JP2021523349A - タンパク質の粘度を定量化および改変するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】なし
Description
モノクローナル抗体は、急速に成長している生物学的治療のクラスである。モノクローナル抗体は、炎症性疾患、癌、感染症を含む幅広い範囲の適応症を有している。市販されているモノクローナル抗体の数は急速に増加しており、2020年までに約70のモノクローナル抗体産物が市販されると予測されている(Ecker,D.M,et al.,mAbs,7:9−14(2015)(非特許文献1))。
本明細書に別段の指示がない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、本願請求項の発明(特に請求項の文脈において)を説明する文脈における用語「1つの(a)」、「1つの(an)」、「前記(the)」、および同様の指示対象の使用は、単数形および複数形の両方をカバーするものと解釈される。
タンパク質の製剤の粘度に寄与する当該タンパク質の領域を決定するためのシステムおよび方法が本明細書に開示されている。濃縮タンパク質製剤の粘度を改変する方法も提供する。高度に濃縮された治療用モノクローナル抗体の開発は、モノクローナル抗体治療薬の皮下送達にとって、最も重要である。しかしながら、濃縮モノクローナル抗体治療薬の製造においては、高粘度が懸念材料である。開発プロセスの早期に候補治療薬の濃度依存性粘度挙動を迅速かつ効率的に決定するために、計算および実験ツールを開発する必要性がある。
開発過程において、治療用モノクローナル抗体は、他の類似モノクローナル抗体と比較して、例えば100mg/mLを超える濃度で、異常に高い粘度を示すことがある。これは、高濃度でのモノクローナル抗体の特徴的な近距離の静電気的および/または疎水性タンパク質‐タンパク質相互作用に起因する可能性がある。水素/重水素交換質量分析(HDX‐MS)は、タンパク質立体配座、動力学、および相互作用を調べるための有益なツールである。しかしながら、従来の希釈標識のHDX−MS分析は、高タンパク質濃度でのみ起こる異常な挙動の分析に限界がある。
水素/重水素交換は、重水素イオンを含む周囲溶媒中の水素原子により、タンパク質中の不安定な位置の水素原子が自然に置換される現象である(Houde,D.and Engel,J.R.,Methods Mol Biol,988:269−289(2013))。HDXは、タンパク質の3種類の水素である、炭素−水素結合の水素;側鎖基の水素;およびアミド官能基の水素(バックボーン水素とも呼ばれる)を利用する。炭素−水素結合中の水素の交換速度は観察するには遅すぎる。側鎖水素(OH、COOHなど)の交換速度は非常に速く、H2Oベースの溶液で反応を停止すると、迅速に逆交換され、交換したことが記録されない。交換速度が測定可能であり、水素結合と溶媒露出度を反映しているため、バックボーン水素だけが、タンパク質の構造と動力学を報告するのに有用である。アミド水素は二次および三次構造要素の形成に重要な役割を果たしている。それらの交換速度の測定は、個々の高次構造要素の立体配座動力学ならびに全体的なタンパク質動力学および安定性の観点から解釈できる。
希釈によるクラシカルな連続HDX標識は、高度に濃縮されたタンパク質溶液の分析には適用できない。本明細書の1つの実施形態は、高度に濃縮されたタンパク質溶液での使用のためのHDX標識の代替方法を提供する。微小透析プレートでのHDX標識により、高濃度のタンパク質溶液の分析が容易になる。さらに、微小透析プレートの使用は、従来の透析装置と比較して、試料およびD2Oの使用を減少させる(Houde,D.,et al,J Am Soc Mass Spectrom,27(4):669−76(2016))。微小透析プレートは、市販の微小透析プレート、例えば、Pierce(商標)96ウェル微小透析プレートすることができる。
透析された試料が微小透析カートリッジから取り出されると、試料を反応停止することによってHDX反応を終了させることができる。一実施形態では、反応停止は、反応停止緩衝液を試料に加えることによって達成される。反応停止緩衝液は、H2O中、6M GlnHClおよび0.6M TCEP、pH2.5を含むことができる。一実施形態では、反応停止緩衝液は、H2O中、8M 尿素、0.6M TCEP、pH2.5を含む。別の実施形態では、最終的な反応停止された溶液のpHは2.5である。
一実施形態では、重水素による水素の交換によって誘起される質量シフトを時間の経過とともに(またはその逆)測定するために、質量分析が使用される。水素の質量は1.008Daで、重水素の質量は2.014Daであるので、水素交換後、質量分析器でタンパク質の質量を測定することができる。重水素を取り込んだタンパク質または抗体は、D2O中でインキュベートされていない天然のタンパク質または抗体と比較して質量が増大する。一般に、交換された水素の量は、柔軟性、溶媒露出度、およびタンパク質構造中の水素結合相互作用を反映している。
一実施形態は、開示された方法に従って、タンパク質薬物の粘度に寄与する当該タンパク質薬物の領域を同定し、タンパク質薬物の粘度に寄与すると同定されたタンパク質薬物の領域を改変して、タンパク質薬物の粘度を改変することによって、タンパク質薬物の粘度を改変する方法を提供する。薬物の粘度に寄与すると同定された領域は、必要に応じて粘度を減少または増加させるために、少なくとも1つの領域内の1つまたは複数のアミノ酸を置換することによって改変することができる。
材料および方法
mAb1とmAb2を10mMヒスチジン(pH6.0)で希釈し、高濃度試料(120mg/mL)と低濃度試料(15mg/mL)を作った。160μlの各試料を微小透析カートリッジにロードした。カートリッジを、D2O緩衝液を含むディープウェルプレートに挿入し、4℃で4時間または24時間インキュベートした。インキュベーション後、5μlの各透析試料を、表1に従って、反応停止緩衝液を試料に添加することにより反応停止した。反応停止緩衝液は、100%D2O中に6M GlnHCl/0.6M TCEPを含有する。反応停止反応は0℃で3分間行った。10μlの各反応停止試料を、表1に従って、D2O中の0.1%FAで希釈した。70μlの各試料をHDXシステムにロードした。
モノクローナル抗体1(mAb1)は、開発段階での他のモノクローナル抗体と比較して、100mg/mLを超える濃度で異常に高い粘度を示した(図1A〜1B)。高タンパク質濃度でmAb1の高粘性を支配するタンパク質‐タンパク質相互作用を探索するために、D2O緩衝液希釈なしでHDX標識を達成するための、受動的微小透析に基づくHDX‐MS方法を開発し、これは、異なるタンパク質濃度での分子相互作用のプロファイリングを可能にする(図2A〜2F)。
Claims (15)
- タンパク質の粘度に寄与する当該タンパク質中の領域を同定するための方法であって、
少なくとも2つの異なる期間にわたって、重水素を含む緩衝液に対して微小透析カートリッジ中のタンパク質の試料を微小透析する工程と、
その後、前記微小透析の試料を反応停止する工程と、
前記タンパク質の他の領域に比べて重水素のレベルが減少した、試料中の前記タンパク質の領域を決定するために、水素/重水素交換質量分析システムで前記反応停止された試料を分析する工程であって、重水素のレベルが減少した前記タンパク質の領域が、前記タンパク質の粘度に寄与する、工程と
を含む、方法。 - タンパク質の試料が、10mg/mL〜200mg/mLのタンパク質を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記微小透析する工程におけるタンパク質の試料が、5.0〜7.5のpHを有する緩衝液中にある、請求項1または2のいずれか一項に記載の方法。
- 前記微小透析する工程における前記タンパク質の試料が、pH6.0の10mMヒスチジン中にある、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 重水素を含む前記緩衝液が、pH6.0の10mMヒスチジンを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記微小透析が2〜6℃で行われる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つの試料を4時間微量透析し、少なくとももう1つの試料を24時間微量透析する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記反応停止する工程が、−2〜2℃で1〜5分間行われる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 質量分析の前に、前記タンパク質をペプチドに消化する工程をさらに含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- タンパク質薬物の粘度を改変する方法であって、
請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法によって、前記タンパク質薬物の前記粘度に寄与する当該タンパク質薬物の領域を同定する工程と、
前記タンパク質薬物の粘度を改変するために、前記タンパク質薬物の前記粘度に寄与すると同定された1つまたは複数の前記領域を改変する工程と、
を含む、方法。 - 前記薬物の前記粘度に寄与すると同定された前記領域のうちの少なくとも1つが、前記少なくとも1つの領域中の1つまたは複数のアミノ酸を置換することによって改変される、請求項10に記載の方法。
- 前記タンパク質薬物の前記粘度に寄与すると同定された前記1つまたは複数の領域が、前記タンパク質薬物の前記粘度を低下させるように改変される、請求項10または11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記タンパク質が、抗体、融合タンパク質、組換えタンパク質、またはそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記タンパク質薬物が濃縮モノクローナル抗体である、請求項10〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項10〜14のいずれか一項に記載の方法によって製造される、タンパク質薬物。
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