc−EGFR、Mel−trunc−EGFR−Hisの各々の検出のために使用した。マイナス(−)=反応無し。プラス(+)=タンパク質の検出。
予想されたように、免疫前に得られたマウス血清の適用は、タンパク質バンドの検出をもたらさなかった。これとは対照的に、昆虫小胞で免疫した後に得られたマウス抗血清は、Mel−trunc−EGFR無しおよびMel−trunc−EGFR有りでブロットされた昆虫小胞を有するレーンにおいて、多くの異なるサイズのタンパク質の検出をもたらした。この観察結果は、昆虫小胞が、実験動物において免疫反応を潜在的に誘導することのできる多くの異なる内在性膜タンパク質を含有するという予想に従う。昆虫小胞および含まれるMel−trunc−EGFRで免疫した後に得られたマウス血清の使用は、同様の検出パターンをもたらした。予想されたように、精製されたMel−trunc−EGFRは、昆虫小胞および含まれるMel−trunc−EGFRで免疫した後に得られたマウス血清を用いることのみによって検出された。この観察結果は、ポリクローナルマウス血清の使用(無細胞合成されたMel−trunc−EGFRを含む昆虫小胞での免疫)によるMel−trunc−EGFRの特異的検出の仮定をサポートする。
ポリクローナルマウス抗血清の使用に加えて、市販の抗EGFR抗体が、得られた結果を検証するために、Mel−trunc−EGFRの正常なブロッティングを示すように使用された。
その目的のために、一次および二次抗体を、過酷な緩衝液条件下での処理によってPVDF膜から除去した(「膜ストリッピング」)。ストリッピングの後、続いて、膜を、一次抗体として市販の抗EGFR抗体(抗EGF受容体D38B1 XP、ウサギモノクローナル抗体、ブロッキング緩衝液において1:1000)、および二次抗体としてHRP結合抗体(HRPコンジュゲート抗ウサギIgG、ブロッキング緩衝液において1:2000)とともにインキュベートした。Mel−trunc−EGFRおよびMel−trunc−EGFR−Hisは、分析された膜ストライプにおける無細胞合成されたタンパク質の存在を示す明確なタンパク質バンドとして検出された。
(付記)
(付記1)
抗原性標的タンパク質に対するポリクローナル抗体を産生するための方法であって、
宿主に前記抗原性標的タンパク質を組み込んだ膜小胞を含む免疫原性組成物を適用することによって、前記宿主において免疫応答を誘導することと、前記宿主由来の前記標的タンパク質に対する抗体を得ることと、を含む方法。
(付記2)
少なくとも下記の工程、
a)前記標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有する細胞溶解物と、を含む反応媒体におけるインビトロ翻訳反応によって前記標的タンパク質を合成する工程と、
b)前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を、前記媒体から分離する工程と、
c)生理学的に適合可能な媒体において、前記合成された標的タンパク質を含む前記膜小胞を提供する工程と、
d)工程c)の前記膜小胞を、宿主に適用する工程と、
e)前記標的タンパク質に対する特異的免疫応答に対して、前記宿主の血清サンプルを試験する工程と、
f)前記標的タンパク質に対する特異的免疫応答を示す宿主の血清から、前記標的タンパク質に対する特異的抗体を得る工程と、
を含む付記1に記載の方法。
(付記3)
前記細胞溶解物は、真核細胞溶解物である、
ことを特徴とする付記2に記載の方法。
(付記4)
前記細胞溶解物は、コムギ胚芽溶解物と、昆虫細胞溶解物、特に、Sf2l細胞溶解物と、網状赤血球溶解物と、ケラチノサイト溶解物と、CHO細胞、HeLa細胞、ミエローマ細胞、ハイブリドーマ細胞又は培養リンパ腫細胞からの細胞抽出物と、を含む群から選択される、
ことを特徴とする付記3に記載の方法。
(付記5)
前記膜小胞および前記細胞溶解物は、同じ細胞株由来である、
ことを特徴とする付記2乃至4のいずれか1項に記載の方法。
(付記6)
前記合成された標的タンパク質を含む前記膜小胞は、遠心分離によって前記媒体から分離される、
ことを特徴とする付記2乃至5のいずれか1項に記載の方法。
(付記7)
工程a)におけるインビトロ翻訳反応は、前記膜小胞において前記合成されたタンパク質の濃縮を促進する条件下で成立する、
ことを特徴とする付記2乃至6のいずれか1項に記載の方法。
(付記8)
付記2に記載の工程b)の後に、前記標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有しない細胞溶解物と、を含む第二の反応媒体に、前記分離された膜小胞を移すことと、前記第二の反応媒体においてインビトロ翻訳反応を行うことと、前記第二の反応媒体から、増加した量の前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を分離することと、を含む付加的な工程b’)をさらに含み、
工程b’)は、1回又は複数回繰り返され得る、
ことを特徴とする付記7に記載の方法。
(付記9)
工程a)におけるインビトロ翻訳反応は、前記翻訳反応の過程における反応物または生成物の添加および/または排出を含む連続的な透析に基づく方法によって行われる、
ことを特徴とする付記7に記載の方法。
(付記10)
工程a)におけるインビトロ翻訳反応は、カスパーゼ阻害剤の存在下で行われる、
ことを特徴とする付記9に記載の方法。
(付記11)
前記宿主に適用されたタンパク質含有膜小胞を有する前記免疫原性組成物は、任意の追加の免疫賦活アジュバントを含まない、
ことを特徴とする付記1乃至10のいずれか1項に記載の方法。
(付記12)
前記宿主は、非ヒト哺乳動物である、
ことを特徴とする付記1乃至11のいずれか1項に記載の方法。
(付記13)
膜小胞調製の小胞において標的タンパク質を蓄積するための方法であって、
少なくとも下記の工程、
a)前記標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有する細胞溶解物と、を含む反応媒体におけるインビトロ翻訳反応によって前記標的タンパク質を合成する工程と、
b)前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を、前記媒体から分離する工程と、
c)前記標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有しない細胞溶解物と、を含む第二の反応媒体に、前記分離された膜小胞を移し、前記第二の反応媒体においてインビトロ翻訳反応を行い、および前記第二の反応媒体から、増加した量の前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を分離する工程と、
を含み、
工程c)は、1回又は複数回繰り返され得る、方法。

Claims (13)

  1. 抗原性標的タンパク質に対するポリクローナル抗体を産生するための方法であって、
    宿主に前記抗原性標的タンパク質を組み込んだ膜小胞を含む免疫原性組成物を適用することによって、前記宿主において免疫応答を誘導することと、前記宿主由来の前記標的タンパク質に対する抗体を得ることと、を含む方法。
  2. 少なくとも下記の工程、
    a)前記標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有する細胞溶解物と、を含む反応媒体におけるインビトロ翻訳反応によって前記標的タンパク質を合成する工程と、
    b)前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を、前記媒体から分離する工程と、
    c)生理学的に適合可能な媒体において、前記合成された標的タンパク質を含む前記膜小胞を提供する工程と、
    d)工程c)の前記膜小胞を、宿主に適用する工程と、
    e)前記標的タンパク質に対する特異的免疫応答に対して、前記宿主の血清サンプルを試験する工程と、
    f)前記標的タンパク質に対する特異的免疫応答を示す宿主の血清から、前記標的タンパク質に対する特異的抗体を得る工程と、
    を含む請求項1に記載の方法。
  3. 前記細胞溶解物は、真核細胞溶解物である、
    ことを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 前記細胞溶解物は、コムギ胚芽溶解物と、昆虫細胞溶解物、特に、Sf2l細胞溶解物と、網状赤血球溶解物と、ケラチノサイト溶解物と、CHO細胞、HeLa細胞、ミエローマ細胞、ハイブリドーマ細胞又は培養リンパ腫細胞からの細胞抽出物と、を含む群から選択される、
    ことを特徴とする請求項3に記載の方法。
  5. 前記膜小胞および前記細胞溶解物は、同じ細胞株由来である、
    ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記合成された標的タンパク質を含む前記膜小胞は、遠心分離によって前記媒体から分離される、
    ことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 工程a)におけるインビトロ翻訳反応は、前記膜小胞において前記合成されたタンパク質の濃縮を促進する条件下で成立する、
    ことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 請求項2に記載の工程b)の後に、前記標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有しない細胞溶解物と、を含む第二の反応媒体に、前記分離された膜小胞を移すことと、前記第二の反応媒体においてインビトロ翻訳反応を行うことと、前記第二の反応媒体から、増加した量の前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を分離することと、を含む付加的な工程b’)をさらに含み、
    工程b’)は、1回又は複数回繰り返され得る、
    ことを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 工程a)におけるインビトロ翻訳反応は、前記翻訳反応の過程における反応物または生成物の添加および/または排出を含む連続的な透析に基づく方法によって行われる、
    ことを特徴とする請求項7に記載の方法。
  10. 工程a)におけるインビトロ翻訳反応は、カスパーゼ阻害剤の存在下で行われる、
    ことを特徴とする請求項9に記載の方法。
  11. 前記宿主に適用されたタンパク質含有膜小胞を有する前記免疫原性組成物は、任意の追加の免疫賦活アジュバントを含まない、
    ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 前記宿主は、非ヒト哺乳動物である、
    ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 膜小胞調製の小胞において標的タンパク質を蓄積するための方法であって、
    少なくとも下記の工程、
    a)前記標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有する細胞溶解物と、を含む反応媒体におけるインビトロ翻訳反応によって前記標的タンパク質を合成する工程と、
    b)前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を、前記媒体から分離する工程と、
    c)前記標的タンパク質をコードする核酸鋳型と、膜小胞を含有しない細胞溶解物と、を含む第二の反応媒体に、前記分離された膜小胞を移し、前記第二の反応媒体においてインビトロ翻訳反応を行い、および前記第二の反応媒体から、増加した量の前記合成された標的タンパク質を含む膜小胞を分離する工程と、
    を含み、
    工程c)は、1回又は複数回繰り返され得る、方法。
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