JP2018528168A - 新血管生成抑制のための血管内皮成長因子受容体ターゲッティングペプチド−エラスチン融合ポリペプチド及び自己組立ナノ構造体 - Google Patents

新血管生成抑制のための血管内皮成長因子受容体ターゲッティングペプチド−エラスチン融合ポリペプチド及び自己組立ナノ構造体 Download PDF

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Abstract

本発明は、血管内皮成長因子(Vascular Endothelial Growth Factor:VEGF)受容体に特異的に結合するペプチドと;前記ペプチドに連結される親水性のエラスチン基盤ポリペプチド(親水性EBP)と;を含む、新血管生成抑制用融合ポリペプチドを提供する。

Description

本発明は、新生血管抑制用融合ポリペプチド及び自己組立ナノ構造体に関する。より具体的に、本発明は、血管内皮成長因子(Vascular Endothelial Growth Factor:VEGF)受容体に特異的に結合するペプチド;及び前記ペプチドに連結される親水性であるエラスチン基盤ポリペプチド(親水性EBP)を含む新生血管抑制用融合ポリペプチドに関する。
また、本発明は、血管内皮成長因子(Vascular Endothelial Growth Factor:VEGF)受容体に特異的に結合するペプチド;前記ペプチドに連結される親水性であるエラスチン基盤ポリペプチド(親水性EBP);及び親水性EBPに連結される疎水性エラスチン基盤ポリペプチド(疎水性EBP)を含む新生血管抑制用融合ポリペプチド及びその自己組立ナノ構造体に関する。
細胞浸透、細胞付着、標的分子に対して結合親和性、治療効能、及びサイト−特異性接合のような特異的機能を有するペプチド、ポリペプチド及びタンパク質は、互いに融合され、人工(artificial)キメラ(chimera)又は融合タンパク質で形成されることによって、スマート(smart)薬物伝達システムに適した多機能を有する。
このような融合タンパク質は、生体内で使用されるとき、高い特異性、高い活性、長い半減期、特定器官で低い蓄積、及び低い副作用を有する。最近、多機能融合タンパク質は、組み換えDNA技術で遺伝子水準で製作され、次のような事項が正確に調節される:(1)配列及びアミノ酸の構成、(2)融合の手順、(3)単分散(monodisperse)分子量、(4)親水性及び疎水性、(5)環境反応性、(6)生体適合性及び生物分解、(7)有毒性及び免疫原性、(8)薬物動力学及び薬力学。
前記融合タンパク質は、原核又は真核発現システムで高収率(1L培養当たり0.1〜0.5g)で発現され、カラムクロマトグラフィー(column chromatography)により精製されるか又は融合タンパク質の刺激反応性(stimuli−responsiveness)により誘発される特有の相転移(phase transition)挙動を分析する逆転移循環(inverse transition cycling、ITC)により精製される。例えば、抗菌性宿主防御ペプチドとポリペプチドF4が遺伝的に融合され、抗菌性生体防御ペプチドが有する限界点(低い安定性、短い半減期及び高い生産費用)が克服された。さらに、腫瘍標的化抗体は、ハイブリードマ(hybridoma)技術でマウスから得られ、マウス抗体において抗原結合可変部位は、ヒトIgGと結合され、患者で免疫原性を減少させた。相当数の人工融合タンパク質は、前臨床及び臨床開発中にあり、多機能性の人工キメラ又は融合タンパク質基盤治療技術は、幾何級数的に成長している。
エラスチン系ポリペプチド(elastin−based polypeptides:EBPs)は、弾性重合体ドメイン(domain)から由来した熱反応生体高分子である。エラスチンは、細胞外基質(extracellular matrix、ECM)で主なタンパク質構成要素である。EBPsは、弾性重合体ドメインを基盤として熱感応性(thermal sensitivity)を有するように変形され、5個のアミノ酸で構成されるペプチドである、ペンタペプチド(pentapeptide)の繰り返し単位であるVal−Pro−(Gly又はAla)−Xaa−Gly[VP(G又はA)XG]を有する。EBPsは、熱−感応性ポリペプチドであり、これらの転移温度は、容易に調節され、薬物伝達ナノ構造体を形成する。
前記Xaaは、ゲスト残基(guest residue)であり、プロリン(proline)を除いたすべてのアミノ酸であることができる。繰り返し単位の配列(sequence)によって二つの種類のEBPsに区分でき、一つは、配列がVal−Pro−Gly−Xaa−Glyである弾性を有するエラスチン基盤ポリペプチド(elastin−based polypeptide with elasticity、EBPE)であり、他の一つは、配列がVal−Pro−Ala−Xaa−Glyである可塑性を有するエラスチン基盤ポリペプチド(elastin−based polypeptide with plasticity、EBPP)である。
EBPsは、温度による可逆的相転移を示す下限臨界溶液温度(lower critical solution temperature、LCST)挙動を有する。前記LCSTは、逆転移循環(inverse transition cycling、ITC)のような簡易な精製方法を使用できる利点を提供し、熱に触発され、粒子、ゲル(gel)、繊維(fiber)及び他の構造体で自己組立される利点も提供する。
互いに異なる配列を有するEBPsブロックで構成されるジブロックは、自己組立構造体を形成するために使用される。EBPsジブロック共重合体は、二つのEBPsで構成され、前記二つのEBPsは、自己組立ミセル構造体を形成するために、互いに異なる配列及び転移温度(transition temperature、T)を有する。EBPsジブロック共重合体溶液の温度が下限T以上に温度が増加するとき、低いTを有するEBPsは、不溶性になり、一方、高いTを有するEBPsは可溶性になり、両親媒性ジブロックEBPsは、ミセル構造体に自己組立される。EBPsジブロック共重合体は、ミセル構造体として機能的多価性(multivalency)を有するため、他の機能性ペプチドと融合されることもでき、例えば、細胞透過力を有する細胞透過性ペプチドと融合され得る。
可溶性状態のEBPsは、進歩された薬物伝達システム、再生医学、及び組織工学に適用され、ポリエチレングリコール(poly(ethylene glycol)、PEG)のような不活性タンパク質基盤生体材料として使用されることがあり、薬物又は他の機能性タンパク質とともに薬物伝達担体として使用されることもある。
EBPsの簡便な精製及び刺激触発式(stimuli−triggered)相転移は、他の機能性タンパク質と遺伝的に容易に融合され得るようにし、EBPsの長所を利用できるようにする。例えば、骨関節炎の治療のための注射薬物貯蔵所を作るために、EBPsは、インターロイキン−1受容体拮抗剤(interleukin−1 receptor antagonist、IL−1Ra)と融合され得る。
また、治療用EBP融合タンパク質の進歩に伴い、EBPブロック共重合体(block copolymers)の自己組立(self−assembled)ミセル(micelle)が研究中である。EBPジブロック共重合体(diblock copolymers)は、二つの異なるEBPブロックで構成され、それぞれのブロックは、それぞれ異なる配列、構成及び鎖(chain)長さを有し、このような差異は、それぞれのEBPブロックが固有な転移温度(transition temperature、T)を有するようにする。温度が上昇するとき、低いTを有するEBPブロックは、不溶性になり、一方、高いTを有する他のEBPブロックは、前記低いT以上で可溶性になる。前記低いT以上でEBPジブロック共重合体の両親媒性(amphiphilic)特性に起因して、前記EBPジブロック共重合体は、コア−シェル(core−shell)ミセル(micellar)ナノ構造で自己組立される。さらに、EBPジブロック共重合体は、他の機能性ペプチド又はタンパク質と融合され、機能性多価性(multivanlency)を示す。前記EBPミセルナノ構造のコア(core)及びシェル(shell)は、二つとも薬物伝達担体として相異に適用されて使用され得る。
最近、相当数の癌(cancer)関連疾病は、腫瘍(tumor)においての非正常的な血管新生(angiogenesis)に起因すると知られた。生物体において生理的血管新生は、厳格な調節による特異的条件の下だけで活性化される。しかし、前記調節の崩壊による血管の過度な形成は、癌だけでなく、非腫瘍性疾患のような疾病を引き起こす。発生、成長、傷治癒、及び再生を含む生理的条件の下で血管新生刺激は、血管内皮成長因子(vascular endothelial growth factor:VEGF)により活性化され、前記VEGFは、細胞膜にあるVEGFR1(fms−like tyrosine kinase−1又はFlt1)及びVEGFR2(kinase insert domain−containing receptor又はFlk−1/KDR)を含む二つの種類のVEGF受容体(VEGF receptors:VEGFRs)に結合する。VEGFRsにVEGFの選択的な結合は、成長信号を血管内皮細胞(vascular endothelial cells)に伝達し、以後、新しい血管生成(血管新生)を触発させる。
したがって、腫瘍成長、癌転移、網膜血管新生、角膜血管新生、糖尿網膜病症、喘息のような多様な疾病で血管新生を抑制するために、抗−血管新生(anti−angiogenesis)に関する多様な戦略が適用された。特に、眼球血管新生治療において抗−血管新生戦略としては、色素上皮性因子(pigment epithelial−derived factor:PEDF)又はカフェリン酸(caffeic acid:CA)のような血管新生抑制剤を使用して抗−血管新生信号を開始すること、及びVEGFがその受容体(VEGFRs)と結合することを妨害することによって、新生血管形成信号を阻止することである。特に、VEGFがその受容体に結合することを妨害することと関連した挑戦的な戦略としては、VEGFR1に高い親和性を有し、且つ受容体拮抗剤(antagonist)としてVEGFR1に競争的に結合する生体高分子(biomacromolecule)又は標的化ペプチドを抗体として使用することである。
高速大量スクリーニング(high throughput screening、HTS)システムのうち一つであるPS−SPCL(positional scanning−synthetic peptide combinatorial library)探索を通じて確認された抗−Flt1ペプチド(anti−Flt1 peptide)は、Gly−Asn−Gln−Trp−Phe−Ile(GNQWFI)のアミノ酸配列を有するヘキサ(hexa)−ペプチドである。抗−Flt1ペプチドは、VEGFR1特異的拮抗剤としてVEGFR1に特異的に結合し、これにより、VEGFだけでなく、胎盤成長因子(placental growth factor、PIGF)を含むすべてのVEGFR1リガンドとVEGFR1が相互作用することを妨害する。生体内で抗−Flt1ペプチドの半減期を増加させるために、抗−Flt1ペプチド−ヒアルロン酸(hyaluronate:HA)結合体は、ゼニステイン(genistein)、デキサメサソン(dexamethasone)又はチロシン(tyrosine)特異的タンパク質キナーゼ(kinases)抑制剤が被膜化された自己組立ミセル構造の形成で研究された。たとえHA重合体と抗−Flt1ペプチドの接合は、身体内で抗−Flt1ペプチドの半減期を増加させるが、接合効率及びミセル構造は、多分散HA重合体分子量、任意分布(random distribution)、及びHAと抗−Flt1ペプチドの接合効率の非一貫性に起因して異質的(heterogeneous)であるという問題点がある。
本発明者は、新血管生成抑制のための融合ポリペプチドに対する研究を続いた。その結果、血管内皮成長因子ターゲッティングペプチドとエラスチン基盤ポリペプチドが融合された新しい融合ポリペプチドを開発し、本発明を完成した。
本発明の目的は、新血管生成抑制用の新しい融合ポリペプチドを提供することにある。
本発明の他の目的は、前記融合ポリペプチドの自己組立ナノ構造体を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、新血管生成に起因する疾患の治療用組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、個体の血管新生を抑制する方法を提供することにある。
本発明は、下記を含む新血管生成抑制用融合ポリペプチドを提供する:
血管内皮成長因子(Vascular Endothelial Growth Factor:VEGF)受容体に特異的に結合するペプチド;及び前記ペプチドに連結される親水性であるエラスチン基盤ポリペプチド(親水性EBP)。
前記VEGF受容体に特異的に結合するペプチドは、VEGF受容体であるFlt1又はFlk−1/KDRに特異的に結合するペプチドであることができる。
前記VEGF受容体に特異的に結合するペプチドは、VEGF受容体であるFlt1又はFlk−1/KDRに特異的に結合するペプチドであることができ、「VEGF受容体特異的ペプチド」又は「VEGF受容体ターゲッティングペプチド」とも呼ぶ。前記VEGF受容体特異的ペプチドは、この技術分野に広く知られた抗−Flt1又は抗−Flk−1/KDR(ポリ)ペプチドであれば、いずれも使用可能である。例えば、抗−Flt1ペプチド[配列番号38]であることができるが、必ずこれに制限されるのではない。
前記親水性EBPは、下記式1又は式2で表示されるアミノ酸配列よりなるものであることができる:
[式1]
[配列番号1]n;又は
[式2]
[配列番号2]n、
前記式1又は式2で、
前記配列番号1は、[VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG]で構成され;
前記配列番号2は、[VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG]で構成され;
前記nは、1以上の整数であり、前記配列番号1又は配列番号2の繰り返し回数であり;また、
前記Xは、プロリン以外のアミノ酸であり、ペンタペプチドVPGXG又はVPAXGが繰り返されるとき、任意の天然アミノ酸又は人工アミノ酸から選択され、前記Xのうち少なくとも一つは、親水性アミノ酸である。
前記親水性EBPは、前記式1で、nは1であり、前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、
A(Ala)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなるか[配列番号20];
K(Lys)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなるか[配列番号22];
D(Asp)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなるか[配列番号24];又は
E(Glu)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなる[配列番号26];ものであるか、
又は
前記式2で、nは、1であり、前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、
A(Ala)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなるか[配列番号21];
K(Lys)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなるか[配列番号23];
D(Asp)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなるか[配列番号25];又は
E(Glu)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなる[配列番号27]ものであることができる。
前記親水性EBPは、
前記式2で、nは、3、6、12又は24であり、
前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、A(Ala)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなる、配列番号41、配列番号42、配列番号43又は配列番号44で表示されものであるか;又は
前記式2で、nは、12であり、
前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、E(Glu)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなる配列番号45で表示されるものであることができる。
本発明において前記融合ポリペプチドは、
前記親水性EBPに連結される疎水性エラスチン基盤ポリペプチド(疎水性EBP)をさらに含んで構成され得る。
すなわち、次のように構成された融合ポリペプチドであることができる:
血管内皮成長因子(Vascular Endothelial Growth Factor:VEGF)受容体に特異的に結合するペプチド;
前記ペプチドに連結される親水性であるエラスチン基盤ポリペプチド(親水性EBP);及び
前記親水性EBPに連結される疎水性エラスチン基盤ポリペプチド(疎水性EBP)。
前記疎水性EBPは、下記式1又は式2で表示されるアミノ酸配列よりなるものであることができる:
[式1]
[配列番号1]n;又は
[式2]
[配列番号2]n、
前記式1又は式2で、
前記配列番号1は、[VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG]で構成され;
前記配列番号2は、[VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG]で構成され;
前記nは、1以上の整数であり、前記配列番号1又は配列番号2の繰り返し回数であり;また、
前記Xは、プロリン以外のアミノ酸であり、ペンタペプチドVPGXG又はVPAXGが繰り返されるとき、任意の天然アミノ酸又は人工アミノ酸から選択され、前記Xのうち少なくとも一つは、疎水性アミノ酸又は脂肪族アミノ酸である。
前記疎水性EBPは、
前記式1で、nは1であり、前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、
G(Gly)、A(Ala)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなる[配列番号28]ものであるか、又は
前記式2で、nは、1であり、前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、
G(Gly)、A(Ala)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなるか[配列番号29];
K(Lys)、A(Ala)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなるか[配列番号30];
D(Asp)、A(Ala)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなるか[配列番号31];
K(Lys)、F(Phe)が3:3の比率よりなるか[配列番号32];
D(Asp)、F(Phe)が3:3の比率よりなるか[配列番号33];
H(His)、A(Ala)、I(Ile)が3:2:1の比率よりなるか[配列番号34];
H(His)、G(Gly)が5:1の比率よりなるか[配列番号35];又は
G(Gly)、C(Cys)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなる[配列番号36]ものであることができる。
前記疎水性EBPは、
前記式2で、nは、12であり、前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、
G(Gly)、A(Ala)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなるか[配列番号46]、又は
前記式2で、nは、24であり、前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、
G(Gly)、A(Ala)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなる[配列番号47]のであることができる。
一実施例において、本発明の融合ポリペプチドは、配列番号48、配列番号49、配列番号50又は配列番号51で表示され得る。すなわち、次のようで表示される融合ポリペプチドであることができる:
抗−Flt1ペプチド;及び前記抗−Flt1ペプチドに連結される親水性EBP[ Aで構成され、[配列番号48]で表示;
抗−Flt1ペプチド;及び前記抗−Flt1ペプチドに連結される親水性EBP[ Aで構成され、[配列番号49]で表示;
抗−Flt1ペプチド;及び前記抗−Flt1ペプチドに連結される親水性EBP[ A12で構成され、[配列番号50]で表示;又は
抗−Flt1ペプチド;及び前記抗−Flt1ペプチドに連結される親水性EBP[A24で構成され、[配列番号51]で表示。
他の実施例において、本発明の融合ポリペプチドは、配列番号52又は配列番号53で表示され得る。すなわち、次のようで表示される融合ポリペプチドであることができる:
抗−Flt1ペプチド;親水性EBP[E12;及び疎水性EBP[G12で構成され、[配列番号52]で表示;又は
抗−Flt1ペプチド;親水性EBP[E12;及び疎水性EBP[G24で構成され、[配列番号53]で表示。
本発明の融合ポリペプチドのうちVEGF受容体特異的ペプチド;親水性EBP;疎水性EBPで構成される融合ポリペプチドは、温度刺激により前記疎水性EBPがコア構造を形成し、前記親水性EBP及びVEGF受容体特異的ペプチドがシェル構造を形成することによって、コア−シェル構造の自己組立ナノ構造体を形成できる。
自己組立ナノ構造体は、多価(multivalent)のVEGF受容体特異的ペプチドをシェルとして有することができる。
具体的に、VEGF受容体特異的ペプチドである抗−Flt1ペプチドを例に取って説明する。抗−Flt1ペプチド;親水性EBP;疎水性EBPで構成される融合ポリペプチドは、温度刺激により前記疎水性EBPがコア構造を形成し、前記親水性EBP及び抗−Flt1ペプチドがシェル構造を形成することによって、コア−シェル構造の自己組立ナノ構造体を形成できる。
前記自己組立ナノ構造体は、多価の抗−Flt1ペプチドをシェルとして有することができるので、VEGF受容体に対する結合力が非常に向上する効果を提供する。
他の態様において、本発明は、前記融合ポリペプチドを含む新血管生成に起因する疾患の治療用組成物を提供する。
さらに他の態様において、本発明は、前記治療用組成物を個体に投与する工程を含む、個体の血管新生を抑制する方法を提供する。
VEGF受容体特異的ペプチド;及び親水性EBPで構成される融合ポリペプチドを例に取って説明すれば、前記融合ポリペプチドのVEGF受容体特異的ペプチドがVEGF受容体と非共有結合をし、血管新生を抑制できる(図5)。
また、VEGF受容体特異的ペプチド;親水性EBP;及び疎水性EBPで構成される融合ポリペプチドを例に取って説明すれば、次の通りである。
温度刺激により疎水性EBPがコア構造を形成し、親水性EBP及びVEGF受容体特異的ペプチドがシェル構造を形成することによって、コア−シェル構造の自己組立ナノ構造体を構成し、前記自己組立ナノ構造体のシェルは、多価(multivalent)のVEGF受容体特異的ペプチドを有することによって、VEGF受容体との結合力が増加し、これにより、VEGFがVEGF受容体に結合しないため、血管新生を抑制できる。
前記新血管生成に起因する疾患は、糖尿病性網膜症(diabetic retinopathy)、早熟児の網膜症、黄斑部変性症、脈絡膜新生血管生成症、新生血管性緑内障、角膜血管新生による眼球疾患、角膜移植時の拒絶反応、角膜浮腫、角膜混濁、癌(cancer)、血管腫、血管線維腫、関節リウマチ(rheumatoid arthritis)、及び乾癬の中から選択されるいずれか一つ以上であることができるが、必ずこれに制限されるものではない。
本発明において使用される用語「血管内皮成長因子(Vascular Endothelial Growth Factor:VEGF)」とは、新しい血管生成を刺激する因子を言う。VEGFは、VEGF受容体(VEGF receptors:VEGFRs)に結合し、成長信号を血管内皮細胞(vascular endothelial cells)に伝達し、以後に血管新生を触発させる。
本発明の融合ポリペプチドは、前記VEGFがVEGF受容体に結合しないように作用するものである。
本発明において使用される用語「アミノ酸」は、天然アミノ酸又は人工アミノ酸を意味し、好ましくは、天然アミノ酸を意味する。例えば、前記アミノ酸は、グリシン、アラニン、セリン、バリン、ロイシン、イソロイシン、メチオニン、グルタミン、アスパラジン、システイン、ヒスチジン、フェニルアラニン、アルギニン、チロシン又はトリプトファン等を意味する。
前記アミノ酸の性質は、この技術分野に広く公知されている。具体的に親水性(陰電荷性又は陽電荷性)を示すか、疎水性を示し、脂肪族又は芳香族の性質をも示す。
本明細書で使用するGly(G)、Ala(A)等の略語は、アミノ酸の略語である。Glyは、グリシンの略語であり、Alaは、アラニンの略語である。また、グリシンは、G、アラニンは、Aとも表現する。前記略語は、この技術分野で広く使用される表現である。
本発明において「親水性アミノ酸」というのは、親水性性質を示すアミノ酸であり、リシン、アルギニン等がある。
また、「疎水性アミノ酸」というのは、疎水性性質を示すアミノ酸であり、フェニルアラニン、ロイシン等がある。
本明細書に使用された「ポリペプチド」という用語は、アミノ酸の任意の重合体鎖を意味する。「ペプチド」及び「タンパク質」という用語は、ポリペプチドという用語と混用できるものであって、これも、やはりアミノ酸の重合体鎖を意味する。「ポリペプチド」という用語は、天然又は合成タンパク質、タンパク質断片及びタンパク質配列のポリペプチド類似体を含む。ポリペプチドは、単量体又は重合体であることができる。
用語「相転移(phase transition)」というのは、水が水蒸気に変わるか、氷が水に変わることのように、物質の状態が変わることを意味する。
本発明による前記ポリペプチドは、基本的に、刺激反応性を有するエラスチン基盤ポリペプチド(elastin−based polypeptides:EBPs)である。前記「エラスチン基盤ポリペプチド」は、「エラスチン類似ポリペプチド(ealstin−like polypeptieds:ELP)」とも呼ばれる。本発明の技術分野で広く使用される用語である。
本明細書で、前記Xaa(又はX)「ゲスト残基」と称する。前記Xaaを多様に導入し、本発明による多様な種類のEBPを製造できる。
前記EBPは、転移温度(transition temperature:T)とも称する下限臨界溶液温度(lower critical solution temperature:LCST)で可逆相転移を経る。これらは、T未満で水溶性が大きいが、温度がTを超過すると、不溶性になる。
本発明において、EBPの物理化学的特性は、ペンタペプチド繰り返し単位であるVal−Pro−(Gly又はAla)−Xaa−Glyの組合により主に制御される。具体的に、その繰り返し単位の3番目アミノ酸は、相対的機械的特性を決定する。例えば、本発明において、3番目アミノ酸であるGlyは、弾性(elasticity)を形成するか、又はAlaは、可塑性(plasticity)を決定する。前記弾性又は可塑性は、転移以後に現われる性質である。
一方、4番目アミノ酸であるゲスト残基Xaaの疎水性とペンタペプチド繰り返し単位の重合化(multimerization)は、いずれも、Tに影響を及ぼす。
本発明によるEBPは、ペンタペプチドが繰り返されたポリペプチドであることができ、この繰り返されたポリペプチドは、ポリペプチドブロック(EBPブロック)を形成できる。具体的に、親水性EBPブロック又は疎水性EBPブロックを形成できる。本発明のEBPブロックの親水性又は疎水性の性質は、EBPの転移温度が深い関連性がある。
EBPの転移温度は、また、アミノ酸配列及びその分子量による。EBP配列とTの相関関係については、Urry等が多い研究を行った(Urry D.W., Luan C.−H., Parker T.M., Gowda D.C., Parasad K.U., Reid M.C., and Safavy A. 1991. Temperature of polypeptide inverse temperature transition depends on mean residue hydrophobicity. J. Am. Chem. Soc. 113:4346〜4348.)。Urry等は、Val−Pro−Gly−Val−Glyのペンタペプチドで、4番目アミノ酸である「ゲスト残基」をValよりさらに親水性を示す残基に置換する場合、元々の配列と比較して、Tが上がり、反対に、Valより疎水性である残基にゲスト残基を置換すると、元々の配列よりTが低くなることを知見した。すなわち、親水性EBPは、Tが高くて、疎水性EBPは、相対的にTが低いことを知見した。このような知見を通じて、EBP配列のゲスト残基としてどんなアミノ酸を使用すべきかを決定し、ゲスト残基の組成の比率に変化を与えることによって、特定Tを有するEBPを製造できるようになった(Protein−Protein Interactions:A Molecular Cloning Manual、2002、Cold Spring Harbor Laboratory Press、Chapter 18. pp. 329〜343)。
前述したように、Tが高いと、親水性を示し、Tが低いと、疎水性を示す。本発明によるEBPブロックも、ゲスト残基を含むアミノ酸配列と分子量に変化を与えることによって、Tを高めるか、または低めることができる。これにより、親水性EBPブロック又は疎水性EBPブロックの製造が可能である。
参照として、体温より低いTを有するEBPは、疎水性ブロックとして使用され得、体温より高いTを有するEBPは、親水性ブロックとして使用され得る。EBPが有するこのような性質によって、EBPの親水性と疎水性の性質は、生体工学的に応用するときには、相対的に定義できる。
本発明のEBP配列を例に取ると、Val−Pro−Ala−Xaa−Glyの可塑性ペンタペプチドが繰り返される可塑性ポリペプチドブロックとVal−Pro−Gly−Xaa−Glyの弾性ペンタペプチドが繰り返される弾性ポリペプチドブロックとを比較するとき、3番目アミノ酸であるGlyがAlaより高い親水性を示す。したがって、可塑性ポリペプチドブロック(Elastin−based polypeptide with plasticity:EBPP)が弾性ポリペプチドブロック(Elastin−based polypeptide with elasticity:EBPE)よりTが低く現われる。
本発明によるEBPは、前述したように、Tを調節し、親水性又は疎水性の性質を示すことができるものである。また、電荷性アミノ酸を使用して電荷性を付与できる。
本発明による融合ポリペプチドは、図5b及び図5cに模式的に示した。本発明は、VEGF受容体に特異的に結合する抗−Flt1ペプチドとEBPを融合させた。本発明の融合ポリペプチドを利用すると、VEGFがVEGFRに容易に結合しないため、新血管の生成を抑制できる。
本明細書で使用される用語のうち「EBPジブロック」というのは、「親水性EBP−疎水性EBP」で構成されるブロックを言い、「EBPジブロック共重合体」、「EBPジブロックブロック」、「ジブロックEBP」、「ジブロックEBPs」又は「ジブロックEBPPs」とも呼ぶ。
本発明は、遺伝的に暗号化された新しい種類の「刺激反応型VEGF受容体ターゲッティング融合ポリペプチド(stimuli−responsive VEGFR targeting fusion polypeptides)」に関する。
一実施例において、前記融合ポリペプチドは、具体的に、VEGFR1を標的化する受容体拮抗剤として作用する抗−Flt1ペプチド及び可溶性単一体(unimer)としての親水性EBPブロックで構成される。
他の実施例において、前記融合ポリペプチドは、VEGFR1を標的化する受容体拮抗剤として作用する抗−Flt1ペプチド;親水性EBPブロック;及び疎水性EBPブロックで構成される。前記親水性EBPブロック;及び疎水性EBPブロックのEBPジブロックは、温度触発式(temperature−triggered)コア−シェルミセル構造の形成に寄与する。
抗−Flt1ペプチド及び親水性EBPブロックで構成される融合ポリペプチドは、VEGFR1と前記融合ポリペプチドの抗−Flt1ペプチドドメインとの間に強い非共有相互作用をする。
一方、抗−Flt1ペプチド;親水性EBPブロック;及び疎水性EBPブロックで構成される融合ポリペプチドは、生理的条件の下で多価性抗−Flt1ペプチドと温度触発式コア−シェルミセル構造を形成でき、これにより、VEGFR1に対する前記融合ポリペプチドの結合親和性を増加させることができる。
したがって、本発明の融合ポリペプチドが血管新生関連疾病治療のためのポリペプチド薬物として提示され得る。
本発明の融合ポリペプチドは、従来、ペプチド薬物及びペプチド−重合体結合体を生体内治療に適用するときに発生する次の限界を克服できる:(1)蛋白質分解酵素による早い除去;(2)時間と費用が消耗される接合及び精製;(3)任意分布及び(多様な重合体とペプチド薬物の重合時に現われる)一貫性ない接合効率;及び(4)ミセル構造の多分散分子量による異質的なミセル構造。
本発明においては、熱反応型エラスチン基盤ポリペプチド(elastin−based polypeptides、EBPs)及び血管内皮成長因子受容体(vascular endothelial growth factor receptor、VEGFR)ターゲッティングペプチドよりなる、VEGFR標的化融合ポリペプチド(VEGFR targeting fusion polypeptides)を提供する。本発明の融合ポリペプチドは、遺伝的に操作され、発現及び精製され、また、その物理化学的特性が分析された。EBPsは、非−クロマトグラフィー精製タッグ(non−chromatographic purification tags)として導入され、また、EBPsは、生体内でVEGFR1ターゲッティングペプチドの早い分解を最小化するための安定剤(ポリエチレングリコール接合のような)として導入された。一方、VEGFRターゲッティングペプチドは、受容体拮抗剤としてVEGFRに特異的に結合するために導入された。VEGFRターゲッティングペプチド−親水性EBPブロックで構成される融合ポリペプチドは、可溶性単一体形態を示した。一方、VEGFRターゲッティングペプチド−親水性EBPブロック−疎水性EBPブロックで構成される融合ポリペプチドは、生理的条件の下で多価性VGFRターゲッティングペプチドとともに温度触発式コア−シェルミセル構造を示した。酵素免疫測定法(enzyme−linked immunosorbent assay、ELISA)により分析されたように、このような構造は、VEGFRsに対する融合ポリペプチドの結合親和性を大きく増加させた(下記実施例参照)。VEGFRターゲッティングペプチドの空間的ディスプレイ(display)によって、VEGFRに対するVEGFRターゲッティングペプチドの結合親和力が大きく調節された。本発明は、VEGFR標的化ペプチドの結合親和力が多価性(multivalency)に基づいてどのように調節され得るかを示す。
本発明の新血管生成抑制用融合ポリペプチドを含む治療用組成物は、薬学的組成物である。前記薬学的組成物は、前記融合ポリペプチドを含み、生体内(in vivo)で新生血管生成抑制の用途に使用されることを妨害しない他の物質を含むことができる。このような他の物質は、制限されず、希釈剤、賦形剤、担体及び/又は他の新生血管生成抑制物質を含むことができる。
一部の実施態様において、本発明の新血管生成抑制用融合ポリペプチドは、例えば、殺菌水と一般的な食塩水を含む、適切な希釈液とともに製剤化することによって、通常的な人体投与のために製剤化される。
本発明による治療用組成物の投与又は伝達は、標的組織がその経路を介して利用できる限り、任意の経路を通過できる。例えば、投与は、局所又は皮内、皮下、筋肉内、腹腔内、動脈内、冠状動脈内、硬膜内又は静脈内注射、又は眼球硝子体注射(intravitreal injection)等のような標的組織(例えば、心臓組織)内への直接注射によることができる。本発明に開示された融合ポリペプチドの安定性及び/又は効力は、皮下、皮内、静脈内及び筋肉内を含む便利な投与経路を考慮する。
本発明は、融合ポリペプチドを(例えば、本発明に記述された組成物又は製剤の一部として)細胞に伝達する方法、及び対象で疾患の進行を治療、軽減、又は予防する方法を提供する。本発明に使用された用語「対象」又は「患者」は、人間及び他の霊長類(例えば、チンパンジー及び他の類人猿及び猿種)、家畜(例えば、牛、羊、豚、山羊及び馬)、家庭用哺乳類(例えば、犬及び猫)、実験室動物(例えば、マウス、鼠及びギニアピッグのような齧歯類)及び鳥(例えば、ニワトリ、七面鳥及び家擒類のような家庭用、野生用及び競技用鳥、かも、がちょう等)を含むが、これに制限されない任意の脊椎動物を意味する。一部の実施態様で、対象は、哺乳類である。
他の実施態様において、哺乳類は、人間である。
本発明の融合ポリペプチド又は薬学的組成物は、標的細胞(例えば、哺乳類細胞)とin vitro又はin vivoで接触し得る。
他の態様において、本発明による治療用組成物を個体に投与する工程を含む、新生血管の生成に起因した疾患の治療又は予防する方法を提供する。
臨床的使用のために、本発明の融合ポリペプチドは、所望の治療結果を達成するのに効果的な任意の適合な投与経路を介して単独で投与されるか、薬学的組成物に剤形化され得る。本発明のオリゴヌクレオチドの投与「経路」 は、経腸、非経口及び局所投与又は吸入を意味する。本発明の融合ポリペプチドの経腸投与経路は、口腔、胃腸、腸、及び直腸を含む。非経口経路は、眼球注入、静脈内、腹腔内、筋肉内、脊椎腔内、皮下、局所注入、膣、局所、鼻腔、粘膜及び肺投与を含む。本発明の融合ポリペプチドの局所投与経路は、表皮、口腔及び耳、目及び鼻内へのオリゴヌクレオチドの外部適用を示す。
前記治療用組成物は、非経口、経口、経皮、持続された放出、制御された放出、遅延された放出、座薬、カテーテル又は舌下投与により投与され得る。
前記治療用組成物内の融合ポリペプチドは、他の薬物と併用投与するとき、静脈注射時に(intravenous injection)15mg/kg以下の量で投与され得、眼球硝子体注射時に(intravitreal injection)2.5mg以下の量で投与され得る。
本発明は、制限的なものと解釈されてはならない次の追加例により追加に説明される。通常の技術者は、本発明の観点から、本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく、開示された特定の実施態様に対する様々な変化が可能であり、同等又は類似の結果を得ることができることを理解しなければならない。
別途定義されない限り、本明細書で使用されたすべての技術的及び科学的用語は、本発明の属する技術分野における熟練された専門家により通常的に理解されるものと同一の意味を有する。一般的に、本明細書で使用された命名法は、本技術分野においてよく知られており、通常的に使用されるものである。
本発明の新血管生成抑制用融合ポリペプチドは、網膜、角膜、及び脈絡膜新生血管形成、腫瘍成長、癌転移、糖尿網膜病症、及び喘息の治療のような抗−血管新生に対する薬物伝達システムの新しい方向を提供する。
異なるDNAサイズを有するEBP遺伝子ライブラリを暗号化するプラスミドの製作に対する概略図及びアダプターの配列である。(A)pET−21aプラスミドの変形のためのアダプターの配列。(B)シームレス遺伝子クローニングのためのpET−21aプラスミドの変形に対する図式、(C)変形されたpET−21aベクターに単量体EBP遺伝子の挿入に対する図式及び(D)異なるDNAサイズを有するEBP遺伝子ライブラリを暗号化するプラスミドの製作に対する図式。 本発明に利用されたEBP遺伝子ライブラリのアガロースゲル電気泳動イメージである。(A)EBPE[A]、(B)EBPP[A]、(C)EBPE[K]、(D)EBPP[K]、(E)EBPE[D]、(F)EBPP[D]、(G)EBPE[E]、(H)EBPP[E]、(I)EBPP[G]、(J)EBPP[K]、(K)EBPP[D]、and(L)EBPP[H]。EBP繰り返し単位の個数を各DNA帯域の下に表示した。すべてのアガロースゲル上の両側レーンは、互いに異なるDNAサイズマーカー(下から上に0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、1.0、1.5、2.0、及び3.0kbp)を示す。 本発明に利用されたEBPの銅染色されたSDS−PAGEゲル(4〜20%勾配)である。(A)EBPE[A]、(B)EBPP[A]、(C)EBPE[K]、(D)EBPP[K]、(E)EBPE[D]及び(F)EBPP[D]。SDS−PAGEゲル上の両側レーンは、標準タンパク質サイズマーカー(下から上に7、15、24、35、40、50、65、90、110、150kDa)を含む。 本発明に利用されたEBPsの熱的プロファイルである。(A)EBPE[A、(B)EBPP[A、(C)EBPE[K、(D)EBPP[K、(E)EBPP[D及び(F)EBPP[G。熱的プロファイルの350nmにおいての光学吸光度は、1℃/分の加熱速度でPBS緩衝剤あるいは1、2及び3MのNaClが補充されたPBS緩衝剤内で25μMのEBP溶液を加熱することによって得た。 EBPP及び抗−Flt1ペプチドで構成される融合ポリペプチドのクローニング、分子構造及び機能に対する模式図である。EBPPジブロックを暗号化する遺伝子が製作され、その後、抗−Flt1ペプチドを暗号化する遺伝子は、EBPPジブロックを暗号化する遺伝子を含むプラスミドにクローニングされた。 抗−Flt1ペプチド−親水性EBP;及び抗−Flt1ペプチド−親水性EBP−疎水性EBPで構成される融合ポリペプチド。 抗−Flt1ペプチド−親水性EBP−疎水性EBPで構成される融合ポルリペプチドは、熱(温度)刺激によりミセル構造を形成できた。 (i)抗−Flt1ペプチド−親水性EBPで構成される融合ポリペプチドは、VEGFRに結合でき、VEGFR1がVEGFと相互作用することを妨害できた。(ii)抗−Flt1ペプチド−親水性EBP−疎水性EBPで構成される融合ポリペプチドのミセル構造は、VEGFRと結合でき、抗−Flt1ペプチドの多価性(multivalency)により増加した親和性を有しながら、VEGFRがVEGFと相互作用することを阻止できた。 (A)アガロースゲル(1%)及び(B)SDS−PAGE(4〜20%増減率)ゲルイメージである。(a)抗−Flt1−EBPP[A、(b)抗−Flt1−EBPP[A、(c)抗−Flt1−EBPP[A12及び(d)抗−Flt1−EBPP[A24 混濁度(turbidity)プロファイルであって、EBPP[A3n(n:整数)及び抗−Flt1−EBPP[A3n(n:整数)のLCSTを示す。混濁度プロファイルは、(A−C)25μMのEBPP[A3n(n:整数)及び(D−F)25μMの抗−Flt1−EBPP[A3n(n:整数)の吸光度を測定することによって得られた。(A、D)は、10mMのPBSで、(B、E)は、1M塩化ナトリウムで補充された10mMのPBSで、また、(C、F)は、2M塩化ナトリウムで補充された10mMのPBSで吸光度が測定され、この際、吸光度は、1℃/分の速度で試料を加熱しつつ、350nmで測定された。 融合ポリペプチドの(A)アガロースゲル(1%)及び(B)SDS−PAGE(4〜20%増減率)ゲルイメージである。(a)抗−Flt1−EBPP[E12−[G12及び(b)抗−Flt1−EBPP[E12−[G24(A)抗−Flt1−EBPP[E12−[G12又は抗−Flt1−EBPP[E12−[G24を暗号化する変形されたpET21−a(+)プラスミドは、XbaI及びBseRIで切断された。(B)前記融合ポリペプチドは、大腸菌で発現され、ITCで精製された。4〜20%増減率ゲルは、銅染色で視覚化された。予想分子量は、前記バンドの下側に表示される。 抗−Flt1ペプチドの有無によるEBPPジブロックの混濁度プロファイル。(A)(a)25μMのEBPP[E12−EBPP[G12及び(b)25μMのEBPP[E12−EBPP[G24の混濁度プロファイル。(B)抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G12の混濁度プロファイル及び(C)抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G24の混濁度プロファイルは、10mMのPBSで12.5、25、50及び100μMの濃度に対して得られた。吸光度は、1℃/分速度で試料を加熱しながら、350nmで測定された。相転移は、二回発生した。一次相転移は、疎水性ブロックの凝集により発生し、二次相転移は、極性EBPP[EG4I12により影響を受けた。EBPPジブロック濃度が増加するにつれて、これらの一次及び二次Tが低くなった。 (a)抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G12及び(b)抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G24の流体力学的半径でDLS機構で測定された。EBPPジブロックポリペプチドの流体力学的半径は、10mMのPBSで25μMで測定された。一次相転移以前のEBPPジブロックポリペプチドの流体力学的半径は、10nm以下であるが、これは、前記ポリペプチドが可溶性単一体形態で存在することを示す。 コーティングされたVEGFにVEGFR1の結合を抑制させるEBPP[A12、抗−Flt1−EBPP[A、抗−Flt1−EBPP[A]6、抗−Flt1−EBPP[A12及び抗−Flt1−EBPP[A24の生体外生物学的活性を示す。 コーティングされたVEGFにVEGFRの結合を抑制させるEBPP[A12、抗−Flt1−EBPP[A12、抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G12及び抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G24の生体外生物学的活性を示す図である。EBPP[A12及び抗−Flt1−EBPP[A12は、37℃で単一体(unimer)である。他方で、37℃で抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G12は、準安定ミセルを形成し、抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G24は、安定したミセルを形成する。 抗−Flt1−EBPP[A12の生体外の管形成分析結果を示したのである。(A)カルセイン−AMで標識されたHUVECsの蛍光顕微鏡イメージ及び(B)管形成の抑制程度である。抑制程度は、(A)のイメージから定量化された。抗−Flt1−EBPP[A12で処理された細胞の管長さは、抗−Flt1−EBPP[A]の濃度が増加するにつれて減少した。抗−Flt1−EBPP[A12は、HUVECsの移動及び管形成を抑制した。管形成の長さは、平均値±SEである。tテスト、*P≦0.05。 レーザー−誘発脈絡膜新生血管形成モデルで抗−Flt1−EBPP[A12の生体内抑制効果。C57BL6マウス(グループ当たりn=3)は、レーザー−誘発損傷後に運搬体(PBS)、EBPP[A12(20mg)又は抗−Flt1−EBPP[A12(0.1、1、5及び20mg)で処理され、前記処理は、5日間続いた。レーザー損傷後、14日目、マウスは、安楽死され、FITC(fluorescein isothiocyanate)−デキストラン(dextran)が散布された全体脈絡膜フラットマウント(flat−mounts)が用意された。CNV病変サイズは、ナノ−ズーム(nano−zoomer)及びFISHで定量化された。(A)代表的なフラットマウント蛍光顕微鏡イメージ。(B)それぞれの処理されたグループのCNVサイズに対するグラフ。各点は、CNV病変に該当し、水平線は、各グループの平均値に該当する。対応のない(unpaired)tテスト、*P≦0.05。前記データは、二回の独立的な実験を示す。
実施例1:材料
pET−21a(+)ベクター及びBL21(DE3)大腸菌細胞は、Novagen Inc.(米国、ウィスコンシン、メディソン)から得た。Top10収容細胞(competent cells)及びカルセイン−AM(Calcein−AM)は、Invitrogen(米国、カリフォルニア、カルズベド)から購買し、HUVECsは、アメリカンタイプカルチュアコレクション(American Type Culture Collection、ATCC)(米国、バージニア)から購買した。すべての注文製作されたオリゴヌクレオチドドルは、Cosmo Gene Tech(韓国、ソウル)で合成され、組み換えヒトVEGF−165(rhVEGF165)は、Sino Biological Inc.(中国、北京)から得た。子牛腸アルカリホスファターゼ(Calf intestinal alkaline phosphatase、CIP)、BamHI及びXbaIは、Fermentas(カナダ、オンタリオ)から得た。AcuI及びBseRIは、New England Biolabs(米国、マサチューセッツ、イプスイッチ)から購買した。T4DNA連結酵素(T4 DNA ligase)は、Elpis Bio−tech(韓国、帯電)から得た。DNA分離キット(DNA miniprep)、ゲル抽出(gel extraction)、及びPCR精製キットは、Geneall Biotechnology(韓国、ソウル)から得た。「Dyne Agarose High」は、DYNE BIO、Inc.(韓国、城南)から得た。Top10細胞は、MO BIO Laboratories、Inc.(米国、カリフォルニア、カルズベド)から得た「TB DRY」培養培地で生育した。BL21(DE3)細胞は、MP Biomedicals(米国、オハイオ、ソロン)から得た「Circle Grow」培養培地で生育した。「Ready Gels、Tris−HCl 2〜20% precast gels」は、Bio−Rad(米国、カリフォルニア、エルクルレス)から購入した。リン酸緩衝食塩水(Phosphate buffered saline、PBS、pH7.4)、カナマイシン、ポリエチレンアミン(polyethyleneamine、PEI)、FITC−デキストラン(FITC−dextran)、ホルマリン及び牛血清アルブミン(bovine serum albumin、BSA)は、Sigma−Aldrich(米国、ミズーリ、セントルイス)から得た。マトリゲル(matrigel)は、BD Biosciences(米国、カリフォルニア、サンディエゴ)から購買した。ベバシズマブ(Bevacizumab)とも呼ばれるアバスチン(Avastin)は、Roche Pharma Ltd.(スイス、ライナク)から購買した。ケタミン(Ketamine)は、Huons(韓国、城南)から得た。キシラジン(Xylazine)は、BAYER(ドイツ、レボクゼン)から購買した。トロピカミド(Tropicamide)は、Santen pharmaceutical co. Ltd(日本国、大阪、北区)から購買した。立体顕微鏡は、Leica(ドイツ、ベツルラオ)から得た。組み換えヒトVEGF165タンパク質及び組み換えヒトVEGF R1/Flt−1 Fは、R&D System(米国、ミネソタ、ミネアポリス)から購買した。ウサギ抗−ヒトIgG F−HRPキメラタンパク質及び3、3’、5、5’−テトラメチルベンジジン(tetramethylbenzidine、TMB)は、ThermoFisher(米国、マサチューセッツ)から得た。
実施例2:互いに異なるEBPブロックとこれらのブロックポリペプチドに対する表記
ペンタペプチド繰り返し単位であるVal−Pro−(Gly又はAla)−Xaa−Gly[VP(G又はA)XG]を有する互いに異なるEBPは、次のように命名する。前記Xaaは、Proを除いた任意のアミノ酸であることができる。第一に、可塑性を有するVal−Pro−Ala−Xaa−Gly(VPAXG)のペンタペプチド繰り返しは、可塑性を有するエラスチン系ポリペプチド(elastin−based polypeptide with plasticity:EBPP)と定義する。一方、Val−Pro−Gly−Xaa−Gly(VPGXG)のペンタペプチド繰り返しは、弾性を有するエラスチン系ポリペプチド(the elastin−based polypeptide with elasticity:EBPE)と称する。第二に、[Xで、括弧内の大文字は、ゲスト残基の単文字アミノ酸コード、すなわち、EBPペンタペプチドの4番目位置(Xaa又はX)においてのアミノ酸であり、これらの該当する下付き文字は、繰り返し単位としてEBPモノマー遺伝子のゲスト残基の比率(ratio)を示す。[Xの下付き文字の数nは、本発明の配列番号1[VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG]又は配列番号2[VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG]のEBPの繰り返し回数の総数を示す。例えば、EBPP[G12は、配列番号2[VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG]の単位が12回繰り返されてなるEBPPブロックであり、ここで 4番目ゲスト残基位置(Xaa)においてのGly、Ala、及びPheの比は、1:3:2である。最後に、EBP−EBPジブロックポリペプチドは、EBPP[E12−EBPP[G12のように、ブロック間のハイフンとともにブラケット括弧でそれぞれのブロックの構成によって命名される。
実施例3:シームレス(seamless)遺伝子クローニングのための変形されたpET−21aベクターの製造
37℃で20分間FastDigest緩衝剤で50UのXbaI、50UのBamHI、10Uの感熱(thermosensitive)アルカリリン酸フォスファターゼとともに4μgのpET−21aベクターを消化(digestion)及び脱リン酸化した。制限されたプラスミドDNAをPCR精製キットを使用して精製した後、40μLの蒸留された脱イオン水で溶離した。XbaIとBamHI互換可能な接着末端を有する二つのオリゴヌクレオチド、すなわち配列番号39(5’−ctagaaataattttgtttaactttaagaaggaggagtacatatgggctactgataatgatcttcag−3’)及び配列番号40(5’−gatcctgaagatcattatcagtagcccatatgtactcctccttcttaaagttaaacaaaattattt−3’)を設計した。2分間95℃でT4DNAリガーゼ緩衝剤で2μMオリゴヌクレオチド濃度の50μLを加熱することによって、二つのオリゴヌクレオチドをアーニリングした後、その溶液を3時間にわたって室温までゆっくり冷却した。30分間37℃で20pmolのアーニリングされたdsDNAと0.1pmolの線形化されたベクターを、1UのT4DNAリガーゼを有するT4DNAリガーゼ緩衝剤に培養することによって、pET−21aベクター内の多数の複製サイトへのDNAインサートの連結反応(ligation)を実施した。シームレス(seamless)遺伝子クローニングと発現のための変形されたpET−21a(mpET−21a)ベクターをTop10の収容細胞で形質転換し、引き続いて、これらを50μg/mlのアンピシリンが補充されたSOC(super optimal broth with catabolite repression)プレート上に塗布した。引き続いて、mpET−21aベクターのDNA配列を蛍光色素終了子DNAシーケンシング(Applied Biosystems Automatic DNA Sequencer ABI 3730)により検証した。
実施例4:EBP遺伝子単位体合成及びそのオリゴマー化
4番目残基が互いに異なるモル比で可変されるペンタペプチド繰り返し単位であるVal−Pro−(Gly又はAla)−Xaa−Glyを有するEBP配列をDNAレベルで設計し、生理的温度未満でTを最適化した。17個のEBPライブラリに対して、多様なペンタペプチド繰り返し単位を有するEBPのDNAとアミノ酸配列が表1と表2にそれぞれ示されている。
EBPライブラリの遺伝子配列。Val−Pro−Ala−Xaa−Glyのペンタペプチド繰り返しを有する可塑性のEBP(EBPP);及びVal−Pro−Gly−Xaa−Glyのペンタペプチド繰り返しを有する弾性のEBP(EBPE)は、いずれも、同一のゲスト残基組成と比率を有するように複製された
前記表1で、配列番号3〜10は、親水性EBPブロックのための遺伝子配列に分類され得、配列番号11〜19番は、Phe、Hisが入った疎水性EBPブロックのための遺伝子配列に分類され得る。前記表2で、アミノ酸配列番号20〜27は、親水性に分類され得、Phe、Hisが入ったアミノ酸配列番号28〜36は、疎水性EBPブロックに分類され得る。特に、前記表2で、配列番号22、23は、正電荷を帯びた親水性EBPブロックに分類され、配列番号24〜27は、負電荷を帯びた親水性EBPブロックに分類される。すなわち、前述したように、EBPのLCSTが体温より低い場合、疎水性を帯び、EBPのLCSTが体温より高い場合、親水性を帯びる。EBPが有するこのような性質によって、EBPの親水性と疎水性の性質は、生体工学的に応用するときには、相対的に定義できる。
温度とpHを含む固有な刺激反応性を有するように、ペンタペプチド繰り返し単位であるVal−Pro−(Gly又はAla)−Xaa−Gly[ここで、Xaaは、Proを除いた任意のアミノ酸であることができる]を有する互いに異なるEBPをDNAレベルで設計した。Val−Pro−Ala−Xaa−Glyであるペンタペプチド繰り返しを有する可塑性のEBPP(EBP with plasticity:EBPP)及びVal−Pro−Gly−Xaa−Glyであるペンタペプチド繰り返しを有する弾性のEBPE(EBP with elasticity:EBPE)の両方を、同一のゲスト残基組成と比率を有するように複製した。前記表1及び表2は、それぞれペンタペプチド繰り返し単位を有する互いに異なるEBPの遺伝子及びアミノ酸配列を示す。例えば、EBPE[G12とEBPP[G12は、ほぼ同一のモル質量(molar mass)だけでなく、EBPペンタペプチド繰り返し単位の4番目残基が同一の組合を示す。また、ペンタペプチド繰り返し単位の互いに異なる3番目アミノ酸残基(Ala又はGly)によって互いに異なる機械的特性を有する。正電荷及び負電荷を有するEBPsは、Lys、Asp、Glu、及びHisのような電荷を帯びたアミノ酸をゲスト残基に導入することによって製作された。
多様なEBPsをエンコーディング(encoding)するオリゴヌクレオチドドルのそれぞれの対の場合、二つのオリゴヌクレオチド(それぞれ2μMの濃度に合わせた)のそれぞれ50μLをT4DNAリガーゼ緩衝剤で、95℃で2分間加熱し、その後、前記反応溶液を常温で3時間にわたってゆっくり冷却することによってアーニリングした。37℃で30分間15UのBseRIと10UのFastAP感熱アルカリフォスファターゼで総4μgの変形されたmpET−21a複製ベクターを消化及び脱リン酸化した。制限プラスミドDNAをPCR精製キットを使用して精製した後、40μLの蒸留された脱イオン水で溶離した。30分間16℃で90pmolのアーニリングされたdsDNAと30pmolの線形化されたmpET−21a複製ベクターを、1UのT4DNAリガーゼを有するT4DNAリガーゼ緩衝剤で培養することによって、pET−21aベクター内の多数の複製サイトへのDNAインサートの連結反応を実施した。連結反応したプラスミドをTop10の化学的収容細胞に形質転換し、引き続いて、これらを50μg/mlのアンピシリンが補充されたSOC板上に塗布した。引き続いて、DNAシーケンシングによりDNA配列を確認した。すべてのEBP単位体遺伝子を構築した後、次のように、36個の繰り返し遺伝子を含有する対応ベクター内への同一の36個の繰り返しインサートを連結反応化することによって、各EBP遺伝子を合成した。EBPライブラリのための複製手続及びこれらの融合が図1に概略的に示されている。単位体EBPの遺伝子のコピーを含有するベクターを、30分間37℃でCutsmart緩衝剤で10UのXbaI、15UのBseRI、及び10UのFastAP感熱アルカリフォスファターゼで消化及び脱リン酸化した。制限されたプラスミドDNAをPCR精製キットを使用して精製した後、40μLの蒸留された脱イオン水で溶離した。インサートパートを製造するように、30分間37℃で総4μgのEBPモノマー遺伝子をCutsmart緩衝剤で10UのXbaIと15UのAcuIで消化した。消化後に、アガロースゲルを利用した電気泳動により反応産物を分離し、ゲル抽出キットを使用してインサートを精製した。T4DNAリガーゼ緩衝剤で30分間16℃で1UのT4DNAリガーゼを有する30pmolの線形化されたベクターとともに、90pmolの精製されたインサートを培養することによって、連結反応を実施した。産物をTop10の化学的収容細胞で形質転換し、引き続いて、これらを50μg/mlのアンピシリンが補充されたSOCプレート上に塗抹された。形質転換体は、アガロースゲルで診断制限ダイジェストにより初期に選別され、前述したように、DNAシーケンシングにより追加確認された。
前述したように、設計されたプラスミドベクターとともに、三つの互いに異なる制限エンドヌクレアーゼを使用して互いに異なるDNAサイズのEBP遺伝子ライブラリを合成した。図1は、RDL(recursive directional ligation)方法を示し、この方法を利用してEBPモノマー遺伝子が連結されてオリゴマー化されたEBP遺伝子を形成する。例えば、EBPP[G12に対する遺伝子は、EBPP[Gのためのプラスミド系遺伝子ベクターとインサート間の連結反応により構築された:EBPP[Gに対するプラスミド系遺伝子(plasmid−borne gene)のインサートは、XbaIとAcuIによる二重消化(digestion)により製造された。一方、EBPP[Gに対するプラスミド系遺伝子ベクターは、XbaIとBseRIによる二重消化とアルカリフォスファターゼによる脱リン酸化により製造された。二つの互いに異なる二重制限酵素を利用するこのRDL方法は、様々な長所を有する。第一に、インサート及びベクターの両方の突出部の互いに異なる形状によって、制限ベクターの自己連結反応が発生せず、これらは、頭−しっぽ配向で効率的に連結された。第二に、これは、類型III制限エンドヌクレアーゼのメカニズムに起因して、各ブロック間のリンカーをエンコーディングするのに追加DNA配列を有しない。各EBP遺伝子をオリゴマー化し、36、72、108、144、180、及び216EBPペンタペプチド繰り返しを生成した。二つの制限エンドヌクレアーゼであるXbaIとBamHIを使用して、540、1080、1620、2160、2700、及び3240塩基対(bps)を有するオリゴマー化された遺伝子サイズを確認した。アガロースゲル電気泳動により特徴化されるもののように、図2は、両末端レーン上のDNAサイズマーカーとともに、EBPライブラリの制限されたDNA帯域を示す。例えば、図2(A)のEBPE[A]は、Ala、Gly、Ileをゲスト残基にして1:4:1の比で含有するオリゴマー化されたペンタペプチド配列をエンコーディングする制限DNA帯域を明確に示す。制限DNA帯域すべては、分子サイズマーカーと比べて、該当する長さで図示されている。
EBP遺伝子とこれらのブロックコポリペプチドを、T7プローモーターを有するE.coliで過発現し、ITC(inverse transition cycling)の多数のサイクルにより精製した。図3は、精製されたEBPの銅染色されたSDS−PAGEゲル画像を示す。EBPは、理論的に算出された分子量より少なくとも20%大きく移動した。SDS−PAGEゲル上の両側レーンは、標準タンパク質サイズマーカー(底から上部に7、15、24、35、40、50、65、90、110、150kDa)を含有する。図3(A)と図3(B)のEBPE[A]とEBPP[A]は、理論的分子量より大きい分子量を有する一連の対応タンパク質を示す(EBPE[A]は、左から右に14.0、27.7、41.3、55.0、68.6kDa)。一般的に、図3(C)と図3(D)のEBPE[K]とEBPP[K]を含む正に帯電されたEBPライブラリは、EBPE[A]とEBPP[A]の非極性EBPライブラリより大きい分子量で移動した。さらに、図3(E)と図3(F)のEBPE[D]とEBPP[D]の負に帯電されたEBPライブラリは、相異に帯電された特徴を有するため、正に帯電されたEBPライブラリより大きい分子量を示す。
EBPライブラリの特徴を分析した。図4は、1℃/分の加熱速度で350nmにおいての光学吸光度(Absorbance350)を測定することによって、EBPの熱的転移挙動を示す。逆転移温度(T)は、温度に対する関数である混濁度(turbidity)の第1微分値(d(OD350)/dT)が最大であった温度として定義される。塩濃度とpH等の環境的条件とEBPペンタペプチド繰り返し単位の互いに異なる3番目及び4番目アミノ酸によって、EBPのTをPBSで微細制御し、PBSには、1〜3MのNaClを補充した。例えば、EBPペンタペプチド繰り返しの3番目アミノ酸においてのGlyを有するEBPE[A12(図4(A))は、EBPペンタペプチド繰り返しの3番目アミノ酸においてのGlyがAlaより高い親水性を有するため、1MのNaClを有するPBSでEBPペンタペプチド繰り返しの3番目アミノ酸でAlaを有するEBPP[A12(図4(B))より高い約15℃を示す。一般的に、帯電されたEBPライブラリは、帯電された残基をEBPペンタペプチド繰り返しの4番目アミノ酸に導入するため、非極性EBPライブラリより高いTを有するものと現われる。EBPP[D](図4(E))の負電荷に帯電されたEBPライブラリは、EBPペンタペプチド繰り返しの4番目アミノ酸においてのAspとLysの互いに異なるpKa値を有するため、EBPE[K](図4(C))とEBPP[K](図4(D))の正電荷に帯電されたEBPライブラリより高いTを有する。参照として、図4の(A)、(B)、(C)、(D)及び(E)は、親水性を示し、(F)EBPP[G12及びEBPP[G24は、疎水性を示す。
実施例5:抗−Flt1−EBPP[A及び抗−Flt1−EBPジブロック(diblock)ブロック(copolypeptides)の遺伝子設計
VEGFR1拮抗剤として作用する抗−Flt1ペプチドを暗号化するオリゴヌクレオチドドルの一対は、Cosmo Genetech(韓国、ソウル)で化学的に合成され、AcuI及びBseRIを含む粘着末端(cohesive ends)を有するオリゴヌクレオチドカセット(cassette)に連結された。抗−Flt1ペプチドを暗号化するオリゴヌクレオチドカセットは、シームレス遺伝子クローニングのために、BseRI、XbaI、AcuI及びBamHIにより認識されるどんな部位も有しないように、合理的に設計され、これは、下記表3に示された通りである。

表4は、親水性EBPブロック又は親水性EBPブロック−疎水性EBPブロックのEBPジブロックを有する融合ポリペプチドの配列、遺伝子長さ及び分子量を示す。
BseRI、XbaI、AcuI及びBamHIの認識部位を有するEBPを含むそれぞれのプラスミド、及び前記オリゴヌクレオチドカセットは、抗−Flt1−EBPP[A3n及び抗−Flt1−EBPジブロックブロックの融合ポリペプチドライブラリのための遺伝子を創出するために使用された。まず、抗−Flt1を暗号化するオリゴヌクレオチドドル対の場合、二つのオリゴヌクレオチド(それぞれ2μMの濃度に合わせた)のそれぞれ50μLを、T4DNA連結酵素緩衝剤において95℃で2分間加熱し、その後、前記反応溶液を常温で3時間にわたってゆっくり冷却することによって連結された。抗−Flt1−EBPP[A3nを分子的に複製するために、EBPP[A3nを暗号化するプラスミドベクターがCutSmart緩衝剤で15UのBseRIで37℃で30分間切断された。前記切断されたプラスミドDNAは、PCR精製キットを使用して精製され、その後、CutSmart緩衝剤で10UのFastAP(温度感応性アルカリホスファターゼとして作用する)で37℃で1時間脱リン酸化された。前記切断され、脱リン酸化されたプラスミドDNAは、PCR精製キットを使用して精製され、その後、40μLの蒸留及び脱イオン化された水で抽出された。連結(又は結紮、ligation)は、90pmolの前記精製された挿入部分と30pmolの前記線形化されたベクターをT4DNA連結酵素緩衝剤において1UのT4DNA連結酵素で16℃で30分間恒温処理することによって行われた。その結果、得られた生成物は、(化学的方法に製作された)Top10収容細胞に導入され、次に、SOC平板培地(50μg/mlのアンピシリンで補充された)上に前記細胞が塗抹された。形質転換体は、アガロースゲル上で制限酵素により切断された断片を確認する過程を通じて優先的に検証され、次に、前記言及したように、DNAシーケンシングでさらに検証された。
同様に、互いに異なる長さの疎水性EBPブロックを有する抗−Flt1−EBPジブロックブロックを暗号化するために、EBPP[Gを暗号化するプラスミドベクターは、CutSmart緩衝剤で10UのXbaI及び15UのBseRIで37℃で30分間切断された。前記切断されたプラスミドDNAは、PCR精製キットを使用して精製され、その後、CutSmart緩衝剤で10UのFastAP(温度感応性アルカリホスファターゼとして作用する)で37℃で1時間脱リン酸化された。前記切断及び脱リン酸化されたプラスミドDNAは、PCR精製キットを使用して精製され、その後、40μLの蒸留及び脱イオン化された水で抽出された。4マイクログラムのEBPP[E遺伝子は、CutSmart緩衝剤で10UのXbaI及び15UのAcuIで37℃で30分間切断された。切断後、前記反応産物は、アガロースゲル電気泳動で分離され、挿入部分は、ゲル抽出キットを使用して精製された。連結は、90pmolの前記精製された挿入部分と30pmolの前記線形化されたベクターをT4DNA連結酵素緩衝剤において1UのT4DNA連結酵素で16℃で30分間恒温処理することによって行われた。その結果、得られた生成物は(化学的方法で製作された)Top10収容細胞に導入され、次に、SOC平板培地(50μg/mlのアンピシリンで補充された)上に前記細胞が塗抹された。形質転換体は、アガロースゲル上で制限酵素により切断された断片を確認する過程を通じて優先的に検証され、次に、DNAシーケンシングでさらに検証された。抗−Flt1−EBPジブロックブロックを暗号化するプラスミドベクターは、BseRIの使用で用意され、連結及び連結による産物に対する確認は、前記言及したように行われた。
実施例6:EBPs、抗−Flt1−EBPP[A3n及び抗−Flt1−EBPジブロックブロックの遺伝子発現及び精製
大腸菌株BL21(DE3)細胞は、EBPs、抗−Flt1−EBPP[A3n及び抗−Flt1−EBPジブロックブロックを含むそれぞれのベクターで形質転換され、その後、50μg/mLアンピシリンで補充されたCircleGrow培地50mLに接種された。前培養(preculture)は、37℃でひと晩200rpmで振とう培養器で行われた。次に、50mLのTBDRY培養培地は、50μg/mLのアンピシリンを含む500mLのCircleGrow培養培地に接種され、37℃で16時間200rpmで振とう培養器で培養された。光学濃度が600nm(OD600)で1.0に到逹したとき、EBP又はそのブロックポリペプチド遺伝子の過発現は、1mMの最終濃度でIPTGを添加することによって誘導された。前記細胞は、4℃で10分間4500rpmで遠心分離された。前記発現されたEBPs及びこれらのブロックポリペプチドは、既存に報告されたように、逆転移循環(inverse transition cycling、ITC)で精製された。細胞ペレット(pellet)は、30mLのPBS緩衝剤に再浮遊(resuspension)させた後、氷の上で超音波分解(VC−505、Sonic and materials Inc.(米国、デンベリ)機器を使用して20秒間隔で10秒間超音波を付加する条件)で細胞を溶解させた。細胞溶解物の不溶性残余物を沈澱させるために、50mL遠心分離機チューブに細胞溶解物を収容し、4℃で15分間13000rpmで遠心分離した。次に、可溶性EBPsを含む上層液は、新しい50mLの遠心分離機チューブに移され、核酸汚染物を沈澱させるために、PEIを0.5%w/vになるように入れた後、4℃で15分間13000rpmで遠心分離した。EBPsの逆位相転移は、4Mの最終濃度で塩化ナトリウムを添加することによって触発され、また、凝集された(aggregated)EBPsは、4℃で15分間13000rpmで遠心分離することによって、溶解物溶液から分離された。前記凝集されたEBPsは、冷たいPBS緩衝剤に再浮遊され、このEBP溶液は、4℃で15分間13000rpmで遠心分離され、他の凝集されたタンパク質汚染物が除去された。このような凝集(aggregation)及び再浮遊(resuspension)過程は、EBPの純度が約95%まで到逹するまで5〜10回繰り返され、ここで、純度は、SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−polyacrylamide gel electrophoresis、SDS−PAGE)により決定された。
図5a〜図5dは、本発明による融合ポリペプチドの分子的設計、クローニング及び抗−血管新生機能を図式的に示す。図5cに示したように、VEGFRターゲッティングペプチド(抗−Flt1ペプチド)−親水性EBP−疎水性EBPの融合ポリペプチドは、生理的条件下で多価性VEGFRターゲッティングペプチドとともに、温度触発式コア−シェルミセル構造を形成する。
図5dの(i)に示されたように、VEGFRターゲッティングペプチド(抗−Flt1ペプチド)−親水性EBPの融合ポリペプチドは、VEGFR(特に、VEGFR1)及び前記抗−Flt1ペプチド間の強い非共有相互作用を通じて治療用ポリペプチドとして作用できる。また、図5dの(ii)に示されたように、VEGFRターゲッティングペプチド(抗−Flt1ペプチド)−親水性EBP−疎水性EBPの融合ポリペプチドは、多価性抗−Flt1ペプチドとともにミセルを形成し、これは、VEGFRに対する前記融合ポリペプチドの結合親和力を増加させて、前記融合ポリペプチドの使用で血管新生と関連した疾患に対する治療効率を増進させることができる。抗−Flt1ペプチドの急速な分解を最小化し、抗−Flt1ペプチドを生体内受容体拮抗剤として提示するために、EBPは、非−クロマトグラフィー(non−chromatographic)精製ポリペプチドタッグ及び安定剤として抗−Flt1ペプチドに導入された。
EBPP[A、EBPP[E又はEBPP[Gを含む変形されたpET−21a(modified pET−21a、mpET−21a)プラスミド(ここで、[Xの下付き文字nは、6、12、18、24、30又は36である)は、標準分子生物学方法論を使用してシームレスにクローニングされた。特に、EBPP遺伝子の多量体化(multimerization)及び融合は、異なる分子量を有するEBPP及びEBPPブロック共重合体を暗号化する遺伝子を製作するために、再帰方向結紮(recursive directional ligation、RDL)で実行された。図5aは、一つの遺伝子クローニング方法を示し、前記方法により二つの異なるEBPPsに対する遺伝子及び抗−Flt1ペプチドを暗号化するオリゴヌクレオチドカセットに対する遺伝子が結合され、抗−Flt1−EBPP[E12−[G24の遺伝子が作成される。EBPP[G24を含むmpET−21aプラスミドは、XbaI及びBseRIで二重−切断され、脱リン酸化されて線形化されたベクターになり、一方、EBPP[E12を含むmpET−21aプラスミドは、XbaI及びBseRIで二重−切断され、挿入される部位(insert)として用意された。連結を通じてクローニングされたEBPP[E12−[G24のEBPPジブロック遺伝子は、BseRIで切断され、脱リン酸化された後、抗−Flt1ペプチドを暗号化するオリゴヌクレオチドカセットと融合され、抗−Flt1−EBPP[E12−[G24が製作された。同様に、抗−Flt1−EBPP[A3、6、12、24及び抗−Flt1−EBPP[E12−[G12、24に対する遺伝子のシリーズは、クローニングされ、これら融合ポリペプチドは、図1(B)に示すように、大腸菌でプラスミド由来遺伝子から合成された。
VEGFRターゲッティングペプチド(抗−Flt1ペプチド)−親水性EBP−融合ポリペプチドで、抗−Flt1−EBPP[A3、6、12、24は、生理的条件の下で可溶性であり、VEGFに対応してVEGFR拮抗剤として作用し、これにより、血管新生信号が細胞に伝達されることが抑制される(図5dの(a))。本発明の実施例では、EBPP[Aが選択されたが、その理由は、すべての長さのEBPP[Aは、極性アミノ酸残基なしに身体温度で親水性であり、抗−Flt1−EBPP[A3、6、12、24の4個の異なる長さのEBPPブロックによるEBPP長さ及び抗−Flt1ペプチドの結合親和力間の相関に対する理解を提供するからである。さらに、図5c及び図5dの(b)に示されたように、VEGFRターゲッティングペプチド(抗−Flt1ペプチド)−親水性EBP−疎水性EBPの融合ポリペプチド[抗−Flt1−EBPP[E12−[G12、24]は、多価性VEGFRターゲッティングペプチドとともに、温度触発式コア−シェルミセル構造を形成できる。その理由は、生理的条件の下で親水性EBPP[E12及び疎水性EBPP[G12、24の両親媒特性を有するからであり、このような特性は、VEGFRに対する前記融合ペプチドルの結合親和力を大きく増進させて、高い接着力を有することができるようにする。特に、二つの異なる長さの疎水性EBPP[G12、24は、ミセルサイズの調節に使用され、VEGFRに対する抗−Flt1−EBPP[E12−[G12、24の結合親和力に対するミセルサイズの効果を研究するのに使用された。
実施例7:EBPs、抗−Flt1−EBPP[A3n及び抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドの特性化
EBPs、抗−Flt1−EBPP[A3n及び抗−Flt1−EBPジブロックブロックの純度は、SDS−PAGE、及びShodex GPC OHpak SB−804 HQ(Showa Denko Co.,日本国、東京)カラムを使用する高性能液体クロマトグラフィー(high−performance liquid chromatography、HPLC)1260シリーズ機構(Agilent Technologies、米国、カリフォルニア、ペルロエルト)とともに、ゲル透過クロマトグラフィー(gel permeating chromatography、GPC)で決定された。20℃の脱イオン水は、1ml/分の流速で溶離液として使用され、GPCカラムは、20℃で維持された。5900から200000g/molの範囲内にある低分散ポルランは、基準として使用された。EBPs、抗−Flt1−EBPP[A3n及び抗−Flt1−EBPジブロックブロックのシリーズは、屈折率検出器(refractive index detector、RID)及び280nmで可変型吸光度検出器(variable wavelength detector、VWD)で分析された。PBSに25μMの濃度である多様なEBPs、抗−Flt1−EBPP[A3n及び抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドの逆位相転移に対する温度の効果は、Cary 100 Bio UV/Vis分光光度計(マルチセル熱電温度調節器(Varian instruments、米国、カリフォルニア、ワルノックリック)を備える)を利用して10から85℃の間で1℃/分の速度でOD350を測定することによって決定された。抗−Flt1−EBPP[E12−[G12及び抗−Flt1−EBPP[E12−[G24の可溶性単一体(soluble unimers)からミセルへの自己組立挙動は、温度−調節Nano ZS90(ZEN3690)動的光散乱(dynamic light scattering、DLS)機構(Malvern instruments、イギリス、ウストショ)により分析された。PBSで25μMでこれらの流体力学的半径(hydrodynamic radius、R)は、1℃/分の加熱速度で18から50℃の温度範囲でそれぞれの温度で11連続で測定された。これらのTは、それぞれのDLSプロット(plot)から計算された相転移に対する開始温度として定義される。
抗−Flt1ペプチド及び互いに異なる長さを有する親水性EBPブロックで構成される融合ポリペプチドに対する遺伝子は、分子的クローニングで製作され、XbaI及びBseRIで切断されたこれら遺伝子の長さは、図6(A)に示されたように、アガロースゲル電気泳動で確認された。抗−Flt1−EBPP[A、抗−Flt1−EBPP[A、抗−Flt1−EBPP[A12又は抗−Flt1−EBPP[A24(左側から右側に354、624、1164又は2244bp)を暗号化する各遺伝子のDNA長さは、それぞれの遺伝子断片の下に表記される。XbaI及びBseRIで切断されたDNA配列は、融合ポリペプチドの遺伝子の外に位置し、これらDNAの長さは、表4においての元々の遺伝子サイズより66塩基対がさらに長くなる。抗−Flt1ペプチド及びそれぞれ異なる鎖長さを有するEBPブロックで構成される融合ポリペプチドは、前記温度−反応型EBPsに対して記述されたように大腸菌で発現され、ITCで精製された。図6(B)に示された銅−染色されたSDS−PAGEゲル(4〜20%増減率)は、下記の事項を図示する:抗−Flt1−EBPP[A(下付き文字nは、3、6、12、又は24)は、HPLCで特性化されたように、平均的に5回のITCにより少なくとも95%均質性で精製され、それぞれの融合ポリペプチドは、基準タンパク質の移動した距離と比較したとき、表4においての理論的分子量より約20%さらに移動し、これは、以前研究とよく一致する。融合ポリペプチドの予想分子量は、バンド(band)の下に表示(左側から右側に8.19、15.27、29.42及び57.72kDa)され、SDS−PAGEゲル上の両端にあるレーンは、移動した基準タンパク質サイズマーカー(下から上に7、15、24、35、40、50、65、90、110、及び150kDa)を示す。
図7は、EBPブロックの熱転移挙動、及び抗−Flt1ペプチド及びそれぞれ異なる鎖長さを有するEBPブロックよりなる融合ポリペプチドの熱転移挙動を示しており、これを通じて転移温度(transition temperature、T)に対するEBPブロック長さ、塩化ナトリウム濃度及び抗−Flt1ペプチド融合の効果を調査できる。図7においての混濁度プロファイル(profiles)は、(A−C)の場合、25μMのEBPP[A3n(n:整数)及び(D−F)の場合、25μMの抗−Flt1−EBPP[A3n(n:整数)の吸光度を350nmで測定することによって得られたが、この際、1℃/分速度で試料を加熱しながら、(A、D)は10mMのPBSで、(B、E)は、1M塩化ナトリウムで補充された10mMのPBSで、また、(C、F)は、2M塩化ナトリウムで補充された10mMのPBSで吸光度が測定された。Tは、図7の各熱プロット(thermal plot)の変曲点として定義され、下記表5に示した。
表5のT値は、図7においての熱プロファイルの変曲点を測定することによって決定される。EBPP[A]ブロック長さ及び塩化ナトリウム濃度によって転移温度が変化した。
一般的に、極性アミノ酸残基がないEBPP[A3n及び抗−Flt1−EBPP[A3nは、生理的条件の下で37℃より高いTを有し、その理由は、EBPPの繰り返し的ペンタペプチド単位のゲスト残基としてAla、Gly及びIleが1:4:1比率で導入されるからである。抗−Flt1−EBPP[A3nの親水性とともに、これらVEGFR結合−融合ポリペプチドは、生理的条件の下で可溶性であったが、このような特性は、どんな立体障害なしにVEGFRに対する特異的結合が可能にする。これにより、本発明の融合ポリペプチドは、VEGFに反対してVEGFR拮抗剤として作用する。さらに、EBPPブロック長さ及びイオン強度の機能について熱反応性の調節側面で調査したとき、EBPP[A3n及び抗−Flt1−EBPP[A3nのEBPブロック長さ、及びPBSにおいての塩化ナトリウム濃度が増加するほど、これらのTは低くなった。特に、抗−Flt1−EBPP[A3nのTは、EBPP[A3nのTより極めて低いが、その理由は、VEGFR標的化のための抗−Flt1ペプチド配列のGly−Asn−Gln−Trp−Phe−Ile(GNQWFI)が疎水性であるからであり、これは、抗−Flt1−EBPP[A3nのTを減少させる。例えば、抗−Flt1−EBPP[A12及び抗−Flt1−EBPP[A24のTは、PBSでEBPP[A12及びEBPP[A24のTよりそれぞれ約18及び11℃低かった。EBPP[Aと抗−Flt1−EBPP[Aとの間のT差(T difference、DT)は、2M塩化ナトリウムを有するPBSで36℃以上であり、一方、EBPP[Aと抗−Flt1−EBPP[Aとの間のDTは、1M塩化ナトリウムを有するPBSでは、23℃であった。したがって、EBPP[A]ブロック長さが短くなるほど、抗−Flt1−EBPP[A3nのTは、多様な塩化ナトリウム濃度に関係なく大きく減少し、恐らく、これは、EBPP[A]ブロックの熱転移に対する抗−Flt1ペプチドが有する疎水性の効果がさらに大きく影響を及ぼすからである。
次に、VEGFRターゲッティングペプチド(抗−Flt1ペプチド)−親水性EBP−疎水性EBPの融合ポリペプチドの特性について説明する。「抗−Flt1ペプチド」及び多様な鎖長さの疎水性EBPブロックを有する、親水性EBP−疎水性EBPの「両親媒性EBPジブロック」で構成される融合ポリペプチドを暗号化する二つの異なる遺伝子は、シームレス分子的クローニング方法でRDLを使用して製作され、XbaI及びBseRIで切断されたこれらの遺伝子の全体長さは、図8(A)に示されたように、アガロースゲル電気泳動で確認された。(a)抗−Flt1−EBPP[E12−[G12又は(b)抗−Flt1−EBPP[E12−[G24(左側から右側に2244及び3324bp)を暗号化する各遺伝子のDNA長さは、各遺伝子断片の下に表記する。XbaI及びBseRIで切断されたDNA配列は、前記融合ポリペプチドを暗号化する遺伝子の外に位置するため、これらDNAの長さは、表4で要約されたように、融合ポリペプチドの元々の遺伝子サイズより66塩基対が長くなる。(a)抗−Flt1−EBPP[E12−[G12及び(b)抗−Flt1−EBPP[E12−[G24を含む二つの異なる抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドは、大腸菌で発現され、非−クロマトグラフィー精製方法のうち一つであるITCにより精製され、これは、温度−反応型抗−Flt1−EBPP[A3nのシリーズの精製に対して前記言及された。図8(B)においての銅−染色されたSDS−PAGEゲル(4〜20%増減率)のイメージは、下記の事項を示す:抗−Flt1−EBPP[E12−[G12及び抗−Flt1−EBPP[E12−[G24の両方とも平均的に5回のITCによりそれぞれ一つの主要ポリペプチドバンドを有するように精製され、これらバンドは、基準タンパク質の移動した距離と比較するとき、表4においての理論的分子量より約20%さらに移動した。追加的に、前記ポリペプチドは、HPLCで特性化されたように、平均的に5回のITCを実行した後、少なくとも95%均質性を有する。前記ポリペプチドの予想分子量は、バンドの下に表記され(左側から右側に59.9及び90.0kDa)、SDS−PAGEゲル上の両端に位置するレーンは、移動した基準タンパク質サイズマーカーを示す(下から上に7、15、24、35、40、50、65、90、110、及び150kDa)。
図9は、疎水性EBPP[G]ブロックの長さ及び濃度による抗−Flt1−EBPP[E12−[G12及び抗−Flt1−EBPP[E12−[G24の抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドの熱転移挙動を示す。混濁度プロファイルは、10mMのPBSで1℃/分の加熱速度で4つの異なる濃度(12.5、25、50及び100mM)で吸光度(350nm)を測定することによって得た。前記言及したように、Tは、図9の各熱プロットの変曲点で測定され、下記表6に示した。
表6のT値は、図7においての熱プロファイルの変曲点を測定することによって決定される。一次相転移は、疎水性EBPPブロックの凝集により発生し、EBPP[A]の長さによって大きく影響を受けた。前記融合ポリペプチドは、同一の極性EBPP[E12ブロックを有する。二次相転移は、極性EBPP[E12ブロックにより影響を受け、これらの融合ポリペプチドは、類似した二次Tを有する。
抗−Flt1−EBPジブロックブロックの濃度が増加するほど、一次−及び二次Tが漸進的に低くなった。一般的に、抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドの温度触発式相転移は、二度発生し、その理由は、低いTを有する脂肪族−及び疎水性EBPP[A]ブロック及び高いTを有する極性−及び親水性EBPP[E]ブロックのこれら二つの互いに異なる熱特性に起因する。25mMで抗−Flt1−EBPP[E12−[G12の相転移は、36.2及び81.2℃で発生し、一方、同一の濃度で抗−Flt1−EBPP[E12−[G24の相転移は、28.0及び78.0℃で発生したが、これは、二倍になった疎水性EBPP[A]のブロック長さが大きい影響を及ぼし、一次−及び二次Tを8.2及び3.2℃低くしたことを示す。特に、対照群(control)として抗−Flt1融合がないEBPP[E12−[G]12及びEBPP[E12−[G24のジブロックポリペプチドは、図9(A)に示されたように、これ以上の位相転移なしにただ39.0及び29.1℃の一次Tを示した。他方では、抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドは、抗−Flt1がないジブロックポリペプチドの位相転移挙動と対照的に低くなった一次−及び二次Tを明確に示したが、これは、ジブロックポリペプチドの親水性EBPP[E]ブロックとともに、疎水性抗−Flt1ペプチド(Gly−Asn−Gln−Trp−Phe−Ile(GNQWFI))の融合は、EBPP[G]の一次T及び親水性EBPP[E]ブロックの二次Tを大きく減少させるからであり、このような減少は、二つのブロックの隣接に起因する。さらに、抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドにおいて正確に1:1及び1:2の比率で調節されたブロック長さを有するEBPP[A]及びEBPP[E]は、これらの一次Tの直上に(right above)固有の準安定ミセル相(phase)を作り、これは、前記熱−触発式両親媒性抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドが準安定ミセルに自己組立されたことを示し、この際、一次Tから二次Tに至る温度範囲で準安定ミセルは、安定したミセルに継続的に発達される。これは、既存に報告された他のEBP基盤ジブロック共重合体基盤ミセルのように、抗−Flt1と融合されないEBPP[E12−[G12及びEBPP[E12−[G24のジブロックポリペプチドの自己組立挙動とよく一致する。
抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドの固有な熱転移と符合するように、抗−Flt1−EBPP[E12−[G12及び抗−Flt1−EBPP[E12−[G24が可溶性単一体からミセルに自己組立される挙動は、動的光散乱(dynamic light scattering、DLS)で特性化された。PBSで25μMで存在するこれらの流体力学的半径(hydrodynamic radius、R)は、1℃/分の加熱速度で18から50℃の温度内の各温度で11連続で測定された。これらのTは、相転移に対する開始温度として定義され、図10の各DLSプロットから計算され、下記表7に示した。
表7を見ると、融合ポリペプチドの一次凝集は、ミセルの形成によりこれらの流体力学的半径を増加させた。
抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドは、抗−Flt1−EBPP[E12−[G12に対しては、36℃の一次T以下で、また、抗−Flt1−EBPP[E12−[G24に対しては、27℃の一次T以下で可溶性単一体形態であり、PBSに25μMで存在するこれらの流体力学的半径(R)は、約10nmであった。一次T以上に温度が増加するにつれて、これらのRは、一次Tを少し超過する温度で160nm及び240nmの範囲で瞬間的に増加し、その後、28.4nm及び43.6nmまで減少した。両親媒性基盤自己組立の非平衡化された熱力学及び互いに異なる親水性−対−疎水性ブロックの長さ比率によって抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドが準安定ミセルを形成し、その後、これらは、甚だしくは50℃でも一定のRを有する安定したミセルを示したが、これは、これらの自己結合が平衡状態に到逹したからである。抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G24ミセルのRは、抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G12のミセルより15.2nmさらに大きかったが、これは、二倍になったEBPP[G]ブロック長さ及びこれらのミセル構造の中心部にあるEBPP[G]ブロックのさらに大きい集合ドメインによる。さらに、抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドの臨界ミセル濃度(critical micelle concentration、CMC)を決定するために、0.1〜25mMの範囲の多様な濃度でこれらミセルサイズは、Tより低い20℃及びTより高い37℃で測定された。37℃、0.5mMの環境条件の下で、抗−Flt1−EBPP[E12−[G12は、〜125nmのRを有する準安定ミセルを相変らず形成し、抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G24は、〜44nmのRを有する安定したミセルを形成した。しかし、37℃、0.1mMでは、二つの抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドは、ミセルを形成しなかったが、これは、0.1mM濃度は、これらのCMCsより低いことと、これらは、0.1〜0.5mMの範囲にあることを示す。したがって、親水性EBPP[E]及び疎水性EBPP[G]の両親媒性に起因して抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドは、生理的条件の下でFlt1標的化のために多価性抗−Flt1ペプチドとともに温度触発式コア−コロナ(corona)ミセル構造を形成する。特に、抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドで疎水性EBPP[G]のそれぞれ異なるブロック長さは、ミセルサイズを細密に調節し、これは、Flt1に対するこれらの結合親和力に影響を及ぼし、高い接着力を有するようにする。
実施例8:Flt1に対する抗−Flt1−EBPP[A3n及び抗−Flt1−EBPジブロックブロックの特異的結合測定
Flt1に対する抗−Flt1−EBPP[A3n(n:1、2、4、及び8)及び抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドの特異的結合は、酵素免疫測定法(enzyme−linked immunosorbent assay、ELISA)により測定された。まず、0.5mg/ml濃度で二硫化−連結されたホモ二量体状態で存在する組み換えヒトVEGF165タンパク質(recombinant human VEGF165 protein、rhVEGF165)(M.W.38.4kDa)の50μLを4℃でひと晩96孔平板(96 well plate)に恒温処理し、前記平板をコーティングした。前記rhVEGF165でコーティングされた孔(wells)は、コーティングされないrhVEGF165を完全に除去するために、ツイン−20(Tween−20)を0.05%含有するPBSで洗浄され、各孔のコーティングされない表面をブロッキング(blocking)するために、BSAを3wt.%含有するPBSで常温で2時間恒温処理され、また、非結合BSAの除去のために、ツイン−20を0.05%含有するPBSで洗浄された。二番目に、抗−Flt1ペプチドとFlt1(VEGFR1)間の特異的結合力を付与するために、0.5μg/ml濃度で二硫化−連結されたホモ二量体で存在する組み換えヒトFlt1−Fキメラタンパク質(M.W.200.0kDa)は、1wt.%BSAを含有するPBSで(1)抗−Flt1−EBPP[A3n(n:1、2、4、及び8)で前恒温処理(preincubation)されるか、又は(2)異なる長さの疎水性ブロックを有する抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチド(抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G12及び抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G24)で前恒温処理され(preincubated)、この際、前恒温処理は、0.5−500μM内の異なる濃度で2時間常温で実施された。その後、rhVEGF165でコーティングされた孔(wells)に前記混合溶液を添加し、常温で追加に2時間恒温処理した。前記EBPP[A12及び異なる長さの疎水性ブロック(同一の濃度を有する)を有するEBPジブロックコポリペプチド(EBPP[E12−EBPP[G12及び抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G24)は、基準として使用された。それぞれの孔は、0.05%ツイン−20で補充されたPBSで洗浄され、前記孔の表面でrhVEGF165と結合しないFlt1−Fタンパク質が除去された。rhVEGF165でコーティングされた孔に特異的に結合するヒトFlt1−Fタンパク質の結合可否は、ウサギ抗−ヒトIgG F−ホースラディッシュペルオキシダーゼ(horseradish peroxidase、HRP)結合体を二次抗体として使用して、タンパク質−抗体結合時に発生する酸化された色素気質の吸光度を450nmで測定することによって確認された。抗−ヒトIgG F−HRPが希釈されたPBS(0.3w%BSA含有)を各孔に添加して常温で1時間恒温処理し、その後、0.05%ツイン−20を含むPBSで8回洗浄された。3、3’、5、5’−テトラメチルベンジジン(tetramethylbenzidine、TMB)が各孔に添加され、VEGFに対するFlt1−Fタンパク質の特異的結合程度が間接的に測定され、これは、Flt1−Fcタンパク質と抗−ヒトIgG F−HRPタンパク質間の特異的相互作用とそれによるHRPにより触媒されるTMBの酸化程度を測定することによって決定された。酸化されたTMBの色相強度は、450nmで測定された。それぞれのELISA実験は、再現性のために3回行われた。
VEGFRターゲッティングペプチド(抗−Flt1ペプチド)−親水性EBPの融合ポリペプチドの特異的結合特性について説明する。抗−Flt1−EBPP[A3n(n:整数)融合ポリペプチドの特異的結合は、図11に示されたように、酵素免疫測定法(enzyme−linked immunosorbent assay、ELISA)で特性化された。二硫化−連結されたホモ二量体で存在する38.4kDaの組み換えヒトVEGF165タンパク質は、ウェルの上に先にコーティングされ、次に、前記孔は、牛血清アルブミン(serum albumin、BSA)でブロッキング(blocking)された。二硫化−連結されたホモ二量体で存在する200.0kDaの組み換えヒトFlt1−Fキメラタンパク質は、0.5−500μM内の異なる濃度で抗−Flt1−EBPP[A3n(n:1、2、4、及び8)とともに、恒温処理され、これら二つ間の特異的結合を誘導し、次に、前記混合溶液をVEGFでコーティングされた孔に添加した後、常温で2時間恒温処理した。VEGFでコーティングされた孔に特異的に結合したヒトFlt1−Fキメラタンパク質は、二次抗体としてウサギ抗−ヒトIgG F−HRP(horseradish peroxidase)結合体の結合と、これにより発生する酸化された色素基質の吸光度を450nmで測定することによって検出された。他の様々な濃度とは関係なく、EBPP[A12がFlt1−Fキメラタンパク質及びVEGF間の特異的結合を大きく阻害しなかった。前記特異的結合に対してEBPP[A12が最小限に阻害することとは相反するように、抗−Flt1−EBPP[A3nコポリペプチドは、EBPP[A]ブロック長さと関係なく、投与量に依存する方式でFlt1−FとVEGF間の結合を非常に抑制した。このような結果は、抗−Flt1−EBPP[A3nは、ヒトFlt1−Fキメラタンパク質に高い特異的結合力を有することを明白に示し、これにより、ヒトFlt1−Fキメラタンパク質がVEGFに結合することを妨害する。特に、抗−Flt1−EBPP[A12は、500μMで約75%の最大阻害効果を示し、一方、抗−Flt1−EBPP[A24は、抗−Flt1−EBPP[A12より低い阻害効果を示したが、これは、長くなったEBPP[A]鎖長さの立体障害によって現われる結果であろう。たとえ異なる鎖長さを有する親水性EBPP[A3nブロックがVEGFR1特異的拮抗剤として作用する抗−Flt1ペプチドに導入されたが、抗−Flt1−EBPP[A3nコポリペプチドは、Flt1結合に対する抗−Flt1ペプチドの高い特異性を維持したが、これは、EBPsの不活性特徴のためである。抗−Flt1ペプチド−ヒアルロン酸(hyaluronate、HA)結合体のような従来のペプチド−重合体結合体とは相反するように、前記抗−Flt1−EBPP[A3nコポリペプチドは、遺伝子次元で製作され、抗−Flt1ペプチドの単分散分子量及び増加した安定性を付与し、このような特性は、PEGのような作用をするEBPsの不活性特性に起因するものである。そして、このような単分散分子量及び安定性は、生体内で抗−Flt1ペプチドの半減期を増進させる。
次に、VEGFRターゲッティングペプチド(抗−Flt1ペプチド)−親水性EBP−疎水性EBPの融合ポリペプチドの結合特性について説明する。ヒトFlt1−Fキメラタンパク質に対する可溶性抗−Flt1−EBPP[A3nの特異的結合とともに、異なる長さの疎水性ブロックを有する抗−Flt1−EBPジブロックブロック(抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G12及び抗−Flt1−EBPP[E]12−EBPP[G24)は、生理的条件の下で多価性抗−Flt1ペプチドとともに、温度触発式コア−シェルミセル構造を形成できる。また、形成された自己組立ミセルの外表面のシェル(shell)に位置する多価性抗−Flt1により接着力が増加し、これにより、ヒトFlt1(VEGFR1)に対する前記ユングアブポリペプチドの結合親和力を増加させる。図12で、酵素免疫測定法(enzyme−linked immunosorbent assay、ELISA)により測定されたように、抗−Flt1ペプチド−親水性EBP−疎水性EBPの融合ポリペプチドの濃度が増加するほど、Flt1−F及びVEGF間の特異的結合が融合ポリペプチドにより非常に抑制されたが、これは、可溶性抗−Flt1−EBPP[A3nの実施例の結果とよく一致する。Flt1−F及びVEGF間の特異的結合に対する抗−Flt1−EBPP[A3n融合ポリペプチドの抑制程度とは異なって、準安定状態で〜125nmのRを有する抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G12ミセルは、Flt1−Fc及びVEGF間の特異的結合に対して非常に増加した抑制(〜95%)を示し、これは、ミセル相の抗−Flt1標的化ペプチドの空間的多価性ディスプレイ(display)に依存する。他方では、安定した状態で〜44nmのRを有する抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G24ミセルは、可溶性抗−Flt1−EBPP[A3nブロックにおいての抑制程度と比較したとき、類似の抑制程度を示した。たとえ、二つの抗−Flt1−EBPジブロックコポリペプチドがいずれも生理的条件の下で37℃、0.5μMで500mMの濃度範囲内でミセルを形成するが、これらのミセルの安定性に基盤してFlt1−F及びVEGF間の特異的結合に対して大きく異なる抑制程度を示したが、これは、恐らく、ミセルナノ構造の多価性抗−Flt1ペプチドのFlt1−Fとの互いに異なる結合力及び調節された空間的ディスプレイのためである。重要なことは、250μMで抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G12ミセルは、500μMで抗−Flt1−EBPP[A3n融合ポリペプチドよりさらに大きい抑制効果を有するが、これは、少ない量の抗−Flt1−EBPP[E12−EBPP[G12が抗−血管新生に対して生体内ヒトFlt1タンパク質に高い結合親和力を有することを提示する。
実施例9:抗−Flt1−EBPP[A12を利用したHUVECsの生体外の管形成分析
可溶性抗−Flt1−EBPP[A12を利用したHUVECsの生体外の管形成分析(in vitro tubing assay)は、内皮細胞の増殖、移動及び管形成(tube formation)に対する可溶性抗−Flt1−EBPP[A12コポリペプチドの効果を評価するために実施された。コーティングのために、8.7mg/mlのマトリゲル200μLを48孔(well)平板培地に37℃で1時間恒温処理し、固めた。HUVECsを蛍光で付着するために、10μMのカルセイン(calcein)−AMで37℃で15分間恒温処理した後、PBSで数回洗浄した。2×104細胞/孔(well)のカルセイン−付着されたHUVECsは、マトリゲルでコーティングされた孔(wells)で培養され、50ng/mlの組み換えヒトrhVEGF165及びそれぞれ異なる濃度の(Flt1特異的拮抗剤として)抗−Flt1−EBPP[A12で37℃で4時間恒温処理され、内皮細胞の増殖、移動及び管形成がどのように刺激されるか測定された。抗−Flt1−EBPP[A12がどれほどHUVECsの管形成を抑制できるかを明白に示すために、同一の濃度のEBPP[A12が基準に評価された。追加に、Flt1特異的拮抗剤として抗−Flt1−EBPP[A12の治療効率を基礎とする抗−血管新生の治療効率を比較するために、VEGFに対する組み換え人間単一クローン抗体(monoclonal antibody、mAb)であるアバスチン(Avastin)が他の基準として使用された。HUVECsの管形成は、Micromanipulator(Olympus、日本国、東京)でイメージを獲得した後、Image lab software(Bio−Rad Laboratories、米国、カリフォルニア、エルクルレス)を使用して孔(well)当たり三つの無作為領域で全体管長さを測定することによって定量化されたが、この際、PBSで4時間恒温処理されたときに移動したHUVECsの管形成に基づいて測定された。これらの管形成は、三回繰り返された。
図11に示されたように、酵素免疫測定法(enzyme−linked immunosorbent assay、ELISA)結果を通じて抗−Flt1−EBPP[A3n(n:整数)融合ポリペプチドがヒトFlt1−Fキメラタンパク質と高い特異的結合力を有することを確認した。29.4kDaの抗−Flt1−EBPP[A12は、異なる長さのEBP鎖を有する可溶性抗−Flt1−EBPP[A3n融合ポリペプチドと比較するとき、最高値の抑制程度を示すことを確認した。したがって、内皮細胞の増殖、移動及び管形成に対する可溶性抗−Flt1−EBPP[A12融合ポリペプチドの効果が生体外HUVECsで測定された。カルセイン−付着されたHUVECs(2×10細胞/孔)は、マトリゲルであらかじめコーティングされた48−孔平板培地に培養され、内皮細胞の増殖、移動及び管形成を刺激するために、50ng/ml濃度の組み換えヒトVEGF−165(recombinant human VEGF−165、rhVEGF165)で恒温処理され、また、Flt1(VEGFR1)特異的拮抗剤として作用する抗−Flt1−EBPP[A12を異なる濃度で処理した後、恒温培養した。同一の濃度のEBPP[A12を対照群として使用し、どれほど抗−Flt1−EBPP[A12がHUVECsの管形成を抑制できるかを明白に示すようとした。さらに、抗−血管新生に対する治療効率を比較するために、VEGFに対抗する組み換え人間単一クローン抗体(monoclonal antibody、mAb)であるアバスチン(ベバシズマブとも知られている)を対照群として使用した。アバスチンを使用した理由は、アバスチン及びVEGF間の特異的結合に基づいて加齢黄斑変性(age−related macular degeneration、AMD)及び糖尿網膜病症のような多様な新生血管眼疾患を治療するのにアバスチンが広く使用されているからである。抗−Flt1−EBPP[A3nは、HUVEC細胞膜でヒトFlt1タンパク質に特異的な結合を示すので、HUVECsの管形成に対する抗−Flt1−EBPP[A3n及びアバスチンの抑制効果は、特異的タンパク質−タンパク質相互作用から由来し、一方、特に、アバスチンは、rhVEGF165に結合し、管形成に関与するrhVEGF165−触発式細胞信号伝逹及びHUVECsの新生血管形成を最小化するものと仮定した。抗−Flt1−EBPP[A12の生体外の管形成分析により特性化されたように、カルセイン−AMで標識されたHUVECsの蛍光イメージ及びこれらイメージでHUVECsの標準化された管長さに基づく管形成の抑制程度は、図13に示された。前記HUVECsの管長さは、HUVECsの蛍光信号の追跡(tracking)を通じて測定され、各条件で平均化され、PBSで4時間培養されて移動したHUVECsの管長さが基準として使用された。HUVECsが4時間rhVEGF165で処理されたとき、HUVECsの管長さは、100%に設定され、各濃度においての管長さは、標準化された。対照群であるEBPP[A12で恒温処理されたHUVECsの管長さは、rhVEGF165で処理されたHUVECsの管長さと類似したが、これは、EBPP[A12がHUVECsの管形成に相当な効果を有しないことを示す。他方では、Flt1特異的拮抗剤である抗−Flt1−EBPP[A12の場合には、0.1〜10mM濃度範囲で抗−Flt1−EBPP[A12の濃度が増加するほど、HUVECsの管長さは漸次的に減少した。抗−Flt1−EBPP[A12で恒温処理されたとき、減少するHUVECsの管長さと符合し、蛍光イメージは、HUVECsの移動及び管形成の抑制程度が抗−Flt1−EBPP[A12の濃度を増加させるほど顕著になることを明確に示す。これは、抗−Flt−EBPP[A12がHUVECsの管形成を抑制し、その抑制程度は、抗−Flt1−EBPP[A12濃度により大きく調節されることを示す。特に、10mMの抗−Flt1−EBPP[A12で恒温処理されたHUVECsは、甚だしくは、rhVEGF165があっても、顕著な移動及び管形成を示さないが、これは、アバスチンを0.2mg/mlで使用した場合と類似な管形成抑制程度を示すものである。したがって、ELISAで立証されたように、抗−Flt1−EBPP[A12融合ポリペプチドは、Flt1に対抗する抗−Flt1ペプチドの高い特異性を相変らず保有している。
実施例10:レーザー(laser)−誘発脈絡膜新生血管形成(neovascularization)モデルで抗−Flt1−EBPP[A12を利用した生体内(in vivo)抗−新生血管形成(新生血管形成の抑制)
6〜8週齢の雄性C57BL−6マウスにケタミン及びキシラジンそれぞれ100mg/kg及び10mg/kgを腹腔内に注射して麻酔させ、5mg/mLのトロピカミドで瞳孔を拡張させた後、生体内脈絡膜新生血管形成を誘発させるために、532nmダイオード(diode)レーザー(150〜210mW、0.1秒、50〜100μM)がそれぞれの眼底(fundus)に適用された。眼球の後極部(posterior pole)の6、9、12、及び3時位置は、スリットランプ(slit−lamp)伝達システムで複数回のバーン(burns)が行われた。レーザーを受けるときに生成される気泡は、ブルッフ膜(Bruch’s membrane)の破裂を指示し、これは、CNVモデルを得るのに重要な要素である。生体内レーザー−誘発脈絡膜新生血管形成モデルにおいて抗−新生血管形成に対する抗−Flt1−EBPP[A3nコポリペプチドの効果を評価するために、PBS(運搬体)、EBPP[A12又は多様な濃度の抗−Flt1−EBPP[A12を5日間一日に一回ずつCNVモデルマウスの硝子体内に(intravitreal)注入し、14日後にケタミン及びキシラジンそれぞれ100mg/kg及び10mg/kgを腹腔内に注射して麻酔させた。前記マウスに25mg/mLのFITC−デキストランを含む超純水100mLを眼窩後方(retro−orbital)方式で注入した。次に、摘出された目は、常温で10%ホルマリンで30分間固定された。角膜、虹彩、水晶体、及び硝子体は、立体顕微鏡(Leica、ドイツ、ベツルラオ)の下で慎重に除去された。解剖された網膜は、放射性で4回切開され、カバーガラス(coverslip)が使用され、平坦になった。各生体内の抗−新生血管形成実験は、3回繰り返された。
ELISA及びHUVEC管形成分析法により、抗−Flt1−EBPP[A3n融合ポリペプチドがVEGFR1対抗した拮抗剤として抗−血管新生活性を保有していることが証明された。本発明者は、抗−Flt1−EBPP[A3n融合ポリペプチドが新生血管眼疾患(特に網膜新生血管疾患、加齢黄斑変性(age−related macular degeneration、AMD))に対する治療活性を示すものと思った。抗−Flt1−EBPP[A12の硝子体内への注入でC57BL−6マウスでAMDに対する動物モデルであるレーザー−誘発脈絡膜新生血管形成(choroidal neovascularization、CNV)が抑制されるかについて評価した。レーザー損傷後、すぐタンパク質溶液の注入が始まったが、5日間毎日注入された。陰性対照(negative controls)で運搬体PBS又はEBPP[A12注入が使用された。CNV病変体積は、レーザー損傷後、14日目に、フルオレセインイソチオシアネート(fluorescein isothiocyanate、FITC)−デキストラン(dextran)が撒布された全体脈絡膜フラットマウント(flat−mounts)でイメージ化され、評価された(図14A)。5日間一日に0.1、1、5及び20mgの投与量で抗−Flt1−EBPP[A12を処理したとき(全体として0.5、5、25及び100mg)、それぞれ32%、52.3%(P<0.05)、54.4%(P<0.05)、25.9%までCNV病変サイズが抑制されたことを定量的分析を通じて分かった。これは、PBS対照マウスと比較した分析である(図14B)。EBPP[A12で処理された動物のCNV病変サイズは、PBSで処理された動物の病変サイズと類似していた。CNV病変に対するEBPP[A12の抑制効果は、全体として0.5〜25mgまでの範囲で投与量に依存的である。しかし、100mgの抗−Flt1−EBPP[A12は、CNV病変の抑制に対して減少した効果を示し、これは、恐らく、抗−Flt1−EBPP[A12の過多な投与量によるものである。
細胞で生長因子受容体(growth factor receptor、GFR)に対抗する標的化(targeting)リガンド(ligand)の結合親和力は、血管新生(angiogenesis)のように、細胞成長と関連した多様な疾病に対して重要である。なぜなら、前記結合親和力は、細胞内信号伝達の進行可否を決定するからである。本発明においては、熱−反応型(thermally−responsive)エラスチン基盤ポリペプチド(elastin−based polypeptides、EBPs)及び血管内皮成長因子受容体(vascular endothelial growth factor receptor、VEGFR)ターゲッティングペプチドよりなるVEGFRターゲッティング融合(fusion)ポリペプチド(polypeptides)を遺伝的に操作し、発現させ、精製し、また、これらの物理化学的特性を分析した。EBPsは、非−クロマトグラフィー(non−chromatographic)精製タッグ(tag)及びポリエチレングリコール(poly(ethylene glycol)、PEG)接合(conjugation)のような安定剤に導入され、生体内でVEGFRターゲッティングペプチドの急速な分解を最小化し、一方、VEGFR標的化ペプチドは、受容体拮抗剤としてVEGFRを標的化して結合するために導入された。
VEGFRターゲッティングペプチド(抗−Flt1ペプチド)−親水性EBPの融合ポリペプチドは、可溶性単一体(unimer)形態を示した。一方、VEGFRターゲッティングペプチド(抗−Flt1ペプチド)−親水性EBP−疎水性EBPの融合ポリペプチドは、生理的条件の下で多価性(multivalent)VGFR標的化ペプチドを含む温度触発式(temperature−triggered)コア−シェル(core−shell)ミセル(micellar)構造を示した。これは、VEGFRsに対する前記融合ポリペプチドの結合親和力を大きく増加させ、これは、酵素免疫測定法(enzyme−linked immunosorbent assay、ELISA)で分析された。VEGFRターゲッティングペプチドの空間的ディスプレイ(spatial display)によって、VEGFRに対する前記融合ポリペプチドの結合親和力が大きく調節された。
転移温度以下で可溶性単一体形態で存在する抗−Flt1−EBPP[A3n融合ポリペプチド(抗−Flt1ペプチド−親水性EBP)は、対照群であるEBPブロックと比較するとき、CNVモデルで高い抗−血管新生効果を示した。追加に、抗−Flt1−EBPジブロック融合ポリペプチド(抗−Flt1ペプチド−親水性EBP−疎水性EBP)は、生理的条件の下で温度触発式、自己組立多価性ミセルナノ構造体を形成した。これらのミセルナノ構造体の安定性によってFlt1−F及びVEGF間の特異的結合に対する抑制程度が変わった。HUVECsの管形成測定の生体外実験で、抗−Flt1−EBPP[A12は、管形成を大きく減少させ、一方、EBPP[A12は、管形成に大きい影響を及ぼさなかったが、これは、抗−Flt1−EBPP[A12及びHUVEC細胞膜上に位置するFlt1(VEGFR1)間の特異的相互作用のためである。最後に、マウスのレーザー−誘発CNVモデルで、抗−Flt1−EBPP[A12は、高い抗−新生血管形成効果を示した。したがって、このような融合ポリペプチド及び抗−Flt1を有するこれらの自己組立多価性ミセルナノ構造体は、網膜、角膜、及び脈絡膜新生血管形成、腫瘍成長、癌転移、糖尿網膜病症、及び喘息の治療のように、抗−血管新生を標的化する治療用ポリペプチドに利用され得る。

Claims (17)

  1. 血管内皮成長因子(Vascular Endothelial Growth Factor:VEGF)受容体に特異的に結合するペプチド;及び
    前記ペプチドに連結される親水性のエラスチン基盤ポリペプチド(親水性EBP)
    を含む、新血管生成抑制用融合ポリペプチド。
  2. 前記VEGF受容体に特異的に結合するペプチドは、VEGF受容体であるFlt1又はFlk−1/KDRに特異的に結合するペプチドである、請求項1に記載の新血管生成抑制用融合ポリペプチド。
  3. 前記VEGF受容体に特異的に結合するペプチドは、抗−Flt1ペプチド[配列番号38]である、請求項2に記載の新血管生成抑制用融合ポリペプチド。
  4. 前記親水性EBPは、
    下記式1又は式2で表示されるアミノ酸配列よりなるものである、請求項1に記載の新血管生成抑制用融合ポリペプチド:
    [式1]
    [配列番号1]n;又は
    [式2]
    [配列番号2]n、
    前記式1又は式2で、
    前記配列番号1は、[VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG]で構成され;
    前記配列番号2は、[VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG]で構成され;
    前記nは、1以上の整数であり、前記配列番号1又は配列番号2の繰り返し回数であり;また
    前記Xは、プロリン以外のアミノ酸であり、ペンタペプチドVPGXG又はVPAXGが繰り返されるとき、任意の天然アミノ酸又は人工アミノ酸から選択され、前記Xのうち少なくとも一つは、親水性アミノ酸である。
  5. 前記親水性EBPは、
    前記式1で、nは、1であり、前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、
    A(Ala)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなるか[配列番号20];
    K(Lys)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなるか[配列番号22];
    D(Asp)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなるか[配列番号24];もしくは
    E(Glu)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなる[配列番号26]ものであるか、又は
    前記式2で、nは、1であり、前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、
    A(Ala)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなるか[配列番号21];
    K(Lys)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなるか[配列番号23];
    D(Asp)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなるか[配列番号25];もしくは
    E(Glu)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなる[配列番号27]ものである、請求項1に記載の新血管生成抑制用融合ポリペプチド。
  6. 前記親水性EBPは、
    前記式2で、nは、3、6、12又は24であり、
    前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、A(Ala)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなる、配列番号41、配列番号42、配列番号43もしくは配列番号44で表示されるものであるか;又は
    前記式2で、nは、12であり、
    前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、E(Glu)、G(Gly)、I(Ile)が1:4:1の比率よりなる配列番号45で表示されるものである、請求項1に記載の新血管生成抑制用融合ポリペプチド。
  7. 前記融合ポリペプチドは
    前記親水性EBPに連結される疎水性のエラスチン基盤ポリペプチド(疎水性EBP)をさらに含み、
    前記疎水性EBPは、下記式1又は式2で表示されるアミノ酸配列よりなるものである、請求項1に記載の新血管生成抑制用融合ポリペプチド:
    [式1]
    [配列番号1]n;又は
    [式2]
    [配列番号2]n、
    前記式1又は式2で、
    前記配列番号1は、[VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG VPGXG]で構成され;
    前記配列番号2は、[VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG VPAXG]で構成され;
    前記nは、1以上の整数であり、前記配列番号1又は配列番号2の繰り返し回数であり;また、
    前記Xは、プロリン以外のアミノ酸であり、ペンタペプチドVPGXG又はVPAXGが繰り返されるとき、任意の天然アミノ酸又は人工アミノ酸から選択され、前記Xのうち少なくとも一つは、疎水性アミノ酸又は脂肪族アミノ酸である。
  8. 前記疎水性EBPは、
    前記式1で、nは、1であり、前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、
    G(Gly)、A(Ala)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなるか[配列番号28]、又は
    前記式2で、nは、1であり、前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、
    G(Gly)、A(Ala)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなるか[配列番号29];
    K(Lys)、A(Ala)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなるか[配列番号30];
    D(Asp)、A(Ala)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなるか[配列番号31];
    K(Lys)、F(Phe)が3:3の比率よりなるか[配列番号32];
    D(Asp)、F(Phe)が3:3の比率よりなるか[配列番号33];
    H(His)、A(Ala)、I(Ile)が3:2:1の比率よりなるか[配列番号34];
    H(His)、G(Gly)が5:1の比率よりなるか[配列番号35];もしくは
    G(Gly)、C(Cys)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなる[配列番号36]ものである、請求項7に記載の新血管生成抑制用融合ポリペプチド。
  9. 前記疎水性EBPは、
    前記式2で、nは、12であり、前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、
    G(Gly)、A(Ala)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなる[配列番号46]ものであるか、又は
    前記式2で、nは、24であり、前記繰り返されるペンタペプチドそれぞれのXは、
    G(Gly)、A(Ala)、F(Phe)が1:3:2の比率よりなる[配列番号47]ものである、請求項7に記載の新血管生成抑制用融合ポリペプチド。
  10. 前記融合ポリペプチドは配列番号48、配列番号49、配列番号50又は配列番号51で表示されるものである、請求項1に記載の新血管生成抑制用融合ポリペプチド。
  11. 前記融合ポリペプチドは、配列番号52又は配列番号53で表示されるものである、請求項7に記載の新血管生成抑制用融合ポリペプチド。
  12. 前記融合ポリペプチドは、温度刺激により前記疎水性EBPがコア構造を形成し、前記親水性EBP及びVEGF受容体特異的ペプチドがシェル構造を形成することによって、コア−シェル構造の自己組立ナノ構造体を形成する、請求項7〜請求項11のいずれか一項に記載の新血管生成抑制用融合ポリペプチド。
  13. 前記自己組立ナノ構造体は、多価(multivalent)のVEGF受容体特異的ペプチドをシェルとして有する、請求項12に記載の新血管生成抑制用融合ポリペプチド。
  14. 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の融合ポリペプチドを含み、
    前記融合ポリペプチドのVEGF受容体特異的ペプチドがVEGF受容体と非共有結合をし、血管新生を抑制する、
    新血管生成に起因する疾患の治療用組成物。
  15. 請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の融合ポリペプチドを含み、
    前記融合ポリペプチドは、温度刺激により疎水性EBPがコア構造を形成し、親水性EBP及びVEGF受容体特異的ペプチドがシェル構造を形成することによって、コア−シェル構造の自己組立ナノ構造体を構成し、
    前記自己組立ナノ構造体のシェルは、多価(multivalent)のVEGF受容体特異的ペプチドを有することによって、VEGF受容体との結合力が増加し、これにより、VEGFがVEGF受容体に結合しないため、血管新生を抑制する、
    新血管生成に起因する疾患の治療用組成物。
  16. 前記新血管生成に起因する疾患は、糖尿病性網膜症(diabetic retinopathy)、早熟児の網膜症、黄斑部変性症、脈絡膜新生血管生成症、新生血管性緑内障、角膜血管新生による眼球疾患、角膜移植時の拒絶反応、角膜浮腫、角膜混濁、癌(cancer)、血管腫、血管線維腫、関節リウマチ(rheumatoid arthritis)、及び乾癬の中から選択されるいずれか一つ以上である、請求項14又は請求項15に記載の新血管生成に起因する疾患の治療用組成物。
  17. 請求項15又は請求項16に記載の組成物を個体に投与する工程を含む、個体の血管新生を抑制する方法。
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