JP2020019778A - 構築されたポリペプチド特異性のモジュレーション - Google Patents
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Abstract
Description
対するように共有結合したポリペプチドに関する。具体的には、本発明は、ヒトプロテア
ーゼ血漿カリクレインに特異的であり、力価および/またはプロテアーゼ耐性を向上させ
るように1つまたは2つのペプチドループにおいて修飾されているペプチドを記載する。
、したがって治療法の開発のために魅力的な分子クラスである。実際に、例えば、抗菌性
ペプチドのバンコマイシン、免疫抑制薬のシクロスポリンまたは抗がん薬のオクトレオチ
ド(octreotide)のように、数種の環状ペプチドが、既に臨床において用いられ成功して
いる(Driggersら、Nat Rev Drug Discov 2008、7(
7)、608〜24)。優れた結合特性は、ペプチドと標的との間に形成された相対的に
大きな相互作用表面と共に、環状構造のコンホメーション上の柔軟性の低下に起因する。
通常、大環状分子は、例えば、環状ペプチドCXCR4アンタゴニストCVX15(40
0Å2;Wu、B.ら、Science 330(6007)、1066〜71)、イン
テグリンαVb3に結合するArg−Gly−Aspモチーフを有する環状ペプチド(3
55Å2)(Xiong、J.P.ら、Science 2002、296(5565)
、151〜5)またはウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子に結合する環状ペプチ
ド阻害剤ウパイン(upain)−1(603Å2;Zhao、G.ら、J Struct
Biol 2007、160(1)、1〜10)のように、数百平方オングストロームの
表面に結合する。
、標的への結合によるエントロピー損失がより小さくなり、より高い結合親和性をもたら
す。柔軟性の低下は、標的特異的コンホメーションをロックし、直鎖状ペプチドと比較し
て結合特異性を増加させる。このような効果は、その環が開環されると他のMMPに対す
る選択性を失う、マトリックスメタロプロテイナーゼ8(MMP−8)の強力かつ選択的
な阻害剤により例証されてきた(Cherney、R.J.ら、J Med Chem
1998、41(11)、1749〜51)。大環状化により達成される有利な結合特性
は、例えばバンコマイシン、ナイシンまたはアクチノマイシン等、2個以上のペプチド環
を有する多環性ペプチドにおいてさらにより明らかである。
繋いでいる(Kemp,D.S.およびMcNamara,P.E.、J.Org.Ch
em、1985、Timmerman,P.ら、ChemBioChem、2005)。
Meloenおよび共同研究者らは、タンパク質表面の構造を模倣するために、合成足場
上への複数のペプチドループの迅速かつ定量的な環化のためにトリス(ブロモメチル)ベ
ンゼンおよび関連分子を使用している(Timmerman,P.ら、ChemBioC
hem、2005)。システイン含有ポリペプチドを分子足場、例えばトリス(ブロモメ
チル)ベンゼンに連結させることによって作製される候補薬物化合物を作製する方法は、
WO2004/077062号およびWO2006/078161号に開示されている。
細には、この文書は、第1および第2の反応基を含む様々な足場分子、ならびに、前記足
場をさらなる分子と接触させて、カップリング反応において足場とさらなる分子との間に
少なくとも2つの連結を形成させることを開示している。
を開示している。この文書は、既存のタンパク質からとった様々なペプチドのコレクショ
ンの人工合成を開示している。その後、これらのペプチドを一部のアミノ酸変化が導入さ
れた一定の合成ペプチドと組み合わせて、コンビナトリアルライブラリを生じさせる。様
々なアミノ酸変化を特徴とする別々のペプチドに、化学結合を介してこの多様性を導入す
ることによって、所望の結合活性を見つける機会の増大がもたらされる。この文書の図1
は、様々なループペプチド構築体の合成の模式図を示している。この文書中に開示されて
いる構築体は、典型的にはシステイン残基を含む−SH官能化したペプチド、および典型
的にはビス−またはトリス−ブロモフェニルベンゼンなどのベンジルハロゲン置換基を含
む足場上の芳香族複素環基に依存する。そのような基は、反応してペプチドと足場との間
にチオエーテル結合を形成する。
スクリーニングするためのファージディスプレイに基づくコンビナトリアルアプローチを
開発した(Heinisら、Nat Chem Biol 2009、5(7)、502
〜7;国際特許出願である国際公開第2009/098450号パンフレットも参照)。
要約すると、3個のシステイン残基と、2個のランダムな6アミノ酸領域とを含有する(
Cys−(Xaa)6−Cys−(Xaa)6−Cys)直鎖状ペプチドのコンビナトリ
アルライブラリをファージ上に提示させ、システイン側鎖を小分子(トリス−(ブロモメ
チル)ベンゼン)へと共有結合させることにより環化させた。ヒトプロテアーゼカテプシ
ンGおよび血漿カリクレイン(PK)に対する親和性の選択において単離された二環性ペ
プチドは、ナノモル濃度の阻害定数を有していた。最良の阻害剤、PK15は、3nMの
KiでヒトPK(hPK)を阻害する。数種の単離された二環性ペプチドのアミノ酸配列
における類似性は、両方のペプチドループが結合に寄与することを示唆した。PK15は
、検査した最高濃度(10μM)において、ラットPK(81%配列同一性)も、相同的
なヒトセリンプロテアーゼ第XIa因子(hfXIa;69%配列同一性)もトロンビン
(36%配列同一性)も阻害しなかった(Heinisら、Nat Chem Biol
2009、5(7)、502〜7)。この知見によって、二環性阻害剤が、高い特異性
があること、および他のヒトトリプシン様セリンプロテアーゼは阻害されないことが示唆
された。上記の力価および標的選択性を有するPK15のような合成の低ペプチド性阻害
剤は、浮腫の再発性のエピソードによって特徴づけられる生命にかかわる疾患である遺伝
性の血管性浮腫においてPK活性を制御するため、または心肺バイパス手術における接触
活性化を妨げるための治療剤として潜在的な適用を有する。
H2(ここで第2の6−アミノ酸のループは、ランダム化されていた)に基づいてライブ
ラリから単離された。PK15の配列は、H−ACSDRFRNCPADEALCG−N
H2であって、ヒトカリクレインについてのIC50結合定数は、1.7nMであった。
た。本出願人らの同時係属の未公開の特許出願PCT/EP2012/069898では
、ヒト血漿カリクレインの阻害剤である選択性二環性ペプチドリガンドが記載されている
。
のループは、モチーフGrxW/FPxK/RGr(式中、Grは反応基である)を含む
。この文脈において、「第1の」ループの言及は、必ずしも配列におけるループの特定の
位置を表示しない。しかし、一部の実施形態において、第1のループは、アミノ末端から
カルボキシ末端に及ぶペプチド配列における近位ループとなり得る。例えば、ポリペプチ
ドは、モチーフGr T/LHQ/TxLGrを含む第2の遠位ループをさらに含む。第1
のループの配列の例として、GrxWPARGr、GrxWPSRGr、GrxFPFR
GrおよびGrxFPYRGrが挙げられる。これらの例において、xは、いかなるアミ
ノ酸であってもよいが、例えば、SまたはRである。
1つであってもよい。
ステインである。
包含するライブラリを調製することにより、調製することができる。例えば、表4、図5
、6のポリペプチド06−56は、Q4およびT10の位置(下の実施例を参照されたい
)において活性の損失なしで変異され得る。06−56と比較すると結合活性が改善され
た、これらの位置において変異を含むポリペプチドリガンドが選択され得る。
他の関連の環境中でプロテアーゼ駆動性の低いクリアランスを有するように、十分なプロ
テアーゼ安定性プロフィールを得ることに関係する。ラット血漿中の親ペプチドの進行性
の消失を観察した迅速な血漿安定性の比較アッセイ(方法番号1)では、N末端アラニン
(これは、選択の時点で存在しており、かつリード配列の合成ペプチド中にもともと含ま
れる)が、ラットおよびヒトの両方で試験された全てのバイシクル配列にまたがって急速
に除去されることが見出された。この分解はN末端およびC末端の両方のアラニンを欠く
リード候補を合成することによって回避された。アミノおよびカルボキシペプチダーゼに
ついて潜在的な認識ポイントを除去するために、リード候補のCys1上に現在ある遊離
のアミノ末端は、ペプチド合成の間に無水酢酸でキャップされ、その結果、N末端でアセ
チル化される分子がもたらされる。同等の方法で、C末端システインがアミドとして合成
されて、カルボキシペプチダーゼについて潜在的な認識ポイントが減少される。
し、ここでは、「C1、C2、C3」は、この配列中の第1、第2および第3のシステイ
ンを指し、ここで
ベンゼン)または任意の他の適切な反応性足場でペプチド配列が環化されたことを示す。
c−(06−34−18)(TMB)Phe2 Tyr4」は、それぞれ、配列Ac−C
SWPARCLHQDLC−NH2およびAc−CSFPYRCLHQDLC−NH2を
有する。これらは、上記のスキームにしたがって、以下のようにナンバリングされ得、
1)Ac−C 1 S1W2P3A4R5 C 2 L6H7Q8D9L10 C 3 −NH2
(Ac−(06−34−18)(TMB)と示される)
2)Ac−C 1 S1F2P3Y4R5 C 2 L6H7Q8D9L10 C 3 −NH2
(Ac−(06−34−18)(TMB)Phe2 Tyr4と示され)、
ここで、不変のシステインには下線を付している。これらのペプチドは、詳細に特徴付け
られ、カリクレインに対してナノモル未満の力価を有することが示される(カリクレイン
相同性のタンパク質について極めて都合の良い選択性プロファイルである)が、ラットカ
リクレインに対して良好な交差反応性を保持している。ラットカリクレインは、動物モデ
ルで薬物動態を確立するのに有用である。
3時間という半減期を有するが、Ac−06−34−18(TMB)−NH2 Phe2
Tyr4の半減期は、0.9時間でわずかに短い(表1)。Ac−06−34−18(
TMB)−NH2中のタンパク質分解の認識部(複数あってもよい)を特定する労力にお
いて、ペプチドをラット血漿中で経時的にサンプリングして(方法番号1)、各々の試料
を、MALDI−TOF質量分析法を用いてペプチド断片の進行性の出現について解析し
た。これによって、ループ1におけるArg5が、プロテアーゼ認識およびその後のペプ
チド分解の主な部位であることが明らかになった。
るアルギニン5置換基を特定した。ループ1中のArg5の除去、またはなんらかの非荷
電または荷電された化学物質によるArg側鎖の置換によって、ペプチドリガンドの安定
性が向上されることが見出された。
接するペプチド結合の化学的修飾によって向上される。この化学的修飾は例えば、α−N
−アルキル化、またはその還元アミド型によるペプチド結合の修飾である。
障害によって向上される。例えば、立体障害は、α−N−アルキル化から生じる。
1)ヒトカリクレインに対する力価の維持(10nM以下のKiを追求)
2)ラットカリクレインに対する力価の維持(50nM以下のKiを追求)
3)ラット血漿中での安定性の向上(野生型ペプチドに比較してより大きいt1/2が
望ましい)
4)他のカリクレイン関連酵素およびタンパク質に対する選択性プロファイルの維持
または模倣物は、上記の4つの基準を満たすことが確認され、これらは、
a)4−グアニジルフェニルアラニン(4−GuanPhe:t1/2は、ラット血漿中
で増大する(1〜5倍))、
b)ホモアルギニン(HArg:t1/2はラット血漿中で増大する(約2〜5倍))、
および
c)α−N−メチルアルギニン(NMe−Arg:t1/2はラット血漿中で増大する(
>10倍)である。
つ、nMでKiによる血漿カリクレインとの結合を可能にすることを見出した。このデー
タは、表1および図17にまとめている。
3での追加の修飾を開示しており、ここではプロリンが、アゼチジンカルボン酸(Aze
3)で置き換えられた。この修飾は、おそらく、そのより大きな制約およびエントロピー
の低下に起因して、2〜5倍に06−34−18ベースのペプチドの力価を常に向上する
(表1)。Arg5において安定性を向上させる修飾と組み合わせて(特に、HArg、
NMe−Argおよび4GuanPhe)、さらに強力な二環性のペプチド誘導体が得ら
れる。
キシプロリンから選択される。アルギニンのN−メチルおよびホモ誘導体は、アルギニン
の置き換えに用いられ、プロリン3は、例えば、ヒドロキシプロリン、アゼチジンカルボ
ン酸またはアミノイソ酪酸等のアルファ置換アミノ酸に置き換えられてよい。別の一実施
形態において、アルギニンは、グアニジル−フェニルアラニンに置き換えることができる
。
プを含み、Pは、アゼチジンカルボン酸に置き換えられ、および/またはRは、N−メチ
ルアルギニンに置き換えられ、および/またはRは、ホモアルギニンに置き換えられ、お
よび/またはRは、グアニジル−フェニルアラニンに置き換えられる。
プを含み、Rは、N−メチルアルギニンに置き換えられ、および/またはRは、ホモアル
ギニンに置き換えられ、プロリンは、アゼチジンカルボン酸により置き換えられ、および
/またはRは、グアニジル−フェニルアラニンに置き換えられる。
02/069898で用いられ、本明細書に示されるアプローチを開発した。本発明によ
れば、本出願人らは、06−34−18配列においてヒスチジン7に位置する、ループ2
における追加的なプロテアーゼ認識部位を特定した。この残基は、具体的には、エクスビ
ソにおいてヒト血漿に含まれるプロテアーゼによって認識される。さらに、この部位はま
た、インビボのラット薬物動態研究で確認されたとおり、ラット膜結合プロテアーゼによ
っても認識される。従って、06−34−18に関しては、治療目的に必要な適切な薬物
動態学的安定性プロファイルを保持するために、両方のプロテアーゼ認識部位(ループ1
中のArg5およびループ2中のHis7)は、ペプチドがヒト血漿プロテアーゼに対し
て、ならびにインビボでラットおよびヒトの両方で遭遇するタンパク質分解性の攻撃的な
環境に対して耐性であるように、安定化されなければならない。
あって、前記ペプチドリガンドが、少なくとも2つのループ配列によって隔てられる少な
くとも3つの反応性基を含むポリペプチド、およびこのポリペプチドの反応性基と共有結
合を形成する分子足場を含み、その結果、少なくとも2つのポリペプチドループが分子足
場上に形成され、ペプチドリガンドのループが5つのアミノ酸を含み、1つのループがモ
チーフGr T/LHQ/TxLGrを含む、ペプチドリガンドを提供する。
位置する第2のループである。
、モチーフGrTHxxLGr。
K/RGr T/LHQ/TDLGrを含む。
は荷電化学物質によるヒスチジン側鎖の置換が、ペプチドリガンドの安定性を向上させる
、本発明の第1の態様に記載のペプチドリガンドに関する。
接するペプチド結合の化学的修飾によって向上する。この化学的修飾は例えば、α−N−
アルキル化、またはその還元アミド型によるペプチド結合の修飾である。
障害によって向上する。例えば、立体障害は、位置9のそのDアミノ酸鏡像異性体での置
換、またはα−N−アルキル化から生じる。
導入によって向上する。例えば、タンパク質分解に対する安定性は、位置6でのフェニル
グリシンまたはシクロヘキシルグリシンなどのCCβ誘導体化アミノ酸の導入によって向
上し、それによりヒト血漿カリクレインに対するペプチドリガンド配列の力価が向上し、
C末端ペプチド結合のタンパク質加水分解が低下する。
を含む第1のループと、モチーフGr T/LHQ/TxLGrを含む第2のループとを含
むように、本発明の教示をPCT/EP2012/06989の教示と組み合わせてもよ
い。
り;および/またはArg5がN−メチルアルギニンで置き換えられており;および/ま
たはArg5がホモアルギニンで置き換えられており;および/またはArg5がグアニ
ジルフェニルアラニンで置き換えられている。
プチド化学、細胞培養およびファージディスプレイ、核酸化学ならびに生化学の分野など
の当業者に一般的に理解されるものと同じ意味を持つ。分子生物学、遺伝子学および生化
学的の方法には、本明細書中に参考として組み込まれている(Sambrookら、分子
クローニング:実験室の手引き(Molecular Cloning:A Labor
atory Manual)、第3版、2001、Cold Spring Harbo
r Laboratory Press、Cold Spring Harbor、NY
、Ausubelら、分子生物学の手短なプロトコール(Short Protocol
s in Molecular Biology)(1999)第4版、John Wi
ley&Sons,Inc.を参照)標準の技法が使用される。
。典型的には、そのようなペプチドは、足場と共有結合を形成することができる2つ以上
の反応基、および、ペプチドが足場と結合した際にループを形成することからループ配列
と呼ばれる、前記反応基間に内在する配列を含む。本事例において、ペプチドは、少なく
とも3個の反応基を含み、足場上に少なくとも2個のループを形成する。
基は、ペプチド上のアミノ酸側鎖上に存在する。例としては、システイン、リジンおよび
セレノシステインなどのアミノ含有基である。
るか、さもなければ相互作用するリガンドの能力を指す。例えば、特異性は、ヒト酵素の
相互作用を阻害するが、異なる種由来の相同酵素の相互作用を阻害しないリガンドの能力
を指すことができる。本明細書に記載されているアプローチを用いて、企図される標的の
ホモログまたはパラログとリガンドがより相互作用できるようにまたはできなくなるよう
に、特異性が増加または減少するようモジュレートすることができる。特異性は、活性、
親和性またはアビディティーと同義であるとは企図されておらず、その標的におけるリガ
ンドの作用の効力(例えば、結合親和性または阻害のレベル等)は、必ずしもその特異性
に関係しない。
られる定量的な結合測定値を指す。したがって、結合活性は、所定の標的濃度で結合して
いるペプチドリガンドの量を指す。
ンホメーション特性により、抗体の場合はエピトープ等、単一の標的と結合することがで
きる。しかし、2種以上の標的に結合することができるペプチド、例えば、上記のように
当技術分野において既知の通り、二重特異的抗体を開発することができる。本発明におい
て、ペプチドリガンドは、2種以上の標的に結合することができ、したがって多重特異的
となり得る。例えば、これは、2種の標的に結合し、二重特異的である。結合は、独立的
となることができ、これは、ペプチドにおける標的に対する結合部位が、標的の一方また
は他方の結合により構造的に妨げられないことを意味する。この場合、両方の標的が独立
的に結合していてよい。より一般的には、一方の標的の結合が、他方の結合を少なくとも
部分的に妨害するであろうと予想される。
に基本的な相違が存在する。第1の事例では、リガンドは両方の標的について個々に特異
的であり、お互いと特異的な方式で相互作用する。例えば、リガンド中の第1のループは
、第1の標的に結合し得、第2のループは第2の標的に結合し得る。第2の事例では、リ
ガンドは非特異的である。なぜなら、リガンドは、例えば、両方に共通の標的のエピトー
プとの相互作用によって、2つの標的を区別できないからである。
二重特異性リガンドであり得ることが可能である。しかし、一実施形態では、このリガン
ドは二重特異性ではなく、有する特異性の正確性が少なく、その結果、このリガンドは、
標的と1つまたは複数のオルソログの両方に結合する。一般には、標的およびそのオルソ
ログの両方に対して選択されていないリガンドは、ループ長のモジュレーションの結果と
して二重特異性である可能性が低い。
うちの少なくとも1つは、選択されるリガンドのうちでも一般的であり、その特異性のレ
ベルは、本明細書に開示される方法によってモジュレートされ得る。第2またはさらなる
特異性は共有される必要はなく、本明細書に示される手順の対象となる必要もない。
である。結合は、多くの種類の活性に必須のものと理解され、それ自体が活性となり得る
が、他の活性が想定される。よって、本発明は、直接的または間接的な結合の測定を必要
としない。
長を与えることができる、任意の分子である。これは、ジスルフィド結合を単に置き換え
るのではなく、その代わりに、ペプチドの2つ以上の付着点をもたらすという点で、架橋
結合剤ではない。好適には、分子足場は、足場反応基と呼ばれる、ペプチドの付着点を少
なくとも3つ含む。これらの基は、ペプチド上の反応基と反応して共有結合を形成するこ
とができる。分子足場の好ましい構造を以下に記載する。
従って、例えばファージディスプレイ技術から実施する。例えば、固相に固定した標的を
用いて、レパートリーの結合メンバーを同定および単離することができる。スクリーニン
グにより、所望の特徴に応じたレパートリーのメンバーの選択が可能となる。
、同一ではないメンバーで構成される。この点で、ライブラリはレパートリーと同義であ
る。ライブラリメンバー間の配列の相違が、ライブラリ中に存在する多様性を司っている
。ライブラリは、ポリペプチドもしくは核酸の単純な混合物の形態をとり得るか、または
、核酸のライブラリで形質転換させた生物もしくは細胞、例えば、細菌、ウイルス、動物
もしくは植物細胞などの形態であり得る。ある条件下では、それぞれの個々の生物または
細胞は、1つのみまたは限定された数のライブラリメンバーを含有する。
に、核酸を発現ベクター内に組み込む。したがって、好ましい態様では、ライブラリは宿
主生物の集団の形態をとってよく、それぞれの生物は、発現させてその対応するポリペプ
チドメンバーを産生させることができる、ライブラリの単一のメンバーを核酸の形態で含
有する発現ベクターの1つまたは複数のコピーを含有する。したがって、宿主生物の集団
は、遺伝的に多様なポリペプチド変異体の大きなレパートリーをコードしている潜在性を
有する。
ライブラリのそれぞれの核酸メンバーは典型的にはライブラリの1つまたは複数の他のメ
ンバーに関連する配列を有する。関連する配列とは、ライブラリの少なくとも1つの他の
メンバーに対して少なくとも50%の同一性、例えば少なくとも60%の同一性、例えば
少なくとも70%の同一性、例えば少なくとも80%の同一性、例えば少なくとも90%
の同一性、例えば少なくとも95%の同一性、例えば少なくとも98%の同一性、例えば
少なくとも99%の同一性を有するアミノ酸配列を意味する。同一性は、少なくとも3個
のアミノ酸、例えば少なくとも4、5、6、7、8、9または10個のアミノ酸、例えば
少なくとも12個のアミノ酸、例えば少なくとも14個のアミノ酸、例えば少なくとも1
6個のアミノ酸、例えば少なくとも17個のアミノ酸の連続的なセグメントまたは参照配
列の完全長にわたって判断し得る。
のコレクションである。通常、反応基の位置および性質は変動しないが、その間にループ
を形成する配列がランダム化されてよい。レパートリーは、サイズが異なるが、少なくと
も102種のメンバーを含むと考慮されるべきである。1011種以上のメンバーのレパ
ートリーを構築することができる。
択に付すことができる複数のポリペプチドリガンドを指す。潜在的には、セットは、レパ
ートリーとなり得るが、少なくとも2、最大10、20、50、100種以上のポリペプ
チドの小規模のコレクションであってもよい。
形態において、リガンドの群は、少なくとも1種の標的特異性を共有するリガンドのみを
含む。通常、群は、少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9または10、20、50
、100種以上のリガンドからなるであろう。一実施形態において、群は、2種のリガン
ドからなる。
(i)分子足場
分子足場は、例えば、国際公開第2009098450号パンフレットならびにそこに
引用されている参考文献、特に、国際公開第2004077062号パンフレットおよび
国際公開第2006078161号パンフレットにおいて記載されている。
体であり得る、またはそれに基づき得る。例えば、分子足場は、二量体または三量体など
の、そのような実体の短いポリマーを含み得る。
合物の例には、コレステロール、ヌクレオチド、ステロイド、またはタマゼパム(tam
azepam)などの既存の薬物が含まれる。
ノ酸、ヌクレオチドまたは炭水化物から構成される巨大分子である。
て共有結合を形成することができる反応基を含む。
ン酸、エステル、アルケン、アルキン、アジド、酸無水物、スクシンイミド、マレイミド
、ハロゲン化アルキルおよびハロゲン化アシルなどの化学基を含有し得る。
リス(ブロモメチル)ベンゼン(「TBMB」)、またはその誘導体を含み得る、または
それからなり得る。
これは、1,3,5−トリス(ブロモメチル)ベンゼンに類似であるが、ベンゼン環に付
着したさらに3つのメチル基を含有する。これは、追加的なメチル基が、ポリペプチドと
のさらに別の接触を形成し、したがって追加的な構造的制約を加え得るという利点を有す
る。
足場と共有結合を形成することのできる化学基を含有する。前記化学基は、アミン、チオ
ール、アルコール、ケトン、アルデヒド、ニトリル、カルボン酸、エステル、アルケン、
アルキン、無水物、サクシニミド、マレイミド、アジ化物、ハロゲン化アルキルおよびハ
ロゲン化アシルを包含する広範な官能基から選択される。
ポリペプチドの反応基は、天然または非天然のアミノ酸の側鎖によって提供され得る。
ポリペプチドの反応基は、チオール基、アミノ基、カルボキシル基、グアニジニウム基、
フェノール基またはヒドロキシル基から選択され得る。ポリペプチドの反応基は、アジド
、ケト−カルボニル、アルキン、ビニル、またはハロゲン化アリール基から選択され得る
。分子足場と連結させるためのポリペプチドの反応基は、ポリペプチドのアミノまたはカ
ルボキシ末端であり得る。
、同じ種類のものである。例えば、それぞれの反応基はシステイン残基であり得る。さら
なる詳細は、国際公開第2009098450号パンフレットに提供されている。
含み得るか、または3つ以上の異なる種類を含み得る。例えば、反応基は、2つのシステ
イン残基および1つのリジン残基を含み得るか、あるいは、1つのシステイン残基、1つ
のリジン残基および1つのN末端アミンを含み得る。
るため、使用し得る。システインのチオール基と反応させるために分子足場上で使用する
ことができる足場反応基は、アルキルハロゲン化物、(またはハロゲノアルカンもしくは
ハロアルカンとも命名される)。具体例は、ブロモメチルベンゼン(TBMBにより例証
される足場反応基)またはヨードアセトアミドである。化合物をタンパク質中のシステイ
ンと選択的にカップリングさせるために使用される他の足場反応基はマレイミドである。
本発明において分子足場として使用し得るマレイミドの例には、トリス−(2−マレイミ
ドエチル)アミン、トリス−(2−マレイミドエチル)ベンゼン、トリス−(マレイミド
)ベンゼンが含まれる。セレノシステインは、また、システインと類似の反応性を有して
おり、同じ反応に使用することができる天然アミノ酸である。したがって、システインに
言及する場合はいつでも、文脈によりそうでないと示唆される場合以外は、セレノシステ
インを置換することが典型的には許容される。
てファージ上のペプチドを修飾するための反応基として適している。しかし、ファージを
選択に使用する場合は、リジンはファージタンパク質中でシステインよりも豊富に存在し
、ファージ粒子が架橋結合し得るか、または、その感染力を失い得る危険性が高くなる。
それにもかかわらず、リジンは、分子内反応(例えば、分子足場が既にファージペプチド
と連結している場合)において、分子足場と第2のまたは連続した連結を形成するために
特に有用であることが見出されている。この場合、分子足場は、ディスプレイされたペプ
チドのリジン(特に、非常に近位にあるリジン)と優先的に反応する。第一級アミンと選
択的に反応する足場反応基は、スクシンイミド、アルデヒドまたはハロゲン化アルキルで
ある。添付の実施例のうちのいくつかにおいて使用されているブロモメチル基では、ベン
ゼン環の電子が陽イオン性の遷移状態を安定化することができる。したがって、この特定
のハロゲン化アリールは、ハロゲン化アルキルよりも反応性が100〜1000倍高い。
分子足場として使用するためのスクシンイミドの例には、トリス−(スクシンイミジルア
ミノトリアセテート)、1,3,5−ベンゼン三酢酸が含まれる。分子足場として使用す
るためのアルデヒドの例には、トリホルミルメタンが含まれる。分子足場として使用する
ためのハロゲン化アルキルの例には、1,3,5−トリス(ブロモメチル)−2,4,6
−トリメチルベンゼン、1,3,5−トリス(ブロモメチル)ベンゼン、1,3,5−ト
リス(ブロモメチル)−2,4,6−トリエチルベンゼンが含まれる。
な位置に位置していてよい。作製された特定の構造またはループに影響を与えるために、
反応基を有するアミノ酸の位置は、例えば、産生されるポリペプチドを突然変異させるた
めにポリペプチドをコードしている核酸を操作することによって、技術者によって変動さ
せ得る。係る手段により、ループ長は、本教示に従って操作することができる。
然のアミノ酸を表し、Aはアラニンを表し、Cはシステインを表し、Gはグリシンを表し
、同一であっても異なっていてもよいnおよびmは、3〜6の間の数である)を含むこと
ができる。
本発明の分子足場は、ポリペプチドにおける官能基または反応基を介してポリペプチド
と結合していてよい。これらは通常、ポリペプチドポリマーに存在する特定のアミノ酸の
側鎖から形成される。係る反応基は、システイン側鎖、リジン側鎖またはN末端アミン基
もしくはその他の適した反応基となり得る。重ねて記すが、詳細は、国際公開第2009
098450号パンフレットに見出すことができる。
ラギン酸もしくはグルタミン酸のカルボキシル基、アルギニンのグアニジウム基、チロシ
ンのフェノール基またはセリンのヒドロキシル基である。非天然のアミノ酸は、アジ化物
、ケト−カルボニル、アルキン、ビニルまたはハロゲン化アリール基を包含する広範な反
応基をもたらすことができる。ポリペプチド末端のアミノおよびカルボキシル基もまた、
分子足場/分子コアと共有結合を形成する反応基としての役割を果たすことができる。
4個以上の反応基を含有することもできる。より多くの反応基が用いられるほど、より多
くのループを分子足場に形成することができる。
three-fold)回転対称を有する分子足場/分子コアと前記ポリペプチドの反応は、単一の
産物異性体(product isomer)を生成する。単一の産物異性体の生成は、いくつかの理由
から有利である。化合物ライブラリの核酸は、ポリペプチドの一次配列のみをコードし、
分子コアとポリペプチドの反応により形成される分子の異性体状態をコードしない。1種
の産物異性体のみが形成され得るのであれば、産物異性体への核酸の割当は、明確に定義
される。複数の産物異性体が形成される場合、核酸は、スクリーニングまたは選択プロセ
スにおいて単離された産物異性体の性質に関する情報を与えることができない。単一の産
物異性体の形成は、本発明のライブラリの特異的なメンバーが合成される場合も有利であ
る。この場合、分子足場とポリペプチドの化学反応は、異性体の混合物ではなく単一の産
物異性体を生じる。
4面体対称を有する分子足場/分子コアと前記ポリペプチドの反応は、2種の産物異性体
を生成する。2種の異なる産物異性体が、全く同一の核酸にコードされるとしても、単離
された異性体の異性体的な性質は、両方の異性体を化学的に合成し、2種の異性体を分離
し、標的リガンドへの結合に関して両方の異性体を検査することにより決定することがで
きる。
応基と直交性である。直交性の反応基の使用は、前記直交性の反応基を分子コアの特異的
部位に向けることを可能にする。直交性の反応基を含む連結戦略は、形成された生成物異
性体の数を制限するために使用し得る。言い換えれば、少なくとも3つの結合のうちの1
つまたは複数について、少なくとも3つの結合のうちの残りについて選択したものと区別
されるまたは異なる反応基を選択することによって、特定の順序の結合、またはポリペプ
チドの特定の反応基を分子足場上の特定の位置に指示することが、有用に達成され得る。
ンカーは、リンカーが最終的な結合状態において分子足場とポリペプチドとの間に介在す
るように、分子足場と反応することができる。
酸は、いずれかの天然または非天然のアミノ酸に置き換えることができる。これらの交換
可能なアミノ酸から除外されるのは、ループ配列単独が交換可能となるような、分子コア
にポリペプチドを架橋するための官能基を持つアミノ酸である。交換可能なポリペプチド
配列は、ランダムな配列、定常な配列またはランダムおよび定常なアミノ酸を有する配列
のいずれかを有する。反応基を有するアミノ酸は、これらのアミノ酸の位置はループサイ
ズを決定するため、ポリペプチド内の定義された位置のいずれかに位置する。
lY(X)mY(X)nY(X)o[式中、Yは反応基を有するアミノ酸を表し、Xはラ
ンダムなアミノ酸を表し、mおよびnは、同一でも異なっていてもよい介在ポリペプチド
セグメントの長さを定義する3〜6の数字であり、lおよびoは、フランキングポリペプ
チドセグメントの長さを定義する、0〜20の数字である]を有する。
分子足場をペプチドに付着させることができる。あるいは、これらの技法は、本発明に従
ってこれらを選択された単離した後の、修飾またはさらなる部分(分子足場から区別され
る対象の小分子など)とポリペプチドとの付着に使用し得る。したがって、本実施形態で
は、明らかに、付着は共有的である必要はなく、非共有的な付着を包含し得る。これらの
方法は、非天然アミノ酸を保有し、必須の化学反応基を、相補的反応基を保有する小分子
と組み合わせて有するタンパク質およびペプチドをディスプレイするファージを産生させ
ることによって、または、分子が選択/単離段階の後に作製される場合は、非天然アミノ
酸を化学的にもしくは組換えによって合成したポリペプチド内に組み込ませることによっ
て、チオール仲介性の方法の代わりに(またはそれと組み合わせて)使用し得る。さらな
る詳細は、国際公開第2009098450号パンフレットまたはHeinisら、Na
t Chem Biol 2009、5(7)、502〜7に見出すことができる。
ペプチドリガンドまたはペプチドリガンドのレパートリー由来のループは、組み合わせ
たループを組み入れているポリペプチドの配列決定およびde novo合成により有利
に組み合わされる。あるいは、係るポリペプチドをコードする核酸を合成することができ
る。
コードする核酸は、有利に消化され、再ライゲーションされて、構成物レパートリー由来
のループの異なる組合せを有する新規レパートリーを形成する。ファージベクターは、ポ
リリンカーおよび制限酵素のための他の部位(ベクターの切断および再ライゲーション(
relegation)のためのユニークなポイントを提供する)を包含して、所望の多重特異的ペ
プチドリガンドを作製することができる。ファージライブラリを操作するための方法は、
抗体に関してよく知られており、本事例においても適用することができる。
エフェクターおよび/または官能基を、例えば、ポリペプチドのNもしくはC末端にま
たは分子足場に付けることができる。
クター基は、1種または複数種の定常領域ドメインに加えて、抗体軽鎖定常領域(CL)
、抗体CH1重鎖ドメイン、抗体CH2重鎖ドメイン、抗体CH3重鎖ドメインまたはこ
れらのいずれかの組合せを包含することができる。エフェクター基は、抗体のヒンジ領域
(IgG分子のCH1およびCH2ドメインの間に通常存在する領域等)を含むこともで
きる。
IgG分子のFc領域である。有利には、本発明に係るペプチドリガンドエフェクター基
は、1日間以上、2日間以上、3日間以上、4日間以上、5日間以上、6日間以上または
7日間以上のtβ半減期を有するペプチドリガンドFc融合体を含む、あるいはこれから
なる。最も有利には、本発明に係るペプチドリガンドは、1日間以上のtβ半減期を有す
るペプチドリガンドFc融合体を含む、あるいはこれからなる。
プチドの取り込みを助ける官能基その他を包含する。
ことができる。細胞へと浸透する能力を有するペプチドによりアクセスされ得る標的は、
転写因子、チロシンキナーゼ等の細胞内シグナル伝達分子およびアポトーシス経路に関与
する分子を包含する。細胞の浸透を可能にする官能基は、ペプチドまたは分子足場のいず
れかに付加されたペプチドまたは化学基を包含する。VP22、HIV−Tat、ショウ
ジョウバエ(Drosophila)のホメオボックスタンパク質(アンテナペディア)等に由来す
るペプチド等、ペプチドは、例えば、Chen and Harrison、Bioch
emical Society Transactions(2007)35巻、パート
4、821頁「Cell−penetrating peptides in drug
development:enabling intracellular targ
ets」およびGuptaらによる「Intracellular delivery
of large molecules and small peptides by
cell penetrating peptides」Advanced Drug
Discovery Reviews(2004)57巻9637に記載されている。
細胞膜を通した転位置において効率的であることが示された短いペプチドの例として、シ
ョウジョウバエアンテナペディアタンパク質由来の16アミノ酸ペネトラチン(penetrat
in)ペプチド(Derossiら(1994)J Biol.Chem.269巻、10
444頁「The third helix of the Antennapedia
homeodomain translocates through biolog
ical membranes」)、18アミノ酸「モデル両親媒性ペプチド」(Oeh
lkeら(1998)Biochim Biophys Acts 1414巻127頁
「Cellular uptake of an alpha−helical amp
hipathic model peptide with the potentia
l to deliver polar compounds into the ce
ll interior non−endocytically」)およびHIV TA
Tタンパク質のアルギニンリッチ領域が挙げられる。非ペプチド性アプローチは、生体分
子に容易に付けることができる小分子模倣物またはSMOCの使用を包含する(Okuy
amaら(2007)Nature Methods 4巻153頁「Small−mo
lecule mimics of an a−helix for efficien
t transport of proteins into cells」。分子にグ
アニジウム基を付加する他の化学的戦略も、細胞浸透を増強させる(Elson−Scw
abら(2007)J Biol Chem 282巻13585頁「Guanidin
ylated Neomcyin Delivers Large Bioactive
Cargo into cells through a heparin Sulp
hate Dependent Pathway」)。ステロイド等、低分子量の分子を
分子足場に付加して、細胞への取り込みを増強させることができる。
vまたはシングルドメイン断片等、その結合断片を包含する。特に、インビボにおけるペ
プチドリガンドの半減期を増加させることができるタンパク質に結合する抗体を用いるこ
とができる。
もできる。
、24時間以上、2日間以上、3日間以上、4日間以上、5日間以上、6日間以上、7日
間以上、8日間以上、9日間以上、10日間以上、11日間以上、12日間以上、13日
間以上、14日間以上、15日間以上または20日間以上からなる群から選択されるtβ
半減期を有する。有利には、本発明に係るペプチドリガンドエフェクター基または組成物
は、12〜60時間の範囲内のtβ半減期を有するであろう。さらに別の実施形態におい
て、これは、1日間以上のt半減期を有するであろう。さらにまた別の実施形態において
、これは、12〜26時間の範囲内であろう。
ンおよびカルボプラチン等のアルキル化剤ならびにオキサリプラチン、メクロレタミン、
シクロホスファミド、クロラムブシル、イホスファミド;プリンアナログ、アザチオプリ
ンおよびメルカプトプリンを包含する抗代謝剤))またはピリミジンアナログ;ビンクリ
スチン、ビンブラスチン、ビノレルビンおよびビンデシン等、ビンカアルカロイドを包含
する植物アルカロイドおよびテルペノイド;ポドフィロトキシンおよびその誘導体エトポ
シドおよびテニポシド;本来タキソールとして知られた、パクリタキセルを包含するタキ
サン;カンプトテシンを包含するトポイソメラーゼ阻害剤:イリノテカンおよびトポテカ
ン、ならびにアムサクリン、エトポシド、エトポシドリン酸塩およびテニポシドを包含す
るII型阻害剤を包含する。さらに別の薬剤は、免疫抑制薬ダクチノマイシン(腎臓移植
において用いられる)、ドキソルビシン、エピルビシン、ブレオマイシンその他を包含す
る抗腫瘍抗生物質を包含することができる。
き換える、酵素/プロドラッグ治療法において用いるためのカルボキシペプチダーゼG2
等、酵素も包含する。
本発明のポリペプチドが、本発明によって一旦単離されるか、または特定されれば、そ
の後の合成は、可能ならいつでも、単純化され得ることに留意すべきである。従って、ポ
リペプチドの群またはセットは、組み換えDNA技術によって生成される必要はない。例
えば、目的のポリペプチドの配列が決定されてもよく、それらは、標準的な技術によって
、続いてインビトロでの分子足場での反応によって、合成的に製造されてもよい。これが
行われる場合、標準的な化学が用いられてもよい。なぜなら、もはやファージのような遺
伝的にコードされたキャリア粒子の機能または完全性を保存する必要がないからである。
これによって、さらなる下流の実験またはバリデーションのために可溶性の材料の迅速な
大規模調製が可能になる。これに関して、本発明の方法によって特定される候補またはリ
ードの大規模調製は、Timmermanらに開示されるもののような従来の化学を用い
て達成され得る。
ジュゲートの製造に関し、ここではこの製造は、下に説明されるような任意のさらなるス
テップを包含する。一実施形態では、これらのステップは、ファージではなく、化学合成
によって作製された最終生成物のポリペプチド/コンジュゲートで行われる。
ステップの後に、コンジュゲートまたは複合体を製造するとき、置換されてもよい。
るために伸長されてもよい。
保護されたリジン(およびアナログ)を用いて、ループのN末端もしくはC末端で、また
はループ内で化学的に、伸長されてもよい。標準的なタンパク質化学を、活性化可能なN
末端またはC末端を導入するために用いてもよい。あるいは、追加は、例えば、(Daw
son PE,Muir TW,Clark−Lewis I,Kent,SBH.19
94.Synthesis of Proteins by Native Chemi
cal Ligation.Science 266:776−779)に記載のように
断片縮合もしくは天然の化学的ライゲーションによって、または例えば、(Subtil
igase:a tool for semisynthesis of protei
ns Chang TK,Jackson DY,Burnier JP,Wells
JA Proc Natl Acad Sci USA.1994 Dec 20;91
(26):12544−8、またはBioorganic & Medicinal C
hemistry Letters Tags for labelling prot
ein N−termini with subtiligase for prote
omics Volume 18,Issue 22,15 November 200
8,Pages 6000−6003,Tags for labeling prot
ein N−termini with subtiligase for prote
omics;Hikari A.I.Yoshihara,Sami Mahrus a
nd James A.Wells)に記載のようなサブチリガーゼを用いて酵素によっ
て、行ってもよい。
て伸長または修飾されてもよい。これは、第1および第2のペプチドが、細胞の還元性環
境内でお互いから一度解離することが可能になるという追加の利点を有する。この場合、
分子足場(例えば、TBMB)が、3つのシステイン基と反応するように第1のペプチド
の化学合成の間に追加され得るが、次いで、さらなるシステインが、このシステインが第
2のペプチドの遊離のシステインとのみ反応するように、第1のペプチドのN末端に追加
されてもよい。
適用して、可能性としては四重特異的な分子を作成する。
成され得、N末端もしくはC末端で、または側鎖を介してカップリングする。一実施形態
では、このカップリングは、これがいずれの実体の活性もブロックしないような方式で行
われる。
二環性ペプチド(バイシクル(Bicycle)、分子足場にコンジュゲートしたペプチド)
を適した薬物様分子へと開発するため、注射、吸入、経鼻、点眼、経口または局所的投与
のいずれのためであれ、多数の特性を考慮する必要がある。次の記載は、少なくとも所定
のリードバイシクルに設計される必要がある。
・ プロテアーゼ安定性、これが、血漿プロテアーゼ、上皮(「膜アンカー型」)プロテ
アーゼ、胃および腸のプロテアーゼ、肺表面プロテアーゼ、細胞内プロテアーゼその他に
対するバイシクル安定性に関係するか否か。プロテアーゼ安定性は、バイシクルリード候
補が、動物モデルにおいて開発できると共に、確信を持ってヒトに投与できるように、異
なる種の間で維持されるべきである。
・ 分子の医薬品安定性プロファイルを改善するための、トリプトファンおよびメチオニ
ン等、酸化感受性残基の酸化抵抗性アナログへの置き換え。
・ 製剤および吸収目的に重要な、荷電かつ親水性対疎水性残基の比例の関数である、望
ましい溶解性プロファイル。
・ 荷電対疎水性残基の正確な均衡。その理由として、疎水性残基は、血漿タンパク質結
合の程度、すなわち、血漿における遊離した利用できる画分の濃度に影響を与え、一方、
荷電残基(特にアルギニン)は、細胞表面におけるリン脂質膜とペプチドとの相互作用に
影響を与え得るからである。組み合わせた両者は、半減期、分布の体積およびペプチド薬
物への曝露に影響を与えることができ、臨床エンドポイントに応じて目的に合わせて作製
することができる。加えて、荷電対疎水性残基の正確な組合せおよび数は、注射部位にお
ける刺激作用を低下させることができる(ペプチド薬物を皮下投与した場合)。
・ 臨床適応および治療レジメンに応じた、目的に合わせた半減期。急性疾病管理設定に
おける短時間の曝露のための無修飾分子を開発する、あるいは血漿半減期を増強させる化
学修飾を有する、したがってより慢性病状の管理に最適な二環性ペプチドを開発すること
は、堅実な行為となろう。
り、ペプチド模倣薬の分野と重複する(総説のため、Gentilucciら、Curr
.Pharmaceutical Design、(2010)、16、3185〜20
3およびNestorら、Curr.Medicinal Chem(2009)、16
、4399〜418を参照)。
・ ペプチドの環化
・ NおよびC末端キャッピング、通常、N末端アセチル化およびC末端アミド化
・ タンパク質分解による攻撃部位(複数あってもよい)を明らかにし、潜在的に除去す
るためのアラニン走査
・ 立体障害により、また、β−ターンコンホメーションを安定化させるD−アミノ酸の
傾向によりタンパク質分解に対する安定性を増加させるための、アミノ酸側鎖の立体要件
を探るためのD−アミノ酸置き換え(Tugyiら(2005)PNAS、102(2)
、413〜418)
・ 解離しやすいアミド結合の直接的な修飾によりタンパク質分解からの保護を与えるた
めのN−メチル/N−アルキルアミノ酸置き換え(Fiaccoら、Chembioch
em.(2008)、9(14)、2200〜3)。N−メチル化は、ペプチド結合のね
じれ角における強い効果も有し、細胞浸透&経口利用能を助けると考えられる(Biro
nら(2008)、Angew.Chem.Int.Ed.、47、2595〜99)
・ 非天然のアミノ酸の組み入れ、すなわち、次を用いることによる。
− プロテアーゼにより認識されないが、標的効力に効果を持たない、等比体積/等電
子側鎖
− 近くのペプチド結合のタンパク質分解による加水分解が、コンホメーション的およ
び立体的に妨害されるような、制約されたアミノ酸側鎖。特に、これらは、プロリンアナ
ログ、巨大な(bulky)側鎖、Cα−二置換誘導体(最も単純な誘導体が、Aib、H2
N−C(CH3)2−COOHである場合)およびシクロアミノ酸(単純な誘導体がアミ
ノ−シクロプロピルカルボン酸である)に関係する。
・ ペプチド結合代用物、その例として次のものが挙げられる。
− N−アルキル化(上述、すなわち、CO−NRを参照)
− 還元されたペプチド結合(CH2−NH−)
− ペプトイド(N−アルキルアミノ酸、NR−CH2−CO)
− チオ−アミド(CS−NH)
− アザペプチド(CO−NH−NR)
− トランス−アルケン(RHC=C−)
− レトロインベルソ(Retro-inverso)(NH−CO)
− 尿素代用物(NH−CO−NHR)
・ ペプチド主鎖長のモジュレーション
− すなわち、β2/3−アミノ酸(NH−CR−CH2−CO、NH−CH2−CH
R−CO)
・ 主鎖コンホメーションを制約する、アミノ酸のアルファ−炭素における置換、最も単
純な誘導体はアミノイソ酪酸(Aib)である。
えば、酸化感受性アミノ酸(TrpおよびMet)の強力な置換の同定にも有用となり得
ることを明確に留意されたい。バイシクルのリードAc−06−34−18(TMB)−
NH2は既に、タンパク質分解に対する耐性を付与する2つの改変を保有し、これらは、
N/C末端キャッピングおよび(二)環化であることもまた留意されるべきである。
(i)ライブラリの構築
選択を意図するライブラリは、例えばWO2004/077062号に記載の当分野で
知られている技法、または本明細書中に記載のファージベクター系を含めた生物系を用い
て構築し得る。他のベクター系が当分野で知られており、他のファージ(例えばファージ
ラムダ)、細菌プラスミド発現ベクター、酵母ベクターを含めた真核細胞に基づく発現ベ
クターなどが含まれる。例えば、国際公開第2009098450号パンフレットまたは
Heinisら、Nat Chem Biol 2009、5(7)、502〜7を参照
されたい。
ニング手法に基づく。これらは単純であるが、ペプチドリガンドの大きなライブラリをス
クリーニングすることは不可能、または少なくとも非実用的に煩雑であるため、生物系の
威力を欠く。しかし、これらは、例えば、少数のペプチドリガンドのみをスクリーニング
する必要がある場合に有用である。しかし、そのような個々のアッセイによるスクリーニ
ングは時間がかかる場合があり、特定の標的との結合について試験することができるユニ
ークな分子の数は、一般に106個の化学的実体を超えない。
々な分子のサンプリングを可能にする。したがって、生物学的方法が本発明の応用におい
てより適切に使用され得る。生物学的手順では、分子を単一の反応器中でアッセイし、好
都合な特性(すなわち結合)を有するものを、不活性の分子から物理的に分離する。10
13個を超える個々の化合物を同時に作製およびアッセイすることを可能にする選択戦略
が利用可能である。強力な親和性選択技法の例は、ファージディスプレイ、リボソームデ
ィスプレイ、mRNAディスプレイ、酵母ディスプレイ、細菌ディスプレイまたはRNA
/DNAアプタマー方法である。これらの生物学的なインビトロ選択方法は、リガンドレ
パートリーがDNAまたはRNAによってコードされていることが共通している。これら
は、配列決定によって選択されたリガンドの繁殖および同定を可能にする。ファージディ
スプレイ技術は、例えば、事実上任意の標的に対して非常に高い結合親和性を有する抗体
の単離に使用されている。
1つまたは複数の核酸配列をライブラリベクター内にクローニングした後、発現前に突然
変異誘発を行うことによってクローニングした分子内に多様性を発生させ得るか、あるい
は、突然変異誘発の前にコードされているタンパク質を発現および選択し、さらなる選択
のラウンドを行い得る。
の分子学的方法によって実施する。特に有用なものは、ポリメラーゼ連鎖反応、すなわち
PCRである(本明細書中に参考として組み込まれているMullisおよびFaloo
na(1987)Methods Enzymol.、155:335)。対象の標的配
列を増幅するために熱安定性のDNA依存性DNAポリメラーゼによって触媒される、複
数のサイクルのDNA複製を使用するPCRは、当分野で周知である。様々な抗体ライブ
ラリの構築は、Winterら(1994)Ann.Rev.Immunology、1
2、433〜55、およびそれ中に引用される参考文献中に記述されている。
規合成し、適切な発現ベクター内に挿入する。ペプチド合成は、上述のように当分野で知
られている標準の技法によって実施することができる。Applied Biosyst
ems ABI433(Applied Biosystems、米国カリフォルニア州
Foster City)などの自動ペプチド合成機が広く利用可能である。
一実施形態では、対象のポリペプチドは、遺伝的にコードされている。これは、増強さ
れた多様性と共に取扱いの容易性の利点を提供する。遺伝的なポリペプチドライブラリの
一例はmRNAディスプレイライブラリである。別の例は、ファージディスプレイライブ
ラリなどの複製可能な遺伝子ディスプレイパッケージ(rgdp)ライブラリである。一
実施形態では、対象のポリペプチドは、ファージディスプレイライブラリとして遺伝的に
コードされている。
子ディスプレイパッケージ(rgdp)を含む。これらの実施形態では、核酸はファージ
ゲノムによって含まれ得る。これらの実施形態では、ポリペプチドはファージのコートに
よって含まれ得る。
翻訳し、前記分子足場の分子を前記ポリペプチドと連結させることによって作製される、
遺伝的にコードされているポリペプチドのコンビナトリアルライブラリを生成し得る。
ィスプレイ、酵母ディスプレイ、リボソームディスプレイ、細菌ディスプレイまたはmR
NAディスプレイによって作製し得る。
50号パンフレットに見出すことができる。
または群を標的と接触させ、前記標的と結合する1種または複数種のメンバーを単離する
ことにより行うことができる。
グにおいて標的と接触させ、前記標的と結合する前記ライブラリのメンバーを同定する。
せ、前記標的と結合するメンバーを選択する。
詳細には、標的リガンドは、哺乳動物タンパク質もしくは昆虫タンパク質または細菌タン
パク質もしくは真菌タンパク質もしくはウイルスタンパク質であり得る。
含されることに留意されたい。一実施形態では、本発明のスクリーニング方法は、前記標
的と結合することができるものとして単離された、一定量の本発明のポリペプチドを製造
するステップをさらに含む。
明による分子足場に結合した二環ポリペプチドのNおよびC末端を結合させることによっ
て、分子足場に結合した三環ポリペプチドを作製することができる。この様式で、結合し
たNおよびC末端が第3のループを作り、三環ポリペプチドが作製される。本実施形態は
、ファージ上では実施する必要がなく、ここで述べた本発明のポリペプチド−分子足場の
コンジュゲート上で実施し得る。NおよびC末端の結合は、ルーチン的なペプチド化学の
事項である。指導が必要な場合は、C末端を活性化し得る、および/または例えばそれぞ
れの末端にシステインを付加するためにNおよびC末端を延長させ、その後、ジスルフィ
ド結合によってそれらを結合させ得る。あるいは、結合は、N/C末端内に組み込ませた
リンカー領域の使用によって達成し得る。あるいは、NおよびC末端は、慣用のペプチド
結合によって結合させ得る。あるいは、NおよびC末端を結合させる任意の他の適切な手
段を用いてもよく、例えば、N−C環化は、例えばLindeら、Peptide Sc
ience、90、671〜682(2008)「主鎖の環化およびメラノコルチンペプ
チドのN−メチル化の、構造−活性の関係性および代謝安定性の研究(Structur
e−activity relationship and metabolic st
ability studies of backbone cyclization
and N−methylation of melanocortin peptid
es)」、またはHessら、J.Med.Chem.、51、1026〜1034(2
008)「新規の経口投与薬としての主鎖環状ペプチド模倣体メラノコルチン−4受容体
作用剤は、肥満の処置をもたらした(backbone cyclic peptido
mimetic melanocortin−4 receptor agonist
as a novel orally administered drug lead
for treating obesity)」に開示されているように、標準の技法
によって行うことができる。そのような三環分子の一利点は、特にエクソプロテアーゼ作
用による、遊離末端のタンパク質劣化の回避である。この性質の三環ポリペプチドの別の
利点は、BSA結合、細胞進入もしくは輸送効果、タグ付けまたは任意の他のそのような
使用などの、一般に適用可能な機能のために第3のループを利用し得ることである。この
第3のループは典型的には選択に利用可能でなく(ファージ上ではなく、ポリペプチド−
分子足場のコンジュゲート上でのみ生成されるため)、したがって、他のそのような生物
学的機能におけるその使用は、特異性を選択/作製するためにループ1および2をどちら
も有利に残すことに留意されたい。
ファージの精製のためのいずれかの適した手段を用いることができる。標準の技法を本
発明において適用し得る。例えば、ファージは、濾過またはPEG沈殿などの沈殿によっ
て精製し得る。ファージ粒子は、以前に記載のようにポリエチレン−グリコール(PEG
)沈殿によって生成および精製し得る。詳細は国際公開第2009098450号パンフ
レットにある。
ing Design and Selection、2004、17(10):709
〜713.、化学合成抗体ライブラリからの光バイオセンサーの選択(Selectio
n of optical biosensors from chemisynthe
tic antibody libraries))を参照されたい。一実施形態では、
その中に教示されているようにファージを精製し得る。この出版物の本文は、ファージ精
製の方法について本明細書中に参考として具体的に組み込まれている。詳細には、Jes
persらのページ709の右段の途中から開始される材料および方法のセクションを参
照されたい。
ついて本明細書中に参考として具体的に組み込まれている、Marksら、J.Mol.
Biol、第222巻、ページ581〜597によって公開されているように精製し得る
。
本発明は、ポリペプチドの修飾のための化学条件(この生成物の遺伝子的にコードされ
たエレメントの機能および完全性を保持することが有利である)を利用する。具体的には
、遺伝子的にコードされたエレメントが、それをコードしているファージの表面上でディ
スプレイされたポリペプチドである場合、ファージの生物学的完全性を損なわないことが
化学的に有利である。一般には、条件は、WO2009098450に示される。
本発明の方法に従って選択されたポリペプチドリガンドは、インビボ治療および予防適
用、インビトロおよびインビボ診断適用、インビトロアッセイおよび試薬適用その他にお
いて用いることができる。選択されたレベルの特異性を有するリガンドは、交差反応性が
望ましい非ヒト動物における検査に関与する適用において、あるいはホモログまたはパラ
ログとの交差反応性が慎重に制御される必要がある診断適用において有用である。ワクチ
ン適用等、一部の適用において、所定の範囲の抗原に対する免疫応答を誘発する能力を活
用して、ワクチンを特異的疾患および病原体の目的に合わせることができる。
与に好ましく、98〜99%またはそれより高い均一性が、特に哺乳動物がヒトである場
合に製薬的な使用に最も好ましい。所望に応じて部分的にまたは均一性まで精製した後、
選択されたポリペプチドを、診断もしくは治療(体外が含まれる)において、またはアッ
セイ手順、免疫蛍光染色などの展開および実行において使用し得る(Lefkovite
およびPernis、(1979および1981)免疫学的方法(Immunologi
cal Methods)、第IおよびII巻、Academic Press、NY)
。
細菌またはウイルス感染症、および自己免疫障害(以下に限定されないが、I型糖尿病、
多発性硬化症、関節リウマチ、全身性エリテマトーデス、クローン病および重症筋無力症
が含まれる)の予防、抑制または処置において使用が見つかる。
抑制」とは、誘導現象の後であるが、疾患の臨床的所見の前に組成物を投与することをい
う。「処置」とは、疾患の症状が顕性となった後に保護的組成物を投与することを含む。
グするために使用できる動物モデル系が利用可能である。動物モデル系の使用は、本発明
により促進されて、ヒトおよび動物標的と交差反応し得るポリペプチドリガンドの開発を
可能にし、動物モデルの使用を可能にする。
られている(Knightら(1978)J Exp.Med.、147:1653、R
einerstenら(1978)New Eng.J:Med.、299:515)。
重症筋無力症(MG)は、SJL/J雌マウスにおいて、別の種からの可溶性AchR
タンパク質を用いて疾患を誘導することによって試験する(Lindstromら(19
88)Adv.Inzn7unol.、42:233)。関節炎は、マウスの感受性株に
おいてII型コラーゲンを注射することによって誘導する(Stuartら(1984)
Ann.Rev.Immunol.、42:233)。感受性ラットにおいてマイコバク
テリア熱ショックタンパク質を注射することによってアジュバント関節炎を誘導するモデ
ルが記載されている(Van Edenら(1988)Nature、331:171)
。甲状腺炎は、マウスにおいて記載のようにサイログロブリンを投与することによって誘
導する(Maronら(1980)J.Exp.Med.、152:1115)。インス
リン依存性真性糖尿病(IDDM)は、Kanasawaら(1984)Diabeto
logia、27:113によって記載されているものなどの特定のマウス株において自
然に発生するか、または誘導することができる。マウスおよびラットにおけるEAEは、
ヒトにおけるMSのモデルとして役割を果たす。このモデルでは、ミエリン塩基性タンパ
ク質を投与することによって脱髄性疾患が誘導される(Paterson(1986)免
疫病理学の教科書(Textbook of Immunopathology)、Mi
scherら編、GruneおよびStratton、New York、ページ179
〜213、McFarlinら(1973)Science、179:478、ならびに
Satohら(1987)J;Immunol.、138:179を参照)。
に利用される。典型的には、これらの担体には、生理食塩水および/または緩衝媒体を含
めた、任意の水性またはアルコール/水性の溶液、乳濁液または懸濁液が含まれる。非経
口ビヒクルには、塩化ナトリウム溶液、リンゲルデキストロース、デキストロースおよび
塩化ナトリウムならびに乳酸加リンゲルが含まれる。ポリペプチド複合体を懸濁液に保つ
ために必要な場合は、適切な生理的に許容されるアジュバントを、カルボキシメチルセル
ロース、ポリビニルピロリドン、ゼラチンおよびアルギネートなどの増粘剤から選択し得
る。
補充液ならびに電解質補充液が含まれる。また、抗微生物、抗酸化剤、キレート化剤およ
び不活性ガスなどの保存料および他の添加剤も存在し得る(Mack(1982)レミン
トンの製薬科学(Remington’s Pharmaceutical Scien
ces)、第16版)。
使用し得る。これらには、シクロスポリン、メトトレキサート、アドリアマイシンまたは
シスプラチン、および免疫毒素などの、抗体、抗体断片および様々な免疫治療薬が含まれ
る場合がある。医薬組成物には、様々な細胞毒性がある薬剤または他の薬剤と、本発明の
選択された抗体、その受容体もしくは結合タンパク質、またはさらには様々な標的リガン
ドを用いて選択されたポリペプチドなどの様々な特異性を有する本発明による選択された
ポリペプチドの組合せとを併せた「カクテル」が含まれる場合があり、これらを投与前に
プールするかどうかに拘らない。
意のものであり得る。それだけには限定されないが免疫療法を含めた治療には、本発明の
選択された抗体、その受容体または結合タンパク質は、標準の技法に従って任意の患者に
投与することができる。投与は、非経口、静脈内、筋肉内、腹腔内、経皮、肺の経路、ま
た、適切には、カテーテルを用いた直接輸液によるものを含めた、任意の適切な様式であ
ることができる。用量および投与頻度は、患者の年齢、性別および状態、他の薬物の同時
投与、対抗適応症ならびに臨床家が考慮すべき他のパラメータに依存する。
ことができる。この技法は有効であることが示されており、当分野で知られている凍結乾
燥および再構成の技法を用いることができる。当業者には、凍結乾燥および再構成は様々
な度合の活性の損失をもたらす場合があり、補償するために使用レベルを上方調節する必
要があり得ることが理解されよう。
たは治療的な処置のために投与することができる。特定の治療的の応用では、選択された
細胞の集団の少なくとも部分的な阻害、抑制、変調、死滅、または何らかの他の測定可能
なパラメータを達成するために十分な量は、「治療上有効な用量」として定義される。こ
の用量を達成するために必要な量は、疾患の重篤度および患者自身の免疫系の一般的状態
に依存するが、一般に体重1キログラム当たり0.005〜5.0mgの選択されたペプ
チドリガンドの範囲であり、0.05〜2.0mg/kg/用量の用量がより一般的に使
用される。予防的な応用では、本発明のペプチドリガンドまたはそのカクテルを含有する
組成物を、同様または僅かに低い用量で投与してもよい。
細胞集団の変更、不活性化、死滅または除去を支援するために、予防的および治療的な設
定で利用し得る。さらに、本明細書中に記載のポリペプチドの選択されたレパートリーは
、不均一な細胞のコレクションから標的細胞集団を死滅、枯渇または他の様式で有効に除
去するために、体外またはインビトロで選択的に使用し得る。哺乳動物からの血液を体外
で選択されたペプチドリガンドと合わせ、これにより所望しない細胞を死滅させるまたは
他の様式で血液から除去して、標準の技法に従って哺乳動物に戻し得る。
ウイルス感染、眼科障害、および自己免疫障害を予防、抑制または処置する方法であって
、本明細書に定義されるペプチドリガンドの必要な患者に対して投与することを包含する
方法が提供される。
膜の血管の透過性および/または完全性の損傷に関連する障害、局所出血を引き起こす網
膜微小血管の破裂に関連する障害、眼後部の疾患、網膜疾患、および前眼部の疾患を含む
)としては、限定するものではないが、以下が挙げられる。加齢黄斑変性(ARMD)、
滲出性黄斑変性(「ウェット(滲出型)(wet)」または新血管性加齢性黄斑変性症(
wet−AMD)としても公知である)、黄斑浮腫、老人性円板状黄斑変性症、嚢胞様黄
斑浮腫、眼瞼浮腫、網膜浮腫、糖尿病網膜症、急性黄斑神経網膜症、中心性漿液性網膜脈
絡膜症、網脈絡膜炎、脈絡叢新血管新生、血管新生黄斑症、新生血管緑内障、動脈閉塞性
および静脈閉塞性網膜症(例えば、網膜静脈閉塞症または網膜動脈閉塞症)、網膜中心静
脈閉塞症、播種性血管内凝固症候群、網膜分枝静脈閉塞症、高血圧性眼底変化、眼性虚血
発作、網膜動脈小動脈瘤、コーツ病、傍中心窩毛細血管拡張症、半側網膜静脈閉塞症、乳
頭血管炎、網膜中心動脈閉塞症、網膜動脈分枝閉塞症、頚動脈疾患(CAD)、霜状分枝
血管炎(frosted branch angitis)、鎌状赤血球網膜症および他
のヘモグロビン異常症、網膜色素線条症、疾患を病因とする黄斑浮腫(例えば、糖尿病黄
斑浮腫)、眼部の損傷もしくは眼部の外科手術;例えば、損傷、外傷もしくは腫瘍により
引き起こされる網膜の虚血もしくは網膜変性、ぶどう膜炎、虹彩炎、網膜血管炎、眼内炎
、全眼球炎、転移性眼炎、脈絡膜炎、網膜色素上皮炎、結膜炎、毛様体炎、強膜炎、上強
膜炎、視神経炎、球後視神経炎、角膜炎、眼瞼炎、滲出性網膜剥離、角膜潰瘍、結膜潰瘍
、慢性貨幣状角膜炎、タイゲソン角膜炎、進行性モーレン潰瘍、細菌もしくはウイルス感
染によって、および眼部の外科手術によって引き起こされる眼部の炎症性疾患、眼部の物
理的な損傷により引き起こされる眼部の炎症性疾患、掻痒、発赤、浮腫および潰瘍を含む
眼部の炎症性疾患により引き起こされる症状、紅斑症、多形滲出性紅斑、結節性紅斑、環
状紅斑、浮腫性硬化症、皮膚炎、血管神経性浮腫、咽頭水腫、声門水腫、声門下喉頭炎、
気管支炎、鼻炎、咽頭炎、副鼻腔炎、喉頭炎または中耳炎。
)」としては、とりわけ、眼の後部領域における網膜、黄斑、窩に影響する疾患が挙げら
れる。適切な「眼の後部の疾患」の例としては、限定するものではないが、以下が挙げら
れる。黄斑浮腫、例えば、臨床上の黄斑浮腫または血管造影の類嚢胞黄斑浮腫(種々の病
因論、例えば、糖尿病で生じる)、滲出性黄斑変性症および黄斑浮腫(網膜のレーザー処
置から生じる)、加齢性黄斑変性症、未熟児の網膜症(水晶体後部線維増殖症としても公
知)、網膜虚血および脈絡膜血管新生、網膜の疾患(糖尿病性網膜症、糖尿病性網膜浮腫
、網膜剥離、網膜下新血管形成による老年性黄斑変性症、近視性網膜症);炎症性疾患;
腫瘍に関連するブドウ膜炎、例えば、網膜芽細胞腫または偽網膜膠腫;硝子体切除術後の
新血管形成;血管疾患(網膜虚血、脈絡膜血管不全、脈絡膜血栓症、頸動脈虚血から生じ
る網膜症);ならびに視神経の新血管形成。
s)」とは、眼の前部の組織、例えば、角膜、光彩、毛様体、結膜などに主に影響する疾
患、を指す。適切な「眼の前部の疾患」の例としては、限定するものではないが、以下が
挙げられる。角膜の新血管形成(炎症、移植、虹彩の発達不全、滲出性または炎症性の要
素を有する角膜疾患または混濁化、眼の穿通または眼球の挫傷性傷害に起因する血管新生
に起因する);慢性ブドウ膜炎;前ブドウ膜炎;LASIK、LASEK、屈折矯正手術
、IOL移植のような手術によってもたらされる炎症性状態;白内障手術の合併症として
の不可逆性角膜浮腫;傷害または外傷(物理的、化学的、薬理学的など)の結果としての
浮腫;炎症;結膜炎(例えば、持続的アレルギー性、巨大乳頭性、季節周期的アレルギー
性、通年性アレルギー性、毒性の結膜炎(細菌、ウイルスまたはクラミジアの感染により
引き起こされる));角結膜炎(春季、アトピー性、乾燥);虹彩毛様体炎;虹彩炎;強
膜炎;上強膜炎;感染性角膜炎;点状表層角膜炎;円錐角膜;後部多形性角膜ジストロフ
ィー;フックスジストロフィー(角膜および内皮);無水晶体および偽水晶体水疱性角膜
症;角膜浮腫;強膜疾患;眼部瘢痕性類天疱瘡;毛様体扁平部炎;ポスナーシュロスマン
症候群;ベーチェット病;フォークト・小柳・原田症候群;過敏反応;眼球表面障害;結
膜浮腫;トキソプラズマ網脈絡膜炎;眼窩の炎症性偽腫瘍;結膜浮腫;結膜静脈鬱血;眼
窩周囲蜂巣炎;急性涙嚢炎;非特異的血管炎;サルコイドーシス;ならびにサイトメガロ
ウイルス感染。
腫に関連する障害」の例としては、限定するものではないが、加齢性黄斑変性症(AMD
)、網膜浮腫、網膜出血、硝子体出血、黄斑浮腫(ME)、糖尿病性黄斑浮腫(DME)
、増殖性糖尿病性網膜症(PDR)および非増殖性糖尿病性網膜症(DR)、放射線網膜
症、毛細血管拡張症、中心性漿液性網膜症、および網膜静脈閉塞が挙げられる。網膜浮腫
は、網膜内空間における液体の蓄積である。DMEは、糖尿病を有する患者で生じる網膜
微小血管変化の結果である。血液−網膜障壁のこの妥協によって網膜の周囲への血漿構成
要素の漏出がもたらされて、網膜浮腫が生じる。網膜の他の障害としては、網膜静脈閉塞
(例えば、血管枝または中心静脈閉塞)、放射線網膜症、鎌状赤血球網膜症、未熟児網膜
症、フォン・ヒッペル・リンドウ病、後部ブドウ膜炎、慢性網膜剥離、アーヴァイン・ガ
ス症候群、イールズ病、網膜炎および/または脈絡膜炎が挙げられる。
所望の多様性は通常、1個または複数個の位置における選択された分子の変動により生
じる。変化する位置は、ライブラリが、ループ配列における個々の位置毎に構築されるよ
うに選択される。例えば、このような位置が、活性を失うことなく変異に利用できないこ
とが明らかになる場合、適宜、選択手順から1個または複数個の位置を省略することがで
きる。
り置き換えられ、非常に大多数のバリアントを産生するランダム化により、あるいは常在
アミノ酸を定義されたサブセットのアミノ酸の1個または複数個と置き換え、より限定的
な数のバリアントを産生することにより、変種を達成することができる。
するための方法も、本技術分野でよく知られており、PCRを使用した、あるいは使用し
ない、ミスマッチオリゴヌクレオチドまたは縮重オリゴヌクレオチドの使用を包含する。
例えば、抗原結合ループへの変異を標的化することにより、数種の合成抗体ライブラリが
作製された。本発明の文脈において、同一の技法を用いることができる。例えば、ヒト破
傷風トキソイド結合FabのH3領域がランダム化されて、様々な範囲の新しい結合特異
性を生じた(Barbasら(1992)Proc.Natl.Acad.Sci.US
A、89:4457)。ランダムまたはセミランダム(semi-random)H3およびL3領
域が、生殖系列V遺伝子セグメントに付属されて、変異導入されたフレームワーク領域を
有する大型のライブラリを生じた(Hoogenboom−&Winter(1992)
R Mol.Biol.、227:381;Barbasら(1992)Proc.Na
tl.Acad.Sci.USA、89:4457;Nissimら(1994)EMB
O J、13:692;Griffithsら(1994)EMBO J、13:324
5;De Kruifら(1995)J.Mol.Biol.、248:97)。係る多
様化は、他の抗原結合ループの一部または全部を包含するよう伸長された(Cramer
iら(1996)Nature Med.、2:100;Riechmannら(199
5)BiolTechnology、13:475;Morphosys、国際公開第9
7/08320号パンフレット、上記参照)。
ましい方法は、変異体ポリペプチドをde novo合成するものである。構造化ポリペ
プチドの突然変異誘発は、ライブラリ構築に関連して上述されている。
<ファージライブラリのクローニング>
ファージライブラリは、Heinis et al.,Nat Chem Biol
2009,5(7),502−7)に従って作成した。Heinisら、では、配列Xa
a−Cys−(Xaa)3−Cys−(Xaa)3−、リンカーGly−Gly−Ser
−Glyならびに2つのジスルフィドなしのドメインD1およびD2を有する半ランダム
なペプチドをコードする遺伝子(Kather, et al.,J Mol Biol
2005,354(3),666−78)を、ファージベクターfd0D12の中に正
確な方向でクローニングして、「ライブラリ3×3」を得た。ペプチドレパートリーをコ
ードする遺伝子、および2つの遺伝子3ドメインを段階的に、2つの連続のPCR反応に
おいて作成した。第1に、D1およびD2の遺伝子を、2つのプライマーprepcr(
5’−GGCGGTTCTGGCGCTGAAACTGTTGAAAGTAG−3’)お
よびsfi2fo(5’−GAAGCCATGGCCCCCGAGGCCCCGGACG
GAGCATTGACAGG−3’;制限部位には下線を付している)を用い、ベクター
fdg3p0ss21(Kather,et al.,J Mol Biol 2005
,354(3),666−78)をテンプレートとして用いて、PCR増幅した。第2に
、ランダムペプチドをコードするDNAを、プライマーsficx3ba:5’−TAT
GCGGCCCAGCCGGCCATGGCANNKTGTNNKNNKNNKTGCN
NKNNKNNKNNKTGTNNKGGGCGGTTCTGGCGCTG−3’(制限
部位には下線を付している)、およびsfi2foを用いて、PCR反応により付加した
。55および11μgのSfiI消化されたfd0D12プラスミドおよびPCR生成物
のライゲーションで、5.6×108個のコロニーを、10の20×20cmのクロラム
フェニコール(30μg/ml)2YTプレート上で生成した。コロニーは、15%のグ
リセロールを補充された2YT培地を用いてプレートからこすり取って、−80℃で保管
した。本明細書に記載されるライブラリの構築は、同じ技術を使用して、例えば、セミラ
ンダムなペプチドPro−Ala−Met−Ala−Cys−(Xaa)3−Cys−(
Xaa)3−Cysを、3×3ライブラリについて、生成し、従って、sficx3ba
プライマー配列を5’−TATGCGGCCCAGCCGGCCATGGCATGTNN
KNNKNNKTGCNNKNNKNNKTGTGGCGGTTCTGGCGCTG−3
’で置き換えた。他のループ長を有するライブラリを同じ方法論に従って生成した。
ファージライブラリのグリセロールストックを、500mlの2YT/クロラムフェニ
コール(30μg/ml)培養中でOD600=0.1まで希釈して、ファージを、30
℃で一晩(15〜16時間)生成した。ファージを、Heinis,et al.,Na
t Chem Biol 2009,5(7),502−7に記載のように精製して、化
学的に修飾した。ビオチン化hPK(3μg)(IHPKA、ヒト血漿由来、Innov
ative Research、Novi、MI、USA)を、50μlの予備洗浄した
磁性ストレプトアビジンビーズ(Dynal,M−280(インビトロgen、Pais
ley、UK))とともにRTで10分間インキュベートした。ビーズを、3回洗浄した
後に、1%のBSAおよび0.1%のTween20を含有する0.5mlの洗浄バッフ
ァー(10mMのTris−Cl、pH7.4、150mMのNaCl、10mMのMg
Cl2、1mMのCaCl2)を用いて30分間RTで回転しながらブロックした。化学
的に修飾されたファージ(典型的には、2mlの洗浄バッファー中で1010〜1011
t.u.に溶解)を、3%のBSAおよび0.3%のTween20を含有する1mlの
洗浄バッファーの添加によって、同時にブロックした。次いで、ブロックしたビーズをブ
ロックした化学的に修飾されたファージと混合して、回転ホイール上で、RTで30分間
インキュベートした。ビーズを、0.1%のTween20を含有する洗浄バッファーを
用いて8回洗浄し、洗浄バッファーで2回洗浄した後、100μlの50mMグリシン、
pH2.2とともに5分間インキュベートした。溶出されたファージを50μlの1Mの
Tris−Cl、pH8に中和のために移して、30mlのTG1細胞とともにOD60
0=0.4で90分間37℃でインキュベートして、細胞を大きい2YT/クロラムフェ
ニコールプレート上にプレートした。同じ手順を用いて、1回または2回の追加の回のパ
ンニングを行った。2回目の選択では、ニュートラアビジンコーティングの磁性ビーズを
用いて、ストレプトアビジン特異的なペプチドの富化を防止した。このニュートラアビジ
ンビーズは、0.8mgのニュートラアビジン(Pierce、Rockford、IL
、USA)と0.5mlのトシル−活性化磁性ビーズ(Dynal、M−280 fro
m インビトロgen、Paisley、UK)とを、供給業者の指示に従って反応させ
ることによって調製した。
ヒト、サルおよびラットPKの触媒性ドメインを、哺乳動物細胞中で、その触媒性ドメ
インに対してプロTEV切断部位を介してN末端に接続されたプロペプチドを有する不活
性前駆体として発現させた。発現ベクターをクローニングして、下記のとおり、タンパク
質を発現し、活性化して、精製した。PKシグナル配列、ポリヒスチジンタグ、proT
EV(プロTEV)切断部位、PKの成熟触媒性ドメインおよび終止コドンをコードする
合成遺伝子は、Geneart(Regensburg、Germany)(Suppl
ementary materials)から購入した。ヒト、サル(Macaca m
ulatta)およびラットのPKの合成遺伝子を含むプラスミドDNAを調製して、遺
伝子をpEXPR−IBA42哺乳動物発現ベクター(IBA Biotechnolo
gy、Goettingen、Germany)中に、制限酵素対のXholおよびHi
ndIII(Fermentas、Vilnius、Latvia)ならびにT4−DN
Aリガーゼ(Fermentas)を用いて移動した。連結されたプラスミドを、XL−
1ブルーエレクトロコンピテントセル(Stratagene、Santa Clara
、USA)に形質転換して、アンピシリン(10μg/ml)を含有する2YT寒天プレ
ート上にプレートした。3つの発現ベクター(命名はmPK、rPKおよびhPK)由来
のDNAを生成して、正確な配列を、DNAシーケンシング(Macrogen、Seo
ul、South Korea)によって確認した。
胞中で発現した。懸濁適合化されたHEK293細胞50mlを、4mMのグルタミンお
よびヒストンデアセチラーゼ阻害剤であるバルプロ酸(3.75mM)の存在下で、軌道
振盪100mlフラスコ中、180rpmで、ISF−4−Wインキュベーター(Kue
hner AG、Birsfelden、Switzerland)において、37℃、
5%CO2の存在下、無血清のExCell293培地(SAFC Bioscienc
es、St.Louis、MO)の中で増殖させた。胚性腎細胞(HEK−293)を高
い細胞密度(20×106細胞/ml)において(Backliwal, et al.
,Biotechnol Bioeng 2008,99(3),721−7)、3つの
プラスミド(300μg/ml)を用い、直鎖のポリエチレンイミン(PEI、Poly
sciences、Eppenheim、Germany)を用いてトランスフェクトし
た。7日の産生段階の終わりに、細胞を4℃で15分間2’500rpmの遠心分離によ
って回収した。追加の細胞破片を、0.45μmのPES膜(Filter−top 2
50ml低タンパク質結合TPP)を通した濾過によって培地から除去した。ポリヒスチ
ジン−タグ化タンパク質を、Ni−NTA樹脂、洗浄バッファー(500mMのNaCl
、25mMのNa2HPO4、pH7.4)および溶出バッファー(500mMのNaC
l、25mMのNa2HPO4、pH7.4、500mMのイミダゾール)を用いて、N
i−アフィニティークロマトグラフィーによって精製した。タンパク質を、(50単位)
のプロTEV(proTEV)(Promega、Madison、Wisconsin
、USA)を用いて部分的に活性化し、さらにNi−アフィニティークロマトグラフィー
およびゲル濾過(PD10カラム、150mMのNaCl、0.5mMのEDTA、50
mMのHEPES、pH7)によって精製した。
<個々の位置のランダム化>
ライブラリの構築:カリクレイン結合二環性ペプチド中のアミノ酸をマッピングするた
めに、1セットの小さいライブラリを構築した。5つの残基の2つのループから構成され
るバイシクルに関しては、各々がペプチド配列中の特定のコドンでランダム化された10
の別個のライブラリを生成した。各々のライブラリについてオリゴヌクレオチドを設計し
て、部位指向性の突然変異誘発によってファージゲノムDNAを変異させた。突然変異誘
発は、目的のコドンのランダム化(NNSに変化)およびテンプレートゲノム配列からの
固有のApaL1制限部位の除去を包含した。突然変異誘発生成物は、超純水への溶出を
用いるQIAgen QIAquick PCR精製キットを用いて精製した。各々のラ
イブラリを用いて、別々に、TG1−E.coliを、エレクトロポレーションによって
、BioRad Micropulser machine(Ec1 program)
および1mmのBioRadのキュベットを用いて形質転換した。1mlのSOC培地中
、37℃で1時間回復させた後、ライブラリの形質転換体を、抗生物質を含む25mlの
2TYブロス中で一晩増殖させて、ライブラリの形質転換体のみを選択的に増殖させた。
細菌を、遠心分離によって回収して、ライブラリのファージDNAを、E.coliから
、QIAgen Plasmid Plus Midiキットを用いて精製して、蒸留水
中に溶出した。精製されたDNAを、New England Biolabsバッファ
ー4の中で2時間ApaL1を用いて消化して、親物質を除去した。消化後、DNAを、
QIAgen PCR精製キット(上記のとおり)を用いて再精製し、これを用いてTG
1を形質転換した(エレクトロポレーション;上記のとおり)。SOC中での1時間の回
復後、形質転換体を、選択性抗生物質を含有するLB−寒天プレートの上にプレートして
、コロニーを37℃で一晩成長させた。
して、個々の培養物として、選択性の抗生物質を含有する2TYブロス中で増殖させた。
採取したコロニーを、QIAgen PyroMark Q96 DNAシーケンサーを
用いてDNA配列決定して、各々のクローンに存在するアミノ酸置換を明らかにした。単
離された場合、各々の固有の置換のクローンを、以下のようにヒト血漿カリクレイン結合
についてアッセイした。ファージを含有している上清を、培養物から回収して、ファージ
を、Heinis et al(Nature Chemical Biology v
ol.5 pp502−507(2009))の方法に基づいて、トリスブロモメチルベ
ンゼン(TBMB)で環化した。このプロセスから精製されたファージを、プレートベー
スのホモジニアス結合アッセイを用いて、ビオチン化ヒト血漿カリクレインに対する結合
についてアッセイし、アッセイ読み出しはBMG Labtech Pherastar
FSプレートリーダーにより測定した。三連のアッセイ試料からの定量的結合データを
平均し(平均)、シグナル:バックグラウンドとして表現した(ここで、バックグラウン
ドとは、標的物質なしでアッセイした試料であった)。シグナル:バックグラウンドを、
並行な親の試料の%として表現した。エラーバーは、平均の標準偏差を示す。示したアッ
セイは、少なくとも2つの独立した実験の代表である。このアッセイデータは、ペプチド
配列と相互に関連した。灰色で印した置換は、試験しなかった(クローンは、ランダムラ
イブラリサンプリングからは単離しなかった)。非結合(任意)バイシクルの試料を、並
行してアッセイして、アッセイベースラインを図示した。
ライブラリ構築:小さいファージライブラリを、上記の「ファージライブラリのクロー
ニング」に記載されるようにHeinisらの方法に従って生成した。バイシクルコード
部分が、NNSにランダム化された4〜6のコドンのみを有する、親の5×5バイシクル
(5×5:2つの5残基ループ)DNA配列に基づくように、sficx3baプライマ
ーを修飾した。ランダム化コドンは、目的のペプチドドメイン/モチーフをコードするも
のであった。
プットコロニーを、採取して、個々の培養物として、選択性の抗生物質を含有する2TY
ブロス中で増殖させた。採取したコロニーを、QIAgen PyroMark Q96
DNAシーケンサーを用いてDNA配列決定して、各々のクローンに存在するアミノ酸
置換を明らかにし、以下のとおり、ヒト血漿カリクレイン結合についてアッセイした。フ
ァージを含有している上清を、培養物から回収して、ファージを、Heinis et
al(Nature Chemical Biology vol.5 pp502−5
07(2009))の方法に基づいて、トリスブロモメチルベンゼン(TBMB)で環化
した。このプロセスから精製されたファージを、プレートベースのホモジニアス結合アッ
セイを用いて、ビオチン化ヒト血漿カリクレインに対する結合についてアッセイし、アッ
セイ読み出しはBMG Labtech Pherastar FSプレートリーダーに
より測定した。二連のアッセイ試料からの定量的結合データを平均し(平均)、シグナル
:バックグラウンドとして表現した。示したアッセイデータは、少なくとも2つの独立し
た実験の代表である。このアッセイデータは、ペプチド配列と相互に関連した。
ペプチド配列を、表4〜6に示す。コアペプチド配列は、Ac−C 1 S1W2P3A4
R5 C 2 L6H7Q8D9L10 C 3 −NH2(Ac−(06−34−18)(TMB)
−NH2として示される)およびAc−C 1 S1F2P3Y4R5 C 2 L6H7Q8D9
L10 C 3 −NH2(Ac−(06−34−18)(TMB)−NH2 Phe2 Ty
r4として示される)であった。
nyペプチドシンセサイザーを用いる、Fmoc化学に基づいた。標準のFmoc−アミ
ノ酸類を使用し(Sigma、Merck)、以下の側鎖保護基を用いた:Arg(Pb
f);Asn(Trt);Asp(OtBu);Cys(Trt);GIu(OtBu)
;Gln(Trt);His(Trt);Lys(Boc);Ser(tBu);Thr
(tBu);Trp(Boc)、Tyr(tBu)(Sigma)。カップリング試薬は
、HCTU(Pepceuticals)であって、ジイソプロピルエチルアミン(DI
PEA、Sigma)を、ベースとして使用し、脱保護は、DMF(AGTC)中の20
%のピペリジンで達成した。合成は、0.37mmole/gr Fmoc−Rink
アミドAM樹脂(AGTC)を用いて100umole規模で行い、Fmoc−アミノ酸
を4倍過剰で利用して、ベースはアミノ酸に関して4倍過剰であった。アミノ酸を、0.
2MでDMF中に、HCTU(0.4MでDMF中に)、およびDIPEA(1.6Mで
N−メチルピロリドン中に)(Alfa Aesar)に溶解した。カップリング時間は
一般には30分であって、脱保護時間は2×2.5分間であった。Fmoc−N−メチル
グリシン(Fmoc−Sar−OH、Merck)を、1時間カップリングして、以下の
残基についての脱保護およびカップリング時間はそれぞれ20分および1時間であった。
合成後、樹脂をジクロロメタンで洗浄して、乾燥した。側鎖保護基のおよび支持体からの
切断は、10mLの95:2.5:2.5:2.5(v/v/v/w)のTFA/H2O
/iPr3SiH/ジチオスレイトールを用いて3時間達成した。切断後、使用済みの樹
脂を濾過によって取り除き、濾液を、−80℃に冷却された35mLのジエチルエーテル
に添加した。ペプチドペレットを遠心分離して、エーテルの上清を廃棄して、ペプチドペ
レットを、冷エーテルを用いて2回以上洗浄した。次いで、ペプチドを5〜10mLのア
セトニトリル−水中に再溶解して、凍結乾燥した。わずかな試料を、質量分析法(MAL
DI−TOF、Voyager DE(Applied Biosystems))によ
る粗生成物の純度の分析のために取り出した。凍結乾燥後、ペプチド粉末を10mLの6
M塩酸グアニジウム(H2O中に含まれる)中に採取し、0.5mLの1Mのジチオスレ
イトールを補充し、C8 Luna分取HPLC カラム(Phenomenex)上に
ロードした。溶媒(H2O、アセトニトリル)を0.1%のヘプタフルオロ酪酸を用いて
酸性化した。勾配は、Gilson分取HPLCシステムを用いて、15/20mL/分
の流速で、15分で30〜70%のアセトニトリルにわたった。純粋な直鎖のペプチド物
質を含有する画分(MALDIによって特定されるとおり)を合わせて、トリスブロモメ
チルベンゼン(TBMB、Sigma)で修飾した。このために、直鎖のペプチドを、H
2Oを用いて最大約35mLまで希釈し、アセトニトリル中に含まれる約500uLの1
00mMのTBMBを添加して、その反応を、H2Oに含まれる5mLの1MのNH4H
CO3(pH8)で開始した。その反応を、RTで約30〜60分間進行させて、一旦凍
結乾燥させ、その反応を終わらせた(MALDIで判定)。凍結乾燥後、修飾されたペプ
チドを、上記のとおり精製したが、ただしLuna C8はGemini C18カラム
(Phenomenex)で置き換え、酸は0.1%トリフルオロ酢酸に変えた。正確な
TMB−修飾物質を含有する純粋な画分をプールして、凍結乾燥して、貯蔵のために−2
0℃で保持した。
r、NMe−Trp、NorHar、4PhenylPro、Agb、Agp、NMe−
Arg、Pen、Tic、Aib、Hyp、NMe−Ala、NMe−Cys、4,4−
BPAl、3,3−DPA、Dpg、1NAl、2NAl、Aze、4BenzylPr
o、Ind)を、通常、1時間(20分脱保護)および6時間の間、以下の残基について
カップリングした(20分脱保護)。HCTUを、前のとおり、カップリング試薬として
用いた。スケールは通常50umoleであった。
ペプトイド(すなわち、N−His7)を、Zuckermann et al.(R
onald N.Zuckermann,Janice M.Kerr,Stephen
B.H.Kent,Walter H.Moos,Efficient method
for the preparation of peptoids[oligo(N
−substituted glycines)]by submonomer sol
id−phase synthesis Journal of the Americ
an Chemical Society,(1992),114(26),10646
−10647)が開発したスキームに従って合成した。
Coy DH.,CH2NHSolid phase synthesis of pe
ptides containing the CH2NH peptide bond
isostere,Peptides.1987 Jan−Feb;8(1):119
−21のスキームに従って合成した。
tocols,”Synthesis of N−methylated cyclic
peptides”,by Chatterjee et al,7(3)2012,
pp432に記載されるスキームに従って、光延反応の改変型を用いて合成した。全ての
他のN−メチル化アミノ酸(NMe−Leu、NMe−Asp)を、市販の供給源からF
moc前駆体として得た。
機能的な酵素アッセイを、10mMのTris−HCl、150mMのNaCl、10
mMのMgCl2、1mMのCaCl2および1mg/mLのBSA(全てSigma
UK)(pH7.4)の中で、25℃で、ソリッドブラック(solid black)
96ウェルプレートにおいて行った。要するに、26.5pMヒト血漿カリクレイン(S
tratech、UKより購入)または500pMラット血漿カリクレイン(社内で発現
および精製した)を、漸増濃度の試験ペプチドの存在または不存在のもとで15分間イン
キュベートし、その後に蛍光発生的な基質Z−PheArg−AMC(Enzo Lif
esciences UK)を、100μM(4%のDMSOの中に含有)の最終アッセ
イ濃度まで添加した。AMCの遊離は、Pherastar FS(BMG Labte
ch)、励起360nm、発光460nmを用いて測定した。反応の直線段階(典型的に
は5〜45分)の速度は、MARSデータ解析ソフトウェア(BMG labtech)
で算出した。次いで、その速度を用いて、IC50およびKiをPrism(Graph
Pad)中で算出した。4つのパラメータ阻害非線形回帰式を用いて、IC50を算出し
た。ワンサイト(One site)−適合Ki式を用いてKiを算出し、これは、Ki
を150μMである基質についてのKmに制約する。全てのKi/IC50値は、少なく
とも2つの独立した実験の平均であり、1nMより低いKi値を有するペプチドについて
は少なくとも3つの平均である。
製した。全ての溶液を遠心分離して、濾過した(20μmのシリンジフィルター)後に、
280nmで吸収を測定した。吸光係数は、ペプチドのTrp/Tyr含量、およびTM
Bのもの(TMBコアは、ペプチドに含まれる場合、約300M−1cm−1というεを
有する)に基づいて算出した。疑わしい発色団特性(すなわち、NorHar、4Phe
nylPro、3Pal、4Pal、Tic、4GuanPhe、4,4−BPAl、3
,3−DPA、1NAl、2NAl、4BenzylPro、Ind)を有する非天然の
アミノ酸を含有するペプチドについて、濃度は、規定量の水の中に粉末を秤量することお
よびペプチドを溶解することによって決定した。これらは、1nM以下でカリクレインに
対するKiを有するペプチドについて、独立して2回調製した。
3つの方法を使用して、血漿中のバイシクル(分子足場にコンジュゲートされたペプチ
ド)の安定性を評価した。
迅速血漿安定性プロファイリングアッセイ(rapid plasma stabil
ity profiling assay)を開発し、これには親ペプチドの質量がもは
や観察不能になる時点まで、親の質量の質量分析検出(MALDI−TOF、Voyag
er DE、Applied Biosystems)を使用した。具体的には、200
uMのペプチドを、35%ラットまたはヒト血漿(Sera labs、抗凝固薬として
クエン酸塩を使用)の存在下で、1×PBS(10×PBS Stock、Sigma由
来)を補充して、37℃でインキュベートした。種々の時点(すなわち、t=0、3、2
4時間、その後は10日まで毎日)、2uLの試料を、アセトニトリル:H2Oの1:1
混合物中に含有される、18uLの30mMの重炭酸アンモニウムに添加した。試料は分
析の時点まで−80℃で凍結した。ペプチドの適切な検出ウインドウを決定する質量分光
分析のために、所定の時点のアセトニトリル:H2O希釈試料を、MALDIプレートの
上に直接(0.7uL)スポットした。マトリックス(α−シアノ桂皮酸、Sigma(
0.1%トリフルオロ酢酸を含有する1:1のアセトニトリル:水の中の飽和溶液として
調製))を、試料上に積層した(1uL)。MALDI TOF上の同様のレーザー強度
設定で、次に、親ペプチドがもはや検出不能になるまで時間を決定してもよい。これは、
血漿安定性における相対的変化を検出するように機能する定量アッセイであることに留意
されたい。
安定性のデータをより迅速に得るために、ペプチドをまた95%血漿中でも評価した。
ここでは、PBSを省き、1mMペプチドストック(DMSO中に含まれる)を直接、血
漿中に希釈し(すなわち、47.5uL血漿中に2.5uLのストック)、50uMの最
終濃度を得た。5uLの試料を適切な時点で採取して、−80℃で凍結した。分析のため
に、試料を解凍して、15uLの1:1のアセトニトリル:メタノールと混合し、13k
で5分間遠心分離した。5uLのペプチド含有上清を吸引して、アセトニトリル:H2O
の1:1混合物中に含有される30mMの重炭酸アンモニウムと混合した。次いで、この
1uLを、MALDIプレート上にスポットして、上記のとおり解析した。上記のとおり
、これは、血漿安定性の相対的な変化を検出するように機能する定量的アッセイであるこ
とに注目すべきである。
血漿安定性を定量的に得るために、ペプチドストック溶液(DMSO中に1mM含有)
を、Biofocus、UKに送り、ここで分析を行った。ペプチドを、水を用いて10
0uMに希釈して、血漿中で1:20希釈し(5uMの最終濃度、血漿を95%で使用)
、必要に応じてサンプリングして、上記のとおり沈殿させて、Waters Xevo
TQ−MSを用いて定量した。
表4に示される5×5ペプチドの例から、結合活性を有するペプチドの間で保存される
アミノ酸を特定することが可能である。結合活性に関してどの残基が好ましいかを決定す
るために、ペプチドの特定されたファミリーのうち2つからの代表をさらに研究した。こ
れらはペプチド06−34(これは、バイシクルの第1のループにCXWPARCモチー
フを含む)、およびペプチド06−56(これは、バイシクルの両方のループにまたがる
CGGxxNCRモチーフを含む)であった。各々のペプチド配列について、任意のアミ
ノ酸がライブラリ中でその位置で発現され得るように、ループ残基のうち9つが一定に保
持され、他の残基はランダム化された、1セットの10のファージライブラリを作成した
(上記の方法における「Randomisation of individual p
ositions − Library construction」を参照されたい)
。各々のライブラリに関しては、20のランダムに選択されたファージクローンのセット
を、ファージ結合アッセイにおいてヒトカリクレインに対する結合についてスクリーニン
グして、標的結合について重要な残基を特定した(上記の方法における「Randomi
sation of individual positions − Assay o
f binding of individual clones」を参照されたい)。
この実験のデータは、図4〜6に示す。
ノ酸で置き換えられてもよく、ヒト血漿カリクレインに対する結合は、保持されるかまた
は増強されることが明らかである。対照的に、ほとんどのアミノ酸での残基2、3、4、
5(Trp2、Pro3、Ala4、Arg5)の置換によって、高い親和性の結合因子
についてストリンジェントなカットオフで設定されたアッセイにおいて見出されるシグナ
ルは大きく低下した。Val6は、多くの異なるアミノ酸で置換され得、結合活性は、保
持されるかまたは増強される。第2のループ中の他の残基の置換によって、Leu10の
みは、活性を保持したままで、種々の異なるアミノ酸によって置き換えられ得ることが示
された。位置7、8および9は、置換に関して有する能力が限定されており、結合を増強
する置換は特定されなかった。
6、8および9のアルギニン、トリプトファンおよびトレオニンのように、血漿カリクレ
インに対する結合について大いに好ましい残基である。位置4のグルタミンおよび位置1
0のトレオニンは、良好な結合活性を保持したままで、種々の残基によって置換され得る
。残りの3つの残基(位置1のプロリン、位置5のアスパラギン、および位置7のトレオ
ニン)は、置換について有する能力が限られている。
先行する分析から、06−34については、位置1および位置6が、種々のアミノ酸に
よって置き換え可能であり、さらに親ペプチドの結合活性以上の結合活性を保持したまま
であることが明らかである。これらの観察が単離された合成ペプチドで保たれるか否かを
評価するために、1セットのペプチドを図4の図面に応じて設計し、ここではArg1を
セリンで置換し、かつVal6はトレオニン、メチオニンまたはロイシンのいずれかで置
換した。これらの置換の種々の組み合わせを使用するペプチドもまた合成した。これらの
置換は、このアッセイではより大きい結合シグナルを生じた(表5)。
ドと比較してヒト血漿カリクレインに対してほぼ等しいかまたは向上した活性を有し、こ
れによってこの種の分析を用いて、標的の結合親和性を微調節できることが示されており
、かつ極めて高い力価のリードペプチド候補を特定する経路が示唆される。
て試験した。Arg1のSer1への置換は、ラットカリクレインに対する活性にわずか
な影響を有したが、Val6のトレオニン、メチオニンまたはロイシンへの置換によって
、ラット血漿カリクレインに対する力価が顕著に増大しているペプチドが生じた。ヒトカ
リクレインに対する活性は、完全に保持された。従って、置換を受けやすい位置を決定す
ることによって、標的オルソログ交差反応性などの所望の特性を有するペプチドを特定し
てもよい。
つの位置を天然でないアミノ酸で置き換える実現性を実証するために、06−34−03
中のArg1およびVal6を、アラニンもしくはN−メチルグリシン(サルコシン)に
より、またはN−メチルセリンのいずれかにより、位置1で置き換えて、結合について評
価した。顕著なことに、表6に示されるとおり、位置1/6は、側鎖を一緒に除去しやす
い。なぜなら、R1A/V6A(06−34−03 Ala1、6)ペプチドは、親に比
較して完全な力価を保持していたからである。残基1、6をN−メチルグリシンで置換す
れば(06−34−03 NMeGly1、6)、力価の低下を生じたが、結合親和性は
低いナノモル範囲で保持されたままであった。1位置のN−メチルセリンの導入は、力価
の10倍の低下を生じるが、結合はピコモル範囲で保持される。従って、意図的な、プロ
テアーゼ安定性の向上、溶解度の向上、凝集能力の低下、およびオルソログの官能基の導
入を可能にし得る、ペプチド骨格構造または側鎖中で変化を可能にする、バイシクルの特
定の位置が特定され得る。
実施例1から特定したWPARモチーフを、06−34−03ペプチドの状況で分析し
て、WPARモチーフの代替または改善を特定した。06−34−03の位置1、6、7
、8、9および10を固定し、位置2、3、4および5をランダム化した(上記の方法の
「ペプチドドメインのランダム化−ライブラリ構築」を参照されたい)ライブラリを構築
した。ヒト血漿カリクレインに対する選択を、種々のストリンジェンシーで行った(上記
の方法における「ファージ選択」を参照されたい)。全てのアウトプット配列を特定して
、標的結合について解析した(上記の方法における「ペプチドドメインのランダム化−個
々のクローンの結合のアッセイ」を参照されたい)。表17は、各々の固有の配列、選択
アウトプットにおけるその相対的な量(頻度)、および標的結合強度による順位番号を列
挙している。
与するが、他のカリクレイン結合配列は、選択から大量に回収されることが示される。こ
れらとしては、限定するものではないが、WPSR、WPAR、WSAR、WPFR、W
PYR、FPFR、およびFPFRが挙げられる。位置2、3、4および5で最も有効か
つ豊富なモチーフは、以下のようにまとめられ得る:W/F PxK/R
トプット中で最も豊富であって、FPFRおよびFPYRは、ストリンジェンシーが低い
方の選択アウトプットで豊富であったことが示される。これによって、WPAR様の配列
がFPFR様配列よりも強力な結合因子であることが示される。標的結合アッセイにおけ
る各々のモチーフ(06−34−03の状況における)の解析によって(表18(B))
、WPARは、06−34−03配列の位置2、3、4および5で、カリクレイン結合に
最適の配列であることが明らかになる。
WPARモチーフおよびそのバリアントを、ペプチド06−34−03の状況で研究し
た。図1によって、WPARモチーフの外側のいくつかの位置が、他の残基について置換
された場合、カリクレイン結合を維持し得ることが実証される。カリクレイン結合の非W
PAR決定基を研究するために、上記の方法において「ペプチドドメインのランダム化−
ライブラリ構築」に記載のように、固定されたWPAR配列および全ての他のランダム化
した位置(CxWPARCxxxxxC)を有するファージライブラリを作成した。
単離して、高ストリンジェンシーおよび低ストリンジェンシーの両方においてカリクレイ
ンに対する結合についてアッセイした(上記の方法における「ペプチドドメインのランダ
ム化−個々のクローンの結合のアッセイ」を参照されたい)。これらのライブラリのメン
バー(WPARの外側のランダム配列を含む)は、ヒト血漿カリクレインに対して結合を
ほとんど示さないか、または全く示さず(データ示さず)、このことは、WPARモチー
フ単独の存在では、測定可能なカリクレイン結合を保持するに十分ではないことを示して
おり、バイシクルの配列の残りの部分も、また相互作用に寄与または影響しているはずで
ある。
PAR決定基を研究して、最適のWPAR含有ペプチド配列を単離した。150を超える
選択アウトプット配列を単離して、ヒト血漿カリクレインに対する結合についてスクリー
ニングした(上記の方法に記載のとおり)。この配列を、カリクレイン結合の順序でラン
ク付けして、トップの50の配列を表19に整列させた。表19によって、位置1の残基
がカリクレイン結合に影響しないが、ヒスチジンに関して強力な一致が位置7でみられる
ことが示される(これは、上記の実施例1の知見を支持する)。このペプチド06−34
−03−(実施例1の作業に由来する)は、最高の配列の1つである。第2のループの組
成は、WPARモチーフを有する場合に強力なカリクレイン結合を付与する明らかな傾向
を示す。
H7、D9およびL10は、WPAR含有カリクレイン結合配列中で高度に保存されてい
る。
、モチーフ「THxxL」または「xHxDL」からのそれらの誘導に従って、2つの異
なる方法で分類した。全てのグループに関して、アウトプット配列についての平均カリク
レイン結合アッセイシグナルは、所定の基についてのカリクレイン結合の指標として注記
された(表20)。
xHxDL」モチーフが、WPARモチーフを有する二環性ペプチド中の場合、最高のカ
リクレイン結合を生じることが示される。2つのモチーフの組み合わせ「THxDL」に
よって、ヒト血漿カリクレインに対する最高の結合が得られ、かつ06−34−03ペプ
チドの「THQDL」第2ループ配列を含む。
カリクレイン阻害性のバイシクルに関しては、血漿または他の関連の環境で低いプロテ
アーゼ駆動クリアランスを有するように、十分なプロテアーゼ安定性プロファイルを得る
ことが妥当である。ラット血漿における親ペプチドの進行性の消失が観察された迅速比較
血漿安定性アッセイ(方法のセクション、方法番号1)では、N末端アラニン(選択の時
点で存在し、リード配列の合成ペプチドにもともと含まれていた)は、ラットおよびヒト
の血漿の両方によって試験された全てのバイシクルの配列にまたがって急速に除去された
ことが見出される。この分解は、N末端およびC末端のアラニンの両方を欠いているリー
ド候補を合成することによって回避された。アミノおよびカルボキシペプチダーゼについ
て潜在的な認識ポイントを除去するために、リード候補のCys1上に現在存在する遊離
のアミノ末端を、ペプチド合成の間、無水酢酸でキャッピングして、N末端アセチル化さ
れる分子を導く。同等の方法で、C末端システインをアミドとして合成して、カルボキシ
ペプチダーゼについて潜在的な認識部位を取り除く。従って、二環性のリード候補は、以
下の遺伝子配列:
を指し、ここで「C1、C2、C3」は、配列中の第1、第2および第3のシステインを
指し、ここで
MBまたは任意の他の適切な反応性足場で環化されたことを示す。
方に対するAc−06−34−18(TMB)−NH2の高い親和性に起因して、本出願
人らは、このバイシクルをリードの開発のために選択した(図9、表1、表5)。上記の
同じ迅速血漿安定性プロファイリングアッセイを用いて、Ac−06−34−18(TM
B)−NH2は、約2時間というラット血漿半減期に等しい、約2日という可観測性ウイ
ンドウを有した(方法のセクション、方法番号1)(LC/MSによって定量的に決定し
た、下の表23、方法番号3を参照されたい)。
よい)を特定する労力では、ペプチドを、35%ラット血漿中で、経時的にサンプリング
して(方法番号1)、各々の試料を、MALDI−TOF質量分析法を用いてペプチド断
片の進行性の出現について解析した。Ac−06−34−18(TMB)−NH2の親の
質量は、1687Daである。経時的に(図7、8)、質量1548.6(M1)、11
94.5(M2)、および1107.2(M3)の断片が出現する。Ac−06−34−
18(TMB)−NH2(Ac−C1S1W2P3A4R5C2L6H7Q8D9L10
C3−NH2)の配列から、M1のピークは、Arg5(−R5)を欠いているAc−0
6−34−18(TMB)−NH2に相当することが算出され得る。これによって、最初
のタンパク質分解性事象が明らかになり、この後に、Ac−06−34−18(TMB)
−NH2(M2、−WPAR)の中の4−アミノ酸セグメントWPARの除去が続き、最
終的には、Ac−06−34−18(TMB)−NH2の第1のループ全体が切除される
(M3、−SWPAR)(図8)。このデータから、Ac−06−34−18(TMB)
−NH2のArg5は、バイシクルの分解を担う主なラット血漿プロテアーゼ認識部位で
あることが証明される。
ラット血漿プロテアーゼの認識部位を構成するのに特定されたArg5を有して、Ac
−06−34−18(TMB)−NH2誘導体の化学合成の活動を、より高い血漿タンパ
ク質分解に対する安定性を有する候補を特定する目的で行った。重要なことに、係る修飾
は、ヒトまたはラットカリクレインに対する力価に影響するべきではない。WPAR配列
/ファルマコフォアの役割に関する最初の探査(図9、10)は、W2P3をA2A3ま
たはA2Q3で置き換えることによって、およびバイシクルの第1ループの一部または全
体をスクランブルすることによって行われた。下の表8は、配列およびカリクレインに対
するそれぞれの親和性を示す。
0000倍の係数まで劇的に低下することが明らかになり、分子の薬理学的な不活性化が
効率的にもたらされる。アミノ酸の正確な配列の重要性が、4つのスクランブルされたペ
プチド(Scram1〜4)によって強調される。なぜならそれらの全てがカリクレイン
に対する親和性の実質的な低下を示すからである(図10)。不思議なことに、全てのペ
プチドがおおまかには同一のラット血漿安定性プロファイルを有し(1〜2日目、方法番
号1)、このことは、血漿プロテアーゼ認識が、アルギニンの存在(図7と同様の分解パ
ターンを生じる)に依拠するのであって、配列内の位置には依拠しないことを示している
。
W2、P3、A4、R5、およびC2が、それらのそれぞれのD鏡像異性体対応物により
置き換えられた(表9)。
するペプチド安定性を増大することが明らかである。ラット血漿プロテアーゼによるAr
g5切り出しは、ペプチド分解の最初の事象であると考えられるので、ペプチド結合の最
初の加水分解は、Arg5のN末端側および/またはC末端側で生じる。Arg5のいず
れかの側のアミノ酸をそれらのD鏡像異性体で置換すれば、立体障害を通じて隣接するペ
プチド結合加水分解をブロックするということがもっともらしく思われる。実際、これは
、以前に観察された効果である(Tugyi et al(2005)PNAS,102
(2),413−418)。
であり、力価の低下は、300倍(D−Arg5)〜45000倍(D−Trp2)にお
よぶ。これによって、カリクレインバイシクル結合ポケットへのこれらの側鎖の正確な三
次元ディスプレイの重要性が強調される。同等に著しいのは、D−Ala4の効果である
。ここでは、単一のメチル基(Ala側鎖である)の方向を変化することで、親和性は7
000分の1に低下される。
次に、第1のループ中の残基を、それらのNメチル対応物で体系的に置き換えた。N−
メチル化は、ペプチド結合自体の直接的な保護として機能するが、しかし、アミド水素が
ないこと、立体的なバルクの追加(メチル基)および好ましい二面角の変化のせいで、力
価の低下が予想される。
ループ1のアミノ酸のN−メチル化が示す、力価に対する有害な影響の低下はそれほど
強烈ではない。具体的には、Arg5のNメチル化はやはり、1ケタのナノモル結合因子
を生じ(野生型ペプチドと比較して親和性の20分の1に低下)、そのラット血漿安定性
は、アッセイ時間を超え(MS中のペプチドの断片化は、観察不能であった)、これによ
って、魅力的な改善されたリード候補となる。D−アミノ酸置換と同様に、Arg5に隣
接する残基のN−メチル化によって、Arg5に対するペプチド結合N末端および/また
はC末端のプロテアーゼ触媒性加水分解に影響する立体的な干渉をおそらく通じて、ペプ
チドに対する安定性の向上が付与される。注目すべきであるが、Ser1は、力価の有意
な低下なくNメチル化され得、これによって、この位置でのペプチド骨格の完全性は、結
合に必須ではないことが示される。
ラット血漿プロテアーゼによる認識におけるArg5の重要性を考慮して、1セットの
アルギニンアナログを、Ac−06−34−18(TMB)−NH2リード中で試験した
。この化学構造を図11に示しており、力価対安定性データを表11に示す。
チドの安定性を増大し、これによって、血漿プロテアーゼ認識におけるArg5の完全性
の重要性が確認された。側鎖(Agb、Agp)の長さを延長すること(HomoArg
)または減少することは両方とも親和性を低下したが、HomoArgアナログはやはり
、極めて良好な結合因子(Ki=2.1nM)を生じ、安定性が増大している。同じ側鎖
(β−homoArg5)を保持したままで、Arg5中の1つのメチレン基ずつアミノ
酸骨格を長くすること(いわゆるβアミノ酸)はまた、安定性の向上した結合因子を生じ
たが、ただし親和性のさらに有意な低下に相当する代償を払った(Ki=8.2nM)。
Arg側鎖の脂肪族部分をフェニル環で置き換えることは、共鳴の安定性、より嵩高く、
かつ硬直化したグアニジル含有側鎖(4GuanPhe)を生じる。試験した全てのAr
gアナログのうち、4GuanPheは、増大した血漿安定性で、最大の親和性を有した
(野生型と比較して1/2に低下)。興味深いことに、グアニジルフェニル基は、公知の
低分子カリクレイン阻害剤ベンズアミジンと構造的に近い(Stuerzebecher
et al(1994),Novel plasma kallikrein inh
ibitors of the benzamidine type.Braz J M
ed Biol Res.27(8):1929−34;Tang et al(200
5),Expression,crystallization, and three
−dimensional structure of the catalytic
domain of human plasma Kallikrein.J.Biol
.Chem.280:41077−89)。さらに、誘導体化されたフェニルグアニジン
は、別のセリンプロテアーゼuPAの選択的阻害剤として使用された(Sperl et
al,(4−aminomethyl)phenylguanidine deriv
atives as nonpeptidic highly selective i
nhibitors of human urokinase(2000)Proc N
atl Acad Sci USA.97(10):5113−8)。従って、4Gua
nPhe5を含有するAc−06−34−18(TMB)−NH2は、低分子阻害剤とみ
ることが可能で、その選択性は、周囲の二環性のペプチドで付与される。これは、他のバ
イシクルベースの阻害剤についての原理を含んでもよく、ここでは低選択性の公知の低分
子阻害剤は、正確な位置でバイシクル上に「移植」され、優れた力価および選択性の分子
が導かれる。
等比体積だが、非荷電の尿素基で置換される)、またはArg全体の欠失(ΔArg)の
いずれかによる、Argグアニジル基自体の修飾は、カリクレイン結合力価に強力な有害
な影響を有する。従って、グアニジル基の完全性および存在は、重要であるが、グアニジ
ル基または骨格に対してArg5で接続する側鎖の性質は重要ではない。注目すべきは、
Arg5はまた、リジンで置き換えられてもよいが、やはり親和性は低下している(WP
AKペプチドを参照されたい)。
MeArgまたは4GuanPheのいずれかを使用するAc−06−34−18(TM
B)−NH2は、高い親和性を有する血漿安定性の向上した候補を構成し得ることが示さ
れる。
改善
所定の二環性候補の力価を改善することは、いくつかの機序を通じて都合よく達成され
得る。これらの機序は、実施例4で部分的に取り組まれており、以下のように再記述され
得る:
1.より高い親和性が達成されるように、疎水性効果を活かし、かつより低いオフレー
トにつながる疎水性部分を組み込むこと
2.長期にわたるイオン性相互作用を活用する荷電された基を組み込み、より速いオン
レートおよびより高い親和性をもたらすこと(例えば、Schreiber et al
,Rapid,electrostatically assisted associ
ation of proteins(1996),Nature Struct.Bi
ol.3,427−31を参照されたい)
3.このペプチドへ、すなわち、以下
−エントロピーの損失が標的結合の際に最小であるように、アミノ酸の側鎖を正確に制
約すること、
−エントロピーの損失が標的結合の際に最小であるように、骨格の二面角を制約するこ
と、
−同一の理由のために分子中に追加の環化を導入すること、
によって、追加的な制約を組み込むこと。
(概説については、Gentilucciet al,Curr.Pharmaceut
ical Design,(2010),16,3185〜203およびNestor
et al,Curr.Medicinal Chem(2009),16,4399−
418を参照されたい)。
最初に、ある範囲の疎水性アミノ酸を、Trp2部位中に置換して、酸化感受性トリプ
トファンを置き換え得る候補を特定し、かつ力価を増大し得る候補を特定する(上記の第
1のポイントを指定する)。これらのアミノ酸の側鎖は、図12に示され、親和性データ
は、下の表12にまとめられる。
最も近く、かつ野生型よりもわずかに弱い力価を示し、これによって、Trp2について
良好な酸化耐性の置き換えとなる。興味深いことに、3,3−DPA2は、Trpに極め
て似ていない構造を有するが、対応するペプチドは高い力価を保持する。これによって、
カリクレイン上のTrp接触ポケットは、正確に設計された疎水性の実体を特定すること
によって、高親和性結合について活用され得ることが示され得る。
次に、本出願人らは、Ac−06−34−18(TMB)−NH2中のWPARファル
マコフォア中のPro3の役割を決定することに興味があった。4−ヒドロキシ−または
4−フルオロ−trans(L)−プロリン(HyP3、4FluoPro3)を、ペプ
チド骨格に対するさらなる剛性およびらせん構造を誘導するのにおけるそれらの公知の特
性について選択した(図13、表13)。さらに、Hyp上のヒドロキシルの存在は、プ
ロリン側鎖の溶媒接近可能性を探査する。それぞれの誘導体のKiは、野生型のものにつ
いてほとんど同一であって、このことは、ペプチド骨格上のいずれの影響も無視できるこ
とを示すが、また側鎖が接近可能であることも実証している。これをさらに推敲するため
、Pro3側鎖のγ炭素に対する嵩高い拡張を含んだAc−06−34−18(TMB)
−NH2の2つの追加の誘導体を試験した(4フェニル−Pro、4ベンジル−Pro)
。前者は、力価の著しい保存を示したが、後者は、重度に影響され、これによってPro
側鎖は接近可能であるが、別個の修飾のみに限定されることが実証される。これらの修飾
中の立体バルクにかかわらず、血漿安定性は、野生型のものと同一であった。従って、こ
れらの修飾は、他のプロテアーゼに対して選択性を改善しない。
roアナログアゼチジンカルボン酸(Aze)、およびさらに可塑性の6員の環(ピペコ
リン酸、Pip)を、Pro3について置換した。Ac−06−34−18(TMB)−
NH2 Aze3は、カリクレインと、いままでの全ての誘導体のうち最高の親和性で結
合し、野生型の親和性を3倍まで上回る(図14、13)。環の大きさとKiとの間に反
比例関係があると思われ、このことはAc−06−34−18(TMB)−NH2の位置
3での構成的制約が、密接結合分子に重要であることを示唆する。
リンアナログTic、NorHarおよびIndで強調される(図13)。特に後者の2
つの場合には、親和性は、やはり1ケタのナノモル範囲で十分である。
。この目的を達成するために、本出願人らは、α炭素でのその二重のメチル置換に起因し
て、αまたは310らせん構造を誘導するのにおいて隣接するアミノ酸に対して強力な構
造的影響を有するアミノイソ酪酸(Aib、図15、表13)を選択する(Toniol
o et al(1993),Biopolymers 33,1061−72;Kar
le et al(1990),Biochemistry 29,6747−56)。
著しいことに、この非天然の非環状アミノ酸は、1.2nMのKiで、Pro3の代わり
に十分耐容される。従って、WPARファルマコフォア中のPro3の役割は、ペプチド
骨格に対して制約を導入することである。この制約は、環の大きさの低下したプロリンア
ナログを使用することによって増強され得る(Aze3を参照されたい)。逆に、プロリ
ン環は、非環式だが構造的に誘導性のアミノ酸、例えば、Aibで比較的効率的に置換さ
れ得る。
表10では、Ac−06−34−18(TMB)−NH2のループ1のSer1は、力
価に対して極めてわずかな影響でもってNメチル化され得る(0.5対0.17nMのK
i(WTにおける))ことが示された。本出願人らは、この位置が位置1で、Cα上で大
きい二重置換に耐容したか否かを決定しようと努めた。この目的を達成するために、Se
r1を、Dpg(ジプロピルグリシン)で置き換えた(図15)。カリクレインに対する
このペプチドの親和性は、1.1nMであって、位置1は、実質上なんらかの嵩高い残基
に適応するのに極めて可塑性であることが示される。従って、ループ1中のこの位置は、
アミノ酸可溶化、放射性標識、色素標識、リンカー、コンジュゲーション部位などを含む
、所望の化学的な官能基または基の意図的な包含のために活用され得る。
ン(表10、9)で既に示されているとおり、Ala4は、Cαでの立体的方向に対して
、または骨格自体に対する修飾に対して、極めて鋭敏である。このクラスの2つ以上の誘
導体は、これを強調する。なぜなら、Ala4でのペプチド骨格の伸長(β−Ala4)
は、親和性を劇的に低下するからである(約20μM)。D−Ala4から予想されると
おり、Aib4は、親和性をほぼ同じ程度まで低下する(289nM、図15および表1
4)。著しいことに、Ala側鎖の1メチレンずつの伸長(Aba4)は、カリクレイン
に対する親和性を向上すると考えられる。
に起因するタンパク質分解に対する安定性の増大を期待して、中央のシステイン(Cys
2)を、より嵩高く、かつさらに制約されたアナログであるペニシラミン(Pen、図1
5)で置き換えた。実際、ラット血漿安定性はわずかに向上され、しかし力価は有意に低
下し、これによって、この構造的足場に接続性の残基の十分な完全性の重要性が強調され
る。
の組み合わせ>
感知できるほどの力価および最大のラット血漿安定性(方法番号1で決定される)を保
持したAc−06−34−18(TMB)−NH2の中の非天然の置換は、Arg5バリ
アントホモアルギニン(HomoArg5)、4−グアニジルフェニルアラニン(4Gu
anPhe5)およびN−メチルアルギニン(NMeArg5)であった。野生型ペプチ
ドに比較して力価を増大したAc−06−34−18(TMB)−NH2中の非天然の置
換は、Pro3アナログアゼチジンカルボン酸(Aze3)およびAla4アナログ2−
アミノ酪酸(Aba4)であった。従って、Aze3、Aba4を、プロテアーゼ安定性
向上性のHomoArg5、4GuanPhe5およびNMeArg5と組み合わせて、
これが、高い血漿安定性および力価の増大を有するペプチド候補を生じたか否かを決定し
た。
ラム、表15)によって、Arg5のN−メチル化が、ペプチドを保護するのに最も強力
であって(t1/2>20時間)、それに続くのがHomoArg5およびGuanPh
e5であったことが明らかになった。ArgのN−メチル化の強力な保護効果は、おそら
く驚くことではない。なぜならこれは、ペプチド結合の加水分解を直接妨げるからである
。これらの化合物中のAze3の封入の際に、これらのペプチドの親和性は、全ての場合
に増強され得、さらなる開発のためにAc−(06−34−18)Aze3 HomoA
rg5およびAc−(06−34−18) Aze3 NMeArg5の魅力的な候補を
作成する(表15、図16)。
現できない。なぜなら、Ki値は、Aba4なしで観察される値よりも高かったからであ
る。従って、Aze3の力価向上効果は、アルギニン置換の種類次第であるが、Aba4
のものはおそらく違う。
表15)。しかし、これらの値は、この段階では相対的であって、定量的ではない。なぜ
なら、ラットカリクレインのタンパク質調製は、ささいなものではなく、不純物を含んだ
からである。
ze3による親和性向上>
実施例1〜4における選択アウトプットから、本出願人らは、豊富だが、制約された変
更されたWPARモチーフを有したAc−06−34−18(TMB)−NH2に似てい
るいくつかの配列を発見した。これらは、WPSRおよびFPYRであった。後者は具体
的には、酸化感受性のトリプトファンを欠くので、興味深い。
親ペプチドに対して比較した(表21)。
2で置き換えれば、Kiの40倍の減少を被り、これによって、さらに嵩高いTrp2側
鎖の要件が強調される。しかし、この減少は、Ala4をTyr4で置き換えること(F
PYRモチーフをもたらす)によって損なわれ得、その結果、親和性がやはり、ほぼ野生
型WPAR配列の親和性まで増大する(Ki=0.46nM)。従って、Ac−06−3
4−18(TMB)−NH2バイシクルの位置2と位置4の残基の間で協同的な相互作用
がある。Ac−06−34−18(TMB)−NH2 Phe2Tyr4の中のTrp2
の高い標的結合親和性および欠失を考慮すれば、この候補は、上記の実施例に記載される
ようなアプローチを使用して、ラット血漿半減期を増大するために検討された。さらに、
本出願人らは、これらの残基を、非天然のアミノ酸アナログで置き換えることによって、
Phe2とTyr4との間の相互作用を検討した。
r4の非天然の置換
本出願人らは、Ac−06−34−18(TMB)−NH2 Phe2Tyr4リード
の中のPhe2またはTyr4に対する置換を組み込んでいる合成の限定的なセットを行
った。非天然のアミノ酸を図12の中と同じセットから選択して、親和性のデータを表2
2にまとめる。
、4Pal)であるか、芳香族および嵩高い(1Nal、2Nal、4,4−BPal)
または脂環式(Cha)実体であるかにかかわらず、十分許容される。3Palは、位置
2で十分耐容され(Ki=0.91)、これは、Palがイオン性基(これは、すなわち
、構築のために活用され得る)を含むので興味深い。しかし、もとのPhe2/Tyr4
の組み合わせが最も強力なままであると考えられる。
性およびアゼチジンカルボン酸3置換の効果>
Ac−06−34−18(TMB)−NH2 Phe2Tyr4を、ホモ−アルギニン
、4−グアニジルフェニルアラニンおよびN−メチルアルギニン置換を用いて、Aze3
の存在および不存在のもとで調製した。HomoArg/4Guanpheは十分耐容さ
れ、Ki値は、親のPhe2Tyr2ペプチドとほぼ同一であり(表23)、かつラット
血漿安定性は、13倍まで向上された(t1/2=12.2時間、表23、図16)。さ
らに、ラットカリクレインに対するIC50値は、親の値と同様であり、これによって、
インビボの研究について魅力的な候補であることが示される。
たペプチド候補が得られ、実際、1nM未満のKiを有するペプチドが生成され、これは
ラットで20時間を超える半減期を有する可能性が高い(Ac−(06−34−18)P
he2 Aze3Tyr4 NMeArg5)。
のヒト血漿安定性を改善する>
[主な血漿プロテアーゼ認識部位としてのHis7の特定]
以下のループ1修飾06−34−18ペプチドのラットおよびヒトの血漿安定性を、L
C−MSを用いて定量的に決定した(方法番号3、表2)。ラット血漿プロテアーゼに対
して安定性を付与する化学的修飾(HArg5、4GuanPhe5、NMe−Arg5
)は、ヒト血漿のタンパク質分解性の状況では有効ではないことが明らかである。
呼ばれる)を引き続き、ヒト血漿に供して、断片が現れるか経時的に解析した。これを、
06−34−18のNMe−Arg5誘導体(図18aおよび18b)を用いてヒト血漿
で観察される分解プロフィールと比較した。断片化を、方法番号2によって決定した。
His7のN末端側および/またはC末端側のいずれかで生じ、引き続きLeu6(細胞
外タンパク質分解活性を通じて)またはHis7−Gln8(細胞外タンパク質分解活性
を通じて)または3つ全ての残基を一緒に切り出す。観察される断片の性質から、最初の
細胞内タンパク質分解性加水分解事象は、His7とGln8との間ではなく、Leu6
とHis7との間のペプチド結合で生じる可能性が高い。さらに、Arg5上のラット血
漿プロテアーゼ認識ポイントがNメチル化でブロックされる場合、同じ断片化パターンが
観察され(図18b)、このことは、ヒト血漿のタンパク質分解性特性がラットのものと
は別個であることを示している。
引き続き、ヒト血漿安定性およびヒトカリクレイン力価に対するそれらの効果に関して
ループ2の残基の各々の役割を評価した。
チを用いて、完全なループ2アミノ酸スキャンを以下によって行った。
1)ループ2アミノ酸の各々をアラニンで置き換えて、プロテアーゼ(単数または複数
)についての認識ポイントとして機能する側鎖を除去すること
2)ループ2のアミノ酸の各々をそのDアミノ酸鏡像異性対応物で置き換えて、変性プ
ロテアーゼ(複数可)による接近と立体的に対抗すること
3)ループ2のアミノ酸のいくつかをDアラニンで置き換えて、プロテアーゼ(複数可
)によるペプチド結合への接近と立体的に対抗すること
る。
表3aは、−L、−HQ、−LHQ断片が検出不能であったので、Ala7によるHi
s7の修飾が、第2のループ中のタンパク質分解性の変化を低下すると考えられることを
示す。しかし、Arg5上のループ1中のタンパク質分解性の分解(これは、ラット血漿
でのみ以前に観察された)は現在検出可能になっている。従って、ヒト血漿プロテアーゼ
が両方のタンパク質分解認識ポイント(Arg5およびHis7)を攻撃できることが明
らかである。Ala7がたとえ、His7に比べて安定性を向上すると考えられ(野生型
ペプチドにおいてのように)ても、その力価は有意に低下し(56分の1)、Kdは23
nMになり、これは、治療分子には十分に強力ではない。残りのAla置換は全て、血漿
安定性の増大はないが、力価を種々の程度まで低下する(ループ2分解バイシクルペプチ
ド断片の出現によって判定、表3a第4カラム)。まとめると、これによって、His7
の側鎖がプロテアーゼ認識ポイントであるという知見が強調される。
表3bは、アミノ酸の各々をD鏡像異性体対応物で置き換える効果を示す。この修飾は
、側鎖をインタクトに残すが、これをCα上で代替の構成に投影する。ループ2内の任意
の位置のDアミノ酸は、タンパク質分解からペプチドのループ2を安定化すると考えられ
るが、しかし、上記のAla7バリアントでわかるとおり、特異性は、現在ループ1中の
不安定部位に切り替わる(Arg5)。Arg5への加水分解の切り替えによって、ルー
プ2中のDアミノ酸誘導性安定化の効果を定量することが困難にされる。なぜならこの独
立したプロセスは、残りの親物質(下でさらに取り組まれる)の量に影響するからである
。Dアミノ酸置換の遠位保護効果は、文献中で認識されており、加水分解性結合への接近
を立体的に低下または防止することによって機能する可能性が高い(Tugyi et
al(2005)PNAS,102(2),413−418)。しかし、D−アミノ酸類
はさらに進行性に推定のHis7プロテアーゼ認識部位(すなわち、D−Asp9、D−
Leu10)から離れ、またHis7に隣接する、切り出されたロイシン6に対応する少
量の断片を示す。
〜9000分の1の低下)を示し、このことは、カリクレインタンパク質とのペプチドの
相互作用の三次元および立体の性質を強調する。D−Asp9は、安定性の増大が観察さ
れるが、4nM(WTに比較して9分の1に低下)の力価が維持されているという点で、
例外であると考えられる。この修飾は、候補治療分子中の有用な安定化置換である可能性
があり得る。
表3cは、2〜3の選択のループ2アミノ酸をD−アラニンで置き換えることの効果を
示す。この側鎖を取り除くこと、および現在導入されたメチル基に起因してCα上に立体
ブロックを導入することは、力価に対して強力に有害な影響を有する。それにもかかわら
ず、2つの事例では、低ナノモル親和性は、保持される(Ac−(06−34−18)D
−Ala9、およびAc−(06−34−18)Phe2 Tyr4 D−Ala9)。
D−Asp9と同様に、これらの修飾は、候補治療分子中の有用な安定性置換である可能
性があり得る。
その後、Leu6、His7およびGln8のアミノ酸置換の活動は、これらの残基の
立体的、荷電上および構造的な要件を評価するために、ならびに血漿プロテアーゼによる
His7部位の認識の低下に対するそれらの影響を評価するために行った(ループ2の構
造は、図19aに示す)。
残基Leu6では、Leu6とHis7との間の切断可能な結合に対するプロテアーゼ
の接近を低下させる目的で、アミノ酸のCβで立体的なバルクを導入することが求められ
た。試験された構造を図19bに示す。力価に対する効果を、表24aにまとめる。いく
つかの修飾によって、特にAc−(06−34−18)の状況では、野生型ペプチドに比
較した親和性の強化が示される(Ac−(06−34−18)Phe2 Tyr4の状況
ではもっと少ない)。具体的には、これらは、天然でないアミノ酸フェニルグリシン(P
hg)およびシクロヘキシルグリシン(Chg)である。これらの修飾の全てが、第2の
ループでタンパク質分解切断をある程度低下すると考えられるが、最も強力な安定化因子
は、tert−ブチルグリシン(tBuGly)であることが証明された。このペプチド
、Ac−(06−34−18)Phe2 Tyr4 tBuGly6は、ヒト血漿に供さ
れた場合、第1のループにおけるArg5の除去のみを示した。まとめると、任意のCh
g、Phg、およびtBuGly修飾が、第2のループの血漿安定性を増強するように機
能し得る。さらに、本出願人らは、カリクレインに対する力価を向上する2つの修飾(C
hg、Phg)を特定した。
残基7では、ヒスチジン側鎖を置換することによる血漿安定性および力価に対する影響
を、以下の模倣物を使用して研究した。ピリジルアラニン2Pal、3Pal、4Pal
は、イミダゾール側鎖の塩基性のイオン性芳香族複素環模倣物である。チエニルアラニン
(Thi)、フリルアラニン(FuAla)、ThiAz、1,2,4トリアゾールアラ
ニン、(1,2,4トリアザ)、チアゾリルアラニン(ThiAz)は、イミダゾール側
鎖の5員の複素環式芳香族非荷電模倣物である。His1Me/His3Meは、イミダ
ゾール側鎖のNメチル置換誘導体である。Dap、AgbおよびAgpは、しかし、芳香
族側鎖を欠いている、イミダゾール側鎖の正の荷電の置換に相当する(図19c)。表2
4bは、力価のデータをまとめている。著しく、全てのペプチドが、ループ2では血漿プ
ロテアーゼに対する安定性の向上を示し、可視の分解はループ1中でArg5でのみ生じ
た。明らかに、位置7の正の電荷は、血漿プロテアーゼについての認識ポイントを提供す
るのに十分ではない(Dap、Agp、Agb)。逆に、もともとのイミダゾール側鎖の
密接な模倣を保持したままで正の電荷を除去することはまた、タンパク質分解認識部位も
除去する。もとのイミダゾール環に対するいくつかの構造の極めて密接な模倣にもかかわ
らず、全てのペプチド誘導体は、血漿カリクレインに対して有意に低下した親和性を示す
。これによって、His7のインタクトな構造が、カリクレインに対する結合が完全な力
価を有するのに必要であることが示される。低ナノモル結合を保持した興味深い候補は、
チアゾリルアラニン、フリルアラニン、およびHis1Meであった。興味深い推定の候
補は、ホモヒスチジン、およびイミダゾリルグリシンであり得る。
残基8(Gln8)は、Leu6とHis7との間に存在する切断部位に対してさらに
遠位である。2〜3の置換基を試験した(図19dおよび表24c)。負に荷電されたア
ミノ酸をこの位置に導入して、塩架橋を近隣のHis7に対して仕向け、これが血漿プロ
テアーゼによるHis7の認識を低下し得る。これもヒスチジン7を欠いていた、ファー
ジ選択アウトプットに存在した追加のループ2の配列を試験した。このループ2配列は、
LTTEL(Ac−(06−34−18)Phe2 Tyr4 Thr7 Thr8 G
lu9と呼ばれる)であった。さらに、βアミノ酸を位置8で試験した(bHGln8、
図19d)。His7のタンパク質分解認識および引き続く分解を潜在的に邪魔するよう
に、正の電荷のアミノ酸をまた、この位置で試験した。これらの分子の力価は10ナノモ
ル未満である場合が多かったが、血漿安定化に対する効果は小さかった。これらの分子に
よって、血漿安定性に対するそれらの正確な影響を決定する定量的研究がさらに正当化さ
れ得る。
血漿安定性を改善する>
アミノ酸骨格修飾は、広く認識された手段であって、これによってペプチド骨格は、プ
ロテアーゼ加水分解から保護され得る(概説については、Gentilucci at
al,Curr.Pharmaceutical Design,(2010),16,
3185−203およびNestor et al,Curr.Medicinal C
hem(2009),16,4399−418を参照されたい)。
をN−メチル化することである。表25aは、ループ2のアミド骨格をそれらのNα−メ
チル化対応物で体系的に置き換えることの効果を示す。原理的には、これは、極めて有効
な加水分解保護的な修飾である。なぜならペプチド結合自体がタンパク質分解性の加水分
解から保護されるだけではなく、Nα上のメチル基のバルクが、近隣のペプチド結合に保
護的影響も有するからである。実際、ループ2タンパク質分解に対する強力に保護的な効
果は、観察可能であるが、力価は、100以上の倍数まで常に低下する。Dアミノ酸置換
と同様に、N−アルキル化は、His7で切断可能部位を、これがAsp9またはLeu
10に存在する場合でさえ、保護する。
いるNαのNアルキル化によって修飾され得る。ホモヒスチジン側鎖を、His7のNα
に導入したが、一方でHis7のCα上の側鎖を同時に除去し、N−アルキルグリシンを
生じる。この誘導体の構築は、06−34−18の全体的な第2のループの状況内で、図
20aに示す(N−His7と命名)。
is7との間に導入した(図20b)。ここで、Leu6を、Ala6で置き換え、この
残基上のカルボニルを、メチレンに還元して、天然のペプチド結合を全く欠く連結を生じ
る。この誘導体は、「還元アミド」または「擬ペプチド結合(pseudopeptid
e bond)」を指し、ψCH2NHと命名される。この位置でのカルボニルの非存在
に起因して、このペプチドは、この位置で加水分解できず、ペプチドに対する好ましいプ
ロテアーゼ安定性の特徴を推論すべきである。
yr4 N−HisおよびAc−(06−34−18)Phe2 Tyr4 Ala(ψ
CH2NH)6)は、ループ2中で有意に増強された安定性を示した。観察された断片は
、単に、Arg5上のループ1中の分解に相当する。力価データは、表25bにまとめら
れる。期待どおり、N−His誘導体は、強力に低下した結合を示した。しかし、擬アミ
ドペプチドAc−(06−34−18)Phe2 Tyr4 Ala(ψCH2NH)6
)は、1.5nMのKdで極めて良好な力価を保持した。
漿安定性、交差反応性の二環性ペプチドリードの生成>
先行する2つの実施例から、いくつかのループ2修飾(良好な力価を提示するが、ルー
プ2中でプロテアーゼ安定性が増強された)を特定した。ラット血漿カリクレインに対す
る適切な力価の保持は、動物モデルでPK/PDを確立するために望ましい。ラット能力
の比較を、適切なループ2安定性増強候補について、表26aでまとめた。ほとんどの分
子は、ラット血漿カリクレインに対して100nM未満の力価を示す。
れ得る方法を開示した。これらの有利な修飾は、ループ2中の血漿安定性増強修飾と組み
合される(実施例7、8)。いくつかの代表的な候補を調製して、ヒト/ラット血漿安定
性、およびヒト/ラット血漿カリクレインに対する力価について評価した(表26b)。
ープ2修飾子単独を有するペプチドよりもヒトおよびラットカリクレインに対する力価が
優れている(表26a)。ほとんどの力価は、治療およびPK/PD目的のためにある範
囲では許容できる(ヒトおよびラットのカリクレインデータを参照されたい、表26b)
。
修飾の導入(His7部位でタンパク質分解を低下した)に起因して、表26aおよび2
6bに示されるペプチドは、ヒトおよびラット血漿の両方で安定性の向上を示すはずであ
る。
および方法番号2)、ペプチド性加水分解の断片の形成を、経時的に観察した(野生型安
定性については、図18a、21a、21bを参照されたい)。野生型ペプチドに比較し
て、多価ペプチドAc−(06−34−18)Phe2 Aze3 Tyr4 HArg
5 Ala(ψCH2NH)6(ヒト血漿安定性:図21d、ラット血漿安定性:図21
e)およびAc−(06−34−18)Phe2 Aze3 Tyr4 HArg5 D
−Asp9(ヒト血漿安定性:図21c)は、ヒトラット血漿の両方で顕著に向上された
安定性を示す。
る適切な修飾を組み合わせて、高度に強力、交差反応性および血漿安定性の二環性(bi
cyclic)ペプチド(これは治療目的に適切なプロファイルを示す)を生じ得ること
が示される。
HArg5 Ala(ψCH2NH)6およびAc−(06−34−18)Phe2 A
ze3 Tyr4 HArg5 D−Asp9の有利なインビボ薬物動態学的特性>
ペプチドAc−(06−34−18)Phe2 Aze3 Tyr4 HArg5 A
la(ψCH2NH)6(これは、ループ2中でAla6とHis7との間の親和性向上
性修飾Aze3および血漿プロテアーゼ安定性向上性修飾HArg5および血漿プロテア
ーゼ安定性向上性還元アミド結合を含む)およびAc−(06−34−18)Phe2
Aze3 Tyr4 HArg5 D−Asp9(これは、ループ2中に親和性向上性修
飾Aze3および血漿プロテアーゼ安定性向上性修飾HArg5およびD−Asp9を含
む)を、ラット中で薬物動態学的アセスメントについて選択した。Ac−(06−34−
18)Phe2 Aze3 Tyr4 HArg5 Ala(ψCH2NH)6の完全な
化学構造を図22に示す。
6−34−18)(TMB)配列から構成された対照のペプチド(そのアミノ酸は、各々
のそれぞれのD−鏡像異性体によって置き換えられた(したがってこの配列は、「(Ac
−cswparclhqdlc−NH2(TMB)である))と比較した。この対照のペ
プチドは同一の原子組成および配列組成を有し、同様の物理化学的特性を保持し、カリク
レイン標的に対する任意の力価を欠き、かつ重要なことにタンパク質分解性活性に対して
完全に耐性である。従って、全D型の(All D)Ac−06−34−18対照ペプチ
ドのラット循環からのクリアランスは、タンパク質分解性によってもたらされるクリアラ
ンスが存在しないので、ほとんど腎臓による。なんらかの最適化されたプロテアーゼ安定
化および強力なカリクレイン阻害性バイシクル(Bicycle)(06−34−18配
列に基づく)は、従って、対照の全D型の(All−D)06−34−18ペプチドと同
様の速度でラット循環から排出されるはずである。
02mg/mL(2.9%のDMSOを含む)で、PBS緩衝化溶液中で静脈内ボーラス
として適用し、連続の血液試料を、各々の動物から、留置尾静脈カニューレを介して、投
与後、5、10、20、30、60、120、および240分間で採取し、血漿生成のた
めにEDTAチューブに移した。データは、3匹のラットからペプチド「全D型(all
D)Ac−06−34−18」について、2匹のラットから「Ac−(06−34−1
8)Phe2 Aze3 Tyr4 HArg5 Ala(ψCH2NH)6」について
、および2匹のラットから「Ac−(06−34−18)Phe2 Aze3 Tyr4
HArg5 D−Asp9」について、入手した。
して、沈殿したタンパク質を、遠心分離によって取り出し、その上清をUPLC−MS/
MSによって分析した。
した。薬物動態学的パラメータは、Summit Research Serviceか
らのソフトウェアパッケージPK Solutions2.0を用いてノンコンパートメ
ント分析で決定した。
Ala(ψCH2NH)6は、48分という排出半減期を示したが、対照の全D型06−
34−18ペプチドは、54分の半減期で排出された。2つのペプチドについての分布の
容積を比較した(表27、図23)。従って、薬理学的に活性な(Ac−(06−34−
18)Phe2 Aze3 Tyr4 HArg5 Ala(ψCH2NH)6ペプチド
は、薬理学的に不活性なプロテアーゼ、安定な全D型06−34−18対照ペプチドと同
じく安定であって、このことは、(Ac−(06−34−18)Phe2 Aze3 T
yr4 HArg5 Ala(ψCH2NH)6が治療剤としてさらなる開発のための好
ましい特性を有することを示す(図23)。ペプチドAc−(06−34−18)Phe
2 Aze3 Tyr4 HArg5 D−Asp9は、さらに迅速に排出されたが、排
出半減期は約27分であった。
he2 Aze3 Tyr4 HArg5 Ala(ψCH2NH)6のタンパク質分解
に対する安定性の向上を強調する。5.8mL/分/kgでのクリアランスは、ラットで
の公開された腎濾過速度(約8〜9mL/分/kg)に極めて近く、このことは、この二
環性(Bicyclic)ペプチドの血漿プロテアーゼに由来するクリアランスが、実質
上存在しないことを示す[Jobin J,Bonjour JP,(1985)Am
J Physiol.;248(5Pt2):F734−8]。
法および材料と同様または均等のいずれかの方法および材料を用いることができる。係る
使用に適した方法、機器および材料は、上に記載されている。本明細書において引用され
ているあらゆる刊行物は、本発明に関連して用いることのできる、係る刊行物に報告され
ている方法論、試薬およびツールを説明および開示する目的のため、ここに本明細書の一
部を構成するものとしてその全内容を援用する。
Claims (16)
- ヒトカリクレインに特異的なペプチドリガンドであって、前記ペプチドリガンドが、少
なくとも2つのループ配列によって隔てられる少なくとも3つの反応性基を含むポリペプ
チドと、前記ポリペプチドの前記反応性基と共有結合を形成する分子足場とを含み、その
結果、少なくとも2つのポリペプチドループが前記分子足場上に形成され、前記ペプチド
リガンドの前記ループが5つのアミノ酸を含み、1つのループがモチーフGr T/LHQ
/TxLGrを含む、ペプチドリガンド。 - 前記ペプチドリガンドのループが5つのアミノ酸を含み、1つのループがモチーフGr
xHxDLGrを含み、ここでGrが反応性基である、請求項1に記載のペプチドリガン
ド。 - 前記ペプチドリガンドのループが5つのアミノ酸を含み、1つのループがモチーフGr
THxxLGrを含み、ここでGrが反応性基である、請求項1に記載のペプチドリガン
ド。 - 2つの隣接ループが、モチーフGrxW/FPxK/RGr T/LHQ/TDLGrを
含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のペプチドリガンド。 - 表4、表5、表6、表25b、表26a、表26bまたは図22に示されるポリペプチ
ドのうちの1つを含む、請求項7〜11のいずれか1項に記載のペプチドリガンド。 - ループ2中のHis7の除去、または任意の非荷電もしくは荷電化学物質によるヒスチ
ジン側鎖の置換が、前記ペプチドリガンドの安定性を向上させる、請求項1〜5のいずれ
か1項に記載のペプチドリガンド。 - タンパク質分解に対する安定性が、His7に対してN末端またはC末端に隣接するペ
プチド結合の化学修飾によって向上する、請求項6に記載のペプチドリガンド。 - 化学修飾が、α−N−アルキル化、または還元アミド型のペプチド結合の修飾である、
請求項7に記載のペプチドリガンド。 - タンパク質分解に対する安定性が、His7に隣接するアミノ酸の立体障害によって向
上する、請求項6に記載のペプチドリガンド。 - 前記立体障害が、位置9のそのDアミノ酸鏡像異性体またはα−N−アルキル化での置
換から生じる、請求項9に記載のペプチドリガンド。 - タンパク質分解に対する安定性が、位置6での立体障害アミノ酸の導入によって向上す
る、請求項6に記載のペプチドリガンド。 - タンパク質分解に対する安定性が、位置6でのフェニルグリシンまたはシクロヘキシル
グリシンのなどのCβ誘導体化アミノ酸の導入によって向上し、それによりヒト血漿カリ
クレインに対するペプチドリガンド配列の力価が向上し、C末端ペプチド結合の前記タン
パク質分解加水分解が低下する、請求項6に記載のペプチドリガンド。 - 1つまたは複数の非天然のアミノ酸置換を含み、プロテアーゼ分解に耐性である、請求
項1〜12のいずれか1項に記載のペプチドリガンド。 - 前記ポリペプチドが、モチーフGrxWPARGrまたはGrxFPYRGrを含む第
1のループと、モチーフGr T/LHQ/TxLGrを含む第2のループとを含む、請求
項1〜14のいずれか1項に記載のペプチドリガンド。 - 前記第1のループProが、アゼチジンカルボン酸で置き換えられており、および/ま
たは第1のループRが、N−メチルアルギニンで置き換えられており、および/またはR
が、ホモアルギニンで置き換えられており、および/またはRが、グアニジルフェニルア
ラニンで置き換えられている、請求項15に記載のペプチドリガンド。 - 前記ポリペプチドが、モチーフGrxFPYRGrを含む第1のループを含み、ここで
Rが、N−メチルアルギニンで置換されており、および/またはRがホモアルギニンで置
換されており、および/またはRがグアニジルフェニルアラニンで置換されており、Pr
oがアゼチジンカルボン酸で置換されている、請求項16に記載のペプチドリガンド。
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