JP2021511785A - 組換えポリペプチド生産用n末端融合パートナーおよびこれを用いた組換えポリペプチドの生産方法 - Google Patents
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Abstract
新規N末端融合パートナー、前記融合パートナーおよび目的ポリペプチドを含む融合ポリペプチド、ならびにこれを用いた目的ポリペプチドの生産方法に関する。本発明に係る新規融合パートナーを使用すれば、従来の融合パートナーに比べて、目的ポリペプチド(組換えポリペプチド)の収率を高めることができる。遺伝子組換え技術を利用して、分子量が比較的小さく、分解しやすいアミノ末端を有する目的ポリペプチドを作製する場合に特に有用である。また、本発明に係る融合パートナーを含む融合ポリペプチドは、宿主細胞内で封入体の形態で発現されるように誘導されることにより、宿主細胞のタンパク質分解酵素などから保護されて、目的ポリペプチドを安定的に生産することができるという利点がある。したがって、本発明は、従来の融合パートナーを使用した場合と比較して、向上した安定性及び収率を有する組換えペプチドの生産方法を提供することができる。【選択図】図1
Description
本発明は、新規N末端融合パートナー、前記融合パートナーおよび目的ポリペプチドを含む融合ポリペプチド、ならびにこれを用いた目的ポリペプチドの生産方法に関する。
近年、遺伝子工学及びバイオテクノロジーの発達に伴い大腸菌、酵母、動植物細胞などを用いて有用な外来タンパク質が多く生産され、これらのタンパク質が医薬品などに幅広く使われている。具体的には、免疫調整剤、酵素阻害剤およびホルモンなどの医薬及び研究用のタンパク質や反応添加酵素などの産業用タンパク質の生産プロセス技術の開発及び産業化が進んでいる。
この中でも、遺伝子組換え技術は、様々なターゲットタンパク質の核酸を発現ベクターにクローニングして組換え発現ベクターを得、これを適当な宿主細胞に形質転換して培養することにより、ターゲットタンパク質(目的ポリペプチド)を生産する方法である。しかしながら、この技術は、宿主細胞内の分解酵素(例えば、プロテアーゼ(protease)またはペプチダーゼ(peptidase))によってターゲットタンパク質の全部又は一部が分解されて収率が低くなり、または、融合パートナーとして使用するペプチドのサイズが、製造しようとするターゲットタンパク質の大きさに比べて大きすぎて収率が著しく低下する問題がある。
したがって、遺伝子組換え技術を利用してターゲットタンパク質を大量生産したい場合には、ターゲットタンパク質を安定的に発現させながらも生産収率を向上させられる融合パートナーを開発することが重要である。
本発明の目的は、組換えポリペプチドを生産するための、新規のアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーを提供することである。
本発明の他の目的は、前記N末端融合パートナーおよび目的ポリペプチドを含む融合ポリペプチドを提供することである。
本発明のまた他の目的は、前記融合ポリペプチドをコードするヌクレオチド、前記ヌクレオチドを含む発現ベクター、及び前記発現ベクターを含む宿主細胞を提供することである。
本発明のまた他の目的は、前記融合ポリペプチドを用いた目的ポリペプチドの生産方法を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、下記一般式(1)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナー、目的ポリペプチド、および、前記N末端融合パートナーと前記目的ポリペプチドとの間に位置するリンカーを含む、融合ポリペプチドを提供する:
Met−Xaa1−Xaa2−Xaa3−Xaa4−Xaa5−Xaa6−(Z)n(1)
(前記一般式(1)中、
Xaa1〜Xaa6は、互いに独立して、イソロイシン(Ile、I)、グリシン(Gly、G)、アラニン(Ala、A)、プロリン(Pro、P)、バリン(Val、V)、ロイシン(Leu、L)、メチオニン(Met、M)、フェニルアラニン(Phe、F)、チロシン(Tyr、Y)、トリプトファン(Trp、W)、アスパラギン(Asn、N)、セリン(Ser、S)、トレオニン(Thr、T)、システイン(Cys、C)、グルタミン(Gln、Q)、アルギニン(Arg、R)、リジン(Lys、K)、ヒスチジン(His、H)、アスパラギン酸(Asp、D)およびグルタミン酸(Glu、E、)からなる群より選択され、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である)。
Met−Xaa1−Xaa2−Xaa3−Xaa4−Xaa5−Xaa6−(Z)n(1)
(前記一般式(1)中、
Xaa1〜Xaa6は、互いに独立して、イソロイシン(Ile、I)、グリシン(Gly、G)、アラニン(Ala、A)、プロリン(Pro、P)、バリン(Val、V)、ロイシン(Leu、L)、メチオニン(Met、M)、フェニルアラニン(Phe、F)、チロシン(Tyr、Y)、トリプトファン(Trp、W)、アスパラギン(Asn、N)、セリン(Ser、S)、トレオニン(Thr、T)、システイン(Cys、C)、グルタミン(Gln、Q)、アルギニン(Arg、R)、リジン(Lys、K)、ヒスチジン(His、H)、アスパラギン酸(Asp、D)およびグルタミン酸(Glu、E、)からなる群より選択され、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である)。
本発明の他の態様は、前記融合ポリペプチドをコードするヌクレオチド、前記ヌクレオチドを含む発現ベクター、及び、前記発現ベクターを含む宿主細胞を提供する。
本発明のさらに他の態様は、前記宿主細胞を培養するステップ、前記宿主細胞において発現された融合ポリペプチドを精製するステップ、および、前記精製された融合ポリペプチドを切断酵素と共に培養して目的ポリペプチドを回収するステップを含む、組み換えポリペプチドの生産方法を提供する。
本発明に係る新規融合パートナーを使用すれば、従来の融合パートナーに比べて、目的ポリペプチド(組換えポリペプチド)の収率を高めることができる。本発明は、遺伝子組換え技術を利用して、分子量が比較的小さく、分解しやすいアミノ末端を有する目的ポリペプチドを作製する場合に特に有用である。また、本発明に係る融合パートナーを含む融合ポリペプチドは、宿主細胞内で封入体の形態で発現されるように誘導されることにより、宿主細胞のタンパク質分解酵素などから保護されて、目的ポリペプチドを安定的に生産することができるという利点がある。したがって、本発明は、従来の融合パートナーを使用した場合と比較して、向上した安定性及び収率を有する組換えペプチドの生産方法を提供することができる。
本発明の一実施例は、下記一般式(1)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナー、目的ポリペプチド、および、前記N末端融合パートナーと前記目的ポリペプチドとの間に位置するリンカーを含む、融合ポリペプチドを提供する。
Met−Xaa1−Xaa2−Xaa3−Xaa4−Xaa5−Xaa6−(Z)n (1)
前記一般式(1)中、
Xaa1〜Xaa6は、互いに独立して、イソロイシン(Ile、I)、グリシン(Gly、G)、アラニン(Ala、A)、プロリン(Pro、P)、バリン(Val、V)、ロイシン(Leu、L)、メチオニン(Met、M)、フェニルアラニン(Phe、F)、チロシン(Tyr、Y)、トリプトファン(Trp、W)、アスパラギン(Asn、N)、セリン(Ser、S)、トレオニン(Thr、T)、システイン(Cys、C)、グルタミン(Gln、Q)、アルギニン(Arg、R)、リジン(Lys、K)、ヒスチジン(His、H)、アスパラギン酸(Asp、D)およびグルタミン酸(Glu、E、)からなる群より選択され、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
Xaa1〜Xaa6は、互いに独立して、イソロイシン(Ile、I)、グリシン(Gly、G)、アラニン(Ala、A)、プロリン(Pro、P)、バリン(Val、V)、ロイシン(Leu、L)、メチオニン(Met、M)、フェニルアラニン(Phe、F)、チロシン(Tyr、Y)、トリプトファン(Trp、W)、アスパラギン(Asn、N)、セリン(Ser、S)、トレオニン(Thr、T)、システイン(Cys、C)、グルタミン(Gln、Q)、アルギニン(Arg、R)、リジン(Lys、K)、ヒスチジン(His、H)、アスパラギン酸(Asp、D)およびグルタミン酸(Glu、E、)からなる群より選択され、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
具体的には、前記Xaa1〜Xaa6は、互いに独立して、イソロイシン(Ile、I)、プロリン(Pro、P)、ロイシン(Leu、L)、アスパラギン(Asn、N)、アルギニン(Arg、R)、ヒスチジン(His、H)及びアスパラギン酸(Asp、D)からなる群より選択されてもよい。
前記nが0の整数である場合、前記N末端融合パートナーは、7個のアミノ酸からなるものであってもよい。また、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、20個、21個、22個、23個、24個、25個、26個、27個、28個、29個、30個、31個、32個、33個、34個、35個または36個のアミノ酸であってもよい。具体的には、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる8個、15個、22個、29個または36個のアミノ酸であってもよい。
組換え微生物システムを利用して種々の目的ポリペプチドを生産する場合、そのターゲット物質の物性に応じて、宿主細胞内の酵素による分解、低発現レベル、不適切なタンパク質の折り畳みおよび/または低いmRNA安定性などにより、収率が低下するおそれがある。例えば、従来の融合パートナーとして活用されているマルトース結合タンパク質(MBP:maltose binding protein)、グルタチオンS−転移酵素(glutathione−S−transferase)、チオレドキシン(thioredoxin)、SUMO、ユビキチンなどは、それぞれ397、216、106、101、76個のアミノ酸を有するが、比較的低分子量の目的ポリペプチドなどを生産する際に収率が良くない問題があった。
これに対し、本発明に係る前記N末端融合パートナーは、7〜43個のアミノ酸からなる、比較的分子量の小さいペプチドであって、これを適用してhPTH 1−34などの目的ポリペプチドを生産する場合、従来の融合パートナーを用いた場合と比較して、向上した収率を有するhPTH 1−34を得ることができる。例えば、組換え融合ポリペプチドにおけるhPTH 1−34の割合を、下記の表1に概略的に示した。
表1に示すように、従来の融合パートナーを用いた融合ポリペプチドにおけるhPTH 1−34の割合は、8%〜29%にとどまるのに対し、本発明に係る融合パートナーが融合された融合ポリペプチドにおけるhPTH 1−34の割合は、37%〜62%であることが確認される。したがって、本発明の場合、同じ濃度の融合ポリペプチドから得られるhPTH 1−34の量が、従来の融合パートナーに比べて高いので、最終生産収率の向上を図ることができる。
また、本発明に係る融合パートナーは、融合ポリペプチドの不溶性発現を誘導することで、融合ポリペプチドが不溶性封入体として宿主細胞内に高濃度で蓄積できるようにする。したがって、大腸菌(Escherichia coli)などの宿主細胞内でプロテアーゼ及びペプチダーゼによって全部又は一部が分解あるいは切断されるおそれがある目的ポリペプチドを、高収率で得しやすいという利点がある。
例えば、前記N末端融合パートナーは、下記一般式(2)で表されるアミノ酸配列を含むものであってもよい。
Met−Xaa1−Ile−Arg−Pro−Leu−His−(Z)n (2)
前記一般式(2)中、
Xaa1は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
Xaa1は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
また、前記Xaa1は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシンおよびトリプトファンからなる群より選択されてもよい。具体的には、前記Xaa1は、イソロイシン(Ile、I)、アスパラギン(Asn、N)、アルギニン(Arg、R)及びアスパラギン酸(Asp、D)からなる群より選択されてもよい。
前記nが0の整数である場合、前記N末端融合パートナーは、7個のアミノ酸からなるものであってもよい。また、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、20個、21個、22個、23個、24個、25個、26個、27個、28個、29個、30個、31個、32個、33個、34個、35個または36個のアミノ酸であってもよい。具体的には、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる8個、15個、22個、29個または36個のアミノ酸であってもよい。
一具体例として、前記一般式(2)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号8、30、52、74、96または118のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa1は、アスパラギン、セリン、トレオニン、システインおよびグルタミンからなる群より選択されてもよい。一具体例として、前記一般式(2)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号9、31、53、75、97または119のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa1は、アルギニン、リジンおよびヒスチジンからなる群より選択されてもよい。一具体例として、前記一般式(2)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号10、32、54、76、98または120のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa1は、アスパラギン酸またはグルタミン酸であってもよい。一具体例として、前記一般式(2)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号11、33、55、77、99または121のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記N末端融合パートナーは、下記一般式(3)で表されるアミノ酸配列を含ものであってもよい。
Met−Asn−Xaa2−Arg−Pro−Leu−His−(Z)n (3)
前記一般式(3)中、
Xaa2は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
Xaa2は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
具体的には、前記Xaa1は、イソロイシン(Ile、I)、アスパラギン(Asn、N)、アルギニン(Arg、R)及びアスパラギン酸(Asp、D)からなる群より選択されてもよい。
前記nが0の整数である場合、前記N末端融合パートナーは、7個のアミノ酸からなるものであってもよい。また、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、20個、21個、22個、23個、24個、25個、26個、27個、28個、29個、30個、31個、32個、33個、34個、35個または36個のアミノ酸であってもよい。具体的には、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる8個、15個、22個、29個または36個のアミノ酸であってもよい。
また、前記Xaa2は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシンおよびトリプトファンからなる群より選択されてもよい。
一具体例として、前記一般式(3)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号9、31、53、75、97または119のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa2は、アスパラギン、セリン、トレオニン、システインおよびグルタミンからなる群より選択されてもよい。一具体例として、前記一般式(3)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号12、34、56、78、100または122のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa2は、アルギニン、リジンおよびヒスチジンからなる群より選択されてもよい。一具体例として、前記一般式(3)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号13、35、57、79、101または123のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa2は、アスパラギン酸またはグルタミン酸であってもよい。一具体例として、前記一般式(3)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号14、36、58、80、102または124のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記N末端融合パートナーは、下記一般式(4)で表されるアミノ酸配列を含むものであってもよい。
Met−Asn−Ile−Xaa3−Pro−Leu−His−(Z)n (4)
前記一般式(4)中、
Xaa3は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
Xaa3は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
また、前記Xaa3は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシンおよびトリプトファンからなる群より選択されてもよい。具体的には、前記Xaa1は、イソロイシン(Ile、I)、アスパラギン(Asn、N)、アルギニン(Arg、R)及びアスパラギン酸(Asp、D)からなる群より選択されてもよい。
前記nが0の整数である場合、前記N末端融合パートナーは、7個のアミノ酸からなるものであってもよい。また、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、20個、21個、22個、23個、24個、25個、26個、27個、28個、29個、30個、31個、32個、33個、34個、35個または36個のアミノ酸であってもよい。具体的には、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる8個、15個、22個、29個または36個のアアミノ酸であってもよい。
一具体例として、前記一般式(4)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号15、37、59、81、103または125のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa3は、アスパラギン、セリン、トレオニン、システインおよびグルタミンからなる群より選択されてもよい。一具体例として、前記一般式(4)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号16、38、60、82、104または126のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa3は、アルギニン、リジンおよびヒスチジンからなる群より選択されてもよい。一具体例として、前記一般式(4)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号9、31、53、75、97または119のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa3は、アスパラギン酸またはグルタミン酸であってもよい。一具体例として、前記一般式(4)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号17、39、61、83、105または127のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記N末端融合パートナーは、下記一般式(5)で表されるアミノ酸配列を含むものであってもよい。
Met−Asn−Ile−Arg−Xaa4−Leu−His−(Z)n (5)
前記一般式(5)中、
Xaa4は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
Xaa4は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
また、前記Xaa4は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシンおよびトリプトファンからなる群より選択されてもよい。具体的には、前記Xaa1は、イソロイシン(Ile、I)、アスパラギン(Asn、N)、アルギニン(Arg、R)及びアスパラギン酸(Asp、D)からなる群より選択されてもよい。
前記nが0の整数である場合、前記N末端融合パートナーは、7個のアミノ酸からなるものであってもよい。また、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、20個、21個、22個、23個、24個、25個、26個、27個、28個、29個、30個、31個、32個、33個、34個、35個または36個のアミノ酸であってもよい。具体的には、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる8個、15個、22個、29個または36個のアミノ酸であってもよい。
一具体例として、前記一般式(5)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号8、40、62、84、106または128のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa4は、アスパラギン、セリン、トレオニン、システインおよびグルタミンからなる群より選択されてもよい。一具体例として、前記一般式(5)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号19、41、63、85、107または129のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa4は、アルギニン、リジンおよびヒスチジンからなる群より選択されてもよい。一具体例として、前記一般式(5)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号20、42、64、86、108または130のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa4は、アスパラギン酸またはグルタミン酸であってもよい。一具体例として、前記一般式(5)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号21、43、65、87、190または131のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記N末端融合パートナーは、下記一般式(6)で表されるアミノ酸配列を含むものであってもよい。
Met−Asn−Ile−Arg−Pro−Xaa5−His−(Z)n (6)
前記一般式(6)中、
Xaa5は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
Xaa5は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
また、前記Xaa5は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシンおよびトリプトファンからなる群より選択されてもよい。具体的には、前記Xaa1は、イソロイシン(Ile、I)、アスパラギン(Asn、N)、アルギニン(Arg、R)及びアスパラギン酸(Asp、D)からなる群より選択されてもよい。
前記nが0の整数である場合、前記N末端融合パートナーは、7個のアミノ酸からなるものであってもよい。また、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、20個、21個、22個、23個、24個、25個、26個、27個、28個、29個、30個、31個、32個、33個、34個、35個または36個のアミノ酸であってもよい。具体的には、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる8個、15個、22個、29個または36個のアミノ酸であってもよい。
一具体例として、前記一般式(6)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号22、44、66、88、110または132のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa5は、アスパラギン、セリン、トレオニン、システインおよびグルタミンからなる群より選択されてもよい。一具体例として、前記一般式(6)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号23、45、67、89、111または135のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa5は、アルギニン、リジンおよびヒスチジンからなる群より選択されてもよい。一具体例として、前記一般式(6)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号24、46、68、90、112または134のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa5は、アスパラギン酸またはグルタミン酸であってもよい。一具体例として、前記一般式(6)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号25、47、69、91、113または135のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記N末端融合パートナーは、下記一般式(7)で表されるアミノ酸配列を含むものであってもよい。
Met−Asn−Ile−Arg−Pro−Leu−Xaa6−(Z)n (7)
前記一般式(7)中、
Xaa6は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
Xaa6は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である。
また、前記Xaa6は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシンおよびトリプトファンからなる群より選択されてもよい。具体的には、前記Xaa1は、イソロイシン(Ile、I)、アスパラギン(Asn、N)、アルギニン(Arg、R)及びアスパラギン酸(Asp、D)からなる群より選択されてもよい。
前記nが0の整数である場合、前記N末端融合パートナーは、7個のアミノ酸からなるものであってもよい。また、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、20個、21個、22個、23個、24個、25個、26個、27個、28個、29個、30個、31個、32個、33個、34個、35個または36個のアミノ酸であってもよい。具体的には、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる8個、15個、22個、29個または36個のアミノ酸であってもよい。
一具体例として、前記一般式(7)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号26、48、70、92、114または136のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa6は、アスパラギン、セリン、トレオニン、システインおよび文通り民からなる群より選択されてもよい。一具体例として、前記一般式(7)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号27、49、71、93、115または137のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa6は、アルギニン、リジンおよびヒスチジンからなる群より選択されてもよい。一具体例として、前記一般式(7)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号28、50、72、94、116または138のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記Xaa6は、アスパラギン酸またはグルタミン酸であってもよい。一具体例として、前記一般式(7)で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナーは、配列番号29、51、73、95、117または139のアミノ酸配列からなるものであってもよい。
前記一般式(1)〜(7)において、前記nが0の整数である場合、前記N末端融合パートナーは、7個のアミノ酸からなるものであり得、本発明において7個のアミノ酸からなるN末端融合パートナーを「PG07」と命名した。また、前記nが1の整数である場合、前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる8個、15個、22個、29個または36個のアミノ酸であってもよい。この場合、前記N末端融合パートナーは、15個、22個、29個、36個または43個のアミノ酸からなるものであり得、本発明において15個、22個、29個、36個または43個のアミノ酸からなるN末端融合パートナーをそれぞれ順に「PG15」、「PG22」、「PG29」、「PG36」、「PG43」と命名した。
前記N末端融合パートナーは、シャペロン10(chaperone 10、GroES proteon)のN末端誘導体であってもよい。また、前記N末端融合パートナーは、7〜43個のアミノ酸を有するペプチドであって、配列番号119のN末端からC末端に向かって7〜43個の連続したアミノ酸からなるものであってもよい。
具体的には、前記N末端融合パートナーは、配列番号8〜139のうちのいずれか一つのアミノ酸配列からなるものであってもよい。前記融合パートナーのアミノ酸数は、目的ポリペプチドの特性に応じて調節されてもよい。例えば、7個、8個、9個、10個、13個、15個、17個、22個、25個、27個、29個、30個、33個、38個、40個、43個などであってもよい。一具体例として、前記N末端融合パートナーは、配列番号9、31、53、75、97または119で表されるアミノ酸配列からなるものであってもよい。
本発明のさらに他の態様は、前述したような新規N末端融合パートナー、目的ポリペプチド、および、前記N末端融合パートナーと前記目的ポリペプチドとの間に位置するリンカーを含む、融合ポリペプチドを提供する。
前記リンカーは、親和性タグを含んでもよい。本発明で使用される用語「親和性タグ」は、組換え融合ポリペプチドまたはこれをコードする核酸に導入されるペプチドまたは核酸配列であって、さまざまな目的のために使用でき、例えば、目的ポリペプチドの精製効率を高めるために使用できる。本発明で使用される親和性タグは、当業界に公知の任意の適切な物質を必要に応じて使用することができる。例えば、本発明に使用される親和性タグとしては、ポリヒスチジンタグ(配列番号7または8)、ポリリジンタグ(配列番号9または10)またはポリアルギニンタグ(配列番号11または12)が挙げられる。
また、前記リンカーは、プロテアーゼ認識配列を含み得る。プロテアーゼとは、特定のアミノ酸配列を認識して、認識した配列内のペプチド結合や、その配列の最後のアミノ酸と融合されたポリペプチドの最初のアミノ酸とのペプチド結合を切断するタンパク質分解酵素である。本発明に係る融合ポリペプチドは、プロテアーゼ認識配列を有するリンカーを含むことにより、最終段階でポリペプチド精製の際、切断酵素認識配列を有するアミノ末端(親和性タグを使用した場合には親和性タグを含む)と、目的ポリペプチドのN末端とを分離させて目的ポリペプチドを回収することができる。
具体的には、前記プロテアーゼ認識配列は、タバコエッチウイルスプロテアーゼ認識配列、エンテロキナーゼ認識配列、ユビキチン加水分解酵素認識配列、第Xa因子、プリンおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される認識配列であってもよい。例えば、前記プロテアーゼ認識配列は、配列番号146〜150のアミノ酸配列のうちのいずれか一つを含み得る。
本発明で使用される用語「目的ポリペプチド」は、組換え生産システムを介して得られるポリペプチドを意味する。
前記目的ポリペプチドは、本発明に係るN末端融合パートナーとの融合により、向上した発現レベルを有するのみならず、不溶性封入体の形態で細胞内に蓄積されることにより、宿主細胞内の酵素による分解から保護されることができ、その結果、より高い収率で得られる。また、前記目的ポリペプチドは、配列番号18〜27のアミノ酸配列のうちのいずれか一つを含んでもよい。好ましくは、前記目的ポリペプチドは、2kDa〜15kDa、2.5kDa〜14kDa、3kDa〜13kDa、3.5kDa〜12kDa、4kDa〜11kDaの分子量を有するものであってもよい。
具体的には、前記目的ポリペプチドは、ヒト副甲状腺ホルモン1−34(hPTH 1−34)、ヒト副甲状腺ホルモン1−84(hPTH 1−84)、グルカゴン様ペプチド−1(GLP−1)、リラグルチド(liraglutide)前駆体ペプチド、エキセナチド(exenatide)、インスリン様成長因子−1(IGF−1)、グルカゴン様ペプチド−2(GLP−2)、テデュグルチド(teduglutide)、エカランチド(ecallantide)、ネシリチド(nesiritide)、インスリンおよびインスリン類似体からなる群より選択されるいずれか一つであってもよい。
前記ヒト副甲状腺ホルモンのアミノ末端断片であるhPTH 1−34(Human Parathyroid Hormone 1−34)は、甲状腺によって分泌される115個のアミノ酸(aa)のプレプロペプチド(prepropeptide)の形で発現され、信号配列及びプロペプチド除去後、血液に分泌されるペプチドであり、血液中のカルシウム濃度を上昇させる働きをし、骨形成を刺激することが知られている。hPTH 1−34は、ヒト副甲状腺ホルモンのアミノ末端部位の34個のアミノ酸を有するペプチドであって、テリパラチド(Teriparatide)とも呼ばれる。例えば、前記hPTH 1−34ポリペプチドは、配列番号151のアミノ酸配列からなってもよく、前記アミノ酸配列は、配列番号292の塩基配列によってコードされてもよい。
また、前記ヒト副甲状腺ホルモン1−84(hPTH 1−84)は、甲状腺によって分泌される115個のアミノ酸(aa)のプレプロペプチドから由来した84個のアミノ酸を有するペプチドであり、血液中のカルシウム濃度を上昇させる働きをし、骨形成を刺激することが知られている。一般的に、hPTH 1−84は、希少疾患である低カルシウム血症(hypocalcemia)または副甲状腺機能低下症(hypoparathyroidism)の治療剤として使用される。例えば、前記hPTH 1−84ポリペプチドは、配列番号628のアミノ酸配列からなってもよく、前記アミノ酸配列は、配列番号633の塩基配列によってコードされてもよい。前記目的ポリペプチドは、配列番号151、340、341、484、485、628、638、642および652のアミノ酸配列のうちのいずれか一つのアミノ酸配列からなるものであってもよい。
また、前記グルカゴン様ペプチド−1(GLP−1)は、31個のアミノ酸からなるポリペプチドである。これに関連し、リラグルチドは、その類似体であり、GLP−1の28番目のリジンがアルギニンで置換(K28R)されており、20番目のリジン残基のアミノ基に、パルミチン酸およびグルタミン酸からなるN−Palmitoyl−L−glutamic acidが結合されている形態を有する。リラグルチドは、第2型糖尿病または肥満の治療剤として使用され得る。一般的に、N−Palmitoyl−L−glutamic acidが結合されていないリラグルチド前駆体ペプチド(GLP−1K28R)を生産し、その20番目のリジン残基にN−Palmitoyl−L−glutamic acidを結合させる工程によりリラグルチドを生産することができる(Dunweber、Jensen et al。2007)。例えば、前記GLP−1ポリペプチドは、配列番号340のアミノ酸配列からなってもよく、前記アミノ酸配列は、配列番号475の塩基配列によってコードされてもよい。また、前記リラグルチド前駆体ペプチド(GLP−1K28R)は、配列番号341のアミノ酸配列からなってもよく、前記アミノ酸配列は、配列番号476の塩基配列によってコードされてもよい。
また、前記グルカゴン様ペプチド−2(GLP−2)は、33個のアミノ酸からなるポリペプチドである。これに関連し、テデュグルチドは、その類似体であり、GLP−2の2番目のアラニンがグリシンで置換(A2G)されている形態を有する。テデュグルチドは、希少疾患である短腸症候群(Short Bowel Syndrome)、化学療法誘発性下痢(Chemotherapy−Induced Diarrhea)および腸管皮膚瘻(Enterocutaneous Fistula)の治療剤として使用され得る。例えば、前記GLP−2ポリペプチドは、配列番号484のアミノ酸配列からなってもよく、前記アミノ酸配列は、配列番号619の塩基配列によってコードされてもよい。また、前記テデュグルチドポリペプチド(GLP−2A2G)は、配列番号485のアミノ酸配列からなってもよく、前記アミノ酸配列は、配列番号620の塩基配列によってコードされてもよい。
また、前記エカランチドは、60個のアミノ酸からなるポリペプチドであって、ヒト血漿カリクレイン(kallikrein)を阻害することができ、結果として、高分子量を有するカリクレインがブラジキニン(Bradykinin)に変換されることを阻害する働きをする。エカランチドは、希少疾患である遺伝性血管性浮腫(Hereditary Angioedema)の治療剤として使用され得る。例えば、前記エカランチドポリペプチドは、配列番号642のアミノ酸配列からなってもよく、前記アミノ酸配列は、配列番号647の塩基配列によってコードされてもよい。
また、前記ネシリチドは、32個のアミノ酸からなるポリペプチドであって、ヒト心室心筋(ventricular myocardium)によって分泌されるB型ナトリウム利尿ペプチド(natriuretic peptide)である。ネシリチドは、うっ血性心不全の治療剤として使用され得る。例えば、前記ネシリチドポリペプチドは、配列番号652のアミノ酸配列からなってもよく、前記アミノ酸配列は、配列番号657の塩基配列によってコードされてもよい。
また、前記エキセナチドポリペプチドは、配列番号638のアミノ酸配列からなってもよく、前記アミノ酸配列は、配列番号639の塩基配列によってコードされてもよい。また、前記インスリン類似成長因子−1(IGF−1)ポリペプチドは、配列番号640のアミノ酸配列からなってもよく、前記アミノ酸配列は、配列番号641の塩基配列によってコードされてもよい。
一方、本発明に係る融合ポリペプチドは、配列番号1のアミノ酸配列を含む融合パートナーと目的ポリペプチドとが互いに異なる等電点を有することにより、目的ポリペプチドが容易に高純度で精製され得る。タンパク質の等電点(isoelectric point:pI)は、タンパク質分子の電荷の総和が0になるpHであり、等電点に基づいてタンパク質が分離され得る。
例えば、本発明の配列番号8〜139のアミノ酸配列を有するN末端融合パートナーのpI値は、9.5〜10.5であり得る。具体的には、配列番号9、31、53、75、97または119のアミノ酸配列を有するN末端融合パートナーのpI値は、それぞれ9.52、11.72、10.27、10.27、10.43、10.42であり得る。
また、目的ポリペプチドの例示としてのhPTH 1−34、hPTH 1−84、リラグルチド前駆体ペプチド、テデュグルチド、エカランチド、ネシリチドのpI値は、それぞれ8.29、9.10、5.53、4.17、5.58、 10.95である。つまり、目的ポリペプチドのpI値とN末端融合パートナー及びこれを含む融合パートナーのpI値は、実質的に異なる。したがって、イオン交換クロマトグラフィー、等電点沈殿法などの方法を用いて、融合パートナーから目的ポリペプチドを容易に精製することができる。
また、前記融合パートナー、リンカーおよび目的ポリペプチドを含む新規な融合ポリペプチドは、配列番号160〜291、343〜474、487〜618、630〜632、644〜646、および654〜656のアミノ酸配列のうちのいずれか一つのアミノ酸配列からなるものであってもよい。
本発明の他の態様は、前述した融合ポリペプチドをコードするヌクレオチドを提供することができ、例えば、160〜291、343〜474、487〜618、630〜632、644〜646、および654〜656のアミノ酸配列のうちのいずれか一つをコードすることができる。前記ヌクレオチドは、配列番号294、295、478〜483、621〜627、635〜637、649〜651、および659〜661の塩基配列のうちいずれか一つの塩基配列からなるものであってもよい。
本発明のさらに他の態様は、前述した融合ポリペプチドをコードするヌクレオチド分子を含む発現ベクターを提供する。本発明で使用される用語「ベクター」は、宿主細胞に導入されて宿主細胞の遺伝体内に組換え及び挿入され得る。または、前記ベクターは、エピソームベクターであり、自発的に複製できるヌクレオチド配列を含む核酸の手段として理解される。前記ベクターは、線形核酸、プラスミド、ファージミド、コースミド、RNAベクター、ウイルスベクターおよびその類似体を含む。ウイルスベクターの例としては、レトロウイルス、アデノウイルスおよびアデノ随伴ウイルスが挙げられるが、これらに限定されない。また、前記プラスミドは、抗生物質耐性遺伝子などの選別マーカーを含み得、プラスミドを維持する宿主細胞は、選択的な条件の下で培養され得る。
本発明で使用される用語「宿主細胞」は、組換え発現ベクターが導入される原核細胞または真核細胞を指す。本発明で使用される用語「形質導入」は、当業界に公知の技術を用いて細胞内に核酸(例えば、ベクター)を導入することを指す。
本発明の他の態様は、前記発現ベクターを含む宿主細胞を提供する。前記宿主細胞は、本発明の融合ポリペプチドをコードするヌクレオチドが含まれるように形質転換されて、目的ポリペプチドの発現および/または分泌に使用され得る。本発明に使用できる好適な宿主細胞は、大腸菌細胞、不死のハイブリドーマ細胞、NS/0骨髄腫細胞、293細胞、中国のハムスターの卵巣細胞(CHO cell)、HeLa細胞、ヒト羊水由来細胞(CapT cell)またはCOS細胞を含む。例えば、本発明の融合ポリペプチドの発現に使用された宿主菌株は、大腸菌BL21(DE3)であり、前記遺伝子およびこれらの使用方法は、当業界に公知されている。
本発明のさらに他の態様は、(a)前述した宿主細胞を培養するステップ、(b)宿主細胞において発現された融合ポリペプチドを精製するステップ、および、(c)前記精製された融合ポリペプチドを切断酵素と共に培養して目的ポリペプチドを回収するステップを含む、目的ポリペプチド(組換えポリペプチド)の生産方法を提供する。
前記(a)ステップでは、本発明の融合ポリペプチドをコードするヌクレオチドを有する発現ベクターを含む宿主細胞を培養する。
このとき、前記宿主細胞は、任意の発酵法により培養することができる。例えば、回分式、流加式、半連続式および連続式の発酵法を採用することができる。実施例において、発酵培地は、複合培地もしくは限定培地から選択される。特定の実施例では、限定培地が選択される。限定培地は、低レベルのアミノ酸、チアミンなどのビタミン又は他の成分により補充され得る。本発明の方法において有用な培養手順及び無機塩培地についての詳細は、文献(Riesenberg、Schulz et al。、1991)に記載されている。
例えば、融合ポリペプチドの生産は、発酵器培養により達成することができる。例えば、2Lの限定培地を含む発酵器において37℃で培養し、塩酸やアンモニアを添加してpH値を6.8に維持することができる。溶存酸素のレベルは、攪拌速度及び発酵器内の空気流量(air flow rate:空気流速)を増やすことにより、または必要に応じて純酸素を注入するにより、可能な限り高く維持することができる。発酵器内で細胞を高濃度に培養するために、細胞の培養中にグルコースやグリセロールを含む注入溶液(feeding solution)を培養液に加えることができる。
また、前記条件を維持したまま、例えば、誘導のための目標培養液の光学密度(optical density)が波長600nmで特定値の光学密度(A600)に達すると、イソプロピル−β−チオガラクトピラノシド(Isopropyl β−D−1−thiogalactopyranoside:IPTG)を添加して融合ポリペプチドの発現が開始される。誘導時に、細胞の光学密度、IPTG濃度、pH、温度、溶存酸素レベルをそれぞれ変化させることで、最適な発現条件を決定することができる。また、誘導時に、細胞の光学密度は、A600 30〜300の範囲で変化させることができる。さらに、IPTG濃度は0.01mM〜1.0mMの範囲で、pHは5.5〜7.5の範囲で、温度は15℃〜37℃の範囲で、空気流量は1vvm(空気1L/培地1L/分)〜5vvmの範囲で、それぞれ変化させることができる。誘導後4〜48時間後に、発酵器からの培養液を遠心分離して細胞を回収し、細胞ペレットを−80℃で冷凍することができる。培養液試料は、組換え融合ポリペプチドの発現程度を分析するために、SDS−PAGEなどの方法で分析することができる。
一方、温度15〜40℃およびpH約5.5〜約7.5の条件下で、宿主細胞を培養することができる。Lac系プロモーターを有する発現構造物の使用時に、IPTGを約0.01〜約1.0mMの最終濃度で培養物に添加して、発現を誘導することができる。
誘導剤を添加した後、培養液を一定期間、例えば約12時間培養することができ、その間に組換えタンパク質が発現される。誘導剤を添加した後、培養液を約4〜48時間培養することができる。
細胞培養液を遠心分離して、細胞が存在しない培地(上清液)を除去し、細胞を回収することができる。例えば、細胞培養液を12,000rpmの条件で30分間(4℃)遠心分離して上清液を除去することで、不溶性画分を得ることができる。遠心分離により得られた不溶性画分に不溶性封入体の形態で存在する組換え融合ポリペプチドの可溶化のために、不溶性画分を、尿素や塩酸グアニジンなどのカオトロピック剤(chaotropic agent)を含む緩衝液で再懸濁することができる。実施例において、細胞を、高圧機械的細胞破砕装置(例えば、マイクロフルイダイザー(Microfluidizer))を用いて破壊する。再懸濁された細胞を、例えば、超音波処理を用いて破壊することができる。、細胞を溶解するのに適した、当業界に公知の任意の方法を用いて、細胞中に蓄積された封入体を回収することができる。例えば、実施例では、化学的および/または酵素的細胞溶解試薬、例えば細胞壁溶解酵素(lysozyme)及びEDTAを使用することができる。
前記(b)ステップでは、前記(a)ステップで培養した宿主細胞において発現された融合ポリペプチドを精製する。
このとき、不溶性画分には、不溶性封入体の形態で発現された融合ポリペプチドが主に存在する。不溶性画分に存在する封入体の可溶化は、カオトロピック剤を含む変性条件下で行うことができる。封入体可溶化条件は、カオトロピック剤を含む緩衝液の使用を含み得、封入体可溶化緩衝液は、カオトロピックゼロ尿素または塩酸グアニジン、リン酸ナトリウムまたはトリス緩衝液、および塩化ナトリウムを含み得る。また、(アフィニティークロマトグラフィー(親和性クロマトグラフィー)を固定化金属アフィニティークロマトグラフィー(IMAC)により行う場合、封入体可溶化緩衝液はイミダゾールを含む。実施例において、封入体可溶化緩衝液は、4〜10Mの尿素または3〜8Mの塩酸グアニジンを含み得る。また、封入体可溶化緩衝液は、5〜100mMのリン酸ナトリウムまたはトリス(pH7〜9)を含み得る。封入体可溶化緩衝液は、0〜1Mの塩化ナトリウムを含み得る。また、IMACのための封入体可溶化緩衝液は、0〜50mMのイミダゾールを含み得る。このとき、封入体可溶化緩衝液は、8Mの尿素、20mMのトリス、500mMの塩化ナトリウム、50mMのイミダゾール、pH7.4を含み、溶解された細胞の遠心分離により得られた不溶性画分を再懸濁することにより、不溶性画分の融合ポリペプチドの封入体を可溶化することができる。
例えば、封入体可溶化緩衝液で不溶性画分の封入体を可溶化する場合、2〜8℃の温度で約1〜6時間振とう培養した後、12,000rpm(12,000×g)の条件で30分間(4℃)遠心分離して、不溶性画分に存在する破砕細胞の残骸を除去することで、可溶化された融合ポリペプチドを含む上清液を得る。上清液は、デプスフィルター(depth filter)および膜フィルターで濾過して不溶性および固形成分を除去することで、精製用カラムに注入できるようにする。
また、不溶性封入体の形態で発現された後、可溶化された組換え融合ポリペプチドまたは目的ポリペプチドは、サイズ排除、陰イオンまたは陽イオン交換、疎水性相互作用、またはアフィニティークロマトグラフィー方法により他の蛋白質及び細胞残骸から分離したり精製したりすることができる。
例えば、本発明の融合ポリペプチドは、ポリヒスチジンタグ(6−histidine tag)が含まれているので、Ni−sepharose FFが充填されているHisTrap FF 5mLカラム(GE Healthcare)を用いて精製することができる。可溶化された組換え融合ポリペプチドを、AKTA pure 25クロマトグラフィーシステムに装着されたS9試料ポンプを用いて、封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾールゾル、pH7.4)で平衡化されたHisTrap FF5mLカラム内に注入し、封入体可溶化緩衝液で洗浄した。その後、溶出緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、500mMイミダゾール、pH7.4)の割合を段階的に100%まで徐々に増やして、カラムに結合している融合ポリペプチドを溶出させ、画分を収集することができる。
前記(c)ステップでは、前述した方法で精製された融合ポリペプチドを切断酵素と共に培養して目的ポリペプチドを回収する。
このとき、融合ポリペプチドは切断酵素によって適切に切断され、これにより、目的ポリペプチドを適切な形態に遊離することができる。精製された融合ポリペプチド画分には8Mの尿素が添加されているので、切断酵素の変性を防ぐために、希釈緩衝液(20mMトリス、pH7.4)を用いて尿素濃度を1Mに希釈することが望ましい。融合ポリペプチドは、精製後に尿素濃度を1Mに希釈し、20mMトリス、pH7.4、1M尿素、62.5mM塩化ナトリウム、62.5mMイミダゾールを含有する緩衝液に存在することができる。組換え融合ポリペプチドは、切断酵素と反応して、親和性タグ及び切断酵素認識配列を有するアミノ末端融合パートナーと目的ポリペプチドとに切断される。プロテアーゼ切断方法としては、当業界に公知の、メーカーの指示書を含む文献に記載の任意の適切な方法を用いることができる。好ましくは、精製後、尿素濃度を1Mに希釈した融合ポリペプチドに、TEVプロテアーゼを添加して最終濃度500nMとし、室温で6時間以上切断反応を行う。例えば、TEVプロテアーゼは、組換え融合ポリペプチドの約60%〜約100%を切断する。
組換え融合ポリペプチドまたは目的ポリペプチドの収率は、当業者に公知の方法、例えば、ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAGE:sodium dodecyl sulfate−polyacrylamide gel electrophoresis)またはウエスタンブロット(Western blot)分析によって決定される。SDS−PAGEにより電気泳動されたゲル(gel)は、染色(staining)、脱色(destaining)、デジタル映像化過程を経て、組換え融合ポリペプチドまたは目的ポリペプチドのおおよそ定量的および定性的分析が可能である。
また、精製された融合ポリペプチドまたは目的ポリペプチドの濃度は、当業界に公知及び文献に記載の方法による吸光度分光法によって決定される。
精製された融合ポリペプチドまたは目的ポリペプチドの収率又は純度を決定するためのウエスタンブロット分析は、SDS−PAGEゲル上で分離されたタンパク質をニトロセルロース膜に移し、目的ポリペプチドに特異的な抗体を用いる、当業界に公知の適切な方法により行うことができる。実施例では、目的ポリペプチドの純度を測定するための方法として、ELISA(enzyme−linked immunosorbent assay)方法を用いることができる。
精製された融合ポリペプチドまたは目的ポリペプチドの収率は、培養液の単位体積当たり精製された融合ポリペプチドまたは目的ポリペプチドの量(例えば、培養液の体積に対するタンパク質の重量の比率、すなわち、g又はmgのタンパク質/l(リットル)の培養液体積)、融合ポリペプチドの百分率(例えば、組換え融合ポリペプチドの量/全細胞タンパク質(total cell protein)の量)m、および乾燥菌体量(dry cell weight)に対する百分率または比率を含む。本明細書に記載のポリペプチドの収率の測定は、完全な形態で発現された当該ポリペプチドの量に基づく。
収率が、培養液の単位体積あたりの精製された融合ポリペプチドまたは目的ポリペプチドの量で表現される場合、培養細胞の密度又は濃度は、収率を決定する際に考慮に入れられる。
また、切断酵素による切断後に得られた目的ポリペプチドの収率は、約0.54g/L〜約13.5g/Lであり得る。本発明において、目的ポリペプチドの収率は、5ml〜2L以上のスケールで約0.54g/Lであり得る。
本発明の具体例は、配列番号1のアミノ酸配列を有する融合パートナーと組換えされた融合ポリペプチドを用いて目的ポリペプチドを得ることにより、目的ポリペプチドが細胞内で酵素によって分解されたり、不適切な折り畳み(folding)を示したりするなどの問題を最小限に抑えることにより、目的ポリペプチドを高収率で生産する方法を提供することができる。具体的な製造方法の一例は、実施例にて詳述する。
以下、本発明を下記の実施例によりさらに詳細に説明する。ただし、下記の実施例は、本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範囲が下記の実施例によって限定されるものではない。
実施例1.hPTH 1−34融合ポリペプチドの製造および生産
実施例1.1.hPTH 1−34融合ポリペプチド発現プラスミドの作製
hPTH 1−34融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(overlap extension polymerase chain reaction:OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記hPTH 1−34融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしての、PG07(配列番号9)、PG15(配列番号31)およびPG43(配列番号119)のうちのいずれか一つと、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびhPTH 1−34のアミノ酸配列(配列番号151)が含まれている。
実施例1.1.hPTH 1−34融合ポリペプチド発現プラスミドの作製
hPTH 1−34融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(overlap extension polymerase chain reaction:OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記hPTH 1−34融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしての、PG07(配列番号9)、PG15(配列番号31)およびPG43(配列番号119)のうちのいずれか一つと、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびhPTH 1−34のアミノ酸配列(配列番号151)が含まれている。
対照群として使用されたhPTH 1−34融合ポリペプチド(H6TEV−hPTH 1−34)には、アミノ末端融合パートナーが含まれておらず、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびhPTH 1−34のアミノ酸配列(配列番号151)が含まれている。各融合ポリペプチドの遺伝子は、制限酵素NdeI、NcoIおよびXhoIの認識配列と1つの終止コドンを含む。前記hPTH 1−34融合ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列は、それぞれ配列番号294〜296に対応し、対照群は、配列番号293に対応する。
下記表2に記載のhPTH 1−34融合ポリペプチド発現プラスミドpSGK419、pSGK476、pSGK477およびpSGK478を作製するために、OE−PCRにより合成されたhPTH 1−34融合ポリペプチド遺伝子断片を、NdeI及びXhoI制限酵素を用いて切断し、T7プロモーター、lacオペレータ及びLacI遺伝子を含めてIPTGによる発現調節が可能な発現ベクターpET26bにクローニングした。
作製したhPTH 1−34融合ポリペプチド発現プラスミドは、DNA塩基配列の確認により正確なクローニングの有無が確認された。作製したhPTH 1−34融合ポリペプチド発現プラスミドを用いて、塩化カルシウムを使用した化学的方法により、大腸菌BL21(DE3)細胞を形質転換した。hPTH 1−34融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質導入された大腸菌は、カナマイシン(kanamycin)が50μg/mlの濃度で含まれているLB固体培地においてコロニーを形成した。形質転換された大腸菌を、それぞれカナマイシンが50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地に培養した後、50%グリセロールを培養液と同じ容量(体積)で添加して細胞ストック(cell stock)を作成し、これを温度−80℃の冷凍庫に保管した。
実施例1.2.形質転換された細胞の培養及びhPTH 1−34の発現
−80℃で保管されたhPTH 1−34融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質転換された大腸菌の細胞ストックを室温で溶かした後、50μlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地5mlを含む試験管に添加して、37℃の振とう培養器で12時間種菌培養した。種菌培養された大腸菌2mlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地200mlを含むフラスコに添加して、37℃の振とう培養器で培養した。約3時間培養後、細胞の光学密度(OD600)が約1.0になったとき、IPTGを最終濃度0.1mMになるように添加して、hPTH 1−34融合ポリペプチドの発現を誘導した。発現誘導4時間後に光学密度を測定することで、細胞の光学密度を測定した。
−80℃で保管されたhPTH 1−34融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質転換された大腸菌の細胞ストックを室温で溶かした後、50μlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地5mlを含む試験管に添加して、37℃の振とう培養器で12時間種菌培養した。種菌培養された大腸菌2mlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地200mlを含むフラスコに添加して、37℃の振とう培養器で培養した。約3時間培養後、細胞の光学密度(OD600)が約1.0になったとき、IPTGを最終濃度0.1mMになるように添加して、hPTH 1−34融合ポリペプチドの発現を誘導した。発現誘導4時間後に光学密度を測定することで、細胞の光学密度を測定した。
実施例1.3.発現レベルの比較分析のための試料の製造
発現誘導された細胞の光学密度が10.0になるように細胞を濃縮し、50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で再懸濁した後、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて細胞を破砕した。破砕された細胞は、全細胞画分として標識した。細胞破砕液は、12,000×g、4℃で15分間遠心分離した。上清液を回収し、可溶性画分として標識した。不溶性画分は、500μlの50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で超音波細胞破砕機を用いて再懸濁し、不溶性画分として標識した。
発現誘導された細胞の光学密度が10.0になるように細胞を濃縮し、50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で再懸濁した後、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて細胞を破砕した。破砕された細胞は、全細胞画分として標識した。細胞破砕液は、12,000×g、4℃で15分間遠心分離した。上清液を回収し、可溶性画分として標識した。不溶性画分は、500μlの50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で超音波細胞破砕機を用いて再懸濁し、不溶性画分として標識した。
実施例1.4.SDS−PAGE分析により生産されたhPTH 1−34の確認
50μlの全細胞、可溶性および不溶性画分を、それぞれ50μlの2倍濃縮されたSDS試料緩衝液(SDSサンプルバッファー 2×concentrate、Sigma)に混合した後、95℃で5分間加熱して、各試料のタンパク質を変性させた。試料中の変性タンパク質は、16%SDS−PAGEゲルおよびTANK緩衝液を用いて、分子量サイズに応じて、ゲル内で分離できるようにした。SDS−PAGE後、ゲルを、クマシーブリリアントブルー(Coomassie Brilliant Blue)R−250を含む染色緩衝液で染色した後、脱色緩衝液で脱色することで、染色されたタンパク質のみが見えるようにした。その結果を、図1および図2に示した。
50μlの全細胞、可溶性および不溶性画分を、それぞれ50μlの2倍濃縮されたSDS試料緩衝液(SDSサンプルバッファー 2×concentrate、Sigma)に混合した後、95℃で5分間加熱して、各試料のタンパク質を変性させた。試料中の変性タンパク質は、16%SDS−PAGEゲルおよびTANK緩衝液を用いて、分子量サイズに応じて、ゲル内で分離できるようにした。SDS−PAGE後、ゲルを、クマシーブリリアントブルー(Coomassie Brilliant Blue)R−250を含む染色緩衝液で染色した後、脱色緩衝液で脱色することで、染色されたタンパク質のみが見えるようにした。その結果を、図1および図2に示した。
図1を参照すると、対照群である配列番号1のアミノ酸配列を含む融合パートナーが含まれていないH6TEV−hPTH 1−34(5.9kDaの分子量)のバンドは、本願発明に係るhPTH 1−34融合ポリペプチドと比較して、最も低い発現レベルを示した。本発明に係る融合パートナーであるPG7、PG15及びPG43が融合されたhPTH 1−34融合ポリペプチドであるPG07−H6TEV−hPTH 1−34(6.9kDaの分子量)、PG15−H6TEV−hPTH 1−34(7.9kDaの分子量)及びPG43−H6TEV−hPTH 1−34(10.6kDaの分子量)の発現レベルは、対照群(H6TEV−hPTH 1−34)に比べて増加したことが確認された。濃度計(densitometer)分析により、PG7、PG15及びPG43の中でP15の融合によるPG15−H6TEV−hPTH 1−34の発現レベルは、すべてのhPTH 1−34融合ポリペプチドの中で最も高いことが確認された。
また、図2を参照すると、対照群を含むすべてのhPTH 1−34融合ポリペプチドは、可溶性画分では観察されず、すべて不溶性画分で観察されることがわかる。
実施例1.5.PG15−H6TEV−hPTH 1−34の大量生産のための流加式培養
文献(Riesenberg,Schulz et al.,1991)に記載の培地組成を用いて、2Lの限定培地を有する37℃の発酵器で細胞を培養し、塩酸とアンモニアを添加してpH6.8に維持した。発酵器内で細胞を高濃度に培養するために、細胞の培養中にグルコース(ブドウ糖)含有注入溶液(feeding solution)を培養液に注入した。8時間の培養後、1.0mM濃度のIPTGを添加して、PG15−H6TEV−hPTH 1−34の発現を11時間誘導した。
文献(Riesenberg,Schulz et al.,1991)に記載の培地組成を用いて、2Lの限定培地を有する37℃の発酵器で細胞を培養し、塩酸とアンモニアを添加してpH6.8に維持した。発酵器内で細胞を高濃度に培養するために、細胞の培養中にグルコース(ブドウ糖)含有注入溶液(feeding solution)を培養液に注入した。8時間の培養後、1.0mM濃度のIPTGを添加して、PG15−H6TEV−hPTH 1−34の発現を11時間誘導した。
その後、SDS−PAGE分析により、PG15−H6TEV−hPTH 1−34の発現レベルを確認した。SDS−PAGE分析の結果、IPTGによる発現誘導後、細胞の成長及びPG15−H6TEV−hPTH 1−34の発現レベルが持続的に増加することが確認された。濃度計(densitometer)による分析結果、PG15−H6TEV−hPTH 1−34の発現レベルは全タンパク質の約27%であることが確認された(図3)。
実施例1.6.N末端融合パートナーのアミノ酸置換によるhPTH 1−34融合ポリペプチドの発現レベルの向上
PG15−H6TEV−hPTH1−34内のPG15のN末端配列が、hPTH 1−34融合ポリペプチドの発現レベルに及ぼす影響を調べるために、PG15のアミノ酸配列における2番から7番までの合計6個のアミノ酸を欠失させたPG15(△2−7)−H6TEV−hPTH1−34(配列番号339)の発現プラスミドを作製して、大腸菌内の発現レベルをPG15−H6TEV−hPTH1−34と比較した。形質転換からSDS−PAGEを用いた発現レベルの分析は、実施例1.2〜1.4と同様に行った。
PG15−H6TEV−hPTH1−34内のPG15のN末端配列が、hPTH 1−34融合ポリペプチドの発現レベルに及ぼす影響を調べるために、PG15のアミノ酸配列における2番から7番までの合計6個のアミノ酸を欠失させたPG15(△2−7)−H6TEV−hPTH1−34(配列番号339)の発現プラスミドを作製して、大腸菌内の発現レベルをPG15−H6TEV−hPTH1−34と比較した。形質転換からSDS−PAGEを用いた発現レベルの分析は、実施例1.2〜1.4と同様に行った。
SDS−PAGEゲルに対する濃度計(densitometer)分析により、PG15(△2−7)−H6TEV−hPTH1−34の発現レベルは、PG15−H6TEV−hPTH1−34と比較して5倍以上減少することが確認された(図4)。したがって、PG15−H6TEV−hPTH1−34内のPG15の2番から7番までの配列がhPTH 1−34融合ポリペプチドの発現レベルに大きく影響を与えることが確認された。
また、PG15−H6TEV−hPTH1−34内のPG15の2番から7番までの6個のアアミノ酸残基の変化がhPTH 1−34融合ポリペプチドの発現レベルに及ぼす影響を調べるために、それぞれのアミノ酸残基をイソロイシン、アスパラギン、アルギニン、アスパラギン酸で置換した合計21個のhPTH 1−34融合ポリペプチドの変異体を作製して、細胞内の発現レベルをPG15−H6TEV−hPTH1−34と比較した。
hPTH 1−34融合ポリペプチドの変異体発現用のプラスミドDNAは、位置指定突然変異(site−directed mutagenesis:部位特異的突然変異)法を用いて作製した。位置指定突然変異のための鋳型(template)としては、PG15−H6TEV−hPTH1−34発現プラスミドであるpSGK477を使用し、プライマーとしては、それぞれの変異体のアミノ酸置換部位の塩基配列が変更されたフォワード(forward)およびリバース(reverse)の一本鎖DNAオリゴマーを用いた。実験で使用したプライマーを下記表3に示した。
それぞれの変異体の位置指定突然変異後に得られた発現プラスミドは、DNA塩基配列の確認により正確なクローニングの有無が確認された。
作製したhPTH 1−34融合ポリペプチドの変異体発現プラスミドを用いて、塩化カルシウムを使用した化学的方法により、大腸菌BL21(DE3)細胞を形質転換した。hPTH 1−34融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質転換された大腸菌は、カナマイシンが50μg/mlの濃度で含まれているLB固体培地においてコロニーを形成した。形質転換された大腸菌を、それぞれカナマイシンが50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地に培養した後、50%グリセロールを培養液と同じ容量(体積)で添加して細胞ストックを作成し、これを温度−80℃の冷凍庫に保管した。
−80℃で保管されたhPTH 1−34融合ポリペプチドの変異体発現プラスミドが形質転換された大腸菌の細胞ストックを室温で溶かした後、50μlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地5mlを含む試験管に添加して、37℃の振とう培養器で12時間種菌培養した。種菌培養された大腸菌2mlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地200mlを含むフラスコに添加して、37℃の振とう培養器で培養した。約3時間培養後、細胞の光学密度(OD600)が約1.0になったとき、IPTGを最終濃度0.1mMになるように添加して、hPTH 1−34融合ポリペプチドの発現を誘導した。発現誘導4時間後に光学密度を測定することで、細胞の光学密度を測定した。
発現誘導された細胞の光学密度が10.0になるように細胞を濃縮し、50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で再懸濁した後、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて細胞を破砕した。破砕された細胞は、全細胞画分として標識した。細胞破砕液は、12,000×g、4℃で15分間遠心分離した。上清液を回収し、可溶性画分として標識した。不溶性画分は、500μlの50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で超音波細胞破砕機を用いて再懸濁し、不溶性画分として標識した。
50μlの全細胞、可溶性および不溶性画分を、それぞれ50μlの2倍濃縮されたSDS試料緩衝液(SDSサンプルバッファー 2×concentrate,Sigma)に混合した後、95℃で5分間加熱して、各試料のタンパク質を変性させた。試料中の変性タンパク質は、16%SDS−PAGEゲルおよびTANK緩衝液を用いて、分子量サイズに応じて、ゲル内で分離できるようにした。SDS−PAGE後、ゲルを、クマシーブリリアントブルーR−250を含む染色緩衝液で染色した後、脱色緩衝液で脱色することで、染色されたタンパク質のみが見えるようにした。その結果を、図5〜図7に示した。
対照群であるPG15−H6TEV−hPTH1−34の発現レベルと比較して、PG15−H6TEV−hPTH1−34内のPG15の2番から7番までの6個のアミノ酸残基の変化により発現レベルが向上した変異体、および低下した変異体を確認した。特に、濃度計(densitometer)分析により、4番目の残基がアスパラギン酸で置換された変異株と、7番目の残基がアルギニンで置換された変異株とは、対照群に比べて発現レベルが3倍以上向上することが確認された。
実施例2.hPTH 1−34融合ポリペプチドの回収及び精製
実施例2.1.細胞破砕及び不溶性封入体の回収
フラスコスケールで発現された細胞の冷凍細胞ペレットを、50ml緩衝液(50mMリン酸ナトリウム、pH7.2)を添加して解凍した。再懸濁された細胞は、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて破砕した。溶解された細胞は12,000rpm(12,000×g)の条件で30分間遠心分離し、上清液を除去することで、組換え融合ポリペプチドを含む不溶性封入体画分を回収した。
実施例2.1.細胞破砕及び不溶性封入体の回収
フラスコスケールで発現された細胞の冷凍細胞ペレットを、50ml緩衝液(50mMリン酸ナトリウム、pH7.2)を添加して解凍した。再懸濁された細胞は、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて破砕した。溶解された細胞は12,000rpm(12,000×g)の条件で30分間遠心分離し、上清液を除去することで、組換え融合ポリペプチドを含む不溶性封入体画分を回収した。
実施例2.2.不溶性封入体の可溶化
回収された不溶性封入体画分に20mlの封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)を添加し、25℃で4時間振とう培養して、不溶性画分内の封入体形態の組換え融合ポリペプチドの可溶化を行った。可溶化された不溶性画分試料を12,000×gで30分間遠心分離し、上清液を膜フィルター(0.45/0.2μm)でろ過した。
回収された不溶性封入体画分に20mlの封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)を添加し、25℃で4時間振とう培養して、不溶性画分内の封入体形態の組換え融合ポリペプチドの可溶化を行った。可溶化された不溶性画分試料を12,000×gで30分間遠心分離し、上清液を膜フィルター(0.45/0.2μm)でろ過した。
実施例2.3.hPTH 1−34融合ポリペプチドの精製
可溶化された不溶性画分内のhPTH 1−34融合ポリペプチドを精製するために、S9試料ポンプ(Sample pump S9)及びF9−C画分収集器(F9−Cフラクションコレクター)を備えたAKTA pure 25クロマトグラフィーシステム(GE Healthcare)を用いた。可溶化された不溶性画分試料を、封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)で予め平衡化されたHisTrap FF 1mlカラム(GE Healthcare)に注入した。注入完了後、カラムを5倍カラム容量(体積)の平衡緩衝液で洗浄した。溶出緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、500mMイミダゾール、pH7.4)を5倍カラム容量で使用し、その割合を段階的に100%まで徐々に増やして、カラムの樹脂に結合しているhPTH 1−34融合ポリペプチドを溶出した。溶出後、得られた画分の結果をそれぞれ図8a〜図10bに示した。
可溶化された不溶性画分内のhPTH 1−34融合ポリペプチドを精製するために、S9試料ポンプ(Sample pump S9)及びF9−C画分収集器(F9−Cフラクションコレクター)を備えたAKTA pure 25クロマトグラフィーシステム(GE Healthcare)を用いた。可溶化された不溶性画分試料を、封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)で予め平衡化されたHisTrap FF 1mlカラム(GE Healthcare)に注入した。注入完了後、カラムを5倍カラム容量(体積)の平衡緩衝液で洗浄した。溶出緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、500mMイミダゾール、pH7.4)を5倍カラム容量で使用し、その割合を段階的に100%まで徐々に増やして、カラムの樹脂に結合しているhPTH 1−34融合ポリペプチドを溶出した。溶出後、得られた画分の結果をそれぞれ図8a〜図10bに示した。
実施例3.プロテアーゼ処理によるリンカー配列の切断
精製した約5mlのhPTH 1−34融合ポリペプチドの画分を合わせた後、140mlの希釈緩衝液(20mMトリス、pH7.4)を添加して、尿素濃度1Mに希釈した。希釈された組換え融合ポリペプチドに、TEVプロテアーゼを最終濃度500nMになるように添加し、室温で12時間切断反応を行った。
精製した約5mlのhPTH 1−34融合ポリペプチドの画分を合わせた後、140mlの希釈緩衝液(20mMトリス、pH7.4)を添加して、尿素濃度1Mに希釈した。希釈された組換え融合ポリペプチドに、TEVプロテアーゼを最終濃度500nMになるように添加し、室温で12時間切断反応を行った。
TEVプロテアーゼによる切断の有無を確認するために、切断後、SDS−PAGE分析を行い、その結果を図11及び図12に示した。一方、図9aを参照すると、7.9kDaのPG15−H6TEV−hPTH 1−34は、ほぼ100%の収率で、N末端融合パートナー、6ヒスチジンタグ及びTEVプロテアーゼ認識配列融合体であるPG15−H6TEV断片と、目的ポリペプチドあるhPTH 1−34断片とに分離されていることが確認された。
実施例4.hPTH 1−34精製
実施例4.1.陽イオン交換クロマトグラフィーを用いたhPTH 1−34分離及び精製
TEVプロテアーゼによる切断によりPG15−H6TEV−hPTH 1−34融合ポリペプチドから遊離したhPTH 1−34を精製するために、S9試料ポンプ(Sample pump S9)及びF9−C画分収集器(F9−Cフラクションコレクター)を備えたAKTA pure 25クロマトグラフィーシステム(GE Healthcare)を用いた。TEVプロテアーゼで切断された個々の試料を、結合緩衝液(20mM酢酸アンモニウム、pH9.3)への緩衝液交換を行い、その後、同じ緩衝液で予め平衡化されたHiTrap SP FF 1mlカラム(GE Healthcare)に注入した。注入完了後、カラムを5倍カラム容量の結合緩衝液で洗浄した。溶出緩衝液(20mM酢酸アンモニウム、500mM塩化ナトリウム、pH9.3)を5倍カラム容量で使用し、その割合は段階的に100%まで徐々に増やし、容量はカラムの10倍容量まで直線的に増やして、カラムの樹脂に結合しているhPTH 1−34を溶出した。画分収集器の精製画分を、前述したSDS−PAGEの方法で分析した。
実施例4.1.陽イオン交換クロマトグラフィーを用いたhPTH 1−34分離及び精製
TEVプロテアーゼによる切断によりPG15−H6TEV−hPTH 1−34融合ポリペプチドから遊離したhPTH 1−34を精製するために、S9試料ポンプ(Sample pump S9)及びF9−C画分収集器(F9−Cフラクションコレクター)を備えたAKTA pure 25クロマトグラフィーシステム(GE Healthcare)を用いた。TEVプロテアーゼで切断された個々の試料を、結合緩衝液(20mM酢酸アンモニウム、pH9.3)への緩衝液交換を行い、その後、同じ緩衝液で予め平衡化されたHiTrap SP FF 1mlカラム(GE Healthcare)に注入した。注入完了後、カラムを5倍カラム容量の結合緩衝液で洗浄した。溶出緩衝液(20mM酢酸アンモニウム、500mM塩化ナトリウム、pH9.3)を5倍カラム容量で使用し、その割合は段階的に100%まで徐々に増やし、容量はカラムの10倍容量まで直線的に増やして、カラムの樹脂に結合しているhPTH 1−34を溶出した。画分収集器の精製画分を、前述したSDS−PAGEの方法で分析した。
組換え融合ポリペプチド(PG15−H6TEV−hPTH 1−34)の切断により遊離したhPTH 1−34のpIは、精製用のタグ及び切断酵素認識配列を含むアミノ末端融合パートナー(PG15−H6TEV)のpIよりも約3が低い。具体的には、pH9.3の緩衝液において11.72のpI値を有するPG15−H6TEVは正電荷を有し、8.29のpI値を有するhPTH 1−34も正電荷を有するので、イオン交換クロマトグラフィーを用いたPG15−H6TEVとhPTH 1−34との分離が容易である。PG15−H6TEV−hPTH 1−34が切断されてPG15−H6TEVとhPTH 1−34とが混合されている試料を、陽イオン交換樹脂が充填されているHiTrap SP FF 1mLカラムに注入した。図13a及び図13bを参照すると、陰イオンを帯びているhPTH 1−34は、陽イオン交換樹脂に結合されずに通過液(flow through)画分において確認され、陽イオンを帯びているPG15−H6TEVは、陽イオン交換樹脂に結合した後、塩化ナトリウム濃度の増加により溶出されることが確認された。したがって、比較的高いpI値を有する本発明のN末端融合パートナーは、イオン交換クロマトグラフィーを用いて除去可能であるため、hPTH 1−34の分離精製を容易にすることができる。
実施例4.2.疎水性相互作用クロマトグラフィーを用いたhPTH 1−34分離及び精製
TEVプロテアーゼによる切断によりPG15−H6TEV−hPTH 1−34融合ポリペプチドから遊離したhPTH 1−34を精製するために、S9試料ポンプ(Sample pump S9)及びF9−C画分収集器(F9−Cフラクションコレクター)を備えたAKTA pure 25クロマトグラフィーシステム(GE Healthcare)を用いた。TEVプロテアーゼで切断された個々の試料を結合緩衝液(50mMリン酸ナトリウム、1.5M硫酸アンモニウム、pH7.0)への緩衝液交換を行い、その後、同じ緩衝液で予め平衡化されたHiTrap Butyl HP 1mLカラム(GE Healthcare)に注入した。注入完了後、カラムを5倍カラム容量の結合緩衝液で洗浄した。溶出緩衝液(50mMリン酸ナトリウム、pH7.0)を5倍カラム容量で使用し、その割合は段階的に100%まで徐々に増やし、容量はカラムの10倍容量まで直線的に増やして、カラムの樹脂に結合しているhPTH 1−34を溶出した。画分収集器の精製画分を、前述したSDS−PAGEの方法で分析した。
TEVプロテアーゼによる切断によりPG15−H6TEV−hPTH 1−34融合ポリペプチドから遊離したhPTH 1−34を精製するために、S9試料ポンプ(Sample pump S9)及びF9−C画分収集器(F9−Cフラクションコレクター)を備えたAKTA pure 25クロマトグラフィーシステム(GE Healthcare)を用いた。TEVプロテアーゼで切断された個々の試料を結合緩衝液(50mMリン酸ナトリウム、1.5M硫酸アンモニウム、pH7.0)への緩衝液交換を行い、その後、同じ緩衝液で予め平衡化されたHiTrap Butyl HP 1mLカラム(GE Healthcare)に注入した。注入完了後、カラムを5倍カラム容量の結合緩衝液で洗浄した。溶出緩衝液(50mMリン酸ナトリウム、pH7.0)を5倍カラム容量で使用し、その割合は段階的に100%まで徐々に増やし、容量はカラムの10倍容量まで直線的に増やして、カラムの樹脂に結合しているhPTH 1−34を溶出した。画分収集器の精製画分を、前述したSDS−PAGEの方法で分析した。
組換え融合ポリペプチド(PG15−H6TEV−hPTH 1−34)の切断により遊離したhPTH 1−34の平均疎水性(GRAVY)値(−0.671)は、精製用のタグ及び切断酵素認識配列を含むアミノ末端融合パートナー(PG15−H6TEV)の平均疎水性値(−1.272)よりも0.488だけ高いので、疎水性相互作用クロマトグラフィーを用いたPG15−H6TEVとhPTH 1−34との分離が容易である。図14a及び図14bに示すように、ほとんどのPG15−H6TEVとhPTH 1−34は、疎水性相互作用樹脂に結合して通過液(flow through)画分から検出されなかった。硫酸アンモニウムを含まない溶出緩衝液の割合が徐々に増加するにつれて、低い平均疎水性を有するPG15−H6TEVか溶出し、溶出緩衝液の割合がさらに上がって硫酸アンモニウム濃度が低くなるにつれて、hPTH 1−34が溶出することが確認された。したがって、比較的低い平均疎水性値を有する本発明のN末端融合パートナーは、疎水性相互作用クロマトグラフィーを用いて除去可能であるため、hPTH 1−34の分離精製を容易にすることができる。
実施例5.切断後のhPTH 1−34の分子量分析
完全な形態のPG15−H6TEV−hPTH 1−34の発現の有無、TEVプロテアーゼによる正確な切断の有無、および切断後に得られたhPTH 1−34の変形(modification)の有無を確認するために、MALTI−TOF MSを用いた分子量分析を実施した。hPTH 1−34標準物質の分子量を測定した結果と、本発明により得られたhPTH 1−34の分子量を測定した結果とを、図15及び図16に示した。
完全な形態のPG15−H6TEV−hPTH 1−34の発現の有無、TEVプロテアーゼによる正確な切断の有無、および切断後に得られたhPTH 1−34の変形(modification)の有無を確認するために、MALTI−TOF MSを用いた分子量分析を実施した。hPTH 1−34標準物質の分子量を測定した結果と、本発明により得られたhPTH 1−34の分子量を測定した結果とを、図15及び図16に示した。
図15及び図16を参考すると、PG15−H6TEV−hPTH 1−34から得られたhPTH 1−34の分子量は、理論的な分子量と誤差範囲内で一致しているので、大腸菌内で蛋白質分解酵素(proteolytic enzyme)によるアミノまたはカルボキシ末端の部分切断や分解せずに完全な形態で発現されたことが確認された。したがって、TEVプロテアーゼは、PG15−H6TEV−hPTH 1−34内の認識配列であるENLFQ配列を認識し、最後のアミノ酸であるQ(グルタミン)とhPTH 1−34の最初のアミノ酸であるS(セリン)との間のペプチド結合を正確に切断することで判断される。
実施例6.精製されたhPTH 1−34の逆相HPLC分析
米国薬局方(USP 39、Officail Monographs、Teriparatide,6058−6062)に記載のhPTH 1−34の同定(identification)基準試験法による標準品hPTH 1−34(USP Catalog#1643962)と、本発明により生産された組換えhPTH 1−34とを、逆相HPLCで分析した。その結果、両方のhPTH 1−34すべて同じ滞留時間を示し、組換えhPTH 1−34の純度は99.5%以上であることが確認された(図17)。
米国薬局方(USP 39、Officail Monographs、Teriparatide,6058−6062)に記載のhPTH 1−34の同定(identification)基準試験法による標準品hPTH 1−34(USP Catalog#1643962)と、本発明により生産された組換えhPTH 1−34とを、逆相HPLCで分析した。その結果、両方のhPTH 1−34すべて同じ滞留時間を示し、組換えhPTH 1−34の純度は99.5%以上であることが確認された(図17)。
また、アメリカ薬局方(USP)に記載のhPTH 1−34の同定(identification)方法の中でペプチドマッピング(peptide mapping)方法をさらに使用して、標準品hPTH 1−34(USP Catalog#1643962)と、本発明により生産された組換えhPTH 1−34との同等性を分析した。前記両方のhPTH 1−34をそれぞれ黄色ブドウ球菌V8プロテアーゼ(Staphylococcus aureus V8 protease)で処理して、5個のペプチド断片(peptide fragment)に分離した後、逆相HPLCで分析した結果、両方のhPTH 1−34から分離された5個のペプチド断片がすべて同じ滞在時間を示し、これにより標準品hPTH 1−34と組換えhPTH 1−34との同等性が確認された(図18)。
実施例7.リラグルチド前駆体ペプチド(GLP−1K28R)融合ポリペプチドの製造および生産
実施例7.1.GLP−1K28R融合ポリペプチド発現プラスミドの作製
GLP−1K28R融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記GLP−1K28R融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしての、PG07(配列番号9)、PG15(配列番号31)、PG22(配列番号53)、PG29(配列番号75)、PG36(配列番号97)及びPG43(配列番号119)のうちのいずれか一つと、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびGLP−1K28Rのアミノ酸配列(配列番号341)が含まれている。
実施例7.1.GLP−1K28R融合ポリペプチド発現プラスミドの作製
GLP−1K28R融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記GLP−1K28R融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしての、PG07(配列番号9)、PG15(配列番号31)、PG22(配列番号53)、PG29(配列番号75)、PG36(配列番号97)及びPG43(配列番号119)のうちのいずれか一つと、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびGLP−1K28Rのアミノ酸配列(配列番号341)が含まれている。
対照群として使用されたGLP−1K28R融合ポリペプチド(H6TEV−GLP−1K28R)には、アミノ末端融合パートナーが含まれておらず、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびGLP−1K28Rのアミノ酸配列(配列番号341)が含まれている。各融合ポリペプチドの遺伝子は、制限酵素NdeI、NcoIおよびXhoIの認識配列と1つの終止コドンを含む。前記GLP−1K28R融合ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列は、それぞれ配列番号478〜483に対応し、対照群は、配列番号477に対応する。
下記表4に記載のGLP−1K28R融合ポリペプチド発現プラスミドpSGK530、pSGK495、pSGK496、pSGK500、pSGK501、pSGK502およびpSGK497を作製するために、OE−PCRにより合成されたGLP−1K28R融合ポリペプチド遺伝子断片を、NdeIおよびXhoI制限酵素を用いて切断し、T7プロモーター、lacオペレータ及びLacI遺伝子を含めてIPTGによる発現調節が可能な発現ベクターpET26bにクローニングした。
作製したGLP−1K28R融合ポリペプチド発現プラスミドは、DNA塩基配列の確認により正確なクローニングの有無が確認された。作製したGLP−1K28R融合ポリペプチド発現プラスミドを用いて、塩化カルシウムを使用した化学的方法により、大腸菌BL21(DE3)細胞を形質転換した。GLP−1K28R融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質導入された大腸菌は、カナマイシンが50μg/mlの濃度で含まれているLB固体培地においてコロニーを形成した。形質転換された大腸菌を、それぞれカナマイシンが50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地に培養した後、50%グリセロールを培養液と同じ容量で添加して細胞ストックを作成し、これを温度−80℃の冷凍庫に保管した。
実施例7.2.形質転換された細胞の培養およびGLP−1K28Rの発現
−80℃で保管されたGLP−1K28R融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質転換された大腸菌の細胞ストックを室温で溶かした後、50μlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地5mlを含む試験管に添加して、37℃の振とう培養器で12時間種菌培養した。種菌培養された大腸菌2mlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地200mlを含むフラスコに添加して、37℃の振とう培養器で培養した。約3時間培養後、細胞の光学密度(OD600)が約1.0になったとき、IPTGを最終濃度0.1mMになるように添加して、GLP−1K28R融合ポリペプチドの発現を誘導した。発現誘導4時間後に光学密度を測定することで、細胞の光学密度を測定した。
−80℃で保管されたGLP−1K28R融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質転換された大腸菌の細胞ストックを室温で溶かした後、50μlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地5mlを含む試験管に添加して、37℃の振とう培養器で12時間種菌培養した。種菌培養された大腸菌2mlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地200mlを含むフラスコに添加して、37℃の振とう培養器で培養した。約3時間培養後、細胞の光学密度(OD600)が約1.0になったとき、IPTGを最終濃度0.1mMになるように添加して、GLP−1K28R融合ポリペプチドの発現を誘導した。発現誘導4時間後に光学密度を測定することで、細胞の光学密度を測定した。
実施例7.3.発現レベルの比較分析のための試料の製造
発現誘導された細胞の光学密度が10.0になるように細胞を濃縮し、50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で再懸濁した後、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて細胞を破砕した。破砕された細胞は、全細胞画分として標識した。細胞破砕液は、12,000×g、4℃で15分間遠心分離した。上清液を回収し、可溶性画分として標識した。不溶性画分は、500μlの50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で超音波細胞破砕機を用いて再懸濁し、不溶性画分として標識した。
発現誘導された細胞の光学密度が10.0になるように細胞を濃縮し、50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で再懸濁した後、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて細胞を破砕した。破砕された細胞は、全細胞画分として標識した。細胞破砕液は、12,000×g、4℃で15分間遠心分離した。上清液を回収し、可溶性画分として標識した。不溶性画分は、500μlの50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で超音波細胞破砕機を用いて再懸濁し、不溶性画分として標識した。
実施例7.4.SDS−PAGE分析により生産されたGLP−1K28Rの確認
50μlの全細胞、可溶性および不溶性画分を、それぞれ50μlの2倍濃縮されたSDS試料緩衝液(SDSサンプルバッファー 2×concentrate,Sigma)に混合した後、95℃で5分間加熱して、各試料のタンパク質を変性させた。試料中の変性タンパク質は、16%SDS−PAGEゲルおよびTANK緩衝液を用いて、分子量サイズに応じて、ゲル内で分離できるようにした。SDS−PAGE後、ゲルを、クマシーブリリアントブルーR−250を含む染色緩衝液で染色した後、脱色緩衝液で脱色することで、染色されたタンパク質のみが見えるようにした。その結果を、図19及び図20に示した。
50μlの全細胞、可溶性および不溶性画分を、それぞれ50μlの2倍濃縮されたSDS試料緩衝液(SDSサンプルバッファー 2×concentrate,Sigma)に混合した後、95℃で5分間加熱して、各試料のタンパク質を変性させた。試料中の変性タンパク質は、16%SDS−PAGEゲルおよびTANK緩衝液を用いて、分子量サイズに応じて、ゲル内で分離できるようにした。SDS−PAGE後、ゲルを、クマシーブリリアントブルーR−250を含む染色緩衝液で染色した後、脱色緩衝液で脱色することで、染色されたタンパク質のみが見えるようにした。その結果を、図19及び図20に示した。
図19を参照すると、対照群である配列番号1のアミノ酸配列を含む融合パートナーが含まれていないH6TEV−GLP−1K28R(5.1kDaの分子量)のバンドは、SDS−PAGEゲルでは検出されず、発現後に細胞内のタンパク質分解酵素によって分解されたようである。SDS−PAGEゲルにおけるGLP−1K28R融合ポリペプチドの発現は、分子量が最も小さいアミノ末端融合パートナーであるPG07が融合されたPG07−H6TEV−GLP−1K28R(6.1kDaの分子量)から確認された。
アミノ末端融合パートナーであるPG15が融合されたPG15−H6TEV−GLP−1K28R(7.1kDaの分子量)の発現レベルは、PG07−H6TEV−GLP−1K28Rに比べて増加した。アミノ末端融合パートナーであるPG15、PG22、PG29、PG36及びPG43が融合されたGLP−1K28R融合ポリペプチドであるPG15−H6TEV−GLP−1K28R(7.1kDaの分子量)、PG22−H6TEV−GLP−1K28R(7.9kDaの分子量)、PG29−H6TEV−GLP−1K28R(8.4kDaの分子量)、PG36−H6TEV−GLP−1K28R(9.1kDaの分子量)及びPG43−H6TEV−GLP−1K28R(11.7kDaの分子量)の発現レベルは、対照群(H6TEV−GLP−1K28R)に比べて非常に向上したことが確認された。
濃度計(densitometer)分析により、PG07、PG15、PG22、PG29、PG36及びPG43のPG22、PG29、PG36及びPG43が融合された各融合ポリペプチドの発現レベルは類似しており、PG07、PG15が融合された融合ポリペプチドよりもはるかに高いことが確認された(図20、図21)。
また、図20を参照すると、対照群を含むすべてのGLP−1K28R融合ポリペプチドは、可溶性画分では観察されず、すべての不溶性画分で観察されることがわかる(レーン1:H6TEV−GLP−1K28R(菌株番号PG005)及びレーン2:PG07−H6TEV−GLP−1K28R(菌株番号PG006)の場合、目的ペプチドが発現されないか発現レベルが低いため、可溶性テストを実行しない)。
実施例7.5.N末端融合パートナーのアミノ酸置換によるGLP−1K28R融合ポリペプチドの発現レベルの変化
PG43−H6TEV−GLP−1K28R内のPG43の2番から7番までの6個のアミノ酸残基の変化がGLP−1K28R融合ポリペプチドの発現レベルに及ぼす影響を調べるために、それぞれのアミノ酸残基をイソロイシン、アスパラギン、アルギニン、アスパラギン酸で置換した合計22個のGLP−1K28R融合ポリペプチドの変異体を作製して、細胞内の発現レベルをPG43−H6TEV−GLP−1K28Rと比較した。
PG43−H6TEV−GLP−1K28R内のPG43の2番から7番までの6個のアミノ酸残基の変化がGLP−1K28R融合ポリペプチドの発現レベルに及ぼす影響を調べるために、それぞれのアミノ酸残基をイソロイシン、アスパラギン、アルギニン、アスパラギン酸で置換した合計22個のGLP−1K28R融合ポリペプチドの変異体を作製して、細胞内の発現レベルをPG43−H6TEV−GLP−1K28Rと比較した。
GLP−1K28R融合ポリペプチドの変異体発現用のプラスミドDNAは、位置指定突然変異法を用いて作製した。位置指定突然変異のための鋳型としては、PG43−H6TEV−GLP−1K28R発現プラスミドであるpSGK497を使用した。プライマーとしては、それぞれの変異体のアミノ酸置換部位の塩基配列が変更されたフォワードおよびリバースの一本鎖DNAオリゴマーを用いた。実験で使用したプライマーを下記表5に示した。
それぞれの変異体の位置指定突然変異後に得られた発現プラスミドは、DNA塩基配列の確認により正確なクローニングの有無が確認された。
作製したGLP−1K28R融合ポリペプチドの変異体発現プラスミドを用いて、塩化カルシウムを使用した化学的方法により、大腸菌BL21(DE3)細胞を形質転換した。GLP−1K28R融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質転換された大腸菌は、カナマイシンが50μg/mlの濃度で含まれているLB固体培地においてコロニーを形成した。形質転換された大腸菌を、それぞれカナマイシンが50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地に培養した後、50%グリセロールを培養液と同じ容量で添加して細胞ストックを作成し、これを温度−80℃の冷凍庫に保管した。
−80℃で保管されたGLP−1K28R融合ポリペプチドの変異体発現プラスミドが形質転換された大腸菌の細胞ストックを室温で溶かした後、50μlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地5mlを含む試験管に添加して、37℃の振とう培養器で12時間種菌培養した。種菌培養された大腸菌2mlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地200mlを含むフラスコに添加して、37℃の振とう培養器で培養した。約3時間培養後、細胞の光学密度(OD600)が約1.0になったとき、IPTGを最終濃度0.1mMになるように添加して、GLP−1K28R融合ポリペプチドの発現を誘導した。発現誘導4時間後に光学密度を測定することで、細胞の光学密度を測定した。
発現誘導された細胞の光学密度が10.0になるように細胞を濃縮し、50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で再懸濁した後、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて細胞を破砕した。破砕された細胞は、全細胞画分として標識した。細胞破砕液は、12,000×g、4℃で15分間遠心分離した。上清液を回収し、可溶性画分として標識した。不溶性画分は、500μlの50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で超音波細胞破砕機を用いて再懸濁し、不溶性画分として標識した。
50μlの全細胞、可溶性および不溶性画分を、それぞれ50μlの2倍濃縮されたSDS試料緩衝液(SDSサンプルバッファー 2×concentrate,Sigma)に混合した後、95℃で5分間加熱して、各試料のタンパク質を変性させた。試料中の変性タンパク質は、16%SDS−PAGEゲルおよびTANK緩衝液を用いて、分子量サイズに応じて、ゲル内で分離できるようにした。SDS−PAGE後、ゲルを、クマシーブリリアントブルーR−250を含む染色緩衝液で染色した後、脱色緩衝液で脱色することで、染色されたタンパク質のみが見えるようにした。
図22〜図24に示すように、対照群であるPG43−H6TEV−GLP−1K28Rの発現レベルと比較して、PG43−H6TEV−GLP−1K28R内のPG43の2番から7番までの6個のアミノ酸残基の変化により発現レベルが向上した変異体、および低下した変異体を確認した。特に、濃度計(densitometer)分析により、2番目の残基がアスパラギン酸で置換された変異株と、7番目の残基がアイソロイシン、アスパラギン、アルギニン、アスパラギン酸で置換された変異株とは、対照群に比べて発現レベルが3倍以上向上することが確認された。
実施例8.GLP−1K28R融合ポリペプチドの回収及び精製
実施例8.1.細胞破砕及び不溶性封入体の回収
フラスコスケールで発現された細胞の冷凍細胞ペレットを、50mlの緩衝液(50mMリン酸ナトリウム、pH7.2)を添加して解凍した。再懸濁された細胞は、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて破砕した。溶解された細胞は、12,000rpm(12,000×g)の条件で30分間遠心分離し、上清液を除去することで、組換え融合ポリペプチドを含む不溶性封入体画分を回収した。
実施例8.1.細胞破砕及び不溶性封入体の回収
フラスコスケールで発現された細胞の冷凍細胞ペレットを、50mlの緩衝液(50mMリン酸ナトリウム、pH7.2)を添加して解凍した。再懸濁された細胞は、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて破砕した。溶解された細胞は、12,000rpm(12,000×g)の条件で30分間遠心分離し、上清液を除去することで、組換え融合ポリペプチドを含む不溶性封入体画分を回収した。
実施例8.2.不溶性封入体の可溶化
回収された不溶性封入体画分に20mlの封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)を添加し、25℃で4時間振とう培養して、不溶性画分内の封入体形態の組換え融合ポリペプチドの可溶化を行った。可溶化された不溶性画分試料を12,000×gで30分間遠心分離し、上清液を(0.45/0.2μm)膜フィルターでろ過した。
回収された不溶性封入体画分に20mlの封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)を添加し、25℃で4時間振とう培養して、不溶性画分内の封入体形態の組換え融合ポリペプチドの可溶化を行った。可溶化された不溶性画分試料を12,000×gで30分間遠心分離し、上清液を(0.45/0.2μm)膜フィルターでろ過した。
実施例8.3.GLP−1K28R融合ポリペプチドの精製
7個のGLP−1K28R融合ポリペプチドの中から発現レベルが最も高いPG43−H6TEV−GLP−1K28Rを精製した。まず、可溶化された不溶性画分内のGLP−1K28R融合ポリペプチドを精製するために、S9試料ポンプ(Sample pump S9)及びF9−C画分収集器(F9−Cフラクションコレクター)を備えたAKTA pure 25クロマトグラフィーシステム(GE Healthcare)を用いた。可溶化された不溶性画分試料を、封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)で予め平衡化されたHisTrap FF 1mlカラム(GE Healthcare)に注入した。
7個のGLP−1K28R融合ポリペプチドの中から発現レベルが最も高いPG43−H6TEV−GLP−1K28Rを精製した。まず、可溶化された不溶性画分内のGLP−1K28R融合ポリペプチドを精製するために、S9試料ポンプ(Sample pump S9)及びF9−C画分収集器(F9−Cフラクションコレクター)を備えたAKTA pure 25クロマトグラフィーシステム(GE Healthcare)を用いた。可溶化された不溶性画分試料を、封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)で予め平衡化されたHisTrap FF 1mlカラム(GE Healthcare)に注入した。
注入完了後、カラムを5倍カラム容量の平衡緩衝液で洗浄した。溶出緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、500mMイミダゾール、pH7.4)を5倍カラム容量で使用し、その割合を段階的に100%まで徐々に増やして、カラムの樹脂に結合しているGLP−1K28R融合ポリペプチドを溶出した。溶出後、得られた画分の結果をそれぞれ図25及び図26に示した。カラムに注入された、可溶化された不溶性画分試料内のGLP−1K28R融合ポリペプチドは、ほとんどカラム内の樹脂に結合した後、溶出されて95%以上の純度を示した。
実施例9.プロテアーゼ処理によるリンカー配列の切断
精製した約5mlのGLP−1K28R融合ポリペプチドの画分を合わせた後、140mlの希釈緩衝液(20mMトリス、pH7.4)を添加して、尿素濃度1Mに希釈した。希釈された組換え融合ポリペプチドに、TEVプロテアーゼを最終濃度500nMになるように添加し、室温で12時間切断反応を行った。
精製した約5mlのGLP−1K28R融合ポリペプチドの画分を合わせた後、140mlの希釈緩衝液(20mMトリス、pH7.4)を添加して、尿素濃度1Mに希釈した。希釈された組換え融合ポリペプチドに、TEVプロテアーゼを最終濃度500nMになるように添加し、室温で12時間切断反応を行った。
TEVプロテアーゼによる切断の有無を確認するために、切断後、SDS−PAGE分析を行い、その結果を図27に示した。TEVプロテアーゼによる、GLP−1K28R融合ポリペプチド(PG43−H6TEV−GLP−1K28R)の切断前後をSDS−PAGEで分析した結果、7.9kDaのGLP−1K28R融合ポリペプチドは、ほぼ100%の収率で、アミノ末端融合パートナー、6ヒスチジンタグ及びTEVプロテアーゼ認識配列融合体であるPG43−H6TEVと、目的ポリペプチドであるGLP−1K28Rとに切断されていることが確認された。
実施例10.切断後のGLP−1K28Rの分子量分析
完全な形態のGLP−1K28R融合ポリペプチド(PG43−H6TEV−GLP−1K28R)の発現の有無、TEVプロテアーゼによる正確な切断の有無、および切断後に得られたGLP−1K28Rの変形の有無を確認するために、MALTI−TOF MSを用いた分子量分析を実施した。本発明により得られたGLP−1K28Rの分子量を測定した結果を、図面28に示した。
完全な形態のGLP−1K28R融合ポリペプチド(PG43−H6TEV−GLP−1K28R)の発現の有無、TEVプロテアーゼによる正確な切断の有無、および切断後に得られたGLP−1K28Rの変形の有無を確認するために、MALTI−TOF MSを用いた分子量分析を実施した。本発明により得られたGLP−1K28Rの分子量を測定した結果を、図面28に示した。
図28を参照すると、PG43−H6TEV−GLP−1K28Rから得られたGLP−1K28Rの分子量は、3382.59Daであると測定され、理論分子量3383.72Daと誤差範囲内で一致しているので、大腸菌内で蛋白質分解酵素(proteolytic enzyme)によるアミノまたはカルボキシ末端の部分切断や分解せずに完全な形態で発現されたことが確認された。
したがって、TEVプロテアーゼは、PG43−H6TEV−GLP−1K28R内の認識配列であるENLFQ配列を認識し、最後のアミノ酸であるQ(グルタミン)とGLP−1K28Rの最初のアミノ酸であるH(ヒスチジン)との間のペプチド結合を正確に切断することで判断される。
実施例11.テデュグルチド(GLP−2A2G)融合ポリペプチドの製造および生産
実施例11.1.GLP−2A2G融合ポリペプチド発現プラスミドの作製
GLP−2A2G融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記GLP−2A2G融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしての、PG07(配列番号9)、PG15(配列番号31)、PG22(配列番号53)、PG29(配列番号75)、PG36(配列番号97)及びPG43(配列番号119)のうちのいずれか一つと、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびGLP−2A2Gのアミノ酸配列(配列番号485)が含まれている。
実施例11.1.GLP−2A2G融合ポリペプチド発現プラスミドの作製
GLP−2A2G融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記GLP−2A2G融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしての、PG07(配列番号9)、PG15(配列番号31)、PG22(配列番号53)、PG29(配列番号75)、PG36(配列番号97)及びPG43(配列番号119)のうちのいずれか一つと、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびGLP−2A2Gのアミノ酸配列(配列番号485)が含まれている。
対照群として使用されたGLP−2A2G融合ポリペプチド(H6TEV−GLP−2A2G)には、アミノ末端融合パートナーが含まれておらず、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびGLP−2A2Gのアミノ酸配列(配列番号485)が含まれている。各融合ポリペプチドの遺伝子は、制限酵素NdeI、NcoIおよびXhoIの認識配列と1つの終止コドンを含む。前記GLP−2A2G融合ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列は、それぞれ配列番号622〜627に対応し、対照群は、配列番号621に対応する。
下記表6に記載のGLP−2A2G融合ポリペプチド発現プラスミドpSGK520、pSGK521、pSGK522、pSGK547、pSGK548、pSGK549およびpSGK523を作製するために、OE−PCRにより合成されたGLP−2A2G融合ポリペプチド遺伝子単片を、NdeIおよびXhoI制限酵素を用いて切断し、T7プロモーター、lacオペレータ及びLacI遺伝子を含めてIPTGによる発現調節が可能な発現ベクターpET26bにクローニングした。
作製したGLP−2A2G融合ポリペプチド発現プラスミドは、DNA塩基配列の確認により正確なクローニングの有無が確認された。作製したGLP−2A2G融合ポリペプチド発現プラスミドを用いて、塩化カルシウムを使用した化学的方法により、大腸菌BL21(DE3)細胞を形質転換した。GLP−2A2G融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質導入された大腸菌は、カナマイシンが50μg/mlの濃度で含まれているLB固体培地においてコロニーを形成した。形質転換された大腸菌を、それぞれカナマイシンが50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地に培養した後、50%グリセロールを培養液と同じ容量で添加して細胞ストックを作成し、これを温度−80℃の冷凍庫に保管した。
実施例11.2.形質転換された細胞の培養およびGLP−2A2Gの発現
−80℃で保管されたGLP−2A2G融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質転換された大腸菌の細胞ストックを室温で溶かした後、50μlを、カナマイシン50μg/ mLの濃度で存在するLB液体培地5mlを含む試験管に添加して、37℃の振とう培養器で12時間種菌培養した。種菌培養された大腸菌2mlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地200mlを含むフラスコに添加して、37℃の振とう培養器で倍の量た。約3時間培養後、細胞の光学密度(OD600)が約1.0になったとき、IPTGを最終濃度0.1mMになるように添加して、GLP−2A2G融合ポリペプチドの発現を誘導した。発現誘導4時間後に光学密度を測定することで、細胞の光学密度を測定した。
−80℃で保管されたGLP−2A2G融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質転換された大腸菌の細胞ストックを室温で溶かした後、50μlを、カナマイシン50μg/ mLの濃度で存在するLB液体培地5mlを含む試験管に添加して、37℃の振とう培養器で12時間種菌培養した。種菌培養された大腸菌2mlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地200mlを含むフラスコに添加して、37℃の振とう培養器で倍の量た。約3時間培養後、細胞の光学密度(OD600)が約1.0になったとき、IPTGを最終濃度0.1mMになるように添加して、GLP−2A2G融合ポリペプチドの発現を誘導した。発現誘導4時間後に光学密度を測定することで、細胞の光学密度を測定した。
実施例11.3.発現レベルの比較分析のための試料の製造
発現誘導された細胞の光学密度が10.0になるように細胞を濃縮し、50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で再懸濁した後、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて細胞を破砕した。破砕された細胞は、全細胞画分として標識した。細胞破砕液は、12,000×g、4℃で15分間遠心分離した。上清液を回収し、可溶性画分として標識した。不溶性画分は、500μlの50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で超音波細胞破砕機を用いて再懸濁し、不溶性画分として標識した。
発現誘導された細胞の光学密度が10.0になるように細胞を濃縮し、50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で再懸濁した後、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて細胞を破砕した。破砕された細胞は、全細胞画分として標識した。細胞破砕液は、12,000×g、4℃で15分間遠心分離した。上清液を回収し、可溶性画分として標識した。不溶性画分は、500μlの50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で超音波細胞破砕機を用いて再懸濁し、不溶性画分として標識した。
実施例11.4.SDS−PAGE分析により生産されたGLP−2A2Gの確認
50μlの全細胞、可溶性および不溶性画分を、それぞれ50μlの2倍濃縮されたSDS試料緩衝液(SDSサンプルバッファー 2×concentrate,Sigma)に混合した後、95℃で5分間加熱して、各試料のタンパク質を変性させた。試料中の変性タンパク質は、16%SDS−PAGEゲルおよびTANK緩衝液を用いて、分子量サイズに応じて、ゲル内で分離できるようにした。SDS−PAGE後、ゲルを、クマシーブリリアントブルーR−250を含む染色緩衝液で染色した後、脱色緩衝液で脱色することで、染色されたタンパク質のみが見えるようにした。その結果を、図29および図30に示した。
50μlの全細胞、可溶性および不溶性画分を、それぞれ50μlの2倍濃縮されたSDS試料緩衝液(SDSサンプルバッファー 2×concentrate,Sigma)に混合した後、95℃で5分間加熱して、各試料のタンパク質を変性させた。試料中の変性タンパク質は、16%SDS−PAGEゲルおよびTANK緩衝液を用いて、分子量サイズに応じて、ゲル内で分離できるようにした。SDS−PAGE後、ゲルを、クマシーブリリアントブルーR−250を含む染色緩衝液で染色した後、脱色緩衝液で脱色することで、染色されたタンパク質のみが見えるようにした。その結果を、図29および図30に示した。
図29を参照すると、対照群である配列番号1のアミノ酸配列を含む融合パートナーが含まれていないH6TEV−GLP−2A2G(5.5kDaの分子量)のバンドは、SDS−PAGEゲルでは検出されず、発現後に細胞内のタンパク質分解酵素によって分解されたようである。
アミノ末端融合パートナーであるPG07、PG15、PG22、PG29、PG36及びPG43が融合されたGLP−2A2G融合ポリペプチドであるPG07−H6TEV−GLP−2A2G(6.5kDaの分子量)、PG15−H6TEV−GLP−2A2G(7.5kDaの分子量)、PG22−H6TEV−GLP−2A2G(7.5kDaの分子量)、PG29−H6TEV−GLP−2A2G(8.3kDaの分子量)、PG36−H6TEV−GLP−2A2G(9.5kDaの分子量)及びPG43−H6TEV−GLP−2A2G(12.1kDaの分子量)のうちでSDS−PAGE分析により発現が確認されたものは、PG22−H6TEV−GLP−2A2G、PG29−H6TEV−GLP−2A2G、PG36−H6TEV−GLP−2A2G及びPG43−H6TEV−GLP−2A2Gであった。
濃度計(densitometer)分析により、PG07、PG15、PG22、PG29、PG36及びPG43のPG43の融合によるPG43−H6TEV−GLP−2A2Gの発現レベルは、すべてのGLP−2A2G融合ポリペプチドの中で最も高いことが確認された。
また、図30を参照すると、発現が確認されたすべてのGLP−2A2G融合ポリペプチドは、可溶性画分では観察されず、すべての不溶性画分で観察されることがわかる(レーン1:H6TEV−GLP−2A2G(菌株番号PG012)、レーン2:PG07−H6TEV−GLP−2A2G(菌株番号PG013)、レーン3:PG15−H6TEV−GLP−2A2G(菌株番号PG014)及びレーン4:PG22−H6TEV−GLP−2A2G(菌株番号PG015)の場合、目的ペプチドが発現されないため、可溶性テストを実行しない)。
実施例11.5.N末端融合パートナーのアミノ酸置換によるGLP−2A2G融合ポリペプチドの発現レベルの変化
PG43−H6TEV−GLP−2A2G内のPG43の2番から7番までの6個のアミノ酸残基の変化がGLP−2A2G融合ポリペプチドの発現レベルに及ぼす影響を調べるために、それぞれのアミノ酸残基をイソロイシン、アスパラギン、アルギニン、アスパラギン酸で置換した合計22個のGLP−2A2G融合ポリペプチドの変異体を作製して、細胞内の発現レベルをPG43−H6TEV−GLP−2A2Gと比較した。
PG43−H6TEV−GLP−2A2G内のPG43の2番から7番までの6個のアミノ酸残基の変化がGLP−2A2G融合ポリペプチドの発現レベルに及ぼす影響を調べるために、それぞれのアミノ酸残基をイソロイシン、アスパラギン、アルギニン、アスパラギン酸で置換した合計22個のGLP−2A2G融合ポリペプチドの変異体を作製して、細胞内の発現レベルをPG43−H6TEV−GLP−2A2Gと比較した。
具体的には、GLP−2A2G融合ポリペプチドの変異体発現用のプラスミドDNAは、位置指定突然変異法を用いて作製した。位置指定突然変異のための鋳型としては、PG43−H6TEV−GLP−2A2G発現プラスミドであるpSGK523を使用した。プライマーとしては、それぞれの変異体のアミノ酸置換部位の塩基配列が変更されたフォワードおよびリバースの一本鎖DNAオリゴマーを用いた。実験で使用したプライマーを下記の表7に示した。
それぞれの変異体の位置指定突然変異後に得られた発現プラスミドは、DNA塩基配列の確認により正確なクローニングの有無が確認された。
作製したGLP−2A2G融合ポリペプチドの変異体発現プラスミドを用いて、塩化カルシウムを使用した化学的方法により、大腸菌BL21(DE3)細胞を形質転換した。GLP−2A2G融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質導入された大腸菌は、カナマイシンが50μg/mlの濃度で含まれているLB固体培地においてコロニーを形成した。形質転換された大腸菌を、それぞれカナマイシンが50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地に培養した後、50%グリセロールを培養液と同じ容量で添加して細胞ストックを作成し、これを温度−80℃の冷凍庫に保管した。
−80℃で保管されたGLP−2A2G融合ポリペプチドの変異体発現プラスミドが形質転換された大腸菌の細胞ストックを室温で溶かした後、50μlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地5mlを含む試験管に添加して、37℃の振とう培養器で12時間種菌培養した。種菌培養された大腸菌2mlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地200mlを含むフラスコに添加して、37℃の振とう培養器で培養した。約3時間培養後、細胞の光学密度(OD600)が約1.0になったとき、IPTGを最終濃度0.1mMになるように添加して、GLP−2A2G融合ポリペプチドの発現を誘導した。発現誘導4時間後に光学密度を測定することで、細胞の光学密度を測定した。
発現誘導された細胞の光学密度が10.0になるように細胞を濃縮し、50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で再懸濁した後、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて細胞を破砕した。破砕された細胞は、全細胞画分として標識した。細胞破砕液は、12,000×g、4℃で15分間遠心分離した。上清液を回収し、可溶性画分として標識した。不溶性画分は、500μlの50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で超音波細胞破砕機を用いて再懸濁し、不溶性画分として標識した。
50μlの全細胞、可溶性および不溶性画分を、それぞれ50μlの2倍濃縮されたSDS試料緩衝液(SDSサンプルバッファー 2×concentrate,Sigma)に混合した後、95℃で5分間加熱して、各試料のタンパク質を変性させた。試料中の変性タンパク質は、16%SDS−PAGEゲルおよびTANK緩衝液を用いて、分子量サイズに応じて、ゲル内で分離できるようにした。SDS−PAGE後、ゲルを、クマシーブリリアントブルーR−250を含む染色緩衝液で染色した後、脱色緩衝液で脱色することで、染色されたタンパク質のみが見えるようにした。
図31〜図33に示すように、対照群であるPG43−H6TEV−GLP−2A2Gの発現レベルと比較して、PG43−H6TEV−GLP−2A2G内のPG43の2番から7番までの6個のアミノ酸残基の変化により発現レベルが変化した変異体を、SDS−PAGEゲルおよび濃度計(densitometer)分析により確認した。PG43の2番から7番までの6個のアミノ酸残基の変化は、GLP−2A2G融合ポリペプチドの発現レベルを大幅に向上させられず、5番目の残基がアルギニンで置換された変異株と、7番目の残基がアルギニンで置換された変異株とは、発現レベルが対照群に比べて50%以下に減少した。
実施例12.GLP−2A2G融合ポリペプチドの回収及び精製
実施例12.1.細胞破砕及び不溶性封入体の回収
フラスコスケールで発現された細胞の冷凍細胞ペレットを、50mlの緩衝液(50mMリン酸ナトリウム、pH7.2)を添加して解凍した。再懸濁された細胞は、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて破砕した。溶解された細胞は、12,000rpm(12,000×g)の条件で30分間遠心分離し、上清液を除去することで、組換え融合ポリペプチドを含む不溶性封入体画分を回収した。
実施例12.1.細胞破砕及び不溶性封入体の回収
フラスコスケールで発現された細胞の冷凍細胞ペレットを、50mlの緩衝液(50mMリン酸ナトリウム、pH7.2)を添加して解凍した。再懸濁された細胞は、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて破砕した。溶解された細胞は、12,000rpm(12,000×g)の条件で30分間遠心分離し、上清液を除去することで、組換え融合ポリペプチドを含む不溶性封入体画分を回収した。
実施例12.2.不溶性封入体の可溶化
回収された不溶性封入体画分に20mlの封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)を添加し、25℃で4時間振とう培養して、不溶性画分内の封入体形態の組換え融合ポリペプチドの可溶化を行った。可溶化された不溶性画分試料を12,000×gで30分間遠心分離し、上清液を(0.45/0.2μm)膜フィルターでろ過した。
回収された不溶性封入体画分に20mlの封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)を添加し、25℃で4時間振とう培養して、不溶性画分内の封入体形態の組換え融合ポリペプチドの可溶化を行った。可溶化された不溶性画分試料を12,000×gで30分間遠心分離し、上清液を(0.45/0.2μm)膜フィルターでろ過した。
実施例12.3.GLP−2A2G融合ポリペプチドの精製
7個のGLP−2A2G融合ポリペプチドの中から発現レベルが最も高いPG43−H6TEV−GLP−2A2Gを精製した。まず、可溶化された不溶性画分内のGLP−2A2G融合ポリペプチドを精製するために、S9試料ポンプ(Sample pump S9)及びF9−C画分収集器(F9−Cフラクションコレクター)を備えたAKTA pure 25クロマトグラフィーシステム(GE Healthcare)を用いた。可溶化された不溶性画分試料を、封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)で予め平衡化されたHisTrap FF 1mlカラム(GE Healthcare)に注入した。
7個のGLP−2A2G融合ポリペプチドの中から発現レベルが最も高いPG43−H6TEV−GLP−2A2Gを精製した。まず、可溶化された不溶性画分内のGLP−2A2G融合ポリペプチドを精製するために、S9試料ポンプ(Sample pump S9)及びF9−C画分収集器(F9−Cフラクションコレクター)を備えたAKTA pure 25クロマトグラフィーシステム(GE Healthcare)を用いた。可溶化された不溶性画分試料を、封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)で予め平衡化されたHisTrap FF 1mlカラム(GE Healthcare)に注入した。
注入完了後、カラムを5倍カラム容量の平衡緩衝液で洗浄した。溶出緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、500mMイミダゾール、pH7.4)を5倍カラム容量で使用し、その割合を段階的に100%まで徐々に増やして、カラムの樹脂に結合しているGLP−2A2G融合ポリペプチドを溶出した。溶出後、得られた画分の結果をそれぞれ図34及び図35に示した。カラムに注入された、可溶化された不溶性画分試料内のGLP−1K28R融合ポリペプチドは、ほとんどカラム内の樹脂に結合した後、溶出されて95%以上の純度を示した。
実施例13.プロテアーゼ処理によるリンカー配列の切断
精製した約5mlのGLP−2A2G融合ポリペプチドの画分を合わせた後、140mlの希釈緩衝液(20mMトリス、pH7.4)を添加して、尿素濃度1Mに希釈した。希釈された組換え融合ポリペプチドに、TEVプロテアーゼを最終濃度500nMになるように添加し、室温で12時間切断反応を行った。
精製した約5mlのGLP−2A2G融合ポリペプチドの画分を合わせた後、140mlの希釈緩衝液(20mMトリス、pH7.4)を添加して、尿素濃度1Mに希釈した。希釈された組換え融合ポリペプチドに、TEVプロテアーゼを最終濃度500nMになるように添加し、室温で12時間切断反応を行った。
TEVプロテアーゼによる切断の有無を確認するために、切断後、SDS−PAGE分析を行い、その結果を図36に示した。TEVプロテアーゼによる、GLP−2A2G融合ポリペプチド(PG43−H6TEV−GLP−2A2G)の切断前後をSDS−PAGEで分析した結果、12.1kDaのGLP−2A2G融合ポリペプチドは、ほぼ100%の収率で、アミノ末端融合パートナー、6ヒスチジンタグ及びTEVプロテアーゼ認識配列融合チェーンPG43−H6TEVと、目的ポリペプチドであるGLP−2A2Gとに切断されていることが確認された。
実施例14.切断後のGLP−2A2Gの分子量分析
完全な形態のGLP−2A2G融合ポリペプチド(PG43−H6TEV−GLP−2A2G)の発現の有無、TEVプロテアーゼによる正確な切断の有無、および切断後に得られたGLP−2A2Gの変形の有無を確認するために、MALTI−TOF MSを用いた分子量分析を実施した。本発明により得られたGLP−2A2Gの分子量を測定した結果を、図面37に示した。
完全な形態のGLP−2A2G融合ポリペプチド(PG43−H6TEV−GLP−2A2G)の発現の有無、TEVプロテアーゼによる正確な切断の有無、および切断後に得られたGLP−2A2Gの変形の有無を確認するために、MALTI−TOF MSを用いた分子量分析を実施した。本発明により得られたGLP−2A2Gの分子量を測定した結果を、図面37に示した。
図37を参照すると、PG43−H6TEV−GLP−2A2Gから得られたGLP−2A2Gの分子量は、3753.10Daであると測定され、理論分子量3752.13Daと誤差範囲内で一致しているので、大腸菌内で蛋白質分解酵素(proteolytic enzyme)によるアミノまたはカルボキシ末端の部分切断や分解せずに完全な形態で発現されたことが確認された。
したがって、TEVプロテアーゼは、PG43−H6TEV−GLP−2A2G内の認識配列であるENLFQ配列を認識し、最後のアミノ酸であるQ(グルタミン)とGLP−2A2Gの最初のアミノ酸であるH(ヒスチジン)との間のペプチド結合を正確に切断することで判断される(目的ペプチドが発現されないため、可溶性テストを実行しない)。
実施例15.エカランチドの製造および生産
実施例15.1エカランチド融合ポリペプチド発現プラスミドの作製
エカランチド融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記エカランチド融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしての、PG07(配列番号9)、PG15(配列番号31)およびPG43(配列番号119)のうちのいずれか一つと、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびエカランチドのアミノ酸配列(配列番号638)が含まれている。
実施例15.1エカランチド融合ポリペプチド発現プラスミドの作製
エカランチド融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記エカランチド融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしての、PG07(配列番号9)、PG15(配列番号31)およびPG43(配列番号119)のうちのいずれか一つと、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびエカランチドのアミノ酸配列(配列番号638)が含まれている。
対照群として使用されたエカランチド融合ポリペプチド(H6TEV−Ecallantide)には、アミノ末端融合パートナーが含まれておらず、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびエカランチドのアミノ酸配列(配列番号642)が含まれている。各融合ポリペプチドの遺伝子は、制限酵素NdeI、NcoIおよびXhoIの認識配列と1つの終止コドンを含む。前記エカランチド融合ポリペプチドをコードするニュークレミスグレード配列(PG07、PG15及びPG43)は、それぞれ配列番号644〜646に対応し、対照群は、配列番号643に対応する。
下記表8に記載のエカランチド融合ポリペプチド発現プラスミドpSGK512、pSGK513、pSGK514およびpSGK515を作製するために、OE−PCRにより合成されたのエカランチド融合ポリペプチド遺伝子断片を、NdeIおよびXhoI制限酵素を用いて切断し、T7プロモーター、lacオペレータ及びLacI遺伝子を含めてIPTGによる発現調節が可能な発現ベクターpET26bにクローニングした。
エカランチド融合ポリペプチド発現プラスミドは、実施例1.1と同様な方法で作製し、温度−80℃の冷凍庫に保管した。
実施例15.2.形質転換された細胞の培養およびエカランチドの発現
−80℃で保管されたエカランチド融合ポリペプチドの発現プラスミドに形質転換された細胞の培養およびエカランチドの発現は、実施例1.2と同様の方法で行われた。
−80℃で保管されたエカランチド融合ポリペプチドの発現プラスミドに形質転換された細胞の培養およびエカランチドの発現は、実施例1.2と同様の方法で行われた。
実施例15.3.発現レベルの比較分析のための試料の製造
エカランチド関連試料の製造は、実施例1.3と同様の方法で行われた。
エカランチド関連試料の製造は、実施例1.3と同様の方法で行われた。
実施例15.4.SDS−PAGE分析により生産されたエカランチドの確認
実施例1.4と同様の方法および条件下で各試料のタンパク質を処理した後、その結果を図38および図39に示した。
実施例1.4と同様の方法および条件下で各試料のタンパク質を処理した後、その結果を図38および図39に示した。
図38を参照すると、対照群である配列番号1のアミノ酸配列を含む融合パートナーが含まれていないH6TEV−Ecallantide(8.8kDaの分子量)のバンドは、他のエカランチド融合ポリペプチドと比較して最も低い発現レベルを示した。アミノ末端融合パートナーであるPG7、PG15及びPG43が融合されたエカランチド融合ポリペプチドであるPG07−H6TEV−Ecallantide(9.8kDaの分子量)、PG15−H6TEV−Ecallantide(10.8kDaの分子量)及びPG43−H6TEV−Ecallantide(15.4kDaの分子量)の発現レベルは、対照群(H6TEV−Ecallantide)に比べて増加したことが確認された。濃度計(densitometer)分析により、PG7、PG15及びPG43の中でPG07の融合によるPG07−H6TEV−Ecallantideの発現レベルは、すべてのエカランチド融合ポリペプチドの中で最も高いことが確認された。
また、図39を参照すると、対照群を含むすべてのエカランチド融合ポリペプチドは、可溶性画分では観察されず、すべての不溶性画分で観察されることがわかる。
実施例16.ネシリチドの製造および生産
実施例16.1.ネシリチド融合ポリペプチド発現プラスミドの作製
ネシリチド融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記ネシリチド融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしての、PG07(配列番号9)、PG15(配列番号31)およびPG43(配列番号119)のうちのいずれか一つと、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびネシリチドのアミノ酸配列(配列番号652)が含まれている。
実施例16.1.ネシリチド融合ポリペプチド発現プラスミドの作製
ネシリチド融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記ネシリチド融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしての、PG07(配列番号9)、PG15(配列番号31)およびPG43(配列番号119)のうちのいずれか一つと、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびネシリチドのアミノ酸配列(配列番号652)が含まれている。
対照群として使用されたネシリチド融合ポリペプチド(H6TEV− Nesiritide)には、アミノ末端融合パートナーが含まれておらず、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびネシリチドのアミノ酸配列(配列番号652)が含まれている。各融合ポリペプチドの遺伝子は、制限酵素NdeI、NcoIおよびXhoIの認識配列と1つの終止コドンを含む。前記ネシリチド融合ポリペプチドをコードするニュークレミスグレード配列は、それぞれ配列番号654〜656に対応し、対照群は、配列番号653に対応する。
下記表9に記載のネシリチド融合ポリペプチド発現プラスミドpSGK516、pSGK517、pSGK518およびpSGK519を作製するために、OE−PCRにより合成されたネシリチド融合ポリペプチド遺伝子断片を、NdeIおよびXhoI制限酵素を用いて切断し、T7プロモーター、lacオペレータ及びLacI遺伝子を含めてIPTGによる発現調節が可能な発現ベクターpET26bにクローニングした。
ネシリチド融合ポリペプチド発現プラスミドは、実施例1.1と同様な方法で作製し、温度−80℃の冷凍庫に保管した。
実施例16.2.形質転換された細胞の培養およびネシリチドの発現
−80℃で保管されたネシリチド融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質転換された細胞の培養およびネシリチドの発現は、実施例1.2と同様の方法で行われた。
−80℃で保管されたネシリチド融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質転換された細胞の培養およびネシリチドの発現は、実施例1.2と同様の方法で行われた。
実施例16.3.発現レベルの比較分析のための試料の製造
ネシリチド関連試料の製造は、実施例1.3と同様の方法で行われた。
ネシリチド関連試料の製造は、実施例1.3と同様の方法で行われた。
実施例16.4.SDS−PAGE分析により生産されたネシリチドの確認
実施例1.4と同様の方法および条件下で各試料のタンパク質を処理した後、その結果を図40および図41に示した。
実施例1.4と同様の方法および条件下で各試料のタンパク質を処理した後、その結果を図40および図41に示した。
図40を参照すると、対照群である配列番号1のアミノ酸配列を含む融合パートナーが含まれていないH6TEV−Nesiritide(5.2kDaの分子量)、および、アミノ末端融合パートナーであるPG07が融合されたネシリチド融合ポリペプチドであるPG07−H6TEV−Nesiritide(6.2kDaの分子量)のバンドは、SDS−PAGEゲルでは検出されず、発現後に細胞内のタンパク質分解酵素によって分解されたようである。SDS−PAGEゲルにおけるネシリチド融合ポリペプチドデの発現は、分子量が最も小さいアミノ末端融合パートナーであるPG15が融合されたPG15−H6TEV−Nesiritide(7.2kDaの分子量)から確認された。アミノ末端融合パートナーであるPG43が融合されたネシリチド融合ポリペプチドであるPG43−H6TEV−Nesiritide(11.8kDaの分子量)の発現レベルは、PG15−H6TEV−Nesiritide(7.2kDaの分子量)に比べて向上したことが確認された。濃度計(densitometer)分析により、PG07、PG15およびPG43の中でPG43の融合によるPG43−H6TEV−Nesiritideの発現レベルは、すべてのネシリチド融合ポリペプチドの中で最も高いことが確認された。
また、図41を参照すると、対照群を含むすべてのネシリチド融合ポリペプチドは、可溶性画分では観察されず、すべての不溶性画分で観察されることがわかる(レーン1:H6TEV−Nesiritide(菌株番号PG023)及びレーン2:PG07−H6TEV−Nesiritide(菌株番号PG024)の場合、目的ペプチドが発現されないため、可溶性テストを実行しない)。
実施例17.hPTH 1−84融合ポリペプチドの製造および生産
実施例17.1.hPTH 1−84融合ポリペプチド発現プラスミドの作製
hPTH 1−84融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記hPTH 1−84融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしての、PG07(配列番号9)、PG15(配列番号31)およびPG43(配列番号119)のうちのいずれか一つと、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびhPTH 1−84のアミノ酸配列(配列番号18)が含まれている。
実施例17.1.hPTH 1−84融合ポリペプチド発現プラスミドの作製
hPTH 1−84融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記hPTH 1−84融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしての、PG07(配列番号9)、PG15(配列番号31)およびPG43(配列番号119)のうちのいずれか一つと、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびhPTH 1−84のアミノ酸配列(配列番号18)が含まれている。
対照群として使用されたhPTH 1−84融合ポリペプチド(H6TEV−hPTH 1−84)には、アミノ末端融合パートナーが含まれておらず、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)およびhPTH 1−84のアミノ酸配列(配列番号628)が含まれている。各融合ポリペプチドの遺伝子は、制限酵素NdeI、NcoIおよびXhoIの認識配列と1つの終止コドンを含む。前記hPTH 1−84融合ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列は、それぞれ配列番号635〜637に対応し、対照群は、配列番号654に対応する。
下記表10に記載のhPTH 1−84融合ポリペプチド発現プラスミドpSGK543、pSGK544、pSGK545およびpSGK546を作製するために、OE−PCRにより合成されたhPTH 1−84融合ポリペプチド遺伝子断片を、NdeIおよびXhoI制限酵素を用いして切断し、T7プロモーター、lacオペレータ及びLacI遺伝子を含めてIPTGによる発現調節が可能な発現ベクターpET26bにクローニングした。
作製したhPTH 1−84融合ポリペプチド発現プラスミドは、DNA塩基配列の確認により正確なクローニングの有無が確認された。作製したhPTH 1−84融合ポリペプチド発現プラスミドを用いて、塩化カルシウムを使用した化学的方法により、大腸菌BL21(DE3)細胞を形質転換した。hPTH 1−84融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質導入された大腸菌は、カナマイシンが50μg/mlの濃度で含まれているLB固体培地においてコロニーを形成した。形質転換された大腸菌を、それぞれカナマイシンが50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地に培養した後、50%グリセロールを培養液と同じ容量で添加して細胞ストックを作成し、これを温度−80℃の冷凍庫に保管した。
実施例17.2.形質転換された細胞の培養およびhPTH 1−84の発現
−80℃で保管されたhPTH 1−84融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質転換された大腸菌の細胞ストックを室温で溶かした後、50μlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地5mlを含む試験管に添加して、37℃の振とう培養器で12時間種菌培養した。種菌培養された大腸菌2mlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地200mlを含むフラスコに添加して、37℃の振とう培養器で培養した。約3時間培養後、細胞の光学密度(OD600)が約1.0になったとき、IPTGを最終濃度0.1mMになるように添加して、hPTH 1−84融合ポリペプチドの発現を誘導した。発現誘導4時間後に光学密度を測定することで、細胞の光学密度を測定した。
−80℃で保管されたhPTH 1−84融合ポリペプチドの発現プラスミドが形質転換された大腸菌の細胞ストックを室温で溶かした後、50μlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地5mlを含む試験管に添加して、37℃の振とう培養器で12時間種菌培養した。種菌培養された大腸菌2mlを、カナマイシン50μg/mlの濃度で存在するLB液体培地200mlを含むフラスコに添加して、37℃の振とう培養器で培養した。約3時間培養後、細胞の光学密度(OD600)が約1.0になったとき、IPTGを最終濃度0.1mMになるように添加して、hPTH 1−84融合ポリペプチドの発現を誘導した。発現誘導4時間後に光学密度を測定することで、細胞の光学密度を測定した。
実施例17.3.発現レベルの比較分析のための試料の製造
発現誘導された細胞の光学密度が10.0になるように細胞を濃縮し、50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で再懸濁した後、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて細胞を破砕した。破砕された細胞は、全細胞画分として標識した。細胞破砕液は、12,000×g、4℃で15分間遠心分離した。上清液を回収し、可溶性画分として標識した。不溶性画分は、500μlの50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で超音波細胞破砕機を用いて再懸濁し、不溶性画分として標識した。
発現誘導された細胞の光学密度が10.0になるように細胞を濃縮し、50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で再懸濁した後、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて細胞を破砕した。破砕された細胞は、全細胞画分として標識した。細胞破砕液は、12,000×g、4℃で15分間遠心分離した。上清液を回収し、可溶性画分として標識した。不溶性画分は、500μlの50mMリン酸ナトリウム、pH7.2緩衝液で超音波細胞破砕機を用いて再懸濁し、不溶性画分として標識した。
実施例17.4.SDS−PAGE分析により生産されたhPTH 1−84の確認
50μlの全細胞、可溶性および不溶性画分を、それぞれ50μlの2倍濃縮されたSDS試料緩衝液(SDSサンプルバッファー 2×concentrate,Sigma)に混合した後、95℃で5分間加熱して、各試料のタンパク質を変性させた。試料中の変性タンパク質は、16%SDS−PAGEゲルおよびTANK緩衝液を用いて、分子量サイズに応じて、ゲル内で分離できるようにした。SDS−PAGE後、ゲルを、クマシーブリリアントブルーR−250を含む染色緩衝液で染色した後、脱色緩衝液で脱色することで、染色されたタンパク質のみが見えるようにした。その結果を、図42および図43に示した。
50μlの全細胞、可溶性および不溶性画分を、それぞれ50μlの2倍濃縮されたSDS試料緩衝液(SDSサンプルバッファー 2×concentrate,Sigma)に混合した後、95℃で5分間加熱して、各試料のタンパク質を変性させた。試料中の変性タンパク質は、16%SDS−PAGEゲルおよびTANK緩衝液を用いて、分子量サイズに応じて、ゲル内で分離できるようにした。SDS−PAGE後、ゲルを、クマシーブリリアントブルーR−250を含む染色緩衝液で染色した後、脱色緩衝液で脱色することで、染色されたタンパク質のみが見えるようにした。その結果を、図42および図43に示した。
図42を参照すると、対照群である配列番号1のアミノ酸配列を含む融合パートナーが含まれていないH6TEV−hPTH1−84(11.2kDaの分子量)のバンドは、他のhPTH 1−84融合ポリペプチドと比較して最も低い発現レベルを示した。
アミノ末端融合パートナーであるPG07、PG15及びPG43が融合されたhPTH 1−84融合ポリペプチドであるPG07−H6TEV−hPTH1−84(12.2kDaの分子量)、PG15−H6TEV−hPTH1−84(13.2kDaの分子量)及びPG43−H6TEV−hPTH1−84(15.9kDaの分子量)の発現レベルは、対照群(H6TEV−hPTH1−84)に比べて向上したことが確認された。濃度計(densitometer)分析により、PG07、PG15およびPG43の中でPG15の融合によるPG15−H6TEV−hPTH1−84の発現レベルは、すべてのhPTH 1−84融合ポリペプチドの中で最も高いことが確認された。
また、図43を参照すると、対照群を含むすべてのhPTH 1−84融合ポリペプチドは、可溶性画分で観察されたが、アミノ末端融合パートナーのサイズが大きくなるほどhPTH 1−84融合ポリペプチドの不溶性画分の割合が増加し、最もサイズが大きいPG43が融合されたPG43−H6TEV−hPTH1−84は、全タンパク質の約70%が不溶性画分で観察されることがわかる。
実施例18.hPTH1−84融合ポリペプチドの回収及び精製
実施例18.1.細胞破砕および可溶化
4個のhPTH 1−84融合ポリペプチドは高い可溶性発現率を有するので、全細胞画分からhPTH 1−84融合ポリペプチドを精製した。フラスコスケールで発現された細胞の冷凍細胞ペレットを、20mlの封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)を添加して解凍および再懸濁した。再懸濁された細胞は、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて破砕した。溶解された細胞は12,000rpm(12,000×g)の条件で30分間遠心分離し、上清液を除去することで、組換え融合ポリペプチドを含む不溶性封入体画分を除去し、可溶性画分である上清液を回収した。可溶性画分試料は12,000×gで30分間遠心分離し、上清液を(0.45/0.2μm)膜フィルターでろ過した。
実施例18.1.細胞破砕および可溶化
4個のhPTH 1−84融合ポリペプチドは高い可溶性発現率を有するので、全細胞画分からhPTH 1−84融合ポリペプチドを精製した。フラスコスケールで発現された細胞の冷凍細胞ペレットを、20mlの封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)を添加して解凍および再懸濁した。再懸濁された細胞は、超音波細胞破砕機(ultrasonic processor,Cole−Parmer)を用いて破砕した。溶解された細胞は12,000rpm(12,000×g)の条件で30分間遠心分離し、上清液を除去することで、組換え融合ポリペプチドを含む不溶性封入体画分を除去し、可溶性画分である上清液を回収した。可溶性画分試料は12,000×gで30分間遠心分離し、上清液を(0.45/0.2μm)膜フィルターでろ過した。
実施例18.2.hPTH1−84融合ポリペプチドの精製
4個のhPTH1−84融合ポリペプチドの中から発現レベルが最も高いPG15−h6TEV−hPTH1−84を精製した。まず、可溶性画分内のhPTH1−84融合ポリペプチドを精製するために、S9試料ポンプ(Sample pump S9)及びF9−C画分収集器(F9−Cフラクションコレクター)を備えたAKTA pure 25クロマトグラフィーシステム(GE Healthcare)を用いた。可溶化された不溶性画分試料を、封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)で予め平衡化されたHisTrap FF 1mLカラム(GE Healthcare)に注入した。
4個のhPTH1−84融合ポリペプチドの中から発現レベルが最も高いPG15−h6TEV−hPTH1−84を精製した。まず、可溶性画分内のhPTH1−84融合ポリペプチドを精製するために、S9試料ポンプ(Sample pump S9)及びF9−C画分収集器(F9−Cフラクションコレクター)を備えたAKTA pure 25クロマトグラフィーシステム(GE Healthcare)を用いた。可溶化された不溶性画分試料を、封入体可溶化緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、50mMイミダゾール、pH7.4)で予め平衡化されたHisTrap FF 1mLカラム(GE Healthcare)に注入した。
注入完了後、カラムを5倍カラム容量の平衡緩衝液で洗浄した。溶出緩衝液(8M尿素、20mMトリス、500mM塩化ナトリウム、500mMイミダゾール、pH7.4)を5倍カラム容量で使用し、その割合を段階的に100%まで徐々に増やして、カラムの樹脂に結合しているhPTH1−84融合ポリペプチドを溶出した。溶出後、得られた画分の結果をそれぞれ図44および図45に示した。カラムに注入された、可溶化された不溶性画分試料内のhPTH 1−84融合ポリペプチドは、ほとんどカラム内の樹脂に結合した後、溶出されて90%以上の純度を示した。
実施例19.プロテアーゼ処理によるリンカー配列の切断
精製した約5mlのhPTH1−84融合ポリペプチドの画分を合わせた後、140mlの希釈緩衝液(20mMトリス、pH7.4)を添加して、尿素濃度1Mに希釈した。希釈された組換え融合ポリペプチドに、TEVプロテアーゼを最終濃度500nMになるように添加し、室温で12時間切断反応を行った。
精製した約5mlのhPTH1−84融合ポリペプチドの画分を合わせた後、140mlの希釈緩衝液(20mMトリス、pH7.4)を添加して、尿素濃度1Mに希釈した。希釈された組換え融合ポリペプチドに、TEVプロテアーゼを最終濃度500nMになるように添加し、室温で12時間切断反応を行った。
TEVプロテアーゼによる切断の有無を確認するために、切断後、SDS−PAGE分析を行い、その結果を図46に示した。TEVプロテアーゼによる、hPTH 1−84融合ポリペプチド(PG15−h6TEV−hPTH1−84)の切断前後をSDS−PAGEで分析した結果、13.2kDaのhPTH1−84融合ポリペプチドは、ほぼ100%の収率で、アミノ末端融合パートナー、6ヒスチジンタグ及びTEVプロテアーゼ認識配列融合チェーンPG15−H6TEVと、目的ポリペプチドであるhPTH 1−84とに切断されていることが確認された。
実施例20.切断後のhPTH 1−84の分子量分析
完全な形態のhPTH 1−84融合ポリペプチド(PG15−H6TEV−hPTH1−84)の発現の有無、TEVプロテアーゼによる正確な切断の有無、および切断後に得られたhPTH1−84の変形の有無を確認するために、MALTI−TOF MSを用いた分子量分析を実施した。本発明により得られたhPTH1−84の分子量を測定した結果を、図47に示した。
完全な形態のhPTH 1−84融合ポリペプチド(PG15−H6TEV−hPTH1−84)の発現の有無、TEVプロテアーゼによる正確な切断の有無、および切断後に得られたhPTH1−84の変形の有無を確認するために、MALTI−TOF MSを用いた分子量分析を実施した。本発明により得られたhPTH1−84の分子量を測定した結果を、図47に示した。
図47を参照すると、PG15−H6TEV−hPTH1−84から得られたhPTH 1−84の分子量は、9425.54Daであると測定され、理論分子量9424.73Daと誤差範囲内で一致しているので、大腸菌内で蛋白質分解酵素(proteolytic enzyme)によるアミノまたはカルボキシ末端の部分切断や分解せずに完全な形態で発現されたことが確認された。
したがって、TEVプロテアーゼは、PG15−H6TEV−hPTH1−84内の認識配列であるENLFQ配列を認識し、最後のアミノ酸であるQ(グルタミン)とhPTH1−84の最初のアミノ酸であるS(セリン)との間のペプチド結合を正確に切断することで判断される。
実施例21.融合パートナーの位置によるhPTH 1−34融合ポリペプチドの発現レベルの比較
実施例21.1.hPTH 1−34融合ポリペプチド発現プラスミドの追加作製
hPTH 1−34融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記hPTH 1−34融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしてPG15(配列番号31)、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)またはhPTH 1−34のアミノ酸配列(配列番号151)が含まれている。
実施例21.1.hPTH 1−34融合ポリペプチド発現プラスミドの追加作製
hPTH 1−34融合ポリペプチドの遺伝子は、オーバーラップ伸長ポリメラーゼ連鎖反応(OE−PCR)法を用いて合成した。このとき、前記hPTH 1−34融合ポリペプチドには、アミノ末端融合パートナーとしてPG15(配列番号31)、6ヒスチジンタグ(配列番号140)、TEVプロテアーゼ認識配列(配列番号146)またはhPTH 1−34のアミノ酸配列(配列番号151)が含まれている。
各融合ポリペプチドの遺伝子は、制限酵素NdeI、NcoIおよびXhoIの認識配列と1つの終止コドンを含む。前記hPTH 1−34融合ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列は、それぞれ配列番号294および295に対応する。
下記表11に記載のhPTH 1−34融合ポリペプチド発現プラスミドpSGK554、pSGK555、pSGK556を作製するために、OE−PCRにより合成されたhPTH 1−34融合ポリペプチド遺伝子断片を、NdeIおよびXhoI制限酵素を用いて切断し、T7プロモーター、lacオペレータ及びLacI遺伝子を含めてIPTGによる発現調節が可能な発現ベクターpET26bにクローニングした。前記hPTH 1−34融合ポリペプチド発現プラスミドは、実施例1.1と同様な方法で作製し、温度−80℃の冷凍庫に保管した。
実施例21.2.形質転換された細胞の培養及びhPTH 1−34の発現
前記表2に記載の菌株PG001及びPG003、前記表12の菌株PG031、PG032及びPG033を、それぞれ200mlのLB培地を含むフラスコで培養し、IPTGを添加して、hPTH 1−34融合ポリペプチドの発現を誘導した。それぞれの融合ポリペプチドの構造を図式化して図48に示した。
前記表2に記載の菌株PG001及びPG003、前記表12の菌株PG031、PG032及びPG033を、それぞれ200mlのLB培地を含むフラスコで培養し、IPTGを添加して、hPTH 1−34融合ポリペプチドの発現を誘導した。それぞれの融合ポリペプチドの構造を図式化して図48に示した。
誘導後、各培養物試料の全細胞画分の発現レベルをSDS−PAGEにより比較分析した(図48)。アミノ融合パートナーが融合されていないH6TEV−hPTH1−34(5.9kDaの分子量)のバンドは検出されなかったが、H6TEV−hPTH1−34のアミノ末端にPG15タグが融合されたPG15−H6TEV−hPTH1−34(7.9kDaの分子量)は、高いレベルで発現されることが確認された。PG15−H6TEV−hPTH1−34内の親和性タグであるH6(6−histidine tag)が除去されたPG15−TEV−hPTH1−34(7.1kDaの分子量)は、PG15−H6TEV−hPTH1−34と類似のレベルで発現されること確認された。
一方、H6配列をアミノ末端配列に融合位置を変更させたH6PG15−TEV−hPTH1−34(7.9kDaの分子量)の発現レベルは、発現の有無のみを確認できる程度に非常に低いことがわかる。また、H6TEV−hPTH1−34のカルボキシル末端にPG15タグが融合されたH6TEV−hPTH1−34−PG15(7.9kDaの分子量)は、SDS−PAGEゲル上に当該サイズのバンドが検出されないことから、ほとんど発現していないと判断される。
結論として、本発明に係るN末端融合パートナーであるPG15は、hPTH 1−34融合ポリペプチドにおけるアミノ末端に融合されなければ、hPTH 1−34の高発現を誘導できないことがわかる。また、親和性タグは、hPTH 1−34融合ポリペプチドから除去されるか、またはN末端融合パートナーのカルボキシ末端に位置する場合、hPTH 1−34融合ポリペプチドの高発現性を維持することができる。しかしながら、発現が維持されるが、N末端融合パートナーのアミノ末端に位置する場合、hPTH 1−34融合ポリペプチドの発現レベルが顕著に低下することを確認することができる。
Claims (20)
- 下記一般式(1):
Met−Xaa1−Xaa2−Xaa3−Xaa4−Xaa5−Xaa6−(Z)n
(1)
(前記一般式(1)中、
Xaa1〜Xaa6は、互いに独立して、イソロイシン(Ile、I)、グリシン(Gly、G)、アラニン(Ala、A)、プロリン(Pro、P)、バリン(Val、V)、ロイシン(Leu、L)、メチオニン(Met、M)、フェニルアラニン(Phe、F)、チロシン(Tyr、Y)、トリプトファン(Trp、W)、アスパラギン(Asn、N)、セリン(Ser、S)、トレオニン(Thr、T)、システイン(Cys、C)、グルタミン(Gln、Q)、アルギニン(Arg、R)、リジン(Lys、K)、ヒスチジン(His、H)、アスパラギン酸(Asp、D)およびグルタミン酸(Glu、E)からなる群より選択され、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列の1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である)
で表されるアミノ酸配列からなるN末端融合パートナー、
目的ポリペプチド、および、
前記N末端融合パートナーと前記目的ポリペプチドとの間に位置するリンカー、を含む
ことを特徴とする融合ポリペプチド。 - 前記N末端融合パートナーが、下記一般式(2):
Met−Xaa1−Ile−Arg−Pro−Leu−His−(Z)n (2)
(前記一般式(2)中、
Xaa1は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である)
で表されるアミノ酸配列を含む
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 前記N末端融合パートナーが、下記一般式(3):
Met−Asn−Xaa2−Arg−Pro−Leu−His−(Z)n (3)
(前記一般式(3)中、
Xaa2は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である)
で表されるアミノ酸配列を含む
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 前記N末端融合パートナーが、下記一般式(4):
Met−Asn−Ile−Xaa3−Pro−Leu−His−(Z)n (4)
(前記一般式(4)中、
Xaa3は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である)
で表されるアミノ酸配列を含む
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 前記N末端融合パートナーが、下記一般式(5):
Met−Asn−Ile−Arg−Xaa4−Leu−His−(Z)n (5)
(前記一般式(5)中、
Xaa4は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である)
で表されるアミノ酸配列を含む
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 前記N末端融合パートナーが、下記一般式(6):
Met−Asn−Ile−Arg−Pro−Xaa5−His−(Z)n (6)
(前記一般式(6)中、
Xaa5は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である)
で表されるアミノ酸配列を含む
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 前記N末端融合パートナーが、下記一般式(7):
Met−Asn−Ile−Arg−Pro−Leu−Xaa6−(Z)n (7)
(前記一般式(7)中、
Xaa6は、イソロイシン、グリシン、アラニン、プロリン、バリン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アルギニン、リジン、ヒスチジン、アスパラギン酸またはグルタミン酸であり、
前記Zは、配列番号666で表されるアミノ酸配列における1番目のアミノ酸から始まる1〜36個のアミノ酸であり、
前記nは、0または1の整数である)
で表されるアミノ酸配列を含む
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 前記N末端融合パートナーが、配列番号8〜139のうちのいずれか一つのアミノ酸配列からなる
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 前記N末端融合パートナーが、配列番号9、31、53、75、97または119のアミノ酸配列からなる
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 前記リンカーが、親和性タグを含む
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 前記リンカーが、プロテアーゼ認識配列を含む
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 前記プロテアーゼ認識配列が、タバコエッチウイルスプロテアーゼ認識配列、エンテロキナーゼ認識配列、ユビキチンカルボキシ末端加水分解酵素認識配列、第Xa因子認識配列、プリン認識配列およびこれらの組み合わせからなる群より選択される
請求項11に記載の融合ポリペプチド。 - 前記目的ポリペプチドが、ヒト副甲状腺ホルモン1−34(hPTH 1−34)、ヒト副甲状腺ホルモン1−84(hPTH 1−34)、グルカゴン様ペプチド−1(GLP−1)、リラグルチド(liraglutide)前駆体ペプチド、エキセナチド(exenatide)、インスリン様成長因子−1(IGF−1)、グルカゴン様ペプチド−2(GLP−2)、テデュグルチド(teduglutide)、エカランチド(ecallantide)、ネシリチド(nesiritide)、インスリンおよびインスリン類似体からなる群より選択されるいずれか一つである
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 前記目的ポリペプチドが、配列番号151、340、341、484、485、628、638、642および652のアミノ酸配列のうちのいずれか一つのアミノ酸配列からなる
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 前記融合ポリペプチドが、配列番号160〜291、343〜474、487〜618、630〜632、644〜646、および654〜656のアミノ酸配列のうちのいずれか一つのアミノ酸配列からなる
請求項1に記載の融合ポリペプチド。 - 請求項1ないし15のいずれかに記載の融合ポリペプチドをコードする
ことを特徴とするヌクレオチド。 - 前記ヌクレオチドが、配列番号294、295、478〜483、621〜627、635〜637、649〜651、および659〜661の塩基配列のうちのいずれか一つの塩基配列からなる
請求項16に記載のヌクレオチド。 - 請求項16に記載のヌクレオチドを含む
ことを特徴とする発現ベクター。 - 請求項18に記載の発現ベクターを含む
ことを特徴とする宿主細胞。 - (a)請求項19に記載の宿主細胞を培養するステップ、
(b)前記宿主細胞において発現された融合ポリペプチドを精製するステップ、および、
(c)前記精製された融合ポリペプチドを切断酵素と共に培養して目的ポリペプチドを回収するステップ
を含む
ことを特徴とする目的ポリペプチドの生産方法。
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