JP2017533704A - 細胞表面での非共有結合Fcドメイン含有タンパク質ディスプレイの方法及びそのスクリーニング方法 - Google Patents
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Abstract
Description
新規な候補分子の同定は大いに技術先導的であるので、新しい強力な技術の発明は、抗体の発見及び開発プロセスをさらに加速する全体的戦略において決定的な部分であることを立証した。80年代中頃のファージディスプレイ技術の出現及び抗体ディスプレイへのその適用以来、いくつかのin vitroディスプレイ技術が現れた。ファージディスプレイに並んで、細胞ディスプレイ、リボソームディスプレイ、mRNAディスプレイ及びDNAディスプレイと称される4つの主要なディスプレイ技術が存在し、ファージディスプレイがもっとも確立された技術である。
ファージ抗体ディスプレイの利点にもかかわらず、この技術はまたその使用を制限する欠点もまた有する。すなわち、大腸菌(E.coli)では、機能的抗体フラグメントのペリプラズム腔への効率的な分泌には、制限される分泌性能による折り畳みの誤り及び抗体フラグメントの凝集を防ぐために典型的にはシャペロン及びイソメラーゼの共発現が要求される(Bothmann and Pluckthun, 2000, J. Biol. Chem. Vol. 275(22), 17100-17105)。加えて、奇数のシステイン、陽電荷の出入り及びディスプレイされるペプチド内の定位置のある種の残基に対する生物学的選別が存在するようであり、前記は本質的に抗体フラグメントの偏向選別をもたらす。
酵母ディスプレイはいくつかの天然に存在する細胞壁固着タンパク質の存在を利用する。前記タンパク質を用いて、異種タンパク質をC-末端グリコシルホスファチジルイノシトール接着シグナル(一般的にGPIアンカーと称される)の結合により再外側細胞表面に誘導することができる。最初、酵母ディスプレイは、抗体コードDNA配列の酵母細胞壁のマンノタンパク質の配列とのインフレーム遺伝子融合を拠り所とした(Doerner et al., 2014, FEBS Letter 588, 278-287)。タンパク質レパートリー(表面ディスプレイのために用いられる)は拡大され、今や例えばa-アグルチニン、Flo1p及びα-アグルチニンを含む。これらのうちで、a-アグルチニン利用系がもっとも頻繁に用いられる。
酵母ディスプレイ、特に複合分子のディスプレイ並びに抗体の同定及び成熟におけるその使用に関する喫緊の要請はなお続いており、新規な抗体候補を同定するためのスクリーニング手順にかかわるコスト削減及び時間短縮についての要求もまた継続している。
したがって、遺伝的にコードされる固着タンパク質又は細胞内抗体改造を必要としないで、標的のタンパク質の同定のために宿主細胞表面で複合分子をディスプレイすることを可能にする方法を提供することが本発明の目的である。
第一の実施態様では、本発明は宿主細胞表面でタンパク質をディスプレイする方法を提供し、前記方法は以下の工程を含む:
(a)宿主細胞に、前記宿主細胞の表面でディスプレイされるべき標的のタンパク質をコードする少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドを導入する工程;
(b)前記宿主細胞の表面を第一の標識と接触させる工程;
(c)(b)の前記宿主細胞の表面を第二の標識と接触させ、それによって第二の標識が、特異的かつ非共有結合的に前記第一の標識及び前記少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドによってコードされる前記標的のタンパク質と結合する工程;
(d)前記少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドを、当該少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドによってコードされる前記標的のタンパク質の分泌に十分な条件下で、前記宿主細胞で発現させる工程;
(e)工程(d)の前記宿主細胞を、前記第二の標識が非共有結合により結合した前記標的のタンパク質を特異的に検出する手段と接触させ、その表面で標的のタンパク質をディスプレイする宿主細胞を検出する工程。
本発明のある実施態様にしたがえば、少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドによってコードされるタンパク質はシグナルペプチドを含む。
別の実施態様にしたがえば、本発明の方法で用いられる第一の標識は宿主細胞表面と共有結合により結合する。
別の実施態様では、本発明の方法で用いられる第二の標識はさらに別のタンパク質又はさらに別のポリペプチドである。
ある実施態様では、本発明の方法の第二の標識であるさらに別のタンパク質又はさらに別のポリペプチドはマルチマータンパク質である。
ある実施態様では、本発明の方法の第二の標識は、タンパク質A、タンパク質L、タンパク質G、タンパク質A−G融合物、タンパク質AのドメインE、D、A、Bの1つであるか、又は前記を含み、アビジン、ストレプトアビジン又はその配列変種と融合される。
ある実施態様にしたがえば、本発明の方法の宿主細胞は、本明細書で開示される哺乳動物、酵母又は昆虫細胞から選択される。
ある実施態様では、本発明の方法で前記標的のタンパク質を特異的に検出する手段は、抗体若しくは抗体フラグメント、量子ドット、酵素、発蛍光団、又はインターカレート染料及びガングリオシドを含む群から選択される。
ある実施態様では、本発明の方法で前記標的のタンパク質を特異的に検出する手段は、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体、scFv-Fc、scFv、(Fab’)2、Fab、ミニボディ、ジアボディ、又はVHH抗体の1つでありうるが、前記のいずれも場合によってさらに別の標識と結合させることができる。
ある実施態様にしたがえば、上記開示の本方法で選別される宿主細胞は改変された表現型をもつ標的のタンパク質をディスプレイする。
ある実施態様にしたがえば、本発明の標的のタンパク質の改変表現型は、表面発現レベル、タンパク質安定性、タンパク質の折り畳み又は親和性の1つである。
ある実施態様では、本発明の方法の標的のタンパク質の改変表現型は、本発明の方法の工程(e)の前記宿主細胞を参照サンプルと比較することによって決定される。
ある実施態様では、本発明の方法の工程(a)の少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドによってコードされるタンパク質は、本明細書に開示される少なくとも1つのFcドメインを含む。
好ましい実施態様では、本発明のFcドメイン含有タンパク質はN-末端Fcドメイン融合タンパク質、C-末端Fcドメイン融合タンパク質又は抗体である。
好ましい実施態様では、本発明の方法の工程(a)のポリヌクレオチドによってコードされる抗体はモノクローナル抗体であり、好ましくは、モノクローナル抗体はネズミモノクローナル抗体、マウス-ヒトキメラモノクローナル抗体、ヒト化モノクローナル抗体、又はヒトモノクローナル抗体である。
ある実施態様にしたがえば、本発明の方法の第二の標識の抗体結合の親和性は少なくともKd=10-8、2.5x10-8、5x10-8、7.5x10-8、10-9、又は5x10-9Mである。
ある実施態様では、上記に開示の本発明の方法の第二の標識は、配列番号:1のアミノ酸配列及び/又は配列番号:2のアミノ酸配列を含む。
ある実施態様では、本発明の方法の第二の標識は配列番号:3のアミノ酸配列を含む。
(i)前記宿主細胞を、検出できるように標識された抗体又は抗体フラグメントと接触させる工程であって、前記抗体又は抗体フラグメントが、ヒトIgG1、ヒトIgG2、ネズミIgG2a、ネズミIgG2b、若しくはネズミIgG3のFcドメイン又はその変種配列と特異的に結合する、前記工程;
(ii)当該宿主細胞を、第二の標識を結合させた抗体の抗原及び/又はエピトープと接触させる工程であって、前記抗原及び/又はエピトープは(i)で用いられる標識とは別個のさらに別の検出可能な標識と結合される、前記工程;
(iii)前記宿主細胞で(i)及び/又は(ii)の標識を検出する工程;
(iv)参照サンプルと比較して、(i)で用いられた標識及び/又は(ii)で用いられた標識の改変された量をディスプレイするか、及び/又は両標識の改変された量をディスプレイする宿主細胞を選別する工程。
好ましい実施態様では、本発明の方法の(i)及び(ii)の標識及び/又は選別工程(iv)はフローサイトメトリー及び/又はFACS及び/又はミクロ流体技術を含む。
ある実施態様にしたがえば、本明細書に開示する本発明の方法の工程(a)−(e)は繰り返すことができる。
ある実施態様では、上記の本発明の方法で用いられる前記第一の酵母細胞は免疫グロブリン軽鎖をコードするポリヌクレオチドを含み、及び/又は本発明の方法で用いられる前記第二の酵母細胞は免疫グロブリン重鎖をコードするポリヌクレオチドを含む。
本発明の方法のある実施態様では、前記第一の酵母細胞は免疫グロブリン軽鎖ライブラリーをコードするポリヌクレオチドを含み、前記第二の酵母細胞は、標的のタンパク質に対して予め決定された親和性をもつ免疫グロブリン重鎖をコードするポリヌクレオチドを含む。
ある実施態様にしたがえば、本発明は配列番号:5の核酸配列によってコードされる単離タンパク質を提供し、前記では配列番号:4のアミノ酸が除去されている。
ある実施態様では、本発明は宿主細胞の供給に関し、前記細胞は配列番号:5のヌクレオチド配列を含む少なくとも1つの核酸分子を含む。
ある実施態様にしたがえば、本発明は、配列番号:5の核酸配列によってコードされるタンパク質(前記では配列番号:4のアミノ酸配列は除去されている)を生成するプロセスを提供し、前記プロセスは以下の工程を含む:
−上記に開示した宿主細胞をタンパク質発現に十分な条件下でin vitro培養する工程;
−配列番号:5の核酸配列を含むポリヌクレオチドによってコードされるタンパク質を発現させる工程;
−前記タンパク質を単離及び精製する工程。
ある実施態様では、本発明の単離及び精製されたタンパク質はマルチマーである。
ある実施態様にしたがえば、本発明は、上記開示の本発明のプロセスで上記に開示された本発明のプロセスによって入手できるタンパク質の使用に関する。
−上記に開示された本発明の第一の標識;
−上記に開示された本発明の単離タンパク質、及び/又は上記に開示されたタンパク質生成のためのプロセスで使用される配列番号:5のヌクレオチド配列を含む上記に開示の本発明のポリヌクレオチド;
−上記に開示された本発明の方法にしたがってタンパク質を表面ディスプレイする方法で使用される宿主細胞。
ある実施態様では、本発明のキットは本明細書に開示の宿主細胞を含む。
ある実施態様にしたがえば、本発明のキットは、上記に開示の凍結乾燥された第二の標識及び/又は上記に開示の配列番号:5のヌクレオチド配列を含む凍結乾燥されたポリヌクレオチドを含むことができる。
配列番号:1 第二の標識に含まれるFcドメイン結合(ZZ)ドメインのアミノ酸配列
配列番号:2 第二の標識に含まれるストレプトアビジン(SA)のアミノ酸配列
配列番号:3 SA-ZZ融合タンパクのアミノ酸配列
配列番号:4 シグナルペプチドのアミノ酸配列
配列番号:5 第二の標識のヌクレオチド配列
配列番号:6 シグナル配列を含む本発明の第二の標識のアミノ酸配列
配列番号:7 ライブラリー作製に用いられるプライマー
配列番号:8 ライブラリー作製に用いられるプライマー
配列番号:9 人工リーダー配列
配列番号:11 人工リーダー配列
配列番号:12 人工リーダー配列
配列番号:13 人工リーダー配列
配列番号:14 人工リーダー配列
配列番号:15 人工リーダー配列
配列番号:16 人工リーダー配列
配列番号:17 人工リーダー配列
配列番号:18 人工リーダー配列
配列番号:19 人工リーダー配列
配列番号:20 人工リーダー配列
配列番号:21 人工リーダー配列
配列番号:22 人工リーダー配列
配列番号:23 人工リーダー配列
配列番号:24 人工リーダー配列
配列番号:25 人工リーダー配列
配列番号:26 人工リーダー配列
配列番号:27 人工リーダー配列
配列番号:28 人工リーダー配列
以下で本発明の要素が記載されるであろう。これらの要素は具体的な実施態様とともに列挙される。しかしながら、それらは任意の態様及び任意の数で組み合わされて別の実施態様を作出できることは理解されよう。種々に記載された実施例及び好ましい実施態様は、当該あからさまに記載された実施態様にだけ本発明を限定すると解されるべきではない。本記載は、あからさまに記載された実施態様を多数の開示要素及び/又は所望の要素と結びつける実施態様を支持し包含すると理解されるべきである。さらにまた、本出願に記載された全ての要素の任意の置換及び組合せが、当該文脈が特段に指示しないかぎり、本出願の記載によって開示されたと考えられるべきである。
本発明を記載する文脈で(特に特許請求の範囲の文脈で)用いられる用語“a”及び“an”及び“the”及び同様な指示は、本明細書で特段の指示がなければ又は文脈により明瞭に矛盾が生じなければ、単数及び複数をカバーすると解されるべきである。本明細書で値の範囲の列挙は、当該範囲に入る各々別個の値を個々に指示するための省略方法とし機能させることが単に意図される。本明細書で特段に指示されないかぎり、それぞれ個々の値は、あたかも当該値が個々に本明細書に列挙されたかのごとく当該出願明細書に含まれる。本明細書のいずれの言葉も、本発明の実施に必須である特許請求されていない任意の要素を指し示していると解されてはならない。
いくつかの文書類が本出願明細書の本文を通して引用される。本明細書に(上記又は下記にかかわらず)引用された文書類(全ての特許、特許出願、学術刊行物、製造業者の仕様明細書、指示書などを含む)の各々は、参照によりその全体が本明細書に含まれる。そのいずれも、本発明が先行する発明のためにそのような開示の日付に先行する資格を持たないことを容認したと解されるべきではない。
本発明は、第一の実施態様にしたがい、宿主細胞でタンパク質をディスプレイする方法によって解決される。ここで本発明の方法は以下の工程を含む:(a)宿主細胞に、前記宿主細胞の表面でディスプレイされるべき標的のタンパク質をコードする少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドを導入する工程;(b)前記宿主細胞の表面を第一の標識と接触させる工程;(c)(b)の前記宿主細胞の表面を第二の標識と接触させ、それによって第二の標識が、特異的かつ非共有結合的に前記第一の標識及び前記少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドによってコードされる前記標的のタンパク質と結合する工程;(d)前記少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドを、当該少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドによってコードされる前記標的のタンパク質の分泌に十分な条件下で、前記宿主細胞で発現させる工程;(e)宿主細胞の表面で当該第二の標識によって結合された工程(d)の標的のタンパク質をディスプレイする前記宿主細胞を検出する工程;(f)工程(e)の前記宿主細胞を、前記第二の標識によって結合された前記標的のタンパク質を特異的に検出する手段と接触させる工程。本発明の方法で用いられる“宿主”細胞は当該標的のタンパク質の発現に適切な任意の細胞、例えば酵母細胞、昆虫細胞、魚類又は哺乳動物の細胞でありうる。
本発明の方法はさらに、工程(e)として、上記に開示の少なくとも1つのポリヌクレオチドによってコードされる標的のタンパク質をディスプレイする宿主細胞を検出する工程を含む(前記標的のタンパク質は、当該宿主細胞の表面で本発明の方法の第二の標識によって結合される)。本発明の方法はさらに、上記に開示の宿主細胞を特異的に標的のタンパク質を検出する手段と接触させる工程を含む(前記標的のタンパク質は第二の標識と非共有結合する)。本発明の方法で用いられる“検出”は、その表面に標的のタンパク質が第二の標識の手段と非共有結合する(それによって第二の標識が当該宿主細胞の表面で第一の標識に結合する)宿主細胞の有無を定量的又は定性的に決定する工程を指す。
例えば、本発明の方法で宿主細胞として酵母細胞が用いられるならば、酵母細胞に適切なシグナル配列、例えば下記文献(Massahi et al. Journal of Theoretical Biology 364 (2015) 179-188)に開示されたものが用いられるべきであり、前記は例えば、好ましくはアミノ末端にMF・1pp分泌リーダー、MQVKSIVNLLLACSLAVA(配列番号:21)、MQFNWNIKTVASILSALTLAQA(配列番号:22)、MQFNSVVISQLLLTLASVSMG(配列番号:23)、MRFSTTLATAATALFFTASQVSA(配列番号:24)、MESVSSLFNIFSTIMVNYKSLVLALLSVSNLKYARG(配列番号:25)、MRFPSIFTAVLFAASSALA(配列番号:26)、MFKSVVYSILAASLANA(配列番号:27)を含むことができる。
好ましい実施態様にしたがえば、本発明の第一の標識はビオチン又はビオチン誘導体である。したがって、本発明の方法の第一の標識は、ビオチン又はビオチンアナローグ、例えばデスチオビオチン、オキシビオチン、2’-イミノビオチン、ジアミノビオチン、ビオチンスルホキシド、ビオシチンなどを含むことができ、前記は、本発明の宿主細胞の表面に反応基(例えばN-ヒドロキシスクシンイミド(NHS)エステル又はテトラフルオロフィルエステル(THF))によって共有結合されうる。例えば、本発明の方法で第一の標識として用いることができるビオチン誘導体はまたリンカーを含むことができ、前記は例えば-LC-ビオチン、-LC-LC-ビオチン、-SLC-ビオチン又は-PEGn-ビオチン(nは3−12、例えばn=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11又は12)である。例えば、第一の標識は以下を含むことができる:NHS-PEO4-ビオチン、NHS-dPEG4-ビオチン、NHS-PEG12-ビオチン、NHS-dPEG12-ビオチン、ビオチン-PEG-SCM(3.4kD)、スルホ-NHS-ビオチン、スルホ-NHS-LC-ビオチン、スルホ-NHS-LC-LC-ビオチン、アルコキシアミン-PEG12-ビオチン、アルコキシアミン-PEG4-ビオチン、ヒドラジド-ビオシチン、ヒドラジン-PEG4-ビオチン、ピリジルジスルフィド-ビオチン、ビオチン-BMCC(1-ビオチンアミド-4-[4'-(マレイミドメチル)シクロヘキサンカルボキサミド]ブタン)、マレイミド-PEO2-ビオチン、マル-dPEG2-ビオチン、マレイミド-PEG2-ビオチン、マレイミド-PEO11-ビオチン、マル-dPEG11-ビオチン、マレイミド-PEG11-ビオチン、又は長鎖(LC)ヨードアセチル-ビオチン。
本発明の好ましい実施態様では、本発明の方法の第二の標識はマルチマータンパク質である。したがって、さらに別のタンパク質(第二の標識)は1つ以上のタンパク質を含むことができる。例えば第二の標識は2、3、4、5、6、7、8、9又は10のタンパク質を含むことができ、前記タンパク質は、当該第二の標識に含まれる個々のタンパク質間の例えば1つ以上のジスルフィド結合によって共有結合により連結されうる。しかしながら本発明の方法の第二の標識に含まれるタンパク質はまた、例えば、第二の標識の個々のタンパク質構成成分間で荷電アミノ酸残基間の疎水性相互作用、静電的相互作用によって非共有結合的に連結されうる。
ある実施態様では、本発明の方法の宿主細胞は例えば哺乳動物、酵母又は昆虫細胞から選択できる。好ましい実施態様では、本発明の方法の宿主細胞は、サッカロミセス・セレビシアエ、ハンセヌラ・ポリモルファ、シゾサッカロミセス・ポンベ、シュワンニオミセス・オクシデンタリス、クルイベロミセスラクチス、ヤロウイア・リポリチカ及びピキア・パストリスを含む群から選択される酵母細胞である。
ある実施態様では、本発明の方法の宿主細胞は昆虫細胞であり、前記はSf9、Sf21、S2、又はBTI-TN-5B1-4細胞を含む群から選択できる。
したがって、標的のタンパク質を特異的に検出する手段は例えば抗体であることができ、それによって“抗体”という用語は、(a)免疫グロブリンポリペプチド及び免疫グロブリンポリペプチドの免疫学的に活性な部分、すなわち特異的抗原(例えば標的のタンパク質)と免疫特異的に結合する抗原結合部位を含む免疫グロブリンファミリーのポリペプチド又はそのフラグメント、又は(b)抗原(例えば標的のタンパク質(POI))と免疫特異的に結合する免疫グロブリンポリペプチド又はフラグメントの保存的に置換された誘導体を指す。抗体は、例えば下記文献に概説されている:Harlow & Lane, Antibodies: A Laboratory Manual(Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1988)。それにより、本発明の方法で用いられる“免疫特異的に”という用語は、本明細書で開示する個々の抗体又は抗体フラグメントの能力であって、ただ1つの抗原決定基と反応し他のポリペプチドとは特異的に結合しない能力を指す。
本発明の方法で用いられる“ジアボディ”という用語は、可変重鎖-可変軽鎖の2つのフラグメントのダイマー化によって生成される、二価の一特異的又は二特異的分子である操作された抗体及び/又は抗体フラグメントを指す。本発明の方法に用いられる“VHH”という用語は、軽鎖を欠く単一重鎖可変ドメイン抗体を指す。好ましくは、VHHは、ラクダ科又は軟骨魚類で見出すことができるタイプ(軽鎖を天然に欠く)の抗体フラグメントであるか、又はVHHは文献にしたがって構築できる合成VHHでありうる(例えば以下を参照されたい:Kim et al. Biochimica et Biophysica Acta 1844 (2014) 1983-2001;Janssens, R. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103 (41), 15130-15135)。
例えば、パーセント配列同一性はまた以下の文献に開示された方法によって決定することができる:Altschul et al, Bull Math. Bio. 48:603, 1986;及びHenikoff and Henikoff, Proc. Natl Acad. Sci. USA 1992 Nov 15; 89(22):10915-9。略記すれば、ギャップ開始ペナルティ10、ギャップ伸長ペナルティ1及び下記に開示するHenikoff & Henikoffの“BLOSUM 62”スコア行列を用い、アラインメントスコアを最適化するように2つのアミノ酸配列をアラインメントする(アミノ酸は標準的な一文字コードで示される)。続いてパーセント同一性を以下のように計算する:([同一マッチの総数]/[長い方の配列の長さ+2つの配列をアラインメントするために長い方の配列に導入されたギャップ数])*100)
ある実施態様では、本発明の方法で用いることができるポリクローナル抗体、モノクローナル抗体、scFv-Fc、scFv、(Fab’)2、Fab、ジアボディ、又はVHH抗体は、場合によってさらに別の標識と結合されるか又前記を含む。本発明の方法で用いられるさらに別の標識は、例えば放射性同位元素又は蛍光標識でありうる。本発明のさらに別の標識に用いられる“蛍光標識”、“蛍光染料”又は“発蛍光団”という用語は上記に定義されたとおりであり、放射性同位元素という用語は任意の放射性同位元素、例えば14C、3H、32P、125I、131I、又は125Iのいずれかを指し、前記は標的のタンパク質を検出する本発明の方法で用いることができる。
DNA単離及び配列決定は、当業界で公知の標準的プロトコル(例えば文献(“Molecular Cloning”, 4th edition, CSHL Press)に開示されたもの)にしたがって実施できる。例えば、本発明の選別宿主細胞のポリヌクレオチド(例えばプラスミド)でも市販のキット(例えば、キアゲン(Qiagen)の“DNeasy Blood and Tissue”キット、又はMasterPureTM 酵母DNA精製キット(Yeast DNA Purification Kit, Epicenter))を用いて実施できる。
したがって、本発明の方法は、例えば、本発明の第二の標識の操作及び選別に、並びに標的のタンパク質との結合が増加した又は結合親和性が増加した第二の標識種の選別に用いることができる。好ましくは、本発明の方法は、例えば、標的のタンパク質との結合増加をディスプレイする本発明の第二の標識の選別に用いることができる。
例えば、いわゆる“変種ライブラリー”もまた本発明の方法で用いることができ、例えば与えられたエピトープに対して所望の親和性を有するCDRをディスプレイし本発明の方法によって選別できる宿主細胞を選別することができる。変種ライブラリーは、典型的にはヒットライブラリーの変種プロフィールのコンビナトリアルな列挙に由来するin silicoのアミノ酸配列を含む。イン・ターンヒット変種ライブラリーは、機能的スクリーニングのために縮重オリゴヌクレオチドライブラリーによってin vitroで発現されるアミノ酸配列ライブラリーである。ヒット変種ライブラリーは、逆翻訳、最適化コドン使用頻度、ヌクレオチドレベルでの組換え及び生じたコンビナトリアル核酸ライブラリーの発現のために、他のヒット変種ライブラリーの配列空間を拡大する。
ある実施態様にしたがえば、本発明の方法の工程(a)の少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドによってコードされる標的のタンパク質は、上記に開示の少なくとも1つのFcドメイン又はFcドメインホモダイマーを含む。したがって本発明の標的のタンパク質は、例えば、上記に開示の少なくとも1つのFcドメイン、又は上記に開示の少なくとも2つのFcドメイン、又は例えば3、4、5若しくは6つのFcドメインを含むことができる。
好ましい実施態様にしたがえば、本発明の標的のタンパク質はモノクローナル抗体であり、前記は、ネズミモノクローナル抗体、マウス-ヒトキメラモノクローナル抗体、ヒト化モノクローナル抗体、又はヒトモノクローナル抗体でありうる。本発明の方法に関して又は本発明の方法のために用いられる“キメラ抗体”という用語には一価、二価又は多価免疫グロブリンが含まれる。一価キメラ抗体は、例えばジスルフィド架橋によりキメラL鎖と結合したキメラH鎖によって形成されるダイマー(HL)でありうる。又は、例えば二価キメラ抗体は、少なくとも1つのジスルフィド架橋により結合した2つのHLダイマーによって形成されるテトラマー(H2 L2)である。例えば、多価キメラ抗体はまた凝集するCH領域を利用することによって入手できる(例えばIgM H鎖から)。本発明のネズミ及びキメラ抗体、フラグメント並びに領域は個々の重鎖(H)及び/又は軽鎖(L)免疫グロブリン鎖を含むことができる。例えば、キメラH鎖は、標的のタンパク質に特異的な非ヒト抗体のH鎖から誘導される抗体結合領域を含むことができ、前記はヒトH鎖C領域(CH)の少なくとも一部分(例えばCH1又はCH2)に連結される。本発明のキメラL鎖は、標的のタンパク質に特異的な非ヒト抗体のL鎖から誘導される抗原結合領域を含み、前記はヒトL鎖C領域(CL)の少なくとも一部分に連結される。
ある特徴では、標的のタンパク質はヒト化抗体であり、それによって用いられる“ヒト化抗体”という用語は、別の哺乳動物種(例えばマウス、ウサギ又はラット)の生殖細胞系列から誘導されたCDR配列がヒトフレームワーク配列に移植されてある抗体を含む。追加のフレームワーク領域の改造は、別の哺乳動物種の生殖細胞系列由来のCDR配列内と同様にヒトフレームワーク配列内でも実施できる。本発明のヒト化抗体は任意の抗体形(例えば上記に開示した抗体形)でありうる。いくつかの実施態様では、それらは完全な免疫グロブリン分子(完全長抗体)であり、IgG、IgA、IgD、IgE及びIgM、Fab、F(ab')2、Fv、ミニボディ又はジアボディを含む。例えば、本発明の方法で用いることができるヒト化抗体はまた、トランスジェニック動物(ヒト生殖細胞系列の免疫グロブリン遺伝子を用いる)のB細胞から入手できる(例えば以下を参照されたい:Macdonald et al. (2014) Proc Natl Acad Sci U S A. Apr 8; 111(14):5147-52)。
例えば、免疫グロブリン新抗原受容体(IgNAR)を第二の標識として用いることができ、例えば前記を本発明の第二の標識に含むことができる。IgNARは軟骨魚類(例えばサメ)に由来し、重鎖抗体である。IgNARは以下の点で他の抗体と顕著な構造的相違を示す:各鎖につき通常は3つに代わって5つの定常ドメイン(CH)、通常ではない位置にいくつかのジスルフィド結合を含み、相補性決定領域3(CDR3)は、他の抗体の軽鎖と結合する部位をカバーする伸長ループを形成する(例えば以下を参照されたい:Barelle et al., (2009) Adv Exp Med Biol. 655:49-62)。
例えば、本発明の方法で用いられる“Hcab”という用語は、ラクダ科の種(すなわち、カメルス・ドロメダリウス(Camelus dromedarius)、カメルス・バクトリアヌス(Camelus bactrianus)、ラマ・グラマ(Lama glama)、ラマ・グアノコ(Lama guanoco)、ラマ・アルパカ(Lama alpaca)及びラマ・ビクグナ(Lama vicugna))の抗体で見いだされる抗体を指し、前記はL鎖を欠く(例えば以下を参照されたい:Muyldermans et al., 2009, Veterinary Immunology and Immunopathology 128, 178-183)。HCAb内のH鎖は4つの代わりに3つの球状ドメインから構成され、2つの定常ドメインは古典的抗体のFcドメイン(CH2−CH3)と高度に相同である。古典的抗体のCH1ドメインに対応するドメインはHCAbでは失われている。したがって、古典的抗体の抗原結合フラグメント(Fab)はHCAbでは単一の可変ドメインに縮小される。VHHと称されるこの可変ドメインは順化されて、可変軽鎖(VL)ドメインの非存在下で抗原結合に機能的になる。
好ましい実施態様にしたがえば、本発明の第二の標識は配列番号:3のアミノ酸配列を含む。したがって、本発明の第二の標識は、配列番号:4のシグナルペプチドが除去されてある配列番号:6のアミノ酸配列を含む。本発明の第二の標識はまた配列変種を含むことができ、前記は配列番号:3と少なくとも80%、85%、90%、又は98%同一であり、ここで%同一は、例えば配列番号:3の完全なアミノ酸配列にわたって、又は例えば上記に開示したように配列番号:3のアミノ酸配列の任意の部分及び長さにわたって上記に記載したように計算することができる。
(i)宿主細胞を、検出できるように標識した抗体又は抗体フラグメントと接触させる工程であって、前記抗体又は抗体フラグメントが、ヒトIgG1、ヒトIgG2、ネズミIgG2a、ネズミIgG2b、若しくはネズミIgG3のFcドメイン又はその変種配列と特異的に結合する、前記工程;
(ii)当該宿主細胞を、第二の標識に結合された抗体と特異的に結合する抗原及び/又はエピトープと接触させる工程であって、前記抗原及び/又はエピトープが(i)で用いられた標識とは別個のさらに別の検出可能な標識と結合される、前記工程;
(iii)前記宿主細胞で(i)及び/又は(ii)の標識を検出する工程;
(iv)参照サンプルと比較して、(i)で用いられた標識、及び/又は(ii)で用いられた標識の改変量をディスプレイするか、及び/又は両標識の改変量をディスプレイする宿主細胞を選別する工程。
本発明の方法で用いられる“検出できる”又は“検出できるように”という用語は検出することができる分子又は粒子を指し、蛍光、化学発光、放射線が含まれ(ただしこれらに限定されない)、例えば蛍光標識には上記に開示したものが含まれる。
(i)宿主細胞を、検出できるように標識した抗体又は抗体フラグメントと接触させる工程であって、前記抗体又は抗体フラグメントは、ヒトIgG1、ヒトIgG2、ネズミIgG2a、ネズミIgG2b、若しくはネズミIgG3の軽鎖(例えばヒトカッパ又はラムダ軽鎖)又はその変種配列と特異的に結合する、前記工程;
(ii)当該宿主細胞を、第二の標識に結合された抗体と特異的に結合する抗原及び/又はエピトープと接触させる工程であって、前記抗原及び/又はエピトープが(i)で用いられた標識とは別個のさらに別の検出可能な標識と結合される、前記工程;
(iii)前記宿主細胞で(i)及び/又は(ii)の標識を検出する工程;
(iv)参照サンプルと比較して、(i)で用いられた標識、及び/又は(ii)で用いられた標識の改変量をディスプレイするか、及び/又は両標識の改変量をディスプレイする宿主細胞を選別する工程。
好ましい実施態様にしたがえば、本発明の方法の工程(i)及び(ii)で用いられた標識の検出及び/又は選別、並びに工程(iv)の宿主細胞の選別は、上記に開示のフローサイトメトリー及び/又はFACS及び/又はミクロ流体技術を含む。
本発明の関係で用いられるPCR増幅は、それによって任意の標的DNA配列を選択的に増幅することができる方法を指す。当該方法は、フォワード及びリバース配列特異的プローブ対を用い、前記プローブは、標的DNA配列にフランキングする領域に特異的であり、標的DNAの反対の鎖とハイブリダイズしさらに増幅されるべき配列の境界の範囲を明示する。特異的に設計されたオリゴヌクレオチドは、熱安定性DNAポリメラーゼ(例えばテルムス・アクアチクス(Thermus aquaticus、(Taq)ポリメラーゼ、又はテルモコッカス・リトラリス(Thermococcus litoralis)ポリメラーゼ(VentTM, New England Biolabs)、又はTthIポリメラーゼ(Perkin-Elmer))によって触媒される多重連続DNA合成ラウンドを開始させる。各合成ラウンドは典型的には融解及び再アニーリング工程によって分けられ、与えられたDNA配列の数百倍の1時間未満での増幅を可能にする。PCR増幅の方法は、当業界では文献に記述されている(例えば以下を参照されたい:PCR Technology: Principles and Applications for DNA Amplification ed. HA Erlich, Stockton Press, New York, N.Y., 1989;PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, eds. Innis, Gelfland, Snisky, and White, Academic Press, San Diego, Calif., 1990;Mattila et al., 1991, Nucleic Acids Res. 19: 4967)。PCRはまた、例えばPOIが抗体であるか、又は抗体フレームワークに融合又は連結されたある抗体の抗体フラグメント(例えばCDR1、CDR2又はCDR3)である場合、当該POIの親和性成熟のために本発明で用いることができる(例えば以下を参照されたい:Gram et al, Proc Natl Acad Sci U S A. 1992 Apr 15;89(8):3576-80)。
ある実施態様では、本発明は、配列番号:5の核酸によってコードされる単離タンパク質を提供する(前記配列では配列番号:4のアミノ酸配列が)。したがって、本発明によって提供されるタンパク質は配列番号:3のアミノ酸配列を含む。本発明のタンパク質に用いられる“単離タンパク質”という用語は、本質的に他の細胞成分(例えば脂質、DNA、RNA及び細胞タンパク質)が存在しないタンパク質を指す。したがって、本発明のタンパク質は、前記が少なくとも60%、又は少なくとも70%、又は少なくとも80%、好ましくは少なくとも90%、95%純粋ならば、本質的に細胞成分が存在しないと言われる。例えば、単離タンパク質という用語はまた、適切な宿主細胞での単離核酸の発現によって生成されるタンパク質を指すことができる。
ある実施態様では、本発明は、配列番号:5の核酸配列、又はストリンジェントな条件下で配列番号:5の核酸配列とハイブリダイズする核酸を含む少なくとも1つの核酸分子を含む宿主細胞を提供する。したがって、本発明は上記に開示の宿主細胞を提供し、前記細胞は配列番号:5の核酸配列を含む少なくとも1つの核酸分子を含む。例えば、本発明の宿主細胞は、当該宿主細胞で配列番号:5のヌクレオチド配列を発現させるために適切なベクター又はプラスミドを含むことができる。配列番号:5の本発明の核酸の発現を指令するために用いられる的確な発現ベクターは宿主細胞に左右されうるが、しかしながら、例えばpCMV、pcDNA、p4X3、p4X4、p4X5、p4X6、pVL1392、pVL1393、pACYC177、PRS420が含まれ、ウイルスを土台とするベクター系の場合はpBABEpuro、pWPXL、pXP-由来ベクターが用いられうる。
本発明の好ましい実施態様では、精製タンパク質は配列番号:3のアミノ酸を含む。したがって、本発明の精製タンパク質はシグナル配列を欠き、例えば配列番号:4のアミノ酸配列が除去されたペプチド配列である。
本発明のある実施態様では、上記に開示の単離及び精製されたタンパク質は上記に開示の本発明の方法で用いることができる。例えば、本発明の単離及び精製されたタンパク質は、上記に開示のFc含有タンパク質を非共有結合で表面ディスプレイする本発明の方法の第二の標識として用いることができる。例えば、本発明のタンパク質を、モノクローナル抗体の表面ディスプレイ、又は例えばFcドメイン含有抗体フラグメントの表面ディスプレイに用いて、例えば所望の表現型(例えば与えられたエピトープ又は抗原に対する親和性の増加)を有する抗体又は抗体フラグメントを選別することができる。
ある実施態様では、本発明は複数の部分を有するキットを提供し、前記キットは、上記に開示の第一の標識、上記に開示の配列番号:3のアミノ酸配列を含む単離タンパク質、又は上記に開示の配列番号:5のヌクレオチド配列を含む核酸分子、及び上記に開示の宿主細胞を含む。
本発明は、本明細書に記載された個別の方法論、プロトコル及び試薬に限定されないことは理解されよう(なぜならばそれらは変動しうるからである)。本明細書で用いられる用語は個別の実施態様を記載することのみを目的とし、本発明の範囲を限定しようとするものでないこともまた理解されよう(本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ制限される)。特段の規定がなければ、本明細書で用いられる全ての技術用語及び学術用語は、当業者が通常理解する意味と同じ意味を有する。
実施例1:ストレプトアビジン-ZZ(SA-ZZ)の作出及び調製
ストレプトアビジン及び黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)タンパク質A由来ZZドメインのキメラ構築物のDNA配列をGeneArt(商標)(Life Technologies)で合成し、PAC選別マーカーを含むpCMV系ベクターでクローニングした。合成配列は、ヒト成長ホルモンシグナルペプチド、ストレプトアビジン遺伝子、GS-リンカー及びZ-ドメインの2つのコピーを含む。
このプラスミドをCHO-S細胞にトランスフェクトして当該タンパク質を生成した。続いて、IgGと結合させたNHS-活性化セファロース(当該タンパク質の主要アミノ基を介する)を用いるアフィニティークロマトグラフィー及びサイズ排除クロマトグラフィー(HiLoad Superdex 2000カラム(GE Healthcare))によって、上清から前記タンパク質を精製した。
安定な細胞を選別してSA-ZZの生成に用いた。分泌された粗物質をIgGと結合させたNHS-活性化セファロース(当該タンパク質の主要アミノ基を介する)で精製した(DI-17E6)。
クーマシーブルーゲル分析は、予想されたサイズ(31kD)を有するモノマーに関して見かけの分子量91kDを示した(図1)。オクテット分析は、SAとビオチン化標的及びZZと抗体の両方の結合を示した(図2)。ウェスタンブロット分析もまた、SA-ZZ融合タンパク質がIgG及びビオチン化タンパク質の両方と結合することを示した(図1)。
プラスミド
酵母の形質転換に用いたベクターはいずれも、Invitrogenから市場で入手できるpYD1プラスミド骨格を土台にした(酵母ディスプレイベクターキット、バージョンD、#V835-01)。各ベクターの構築はS.セレビシアエの同種組換え機構を用いて実施した。その目的のための抗体遺伝子は、両サイドに相同配列の40から50bpの伸長を導入するHPLC精製プライマーとともにPhusion(商標)ハイフェデリティDNAポリメラーゼ(New England Biolabs)を用いて増幅された。酵母中の重鎖及び軽鎖プラスミドの選別を可能にするために、軽鎖プラスミドはLeu栄養要求マーカーを含み、重鎖プラスミドはTrpマーカーをコードした。ディスプレイされるべき各抗体(マツズマブ、アダリムマブ、抗cMet-B10、トラスツズマブ)のVH及びVL領域を対応するプラスミドでクローニングした(前記プラスミドは既にシグナル配列及びIgG1 CH1-Fc領域(pYD-mcs-CH1-Fc)又はラムダ/カッパ定常領域を含んでいた)。可溶性抗体分泌は、抗体遺伝子の5’をインフレームクローニングしたαMFpp8シグナル配列を用いて誘導された。抗体遺伝子の発現は、ガラクトース誘導Gal1プロモーターによって駆動された。
CDR-H3ライブラリー作出
社内で選別したヒトcMet特異的ファージディスプレイ由来抗体のVH領域を含むCDR-H3変異ライブラリーをGeneArt(商標)(Life Technologies)に注文して入手した。30ヌクレオチドDNAストレッチを含むライブラリー内で、ドーピング混合物を選択して、CDR-H3親型の各アミノ酸を頻度60−70%で維持しさらにシステイン及びメチオニン残基と同様に終止コドンの導入を回避した。合成dsDNA構築物をPCR増幅の鋳型として用いた。PCRの最中に、酵母のギャップ修復クローニングのための両サイドへの45bp伸長が達成された。Phusion(商標)ハイフェデリティDNAポリメラーゼ(New England Biolabs)を製造業者のプロトコルにしたがって用いて、96反応を実施した。各反応について、総体積50μLで50ngの予め増幅した鋳型DNAを用いた。PCR完了後に反応物を一緒にし、Wizard(商標)SVゲル及びPCRクリーンアップシステム(Promega)を用いて精製し、当該配列のアクセプタープラスミド5’及び3’への相同配列アタッチメントを保持する、最終量102μgのライブラリーDNAを得た。ライブラリーのシグナルペプチド及びヒトCH1-Fc領域(すでにプラスミド骨格に含まれている)とのインフレームクローニングを可能にするために、以下のプライマーを増幅に用いた:上側プライマー、5’-CTATTGCCAGCATTGCTGCTAAAGAAGAAGGGGTACAACTCGATAAAAGAG AAGTGCAGCTGGTGCAGTCTG-3’;下側プライマー、5’-CTCTTGGAGGAGGGTGCCAGGGGGAA GACCGATGGGCCCTTGGTGGAGGCTGAGGAGACGGTGACCAGGG-3’。ギャップ修復クローニングのために、制限酵素BamHI及びEcoRIを用いてpYD-mcs-CH1-Fcを線状化し、Wizard(商標)SVゲル及びPCRクリーンアップシステム(Promega)を用いて精製した。EBY100細胞でのギャップ修復クローニングによるライブラリー作出は、Benatuilと共同研究者らが確立したプロトコルにしたがって実施した33。10回のエレクトロポレーションを4μgの線状化ベクター及び10μgのPCR生成物を用いて実施した。ライブラリーサイズはプレート希釈によって推定し、1.5x109形質転換体が明らかになった。
抗体捕捉のための細胞表面官能化
抗体捕捉のために、ストレプトアビジン及びZZドメインから成る融合タンパク質(SA-ZZ、実施例1参照)を構築し、安定的にトランスフェクトされたCHO-S細胞から精製した。融合物が、抗体結合能を維持している間に細胞表面に捕捉されうるか否かを精査するために、市販のビオチン試薬(ビオチン-PEG-SCM 3.4 kDa(Creative PEGWorks))を用いて細胞表面をビオチン化し、続いて組換えSA-ZZ融合タンパク質を添加した。
最初に、細胞表面の十分な標識のためのビオチン試薬及びSA-ZZの量を検査した。その目的のために、1x107細胞につき1−6mgのビオチン-PEG-SCM 3.4 kDaを用いてBJ5464 S.セレビシアエをビオチン化した。表面標識の程度を分析するために、細胞をストレプトアビジン-Dylight633とともにインキュベートし、蛍光をフローサイトメトリーで検出した。試薬の量が増すにつれ、蛍光シグナルは持続的に強化した(図4A)。1mgのビオチン試薬で標識した細胞は、陰性コントロールと比較して蛍光が約1桁の増加を既に示したので、その後のSA-ZZ固定化のためには1mgの試薬を選択し、細胞表面への高濃度の抗体充填時に生じうる抗原結合におけるアビディティ効果を回避した。種々の量のSA-ZZ(2μg、3μg、4μg)をビオチン化細胞とのインキュベーションに用い、細胞表面をIgG-捕捉ドメインで官能化した。官能化細胞をタンパク質A特異的FITC結合ヤギ抗体(ab7244(abcam))とインキュベートし、固定化細胞表面のフローサイトメトリーを可能にする。SA-ZZの量の増加は蛍光シグナルの強化をもたらし(図4B)、固定された捕捉ドメインのより高い細胞密度によって引き起こされた。陰性コントロールと比較して完全に異なる蛍光シフトが検査された全てのSA-ZZについて検出された。
IgG捕捉
官能化細胞がなお可溶性の高品質抗体を分泌する能力を調べた。3つの異なるモノクローナル抗体をコードする重鎖及び軽鎖プラスミドでBJ5464細胞を形質転換した。これらの抗体は、マツズマブ(KD 113nM)、アダリムマブ(KD 30pM)及び抗cMet-B10(KD 40nMで分析)であった(表1参照)。IgG捕捉の分析は、フローサイトメトリーによるIgGディスプレイの検出のために、表1に列挙した蛍光標識抗原及び抗Fc特異的AlexaFluor647-結合F(ab’)2フラグメント(109-606-008(Jackson ImmunoResearch))又はヤギ抗Fc PE結合抗体(109-115-098(Jackson ImmunoResearch))とともに改造細胞をインキュベートすることによって実施した(図5A−C)。陰性コントロールはIgGディスプレイの検出のためにのみ染色された(図5D−F)。3つの被験二重染色サンプルは、抗Fcのみで標識された対応する陰性コントロールと比較して二重陽性蛍光によって指示されるように、抗体ディスプレイ及び抗原結合について陽性シグナルを示した。
IgG発現及びZZドメイン占有の更なる分析のために、マツズマブの重鎖及び軽鎖プラスミドを保持するBJ5464細胞を本発明の方法によって官能化させ、さらにガラクトース培地を用いて抗体発現を誘導した。ZZドメインによる細胞標識の後で、細胞を増殖させマツズマブを分泌させた。期待したように、細胞壁に共有結合したZZドメインの数は、固定後6及び20時間で減少した。これらおそらく、細胞増殖及び出芽とともに20℃の培地での長期インキュベーションにおける融合タンパク質の分解又は不活化による(図6C−E)。固定化ZZドメインのマツズマブによる占有(図6B)はヤギ抗Fc PE結合抗体を用いて同時にモニターされ、ZZドメインの場合と同様な標識パターンが示された(図6I−J)。非占有ZZドメインは分泌マツズマブによって覆われない細胞表面に存在するか否かを精査するために、マツズマブ分泌の誘導後3時点で細胞を収集し、過剰のゴリムマブ抗体とインキュベートした。酵母細胞表面の非占有ZZドメインとゴリムマブの結合を対応する蛍光標識抗原、TNFαの添加によってモニターした。発現から6時間後、全ての官能化細胞は内因性マツズマブを捕捉し(図4)、一方、外部から添加した抗体による細胞染色は弱く、20時間のインキュベーション後には完全になくなり(図4H)、酵母細胞表面に存在するZZドメインは内因的に生成された抗体で完全に飽和されていることを示唆した。
酵母株、培地及び接合
抗体軽鎖を保有する酵母株は、アメリカ培養細胞系統保存機関(ATCC)から入手したS.セレビシアエBJ5464株であった。S.セレビシアエEBY100株は抗体重鎖を保有し、節減的重鎖ライブラリーの作出に用いた。この株は、pYD1酵母ディスプレイベクターキット(#V835-01(Life Technologies))の部分としてInvitrogenから入手した。全抗体及びライブラリーは、接合後に得られた二倍体細胞によって分泌された。
重鎖及び/又は軽鎖プラスミドを保有する酵母細胞の培養のために、全ての必須試薬(トリプトファン及び/又はロイシンを除く)を含む培地を、市販のドロップアウトミックス及び最小SDベースミックス(#630414、#630413、#630417及び#630411(Clontech))を用いて調製した。遺伝子発現の誘導は、以下と混合した同じドロップアウトミックスで実施した:最小SDベースGal/Raf(#630421(Clontech))、1M緩衝液(以下を含む:8.56g NaH2PO4及び5.4g Na2HPO4(pH 7.4))及び11% w/v PEG8000。酵母細胞接合のために用いた富栄養培地(YPD)は、20gグルコース、20gペプトン及び10g酵母抽出物(Merck KGaA)から調製した。凍結用媒体は、2%グリセロール及び0.67% DifcoTM酵母ニトロゲンベース(BD)を用いて調製した。
酵母の接合は、一倍体EBY100細胞(Mat a)のCDR-H3ライブラリーを一倍体BJ5464細胞(Mat α)の対応する軽鎖と合体させて重鎖及び軽鎖プラスミドを保有する二倍体細胞を得るために用いた。したがって、それぞれ重鎖又は軽鎖抗体のプラスミドを保持する酵母細胞をまず初めにそれらの対応する培地で別個に30℃及び250rpmで一晩培養した。次の日、各株の1x108細胞を50μLのYPD培地に再懸濁し、予め温めたYPDプレートの中央に滴下し、このプレートをその後30℃で一晩培養した。続いて薄い細胞層を10mLのYPD培地で洗い落とした。接合プロセス効率を計算するために、細胞懸濁物のOD600を測定し、希釈プレートを調製した。細胞懸濁物を500mLの二重選別培地で培養した。続いて2x109細胞を培養後24及び48時間で新しい培地に移した。その後、二倍体細胞を凍結用媒体に懸濁し、凍結バイアルに移して-80℃で保存した。
遺伝子型-表現型連結及びライブラリースクリーニング
遺伝子型-表現型連係が本発明の方法について存在することを立証するために、混合実験を実施した。EGFR結合マツズマブをディスプレイする細胞(図5A)をトラスツズマブディスプレイ細胞と1:1,000,000比で混合し、通常の免疫ライブラリーサイズに似せた。SA-ZZを酵母細胞表面に固定し、この混合物を誘導培地に移して20時間インキュベートし、続いてEGFR-フィコエリトリン(EGFR-PE)結合物及び抗Fc AlexaFluor647-結合抗体で蛍光的に標識し、さらに連続4ラウンドの区分けに付した(図5C−F)。区分け及び4ラウンド目再区分けの後で、EGFR結合細胞の単一細胞分析をフローサイトメトリーで実施した。10分析クローンのうち、9クローンがEGFR-PEとの結合をディスプレイし、濃縮の成功が確認された(データは示されていない)。
この結果に鼓舞されて、社内製ファージディスプレイライブラリーのスクリーニングキャンペーンから誘導したcMet特異的抗体の親和性成熟を実施した(KD 40nM)。この目的のために、重鎖の可変ドメインのCDR-H3ループの節減的変異導入を実施し、ここで10残基全てをCys及びMet以外の19アミノ酸全てでランダム化し、約60−70%の頻度で各位置の元々のアミノ酸を維持した。S.セレビシアエEBY100株でライブラリーを構築し1.5x109の形質転換体を得た。ランダムに採取したクローンの配列分析は、CDR-H3の10残基内で平均3.4の置換があることを示した。一倍体ライブラリー細胞は、一倍体BJ5464(MAT-アルファ細胞で親抗体軽鎖を保持する)と接合効率15%で接合した。二倍体を二重選別培地での増殖能力によって選別し、SA-ZZで修飾した。分泌抗体を細胞表面で再捕捉し、抗Fc AlexaFluor647-結合F(ab’)2及びPE-結合cMet抗体で標識して、二重染色細胞をFACSで単離した(図6)。
より高い親和性を有する結合剤を得るために、3ラウンドの区分けの間にcMet濃度を250nMから15nMに連続的に減少させた。3回目の区分けの後で、酵母細胞のプラスミドDNAを単離し、大腸菌細胞の形質転換に用いた。得られた単一コロニーの重鎖プラスミドのVH領域を配列決定し、固有の配列を用いて親軽鎖プラスミドをもつ酵母細胞をエレクトロポレーションによって共同形質転換した。cMet結合に関して表現型分析を酵母細胞表面で実施した。100nMのcMet濃度では、ディスプレイ比を標準化したとき、親抗体と比較して1つの変種が抗原結合の蛍光シグナルのわずかな強化を示した(図7)。
続いて、Expi293FTM細胞での可溶性発現のために選別配列を哺乳動物ベクターでサブクローニングした。抗体発現及び精製に続いて、当該抗体変種の反応速度分析は、親抗体(図7C)と比較してcMet(図7D)に対して5倍の親和性改善を示した。この相違は主としてkdisの低下によって生じる。
細胞表面操作
3.4 kDaビオチン-PEG-SCM(Creative PEGWorks)を用いて酵母細胞をビオチン化した。前記ビオチン化を達成するために、1x107細胞を炭酸緩衝液(4.2% NaHCO3及び0.034% Na2CO3(pH8))で2回洗浄し、最終量40μLの緩衝液(1−4mgの溶解ビオチン試薬を含む)に再懸濁した。続いて混合物を室温で15分間インキュベートした。細胞をペレットにし、さらに100mMグリシン含有PBS(1mL)で2回洗浄して遊離ビオチン-PEG-SCMを飽和させた。その後のビオチン化細胞の官能化は、PBS中のストレプトアビジン-ZZ融合物(0.76−1.52μM)とともに細胞を氷上でさらに15分間インキュベートすることによって実施された。最終工程で、当該細胞を1mLのPBSで1回洗浄した。
IgGディスプレイ、蛍光染色及びFACS
分泌されたIgG分子の酵母細胞での再捕捉及びディスプレイのために、ペトリ皿又は深底ウェルプレートを用いる静置培養(開始細胞濃度1x107細胞、20℃、20時間)で発現を実施した。表面ビオチンを特異的に標識するために、1x107ビオチン化細胞を20μL中の1.3μMストレプトアビジン-DyLight633結合物(Thermo Scientific/Pierce)とともに4℃で15分間、光の非存在下でインキュベートし、標識後PBSで1回洗浄した。表面固定ZZドメインの染色は、1x107細胞を20μL中の3.3μMのヤギ由来タンパク質A特異的FITC結合検出抗体(Abcam)とともに15分間4℃で光の非存在下にてインキュベートすることによって実施した。抗体とのインキュベーションに続いて、細胞をPBSで1回洗浄し、氷上で分析まで維持した。ディスプレイされた抗体の染色は、20μL中の0.5μMのAlexaFluor647-結合ヤギ抗-Fc F(ab’)2-フラグメント又はPE-結合ヤギ抗Fc抗体(ともにJackson Immunoresearch)及び種々の濃度の対応する蛍光標識抗原(cMet又はEGFR(Merck Serono)及びTNFα(R&D Systems))を用いて実施された。抗原(cMet及びEGFR)の標識はLYNX迅速RPEキット(BioRad)を用いて実施した。TNFαの標識はDylight650 NHSエステル(Thermo Scientific)を用いて実施した。PE-結合抗原による染色のために、細胞を氷上及び光の非存在下で15分間インキュベートし、1mLのPBSで1回洗浄した。遊離の表面ZZドメインを標識する外部添加抗体ゴリムマブ(MSD)の濃度は、最大シグナル強度の決定のために実験前に滴定された。ゴリムマブ処理細胞をその後250nMのDyligt650-結合TNFαとともにインキュベートした。CDR-H3ライブラリーの選別は、Summit5.3を用いMoFlo XDP細胞分類装置(Beckman Coulter)で実施した。最初の選別で2x108細胞がプロセッシングされた。その後の2ラウンドの区分けの間に、残りの種々雑多なライブラリーは少なくとも100倍オーバーサンプリングされた。
サブクローニング、哺乳動物発現及びタンパク質精製
抗体遺伝子の哺乳動物発現プラスミドのサブクローニングを実施して、Expi293FTM 細胞(Life Technologies)でのIgG分子の可溶性発現を可能にした。したがって、標的の遺伝子はアクセプタープラスミド(Lucigen)との相同性オーバーラップによりPCRによって増幅された。その後、One Shot(商標)TOP10化学的コンピテント大腸菌細胞(Life Technologies)を1μLのPCR生成物及び1μLのプラスミドとともに30分間インキュベートし、製造業者のプロトコルにしたがって形質転換させた。クローンの選別はLB-ampプレートで実施した。37℃で24時間のインキュベーションの後でコロニーを採取し、プラスミドDNAを単離し、配列決定のためにMWG Biotechに送付した。続いて的確なプラスミドDNAを用い、ExpiFectamineTM 293トランスフェクションキット(Life Technologies)によりExpi293FTM 細胞を製造業者のプロトコルにしたがってトランスフェクトした。細胞を37℃、180rpm及び5% CO2で5日間インキュベートした。細胞懸濁物の遠心分離(1500xg、10分)によってIgGを含む上清を採集した。PROSEP(商標)-Aスピンカラム(Merck Millipore)を用いて上清から抗体を精製した。
結合の反応速度論
サブクローニングして精製したIgG分子の結合の反応速度をオクテットREDシステム(ForteBio, Pall Life Science)を用いて分析した。PBS中の2.5μg/mLの抗体を抗ヒトFC(AHC)バイオセンサー上で600秒間捕捉した。全ての測定はカイネティクス緩衝液(PBS pH7.4、0.1%(w/v)BSA、0.02% Tween(商標)20)で実施した。cMet(10nM、50nM、100nM)との結合を300秒間測定し、続いて600秒間解離させた。各抗体の1つのコントロールをカイネティクス緩衝液のみを用いて分析し、cMetとの相互作用から得られた全ての結合曲線から差し引いた。ForteBioデータ分析ソフト8.0を用い、処理した結合曲線をSavitzky-Golayフィルタリング後に1:1結合モデルを用いて評価した。
IgGディスプレイ酵母集団の標識
完全なIgGをディスプレイする酵母細胞(前記はそれら表面の軽鎖及び重鎖の集合によって酵母細胞の全プールで目立たせられる)を同定するために、酵母細胞を上記に記載したように非共有結合による表面ディスプレイのために誘導し(実施例9を参照)、PE-結合ヤギ抗ヒトラムダ又はカッパF(ab’)2及びAlexa 647-結合抗原(ThermoFisher)で染色した。この実験で得られた結果は、抗原結合とIgGディスプレイレベルとの相関性を示している(図11A)。2つの抗原(抗原A及び抗原B)にそれぞれ特異的な2つの別個の抗体を用いて軽鎖実験を実施した。図11Bに示すように、得られた結果は、抗Fc抗体と抗軽鎖抗体による染色で類似している。驚くべきことに、抗軽鎖染色は相関性の改善を示した(図11B)。
軽鎖標識及び選別によるクローン濃縮
軽鎖染色方法を利用するクローン濃縮のためのある実施例では本発明の酵母ディスプレイ系が用いられた(実施例12参照)。クローン濃縮のために、酵母細胞クローン(上記に開示の本発明の方法を利用してその表面にY抗原特異的抗体をディスプレイする(抗原Y特異的酵母ディスプレイクローン))を抗原Z特異的酵母ディスプレイクローンと1:1,000,000の比で混合した。Y抗原特異的抗体は、いくつかのアイソフォームが存在する標的のタンパク質(POI)に対抗する(当該アイソフォームの1つは抗原Xを含むが抗原Yは含まない)。したがって、Y抗原特異的抗体は、抗原Xを含むPOIアイソフォームを認識しないであろう。実施例1−6に記載した酵母操作手順にしたがい、108酵母細胞をスクリーニングし、3ラウンドの濃縮のために区分けし、その後のFACS区分けのためにPE結合ヤギ抗ヒトラムダF(ab’)2(Southern Biotech)を用いてIgGディスプレイ集団を標識した。SONY SH800細胞分類装置を用いた3ラウンドの細胞区分け及び濃縮の後で、区分けされた細胞(すなわち図11Bに示すゲートパラメーター内の細胞)を引き続き、Alexa 647-結合抗原X、抗原Y又は抗原Z(無関係タンパク質、陰性コントロール)とともに前記細胞をインキュベートすることによって分析した。Alexa 647-結合抗原Yに対する明瞭な結合特異性が選別細胞で認められ、選別プロセスの間に、的確な抗体クローンが元々の1:1,000,000比から首尾よく濃縮され、所望しないバックグラウンドクローンが首尾よく排除されることを示した(図12)。
軽鎖シャッフリングによる親和性成熟
本発明の酵母ディスプレイ方法はまた軽鎖シャッフリング親和性成熟に利用できるという概念の証明として、軽鎖シャッフリングライブラリーを構築した(前記は親の抗抗原1クローン由来の重鎖とペアを形成していた)。3ラウンドの仕分け及び濃縮(上記の実施例に開示したように実施した)に続いて、高親和性の抗原結合酵母細胞が単離され(図13A)、さらに酵母のプラスミドDNAが単離された。抗体配列を再フォーマットし、哺乳動物発現ベクターでサブクローニングして哺乳動物発現系で発現させ、続いてIgG抗体を精製し結合の反応速度を測定した(Biacore instrument(GE Healthcare or Octet, Pall Fortebio))。軽鎖シャッフリングスクリーニングから選別したこのクローンの結合親和性は、親クローンと比較して約5倍改善された(図13B)。
Claims (44)
- 以下の工程を含む、宿主細胞表面でタンパク質をディスプレイする方法:
(a)宿主細胞に、前記宿主細胞の表面でディスプレイされるべき標的のタンパク質をコードする少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドを導入する工程;
(b)前記宿主細胞の表面を第一の標識と接触させる工程;
(c)(b)の前記宿主細胞の表面を第二の標識と接触させ、それによって第二の標識が、特異的かつ非共有結合的に前記第一の標識及び前記少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドによってコードされる前記標的のタンパク質と結合する工程;
(d)前記少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドを、当該少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドによってコードされる前記標的のタンパク質の分泌に十分な条件下で、前記宿主細胞で発現させる工程;
(e)工程(d)の前記宿主細胞を、前記第二の標識が非共有結合により結合した前記標的のタンパク質を特異的に検出する手段と接触させ、その表面で標的のタンパク質をディスプレイする宿主細胞を検出する工程。 - 前記少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドによってコーダされるタンパク質がモノマー又はマルチマーである、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドによってコードされるタンパク質がシグナルペプチドを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第一の標識が前記宿主細胞の表面と共有結合により結合する、請求項1−3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第一の標識がビオチン又はビオチン誘導体である、請求項1−4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第二の標識がさらに別のタンパク質又はさらに別のポリペプチドである、請求項1−5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第二の標識のさらに別のタンパク質がマルチマータンパク質である、請求項6に記載の方法。
- 前記第二の標識が、タンパク質A、タンパク質L、タンパク質G、タンパク質A−G融合物、タンパク質AのドメインE、D、A、Bの1つであるか、又は前記を含み、アビジン、ストレプトアビジン、ニュートラビジン、又はその配列変種と融合される、請求項1−7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記宿主細胞が哺乳動物、酵母又は昆虫細胞から選択される、請求項1−8のいずれか1項に記載の方法。
- 酵母宿主細胞が、サッカロミセス・セレビシアエ(Saccharomyces cerevisiae)、ハンセヌラ・ポリモルファ(Hansenula polymorpha)、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)、シュワンニオミセス・オクシデンタリス(Schwanniomyces occidentalis)、クルイベロミセスラクチス(Kluyveromyceslactis)、ヤロウイア・リポリチカ(Yarrowia lipolytica)及びピキア・パストリス(Pichia pastoris)を含む群から選択される、請求項1−8のいずれか1項に記載の方法。
- 哺乳動物宿主細胞が、HEK293、HEK293T、HEK293E、HEK 293F、NS0、per.C6、MCF-7、HeLa、Cos-1、Cos-7、PC-12、3T3、Vero、vero-76、PC3、U87、SAOS-2、LNCAP、DU145、A431、A549、B35、H1299、HUVEC、Jurkat、MDA-MB-231、MDA-MB-468、MDA-MB-435、Caco-2、CHO、CHO-K1、CHO-B11、CHO-DG44、BHK、AGE1.HN、Namalwa、WI-38、MRC-5、HepG2、L-929、RAB-9、SIRC、RK13、11B11、1D3、2.4G2、A-10、B-35、C-6、F4/80、IEC-18、L2、MH1C1、NRK、NRK-49F、NRK-52E、RMC、CV-1、BT、MDBK、CPAE、MDCK.1、MDCK.2、及びD-17を含む群から選択される、請求項1−9のいずれか1項に記載の方法。
- 昆虫細胞が、Hi5、Sf9、Sf21、S2及びBTI-TN-5B1-4を含む群から選択される、請求項1−9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記標的のタンパク質を特異的に検出する手段が、抗体若しくは抗体フラグメント、量子ドット、酵素、発蛍光団、又はインターカレート染料及びガングリオシドを含む群から選択される、請求項1−12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記タンパク質を特異的に検出する手段が、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体、scFv-Fc、scFv、(Fab’)2、Fab、ミニボディ、ジアボディ、又はVHH抗体の1つであり、場合によってさらに別の標識と結合される、請求項1−13のいずれか1項に記載の方法。
- さらに宿主細胞を選別する工程を含む、請求項1−14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記選別された宿主細胞が改変された表現型の標的のタンパク質をディスプレイする、請求項15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記改変表現型が、表面発現レベル、タンパク質安定性、タンパク質の折り畳み又は親和性の1つである、請求項16に記載の方法。
- 前記改変された表現型が、工程(e)の前記宿主細胞を参照サンプルと比較することによって決定される、請求項1−17のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(a)の少なくとも1つ以上のポリヌクレオチドによってコードされる標的のタンパク質が少なくとも1つのFcドメインホモダイマーを含む、請求項1−18のいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのFcドメインホモダイマーが、ヒトIgG1、ヒトIgG2、ネズミIgG2a、ネズミIgG2b、若しくはネズミIgG3又は前記の配列変種の1つである、請求項19に記載の方法。
- 前記Fcドメイン含有タンパク質がN-末端Fcドメイン融合タンパク質、C-末端Fcドメイン融合タンパク質又は抗体である、請求項19又は請求項20に記載の方法。
- 前記抗体がモノクローナル抗体である、請求項21に記載の方法。
- 前記モノクローナル抗体が、ネズミモノクローナル抗体、マウス-ヒトキメラモノクローナル抗体、ヒト化モノクローナル抗体、又はヒトモノクローナル抗体である、請求項22に記載の方法。
- 前記第二の標識が、ヒトIgG1、ヒトIgG2、ネズミIgG2a、ネズミIgG2b、又はネズミIgG3のFcドメインと特異的に結合する、請求項1−23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第二の標識の抗体結合の親和性が、少なくともKd=10-8M、2.5x10-8M、5x10-8M、7.5x10-8M、10-9M、5x10-9M、7.5x10-9M、10-10M、2.5x10-10M、5x10-10M、7.5x10-10M、10-11M、2.5x10-11M、5x10-11M、7.5x10-11M、又は10-12Mである、請求項1−24のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第二の標識が配列番号:1のアミノ酸配列及び/又は配列番号:2のアミノ酸配列を含む、請求項1−25のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第二の標識が配列番号:3のアミノ酸配列を含む、請求項1−26のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(e)がさらに以下の工程を含む、請求項1−27のいずれか1項に記載の方法:
(i)前記宿主細胞を、検出できるように標識された抗体又は抗体フラグメントと接触させる工程であって、前記抗体又は抗体フラグメントが、ヒトIgG1、ヒトIgG2、ネズミIgG2a、ネズミIgG2b、若しくはネズミIgG3のFcドメイン又はその変種配列と特異的に結合する、前記工程;
(ii)前記宿主細胞を、第二の標識を結合させた抗体と特異的に結合する抗原及び/又はエピトープと接触させる工程であって、前記抗原及び/又はエピトープが(i)で用いられた標識とは別個のさらに別の検出可能な標識と結合される、前記工程;
(iii)前記宿主細胞で(i)及び/又は(ii)の標識を検出する工程;
(iv)参照サンプルと比較して、(i)で用いられた標識、及び/又は(ii)で用いられた標識の改変量をディスプレイするか、及び/又は両標識の改変量をディスプレイする宿主細胞を選別する工程。 - 工程(e)の検出できるように標識された抗体又は抗体フラグメントが、ヒト若しくはネズミのIgG1、ヒトIgG2、ネズミIgG2a、ネズミIgG2b、又はネズミIgG3のカッパ若しくはラムダ軽鎖、又は前記の配列変種と特異的に結合する、請求項28に記載の方法。
- (i)及び(ii)の標識及び/又は選別工程(iv)が、フローサイトメトリー及び/又はFACS及び/又はミクロ流体技術を含む、請求項28又は請求項29に記載の方法。
- 工程(a)−(e)が繰り返される、請求項1−30のいずれか1項に記載の方法。
- 宿主細胞が酵母細胞であり、工程(a)がさらに少なくとも第一及び第二の酵母細胞の接合を含み、前記第一及び第二の宿主細胞が異なるポリヌクレオチドを含み、その少なくとも1つがFcドメイン含有融合タンパク質をコードし、かつ前記第一及び第二の宿主細胞の前記ポリヌクレオチドが少なくとも1つの選別可能な別個のマーカーを含む、請求項1−31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第一の酵母細胞が免疫グロブリン軽鎖をコードするポリヌクレオチドを含み、及び/又は前記第二の酵母細胞が免疫グロブリン重鎖をコードするポリヌクレオチドを含む、請求項32に記載の方法。
- 前記第一の酵母細胞が、免疫グロブリン軽鎖ライブラリーをコードするポリヌクレオチドを含み、前記第二の酵母細胞が、標的のタンパク質に対して予め決定された親和性の免疫グロブリン重鎖をコードするポリヌクレオチドを含む、請求項33に記載の方法。
- 配列番号:5のヌクレオチド配列を含む単離核酸分子。
- 配列番号:5の核酸配列によってコードされる単離タンパク質であって、配列番号:4のアミノ酸が除去されている、前記単離タンパク質。
- 請求項35に記載の少なくとも1つの核酸分子を含む、宿主細胞。
- 以下の工程を含む、タンパク質を生成するプロセス:
−請求項37に記載の宿主細胞をタンパク質発現に十分な条件下でin vitro培養する工程;
−請求項35に記載のポリヌクレオチドによってコードされるタンパク質を発現させる工程;
−前記タンパク質を単離及び精製する工程。 - 前記単離タンパク質が配列番号:3のアミノ酸配列を含む、請求項38に記載のプロセス。
- 前記単離及び精製されたタンパク質がマルチマーである、請求項38又は請求項39に記載のプロセス。
- 請求項1−34のいずれか1項に記載の方法における、請求項38−40のいずれか1項に記載のプロセスにしたがって入手できるタンパク質の使用。
- 以下を含む、複数の部分のキット:
−請求項1−34のいずれか1項に記載の第一の標識;
−請求項36に記載の単離タンパク質、及び/又は請求項38−40のいずれか1項に記載のプロセスで使用される配列番号:5のヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド;
−請求項1−34のいずれか1項に記載のタンパク質ディスプレイの方法で使用される宿主細胞。 - 前記宿主細胞が、サッカロミセス・セレビシアエ、ハンセヌラ・ポリモルファ、シゾサッカロミセス・ポンベ、シュワンニオミセス・オクシデンタリス、クルイベロミセスラクチス、ヤロウイア・リポリチカ、ピキア・パストリス、HEK293、HEK293T、HEK293E、HEK 293F、NS0、per.C6、MCF-7、HeLa、Cos-1、Cos-7、PC-12、3T3、Vero、vero-76、PC3、U87、SAOS-2、LNCAP、DU145、A431、A549、B35、H1299、HUVEC、Jurkat、MDA-MB-231、MDA-MB-468、MDA-MB-435、Caco-2、CHO、CHO-K1、CHO-B11、CHO-DG44、BHK、AGE1.HN、Namalwa、WI-38、MRC-5、HepG2、L-929、RAB-9、SIRC、RK13、11B11、1D3、2.4G2、A-10、B-35、C-6、F4/80、IEC-18、L2、MH1C1、NRK、NRK-49F、NRK-52E、RMC、CV-1、BT、MDBK、CPAE、MDCK.1、MDCK.2、D-17、Hi5、Sf9、Sf21、S2又はBTI-TN-5B1-4の1つである、請求項42に記載の複数の部分のキット。
- 請求項36に記載の単離タンパク質及び/又は配列番号:5のヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチドが凍結乾燥されている、請求項42又は請求項43に記載の複数の部分のキット。
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