JP2020033382A - Methods for controlling antigen affinity of antibodies, antibodies with modified antigen affinity and methods of making them - Google Patents

Methods for controlling antigen affinity of antibodies, antibodies with modified antigen affinity and methods of making them Download PDF

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真吾 前田
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Abstract

To provide techniques for controlling affinity of an antibody to an antigen and antibodies having modified affinity to an antigen.SOLUTION: The above problem is solved by substituting at least three amino acid residues of framework region 3 defined by Chothia numbering in an antibody with charged amino acid residues according to the electric characteristics of the complementarity determining region (CDR) based on the amino acid sequence of the CDR.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、抗体の抗原に対する親和性を制御する方法に関する。また、本発明は、抗原に対する親和性が改変された抗体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a method for controlling the affinity of an antibody for an antigen. The present invention also relates to an antibody having an altered affinity for an antigen and a method for producing the same.

従来、抗体のアミノ酸配列に変異を導入することにより、該抗体の抗原に対する親和性を改変させる技術が知られている。例えば、特許文献1には、抗体の相補性決定領域(CDR)のアミノ酸配列に変異を導入して、該抗体の抗原に対する親和性を低下させる方法が記載されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for modifying the affinity of an antibody for an antigen by introducing a mutation into an amino acid sequence of the antibody has been known. For example, Patent Literature 1 describes a method for reducing the affinity of an antibody for an antigen by introducing a mutation into an amino acid sequence of a complementarity determining region (CDR) of the antibody.

CDRではなく、可変領域にあるフレームワーク領域のアミノ酸配列に変異を導入して、抗原に対する親和性を改変することも知られている。例えば、非特許文献1及び特許文献2には、トロポニンIに結合する一本鎖抗体(scFv)のフレームワーク領域3に位置する60番目、63番目、65番目及び67番目のアミノ酸残基を、塩基性アミノ酸であるリジン又はアルギニン残基に置換したことが記載されている。トロポニンIは、荷電アミノ酸の含有量が多い抗原である。非特許文献1及び特許文献2では、まず、pIが3.57である酸性エピトープを認識する一本鎖抗体及びpIが11.45である塩基性エピトープを認識する一本鎖抗体を作製している。非特許文献1及び特許文献2には、これらの一本鎖抗体への塩基性アミノ酸残基の導入により生じる電気的引力を利用して、トロポニンIへの親和性を向上できたことが記載されている。   It is also known to alter the affinity for an antigen by introducing a mutation into the amino acid sequence of the framework region in the variable region instead of the CDR. For example, Non-Patent Documents 1 and 2 disclose amino acid residues at positions 60, 63, 65 and 67 located in framework region 3 of a single-chain antibody (scFv) that binds to troponin I. It is described that the amino acid was substituted with a lysine or arginine residue which is a basic amino acid. Troponin I is an antigen with a high content of charged amino acids. In Non-patent Document 1 and Patent Document 2, first, a single-chain antibody recognizing an acidic epitope having a pI of 3.57 and a single-chain antibody recognizing a basic epitope having a pI of 11.45 are prepared. Non Patent Literature 1 and Patent Literature 2 describe that the affinity for troponin I could be improved by utilizing the electric attraction caused by the introduction of a basic amino acid residue into these single-chain antibodies. ing.

米国特許出願公開第2012/0329995号明細書US Patent Application Publication No. 2012/0329995 国際公開第2013/084371号パンフレットWO 2013/084371 pamphlet

Fukunaga A及びTsumoto K, Improving the affinity of an antibody for its antigen via long-range electrostatic interactions, Protein Eng. Des. Sel. vol.26, no.12, p.773-780, 2013Fukunaga A and Tsumoto K, Improving the affinity of an antibody for its antigen via long-range electrostatic interactions, Protein Eng.Des.Sel. Vol.26, no.12, p.773-780, 2013

非特許文献1及び特許文献2には、抗体抗原反応における結合速度定数を増加させる観点から、抗トロポニンI抗体のフレームワーク領域3(FR3)に上記のような変異を導入して、トロポニンIへの親和性を向上させている。しかし、これらの文献には、抗トロポニンI抗体以外の抗体も、同じ手法によって抗原への親和性を改変できるかについては記載されていない。   Non-Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose that the above-described mutation is introduced into framework region 3 (FR3) of anti-troponin I antibody to increase the binding rate constant in the antibody-antigen reaction, Improves affinity. However, these documents do not describe whether antibodies other than the anti-troponin I antibody can modify the affinity for the antigen by the same technique.

また、非特許文献1及び特許文献2には、抗原への親和性を向上させたことしか記載されていない。一方、抗体を試薬として利用する場合、抗原への親和性が向上した抗体だけでなく、親和性が低下した抗体が求められることもある。例えば、抗原に対する親和性が低下した抗体は、抗原抗体反応の適切な対照として使用できる。よって、抗体の抗原に対する親和性を制御する技術の確立が望まれる。   Further, Non-Patent Document 1 and Patent Document 2 only describe that the affinity for an antigen is improved. On the other hand, when an antibody is used as a reagent, not only an antibody having an improved affinity for an antigen but also an antibody having a reduced affinity may be required. For example, an antibody with reduced affinity for an antigen can be used as a suitable control for an antigen-antibody reaction. Therefore, establishment of a technique for controlling the affinity of an antibody for an antigen is desired.

本発明者らは、抗体のFR3のアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換すると、抗体の種類に応じて、抗原に対する親和性を向上又は低下できることを見出した。そして、そのような親和性の変化の差が、CDRに含まれる荷電アミノ酸残基の数に基づいて決定されるCDRの電気的特性と関連することを見出して、本発明を完成した。   The present inventors have found that, by substituting the amino acid residue of FR3 of the antibody with a charged amino acid residue, the affinity for the antigen can be improved or reduced depending on the type of the antibody. Then, they have found that such a difference in the change in affinity is related to the electrical properties of the CDR determined based on the number of charged amino acid residues contained in the CDR, and completed the present invention.

よって、本発明は、抗体の抗原に対する親和性を制御する方法を提供する。この方法では、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性又は負電荷の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換する。   Thus, the present invention provides a method for controlling the affinity of an antibody for an antigen. In this method, at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method are replaced by charged amino acid residues in an antibody having a neutral or negative electric property of CDR based on the amino acid sequence of CDR.

また、本発明は、抗原に対する親和性が改変された抗体の製造方法を提供する。この方法は、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性又は負電荷の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換する工程と、置換工程で得られた抗体を回収する工程とを含む。   The present invention also provides a method for producing an antibody having an altered affinity for an antigen. This method comprises the steps of, in an antibody having a neutral or negative electric characteristic of CDR based on the amino acid sequence of CDR, replacing at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method with charged amino acid residues, Recovering the antibody obtained in the replacement step.

さらに、本発明は、抗原に対する親和性が改変された抗体を提供する。この抗体においては、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性又は負電荷であり、未改変の抗体におけるChothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基が、荷電アミノ酸残基に置換されている。   Further, the present invention provides an antibody having an altered affinity for an antigen. In this antibody, the electrical properties of the CDR based on the amino acid sequence of the CDR are neutral or negatively charged, and at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method in the unmodified antibody are charged amino acid residues. Has been replaced by

本発明によれば、抗原に対する親和性が改変された抗体が提供される。   According to the present invention, there is provided an antibody having an altered affinity for an antigen.

野生型の抗インスリン抗体及びその変異型と、抗原(インスリン)との相互作用における解離定数を示すグラフである。It is a graph which shows the dissociation constant in the interaction with an antigen (insulin) and a wild-type anti-insulin antibody and its variant. 野生型の抗甲状腺刺激ホルモン受容体(TSHR)抗体及びその変異型と、抗原(TSHR)との相互作用における解離定数を示すグラフである。1 is a graph showing the dissociation constant in the interaction between a wild-type anti-thyroid stimulating hormone receptor (TSHR) antibody and its mutant and an antigen (TSHR). 野生型の抗インスリン抗体及びその変異型、並びに抗原(インスリン)の表面電荷分布を示す図である。It is a figure which shows the surface charge distribution of a wild type anti-insulin antibody and its mutant form, and an antigen (insulin). 野生型の抗TSHR抗体及びその変異型、並びに抗原(TSHR)の表面電荷分布を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the surface charge distribution of a wild-type anti-TSHR antibody and its mutant form, and an antigen (TSHR). 野生型の抗インスリン抗体及びその変異型の熱安定性を示差走査熱量計(DSC)で測定したときの解析ピークを示すグラフである。4 is a graph showing analysis peaks when the thermal stability of a wild-type anti-insulin antibody and its mutant is measured by a differential scanning calorimeter (DSC). 野生型の抗リゾチーム抗体及びその変異型と、抗原(リゾチーム)との相互作用における解離定数を示すグラフである。4 is a graph showing the dissociation constant in the interaction between a wild-type anti-lysozyme antibody and its mutant form and an antigen (lysozyme). 野生型の抗B型肝炎表面抗原(HBsAg)抗体及びその変異型と、抗原(HBsAg)との相互作用における解離定数を示すグラフである。It is a graph which shows the dissociation constant in the interaction with the antigen (HBsAg) and the wild-type anti-hepatitis-B surface antigen (HBsAg) antibody and its variant.

[1.抗体の抗原に対する親和性を制御する方法]
本実施形態の抗体の抗原に対する親和性を制御する方法(以下、「制御方法」ともいう)では、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性又は負電荷である抗体が、抗原への親和性を制御する対象となる。本実施形態の制御方法は、そのような電気的特性を有する抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換することにより、該抗体の抗原に対する親和性を制御することを可能にする。ここで、「親和性を制御する」とは、抗体の抗原に対する親和性を向上させること及び抗体の抗原に対する親和性を低下させることの両方をいう。よって、本実施形態の制御方法は、抗体の抗原に対する親和性を改変する方法と解釈してもよい。
[1. Method for controlling affinity of antibody for antigen]
In the method of controlling the affinity of the antibody of the present embodiment for an antigen (hereinafter, also referred to as a `` control method ''), an antibody in which the electrical properties of a CDR based on the amino acid sequence of the CDR are neutral or negatively charged is converted to an antigen. To control the affinity of In the control method of the present embodiment, in an antibody having such electrical properties, by replacing at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method with charged amino acid residues, the affinity of the antibody for an antigen is To control the gender. Here, "controlling the affinity" refers to both improving the affinity of the antibody for the antigen and decreasing the affinity of the antibody for the antigen. Therefore, the control method of the present embodiment may be interpreted as a method of modifying the affinity of an antibody for an antigen.

本実施形態の制御方法において抗原への親和性を制御する対象となる元の抗体を、「未改変の抗体」ともいう。本明細書において、未改変の抗体におけるChothia法で定義されるFR3のアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換することを、「変異を導入する」ともいう。そのような置換を「変異の導入」又は単に「変異」ともいう。また、未改変の抗体に変異を導入して得られる抗体を、「親和性が制御された抗体」ともいう。   The original antibody whose affinity to the antigen is controlled in the control method of the present embodiment is also referred to as “unmodified antibody”. In the present specification, replacing an amino acid residue of FR3 defined by the Chothia method in an unmodified antibody with a charged amino acid residue is also referred to as “introducing a mutation”. Such substitutions are also referred to as "mutation" or simply "mutation." In addition, an antibody obtained by introducing a mutation into an unmodified antibody is also referred to as “an antibody with controlled affinity”.

本実施形態では、変異の導入により未改変の抗体の表面電荷分布が変化して、抗原に対する親和性が制御される。すなわち、親和性が制御された抗体は、未改変の抗体と比較して、抗原に対する親和性が向上又は低下している。本実施形態において、親和性が制御された抗体の抗原に対する親和性は、抗原抗体反応における動力学的パラメータにより評価してもよいし、ELISA法などの免疫学的測定法により評価してもよい。動力学的パラメータとしては、結合速度定数(kon)、解離速度定数(koff)及び解離定数(KD)が挙げられ、好ましくはKDである。抗原抗体反応における動力学的パラメータは、表面プラズモン共鳴(SPR)技術により取得できる。 In the present embodiment, the introduction of the mutation changes the surface charge distribution of the unmodified antibody, thereby controlling the affinity for the antigen. That is, the antibody whose affinity is controlled has improved or reduced affinity for the antigen as compared to the unmodified antibody. In the present embodiment, the affinity of the antibody whose affinity is controlled for the antigen may be evaluated by a kinetic parameter in the antigen-antibody reaction, or may be evaluated by an immunological measurement method such as an ELISA method. . The kinetic parameters, association rate constant (k on), dissociation rate constant (k off) and dissociation constant (K D) and the like, preferably K D. Kinetic parameters in the antigen-antibody reaction can be obtained by surface plasmon resonance (SPR) technology.

本実施形態の制御方法により抗体の抗原に対する親和性が向上する場合、例えば、抗原抗体反応におけるKDの値は、未改変の抗体と比較して、約1/2、約1/5、約1/10、約1/20、約1/50、約1/100又は約1/1000である。一方、抗体の抗原に対する親和性が低下する場合、抗原抗体反応におけるKDの値は、未改変の抗体と比較して、約2倍、約5倍、約10倍、約20倍、約50倍、約100倍又は約1000倍である。 May improve affinity for the antibody antigen under the control method of this embodiment, for example, the value K D of the antigen-antibody reaction, as compared to the unmodified antibody, about 1/2, about 1/5, about 1/10, about 1/20, about 1/50, about 1/100 or about 1/1000. On the other hand, if the affinity of the antibody for the antigen is reduced, the value K D of the antigen-antibody reaction, as compared to the unmodified antibody, about 2-fold, about 5 fold, about 10 fold, about 20 fold, about 50 Times, about 100 times or about 1000 times.

本実施形態において、未改変の抗体は、いずれの抗原を認識する抗体であってもよい。好ましい本実施形態では、未改変の抗体は、軽鎖及び重鎖の可変領域をコードする遺伝子の塩基配列が公知であるか又は該塩基配列を確認可能な抗体である。具体的には、公知のデータベースに抗体遺伝子の塩基配列が開示されている抗体か、又は該抗体を産生するハイブリドーマが入手可能な抗体である。そのようなデータベースとしては、例えばNational Center for Biotechnology Information(NCBI)により提供されるGeneBankなどが挙げられる。また、抗体のクラスは、IgG、IgA、IgM、IgD及びIgEのいずれであってもよいが、好ましくはIgGである。   In the present embodiment, the unmodified antibody may be an antibody that recognizes any antigen. In the preferred embodiment, the unmodified antibody is an antibody whose nucleotide sequence of a gene encoding a light chain and a heavy chain variable region is known or whose nucleotide sequence can be confirmed. Specifically, it is an antibody in which the nucleotide sequence of the antibody gene is disclosed in a known database, or an antibody for which a hybridoma producing the antibody is available. Examples of such a database include GeneBank provided by the National Center for Biotechnology Information (NCBI). The class of the antibody may be any of IgG, IgA, IgM, IgD, and IgE, but is preferably IgG.

本実施形態において、未改変の抗体は、変異が導入されることとなるFR3を含む可変領域を有するかぎり、抗体断片の形態にあってもよい。また、親和性が制御された抗体は、変異が導入されたFR3を含む可変領域を有するかぎり、抗体断片の形態にあってもよい。そのような抗体断片としては、例えばFab断片、F(ab')2断片、Fab'断片、Fd断片、Fv断片、dAb断片、一本鎖抗体(scFv)などが挙げられる。それらの中でも、Fab断片が特に好ましい。   In this embodiment, the unmodified antibody may be in the form of an antibody fragment as long as it has a variable region containing FR3 into which a mutation is to be introduced. The antibody whose affinity is controlled may be in the form of an antibody fragment as long as it has a variable region containing the mutation-introduced FR3. Examples of such antibody fragments include Fab fragments, F (ab ') 2 fragments, Fab' fragments, Fd fragments, Fv fragments, dAb fragments, single-chain antibodies (scFv), and the like. Among them, Fab fragments are particularly preferred.

CDRは、抗体の軽鎖及び重鎖のそれぞれの可変領域に3つずつ存在し、抗体の抗原結合部位を構成する。3つのCDRは、抗体鎖のアミノ末端から数えてCDR1、CDR2及びCDR3と呼ばれる。CDRは抗体の特異性に関与するので、本実施形態において、親和性が制御された抗体は、CDRに変異を有さないことが好ましい。すなわち、親和性が制御された抗体のCDRのアミノ酸配列は、未改変の抗体のCDRのアミノ酸配列と同じであることが好ましい。   Three CDRs are present in each of the variable regions of the light and heavy chains of the antibody, and constitute the antigen-binding site of the antibody. The three CDRs are called CDR1, CDR2 and CDR3, counting from the amino terminus of the antibody chain. Since the CDR is involved in the specificity of the antibody, in the present embodiment, the antibody whose affinity is controlled preferably has no mutation in the CDR. That is, the amino acid sequence of the CDR of the antibody whose affinity is controlled is preferably the same as the amino acid sequence of the CDR of the unmodified antibody.

フレームワーク領域(FR)とは、抗体の軽鎖及び重鎖のそれぞれの可変領域に存在する、CDR以外の領域である。FRは、3つのCDRを連結する足場の役割を果たし、CDRの構造安定性に寄与する。そのため、FRのアミノ酸配列は、同じ種(species)の抗体間で高度に保存されている。FR3とは、FRの一つであり、CDR2とCDR3との間の領域を指す。   The framework regions (FR) are regions other than CDRs that exist in the variable regions of the light chain and heavy chain of an antibody. FRs serve as a scaffold that connects the three CDRs and contribute to the structural stability of the CDRs. Therefore, the amino acid sequence of FR is highly conserved among antibodies of the same species. FR3 is one of FRs and refers to a region between CDR2 and CDR3.

当該技術においては、CDRの境界及び長さを定義するための、CDRのアミノ酸残基に番号付けをする方法(以下、「ナンバリング法」ともいう)が知られている。そのようなナンバリング法としては、例えばChothia法(Chothia C.及びLesk AM., Canonical Structures for the Hypervariable Regions of Immunoglobulins., J Mol Biol., vol.196, p.901-917, 1987)、Kabat法(Kabat EA.ら, Sequences of Proteins of Immunological Interest., NIH publication No.91-3242)、IMGT法(Lefranc MP., IMGT Unique Numbering for the Variable (V), Constant (C), and Groove (G) Domains of IG, TR, MH, IgSF, and MhSF., Cold Spring Harb Protoc. 2011(6):633-642, 2011)、Honergger法(Honegger A.ら, Yet Another Numbering Scheme for Immunoglobulin Variable Domains: An Automatic Modeling and Analysis Tool., J Mol Biol., vol.309, p.657-670, 2001)、ABM法、Contact法などが公知である。CDRのアミノ酸残基に番号が付されると、CDR以外の領域であるFRにも番号が付されることとなる。本実施形態では、CDR及びFR3の境界及び長さは、Chothia法により定義されるが、他のナンバリング法により定義することもできる。   In the art, a method of numbering amino acid residues of CDRs (hereinafter, also referred to as “numbering method”) for defining boundaries and lengths of CDRs is known. Such numbering methods include, for example, the Chothia method (Chothia C. and Les AM., Canonical Structures for the Hypervariable Regions of Immunoglobulins., J Mol Biol., Vol. 196, p. 901-917, 1987), Kabat method (Kabat EA. Et al., Sequences of Proteins of Immunological Interest., NIH publication No. 91-3242), IMGT method (Lefranc MP., IMGT Unique Numbering for the Variable (V), Constant (C), and Groove (G) Domains of IG, TR, MH, IgSF, and MhSF., Cold Spring Harb Protoc. 2011 (6): 633-642, 2011), Honerger method (Honegger A. et al., Yet Another Numbering Scheme for Immunoglobulin Variable Domains: An Automatic Modeling and Analysis Tool., J Mol Biol., Vol. 309, p. 657-670, 2001), ABM method, Contact method and the like are known. When the amino acid residues of the CDR are numbered, the FRs, which are regions other than the CDRs, are also numbered. In the present embodiment, the boundaries and lengths of CDR and FR3 are defined by the Chothia method, but may be defined by other numbering methods.

Chothia法では、軽鎖FR3は、53〜90番目のアミノ酸残基からなる領域として定義され、重鎖FR3は、56〜95番目のアミノ酸残基からなる領域として定義される。ここで、比較のため、Chothia法及び他のナンバリング法で定義した場合の軽鎖及び重鎖のFR3の番号(FR3の始点及び終点のアミノ酸残基の位置)を、表1及び2に示す。なお、表中のVernierゾーン残基とは、FRに含まれるアミノ酸残基のうち、CDRの構造安定性に寄与するアミノ酸残基である。表1及び2では、各ナンバリング法で定義される、FR3中のVernierゾーン残基の位置も示した。また、表1では、各ナンバリング法で定義される、実施例1で軽鎖のFR3に変異を導入した位置も示した。   In the Chothia method, the light chain FR3 is defined as a region consisting of amino acid residues 53 to 90, and the heavy chain FR3 is defined as a region consisting of amino acid residues 56 to 95. Here, for comparison, Tables 1 and 2 show FR3 numbers (positions of amino acid residues at the start and end points of FR3) of the light chain and heavy chain as defined by the Chothia method and other numbering methods. Vernier zone residues in the table are amino acid residues that contribute to the structural stability of CDR among the amino acid residues contained in FR. Tables 1 and 2 also show the positions of the Vernier zone residues in FR3 as defined by each numbering method. Table 1 also shows positions where mutations were introduced into FR3 of the light chain in Example 1 as defined by each numbering method.

本実施形態では、少なくとも3つの変異を、未改変の抗体におけるChothia法で定義されるFR3(以下、単に「FR3」ともいう)のいずれのアミノ酸残基に導入してもよい。好ましくは、少なくとも3つの変異を、FR3から、分子内部に折りたたまれて表面に露出しないアミノ酸残基(以下、「非露出残基」ともいう)を除いた領域にあるアミノ酸残基に導入する。非露出残基に変異を導入しても、表面電荷には影響しないことが予想されるので、非露出残基は、変異を導入すべき位置から除外することが好ましい。FR3から非露出残基を除いた領域にあるアミノ酸残基とは、具体的には、軽鎖のFR3の53〜81番目のアミノ酸残基であり、重鎖のFR3の56〜88番目のアミノ酸残基である。   In the present embodiment, at least three mutations may be introduced into any amino acid residue of FR3 (hereinafter, also simply referred to as “FR3”) defined by the Chothia method in an unmodified antibody. Preferably, at least three mutations are introduced into FR3 from amino acid residues in the region excluding amino acid residues that are folded inside the molecule and not exposed on the surface (hereinafter, also referred to as “non-exposed residues”). Since it is expected that introducing a mutation into an unexposed residue does not affect the surface charge, it is preferable to remove the unexposed residue from the position where the mutation should be introduced. The amino acid residues in the region excluding the non-exposed residues from FR3 are, specifically, amino acid residues 53 to 81 of light chain FR3 and amino acids 56 to 88 of heavy chain FR3. Residue.

より好ましくは、少なくとも3つの変異を、FR3から非露出残基及びVernierゾーン残基を除いた領域にあるアミノ酸残基に導入する。上述のとおり、Vernierゾーン残基は、CDRの構造安定性に寄与するからである。FR3から非露出残基及びVernierゾーン残基を除いた領域にあるアミノ酸残基とは、具体的には、軽鎖のFR3の53〜63、65、67、70及び72〜81番目のアミノ酸残基であり、重鎖のFR3の56〜66、68、70、72、74〜77及び79〜88番目のアミノ酸残基である。   More preferably, at least three mutations are introduced into the amino acid residues in the region excluding the unexposed residues and the Vernier zone residues from FR3. As described above, Vernier zone residues contribute to the structural stability of CDR. The amino acid residues in the region excluding the unexposed residues and the Vernier zone residues from FR3 are specifically the amino acid residues 53 to 63, 65, 67, 70 and 72 to 81 of FR3 of the light chain. And amino acid residues 56-66, 68, 70, 72, 74-77 and 79-88 of FR3 of the heavy chain.

特により好ましくは、少なくとも3つの変異を、FR3から非露出残基及びVernierゾーン残基を除いた領域にあるアミノ酸残基のうち、側鎖が分子表面を向くアミノ酸残基に導入する。側鎖が分子表面を向くアミノ酸残基が荷電アミノ酸残基に置換されることにより、表面電荷への寄与がより大きくなる。FR3における側鎖が分子表面を向くアミノ酸残基とは、軽鎖のFR3の53、54、56、57、60、63、65、67、70、72、74、76、77及び79〜81番目のアミノ酸残基であり、重鎖のFR3の56、57、59、61、62、64〜66、68、70、72、74、75、77、79、81、83、84及び86〜88番目のアミノ酸残基である。   Particularly preferably, at least three mutations are introduced into the amino acid residues whose side chains face the molecular surface among the amino acid residues in the region excluding the unexposed residues and the Vernier zone residues from FR3. Substitution of charged amino acid residues for amino acids whose side chains face the molecule surface contributes more to the surface charge. Amino acid residues whose side chains face the molecular surface in FR3 are 53, 54, 56, 57, 60, 63, 65, 67, 70, 72, 74, 76, 77 and 79 to 81 of FR3 of the light chain. And the amino acid residues 56, 57, 59, 61, 62, 64-66, 68, 70, 72, 74, 75, 77, 79, 81, 83, 84 and 86-88 of the heavy chain FR3. Is an amino acid residue.

本実施形態では、少なくとも3つの変異を、軽鎖のFR3及び重鎖のFR3のいずれに導入してもよい。抗体の熱安定性の観点からは、少なくとも3つの変異を、軽鎖のFR3に導入することが好ましい。軽鎖及び重鎖の両方のFR3が変異を有する場合、軽鎖のFR3に少なくとも3つの変異を導入し、且つ重鎖のFR3に少なくとも3つの変異を導入することが好ましい。   In this embodiment, at least three mutations may be introduced into either the light chain FR3 or the heavy chain FR3. From the viewpoint of the thermostability of the antibody, it is preferable to introduce at least three mutations into the light chain FR3. If both the light and heavy chain FR3s have mutations, it is preferred to introduce at least three mutations in the light chain FR3 and at least three mutations in the heavy chain FR3.

本実施形態において、FR3に導入する変異の数の上限は特に限定されないが、好ましくは16アミノ酸以下である。すなわち、親和性が制御された抗体のFR3中の変異の数は、具体的には、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15又は16である。   In the present embodiment, the upper limit of the number of mutations to be introduced into FR3 is not particularly limited, but is preferably 16 amino acids or less. That is, the number of mutations in FR3 of the antibody whose affinity is controlled is specifically 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, or 16 It is.

上述のとおり、本実施形態の制御方法では、未改変の抗体への変異の導入により表面電荷分布が変化して、抗原に対する親和性が変化する。よって、少なくとも3つの変異は全て、同じ電荷を有する荷電アミノ酸残基での置換であることが好ましい。すなわち、少なくとも3つの変異は全て、酸性アミノ酸残基での置換であるか又は塩基性アミノ酸残基での置換であることが好ましい。   As described above, in the control method of the present embodiment, the surface charge distribution changes due to the introduction of the mutation into the unmodified antibody, and the affinity for the antigen changes. Thus, it is preferred that all at least three mutations are substitutions with charged amino acid residues having the same charge. That is, all of the at least three mutations are preferably substitutions with acidic amino acid residues or substitutions with basic amino acid residues.

荷電アミノ酸残基とは、アスパラギン酸残基、グルタミン酸残基、リジン残基、アルギニン残基及びヒスチジン残基をいう。酸性アミノ酸残基とは、アスパラギン酸残基及びグルタミン酸残基をいう。塩基性アミノ酸残基とは、リジン残基、アルギニン残基及びヒスチジン残基をいう。本実施形態では、変異としてFR3に導入される塩基性アミノ酸残基としては、リジン残基及びアルギニン残基が好ましい。   Charged amino acid residues refer to aspartic acid residues, glutamic acid residues, lysine residues, arginine residues and histidine residues. Acidic amino acid residues refer to aspartic acid residues and glutamic acid residues. Basic amino acid residues refer to lysine residues, arginine residues and histidine residues. In the present embodiment, lysine residues and arginine residues are preferred as the basic amino acid residues introduced into FR3 as mutations.

本実施形態では、未改変の抗体に導入する少なくとも3つの変異は、FR3の中性アミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換する変異であってもよい。中性アミノ酸残基とは、アラニン残基、アスパラギン残基、イソロイシン残基、グリシン残基、グルタミン残基、システイン残基、スレオニン残基、セリン残基、チロシン残基、フェニルアラニン残基、プロリン残基、バリン残基、メチオニン残基、ロイシン残基及びトリプトファン残基である。   In this embodiment, the at least three mutations introduced into the unmodified antibody may be mutations that substitute a neutral amino acid residue of FR3 with a charged amino acid residue. Neutral amino acid residues include alanine residues, asparagine residues, isoleucine residues, glycine residues, glutamine residues, cysteine residues, threonine residues, serine residues, tyrosine residues, phenylalanine residues, and proline residues. Group, valine residue, methionine residue, leucine residue and tryptophan residue.

上述のとおり、本実施形態では、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性又は負電荷である抗体が、抗原への親和性を制御する対象となる。本明細書において、CDRの電気的特性とは、本発明者らが独自に定義した指標であり、CDRのアミノ酸配列中の荷電アミノ酸残基の数に基づいて決定される。具体的には、CDRの電気的特性は、下記の式(I)により決定される。   As described above, in the present embodiment, an antibody in which the electrical properties of the CDR based on the amino acid sequence of the CDR are neutral or negatively charged is an object whose affinity to the antigen is controlled. In the present specification, the electrical characteristics of a CDR are indices uniquely defined by the present inventors, and are determined based on the number of charged amino acid residues in the amino acid sequence of the CDR. Specifically, the electrical characteristics of the CDR are determined by the following equation (I).

X=[CDRのアミノ酸配列中の塩基性アミノ酸残基の数]−[CDRのアミノ酸配列中の酸性アミノ酸残基の数] ・・・(I)
(式中、Xが−1、0又は1であるとき、CDRの電気的特性は中性であり、
Xが2以上であるとき、CDRの電気的特性は正電荷であり、
Xが−2以下であるとき、CDRの電気的特性は負電荷である)
X = [number of basic amino acid residues in amino acid sequence of CDR] − [number of acidic amino acid residues in amino acid sequence of CDR] (I)
(Where X is −1, 0 or 1, the electrical properties of the CDR are neutral;
When X is 2 or more, the electrical property of the CDR is a positive charge,
When X is -2 or less, the electrical characteristics of the CDR are negative.)

CDRの電気的特性は、軽鎖及び重鎖の両方のCDRのアミノ酸配列に基づいて決定することが好ましい。この場合、式(I)におけるCDRのアミノ酸配列は、軽鎖のCDR1、CDR2及びCDR3と、重鎖のCDR1、CDR2及びCDR3との全てのアミノ酸配列をいう。本実施形態では、軽鎖及び重鎖の両方のCDRのアミノ酸配列に基づいて決定された電気的特性が中性又は負電荷である抗体において、軽鎖のFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換することが好ましい。   Preferably, the electrical properties of the CDRs are determined based on the amino acid sequences of both the light and heavy chain CDRs. In this case, the amino acid sequence of the CDR in the formula (I) refers to all amino acid sequences of CDR1, CDR2 and CDR3 of the light chain and CDR1, CDR2 and CDR3 of the heavy chain. In this embodiment, in an antibody having neutral or negative electric properties determined based on the amino acid sequences of both the light chain and heavy chain CDRs, at least three amino acid residues of FR3 of the light chain are charged. Substitution with an amino acid residue is preferred.

CDRの電気的特性は、軽鎖CDR及び重鎖CDRのそれぞれについて決定してもよい。すなわち、軽鎖CDRの電気的特性を決定する場合、式(I)におけるCDRのアミノ酸配列は、軽鎖のCDR1、CDR2及びCDR3の全てのアミノ酸配列をいう。また、重鎖CDRの電気的特性を決定する場合、式(I)におけるCDRのアミノ酸配列は、重鎖のCDR1、CDR2及びCDR3の全てのアミノ酸配列をいう。本実施形態では、軽鎖CDRの電気的特性が中性又は負電荷である抗体において、軽鎖のFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換することが好ましい。   The electrical properties of the CDR may be determined for each of the light and heavy chain CDRs. That is, when determining the electric characteristics of the light chain CDR, the amino acid sequence of the CDR in the formula (I) refers to all the amino acid sequences of CDR1, CDR2 and CDR3 of the light chain. When determining the electrical characteristics of the heavy chain CDR, the amino acid sequence of the CDR in the formula (I) refers to all amino acid sequences of CDR1, CDR2 and CDR3 of the heavy chain. In the present embodiment, it is preferable to substitute at least three amino acid residues of FR3 of the light chain with a charged amino acid residue in an antibody in which the light chain CDR has neutral or negative electric properties.

CDRのアミノ酸配列は、抗体遺伝子の配列を開示する公共のデータベースから得ることができる。あるいは、未改変の抗体を産生するハイブリドーマがある場合、CDRのアミノ酸配列は、公知の方法により、該ハイブリドーマから重鎖及び軽鎖をコードする核酸を取得し、該核酸の塩基配列をシーケンシングすることによって得ることができる。   The amino acid sequence of the CDR can be obtained from public databases disclosing the sequence of the antibody gene. Alternatively, when there is a hybridoma producing an unmodified antibody, the amino acid sequence of the CDR is obtained by a known method, obtaining a nucleic acid encoding a heavy chain and a light chain from the hybridoma, and sequencing the nucleotide sequence of the nucleic acid. Can be obtained by:

CDRの電気的特性は抗体によって異なる。例えば、後述の実施例3に示されるように、野生型(すなわち未改変)の抗インスリン抗体の軽鎖CDRには、塩基性アミノ酸残基(アルギニン)が1つあり、酸性アミノ酸残基は存在しない。よって、野生型の抗インスリン抗体のCDRの電気的特性は、中性(X=1)と定義される。また、野生型の抗TSHR抗体の軽鎖CDRには、酸性アミノ酸残基(アスパラギン酸)が5つあり、塩基性アミノ酸残基は存在しない。よって、野生型の抗TSHR抗体のCDRの電気的特性は、負電荷(X=−5)と定義される。   The electrical properties of CDRs vary from antibody to antibody. For example, as shown in Example 3 below, the light chain CDR of a wild-type (ie, unmodified) anti-insulin antibody has one basic amino acid residue (arginine) and no acidic amino acid residue. do not do. Thus, the electrical properties of the CDRs of the wild-type anti-insulin antibody are defined as neutral (X = 1). Further, the light chain CDR of the wild-type anti-TSHR antibody has five acidic amino acid residues (aspartic acid) and no basic amino acid residues. Thus, the electrical properties of the CDRs of the wild-type anti-TSHR antibody are defined as negative charge (X = -5).

CDRの電気的特性が中性である未改変の抗体においては、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換することにより、抗体の抗原結合部位を含む広い範囲の表面電荷が負となる。また、CDRの電気的特性が中性である未改変の抗体においては、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に置換することにより、抗体の抗原結合部位を含む広い範囲の表面電荷が正となる。このような表面電荷の変化により、抗体と抗原が結合する際に静電相互作用(引力又は斥力)が生じる。すなわち、CDRの電気的特性が中性である未改変の抗体において、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換することにより、抗体の抗原に対する親和性を未改変の抗体に比べ低下させることができる。また、CDRの電気的特性が中性である未改変の抗体において、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に置換することにより、抗体の抗原に対する親和性を未改変の抗体に比べ向上させることができる。   In an unmodified antibody in which the CDRs have neutral electrical properties, substitution of at least three amino acid residues of FR3 with acidic amino acid residues results in negative surface charge over a wide range including the antigen binding site of the antibody. Becomes In addition, in an unmodified antibody in which the electrical properties of the CDRs are neutral, by replacing at least three amino acid residues of FR3 with basic amino acid residues, a wide area including the antigen-binding site of the antibody can be obtained. The charge becomes positive. Such a change in surface charge causes an electrostatic interaction (attractive or repulsive) when the antibody and the antigen bind. That is, by replacing at least three amino acid residues of FR3 with an acidic amino acid residue in an unmodified antibody having a neutral CDR electrical property, the affinity of the antibody for the antigen is compared with that of the unmodified antibody. Can be reduced. Further, in an unmodified antibody in which the electrical properties of the CDRs are neutral, by replacing at least three amino acid residues of FR3 with basic amino acid residues, the affinity of the antibody for the antigen can be changed to that of the unmodified antibody. Can be improved.

CDRの電気的特性が負電荷である抗体においては、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換することにより、抗体の抗原結合部位を含む広い範囲の表面電荷が負となる。このような表面電荷の変化により、抗体と抗原が結合する際に静電相互作用(斥力)が生じる。すなわち、CDRの電気的特性が負電荷である未改変の抗体において、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換することにより、抗体の抗原に対する親和性を未改変の抗体に比べ低下させることができる。   Substitution of at least three amino acid residues of FR3 with acidic amino acid residues in an antibody whose CDR has a negative electric property results in a negative surface charge over a wide range including the antigen binding site of the antibody. Such a change in surface charge causes an electrostatic interaction (repulsion) when the antibody and the antigen bind. That is, by replacing at least three amino acid residues of FR3 with an acidic amino acid residue in an unmodified antibody having a negatively charged electric property of CDR, the affinity of the antibody for antigen is higher than that of the unmodified antibody. Can be reduced.

本実施形態では、DNA組み換え技術及びその他の分子生物学的技術などの公知の方法により、未改変の抗体のFR3に変異を導入できる。例えば、未改変の抗体を産生するハイブリドーマがある場合は、後述の実施例1に示すように、該ハイブリドーマから抽出したRNAを用いて、逆転写反応及びRACE (Rapid Amplification of cDNA ends)法により、軽鎖をコードするポリヌクレオチド及び重鎖をコードするポリヌクレオチドのそれぞれを合成する。これらのポリヌクレオチドを、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基に変異を導入するためのプライマーを用いてPCR法により増幅することで、FR3に変異が導入された軽鎖をコードするポリヌクレオチド及び重鎖をコードするポリヌクレオチドを取得する。得られたポリヌクレオチドを、当該技術において公知の発現用ベクターに組み込んで、親和性が制御された抗体をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを取得する。ここで、軽鎖をコードするポリヌクレオチド及び重鎖をコードするポリヌクレオチドは、1つの発現ベクターに組み込まれてもよいし、2つの発現ベクターに別個に組み込まれてもよい。発現ベクターの種類は特に限定されず、哺乳動物細胞用発現ベクターであってもよいし、大腸菌用発現ベクターであってもよい。得られた発現ベクターを適当な宿主細胞(例えば、哺乳動物細胞又は大腸菌)に形質導入又はトランスフェクションすることにより、親和性が制御された抗体を得ることができる。   In the present embodiment, a mutation can be introduced into FR3 of an unmodified antibody by a known method such as a DNA recombination technique and other molecular biology techniques. For example, when there is a hybridoma producing an unmodified antibody, as shown in Example 1 below, using RNA extracted from the hybridoma, a reverse transcription reaction and a RACE (Rapid Amplification of cDNA ends) method are used. Each of the polynucleotide encoding the light chain and the polynucleotide encoding the heavy chain is synthesized. By amplifying these polynucleotides by a PCR method using primers for introducing mutations into at least three amino acid residues of FR3, a polynucleotide encoding a light chain having a mutation introduced into FR3 and a heavy chain Is obtained. The obtained polynucleotide is incorporated into an expression vector known in the art to obtain an expression vector containing a polynucleotide encoding an antibody with controlled affinity. Here, the polynucleotide encoding the light chain and the polynucleotide encoding the heavy chain may be incorporated into one expression vector, or may be incorporated separately into two expression vectors. The type of the expression vector is not particularly limited, and may be a mammalian cell expression vector or an Escherichia coli expression vector. By transducing or transfecting the obtained expression vector into a suitable host cell (for example, a mammalian cell or Escherichia coli), an antibody with controlled affinity can be obtained.

一本鎖抗体(scFv)である親和性が制御された抗体を得る場合は、例えば特許文献2に示されるように、上記のハイブリドーマから抽出したRNA用いて、逆転写反応及びPCR法により軽鎖可変領域をコードするポリヌクレオチド及び重鎖可変領域をコードするポリヌクレオチドのそれぞれを合成すればよい。これらのポリヌクレオチドをオーバーラップエクステンションPCR法などによって連結して、未改変のscFvをコードするポリヌクレオチドを取得する。得られたポリヌクレオチドを、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基に変異を導入するためのプライマーを用いてPCR法により増幅することで、FR3に変異が導入されたscFvをコードするポリヌクレオチドを取得する。得られたポリヌクレオチドを、当該技術において公知の発現ベクターに組み込んで、scFvの形態にある親和性が制御された抗体をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを取得する。得られた発現ベクターを適当な宿主細胞に形質導入又はトランスフェクションすることにより、scFvの形態にある親和性が制御された抗体を得ることができる。   When obtaining an antibody whose affinity is controlled as a single-chain antibody (scFv), for example, as shown in Patent Document 2, using RNA extracted from the above-described hybridoma, light chain by reverse transcription reaction and PCR method Each of the polynucleotide encoding the variable region and the polynucleotide encoding the heavy chain variable region may be synthesized. These polynucleotides are ligated by an overlap extension PCR method or the like to obtain a polynucleotide encoding an unmodified scFv. The resulting polynucleotide is amplified by PCR using primers for introducing mutations into at least three amino acid residues of FR3 to obtain a polynucleotide encoding a scFv having a mutation introduced into FR3. . The resulting polynucleotide is incorporated into an expression vector known in the art to obtain an expression vector containing a polynucleotide encoding an affinity-regulated antibody in the form of scFv. By transducing or transfecting the obtained expression vector into a suitable host cell, an antibody in the form of scFv with controlled affinity can be obtained.

なお、興味対象の抗原を認識する抗体を産生するハイブリドーマがない場合は、例えばKohler及びMilstein, Nature, vol.256, p.495-497, 1975に記載される方法などの公知の方法により、抗体産生ハイブリドーマを作製すればよい。あるいは、興味対象の抗原で免疫したマウスなどの動物の脾臓から取得したRNAを用いてもよい。脾臓から取得したRNAを用いる場合は、例えば非特許文献1に示されるように、得られた未改変のFabをコードするポリヌクレオチドの中から、ファージディスプレイ法などにより所望の親和性を有する未改変のFabをコードするポリヌクレオチドを選択してもよい。   If there is no hybridoma producing an antibody that recognizes the antigen of interest, for example, by a known method such as the method described in Kohler and Milstein, Nature, vol. 256, p. 495-497, 1975, the antibody A production hybridoma may be prepared. Alternatively, RNA obtained from the spleen of an animal such as a mouse immunized with an antigen of interest may be used. When RNA obtained from the spleen is used, for example, as shown in Non-Patent Document 1, unmodified polynucleotide having a desired affinity is obtained from the obtained unmodified Fab-encoding polynucleotides by a phage display method or the like. May be selected.

[2.抗原に対する親和性が改変された抗体の製造方法]
本発明の範囲には、抗原に対する親和性が改変された抗体の製造方法(以下、「製造方法」ともいう)も含まれる。本実施形態の製造方法では、まず、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が中性又は負電荷の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換する工程を行う。
[2. Method for producing antibody having modified affinity for antigen]
The scope of the present invention also includes a method for producing an antibody having modified affinity for an antigen (hereinafter, also referred to as “production method”). In the production method of the present embodiment, first, in an antibody having a neutral or negatively charged CDR electrical property based on the amino acid sequence of the CDR, at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method are charged amino acid residues. Is performed.

本実施形態の製造方法においてFR3のアミノ酸残基が置換されることとなる上記の抗体は、本実施形態の制御方法における未改変の抗体と同じである。以下、本実施形態の製造方法において抗原への親和性を改変する対象となる元の抗体を、「未改変の抗体」ともいう。CDRの電気的特性の詳細は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。抗体のCDRの電気的特性は、上記の式(I)により決定できる。また、Chothia法で定義されるFR3は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じであり、表1及び2に示すとおりである。   The above-mentioned antibody in which the amino acid residue of FR3 is substituted in the production method of the present embodiment is the same as the unmodified antibody in the control method of the present embodiment. Hereinafter, the original antibody whose affinity for an antigen is to be modified in the production method of the present embodiment is also referred to as “unmodified antibody”. Details of the electrical characteristics of the CDR are the same as those described for the control method of the present embodiment. The electrical properties of the CDRs of an antibody can be determined according to formula (I) above. Further, FR3 defined by the Chothia method is the same as that described for the control method of the present embodiment, and is as shown in Tables 1 and 2.

本実施形態の製造方法では、アミノ酸残基の置換により抗体の表面電荷分布を変化させて、抗原に対する親和性を改変した抗体を取得できる。すなわち、上記の置換工程は、CDRの電気的特性が中性又は負電荷の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換し、抗体の抗原に対する親和性を改変する工程といえる。例えば、上記の置換工程は、CDRの電気的特性が中性の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換し、抗体の抗原に対する親和性を未改変の抗体に比べ低下させる工程であってもよい。また、上記の置換工程は、CDRの電気的特性が中性の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に置換し、抗体の抗原に対する親和性を未改変の抗体に比べ向上させる工程であってもよい。あるいは、上記の置換工程は、CDRの電気的特性が負電荷の抗体において、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換し、抗体の抗原に対する親和性を未改変の抗体に比べ低下させる工程であってもよい。   In the production method of the present embodiment, an antibody whose affinity for an antigen is altered can be obtained by changing the surface charge distribution of the antibody by substituting amino acid residues. That is, in the above-described substitution step, in an antibody having a neutral or negative charge in the electrical properties of CDR, at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method are substituted with charged amino acid residues, and the antibody reacts with the antigen of the antibody. This can be said to be a step of modifying affinity. For example, in the above-described substitution step, in an antibody having neutral CDR electrical properties, at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method are substituted with acidic amino acid residues, thereby increasing the affinity of the antibody for the antigen. It may be a step of lowering the antibody as compared with an unmodified antibody. In addition, the above-mentioned substitution step is a step of substituting at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method with basic amino acid residues in an antibody having neutral CDR electrical properties, thereby obtaining an affinity of the antibody for the antigen. May be improved as compared with an unmodified antibody. Alternatively, the above-described substitution step comprises substituting at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method with acidic amino acid residues in an antibody having a negatively charged CDR electric property, thereby increasing the affinity of the antibody for the antigen. It may be a step of lowering the antibody as compared with an unmodified antibody.

本実施形態では、軽鎖及び重鎖の両方のCDRのアミノ酸配列に基づいて決定された電気的特性が中性又は負電荷である抗体において、軽鎖のFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換することが好ましい。また、軽鎖CDRの電気的特性が中性又は負電荷である抗体において、軽鎖のFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換することが好ましい。   In the present embodiment, in an antibody having a neutral or negative electric property determined based on the amino acid sequences of both the light chain and heavy chain CDRs, at least three amino acid residues of FR3 of the light chain are charged. Substitution with an amino acid residue is preferred. In an antibody in which the light chain CDR has neutral or negative electric properties, it is preferable that at least three amino acid residues of FR3 of the light chain are substituted with charged amino acid residues.

アミノ酸残基の置換は、DNA組み換え技術及びその他の分子生物学的技術などの公知の方法により行うことができる。例えば、CDRの電気的特性が中性又は負電荷である抗体を産生するハイブリドーマがある場合は、本実施形態の制御方法について述べたことと同様にして、抗原に対する親和性が改変された抗体をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを取得できる。そして、得られた発現ベクターを適当な宿主細胞に形質導入又はトランスフェクションして、上記抗体を発現する宿主細胞を取得できる。   Substitution of amino acid residues can be performed by a known method such as a DNA recombination technique and other molecular biology techniques. For example, if there is a hybridoma producing an antibody whose CDR electrical properties are neutral or negatively charged, the antibody whose affinity for the antigen has been modified in the same manner as described for the control method of the present embodiment. An expression vector containing the encoding polynucleotide can be obtained. Then, the obtained expression vector is transduced or transfected into a suitable host cell to obtain a host cell expressing the antibody.

次いで、本実施形態の製造方法では、上記の置換工程で得られた抗体を回収する。例えば、抗原に対する親和性が改変された抗体を発現する宿主細胞を、適当な可溶化剤を含む溶液に溶解して、該溶液中に抗体を遊離させる。上記の宿主細胞が、抗原に対する親和性が改変された抗体を培地中に分泌する場合は、培養上清を回収する。遊離した抗体は、アフィニティクロマトグラフィなどの当該技術において公知の方法により回収することができる。例えば、製造した抗体がIgGである場合は、プロテインA又はGを用いるアフィニティクロマトグラフィにより回収できる。必要に応じて、回収した抗体を、ゲルろ過などの当該技術において公知の方法により精製してもよい。   Next, in the production method of the present embodiment, the antibody obtained in the above-described substitution step is recovered. For example, a host cell expressing an antibody having altered affinity for an antigen is dissolved in a solution containing a suitable solubilizing agent to release the antibody in the solution. When the host cell secretes an antibody having an altered affinity for the antigen into the medium, the culture supernatant is collected. The released antibody can be recovered by a method known in the art such as affinity chromatography. For example, when the produced antibody is IgG, it can be recovered by affinity chromatography using protein A or G. If necessary, the recovered antibody may be purified by a method known in the art such as gel filtration.

作製した抗体の抗原に対する親和性は、抗原抗体反応における動力学的パラメータにより評価してもよいし、ELISA法などの免疫学的測定法により評価してもよい。抗原に対する親和性が向上している抗体では、例えば、抗原抗体反応におけるKDの値が、元の抗体と比較して、約1/2、約1/5、約1/10、約1/20、約1/50、約1/100又は約1/1000である。抗原に対する親和性が低下している抗体では、抗原抗体反応におけるKDの値が、元の抗体と比較して、約2倍、約5倍、約10倍、約20倍、約50倍、約100倍又は約1000倍である。 The affinity of the prepared antibody for the antigen may be evaluated by a kinetic parameter in the antigen-antibody reaction, or may be evaluated by an immunological measurement method such as an ELISA method. Antibody affinity is improved to an antigen, for example, the value K D of the antigen-antibody reaction, as compared to the original antibody, about 1/2, about 1/5, about 1/10, about 1 / 20, about 1/50, about 1/100 or about 1/1000. Antibody affinity is lowered to an antigen, the value K D of the antigen-antibody reaction, as compared to the original antibody, about 2-fold, about 5 fold, about 10 fold, about 20 fold, about 50-fold, It is about 100 times or about 1000 times.

[3.抗原に対する親和性が改変された抗体]
本発明の範囲には、抗原に対する親和性が改変された抗体(以下、「改変抗体」ともいう)も含まれる。本実施形態の改変抗体は、CDRのアミノ酸配列に基づくCDRの電気的特性が、中性又は負電荷であることを特徴とする。CDRの電気的特性の詳細は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。改変抗体のCDRの電気的特性は、上記の式(I)により決定できる。
[3. Antibody with modified affinity for antigen]
The scope of the present invention also includes antibodies whose affinity for an antigen has been modified (hereinafter, also referred to as “modified antibodies”). The modified antibody of the present embodiment is characterized in that the electrical properties of the CDR based on the amino acid sequence of the CDR are neutral or negatively charged. Details of the electrical characteristics of the CDR are the same as those described for the control method of the present embodiment. The electrical properties of the CDRs of the modified antibody can be determined by formula (I) above.

本実施形態の改変抗体では、未改変の抗体におけるChothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基が荷電アミノ酸残基に置換されている。すなわち、本実施形態の改変抗体は、未改変の抗体のアミノ酸配列と比較して、Chothia法で定義されるFR3中に、荷電アミノ酸残基での置換による変異を少なくとも3つ有する。なお、本実施形態の改変抗体は、上述の「親和性が制御された抗体」と同じである。また、Chothia法で定義されるFR3は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じであり、表1及び2に示すとおりである。   In the modified antibody of the present embodiment, at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method in the unmodified antibody are substituted with charged amino acid residues. That is, the modified antibody of the present embodiment has at least three mutations due to substitution with charged amino acid residues in FR3 defined by the Chothia method, as compared with the amino acid sequence of the unmodified antibody. The modified antibody of the present embodiment is the same as the above-mentioned “antibody with controlled affinity”. Further, FR3 defined by the Chothia method is the same as that described for the control method of the present embodiment, and is as shown in Tables 1 and 2.

ここで、未改変の抗体とは、抗原に対する親和性が改変される前の抗体をいう。すなわち、未改変の抗体は、改変抗体の元の抗体であり、Chothia法で定義されるFR3のアミノ酸残基が、荷電アミノ酸残基に置換されていない。なお、この未改変の抗体は、本実施形態の制御方法における、抗原への親和性を制御する対象となる元の抗体に当たる。本実施形態において、未改変の抗体は、電気的特性が中性又は負電荷であるCDRを有する。   Here, the unmodified antibody refers to the antibody before the affinity for the antigen is modified. That is, the unmodified antibody is the original antibody of the modified antibody, and the amino acid residue of FR3 defined by the Chothia method is not substituted with a charged amino acid residue. The unmodified antibody corresponds to the original antibody whose affinity to the antigen is to be controlled in the control method of the present embodiment. In this embodiment, the unmodified antibody has a CDR whose electrical properties are neutral or negatively charged.

本実施形態の改変抗体では、変異の導入により、抗体の表面電荷分布が変化している。すなわち、改変抗体は、未改変の抗体と比較して、抗原に対する親和性が向上又は低下している。本実施形態において、改変抗体の抗原に対する親和性は、抗原抗体反応における動力学的パラメータにより評価してもよいし、ELISA法などの免疫学的測定法により評価してもよい。動力学的パラメータの種類及び取得は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。   In the modified antibody of the present embodiment, the surface charge distribution of the antibody is changed by the introduction of the mutation. That is, the modified antibody has improved or decreased affinity for the antigen as compared with the unmodified antibody. In the present embodiment, the affinity of the modified antibody for the antigen may be evaluated by a kinetic parameter in the antigen-antibody reaction, or may be evaluated by an immunological measurement method such as an ELISA method. Kinds and acquisitions of the kinetic parameters are the same as those described for the control method of the present embodiment.

抗原に対する親和性が向上した改変抗体では、例えば、抗原抗体反応におけるKDの値が、未改変の抗体と比較して、約1/2、約1/5、約1/10、約1/20、約1/50、約1/100又は約1/1000である。抗原に対する親和性が低下した改変抗体では、例えば、抗原抗体反応におけるKDの値が、未改変の抗体と比較して、約2倍、約5倍、約10倍、約20倍、約50倍、約100倍又は約1000倍である。 In the modified antibody with improved affinity for the antigen, for example, the value K D of the antigen-antibody reaction, as compared to the unmodified antibody, about 1/2, about 1/5, about 1/10, about 1 / 20, about 1/50, about 1/100 or about 1/1000. The modified antibody affinity is lowered to an antigen, for example, the value K D of the antigen-antibody reaction, as compared to the unmodified antibody, about 2-fold, about 5 fold, about 10 fold, about 20 fold, about 50 Times, about 100 times or about 1000 times.

改変抗体は、いずれの抗原を認識する抗体であってもよい。また、抗体のクラスは、IgG、IgA、IgM、IgD及びIgEのいずれであってもよいが、好ましくはIgGである。本実施形態の改変抗体は、変異が導入されたFR3を含む可変領域を有するかぎり、抗体断片の形態にあってもよい。抗体断片の種類は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。   The modified antibody may be an antibody that recognizes any antigen. The class of the antibody may be any of IgG, IgA, IgM, IgD, and IgE, but is preferably IgG. The modified antibody of the present embodiment may be in the form of an antibody fragment as long as it has a variable region containing a mutation-introduced FR3. The type of the antibody fragment is the same as that described for the control method of the present embodiment.

本実施形態の改変抗体は、CDRに変異を有さないことが好ましい。すなわち、改変抗体のCDRのアミノ酸配列は、未改変の抗体のCDRのアミノ酸配列と同じであることが好ましい。   The modified antibody of the present embodiment preferably has no mutation in CDR. That is, the amino acid sequence of the CDR of the modified antibody is preferably the same as the amino acid sequence of the CDR of the unmodified antibody.

本実施形態の改変抗体では、少なくとも3つの変異は、未改変の抗体におけるChothia法で定義されるFR3のいずれのアミノ酸残基に導入されていてもよい。好ましくは、少なくとも3つの変異は、FR3から非露出残基を除いた領域にあるアミノ酸残基に導入される。FR3から非露出残基を除いた領域にあるアミノ酸残基は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。   In the modified antibody of the present embodiment, at least three mutations may be introduced into any amino acid residue of FR3 defined by the Chothia method in the unmodified antibody. Preferably, at least three mutations are introduced into amino acid residues in the region of FR3 minus the unexposed residues. The amino acid residues in the region excluding the unexposed residues from FR3 are the same as those described for the control method of the present embodiment.

より好ましくは、少なくとも3つの変異は、FR3から非露出残基及びVernierゾーン残基を除いた領域にあるアミノ酸残基に導入される。FR3から非露出残基及びVernierゾーン残基を除いた領域にあるアミノ酸残基は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。   More preferably, at least three mutations are introduced into amino acid residues in the region of FR3 excluding unexposed residues and Vernier zone residues. The amino acid residues in the region excluding the unexposed residues and the Vernier zone residues from FR3 are the same as those described for the control method of the present embodiment.

特により好ましくは、少なくとも3つの変異は、FR3から非露出残基及びVernierゾーン残基を除いた領域にあるアミノ酸残基のうち、側鎖が分子表面を向くアミノ酸残基に導入される。FR3における側鎖が分子表面を向くアミノ酸残基は、本実施形態の制御方法について述べたことと同じである。   Particularly preferably, at least three mutations are introduced into the amino acid residues whose side chains face the molecular surface among the amino acid residues in the region excluding the unexposed residues and the Vernier zone residues from FR3. The amino acid residues whose side chains face the molecular surface in FR3 are the same as those described for the control method of the present embodiment.

本実施形態では、少なくとも3つのアミノ酸残基の変異は、軽鎖のFR3及び重鎖のFR3のいずれに導入されていてもよいが、好ましくは軽鎖のFR3に導入される。軽鎖及び重鎖の両方のFR3が変異を有する場合、軽鎖のFR3に少なくとも3つのアミノ酸残基の変異が導入され、且つ重鎖のFR3に少なくとも3つのアミノ酸残基の変異が導入されていることが好ましい。   In this embodiment, the mutation of at least three amino acid residues may be introduced into FR3 of the light chain and FR3 of the heavy chain, but is preferably introduced into FR3 of the light chain. When both the light chain and heavy chain FR3s have mutations, at least three amino acid residue mutations are introduced into the light chain FR3, and at least three amino acid residue mutations are introduced into the heavy chain FR3. Is preferred.

本実施形態において、改変抗体のFR3中の変異の数の上限は特に限定されないが、好ましくは16アミノ酸以下である。改変抗体のFR3中の変異の数は、具体的には、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15又は16である。   In the present embodiment, the upper limit of the number of mutations in FR3 of the modified antibody is not particularly limited, but is preferably 16 amino acids or less. The number of mutations in FR3 of the modified antibody is specifically 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, or 16.

本実施形態では、改変抗体が有する少なくとも3つの変異は、FR3の中性アミノ酸残基が荷電アミノ酸残基に置換される変異であってもよい。また、本実施形態では、少なくとも3つの変異は全て、同じ電荷を有する荷電アミノ酸残基での置換であることが好ましい。すなわち、少なくとも3つの変異は全て、酸性アミノ酸残基での置換であるか又は塩基性アミノ酸残基での置換であることが好ましい。   In this embodiment, at least three mutations of the modified antibody may be mutations in which a neutral amino acid residue of FR3 is replaced with a charged amino acid residue. In this embodiment, it is preferable that all of at least three mutations are substitutions with charged amino acid residues having the same charge. That is, all of the at least three mutations are preferably substitutions with acidic amino acid residues or substitutions with basic amino acid residues.

本実施形態の改変抗体として、例えば、以下の(1)〜(3)の抗体が挙げられる。
(1) CDRの電気的特性が中性であり、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基が酸性アミノ酸残基に置換され、抗体の抗原に対する親和性が未改変の抗体に比べ低下した抗体、
(2) CDRの電気的特性が中性であり、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基に置換され、抗体の抗原に対する親和性が未改変の抗体に比べ向上した抗体、及び
(3) CDRの電気的特性が負電荷であり、Chothia法で定義されるFR3の少なくとも3つのアミノ酸残基が酸性アミノ酸残基に置換され、抗体の抗原に対する親和性が未改変の抗体に比べ低下した抗体。
Examples of the modified antibodies of the present embodiment include the following antibodies (1) to (3).
(1) The electrical properties of CDR are neutral, at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method are substituted with acidic amino acid residues, and the affinity of the antibody for the antigen is greater than that of the unmodified antibody. Reduced antibodies,
(2) the electrical properties of the CDR are neutral, at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method are replaced by basic amino acid residues, and the affinity of the antibody for the antigen is unmodified. Improved antibodies, and
(3) the electrical properties of the CDR are negatively charged, at least three amino acid residues of FR3 defined by the Chothia method are substituted with acidic amino acid residues, and the affinity of the antibody for the antigen is greater than that of the unmodified antibody. Reduced antibodies.

改変抗体の具体的な例として、抗インスリン抗体及び抗TSHR抗体の改変抗体が挙げられる。そのような抗インスリン抗体の改変抗体では、CDRの電気的特性が中性であり、軽鎖のFR3における63、65、67、70及び72番目のアミノ酸残基が塩基性アミノ酸残基に置換される。この改変抗体においては、未改変の抗体に比べて、抗原であるインスリンに対する親和性が向上している。一方、軽鎖のFR3における63、65、67、70及び72番目のアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に置換された改変抗体では、未改変の抗体に比べて、抗原であるインスリンに対する親和性が低下している。また、抗TSHR抗体の改変抗体では、CDRの電気的特性が負電荷であり、軽鎖のFR3における63、65、67、70及び72番目のアミノ酸残基が酸性アミノ酸残基に置換される。この改変抗体においては、未改変の抗体に比べて、抗原であるTSHRに対する親和性が低下している。   Specific examples of the modified antibodies include modified antibodies of anti-insulin antibody and anti-TSHR antibody. In such modified anti-insulin antibodies, the electrical properties of the CDRs are neutral, and the amino acid residues 63, 65, 67, 70 and 72 in FR3 of the light chain are replaced with basic amino acid residues. You. This modified antibody has improved affinity for insulin, which is an antigen, as compared with the unmodified antibody. On the other hand, the modified antibody in which the amino acid residues at positions 63, 65, 67, 70 and 72 in FR3 of the light chain have been substituted with acidic amino acid residues has a higher affinity for the insulin insulin antigen than the unmodified antibody. Is declining. In the modified anti-TSHR antibody, the electrical properties of the CDR are negatively charged, and the amino acid residues at positions 63, 65, 67, 70 and 72 in FR3 of the light chain are replaced with acidic amino acid residues. This modified antibody has a lower affinity for the antigen, TSHR, than the unmodified antibody.

本実施形態の改変抗体は、DNA組み換え技術及びその他の分子生物学的技術などの公知の方法により作製できる。例えば、CDRの電気的特性が中性又は負電荷である抗体を産生するハイブリドーマがある場合は、本実施形態の制御方法及び製造方法について述べたことと同様にして、FR3の少なくとも3つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換した抗体を作製できる。   The modified antibody of the present embodiment can be produced by a known method such as a DNA recombination technique and other molecular biology techniques. For example, when there is a hybridoma producing an antibody having a neutral or negative charge in the electrical properties of the CDR, at least three amino acid residues of FR3 are determined in the same manner as described for the control method and the production method of the present embodiment. Antibodies in which the groups are substituted with charged amino acid residues can be made.

本実施形態において、改変抗体の使用法は、未改変の抗体と特に変わるところはない。改変抗体は、未改変の抗体と同様、種々の試験や研究などに利用できる。また、本実施形態の改変抗体は、当該技術において公知の標識物質などで修飾されてもよい。   In the present embodiment, the usage of the modified antibody is not particularly different from that of the unmodified antibody. The modified antibody can be used for various tests and studies, like the unmodified antibody. In addition, the modified antibody of the present embodiment may be modified with a labeling substance known in the art.

本発明の範囲には、本実施形態の抗原に対する親和性が改変された抗体又はその断片をコードする単離且つ精製されたポリヌクレオチドが含まれる。本実施形態の改変抗体の断片をコードする単離且つ精製されたポリヌクレオチドは、変異が導入されたFR3を含む可変領域をコードすることが好ましい。本発明の範囲には、上記のポリヌクレオチドを含むベクターも含まれる。ベクターは、形質導入又はトランスフェクションのために設計されたポリヌクレオチド構築物である。ベクターの種類は特に限定されず、発現ベクター、クローニングベクター、ウィルスベクターなど、当該技術において公知のベクターから適宜選択できる。また、本発明の範囲には、該ベクターを含む宿主細胞も含まれる。宿主細胞の種類は特に限定されず、真核細胞、原核細胞、哺乳動物細胞などから適宜選択できる。   The scope of the present invention includes isolated and purified polynucleotides encoding antibodies or fragments thereof having altered affinity for the antigen of the present embodiment. The isolated and purified polynucleotide encoding the fragment of the modified antibody of the present embodiment preferably encodes a variable region containing a mutation-introduced FR3. The scope of the present invention also includes a vector containing the above-mentioned polynucleotide. Vectors are polynucleotide constructs designed for transduction or transfection. The type of the vector is not particularly limited, and can be appropriately selected from vectors known in the art, such as an expression vector, a cloning vector, and a virus vector. The scope of the present invention also includes host cells containing the vector. The type of host cell is not particularly limited, and can be appropriately selected from eukaryotic cells, prokaryotic cells, mammalian cells, and the like.

以下に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1 FR3に荷電アミノ酸残基を導入した抗体の作製
抗インスリン抗体及び抗甲状腺刺激ホルモン受容体(TSHR)抗体のFR3の3つ又は5つのアミノ酸残基を荷電アミノ酸残基に置換して、各抗体の変異体を作製した。
Example 1 Preparation of Antibodies Introducing Charged Amino Acid Residues into FR3 Three or five amino acid residues of FR3 of anti-insulin antibody and anti-thyroid stimulating hormone receptor (TSHR) antibody were substituted with charged amino acid residues. Mutants of each antibody were made.

(1) 野生型抗インスリン抗体及び野生型抗TSHR抗体の遺伝子の取得
[試薬]
ISOGEN(株式会社ニッポンジーン)
SMARTer(登録商標)RACE 5'/3'キット(clontech社)
10x A-attachment mix(東洋紡株式会社)
pcDNA(商標)3.4 TOPO(登録商標)TAクローニングキット(Thermo Fisher社)
Competent high DH5α(東洋紡株式会社)
QIAprep Spin Miniprepキット(QIAGEN社)
KOD plus neo(東洋紡株式会社)
Ligation high ver.2(東洋紡株式会社)
(1) Acquisition of genes for wild-type anti-insulin antibody and wild-type anti-TSHR antibody
[reagent]
ISOGEN (Nippon Gene Co., Ltd.)
SMARTer® RACE 5 '/ 3' kit (clontech)
10x A-attachment mix (Toyobo Co., Ltd.)
pcDNA® 3.4 TOPO® TA Cloning Kit (Thermo Fisher)
Competent high DH5α (Toyobo Co., Ltd.)
QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN)
KOD plus neo (Toyobo Co., Ltd.)
Ligation high ver.2 (Toyobo Co., Ltd.)

(1.1) 野生型抗インスリン抗体の遺伝子の取得
(1.1.1) 抗体産生ハイブリドーマからのトータルRNAの抽出
ヒトインスリンを抗原に用いて、Kohler及びMilstein, Nature, vol.256, p.495-497, 1975に記載される方法により、野生型のマウス抗ヒトインスリン抗体を産生するハイブリドーマを作製した。このハイブリドーマの培養物(10 mL)を1000 rpmで5分間遠心処理した後、上清を除去した。得られた細胞をISOGEN(1mL)で溶解し、室温で5分静置した。ここに、クロロホルム(200μL)を添加し、15秒間撹拌した後、室温で3分間静置した。そして、これを12000×Gで10分間、4℃にて遠心処理して、RNAを含む水相(500μL)を回収した。回収した水相にイソプロパノール(500μL)を添加して混合した。得られた混合物を室温で5分間静置した後、12000×Gで10分間、4℃にて遠心処理した。上清を除去して、得られた沈殿物(トータルRNA)に70%エタノール(1mL)を添加し、7500×Gで10分間、4℃にて遠心処理した。上清を除去し、RNAを風乾させ、RNaseフリーの水(20μL)に溶解した。
(1.1) Acquisition of wild-type anti-insulin antibody gene
(1.1.1) Extraction of total RNA from antibody-producing hybridomas Using human insulin as an antigen, wild-type mice were obtained by the method described in Kohler and Milstein, Nature, vol. 256, p. 495-497, 1975. A hybridoma producing an anti-human insulin antibody was produced. After the hybridoma culture (10 mL) was centrifuged at 1000 rpm for 5 minutes, the supernatant was removed. The obtained cells were lysed with ISOGEN (1 mL) and allowed to stand at room temperature for 5 minutes. Chloroform (200 μL) was added thereto, and the mixture was stirred for 15 seconds, and then allowed to stand at room temperature for 3 minutes. Then, this was centrifuged at 12000 × G for 10 minutes at 4 ° C. to collect an aqueous phase (500 μL) containing RNA. Isopropanol (500 μL) was added to the recovered aqueous phase and mixed. After the obtained mixture was allowed to stand at room temperature for 5 minutes, it was centrifuged at 12000 × G for 10 minutes at 4 ° C. The supernatant was removed, 70% ethanol (1 mL) was added to the obtained precipitate (total RNA), and the mixture was centrifuged at 7,500 × G for 10 minutes at 4 ° C. The supernatant was removed, the RNA was air-dried, and dissolved in RNase-free water (20 μL).

(1.1.2) cDNAの合成
上記(1.1.1)で得られた各トータルRNAを用いて、以下の組成のRNAサンプルを調製した。
[RNAサンプル]
トータルRNA (500 ng/μL) 1μL
RTプライマー 1μL
脱イオン水 1.75μL
合計 3.75μL
(1.1.2) Synthesis of cDNA Using each total RNA obtained in (1.1.1) above, an RNA sample having the following composition was prepared.
[RNA sample]
Total RNA (500 ng / μL) 1 μL
RT primer 1μL
1.75 μL of deionized water
3.75 μL in total

調製したRNAサンプルを72℃にて3分間加熱した後、42℃にて2分間インキュベートした。そして、RNAサンプルに12μM SMARTerIIAオリゴヌクレオチド(1μL)を添加してcDNA合成用サンプルを調製した。このcDNA合成用サンプルを用いて、以下の組成の逆転写反応液を調製した。
[逆転写反応液]
5x First-Strandバッファー 2μL
20 mM DTT 1μL
10 mM dNTP mix 1μL
RNAaseインヒビター 0.25μL
SMARTScribe RT(100 U/μL) 1μL
cDNA合成用サンプル 4.75μL
合計 10μL
After heating the prepared RNA sample at 72 ° C. for 3 minutes, it was incubated at 42 ° C. for 2 minutes. Then, a sample for cDNA synthesis was prepared by adding 12 μM SMARTerIIA oligonucleotide (1 μL) to the RNA sample. Using this cDNA synthesis sample, a reverse transcription reaction solution having the following composition was prepared.
[Reverse transcription reaction solution]
2μL 5x First-Strand buffer
20 mM DTT 1 μL
10 mM dNTP mix 1 μL
RNAase inhibitor 0.25 μL
SMARTScribe RT (100 U / μL) 1 μL
4.75 μL of cDNA synthesis sample
10 μL total

調製した逆転写反応液を42℃にて90分間反応させた。そして、反応液を70℃にて10分間加熱し、トリシン-EDTA(50μL)を添加した。得られた溶液をcDNAサンプルとして用いて、以下の組成の5'RACE反応液を調製した。
[5'RACE反応液]
10x PCRバッファー 5μL
dNTP mix 5μL
25 mM Mg2SO4 3.5μL
cDNAサンプル 2.5μL
10x Universal Primer Mix 5μL
3'-プライマー 1μL
KOD plus neo (1 U/μL) 1μL
精製水 27μL
合計 50μL
The prepared reverse transcription reaction solution was reacted at 42 ° C. for 90 minutes. Then, the reaction solution was heated at 70 ° C. for 10 minutes, and Tricine-EDTA (50 μL) was added. Using the obtained solution as a cDNA sample, a 5′RACE reaction solution having the following composition was prepared.
[5'RACE reaction solution]
5 μL of 10x PCR buffer
dNTP mix 5μL
25 mM Mg 2 SO 4 3.5 μL
2.5 μL cDNA sample
10x Universal Primer Mix 5μL
3'-primer 1μL
KOD plus neo (1 U / μL) 1μL
Purified water 27μL
50 μL in total

調製した5'RACE反応液を下記の反応条件でRACE反応に付した。なお、下記の「Y」は、軽鎖については90秒であり、重鎖については150秒である。
[反応条件]
94℃で2分、
98℃で10秒、50℃で30秒、及び68℃でY秒を30サイクル、及び
68℃で3分。
The prepared 5'RACE reaction solution was subjected to a RACE reaction under the following reaction conditions. The following “Y” is 90 seconds for the light chain and 150 seconds for the heavy chain.
[Reaction conditions]
2 minutes at 94 ° C,
30 cycles of 98 seconds at 10 seconds, 50 seconds at 30 seconds, and 68 seconds at Y seconds
3 minutes at 68 ° C.

上記の反応で得られた5’RACE産物を用いて、以下の組成の溶液を調製した。該溶液を60℃にて30分間反応させて、5’RACE産物の末端にアデニンを付加した。
5’RACE産物 9μL
10x A-attachment mix 1μL
合計 10μL
Using the 5′RACE product obtained in the above reaction, a solution having the following composition was prepared. The solution was reacted at 60 ° C. for 30 minutes to add adenine to the end of the 5′RACE product.
9 μL of 5'RACE product
10x A-attachment mix 1μL
10 μL total

得られたアデニン付加産物及びpcDNA(商標)3.4 TOPO(登録商標)TAクローニングキットを用いて、以下の組成のTAクローニング反応液を調製した。該反応液を室温にて10分間インキュベートして、アデニン付加産物をpCDNA3.4にクローニングした。
[TAクローニング反応液]
アデニン付加産物 4μL
salt solution 1μL
pCDNA3.4 1μL
合計 6μL
A TA cloning reaction solution having the following composition was prepared using the obtained adenine-added product and pcDNA (registered trademark) 3.4 TOPO (registered trademark) TA cloning kit. The reaction was incubated at room temperature for 10 minutes, and the adenine adduct was cloned into pCDNA3.4.
[TA cloning reaction solution]
Adenine adduct 4 μL
salt solution 1μL
pCDNA3.4 1μL
6 μL in total

(1.1.3) トランスフォーメーション、プラスミド抽出及びシーケンスの確認
上記(1.1.2)で得られたTAクローニングサンプル(3μL)をDH5α(30μL)に添加して、氷上で30分静置した後、混合物を42℃にて45秒間加熱してヒートショックを行った。再度、氷上で2分静置した後、全量をアンピシリン含有LBプレートに塗布した。該プレートを37℃にて16時間インキュベートした。プレート上のシングルコロニーをアンピシリン含有LB液体培地中に取り、37℃にて16時間振とう培養(250 rpm)した。培養物を5000×Gで5分間遠心処理して、大腸菌の形質転換体を回収した。回収した大腸菌からQIAprep Spin Miniprepキットを用いてプラスミドを抽出した。具体的な操作は、該キットに添付のマニュアルに従って行った。得られたプラスミドの塩基配列を、pCDNA3.4ベクタープライマーを用いて確認した。以下、このプラスミドを、哺乳動物細胞発現用プラスミドとして用いた。
(1.1.3) Transformation, plasmid extraction, and confirmation of sequence Add the TA cloning sample (3 μL) obtained in (1.1.2) above to DH5α (30 μL), and allow to stand on ice for 30 minutes. Was heated at 42 ° C. for 45 seconds to perform heat shock. After standing still on ice again for 2 minutes, the whole amount was applied to an LB plate containing ampicillin. The plate was incubated at 37 ° C. for 16 hours. A single colony on the plate was picked up in an LB liquid medium containing ampicillin, and cultured with shaking (250 rpm) at 37 ° C. for 16 hours. The culture was centrifuged at 5000 × G for 5 minutes to recover a transformant of Escherichia coli. Plasmids were extracted from the recovered E. coli using a QIAprep Spin Miniprep kit. The specific operation was performed according to the manual attached to the kit. The nucleotide sequence of the obtained plasmid was confirmed using the pCDNA3.4 vector primer. Hereinafter, this plasmid was used as a plasmid for mammalian cell expression.

(1.2) 野生型抗TSHR抗体の遺伝子の取得
ジェンスクリプトジャパン株式会社に野生型ヒト抗TSHR抗体の遺伝子の合成を委託して、野生型ヒト抗TSHR抗体の遺伝子を取得した。
(1.2) Acquisition of Gene of Wild-type Anti-TSHR Antibody The synthesis of the gene of wild-type human anti-TSHR antibody was entrusted to GenScript Japan Co., Ltd. to acquire the gene of wild-type human anti-TSHR antibody.

(2) 各抗体の変異体の遺伝子の取得
(2.1) プライマーの設計及びPCR
各抗体の軽鎖における、Chothia法で定義されるFR3に変異を導入するため、上記(1.1.3)で得られた野生型抗インスリン抗体の遺伝子を含むプラスミド、(1.2)で得た野生型抗TSHR抗体の遺伝子及び下記の塩基配列で示されるプライマーを用いてPCRを実施した。なお、D5変異体とは、FR3の5つのアミノ酸残基がアスパラギン酸残基に変異された変異体であり、E5変異体とは、FR3の5つのアミノ酸残基がグルタミン酸残基に変異された変異体であり、K5変異体とは、FR3の5つのアミノ酸残基がリジン残基に変異された変異体であり、R5変異体とは、FR3の5つのアミノ酸残基がアルギニン残基に変異された変異体であり、R3変異体とは、FR3の3つのアミノ酸残基がアルギニン残基に変異された変異体である。
(2) Acquisition of mutant genes of each antibody
(2.1) Primer design and PCR
In each antibody light chain, to introduce a mutation in FR3 defined by the Chothia method, a plasmid containing the wild-type anti-insulin antibody gene obtained in (1.1.3) above, the wild-type obtained in (1.2) PCR was performed using the anti-TSHR antibody gene and primers represented by the following nucleotide sequences. The D5 mutant is a mutant in which five amino acid residues of FR3 are mutated to aspartic acid residues, and the E5 mutant is a mutant in which five amino acid residues of FR3 are mutated to glutamic acid residues K5 mutant is a mutant in which five amino acid residues of FR3 are mutated to lysine residues, and R5 mutant is a mutant in which five amino acid residues of FR3 are mutated to arginine residues The R3 mutant is a mutant in which three amino acid residues of FR3 are mutated to arginine residues.

[抗インスリン抗体のプライマー]
配列1 D5変異体 REV: 5’ TTCGTATTCGGTCCCTTCCCCTTCGCCTTCAAAGCGAGCA 3’ (配列番号1)
配列2 E5変異体 REV: 5’ ATCGTAATCGGTCCCATCCCCATCGCCATCAAAGCGAGCA 3’ (配列番号2)
配列3 K5変異体 REV: 5’ CTTGTACTTGGTCCCCTTCCCCTTGCCCTTAAAGCGAGCA 3’ (配列番号3)
配列4 R5変異体 REV: 5’ TCTGTATCTGGTCCCTCTCCCTCTGCCTCTAAAGCGAGCA 3’ (配列番号4)
配列5 FOR: 5’CTCACAATCAGCTGATTG 3’ (配列番号5)
配列6 R3変異体 REV: 5’ TCTCCCTCTGCCTCTAAAGCGAGCA 3’ (配列番号6)
配列7 R3変異体 FOR: 5’ GGGACCAGATACAGA 3’ (配列番号7)
[Anti-insulin antibody primer]
Sequence 1 D5 mutant REV: 5 'TTCGTATTCGGTCCCTTCCCCTTCGCCTTCAAAGCGAGCA 3' (SEQ ID NO: 1)
Sequence 2 E5 mutant REV: 5 ′ ATCGTAATCGGTCCCATCCCCATCGCCATCAAAGCGAGCA 3 ′ (SEQ ID NO: 2)
Sequence 3 K5 mutant REV: 5 ′ CTTGTACTTGGTCCCCTTCCCCTTGCCCTTAAAGCGAGCA 3 ′ (SEQ ID NO: 3)
Sequence 4 R5 mutant REV: 5 ′ TCTGTATCTGGTCCCTCTCCCTCTGCCTCTAAAGCGAGCA 3 ′ (SEQ ID NO: 4)
Sequence 5 FOR: 5'CTCACAATCAGCTGATTG 3 '(SEQ ID NO: 5)
Sequence 6 R3 mutant REV: 5 ′ TCTCCCTCTGCCTCTAAAGCGAGCA 3 ′ (SEQ ID NO: 6)
Sequence 7 R3 mutant FOR: 5 ′ GGGACCAGATACAGA 3 ′ (SEQ ID NO: 7)

配列5のプライマーは、配列1〜4のプライマーに共通のフォワードプライマーとして用いた。また、配列7のプライマーは、配列6のプライマーに対するフォワードプライマーとして用いた。   The primer of sequence 5 was used as a forward primer common to the primers of sequences 1-4. The primer of sequence 7 was used as a forward primer for the primer of sequence 6.

[抗TSHR抗体のプライマー]
配列8 D5変異体 FOR: 5’ GGCACAGACGCCGACCTGGCAATCA 3’ (配列番号8)
配列9 D5変異体 REV: 5’ GTCCCGGTCTCCGTCAAACCGGTCG 3’ (配列番号9)
配列10 E5変異体 FOR: 5’ GGCACAGAGGCCGAGCTGGCAATCA 3’ (配列番号10)
配列11 E5変異体 REV: 5’ CTCCCGCTCTCCCTCAAACCGGTCG 3’ (配列番号11)
配列12 K5変異体 FOR: 5’ GGCACAAAGGCCAAGCTGGCAATCA 3’ (配列番号12)
配列13 K5変異体 REV: 5’ CTTCCGCTTTCCCTTAAACCGGTCG 3’ (配列番号13)
配列14 R5変異体 FOR: 5’ GGCACAAGGGCCAGGCTGGCAATCA 3’ (配列番号14)
配列15 R5変異体 REV: 5’ CCTCCGCCTTCCCCTAAACCGGTCG 3’ (配列番号15)
[Anti-TSHR antibody primer]
Sequence 8 D5 mutant FOR: 5 ′ GGCACAGACGCCGACCTGGCAATCA 3 ′ (SEQ ID NO: 8)
Sequence 9 D5 mutant REV: 5 ′ GTCCCGGTCTCCGTCAAACCGGTCG 3 ′ (SEQ ID NO: 9)
Sequence 10 E5 mutant FOR: 5 ′ GGCACAGAGGCCGAGCTGGCAATCA 3 ′ (SEQ ID NO: 10)
Sequence 11 E5 mutant REV: 5 'CTCCCGCTCTCCCTCAAACCGGTCG 3' (SEQ ID NO: 11)
Sequence 12 K5 mutant FOR: 5 ′ GGCACAAAGGCCAAGCTGGCAATCA 3 ′ (SEQ ID NO: 12)
Sequence 13 K5 mutant REV: 5 ′ CTTCCGCTTTCCCTTAAACCGGTCG 3 ′ (SEQ ID NO: 13)
Sequence 14 R5 mutant FOR: 5 ′ GGCACAAGGGCCAGGCTGGCAATCA 3 ′ (SEQ ID NO: 14)
Sequence 15 R5 mutant REV: 5 'CCTCCGCCTTCCCCTAAACCGGTCG 3' (SEQ ID NO: 15)

上記(1.3)で得られたプラスミドを鋳型として用いて、以下の組成のPCR反応液を調製した。
[PCR反応液]
10x PCRバッファー 5μL
25 mM Mg2SO4 3μL
2mM dNTP mix 5μL
フォワードプライマー 1μL
リバースプライマー 1μL
鋳型プラスミド(40 ng/μL) 0.5μL
KOD plus neo (1 U/μL) 1μL
精製水 33.5μL
合計 50μL
Using the plasmid obtained in the above (1.3) as a template, a PCR reaction solution having the following composition was prepared.
[PCR reaction solution]
5 μL of 10x PCR buffer
25 mM Mg 2 SO 4 3 μL
2mM dNTP mix 5μL
Forward primer 1 μL
Reverse primer 1μL
0.5 μL template plasmid (40 ng / μL)
KOD plus neo (1 U / μL) 1μL
Purified water 33.5μL
50 μL in total

調製したPCR反応液を下記の反応条件でPCR反応に付した。
[反応条件]
98℃で2分、
98℃で10秒、54℃で30秒、及び68℃で4分を30サイクル、及び
68℃で3分。
The prepared PCR reaction solution was subjected to a PCR reaction under the following reaction conditions.
[Reaction conditions]
2 minutes at 98 ° C,
30 cycles of 10 seconds at 98 ° C, 30 seconds at 54 ° C, and 4 minutes at 68 ° C, and
3 minutes at 68 ° C.

得られたPCR産物(50μL)に2μLのDpnI(10 U/μL)を添加して、PCR産物を断片化した。DpnI処理済みPCR産物を用いて、以下の組成のライゲーション反応液を調製した。該反応液を16℃にて1時間インキュベートして、ライゲーション反応を行った。
[ライゲーション反応液]
DpnI処理済みPCR産物 2μL
Ligation high ver.2 5μL
T4ポリヌクレオチドキナーゼ 1μL
精製水 7μL
合計 15μL
To the obtained PCR product (50 μL), 2 μL of DpnI (10 U / μL) was added to fragment the PCR product. A ligation reaction solution having the following composition was prepared using the DpnI-treated PCR product. The reaction solution was incubated at 16 ° C. for 1 hour to perform a ligation reaction.
[Ligation reaction solution]
2 μL of DpnI-treated PCR product
Ligation high ver.2 5μL
T4 polynucleotide kinase 1 μL
Purified water 7μL
15 μL in total

(2.2) トランスフォーメーション、プラスミド抽出及びシーケンスの確認
ライゲーション反応後の溶液(3μL)をDH5α(30μL)に添加して、上記(1.1.3)と同様にして、大腸菌の形質転換体を得た。得られた大腸菌からQIAprep Spin Miniprepキットを用いてプラスミドを抽出した。得られた各プラスミドの塩基配列を、pCDNA3.4ベクタープライマーを用いて確認した。以下、これらのプラスミドを、哺乳動物細胞発現用プラスミドとして用いた。
(2.2) Transformation, plasmid extraction, and confirmation of sequence The ligation solution (3 μL) was added to DH5α (30 μL), and an E. coli transformant was obtained in the same manner as in (1.1.3) above. Plasmids were extracted from the obtained Escherichia coli using a QIAprep Spin Miniprep kit. The nucleotide sequence of each of the obtained plasmids was confirmed using the pCDNA3.4 vector primer. Hereinafter, these plasmids were used as plasmids for mammalian cell expression.

(3) 哺乳動物細胞での発現
[試薬]
Expi293(商標)細胞(Invitrogen社)
Expi293(商標) Expression培地(Invitrogen社)
ExpiFectamine(商標)293トランスフェクションキット(Invitrogen社)
(3) Expression in mammalian cells
[reagent]
Expi293TM cells (Invitrogen)
Expi293TM Expression Medium (Invitrogen)
ExpiFectamineTM 293 Transfection Kit (Invitrogen)

(3.1) トランスフェクション
Expi293細胞は、5%CO2雰囲気下、37℃にて振とう培養(150 rpm)して増殖させた。サンプル数に応じた数の30 mLの細胞培養物(3.0 x 106 cells/mL)を準備した。FR3の各変異体をコードするプラスミド及び野生型の抗体をコードするプラスミドを用いて、以下の組成のDNA溶液を調製し、5分間静置した。
[DNA溶液]
軽鎖プラスミド溶液 15μgに相当する量(μL)
重鎖プラスミド溶液 15μgに相当する量(μL)
Opti-MEM(商標) 適量(mL)
合計 1.5 mL
(3.1) Transfection
Expi293 cells were grown by shaking culture (150 rpm) at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere. A 30 mL cell culture (3.0 × 10 6 cells / mL) was prepared in a number corresponding to the number of samples. Using a plasmid encoding each mutant of FR3 and a plasmid encoding a wild-type antibody, a DNA solution having the following composition was prepared and allowed to stand for 5 minutes.
[DNA solution]
Light chain plasmid solution Amount equivalent to 15 μg (μL)
Heavy chain plasmid solution Amount equivalent to 15 μg (μL)
Opti-MEM (TM) qs (mL)
1.5 mL total

以下の組成のトランスフェクション試薬を調製し、5分間静置した。
ExpiFectamine試薬 80μL
プラスミド溶液 1420μL
合計 1.5 mL
A transfection reagent having the following composition was prepared and allowed to stand for 5 minutes.
ExpiFectamine reagent 80μL
Plasmid solution 1420μL
1.5 mL total

調製したDNA溶液及びトランスフェクション試薬を混合して、20分間静置した。得られた混合液(3mL)を細胞培養物(30 mL)に添加して、5%CO2雰囲気下、37℃にて20時間振とう培養(150 rpm)した。20時間後、各培養物に、ExpiFectamine(商標)トランスフェクションエンハンサー1及び2をそれぞれ150μL及び1.5 mLを添加して、5%CO2雰囲気下、37℃にて6日間振とう培養(150 rpm)した。 The prepared DNA solution and transfection reagent were mixed and allowed to stand for 20 minutes. The obtained mixture (3 mL) was added to the cell culture (30 mL), followed by shaking culture (150 rpm) at 37 ° C. in a 5% CO 2 atmosphere for 20 hours. Twenty hours later, each culture was added with 150 μL and 1.5 mL of ExpiFectamine® Transfection Enhancer 1 and 2, respectively, and shake-cultured at 37 ° C. for 6 days in a 5% CO 2 atmosphere (150 rpm). did.

(3.2) 抗体の回収及び精製
各細胞培養物を3000 rpmで5分間遠心処理して、培養上清を回収した。培養上清には、トランスフェクションされたExpi293(商標)細胞から分泌された各抗体が含まれる。得られた培養上清を再度、15000×Gで10分間遠心処理して、上清を回収した。得られた上清(30 mL)に対して100μLの抗体精製用担体Ab-Capcher Mag(プロテノバ社)を添加して、室温にて2時間反応させた。担体を集磁して上清を除去し、PBS(1mL)を添加して担体を洗浄した。担体に100 mM Gly-HCl(pH 2.8)を400μL添加して、担体に捕捉された抗体(IgG)を溶出した。この溶出操作を合計3回行った。得られた溶出液を、100 mM Tris-HCl(pH 8.0)を用いて中和して、抗体溶液を取得した。
(3.2) Recovery and Purification of Antibody Each cell culture was centrifuged at 3000 rpm for 5 minutes to recover a culture supernatant. The culture supernatant contains each antibody secreted from the transfected Expi293 ™ cells. The obtained culture supernatant was centrifuged again at 15000 × G for 10 minutes, and the supernatant was collected. To the obtained supernatant (30 mL), 100 μL of an antibody purification carrier Ab-Capcher Mag (Protenova) was added, and reacted at room temperature for 2 hours. The carrier was collected, the supernatant was removed, and PBS (1 mL) was added to wash the carrier. 400 μL of 100 mM Gly-HCl (pH 2.8) was added to the carrier to elute the antibody (IgG) captured by the carrier. This elution operation was performed three times in total. The obtained eluate was neutralized with 100 mM Tris-HCl (pH 8.0) to obtain an antibody solution.

(4) 結果
野生型抗インスリン抗体及び野生型抗TSHR抗体におけるChothia法で定義される軽鎖FR3の63番目、65番目、67番目、70番目及び72番目のセリン残基を、荷電アミノ酸残基(アスパラギン酸残基、グルタミン酸残基、リジン残基又はアルギニン残基)に置換した抗体を得た。また、野生型抗インスリン抗体におけるChothia法で定義される軽鎖FR3の63番目、65番目及び67番目のセリン残基を、荷電アミノ酸残基(アルギニン残基)に置換した抗体を得た。
(4) Results The serine residues 63, 65, 67, 70 and 72 of the light chain FR3 defined by the Chothia method in the wild-type anti-insulin antibody and the wild-type anti-TSHR antibody were replaced with charged amino acid residues. (Aspartic acid residue, glutamic acid residue, lysine residue or arginine residue). In addition, an antibody was obtained in which the serine residues 63, 65 and 67 of the light chain FR3 defined by the Chothia method in the wild-type anti-insulin antibody were replaced with charged amino acid residues (arginine residues).

実施例2 FR3に荷電アミノ酸残基を導入した抗体の親和性の測定
実施例1で作製した各変異体の抗原に対する親和性が、野生型に比べて、どのように変化するかを検討した。
Example 2 Measurement of Affinity of Antibody in which Charged Amino Acid Residue was Introduced into FR3 It was examined how the affinity of each mutant prepared in Example 1 for an antigen changes as compared to the wild type.

(1) 抗体の断片化
Pierce(商標) Mouse IgG1 Fab and F(ab')2 Preparationキット(Thermo Fisher社)を用いて、実施例1で得られた各抗体をFab断片にした。具体的な操作は、該キットに添付のマニュアルに従って行った。得られた反応液を、Superdex 200 Increase 10/300 GL(GEヘルスケア社)を用いて、ゲルろ過精製した。50 kDa溶出フラクションを回収し、得られたフラクションをFab断片含有溶液として、以降の実験に用いた。
(1) Antibody fragmentation
Each antibody obtained in Example 1 was converted into a Fab fragment using Pierce (trademark) Mouse IgG1 Fab and F (ab ') 2 Preparation Kit (Thermo Fisher). The specific operation was performed according to the manual attached to the kit. The resulting reaction solution was subjected to gel filtration purification using Superdex 200 Increase 10/300 GL (GE Healthcare). The 50 kDa elution fraction was collected, and the obtained fraction was used as a Fab fragment-containing solution in subsequent experiments.

(2) 親和性の測定
(2.1) SPR技術による親和性の測定
野生型抗インスリン抗体及びその変異体の抗原に対する親和性を、次のようにしてSPR技術により測定した。抗インスリン抗体の抗原として、ヒューマリンR注100単位(イーライリリー社)を用いた。Biacore(登録商標)用センサーチップSeries S Sensor Chip CM5(GEヘルスケア社)に抗原を固定化した(固定化:100RU)。抗インスリン抗体のFab断片含有溶液を希釈して、50 nM、25 nM、12.5 nM、6.25 nM及び3.13 nMの溶液を調製した。各濃度のFab断片含有溶液をBiacore(登録商標)T200(GEヘルスケア社)に送液した(association time 120秒及びdissociation time 1200秒)。測定データをBiacore(登録商標) Evaluationソフトウェアを用いて解析し、抗インスリン抗体の親和性に関するデータを取得した。
(2) Affinity measurement
(2.1) Measurement of Affinity by SPR Technique The affinity of wild-type anti-insulin antibody and its mutant for antigen was measured by the SPR technique as follows. Humulin R Injection 100 units (Eli Lilly) was used as an anti-insulin antibody antigen. The antigen was immobilized on a Biacore (registered trademark) sensor chip Series S Sensor Chip CM5 (GE Healthcare) (immobilization: 100 RU). The solution containing the Fab fragment of the anti-insulin antibody was diluted to prepare solutions of 50 nM, 25 nM, 12.5 nM, 6.25 nM and 3.13 nM. The Fab fragment-containing solution of each concentration was sent to Biacore (registered trademark) T200 (GE Healthcare) (association time 120 seconds and dissociation time 1200 seconds). The measurement data was analyzed using Biacore (registered trademark) Evaluation software, and data on the affinity of the anti-insulin antibody was obtained.

(2.2) ELISA法による親和性の評価
野生型抗TSHR抗体及びその変異体の抗原に対する親和性を、次のようにしてELISA法により測定した。
(2.2) Evaluation of affinity by ELISA method The affinity of the wild-type anti-TSHR antibody and its mutant for the antigen was measured by the ELISA method as follows.

(2.2.1) 捕捉用抗体の固相化
捕捉用抗体として、マウスモノクローナル抗TSHR抗体である4E31抗体(RSR社)を用いた。4E31抗体(5μg)をPBSで希釈して、抗体溶液を得た。この抗体溶液を、NUNC-イムノモジュール(Cat No.469949、NUNC社製。以下、「プレート」と呼ぶ)の各ウェルに100μLずつ添加した。このプレートを室温にて3時間静置して、4E31抗体をウェルに固相化した。抗体溶液を除去して、プレートの各ウェルにブロッキング溶液(1% BSA含有PBS)を300μLずつ添加した。4℃にて20時間以上ブロッキングを行った。
(2.2.1) Immobilization of Capture Antibody Immobilized As a capture antibody, a mouse monoclonal anti-TSHR antibody, 4E31 antibody (RSR) was used. The 4E31 antibody (5 μg) was diluted with PBS to obtain an antibody solution. 100 μL of this antibody solution was added to each well of a NUNC-immuno module (Cat No. 469949, manufactured by NUNC; hereinafter, referred to as “plate”). The plate was allowed to stand at room temperature for 3 hours to immobilize the 4E31 antibody on the wells. After removing the antibody solution, 300 μL of a blocking solution (PBS containing 1% BSA) was added to each well of the plate. Blocking was performed at 4 ° C. for 20 hours or more.

(2.2.2) 一次反応
抗TSHR抗体の抗原として、Detergent solubilized cell membrane preparation containing the TSHR (RSR社)を用いた。この抗原を1% BSA含有PBSで500倍に希釈して、抗原溶液を得た。4E31抗体を固相化したプレートからブロッキング液を除去し、各ウェルに抗原溶液を50μLずつ添加した。このプレートを室温にて60分間振とうして、抗原抗体反応を行った。
(2.2.2) Primary reaction Detergent solubilized cell membrane preparation containing the TSHR (RSR) was used as an anti-TSHR antibody antigen. This antigen was diluted 500-fold with PBS containing 1% BSA to obtain an antigen solution. The blocking solution was removed from the plate on which the 4E31 antibody was immobilized, and 50 μL of the antigen solution was added to each well. This plate was shaken at room temperature for 60 minutes to perform an antigen-antibody reaction.

(2.2.3) 二次反応
検出用抗体として、野生型抗TSHR抗体、D5変異体及びR5変異体を用いた。各抗体を1% BSA含有PBSで段階的に希釈して、1000 pM、100 pM、10 pM、1pM及び0.1 pMの濃度の抗体溶液を得た。また、二次抗体として、HRP標識抗ヒトIgG (Fc特異的)抗体を用いた。この二次抗体を1% BSA含有PBSで希釈して、0.2μg/mLの濃度の二次抗体溶液を得た。各濃度の抗体溶液(50μL)と二次抗体溶液(50μL)とを混合して、抗体の混合液を得た。上記のプレートから抗原溶液を除去して、各ウェルに洗浄液(1% BSA含有PBS)を300μLずつ添加した。そして、プレートから洗浄液を除去して、各ウェルに洗浄液を300μLずつ添加して洗浄を行った。この洗浄操作を3回繰り返した。プレートから洗浄液を除去して、各ウェルに上記の抗体の混合液を100μLずつ添加した。このプレートを室温にて60分間振とうして、抗原抗体反応を行った。反応後、上記の洗浄操作を3回繰り返した。
(2.2.3) Secondary reaction As an antibody for detection, a wild-type anti-TSHR antibody, a D5 mutant and an R5 mutant were used. Each antibody was serially diluted with PBS containing 1% BSA to obtain antibody solutions at concentrations of 1000 pM, 100 pM, 10 pM, 1 pM and 0.1 pM. In addition, an HRP-labeled anti-human IgG (Fc-specific) antibody was used as a secondary antibody. This secondary antibody was diluted with PBS containing 1% BSA to obtain a secondary antibody solution having a concentration of 0.2 μg / mL. Each concentration of the antibody solution (50 μL) and the secondary antibody solution (50 μL) were mixed to obtain an antibody mixture. The antigen solution was removed from the plate, and 300 μL of a washing solution (PBS containing 1% BSA) was added to each well. Then, the washing solution was removed from the plate, and washing was performed by adding 300 μL of the washing solution to each well. This washing operation was repeated three times. The washing solution was removed from the plate, and 100 μL of the above antibody mixture was added to each well. This plate was shaken at room temperature for 60 minutes to perform an antigen-antibody reaction. After the reaction, the above washing operation was repeated three times.

(2.2.4) 検出
基質溶液として、1-Step Ultra TMB-ELISA Substrate Solution (Thermo Fisher Scientific社)を用いた。プレートから洗浄液を除去して、基質溶液を100μL/ウェルで添加した。このプレートを室温にて5分間静置した。5分後、プレートの各ウェルに停止液(0.1 M H2SO4)を100μLずつ添加して、反応を停止させた。そして、プレートの各ウェルについて、450 nmでの吸光度を測定した。
(2.2.4) Detection 1-Step Ultra TMB-ELISA Substrate Solution (Thermo Fisher Scientific) was used as a substrate solution. The washing solution was removed from the plate, and the substrate solution was added at 100 μL / well. The plate was left at room temperature for 5 minutes. Five minutes later, 100 μL of a stop solution (0.1 MH 2 SO 4 ) was added to each well of the plate to stop the reaction. Then, the absorbance at 450 nm was measured for each well of the plate.

(3) 結果
抗インスリン抗体について得られた結合速度定数(kon)及び解離速度定数(koff)から、解離定数(KD)を算出した。また、抗TSHR抗体を用いたELISA法の測定値から、解離定数(KD)を算出した。各抗体の動力学的パラメータを表3及び表4、並びに図1A及び図1Bに示した。図中、「正電荷」は、R5変異体のKD値を示し、「負電荷」は、D5変異体のKD値を示す。表3中、グローバルフィッティングにより得られた値は「平均値±標準誤差」である。
(3) Results The dissociation constant (K D ) was calculated from the binding rate constant (k on ) and dissociation rate constant (k off ) obtained for the anti-insulin antibody. Further, the dissociation constant (K D ) was calculated from the measured value of the ELISA method using the anti-TSHR antibody. The kinetic parameters of each antibody are shown in Tables 3 and 4, and FIGS. 1A and 1B. In the figure, "positively charged" indicates the K D values of R5 variants, "negative charge" indicates the K D values of D5 variants. In Table 3, the values obtained by global fitting are “mean ± standard error”.

表3及び図1Aより、抗インスリン抗体のR3変異体、R5変異体及びK5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも低くなった。また、D5変異体及びE5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも高くなった。よって、抗インスリン抗体については、FR3の3つ又は5つのアミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に変異させることにより、野生型と比べ、抗原に対する親和性が向上した抗体が作製できることがわかった。また、FR3の5つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に変異させることにより、野生型と比べ、抗原に対する親和性が低下した抗体が作製できることがわかった。 From Table 3 and Figure 1A, R3 variants of anti-insulin antibodies, K D values of R5 variants and K5 mutants was lower than the K D value of the wild-type. Further, the K D value of D5 variants and E5 mutant was higher than the K D value of the wild-type. Therefore, it was found that, by mutating three or five amino acid residues of FR3 to basic amino acid residues, an antibody having an improved affinity for the antigen as compared with the wild type can be produced for the anti-insulin antibody. In addition, it was found that by mutating the five amino acid residues of FR3 to acidic amino acid residues, an antibody with reduced affinity for the antigen as compared to the wild type could be produced.

表4及び図1Bより、抗TSHR抗体のD5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも高くなった。抗TSHR抗体については、FR3の5つのアミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に変異させることにより、野生型と比べ、抗原に対する親和性が低下した抗体が作製できることがわかった。一方、抗TSHR抗体のR5変異体のKD値は、野生型のKD値と同程度であった。すなわち、抗TSHR抗体については、FR3の5つのアミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に変異させても、親和性は変化しないことが示唆される。 From Table 4 and FIG. 1B, the K D values of D5 variants of the anti-TSHR antibody, it was higher than the K D value of the wild-type. As for the anti-TSHR antibody, it was found that by mutating five amino acid residues of FR3 to acidic amino acid residues, an antibody having reduced antigen affinity as compared with the wild type could be produced. On the other hand, the K D value of R5 variants of the anti-TSHR antibody was K D values comparable to the wild type. That is, it is suggested that the affinity of the anti-TSHR antibody does not change even if the five amino acid residues of FR3 are mutated to basic amino acid residues.

実施例3 CDRのアミノ酸配列の電気的特性と抗原に対する親和性との関連
実施例2より、抗インスリン抗体は、FR3への変異導入により親和性を向上及び低下させることができた。一方で、抗TSHR抗体は、FR3へ変異を導入しても親和性を低下させることはできたが、親和性を向上させることはできなかった。そこで、FR3への変異導入による抗体の抗原結合部位の表面電荷への影響を検討した。
Example 3 Relationship between Electrical Properties of Amino Acid Sequence of CDR and Affinity for Antigen From Example 2, anti-insulin antibody was able to improve and decrease affinity by introducing mutation into FR3. On the other hand, the anti-TSHR antibody could reduce the affinity even if a mutation was introduced into FR3, but could not improve the affinity. Therefore, the effect of introducing a mutation into FR3 on the surface charge of the antigen-binding site of the antibody was examined.

(1) 変異導入による抗体の表面電荷の変化の検討
実施例1で作製した各種のFab断片の表面電荷分布を、Discovery Studiou (ダッソー・システムズ・バイオビア株式会社)を用いて分析した。抗インスリン抗体のFab断片及び抗原としてのインスリンの表面電荷分布図を図2Aに示す。抗TSHR抗体のFab断片及び抗原としてのTSHRの表面電荷分布図を図2Bに示す。図中、矢印は、抗原結合部位を示し、PIは、等電点の値を示す。ここで、抗原結合部位は、CDRと同じである。また、図中、表面電荷分布は色で示されており、青色の部分は正電荷、赤色の部分は負電荷、白色の部分は電気的に中性であることを示す。
(1) Examination of Change in Surface Charge of Antibody Due to Mutagenesis The surface charge distribution of various Fab fragments prepared in Example 1 was analyzed using Discovery Studiou (Dassault Systèmes Biovia). FIG. 2A shows a surface charge distribution diagram of the Fab fragment of the anti-insulin antibody and insulin as an antigen. FIG. 2B shows the surface charge distribution of the Fab fragment of the anti-TSHR antibody and TSHR as the antigen. In the figure, the arrow indicates the antigen binding site, and PI indicates the value of the isoelectric point. Here, the antigen binding site is the same as the CDR. In the figure, the surface charge distribution is indicated by color, where a blue portion indicates a positive charge, a red portion indicates a negative charge, and a white portion indicates an electrically neutral.

図2Aより、野生型の抗インスリン抗体では、抗原結合部位の表面電荷は中性であることがわかった。FR3に塩基性アミノ酸残基を導入した変異型(正電荷変異)では、抗原結合部位を含む広い範囲の表面電荷が正となっていた。ここで、抗原であるインスリンは負電荷のタンパク質であるところ、図1Aより、正電荷変異を導入した変異型の抗原に対する親和性が向上していた。一方、FR3に酸性アミノ酸を導入した変異型(負電荷変異)では、抗原結合部位を含む広い範囲の表面電荷が負となっていた。図1Aより、負電荷変異を導入した変異型の抗原に対する親和性が低下していた。これらのことから、野生型の抗インスリン抗体では、FR3に導入した荷電アミノ酸残基による表面電荷への寄与が広範囲に及ぶことがわかる。   From FIG. 2A, it was found that the surface charge of the antigen-binding site was neutral in the wild-type anti-insulin antibody. In the mutant in which a basic amino acid residue was introduced into FR3 (positive charge mutation), the surface charge over a wide range including the antigen binding site was positive. Here, although insulin, which is an antigen, is a protein with a negative charge, the affinity for the mutant antigen into which the positive charge mutation was introduced was improved from FIG. 1A. On the other hand, in the mutant in which an acidic amino acid was introduced into FR3 (negative charge mutation), the surface charge over a wide range including the antigen binding site was negative. As shown in FIG. 1A, the affinity for the mutant antigen into which the negative charge mutation was introduced was reduced. From these results, it is understood that the contribution of the charged amino acid residue introduced into FR3 to the surface charge is wide in the wild-type anti-insulin antibody.

図2Bより、野生型の抗TSHR抗体では、抗原結合部位の表面電荷は負であることがわかった。FR3に塩基性アミノ酸を導入した変異型(正電荷変異)では、抗原結合部位を除く範囲の表面電荷は正になったが、抗原結合部位の表面電荷はあまり変化しなかった。ここで、抗原であるTSHRは負電荷のタンパク質であるが、図1Bより、正電荷変異を導入した変異型の抗原に対する親和性に変化はなかった。一方、FR3に酸性アミノ酸を導入した変異型(負電荷変異)では、抗原結合部位を含む広い範囲の表面電荷が負となっていた。図1Bより、負電荷変異を導入した変異型の抗原に対する親和性が低下していた。これらのことから、野生型の抗TSHR抗体では、FR3に導入した酸性アミノ酸残基による表面電荷への寄与が広範囲に及ぶことがわかる。一方、野生型の抗TSHR抗体のFR3に塩基性アミノ酸残基を導入しても、表面電荷が局所的に異なることがわかる。   FIG. 2B shows that the wild-type anti-TSHR antibody has a negative surface charge at the antigen binding site. In the mutant in which a basic amino acid was introduced into FR3 (positive charge mutation), the surface charge in the range excluding the antigen binding site became positive, but the surface charge at the antigen binding site did not change much. Here, TSHR, which is an antigen, is a protein with a negative charge, but from FIG. 1B, there was no change in affinity for the antigen of the mutant type into which the positive charge mutation was introduced. On the other hand, in the mutant in which an acidic amino acid was introduced into FR3 (negative charge mutation), a wide range of surface charges including the antigen binding site was negative. From FIG. 1B, the affinity for the antigen of the mutant type into which the negative charge mutation was introduced was reduced. These results indicate that the contribution of the acidic amino acid residues introduced into FR3 to the surface charge is wide in wild-type anti-TSHR antibodies. On the other hand, even if a basic amino acid residue is introduced into FR3 of the wild-type anti-TSHR antibody, the surface charge is found to be locally different.

(2) CDRのアミノ酸配列の電気的特性と親和性の制御との関連
本発明者らは、抗体のFR3への荷電アミノ酸残基の導入によって、抗原に対する親和性がどのように変化するかは、該抗体のCDRの電気的特性が関係すると考えた。ここで、本発明者らは、CDRの電気的特性を下記の式(I)により定義した。
(2) Relationship between the electrical properties of the amino acid sequence of CDR and the control of affinity The inventors of the present invention determined how the introduction of a charged amino acid residue into FR3 of an antibody changes the affinity for an antigen. It was thought that the electrical properties of the CDRs of the antibody were relevant. Here, the present inventors defined the electrical characteristics of the CDR by the following formula (I).

X=[CDRのアミノ酸配列中の塩基性アミノ酸残基の数]−[CDRのアミノ酸配列中の酸性アミノ酸残基の数] ・・・(I)
(式中、Xが−1、0又は1であるとき、CDRの電気的特性は中性であり、
Xが2以上であるとき、CDRの電気的特性は正電荷であり、
Xが−2以下であるとき、CDRの電気的特性は負電荷である)
X = [number of basic amino acid residues in amino acid sequence of CDR] − [number of acidic amino acid residues in amino acid sequence of CDR] (I)
(Where X is −1, 0 or 1, the electrical properties of the CDR are neutral;
When X is 2 or more, the electrical property of the CDR is a positive charge,
When X is -2 or less, the electrical characteristics of the CDR are negative.)

表5に、野生型の抗TSHR抗体の軽鎖CDRのアミノ酸配列を示す(配列番号16及び17)。なお、これらのCDRのアミノ酸配列は、Chothia法で定義される配列である。   Table 5 shows the amino acid sequence of the light chain CDR of the wild type anti-TSHR antibody (SEQ ID NOs: 16 and 17). The amino acid sequences of these CDRs are sequences defined by the Chothia method.

抗インスリン抗体のCDRには、塩基性アミノ酸残基(アルギニン)が1つあり、酸性アミノ酸残基は存在しないので、CDRの電気的特性は中性(X=1)と定義される。表5に示されるように、抗TSHR抗体のCDRには、酸性アミノ酸残基(アスパラギン酸)が5つあり、塩基性アミノ酸残基は存在しないので、CDRの電気的特性は負電荷(X=−5)と定義される。図2A及びBからわかるように、式(I)により決定した抗インスリン抗体及び抗TSHR抗体のCDRの電気的特性は、Discovery Studiouで分析した抗原結合部位の表面電荷と一致する。このように、抗体によって、CDRの電気的特性及び抗原結合部位の表面電荷に偏りがあることがわかった。   Since the CDR of the anti-insulin antibody has one basic amino acid residue (arginine) and no acidic amino acid residue, the CDR electrical properties are defined as neutral (X = 1). As shown in Table 5, since the CDR of the anti-TSHR antibody has five acidic amino acid residues (aspartic acid) and no basic amino acid residue, the electric characteristics of the CDR are negatively charged (X = -5) is defined. As can be seen from FIGS. 2A and 2B, the electrical properties of the CDRs of the anti-insulin and anti-TSHR antibodies determined by Formula (I) are consistent with the surface charge of the antigen binding site analyzed by Discovery Studiou. As described above, it was found that the electrical properties of CDR and the surface charge of the antigen binding site were biased depending on the antibody.

(3) 結果
実施例2及び実施例3の分析から、CDRの電気的特性が中性である抗体では、FR3への荷電アミノ酸残基の導入による寄与が大きいことが示唆される。また、CDRの電気的特性が中性である抗体では、該導入により生じる静電相互作用によって、抗原結合部位の配向制御が可能であることが示唆される。一方、CDRの電気的特性が負電荷である抗体は、FR3へ塩基性アミノ酸残基を導入しても、静電相互作用による効果が局所的であることが示唆される。しかし、CDRの電気的特性が負電荷である抗体では、FR3に酸性アミノ酸残基を導入すると、静電気的斥力により抗原に対する親和性を低下させることが可能であることが示唆される。
(3) Results The analysis in Examples 2 and 3 suggests that antibodies having neutral CDR electrical properties make a large contribution by introducing charged amino acid residues into FR3. In addition, it is suggested that the orientation of the antigen-binding site can be controlled by the electrostatic interaction caused by the introduction of an antibody having neutral electrical properties of CDR. On the other hand, it is suggested that an antibody having a negative electric charge of CDR has a local effect of electrostatic interaction even when a basic amino acid residue is introduced into FR3. However, it is suggested that, in an antibody whose CDR has negative electric properties, introduction of an acidic amino acid residue into FR3 can reduce affinity for an antigen due to electrostatic repulsion.

実施例4 FR3に荷電アミノ酸残基を導入した抗体の熱安定性の検討
実施例1で作製した抗インスリン抗体の各変異体の熱安定性が、野生型に比べて、どのように変化するかを検討した。
Example 4 Investigation of the Thermal Stability of Antibodies Introducing Charged Amino Acid Residues into FR3 How the Thermal Stability of Each Mutant of the Anti-Insulin Antibody Prepared in Example 1 Changes Compared to Wild-Type It was investigated.

(1) ゲルろ過によるバッファーの置換
実施例2で得たFab断片含有溶液の溶媒を、ゲルろ過により、示差走査熱量計(DSC)での測定に用いるバッファー(リン酸緩生理食塩水:PBS)に置換した。ゲルろ過の条件は下記のとおりである。
[ゲルろ過の条件]
バッファー:PBS
使用したカラム:Superdex 200 Increase 10/300 (GEヘルスケア社)
カラム体積(CV):24 mL
サンプル体積:500μL
流速:1.0 mL/min
溶出量:1.5 CV
フラクション体積:500μL
(1) Replacement of Buffer by Gel Filtration The solvent of the Fab fragment-containing solution obtained in Example 2 was subjected to gel filtration in a buffer (Phosphate phosphate saline: PBS) used for measurement with a differential scanning calorimeter (DSC). Was replaced with The conditions for gel filtration are as follows.
[Gel filtration conditions]
Buffer: PBS
Column used: Superdex 200 Increase 10/300 (GE Healthcare)
Column volume (CV): 24 mL
Sample volume: 500μL
Flow rate: 1.0 mL / min
Elution volume: 1.5 CV
Fraction volume: 500 μL

(2) 変性温度(Tm)の測定
Fab断片を含むフラクションをPBSで希釈して、Fab断片含有サンプル(終濃度5μM)を調製した。MicroCal VP-Capillary DSC (Malvern Instruments Ltd社)を用いて、各Fab断片のTmを測定した。測定条件は下記のとおりである。
[DSC測定条件]
サンプル量:400μL
測定範囲:30℃〜90℃
昇温速度:60℃/時間
(2) Measurement of denaturation temperature (Tm)
The fraction containing the Fab fragment was diluted with PBS to prepare a Fab fragment-containing sample (final concentration 5 μM). The Tm of each Fab fragment was measured using MicroCal VP-Capillary DSC (Malvern Instruments Ltd). The measurement conditions are as follows.
[DSC measurement conditions]
Sample volume: 400μL
Measuring range: 30 ℃ ~ 90 ℃
Heating rate: 60 ° C / hour

(3) 結果
DSC測定により取得したTm値及び解析ピークを、それぞれ表6及び図3に示す。
(3) Result
The Tm values and analysis peaks obtained by the DSC measurement are shown in Table 6 and FIG. 3, respectively.

D5変異体は、野生型に比べて熱安定性が最も低下したが、その低下は13%程度に留まった。ほとんどの変異体において、熱安定性は野生型からほとんど変化しないことがわかった。よって、FR3への荷電アミノ酸残基の導入は、抗体の熱安定性にはほとんど影響しないことが示唆される。   The D5 mutant had the most decreased thermostability compared to the wild type, but the decrease was only about 13%. In most mutants, thermostability was found to be little changed from wild type. Therefore, it is suggested that introduction of a charged amino acid residue into FR3 hardly affects the thermal stability of the antibody.

実施例5 抗リゾチーム抗体の抗原に対する親和性の制御
CDRの電気的特性に基づいて抗リゾチーム抗体のFR3に変異を導入し、得られた変異体のリゾチームに対する親和性を確認した。
Example 5 Control of affinity of anti-lysozyme antibody for antigen
Mutations were introduced into FR3 of the anti-lysozyme antibody based on the electrical properties of the CDR, and the affinity of the obtained mutant for lysozyme was confirmed.

(1) 抗リゾチーム抗体のCDRの電気的特性
ジェンスクリプトジャパン株式会社に抗リゾチーム抗体の遺伝子の合成を委託して、野生型抗リゾチーム抗体の遺伝子を含むプラスミドDNAを取得した。該遺伝子の塩基配列に基づいて、抗リゾチーム抗体のアミノ酸配列を決定した。表7に、野生型の抗リゾチーム抗体の軽鎖及び重鎖CDRのアミノ酸配列を示す(配列番号18〜23)。なお、これらのCDRのアミノ酸配列は、Chothia法で定義される配列である。
(1) Electrical Characteristics of CDR of Anti-Lysozyme Antibody The synthesis of the anti-lysozyme antibody gene was outsourced to Genscript Japan Co., Ltd., and a plasmid DNA containing the wild-type anti-lysozyme antibody gene was obtained. The amino acid sequence of the anti-lysozyme antibody was determined based on the nucleotide sequence of the gene. Table 7 shows the amino acid sequences of the light chain and heavy chain CDRs of the wild-type anti-lysozyme antibody (SEQ ID NOs: 18 to 23). The amino acid sequences of these CDRs are sequences defined by the Chothia method.

表7に示されるように、抗リゾチーム抗体の軽鎖及び重鎖のCDRには、塩基性アミノ酸残基が2つあり、酸性アミノ酸残基が3つある。よって、抗リゾチーム抗体のCDRの電気的特性は中性(X=−1)と定義される。   As shown in Table 7, the CDRs of the light and heavy chains of the anti-lysozyme antibody have two basic amino acid residues and three acidic amino acid residues. Thus, the electrical properties of the CDRs of the anti-lysozyme antibody are defined as neutral (X = -1).

(2) 抗リゾチーム抗体の変異体の作製
ジェンスクリプトジャパン株式会社に抗リゾチーム抗体のR5変異体及びD5変異体の遺伝子の合成を委託して、抗リゾチーム抗体の変異型の遺伝子を含むプラスミドDNAを取得した。ここで、抗リゾチーム抗体のR5変異体は、野生型抗体におけるChothia法で定義される軽鎖FR3の63番目、65番目及び67番目のセリン残基、70番目のアスパラギン酸残基、及び72番目のスレオニン残基を、アルギニン残基に置換した抗体である。また、抗リゾチーム抗体のD5変異体は、野生型抗体におけるChothia法で定義される軽鎖FR3の63番目、65番目及び67番目のセリン残基、70番目のアスパラギン酸残基、及び72番目のスレオニン残基を、アスパラギン酸残基に置換した抗体である。
(2) Preparation of anti-lysozyme antibody mutants GenScript Japan, Inc. was commissioned to synthesize the anti-lysozyme antibody R5 mutant and D5 mutant genes, and the plasmid DNA containing the anti-lysozyme antibody mutant gene was obtained. I got it. Here, the R5 mutant of the anti-lysozyme antibody is the light chain FR3 defined by the Chothia method in the wild-type antibody, the 63rd, 65th and 67th serine residues, the 70th aspartic acid residue, and the 72nd Is an antibody in which the threonine residue is replaced with an arginine residue. Further, the D5 mutant of the anti-lysozyme antibody is a light chain FR3 defined by the Chothia method in the wild-type antibody, the 63rd, 65th and 67th serine residues, the 70th aspartic acid residue, and the 72nd This is an antibody in which a threonine residue is substituted with an aspartic acid residue.

得られたプラスミドを用いて、実施例1と同様にして、Expi293(商標)細胞に各抗体を発現させ、得られた培養上清を精製して、抗リゾチーム抗体の野生型、R5変異体及びD5変異体のそれぞれの溶液を取得した。   Using the obtained plasmid, each antibody was expressed in Expi293 (TM) cells in the same manner as in Example 1, and the obtained culture supernatant was purified to obtain a wild-type anti-lysozyme antibody, an R5 mutant and Each solution of the D5 mutant was obtained.

(3) 変異体の抗原に対する親和性の測定
抗リゾチーム抗体の抗原として、ニワトリ卵白由来リゾチーム(シグマアルドリッチ社)を10 mM酢酸ナトリウム溶液(pH 5.0)に溶解した溶液(200 ng/mL)を用いた。Biacore(登録商標)用センサーチップSeries S Sensor Chip CM5(GEヘルスケア社)に抗原を固定化した(41 RU又は33 RU)。各抗体の溶液をHBS EP+バッファー(GEヘルスケア社)で希釈して、種々の濃度の溶液を調製した。これらの溶液をBiacore(登録商標)T200(GEヘルスケア社)に送液した。各溶液における抗体濃度及び測定条件は、下記のとおりである。測定データをBiacore(登録商標) Evaluationソフトウェアを用いて解析し、各抗体の親和性に関するデータを取得した。
(3) Measurement of affinity of mutant for antigen As a lysozyme antibody antigen, a solution (200 ng / mL) of chicken egg white-derived lysozyme (Sigma-Aldrich) dissolved in 10 mM sodium acetate solution (pH 5.0) was used. Was. The antigen was immobilized on a Biacore (registered trademark) sensor chip Series S Sensor Chip CM5 (GE Healthcare) (41 RU or 33 RU). Solutions of each antibody were diluted with HBS EP + buffer (GE Healthcare) to prepare solutions of various concentrations. These solutions were sent to Biacore® T200 (GE Healthcare). The antibody concentration and measurement conditions in each solution are as follows. The measurement data was analyzed using Biacore (registered trademark) Evaluation software, and data on the affinity of each antibody was obtained.

[抗体濃度]
野生型:30 nM、15 nM、7.5 nM、3.75 nM及び1.875 nM
D5変異体:30 nM、15 nM、7.5 nM、3.75 nM及び1.875 nM
R5変異体:2 nM、1 nM、0.5 nM、0.25 nM及び0.125 nM
[Antibody concentration]
Wild type: 30 nM, 15 nM, 7.5 nM, 3.75 nM and 1.875 nM
D5 mutant: 30 nM, 15 nM, 7.5 nM, 3.75 nM and 1.875 nM
R5 mutant: 2 nM, 1 nM, 0.5 nM, 0.25 nM and 0.125 nM

[測定条件]
Association:30μL/min, 60 sec, 120 sec
Dissociation:30μL/min, 60 sec, 1200 sec
Regeneration:Gly-HCl (pH 2.0) / 60μL/min, 40 sec
[Measurement condition]
Association: 30μL / min, 60 sec, 120 sec
Dissociation: 30μL / min, 60 sec, 1200 sec
Regeneration: Gly-HCl (pH 2.0) / 60μL / min, 40 sec

(4) 結果
抗リゾチーム抗体の野生型及び変異体について得られた結合速度定数(kon)及び解離速度定数(koff)から、解離定数(KD)を算出した。各抗体の動力学的パラメータを表8及び図4に示す。図中、「負電荷」は、D5変異体のKD値を示し、「正電荷」は、R5変異体のKD値を示す。
(4) Results The dissociation constant (K D ) was calculated from the binding rate constant (k on ) and dissociation rate constant (k off ) obtained for the wild-type and mutant anti-lysozyme antibodies. The kinetic parameters of each antibody are shown in Table 8 and FIG. In the figure, "negative charge" indicates the K D values of the D5 variant, "positively charged" refers to a K D values of R5 variants.

表8及び図4より、抗リゾチーム抗体のR5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも低くなった。また、D5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも高くなった。よって、抗リゾチーム抗体については、FR3の5つの中性アミノ酸残基を塩基性アミノ酸残基に変異させることにより、野生型と比べ、抗原に対する親和性が向上した抗体が作製できることがわかった。また、FR3の5つの中性アミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に変異させることにより、野生型と比べ、抗原に対する親和性が低下した抗体が作製できることがわかった。これらの結果は、実施例2の抗インスリン抗体の変異体と同様であった。よって、CDRの電気的特性が中性である抗体では、FR3への荷電アミノ酸残基の導入により生じる静電相互作用によって、抗原結合部位の配向制御が可能であることが示唆される。 From Table 8 and FIG. 4, the K D values of R5 variants of the anti-lysozyme antibody, it was lower than the K D values of the wild-type. Further, the K D value of D5 mutants was higher than the K D values of the wild-type. Therefore, for the anti-lysozyme antibody, it was found that by mutating the five neutral amino acid residues of FR3 to basic amino acid residues, an antibody with improved affinity for the antigen as compared to the wild type could be produced. In addition, it was found that by mutating the five neutral amino acid residues of FR3 to acidic amino acid residues, an antibody with reduced affinity for the antigen as compared to the wild type could be produced. These results were similar to the anti-insulin antibody mutant of Example 2. Therefore, it is suggested that in an antibody having a neutral CDR electrical property, the orientation of an antigen binding site can be controlled by an electrostatic interaction caused by introduction of a charged amino acid residue into FR3.

実施例6 抗HBsAg抗体の抗原に対する親和性の制御
CDRの電気的特性に基づいて抗HBsAg抗体のFR3に変異を導入し、得られた変異体のリゾチームに対する親和性を確認した。
Example 6 Control of affinity of anti-HBsAg antibody for antigen
Mutations were introduced into FR3 of the anti-HBsAg antibody based on the electrical properties of the CDRs, and the affinity of the obtained mutants for lysozyme was confirmed.

(1) 抗HBsAg抗体のCDRの電気的特性
組換え型HBsAgを抗原に用いて、Kohler及びMilstein, Nature, vol.256, p.495-497, 1975に記載される方法により、マウス抗HBsAg抗体を産生するハイブリドーマを作製した。実施例1と同様にして、このハイブリドーマのRNAから、野生型の抗HBsAg抗体の遺伝子を含むプラスミドDNAを取得した。該遺伝子の塩基配列に基づいて、抗HBsAg抗体のアミノ酸配列を決定した。野生型の抗HBsAg抗体における、Chothia法で定義される軽鎖及び重鎖CDRには、塩基性アミノ酸残基が2つあり、酸性アミノ酸残基が10個あることがわかった。よって、抗HBsAg抗体のCDRの電気的特性は負電荷(X=−8)と定義される。
(1) Electrical properties of CDR of anti-HBsAg antibody Using a recombinant HBsAg as an antigen, a mouse anti-HBsAg antibody was obtained by the method described in Kohler and Milstein, vol. 256, p. 495-497, 1975. Was produced. In the same manner as in Example 1, a plasmid DNA containing a wild-type anti-HBsAg antibody gene was obtained from the RNA of this hybridoma. The amino acid sequence of the anti-HBsAg antibody was determined based on the nucleotide sequence of the gene. Light and heavy chain CDRs defined by the Chothia method in a wild-type anti-HBsAg antibody were found to have two basic amino acid residues and ten acidic amino acid residues. Therefore, the electrical properties of the CDRs of the anti-HBsAg antibody are defined as negative charges (X = -8).

(2) 抗HBsAg抗体の変異体の作製
Chothia法で定義される軽鎖FR3に変異を導入するため、上記(1)で得た野生型抗HBsAg抗体の遺伝子及び下記の塩基配列で示されるプライマーを用いて、実施例1と同様にしてPCRを実施した。
(2) Preparation of mutant of anti-HBsAg antibody
In order to introduce a mutation into the light chain FR3 defined by the Chothia method, using the wild-type anti-HBsAg antibody gene obtained in (1) above and primers represented by the following nucleotide sequence, the same procedure as in Example 1 was carried out. PCR was performed.

[抗HBsAg抗体のプライマー]
D5変異体 FOR: 5’ GGGACCGATTATGATCTCACAATCAGTCGAATGGAG 3’ (配列番号24)
D5変異体 REV: 5’ ATCCCCATCGGCATCGAAACGAACAGGGACTCCAGAAGC 3’ (配列番号25)
[Anti-HBsAg antibody primer]
D5 mutant FOR: 5 'GGGACCGATTATGATCTCACAATCAGTCGAATGGAG 3' (SEQ ID NO: 24)
D5 mutant REV: 5 'ATCCCCATCGGCATCGAAACGAACAGGGACTCCAGAAGC 3' (SEQ ID NO: 25)

得られたPCR産物を用いて、実施例1と同様にして、変異体又は野生型の軽鎖をコードする遺伝子を含むプラスミドと、野生型の重鎖をコードする遺伝子を含むプラスミドとを取得した。これらのプラスミドを用いて、実施例1と同様にして、Expi293(商標)細胞に各抗体を発現させ、得られた培養上清を精製して、抗HBsAg抗体の野生型及びD5変異体のそれぞれの溶液を取得した。ここで、抗HBsAg抗体のD5変異体は、野生型抗体におけるChothia法で定義される軽鎖FR3の63番目、65番、67番目及び70番目のセリン残基、及び72番目のフェニルアラニン残基を、アスパラギン酸残基に置換した抗体である。   Using the obtained PCR products, a plasmid containing a gene encoding a mutant or wild-type light chain and a plasmid containing a gene encoding a wild-type heavy chain were obtained in the same manner as in Example 1. . Using these plasmids, each antibody was expressed in Expi293 (TM) cells in the same manner as in Example 1, and the resulting culture supernatant was purified to obtain the anti-HBsAg antibody wild-type and D5 mutant, respectively. Was obtained. Here, the D5 mutant of the anti-HBsAg antibody has the 63rd, 65th, 67th and 70th serine residues and the 72nd phenylalanine residue of the light chain FR3 defined by the Chothia method in the wild type antibody. , An antibody substituted with an aspartic acid residue.

(3) 変異体の抗原に対する親和性の測定
(3.2) 捕捉用抗体の固相化
捕捉用抗体として、上記(1)で得たハイブリドーマとは異なるハイブリドーマから産生されるマウス抗HBsAg抗体を用いたこと以外は、実施例2と同様にして、この捕捉用抗体をプレート(NUNC-イムノモジュール、Cat No.469949、NUNC社製)の各ウェルに固相化した。また、実施例2と同様にして、プレートの各ウェルをブロッキング溶液(1% BSA含有PBS)でブロッキングした。
(3) Measurement of affinity of mutant for antigen
(3.2) Immobilization of antibody for capture As in Example 2, except that a mouse anti-HBsAg antibody produced from a hybridoma different from the hybridoma obtained in (1) above was used as the antibody for capture, This capturing antibody was immobilized on each well of a plate (NUNC-Immuno Module, Cat No. 469949, manufactured by NUNC). In the same manner as in Example 2, each well of the plate was blocked with a blocking solution (PBS containing 1% BSA).

(3.3) 一次反応
抗HBsAg抗体の抗原として、HISCL(登録商標) HBsAg キャリブレータ(HBsAg濃度0.025 IU/mL、シスメックス株式会社)を用いた。捕捉用抗体を固相化したプレートからブロッキング液を除去し、各ウェルに抗原溶液を50μLずつ添加した。このプレートを室温にて60分間振とうして、抗原抗体反応を行った。
(3.3) Primary reaction As an antigen of the anti-HBsAg antibody, a HISCL (registered trademark) HBsAg calibrator (HBsAg concentration: 0.025 IU / mL, Sysmex Corporation) was used. The blocking solution was removed from the plate on which the antibody for capture was immobilized, and 50 μL of the antigen solution was added to each well. This plate was shaken at room temperature for 60 minutes to perform an antigen-antibody reaction.

(3.3) 二次反応及び検出
検出用抗体として、抗HBsAg抗体の野生型及びD5変異体を用いた。各抗体を1% BSA含有PBSで段階的に希釈して、400 nM、80 nM、16 nM、3.2 nM、640 pM、128 pM、25.6 pM及び5.12 pMの濃度の抗体溶液を得た。また、二次抗体として、HRP標識抗マウスIgG (Fc特異的)抗体を用いた。これらを用いて、実施例2と同様にして抗原抗体反応を行った。そして、基質溶液として、1-Step Ultra TMB-ELISA Substrate Solution (Thermo Fisher Scientific社)を用いて、実施例2と同様にして、プレートの各ウェルについて450 nmでの吸光度を測定した。
(3.3) Secondary reaction and detection Wild-type and D5 mutant anti-HBsAg antibodies were used as detection antibodies. Each antibody was serially diluted with PBS containing 1% BSA to obtain antibody solutions at concentrations of 400 nM, 80 nM, 16 nM, 3.2 nM, 640 pM, 128 pM, 25.6 pM and 5.12 pM. Also, an HRP-labeled anti-mouse IgG (Fc-specific) antibody was used as a secondary antibody. Using these, an antigen-antibody reaction was performed in the same manner as in Example 2. Then, using a 1-Step Ultra TMB-ELISA Substrate Solution (Thermo Fisher Scientific) as a substrate solution, the absorbance at 450 nm was measured for each well of the plate in the same manner as in Example 2.

(4) 結果
抗HBsAg抗体の野生型及びD5変異体を用いたELISA法の測定値から、解離定数(KD)を算出した。結果を表9及び図5に示す。図中、「負電荷」は、D5変異体のKD値を示す。
(4) Results The dissociation constant (K D ) was calculated from the measured values of the ELISA method using the wild type and D5 mutant of the anti-HBsAg antibody. The results are shown in Table 9 and FIG. In the figure, "negative charge" indicates the K D values of D5 variants.

表9及び図5より、抗HBsAg抗体のD5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも高くなった。また、D5変異体のKD値は、野生型のKD値よりも高くなった。よって、抗HBsAg抗体については、FR3の5つの中性アミノ酸残基を酸性アミノ酸残基に変異させることにより、野生型と比べ、抗原に対する親和性が低下した抗体が作製できることがわかった。これらの結果は、実施例2の抗TSHR抗体のD5変異体及びE5変異体と同様であった。よって、CDRの電気的特性が負電荷である抗体では、FR3への酸性アミノ酸残基の導入により生じる静電的斥力によって、抗原に対する親和性を低下させることが可能であることが示唆される。 From Table 9 and Figure 5, is the K D value of D5 variants of the anti-HBsAg antibody was higher than the K D value of the wild-type. Further, the K D value of D5 mutants was higher than the K D values of the wild-type. Therefore, for the anti-HBsAg antibody, it was found that by mutating the five neutral amino acid residues of FR3 to acidic amino acid residues, an antibody with reduced affinity for the antigen as compared to the wild type could be produced. These results were similar to those of the anti-TSHR antibody D5 mutant and E5 mutant of Example 2. Therefore, it is suggested that in an antibody whose electric properties of CDR are negatively charged, affinity for an antigen can be reduced by electrostatic repulsion generated by introduction of an acidic amino acid residue into FR3.

Claims (7)

抗体の抗原に対する親和性を向上させる方法であって、前記抗体において、Chothia法で定義されるフレームワーク領域3(FR3)の少なくとも3つのアミノ酸残基をアルギニン残基又はリジン残基とすることにより、前記抗体の抗原に対する親和性を、前記少なくとも3つのアミノ酸残基をアルギニン残基又はリジン残基とする前の抗体と比べて向上させ、
前記少なくとも3つのアミノ酸残基が、軽鎖72番目のアミノ酸残基と、軽鎖63番目、軽鎖65番目、軽鎖67番目および軽鎖70番目からなる群より選択される少なくとも2カ所の残基とを含む、前記方法。
A method for improving the affinity of an antibody for an antigen, wherein at least three amino acid residues of framework region 3 (FR3) defined by the Chothia method are arginine residues or lysine residues in the antibody. Improving the affinity of the antibody for the antigen as compared to the antibody before the at least three amino acid residues are arginine residues or lysine residues,
The at least three amino acid residues are at least two amino acid residues selected from the group consisting of the amino acid residue at position 72 in the light chain and the position 63, light chain 65, light chain 67 and light chain 70 of the light chain. The above method.
抗原に対する親和性が向上した抗体の製造方法であって、
抗体において、Chothia法で定義されるフレームワーク領域3(FR3)の少なくとも3つのアミノ酸残基をアルギニン残基又はリジン残基とする工程と、
前記置換工程で得られた抗体を回収する工程と
を含み、
回収した抗体の抗原に対する親和性が、前記少なくとも3つのアミノ酸残基をアルギニン残基又はリジン残基とする前の抗体と比べて向上しており、
前記少なくとも3つのアミノ酸残基が、軽鎖72番目のアミノ酸残基と、軽鎖63番目、軽鎖65番目、軽鎖67番目および軽鎖70番目からなる群より選択される少なくとも2カ所の残基とを含む、前記製造方法。
A method for producing an antibody having improved affinity for an antigen,
In the antibody, at least three amino acid residues of the framework region 3 (FR3) defined by the Chothia method as an arginine residue or a lysine residue,
Recovering the antibody obtained in the replacement step,
The affinity of the recovered antibody for the antigen is improved as compared to the antibody before the at least three amino acid residues are arginine residues or lysine residues,
The at least three amino acid residues are at least two amino acid residues selected from the group consisting of the amino acid residue at position 72 in the light chain and the position 63, light chain 65, light chain 67 and light chain 70 of the light chain. The above production method, comprising:
前記抗体が、抗体断片の形態である請求項1又は2に記載の方法。   3. The method according to claim 1, wherein the antibody is in the form of an antibody fragment. 前記抗体断片が、Fab断片である請求項3に記載の方法。   The method according to claim 3, wherein the antibody fragment is a Fab fragment. 改変された抗体であって、
前記抗体において、Chothia法で定義されるフレームワーク領域3(FR3)の少なくとも3つのアミノ酸残基がアルギニン残基又はリジン残基とされており、
前記抗体の抗原に対する親和性が、前記少なくとも3つのアミノ酸残基をアルギニン残基又はリジン残基とする前の抗体と比べて向上しており、
前記少なくとも3つのアミノ酸残基が、軽鎖72番目のアミノ酸残基と、軽鎖63番目、軽鎖65番目、軽鎖67番目および軽鎖70番目からなる群より選択される少なくとも2カ所の残基とを含む、前記抗体。
A modified antibody,
In the antibody, at least three amino acid residues of the framework region 3 (FR3) defined by the Chothia method are arginine residues or lysine residues,
The affinity of the antibody for the antigen is improved as compared to the antibody before the at least three amino acid residues are arginine residues or lysine residues,
The at least three amino acid residues are at least two amino acid residues selected from the group consisting of the amino acid residue at the 72nd position of the light chain and the 63rd position of the light chain, the 65th position of the light chain, the 67th position of the light chain, and the 70th position of the light chain. The above antibody, comprising:
抗体断片の形態である請求項5に記載の抗体。   The antibody according to claim 5, which is in the form of an antibody fragment. 前記抗体断片が、Fab断片である請求項6に記載の抗体。   The antibody according to claim 6, wherein the antibody fragment is a Fab fragment.
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