JP2021516658A - インフルエンザに対する万能ワクチン - Google Patents

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Abstract

抗原短鎖ペプチドは、11〜15個のアミノ酸残基を含み、インフルエンザウイルスに対する抗体を誘導する能力を有する。抗原ペプチドの配列は、ヘマグルチニン(HA)から選択される。抗原ペプチドは、JJ(配列番号2)、JJ−1(配列番号3)、JJ−2(配列番号4)、JJ−3(配列番号5)またはJJ−4(配列番号6)の配列を含む。インフルエンザウイルスに対する広域スペクトル免疫を誘導するための方法は、ワクチンを対象に投与することを含み、このワクチンは、上述の抗原ペプチドのうちの1つを含む。

Description

本発明は、インフルエンザに対するワクチンに関し、特にペプチドベースの広域スペクトルワクチンに関する。
インフルエンザは、主としてワクチンの保護が不完全であり、抗ウイルス薬に対する耐性が徐々に広がっているために、ヒトの健康に脅威を与え続けている。なかでも、家畜からのインフルエンザウイルスは、このウイルスがヒトに感染する能力を獲得したとき、ヒトの死を招く恐れがある。そのような感染は、食料源に経済的損失をもたらすだけでなく、ヒトの健康も脅かす。インフルエンザウイルスの多様性のために、インフルエンザウイルスの大部分から保護することは不可能である。
インフルエンザウイルスは、ヘマグルチニン(HA)を利用して標的細胞を結合する。「ヘマグルチニン」という名称は、赤血球(red blood cell、erythrocyte)をin vitroで凝集(clump together、agglutinate)させるこのタンパク質の能力に由来する。HAは、ジスルフィド結合された2つのサブユニット、HA1(ヘッド)およびHA2(ステム)を含む。HA1「ヘッド」サブユニットは、標的細胞上のシアル酸との相互作用によりウイルスを標的細胞に結合する役目を負う。結合した後、ウイルスは、エンドサイトーシスにより細胞に取り込まれる。エンドソームの酸性環境は、HA2「ステム」サブユニットの立体構造変化の引き金となって、ウイルス膜とエンドソーム膜が融合する。その結果、ウイルスゲノムが細胞質内に放出され、感染が進行する。
ウイルスが細胞に感染するのにHAが不可欠であるため、HAは介入の標的となる。例えば、抗体を中和すると、ウイルスが細胞に結合するのを防ぎ、それによってウイルス感染を防ぐことができる。しかし、インフルエンザウイルス株の変異のために、ヘマグルチニンの多くの亜型が存在し、ワクチンは典型的には、相同なウイルス株に対してのみ有効である。インフルエンザウイルスに対する広域スペクトルワクチンの開発が非常に望ましい。
広域スペクトルワクチンを作製する努力がなされてきたが、様々なタイプのインフルエンザウイルスに対するより安全で、より有効なワクチンが依然として必要とされている。
本発明の実施形態は、インフルエンザウイルスに対する万能ワクチンに関する。本発明のワクチンは、ペプチドベースであり、幅広いインフルエンザウイルス亜型に対して有効である。
本発明の1つの態様は、抗原短鎖ペプチドに関する。本発明の1つの実施形態による抗原短鎖ペプチドは、11〜15個のアミノ酸残基を含み、インフルエンザウイルスに対する抗体を誘導する能力を有する。抗原ペプチドの配列は、ヘマグルチニン(HA)から選択される。抗原ペプチドは、JJ(配列番号2)、JJ−1(配列番号3)、JJ−2(配列番号4)、JJ−3(配列番号5)およびJJ−4(配列番号6)の配列を含む。
本発明の1つの態様は、インフルエンザウイルスに対する広域スペクトル免疫を誘導するための方法に関する。本発明の1つの実施形態による方法は、ワクチンを対象に投与することを含み、このワクチンは、上述の抗原ペプチドのうちの1つを含む。
本発明の他の態様は、以下の説明、図面、および添付の特許請求の範囲により明らかになるであろう。
抗原ペプチドの位置を示す、ヘマグルチニンの構造を示す図である。
本発明のペプチドJJによる抗体(特異的抗JJ IgG)の誘導を示す図である。 本発明のペプチドJJ−1による抗体(特異的抗JJ IgG)の誘導を示す図である。 本発明のペプチドJJ−3による抗体(特異的抗JJ3 IgG)の誘導を示す図である。
ヘマグルチニンの様々な亜型に対する抗体価を示す図である。
本発明の抗体による赤血球凝集抑制の結果を示す図である。
本発明の実施形態は、インフルエンザウイルスに対する万能ワクチンに関する。本発明の実施形態は、ウイルスヘマグルチニン(HA)に基づいて誘導されたペプチドワクチンであり、このペプチドは、このワクチンが経口ワクチンとして使用できるように、プロテアーゼ消化に耐えることができる。
本発明の実施形態によれば、ペプチド配列は、ウイルスヘマグルチニンの配列から選択される。この選択は、MHCクラスIIに結合する可能性のあるペプチド配列のコンピュータモデリングに基づく。このコンピュータモデリングでは、可能性のあるグリコシル化部位も分析する。選択されたペプチド配列は好ましくは、HA上のグリコシル化部位から離れている。
いくつかの計算手法をペプチド−MHC結合の予測に利用できる。例えば、Buus(1999)およびRobinson et al.(2003)を参照されたい。
コンピュータモデリングの後、ペプチドを合成し、MHC分子へのその結合について試験することができる。結合アッセイは、例えば、ELISAにより実施することができる。
主要組織適合遺伝子複合体クラスII(MHC−II)は、抗原提示細胞(APC)の表面にある膜貫通ヘテロ二量体タンパク質である。これは、抗原ペプチドを結合し、CD4Tリンパ球に提示することにより、外来抗原に対する免疫応答に不可欠となっている。
例えば、インフルエンザウイルスによる感染後、一部のウイルスタンパク質(例えば、ヘマグルチニン)が抗原提示細胞(APC)により処理され得る。APCによる処理後、抗原ペプチドはMHCクラスII分子を結合する。次いで、ペプチド−MHC複合体はAPCの表面に提示され、この複合体がCD4T細胞と相互作用して免疫応答の引き金となる。インフルエンザA型ウイルスからの、ヘマグルチニン(H3亜型)の残基307〜319に対応するHAの特定の断片、PKYVKQNTLKLAT(配列番号1)は、MHCクラスII分子の特定の亜型と高い親和性で結合することが示された(表1参照)。
Figure 2021516658
ペプチド複合MHCII分子の3Dシミュレーション構造は、ペプチド−MHC結合が、MHCクラスIIの溝を引くポケットとペプチドの側鎖との間の相互作用、および非多型性MHCIIの側鎖とペプチド骨格との間の一連の水素結合に依拠することを明らかにした(Nelson et al.,“Structural Principles of MHC class II Antigen Presentation,”Rev.Immunogenet.,1999,1(1):47−59)。
MHCクラスII分子へのペプチド結合をモデル化することにより、本発明者らは、同じくMHCクラスII分子を高い親和性で結合することができる、HAからの新しいペプチド配列(「ペプチドJJ」;GLFGAIAGFIE、配列番号2)を見出した。いくつかのモデリング手法が、ペプチド−MHCクラスII結合の分析に利用できる。例えば、IEDB“MHC−II Binding Predictions,”http://tools.immuneepitope.org/mhcii/を参照されたい。
図1に示す通り、このJJペプチドは、PKYVKQNTLKLAT(配列番号1)の領域と比較して、HA分子のステムポーション上の異なる領域内に位置する。さらに、このJJペプチド配列(GLFGAIAGFIE、配列番号2)は、ヘマグルチニンの様々な亜型のコンセンサス配列となる。したがって、この配列は、ヘマグルチニンの様々な亜型を結合することができる広域スペクトル抗体にとって有望なエピトープとなる。
HA上の可能性のあるグリコシル化部位は抗体結合に干渉する可能性があるため、本発明者らはそれも分析した。JJペプチドの領域には、そのようなグリコシル化干渉の可能性はないようである。したがって、このエピトープ領域に対する抗体にはこの問題はないはずである。これは、後のセクションに記載の通り、JJペプチドにより作製された抗体がヘマグルチニンの様々な亜型に結合することができるという観察により裏付けられる。
モデリングに基づいて、JJペプチドは、MHCクラスIIと強く結合すると予想される。これは、このペプチドが、動物を免疫するために使用されたとき、抗体形成を誘導することができることにより裏付けられる。
本発明の実施形態によれば、このペプチドは、インフルエンザ感染に対するワクチンとして使用することができる。ペプチドワクチンは、任意の適した経路を介して、例えば注射または経口により投与することができる。有効な経口ワクチンを作製するために、ペプチド抗原は、消化器系内の環境に耐えられるべきである。したがって、JJペプチドに基づいて、プロテアーゼ耐性ペプチドが設計される。プロテアーゼ耐性は、当技術分野において既知の任意の方法により、例えばプロテアーゼ切断コンセンサス配列/認識配列を除去することにより、または天然アミノ酸残基を非天然アミノ酸残基(例えば、化学修飾アミノ酸またはD−アミノ酸)で置き換えることにより実現されてもよい。
一例として、JJペプチド内のアミノ酸残基を置換して、プロテアーゼ切断認識配列を除去することができるであろう。ペプチド−MHC−II複合体の構造解析に基づいて、ペプチドとMHCクラスIIの溝との間の主要な結合相互作用にはP1、P4、P6およびP9部位が必要であり、ここで、P1部位はN末端側に位置している。P2、P3、P5、P7およびP8部位はMHCクラスII結合にはあまり重要ではないため、これらの部位に対応するJJペプチドのアミノ酸残基は、MHCクラスIIとの結合相互作用を著しく損なうことなく修飾することができる。したがって、これらの部位にある残基を置換して、既知のプロテアーゼ切断コンセンサス/認識配列を除去することができるであろう。
本発明の実施形態によれば、プロテアーゼ耐性ペプチドはJJペプチド(GLFGAIAGFIE)(配列番号2)に基づいて設計することができる。本発明の発明者らは、JJペプチド内のフェニルアラニン(F)残基を置換すると、そのプロテアーゼ感受性を実質的に除去することができることを見出した。3種のプロテアーゼ耐性JJペプチドアナログがこうして得られた:JJ−1(GLLGAIAGPIEF)(配列番号3)、JJ−2(GLMGAIAGPIEF)(配列番号4)]、JJ−3(GLLGAIAGPIEGGW)(配列番号5)およびJJ−4(GLHGAIAGLIENGW)(配列番号6)。これらのペプチドは、抗体を誘導する(すなわち、ワクチンとして機能する)それらの能力について調査される。実際、これらのペプチドは、MHCクラスII分子を高い親和性で結合することが分かる。(表1参照)。
加えて、これらのペプチドがマウスを免疫するために使用されるとき、これらのペプチドは、HAに対する抗体を高い効率で誘導することが分かった。図2Aに示す通り、ペプチドJJは、抗体(IgG)産生を3つの異なる用量条件(各群につき用量5μg、15μgまたは45μg)で誘導した。同様に、図2Bは、ペプチドJJ−1がIgG産生を3つの異なる用量条件(各群につき用量5μg、15μgまたは45μg)で効率的に誘導することを示す。これらの結果は、本発明のペプチドワクチンが実際に抗体の産生を誘導することができることを示す。図2Cは、3つの異なる用量(5μg、15μgまたは45μg)でのペプチドJJ−3による抗体産生の誘導を示す。プレート上にコートされたペプチドJJ−3を使用したELISAは明らかに、より高い用量(15μgおよび45μg)でペプチドJJ−3が特異的抗JJ3抗体の産生を誘導したことを示した。
抗体が交差反応し得るか試験するため、ペプチドJJおよびペプチドJJ−1によって誘導されたIgGを、ELISAプレート上にコートされたJJペプチドを使用したELISAによりアッセイした。図2Aおよび図2Bに示す通り、JJペプチド(図2A)またはJJ−1ペプチド(図2B)によって誘導されたIgGは、ELISAプレート上にコートされたJJペプチドを結合することが分かった。これらの結果は、JJ−1ペプチドにより産生された抗体がJJペプチドと交差反応し得ることを示し、これは、本発明のペプチドによって誘導された抗体がヘマグルチニンの様々な亜型を認識することができるであろうことを示唆する。
実際、本発明のペプチドワクチンにより作製された抗体は、ヘマグルチニンの様々な亜型を結合することができる。図3に示す通り、JJペプチドまたはJJ−1ペプチドにより作製された抗体は、ヘマグルチニンのH1、H3、H5およびH7亜型と反応した。これらの結果は、本発明のペプチドワクチンにより作製された抗体がヘマグルチニンの様々な亜型に対して広域スペクトルを有するであろうという考えを支持する。したがって、本発明のペプチドワクチンは、様々なインフルエンザウイルスに対する万能ワクチンである。
広域スペクトルのヘマグルチニン亜型に結合することに加えて、これらの抗体は、インフルエンザウイルスによって誘導される赤血球凝集を抑制することができることも分かった。図4に示す通り、これらの抗体は、H1、H3およびH5亜型のインフルエンザウイルスによって誘導される赤血球凝集を抑制することができた。加えて、これらの結果は、JJおよびJJ−1によって誘導された抗体が、赤血球凝集の抑制において予備免疫のバックグラウンドよりも少なくとも4倍有効であることを示す。これらの結果は、本発明の手法を検証するものであり、本発明のペプチドを使用して、インフルエンザウイルス感染を防ぐことができる抗体を誘導することができることを証明するものである。本発明のペプチドによって誘導された抗体は、様々なヘマグルチニンに対して広域スペクトルを有する。したがって、本発明のペプチドワクチンは、広域スペクトル抗体を誘導することができる。
JJペプチドの様々な変異体がすべて、広域スペクトルのHA亜型と反応することができる抗体を誘導することができることは、特定のアミノ酸残基(例えば、JJ内のF−3およびF−9)がMHCクラスII結合に関与しないことを示している。これらの残基(例えば、JJ内のF−3およびF−9)は、これらの残基において置換しても抗体を誘導するそれらの能力は損なわれなかったため、TCRとMHCクラスII−ペプチド複合体との相互作用にも関与しない。表IIは、これらのペプチドのアラインメントを示す:
Figure 2021516658
配列アラインメント(表2)に基づいて、コンセンサス配列(GLXGAIAGXIE、配列番号8、配列中、Xは任意のアミノ酸残基を表す)に達することができ、これは、広域スペクトルのHA亜型に対する抗体を誘導するのに十分であろう。すなわち、このコンセンサス配列を有するペプチドは、広域スペクトルのHA亜型に対する抗体を誘導するための良好なペプチドワクチンとなるであろう。コンセンサス配列はおそらく最小配列となるが、この最小配列を含むより長鎖のペプチドも使用されてもよいことを当業者なら理解するであろう。例えば、追加のアミノ酸残基がこれらのペプチドのN末端および/またはC末端に加えられてもよい。同様に、これらのペプチドは、融合タンパク質の一部であってもよい。
本発明のペプチドはワクチンとして使用されてもよく、このワクチンは、経口的に、または他の経路(例えば、注射)により投与されてもよいことを当業者なら理解するであろう。加えて、これらのペプチドは、ワクチンとして機能するために、他の成分(例えば、アジュバントまたは他の処方剤)と一緒に使用されてもよい。
様々な手順のための方法が当技術分野において既知である。以下の具体例は例示的な実施形態を示す。しかし、これらの具体例は例示のためだけであること、および本発明の範囲から逸脱することなく修正または変形が可能であることを当業者なら理解するであろう。
HAエピトープのIn Silico解析
いくつかのモデリング手法が、ペプチド−MHCクラスII結合の分析に利用できる。例えば、ヘマグルチニンの様々な亜型からの可能性のあるエピトープと、異なる対立遺伝子からのMHCクラスII分子との結合をモデル化するために、IEDB“MHC−II Binding Predictions,”http://tools.immuneepitope.org/mhcii/で利用できるツールを使用することができる。
ペプチド(抗原)産生
本発明の抗原ペプチドは短鎖ペプチドであり、これは、11〜15残基を有するエピトープを含む。ワクチンとして使用するための実際のペプチドは11〜15残基長になることもあり、またはN末端および/もしくはC末端に追加の残基を有することもある。加えて、これらのペプチドは、バイオアベイラビリティおよび/または免疫原性を向上させる他の部分に結合されていてもよい。これらのペプチドは、化学的に容易に合成することができる。加えて、これらのペプチドは、宿主細胞からの発現により産生されてもよい。そのような産生のための手順は、当技術分野において日常的に利用できる。
抗体作製
この例では、本発明の実施形態によるペプチド抗原を使用して、マウスにおいて抗体形成を誘導した。BALB/cマウスおよびC57BL/6マウス(6〜8週齢)をBioLASCO Taiwan(台北、台湾)またはNational Laboratory Animal Center(台北、台湾)から入手した。マウスを次の6群(各群にマウス3匹)にランダムに分けた:陰性対照群EXP0(LLVEAAPLDDTT;配列番号8)、Exp1(JJ−1)、Exp2(JJ−2)、Exp3(JJ−3)、Exp4(JJ−4)およびExp5(JJ)。
45ug/100ulの用量の各ペプチド(Exp0〜Exp5)をフロイント完全アジュバントと混合(体積比1:1)して、6種の異なる抗原溶液を得た。各群のマウスに異なるペプチド(Exp0〜Exp5)溶液を抗原として注射した。第1の免疫化については、100μL(それぞれ45μgのペプチドを含む)の上述の調製抗原溶液を各マウスに皮下注射した。
第2の注射を第1の注射の10〜14日後に行った。各ペプチドをフロイント不完全アジュバント中で混合(6種の異なるペプチド、Exp0〜Exp5、それぞれ1:1混合)することにより、第2の注射用溶液を調製した。血清中で抗体を検出できるまで、以後の免疫化のために前の注射から10〜14日毎に注射を繰り返し、これには3〜6回の注射を要した。
マウス血清を以下の時点で採取した:予備免疫および隣接する2回の注射間の中間時点。抗体が血清中で検出できるようになったら、抗体がもはや検出されなくなるまで、血清採取を2週毎に実施し、これには典型的に約半年を要した。血清採取はマウスの頬から実施した。毎回、100uL以下の血液を採取し、採取頻度はおよそ2週毎に1回であった。実験の最後に、マウスを二酸化炭素で安楽死させた。
免疫Ab滴定
ELISAを使用して抗体価を決定した。まず、捕捉抗体(例えば、JJペプチドまたはヘマグルチニンの様々な亜型もしくはそれらの断片)を96ウェルマイクロプレート上にコートした(100μL/ウェルの希釈捕捉抗体)。このプレートをシールし、4℃で一晩インキュベートした。次に、100μLのサンプル(例えば、抗血清)またはサンプル希釈緩衝液中の標準をウェル毎に加えた。このプレートをシールし、室温で1時間インキュベートした。
インキュベーション後、抗体希釈緩衝液中に希釈した100μLの検出抗体(例えば、西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)結合抗体)を各ウェルに加えた。このプレートをシールし、室温で1時間インキュベートした。次いで、200μLの基質溶液(3,3’,5,5’−テトラメチルベンジジン(TMB))を各ウェルに加えた。このプレートを直接光に曝さずに、反応混合物を室温で20分間インキュベートした。
反応後、50μLの停止溶液(酸溶液)を各ウェルに加えた。次いで、450nmに設定されたマイクロプレートリーダーを使用して、各ウェルの光学密度を直ちに測定した。
HIアッセイ
赤血球凝集抑制(HI)アッセイは、赤血球(RBC)を凝集させ、それによって赤血球の沈降を妨げる(インフルエンザウイルスの表面にある)HA抗原の能力に基づいている。(例えば、ヘマグルチニンのシアル酸結合領域またはステム領域で)HAを特異的に結合する抗体は凝集を防ぐことができ、それによって沈降を可能にする。このアッセイは、動物から新たに調製したRBC(例えば、モルモットRBC)を含む96ウェル丸底プレート内で実施することができる。
例えば、モルモットからの血液は、PBSで洗浄され、800rpmで5分間の遠心分離により回収される。この洗浄はさらに2回繰り返される。次いで、洗浄された血液は、アッセイ用のPBS中の0.5〜0.75% RBCの最終作業溶液を調製するために、PBSで希釈される。
HA抗原をPBSで希釈して段階希釈を行うことにより、HA抗原(例えば、H3ウイルス抗原)溶液を調製した。丸底96ウェルマイクロプレート内でHA抗原溶液をRBC溶液と穏やかに混合することにより、赤血球凝集アッセイを実施した。反応混合物を室温で30〜60分間インキュベートした。次いで、HA価を測定した。結果は観察によってスコア化される:凝集するとウェルが濁り(すなわち、RBC沈降なし)、一方、凝集が抑制されるとRBCを凝固および沈降させ、ウェルの底に赤血球の「ボタン」が生じる。
血清サンプルの抗HA価を分析するため、丸底96ウェルマイクロプレート内で4〜8HA単位の上述のHA抗原溶液をPBSで希釈した。ウェルに2倍〜128倍希釈の範囲の段階希釈した抗血清を加えた。反応混合物を室温で10〜15分間インキュベートした。次いで、モルモットからの0.5〜0.75% RBC溶液を加え、混合物を30〜60分間培養した。抗血清HI価を測定した。血清サンプルのHI価は、凝集を防ぐ(すなわち、ボタンRBC沈降物が生成する)最終希釈度の逆数である。例えば、64倍希釈でRBC沈降物のボタンが生成されるが、128倍希釈で生成されない場合は、HI価は64である。
本発明の実施形態は、以下の利点のうちの1つまたは複数を有する。本発明の実施形態は、インフルエンザウイルスに対する抗体を誘導することができる短鎖ペプチドを使用する。このペプチドはプロテアーゼ耐性に作製することができ、それによって、これらのペプチドワクチンに経口投与経路を使用することが可能になる。本発明のワクチンは短鎖ペプチドを使用するが、これらの短鎖ペプチドは驚くべき抗原であり、抗ウイルス抗体を誘導することができる。
限られた数の例と共に本発明の実施形態を例示してきたが、これらの例は例示のためだけであること、および本発明の範囲から逸脱することなく他の修正または変形が可能であることを当業者なら理解するであろう。したがって、保護の範囲は、添付の特許請求の範囲によって限定されるべきである。

Claims (9)

  1. GLXGAIAGXIE(配列番号7)の配列(配列中、Xは、独立して任意のアミノ酸残基である)を含み、インフルエンザウイルスに対する抗体を誘導する能力を有する
    抗原ペプチドまたはタンパク質。
  2. 前記インフルエンザウイルスは、H1、H3、H5およびH7亜型を含む
    請求項1に記載の抗原ペプチドまたはタンパク質。
  3. JJ(配列番号2)、JJ−1(配列番号3)、JJ−2(配列番号4)、JJ−3(配列番号5)またはJJ−4(配列番号6)の配列を含む
    請求項1に記載の抗原ペプチドまたはタンパク質。
  4. JJ−1(配列番号3)、JJ−2(配列番号4)、JJ−3(配列番号5)またはJJ−4(配列番号6)の前記配列を含む
    請求項1に記載の抗原ペプチドまたはタンパク質。
  5. 前記抗原ペプチドまたはタンパク質は、経口ワクチンまたは注射ワクチンとして製剤化されている
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の抗原ペプチド。
  6. ワクチンをそれを必要とする対象に投与することを含む、インフルエンザウイルスに対する免疫を誘導するための方法であって、
    前記ワクチンは、請求項1〜4のいずれか一項に記載の抗原ペプチドまたはタンパク質を含む
    方法。
  7. 前記インフルエンザウイルスは、H1、H3、H5およびH7亜型を含む
    請求項6に記載の方法。
  8. 前記投与は経口投与による
    請求項6に記載の方法。
  9. 前記投与は注射による
    請求項6に記載の方法。

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