JP2023093637A - 新たな結合特異性を抗体に付与する超汎用法 - Google Patents
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Abstract
Description
MsAbは、一つの抗体が二つ以上の標的分子に同時に結合するので、がん細胞とリンパ球のような異種細胞同士を架橋して抗がん作用を発揮する医薬として利用できる。また、抗体固有の第一の結合特異性を有する抗体に、第二の結合特異性を付与することで、MsAbを望みの組織や細胞に集積させることも可能である。
加えて、例えば、免疫チェックポイント阻害抗体とアポトーシス誘導抗体と、本来なら二つの抗体を併用しなければならないような場合にも、MsAbを用いることで、二つの抗体の投与を一つの抗体の投与で代替することが可能であり、コストを低減する効果も期待できる。
このように、MsAbは、抗体医薬の開発において極めて重要視されている。
Fcabにおいて、二つのFab領域は元の抗体のままであるため、抗体が本来有する第一の結合特異性に関しては、野生型IgG抗体と同様に二価の結合が保証される。
Fcabにおいて、第二の結合特異性は、Fc領域の特定のループ構造をランダム化し、その中から標的分子への親和性を獲得したものを選択するという方法で得られている。この場合、元のIgG抗体に比較してFc領域内の複数の領域で合計30残基以下程度のアミノ酸変異を持つことになるが、第二の結合特異性はFab領域とは独立なFc領域に付与されるため、いったん結合特異性をもつFc配列が入手できれば、それを複数の抗体(のFab)と組み合わせることで多様なBsAbを創成することができる可能性がある。
しかしながら、ランダム化ループライブラリーからの特異的なバインダーの選択は一般に成功確率が極めて低く、膨大な試行錯誤を必要とし、しかも多くの場合、弱いバインダー配列をもとに人工分子進化等により段階を経て実用レベルに耐える親和性のバインダーを探索するという工程が必要とされる。さらに、このようにしてIgG抗体に付与できる新たな結合特異性は一般に一つである。よって、第三、第四の結合特異性付与を実現した例はない。
例えば、標的タンパク質に対して特異的な結合ペプチドを安定化する方法として、特許文献1には、該ペプチドが天然アミノ酸のみで構成されている場合には、Fc領域の末端に付加する形で融合物として遺伝子組み換えにより、発現生産することが開示されている。しかしながら、当該方法では、Fc領域の末端に付加するため、標的に対する高い結合親和性と特異性を担保するためのペプチド固有の三次元構造を制御することは一般に不可能である。
そこで、本発明は、上記従来技術が有する問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ペプチド配列を抗体に挿入することにより、抗体に別の結合活性を付与するための、効率的かつ汎用的な方法を提供することにある。また、本発明は、当該方法により得られる改変型抗体を提供することをも目的とする。
(1)
抗体のFc領域に、当該抗体の認識する第一の標的分子とは異なる第二の標的分子に対する結合能を有する環状ペプチドの内部ペプチド配列を挿入することにより、抗体に第二の標的分子に対する結合能を付与する方法。
(2)
抗体のFc領域が、ヒト、マウス、ラット、ウサギ、ウマ又はイヌ由来である、(1)に記載の方法。
(3)
内部ペプチド配列を挿入する部位が、Fc領域における分子表面に露出しているループ部分である、(1)又は(2)に記載の方法。
(4)
環状ペプチドが、ディスプレイ型探索システムにより得られる環状ペプチドである、(1)~(3)のいずれかに記載の方法。
(5)
抗体のFc領域に、該抗体の認識する第一の標的分子とは異なる第二の標的分子に対する結合能を有する環状ペプチドの内部ペプチド配列が挿入された、第一及び第二の標的分子に対する結合能を有する改変型抗体。
(6)
第一及び第二の標的分子に対して同時に結合する、(5)に記載の改変型抗体。
(7)
第一及び第二の標的分子が、それぞれ異なる細胞表面分子であり、2つの異なる細胞表面分子との結合を介して異種細胞同士の接着を誘導する、(5)又は(6)に記載の改変型抗体。
本発明の方法によれば、特定の標的分子を認識する任意の抗体に対して新たな結合特異性を付与することが可能であり、得られる改変型抗体は、元の抗体の第一の標的分子に対しての結合能だけでなく、新たに付与した環状ペプチドの第二の標的分子に対する結合能も有することとなる。
すなわち、本発明の方法においては、環状ペプチドの内部配列を、抗体に挿入するペプチド配列として用いて、抗体に挿入することにより、抗体に別の結合活性を自在に付与することができる。また、本発明の方法においては、標的分子に対して結合能を有することが知られた環状ペプチドを自在に選択することができる。
ここで、天然型の環状ペプチドとしては、天然に存在する環状ペプチドや、天然アミノ酸により構成される環状ペプチド等が挙げられ、非天然型の環状ペプチドとしては、非天然アミノ酸を用いて、人工的に合成した環状ペプチド等が挙げられる。
天然型の環状ペプチドをタンパク質上に提示する場合には、アミノ酸残基同士を結合するいずれの結合も、分子内環状構造を形成するための化学架橋構造といえるため、いずれの結合も挿入するペプチド配列とするために分子内環状構造(閉環構造)を切断する結合として採用することもできるが、天然型環状ペプチドにおける活性部位と考えられる領域を保存する形態で、抗体に環状ぺプチドは挿入される。
本発明においては、抗体の標的分子を、第一の標的分子といい、環状ペプチドの標的分子を、第二の標的分子という。第一の標的分子と、第二の標的分子は、異なる。
なお、2つ以上の同種の環状ペプチドを用いることもできるが、2つ以上の異なる環状ペプチドが用いられる場合、第二の標的分子に対する結合能を有する環状ペプチド以外の環状ペプチドの標的分子として、第三の標的分子、第四の標的分子、あるいは第三及び第四の標的分子以外の標的分子等が挙げられる。異なる環状ペプチドにおいては、それらの環状ペプチドが結合能を有する標的分子は、同じであってもよいが、異なることが好ましい。
2つのアミノ酸残基が2アミノ酸以上離れていることは、2つのアミノ酸残基の間に少なくとも2つのアミノ酸残基が存在していることと同義であり、2つのアミノ酸残基は、その間に2つ以上のアミノ酸を介して結合することとなる。
2つのアミノ酸間の共有結合としては、例えば、ジスルフィド結合、ペプチド結合、アルキル結合、アルケニル結合、エステル結合、チオエステル結合、エーテル結合、チオエーテル結合、ホスホネートエーテル結合、アゾ結合、C-S-C結合、C-N-C結合、C=N-C結合、アミド結合、ラクタム架橋、カルバモイル結合、尿素結合、チオ尿素結合、アミン結合、及びチオアミド結合等が挙げられる。
2つのアミノ酸がアミノ酸の主鎖において結合すると、ペプチド結合により閉環構造が形成されるが、2つのアミノ酸の側鎖同士、側鎖と主鎖の結合等により、2つのアミノ酸間の共有結合は形成されてもよい。
タンパク質性アミノ酸(proteinogenic amino acids)は、当業界に周知の3文字表記により表すと、Arg、His、Lys、Asp、Glu、Ser、Thr、Asn、Gln、Cys、Gly、Pro、Ala、Ile、Leu、Met、Phe、Trp、Tyr、及びValである。
非タンパク質性アミノ酸(non-proteinogenic amino acids)としては、タンパク質性アミノ酸以外の天然又は非天然のアミノ酸を意味する。
非天然アミノ酸としては、例えば、主鎖の構造が天然型と異なる、α,α-二置換アミノ酸(α-メチルアラニンなど)、N-アルキル-α-アミノ酸、D-アミノ酸、β-アミノ酸、α-ヒドロキシ酸や、側鎖の構造が天然型と異なるアミノ酸(ノルロイシン、ホモヒスチジンなど)、側鎖に余分のメチレンを有するアミノ酸(「ホモ」アミノ酸、ホモフェニルアラニン、ホモヒスチジンなど)、及び側鎖中のカルボン酸官能基がスルホン酸基で置換されるアミノ酸(システイン酸など)等が挙げられる。非天然アミノ酸の具体例としては、国際公開第2015/030014号に記載のアミノ酸が挙げられる。
環状構造を形成するアミノ酸の数としては、4以上30以下であることが好ましく、4以上30以下の範囲内で、環状構造を形成するアミノ酸の数を5以上、8以上、10以上としてもよく、25以下、20以下、15以下としてもよい。
環状構造を形成するアミノ酸の数は、8以上20以下としてもよく、10以上20以下としてもよく、10以上15以下としてもよい。
環状ペプチドの製造方法としては、例えば、液相法、固相法、液相法と固相法を組み合わせたハイブリッド法等の化学合成法、遺伝子組み換え法、無細胞翻訳系による翻訳合成法等が挙げられる。
環状ペプチドは、分子内環状構造を形成するための化学架橋構造として、例えば、チオエーテル結合又はジスルフィド結合を含む。
通常、RaPID法やTRAP法のようなmRNAディスプレイ法やファージディスプレイ法により選択される環状ペプチドは、チオエーテル結合又はジスルフィド結合といった分子内環状構造を形成するための化学架橋構造以外の構造が、生理活性を有する活性点であることが多い。
そうすると、環状ペプチドのチオエーテル結合又はジスルフィド結合を、ループ構造を有するタンパク質との結合に置き換えることにより、通常、RaPID法やTRAP法のようなmRNAディスプレイ法やファ-ジディスプレイ法により得られる環状ペプチドの高い特異性と親和性を、所望のタンパク質の所望のループ構造内に付与することができる。また。特に限定されるものではないが、チオエーテル結合又はジスルフィド結合を分子内環状構造として有する環状ペプチドを融合することにより、環状ペプチドを汎用性をもって融合させることができる。
官能基1と2はどちらがN末端側にきてもよく、N末端とC末端に配置してもよいし、一方を末端アミノ酸、他方を非末端アミノ酸としてもよいし、両方を非末端アミノ酸としてもよい。
(A-1)の官能基を有するアミノ酸としては、N-chloroacetyl-L-tryptophan及びN-chloroacetyl-L-tyrosineが好適に用いられ、D体であることがより好適である。
なお、本明細書において、L体であることを明示して記載する場合があるが、L体であってもよく、D体であってもよいことを意味し、また、L体とD体の任意の割合での混合物であってもよい。L体及びD体であることを明示して記載していない場合についても、L体であってもよく、D体であってもよいことを意味し、また、L体とD体の任意の割合での混合物であってもよい。
(A-2)の官能基を有するアミノ酸としては、cysteineが好適に用いられる。
4-pentynoyl化や5-hexynoyl化したアミノ酸を用いてもよい。
4-pentynoyl化アミノ酸としては、例えば、N-(4-pentenoyl)-L-alanine、N-(4-pentenoyl)-L-phenylalanine、N-(4-pentenoyl)-L-tyrosine、N-(4-pentenoyl)-L-tryptophan、N-3-(4-pentynoylamido)benzoyl-L-phenylalanine、N-3-(4-pentynoylamido)benzoyl-L-tyrosine、N-3-(4-pentynoylamido)benzoyl-L-tryptophan、β-N-(4-pentenoyl)-L-diaminopropanoic acid、γ-N-(4-pentenoyl)-L-diaminobutyric acid、σ-N-(4-pentenoyl)-L-ornithine、ε-N-(4-pentenoyl)-L-lysine、及びこれらに対応するD-アミノ酸誘導体等が挙げられる。
5-hexynoyl化アミノ酸としては、4-pentynoyl化アミノ酸として例示した化合物において、4-pentynoyl基が、5-hexynoyl基に置換されたアミノ酸が挙げられる。
azidoacetyl化や3-azidopentanoyl化したアミノ酸を用いることもできる。
azidoacetyl化アミノ酸としては、例えば、N-azidoacetyl-L-alanine、N-azidoacetyl-L-phenylalanine、N-azidoacetyl-L-tyrosine、N-azidoacetyl-L-tryptophan、N-3-(4-pentynoylamido)benzoyl-L-phenylalanine、N-3-(4-pentynoylamido)benzoyl-L-tyrosine、N-3-(4-pentynoylamido)benzoyl-L-tryptophan、β-N-azidoacetyl-L-diaminopropanoic acid、γ-N-azidoacetyl-L-diaminobutyric acid、σ-N-azidoacetyl-L-ornithine、ε-N-azidoacetyl-L-lysine、及びこれらに対応するD-アミノ酸誘導体等が挙げられる。
3-azidopentanoyl化アミノ酸としては、azidoacetyl化アミノ酸として例示した化合物において、azidoacetyl基が、3-azidopentanoyl基に置換されたアミノ酸が挙げられる。
(C-2)の官能基を有するアミノ酸としては、例えば、5-hydroxytryptophan(WOH)等が挙げられる。
(C-1)の官能基を有するアミノ酸と(C-2)の官能基を有するアミノ酸による環状化方法は、例えば、Yamagishi, Y. et al., ChemBioChem 10, 1469-1472 (2009)及び国際公開第2008/117833号に記載された方法等が挙げられる。
(D-2)の官能基を有するアミノ酸としては、例えばcysteine、homocysteine、mercaptonorvaline、mercaptonorleucine、2-amino-7-mercaptoheptanoic acid、及び2-amino-8-mercaptooctanoic acid等が挙げられる。
(D-1)の官能基を有するアミノ酸と(D-2)の官能基を有するアミノ酸による環状化方法は、例えば、国際公開第2012/074129号に記載された方法等が挙げられる。
(E-2)のアミノ酸としては、例えば、cysteine、homocysteine、mercaptonorvaline、 mercaptonorleucine、2-amino-7-mercaptoheptanoic acid、及び2-amino-8-mercaptooctanoic acid等が挙げられる。
(E-1)の官能基を有するアミノ酸と(E-2)の官能基を有するアミノ酸による環状化方法は、例えば、(A-1)と(A-2)の環状化方法や(D-1)と(D-2)の環状化方法を参考にして行うことができる。
環状ペプチドは、RaPID法やTRAP法のようなmRNAディスプレイ法やファージディスプレイ法により製造される環状ペプチドであることが好適である。
RaPID法やTRAP法のようなmRNAディスプレイ法やファージディスプレイ法により好適に製造できる、官能基1及び官能基2により形成される環状ペプチドであることが好適である。
また、環状ペプチドが、標的分子に結合能を有すると共に、阻害剤や活性化剤として機能してもよく、アゴニスト活性やアンタゴニスト活性を有していてもよい。
本発明において、RaPID法により製造される環状ペプチドとしては、特に限定されるものではないが、以下の一般式で表される環状ペプチドが挙げられる。
ここで、一般式において、SはCysのチオール基に由来する硫黄原子を意味する。Xaaは任意のアミノ酸を示し、sは任意の0以上の整数である。Variable region(可変領域)は、環状アミノ酸を構成するCys以外のアミノ酸配列を示す。Variable region(可変領域)のN末端のアミノ酸は、上記(A-1)の官能基を有するアミノ酸であることが好ましい。
Variable region(可変領域)のアミノ酸配列は、RaPID法により製造される環状ペプチドにおける部分アミノ酸配列であり、環状ペプチドを構成する限り、任意のアミノ酸配列であり得る。
CPNが、例えば、非タンパク質性アミノ酸であるN-haloroacetyl-D-tryptophanである場合には、タンパク質性アミノ酸であるL-tryptophanに置換して、例えば、非タンパク質性アミノ酸であるN-chloroacetyl-D-tyrosineである場合には、タンパク質性アミノ酸であるL-tyrosineに置換して環状ペプチドが融合されることが好適である。また、CPNをタンパク質性アミノ酸であるCysに置換してもよい。CPCが、例えば、Cysである場合には、CPCを欠失させて環状ペプチドが融合されることが好適であるし、また、CPCがCysである場合に、CPCであるCysをも融合させる場合には、CPNをCysに置換して融合することも好ましい。一般式で表される環状ペプチドが挿入される場合、所望により、D-アミノ酸は、L-アミノ酸に置換されるものの、環状ペプチドの環状構造を構成するアミノ酸配列の部分アミノ酸配列として、Variable region(可変領域)のアミノ酸配列が抗体に挿入されることが好ましい。
本発明においては、Variable region(可変領域)のアミノ酸配列の一部が、例えば、CPNが非タンパク質性アミノ酸である場合に、タンパク質性アミノ酸に置換されている場合も、Variable region(可変領域)のアミノ酸配列が抗体に挿入されていると理解される。Variable region(可変領域)とCPCであるCysが共に、融合されていてもよい。
(1)RaPID法やTRAP法のようなmRNAディスプレイ法やファージディスプレイ法における分子内環状構造を形成するための化学架橋構造に関与するアミノ酸残基、例えば、表1に記載の官能基を有するアミノ酸残基であって、具体的には、(A-1)~(E-2)として記載されるアミノ酸をそれぞれ置換又は削除して、環状ペプチドの内部アミノ酸配列を、抗体に挿入してもよい。
具体的には、RaPID法による環状ペプチドにおいては、官能基1を有するアミノ酸残基をタンパク質性アミノ酸に置換し、官能基2を有するアミノ酸残基をそれぞれ欠失して、抗体に挿入する。官能基1を有するアミノ酸残基として、D-アミノ酸等の非・BR>^ンパク質性アミノ酸が用いられることがある。
ファージディスプレイ法による環状ぺプチドにおいては、化学架橋構造であるS-S結合を構成するCys残基を削除して、抗体に挿入してもよい。
より具体的には、RaPID法において、官能基1として(A-1)の構造が採用されている場合、一般に、(A-1)の構造を有するアミノ酸としては、ClAc-D-TrpやClAc-D-Tyrが用いられていることが多いが、抗体への挿入の際には、該アミノ酸残基をL-TrpやL-Tyrに置換することが好ましい。また、ClAc-D-TrpやClAc-D-Tyrを欠失させてもよい。
また、(A-2)の構造を有するアミノ酸としては、Cysが用いられていることが多いが、抗体への挿入の際には、該Cys残基を欠失させてもよい。
(2)(1)において、環状ペプチドは有さないが、Ser、Gly及びCysといったアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を環状ペプチドと抗体とのリンカー配列として用いて、環状ペプチド由来のアミノ酸残基と、抗体由来のアミノ酸残基との間に挿入してもよい。
(3)分子内環状構造を形成するための化学架橋構造に関与するアミノ酸残基をL-Cysに変換し、環状ペプチドを抗体に挿入した改変型抗体において、ジスルフィド結合により架橋構造を形成させると共に、Ser及びGlyといったアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を環状ペプチドと抗体との結合におけるリンカー配列として用いて、環状ペプチド由来のアミノ酸残基と、抗体由来のアミノ酸残基との間に挿入してもよい。
リンカー配列を構成するアミノ酸残基の数は、1以上のアミノ酸残基であればよく、アミノ酸残基の数は、特に限定されるものではない。
環状ペプチドの一次配列をCPN-(Xaa1)m-CPCであるとして、以下説明する。
環状ペプチドとしては、CPN-(Xaa1)m-CPCとして表されるアミノ酸残基のうち、CPNとCPCとが、好適には、共有結合して環状構造を形成する。
なお、一次配列において、環状ペプチドを形成し得る限り、Xaa1は、任意のアミノ酸残基であり、mは、2以上の任意の整数である。
環状ペプチドは、分子内環状構造以外にも環状構造からの鎖状の分岐鎖を有していてもよい。
環状ペプチドの内部ペプチド配列とは、CPN-(Xaa1)m-CPCの一次配列そのものであってもよく、CPN-(Xaa1)m-CPCにおけるアミノ酸残基の一部が置換又は欠失されていてもよく、CPN-(Xaa1)mが一部が欠失されたアミノ酸として例示される。
また、環状ペプチドの内部ペプチド配列は、CPN-(Xaa1)m-CPCとして表されるm+2のアミノ酸残基のうち、少なくともm+2のアミノ酸残基の一部を含んでいればよく、CPN-(Xaa1)m1、(Xaa1)m1-CPC、(Xaa1)m1を環状ペプチドの内部ペプチド配列として用いることができる。
ここで、m1は、m以下の整数である。
環状ぺプチドが、内部ペプチド配列に非タンパク質性アミノ酸を含む場合には、非タンパク質性アミノ酸は、タンパク質性アミノ酸に置換されていることが好ましく、CPN及び/又はCPCがCysである場合には、CPN及び/又はCPCを欠失させてもよく、CPCがCysである場合には、CPNは、Cysに置換して、環状ペプチドが挿入されていてもよい。
環状ペプチドの内部ペプチド配列を抗体に挿入する際に、環状ペプチドに由来するアミノ酸は、CPNで結合していてもよく、CPNでリンカー配列を介して結合していてもよく、CPNから任意の数で表される番目のXaa1で結合していてもよく、CPNから任意の数で表される番目のXaa1でリンカー配列を介して結合していてもよい。中でも、CPNが非タンパク質性アミノ酸である場合には、CPNをタンパク質性アミノ酸に置換して、所望によりリンカー配列を介して結合していてもよい。
また、環状ペプチドの内部ペプチド配列を抗体に挿入する際に、環状ペプチドに由来するアミノ酸は、CPCで結合していてもよく、CPCでリンカー配列を介して結合していてもよく、CPCから任意の数で表される番目のXaa1で結合していてもよく、CPCから任意の数で表される番目のXaa1でリンカー配列を介して結合していてもよい。中でも、CPCを欠失させて、CPCから数えて1番目のXaa1で、すなわち、CPCと結合するXaa1で、所望によりリンカー配列を介して結合していてもよい。
抗体は、免疫グロブリンとも呼ばれ、IgG、IgM、IgA、IgD、IgEの5種類に分類される。
本発明において、環状ペプチドの挿入される抗体としては、IgG、IgM、IgA、IgD、IgEのいずれであってもよいが、IgGが好適に用いられる。
IgGとしては、多数のサブクラスが知られている。IgGのサブクラスとして、例えば、ヒトではIgG1、IgG2、IgG3、IgG4の4種類のサブクラスが、マウスではIgG1、IgG2a、IgG2b、IgG3の4種類が、ラットではIgG1、IgG2a、IgG2b、IgG2cの4種類が知られているが、いずれであってもよい。
抗体は、それぞれ、抗原を認識する部位といえる可変領域と、それ以外の部分である定常領域を有する重鎖と軽鎖とを2本ずつ有する。
抗体をタンパク質分解酵素であるパパイン消化した際に、H鎖-H鎖を繋ぐジスルフィド結合(ヒンジ部位)の間が切断され、抗体は3つの断片に分かれ、N末端側の2つの断片をFab領域、C末端側の断片をFc領域という。
一般にFc領域は、同じサブクラスであれば抗体間でその構造が同一である。
本発明において用いられる抗体は、N末端側の2つの断片であるFab領域を少なくとも1つと、Fc領域とを含む。Fab領域を2つ含む抗体である場合、2つのFab領域は同一であってもよく、異なっていてもよく、Fab領域が異なる場合、抗体の認識する標的分子は、同一でも異なっていてもよい。
Fab領域が異なり、抗体の認識する標的分子が異なっている場合、抗体の標的分子は、第一の標的分子として、2種の標的分子(第一の標的分子とそれと異なる標的分子)への結合能を保持することとなるが、環状ペプチドが有する第二の標的分子への結合能は、第一の標的分子への結合能と異なっているが、第一の標的分子と異なる標的分子への結合能であってもよいものの、抗体の標的分子となる第一の標的分子及びそれと異なる標的分子への結合能と異なっていることが好ましい。環状ペプチドが第二の標的分子以外の標的分子への結合能を有している場合、第三、第四、あるいはそれら以外の標的分子も第一の標的分子同様に抗体の認識する標的分子と異なっていてよい。
本発明においては、環状ペプチドの内部ペプチド配列を挿入するため、抗体のFc領域における挿入部位が特に限定されるものではないが、抗体の第一の標的分子への結合能を保持したまま、環状ペプチドの第二の標的分子への結合能を付与するためには、Fc領域における分子表面に露出しているループ部分であることが好適である。
ループ部分は、Fc領域において、2つのβストランド間を連結するポリぺプチド鎖領域であって、折れ曲がり構造を有し、抗体分子表面に露出している構造であることが好ましい。
また、環状ペプチドに由来するアミノ酸残基と、抗体に由来するアミノ酸残基との間に、リンカーとなるペプチド鎖が挿入されていてもよい。
環状ペプチドの内部ペプチド配列が挿入されるループ部分は、抗体のFc領域におけるループ構造において、特に限定されるものではなく、汎用性をもってループ構造中の任意の部位を選択してよい。
ループ構造における任意の部位とは、環状ペプチドを挿入するための2つのアミノ酸残基が、ループ構造内から選択される部位であることを意味する。
図2は、ヒトIgG由来Fc領域の立体構造を示す。Fcを構成する一方の重鎖を表面モデルで(奥側)、もう一方をリボンモデルで示している(手前側)。
本発明において、環状ペプチドの挿入部位として、好適に選択されるループ部分を、図2において示すが、T1~T3、M1~M3、B1~B3として示される部分が当該部分である。
図3は、ヒトIgG1由来Fc領域のアミノ酸配列を示し、環状ペプチドの挿入部位として、好適に選択されるループ部分を、黒い背景で示している。
好適に選択されるループ部分は、配列番号:7で示されるヒトIgG1由来Fc領域の
T1(SHEDP、配列番号:8):267~271位
T2(YNST、配列番号:9):296~299位
T3(NKALPAP、配列番号:10):325~331位
M1(VDGV、配列番号:11):279~282位
M2(KGQ、配列番号:12):340~342位
M3(SDGS、配列番号:13):400~403位
B1(TKNQ、配列番号:14):359~362位
B2(SNG、配列番号:15):383~385位
B3(QQGNV、配列番号:16):418~422位
が好適に挙げられる。
T1を例にすれば、267~271位は、配列番号:6においては、47位~51位に相当し、配列番号:7においては、28位~32位に相当する。すなわち、T2~T3、M1~M3、B1~B3として示される部分は、配列番号:6においては、220減じた位置のアミノ酸が対応し、配列番号:7においては、239減じた位置のアミノ酸が対応する。
また、環状ペプチドの挿入部位は、アミノ酸残基の位置により表されるループ構造内から選択される部位であってよい。T1を例にすれば、ループ構造内から選択される部位として、267位と268位、268位と269位、269位と270位、270位と271位、267位と269位、268位と270位、269位と271位、267位と270位、268位と271位、267位と271位が選択され得、これら選択されたアミノ酸残基の位置が、抗体における環状ペプチドの内部アミノ酸配列の挿入部位であってよい。
ヒトIgG1以外の抗体においては、配列番号:6又は配列番号:7で示されるアミノ酸配列とアラインメントして、T1~T3、M1~M3、B1~B3として示される部分に対応する部分を、環状ペプチドの挿入部位とすることができる。
T1(SH*EDP):267~271位
T2(Y*NST):296~299位
T3(NKALP*AP):325~331位
M1(VD*GV):279~282位
M2(K*GQ):340~342位
M3(SD*GS):400~403位
B1(TK*NQ):359~362位
B2(S*NG):383~385位
B3(QQ*GNV):418~422位
*印を付したアミノ酸残基間の位置が、環状ペプチドを挿入するのにより好適な部位である。
多重特異性抗体を得るために、元となる既存抗体はどのような型であってもよく、第二の標的分子への結合能が知られていれば環状ペプチドもどのような環状ペプチドであってもよい。
用いる抗体と、挿入する環状ペプチドの内部ペプチド配列、およびその挿入部位はどのような組み合わせも可能であるため、様々な抗原に結合する抗体および環状ペプチドを用意しておけば、望みの多重特異性をもった改変型抗体を極めて簡便に創生することができる。
本発明により得られる多重特異性抗体は、単一のIgG抗体を2種類併用した抗体医薬と同等な効能をもつものや、異なる細胞上の標的分子を同時に認識して異種細胞の架橋を誘導するものなど、様々な医薬として用いる事ができる。
環状ペプチドを挿入する抗体のFc領域は、ヒト、マウス、ラット、ウサギ、ウマ及びイヌのいずれか由来であることが好ましい。
本発明において、抗体のFc領域に存在する環状ペプチドの内部ペプチド配列と結合する2つのアミノ酸残基のうち、N末端側に位置するアミノ酸残基をABN、C末端側のアミノ酸残基をABCとする場合、環状ペプチドの挿入される内部ペプチド配列は、ABNと結合していてもよく、ABNとリンカー配列を介して結合していてもよい。
また、環状ペプチドの挿入される内部ペプチド配列は、ABCと結合していてもよく、ABCとリンカー配列を介して結合していてもよい。
ABNとABCとは、Fc領域においてループ構造として連続していてもよく、不連続であってもよい。
不連続である場合、ABNとABCとの間に、1~5アミノ酸残基含むことが好ましい。
本発明においては、環状ペプチドを抗体のFc領域に挿入させる方法と共に、環状ペプチドを、抗体のFc領域に挿入させて環状ペプチドの内部ペプチド配列が挿入された改変型抗体及びその製造方法をも提供する。
本発明における、改変型抗体の製造方法は、
環状ペプチドとして、挿入する抗体の認識する第一の標的分子とは異なる第二の標的分子に対する結合能を有する環状ペプチドを選択し、好適には、ディスプレイ型探索システムにより得られる環状ペプチドを選択し、
選択した環状ペプチドのアミノ酸配列から、抗体に挿入する内部アミノ酸配列を選択し、該内部アミノ酸配列に相当する塩基配列を選択し、
抗体のFc領域において内部アミノ酸配列を挿入する2つのアミノ酸残基を選択し、
抗体のFc領域のアミノ酸配列に相当する塩基配列を選択し、必要に応じて、当該2つのアミノ酸残基間に存在するアミノ酸残基に相当する塩基配列を削除し、選択された環状ペプチドの内部アミノ酸配列に相当する塩基配列を挿入して組み込んだ塩基配列を有する核酸を準備し、
該核酸を翻訳する、改変型抗体の製造方法である。
選択された環状ペプチドの内部アミノ酸配列に相当する塩基配列を挿入して組み込んだ塩基配列とする際に、リンカーに相当する塩基配列を挿入して組み込んでもよい。
また、準備された核酸の翻訳方法は、本発明の属する技術分野において、既に周知な事項であるので、それら周知な方法を適宜適用して、核酸の翻訳を行えばよい。
第一及び第二の標的分子に対して同時に結合することが好ましく、第一及び第二の標的分子に対して同時に結合し、かつ、第一及び第二の標的分子が、それぞれ異なる細胞表面分子である場合には、本発明の改変型抗体は、2つの異なる細胞表面分子との結合を介して異種細胞同士の接着を誘導することが可能である。
本発明においては、例えば、がん細胞の抗原を第一の標的とし、Tリンパ球やNK細胞上の抗原を第二の標的とすることにより、本発明の改変型抗体は、がん細胞に対する免疫攻撃を誘導し、がんを特異的かつ効果的に傷害、殺すことができる。また、例えば、治療用の抗体を脳内に届けるために血液脳関門を通過させるため、脳の血管に発現している分子(トランスフェリン受容体等)を第二の標的としてもよい。
(1)元となる既存抗体(第一の結合特異性を規定する)のIgG型や抗原特異性を選ばず、
(2)抗体自身の部分ランダム配列ライブラリーを元にした選択工程を含まず、
(3)最終産物である改変型抗体の製造工程と効率が元の野生型抗体と同等であり、
(4)RaPID法などで高親和性で結合する環状ペプチドが得られる対象である限りいかなるタンパク質でも多重特異性の標的とすることが可能で、かつ、
(5)同時に最大9つの独立な追加結合特異性を既存抗体に付与できる、という特性を有する。
1.ペプチド挿入のデザイン
標的結合活性を保ったまま環状ペプチドの内部配列を抗体のFc領域に提示するため、抗体のFc領域の立体構造を参考に挿入部位を探索した。Fc領域の中から分子表面に露出し、二次構造部分を連結するループ部分を9カ所選択した。選択したループ部分を図2に示す。選択したループは、Fc領域のヒンジに近いTop部分から3カ所(T1~3)、Middle部分から3カ所(M1~3)、そしてBottom部分から3カ所(B1~3)である。それらの全Fcアミノ酸配列上での位置を図3に示す。
ペプチド挿入の土台となる抗体は、ニューロピリン1に対するN1抗体(クローン別名YW64.3)を用いた(Liang et al. J. Mol. Biol.2007)。N1抗体の重鎖可変部をヒトIgG1重鎖定常部をコードするDNAにつなぎ、これを発現ベクターp3XFLAG-CMV-14(シグマアルドリッチ社製)に組み込んだ。軽鎖についてはその全長をコードするDNAを同じp3XFLAG-CMV-14ベクターに組み込んだ。
遺伝子導入後、37℃、8%CO2条件下、125rpmで細胞を18時間振とう培養した。その後、ExpiFectamime 293 Transfection Enhance er 1及びExpiFectamime 293 Transfection Enhancer 2(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)をそれぞれ15μL、150μL添加し、37℃、8%CO2条件下、125rpmで3日間振とう培養し、培養上清を回収した。
Fc上の様々な位置にmP6-9ペプチドを挿入したN1 IgGについて、環状のmP6-9ペプチドが有していたプレキシンB1に対する結合能を保持しているかどうかを調べるため、フローサイトメトリーによる結合試験を行った。N1 IgG および9種類のmP6-9ペプチド挿入体の発現上清を、プレキシンB1安定発現細胞(Cell Chem. Biol, 2016, 23, 1341-1350に記載)と反応させ、結合したIgGをAlexaFluor488標識ヤギ抗ヒトIgG二次抗体(ThermoFisher社製)で染色し、EC800型フローサイトメーター(SONY社製)で分析した。
1.ペプチド挿入のデザインと抗体の調製
ペプチド挿入位置としては実施例1に示した「B1ループ」を採用し、ここに図1に示した4種類の環状ペプチドの内部配列を実施例1の方法に沿って挿入した発現ベクターを用い、組み換え抗体の調製とその発現評価も実施例1と同様に行った。
様々なペプチドを挿入したN1 IgGについて、それぞれの環状ペプチドが有していた分子結合能を保持しているかどうかを調べるため、フローサイトメトリーによる結合試験を行った。N1 IgGの4種類のペプチド挿入体の発現上清を、コントロールのHEK293細胞(mock cell)もしくは様々な受容体を発現する細胞と反応させ、結合したIgGをAlexaFluor488標識ヤギ抗ヒトIgG二次抗体(ThermoFisher社製で染色し、EC800型フローサイトメーター(SONY社製)で分析した。
1.二重特異性抗体の調製
実施例1および2で用いたニューロピリン1抗体の他に、2種のヒトIgG1型抗体(ヒトPD-L1抗体AvelumabおよびヒトCD3抗体OKT3)と1種のマウスIgG1型抗体(マウストランスフェリン受容体抗体8D3)を用いてペプチド挿入型二重特異性抗体を作製した。Avelumab、OKT3,8D3の可変部アミノ酸配列はそれぞれWO2013079174A1、Arakawa et al, J Biocheme 1996、Boado et al, Biotech Bioeng. 2008に記載されたものを利用し、対応するDNAを合成して実施例1と同様に重鎖と軽鎖を発現ベクターp3XFLAG-CMV-14(シグマアルドリッチ社製)に組み込んだ。ただし、8D3については、重鎖および軽鎖の定常領域はマウスIgG1由来のものを用いた。
N1 IgGのB1ループにMet結合性ペプチド配列(aMD5)およびEGF受容体結合配列(A6-2f)を挿入した抗体の組換え発現を、実施例2に示した方法で行った。電気泳動の結果を図8Aに示す。ペプチド挿入体は未挿入のN1抗体と同程度の発現効率を示した。これらの標的分子への結合は実施例2と同様なフローサイトメトリーで評価した。
Avelumab IgGのB1もしくはB2ループにプレキシンB1結合性ペプチド配列(mP6-9)、Met結合性ペプチド配列(aMD5)およびEGF受容体結合配列(A6-2f)を挿入した抗体の組換え発現を、実施例2に示したのと同じ方法で行った。電気泳動の結果を図9Aに示す。ペプチド挿入体は未挿入のAvelumab抗体と同程度の発現効率を示した。これらの標的分子への結合は実施例2と同様なフローサイトメトリーで評価した。
OKT3 IgGのB2ループにプレキシンB1結合性ペプチド配列(mP6-9)あるいはMet結合性ペプチド配列(aMD4)を挿入した抗体の組換え発現を、実施例2に示したのと同じ方法で行った。電気泳動の結果を図10Aに示す。ペプチド挿入体は未挿入のOKT3抗体と同程度の発現効率を示した。これらの標的分子への結合は実施例2と同様なフローサイトメトリーで評価した。
マウスIgG1である8D3抗体については、マウス重鎖でB1~B3に相当するループ位置を図3を参考に特定し、実施例1と同様な手法によりプレキシンB1結合性ペプチド配列(mP6-9)を挿入した発現ベクターを調製した後、軽鎖(マウスkappa鎖)の発現ベクターとともにExpi293F細胞にトランスフェクションした。上清中に発現分泌された組み換え抗体はプロテインG-セファロース(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を用いて沈降させ、電気泳動によって分析した。
これまで個別に試してきた様々な特異性の賦与を、一つの抗体に対して同時に2つ以上行ったものの活性を評価した。N1 IgGをもちい、その様々なループにプレキシンB1結合性ペプチド配列(mP6-9)、Met結合性ペプチド配列(aMD4)、およびEGF受容体結合配列(A6-2f)を種々の組み合わせで挿入した抗体の組換え発現を、実施例2に示した方法で行ない、これらの標的分子への結合を5.までと同様なフローサイトメトリーで評価した。
1.サンドイッチ型分子間架橋試験の原理と標的抗原の調製
ペプチド挿入型IgGについて、第1及び第2結合特異性の個別の評価は実施例3までに示したが、ペプチド挿入型IgGが2つの標的に同時に結合できることを示すため、サンドイッチELISAタイプのアッセイ系を構築した。原理を図13Aに示す。まずProtein Exp. Purification, 2014, 95, 240-247に記載された方法に準じて、3種類の第2標的抗原・BR>Iすべて一回膜貫通型の受容体)の細胞外領域のC末端にPAタグ(和光純薬工業社製)が付加された融合タンパク質をコードするコンストラクトを作成し、これを発現ベクターpcDNA3.1(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)に組み込んだ。このベクターを用いて実施例1と同様の方法によりExpi293F細胞で一過性発現させ、可溶性受容体断片であるPlexinB1-PA、Met-PA、及びEGFR-PAをそれぞれ含む培養上清を調製し、それらをProteinAセファロースを用いて精製した。第1抗原側は、AP融合発現ベクターであるpAPtag-5(GenHunter社)を用いてAPのN末端(ニューロピリン1およびPD-L1)あるいはC末端(トランスフェリン受容体)にその細胞外領域の配列を融合し、実施例1と同様の方法によりExpi293F細胞で一過性発現させ、可溶性受容体―AP融合物であるNrp-1ec-AP、PD-L1ec-AP、およびAP-TfRecをそれぞれ含む培養上清を調製した。
ペプチド挿入型IgGによる標的分子間の架橋は、図13Aに示す原理に基づき、以下のプロトコールに従って評価した。
(1)10μg/mLに希釈した精製第2標的抗原溶液50μLを96wellプレートに加え4℃、16時間静置した。
(2)アスピレーターで吸引し、5% スキムミルク in Tris-buffered saline (TBS; 20mM Tris-HCl, 150mM NaCl, pH 7.5)を200μL/well加えて室温で1時間静置した。
(3)種々のAddbody発現上清を50μL加えて室温で1時間静置した。
(4)200μL/wellのTBSで3回洗浄した。
(5)AP融合第1標的抗原を発現する上清を50μL加えて室温で30分静置した。
(6)200μL/wellのTBSで4回洗浄した。
(7)発色基質(Phosphatase substrate、シグマアルドリッチ社製)を100μL/wellで加え、室温で5~60分静置後、各well中の溶液の405nmの吸光度を測定した。
1.異種細胞間接着試験の原理と細胞の調製
ペプチド挿入型IgGの第1及び第2標的分子が、異なる細胞上に存在する受容体であるとき、ペプチド挿入型IgGは異種細胞間の近接および接着を誘導する効果が期待出来る。これを調べるため、CD3抗体であるOKT3のB2ループにMetバインダーであるaMD4ペプチド配列を挿入したOKT3(aMD4_B2)を用いて、図14Aに示すような原理に基づいた実験をおこなった。CD3発現細胞としてはヒト急性T細胞性白血病由来細胞株Jurkatを用い、Met発現細胞としてはヒトMet受容体を安定的に高発現するチャイニーズハムスター卵巣細胞(Met-CHO細胞)を用いた。Met-CHO細胞を赤色蛍光色素DiD(Biotium社製)で標識し、96ウェルプレートに播種して10%血清入り培地中で3時間培養、接着させた。Jurkat細胞は緑色蛍光色素Neuro DiO(Biotium社製)で標識後、実施例3と同じ方法で調製した野生型OKT3もしくはペプチド挿入型OKT3(aMD4_B2)発現上清と氷上で30分間反応させ、一回洗浄した後に上記Met-CHO細胞の上に播種した。1mg/mlのBSAを含む無血清培地中で17時間培養したのち、200μL/wellの無血清培地で2回洗浄し、デジタル蛍光顕微鏡(BZ-X700、キーエンス社製)にて蛍光および位相差画像を記録した。
Claims (7)
- 抗体のFc領域に、当該抗体の認識する第一の標的分子とは異なる第二の標的分子に対する結合能を有する環状ペプチドの内部ペプチド配列を挿入することにより、抗体に第二の標的分子に対する結合能を付与する方法。
- 抗体のFc領域が、ヒト、マウス、ラット、ウサギ、ウマ又はイヌ由来である、請求項1に記載の方法。
- 内部ペプチド配列を挿入する部位が、Fc領域における分子表面に露出しているループ部分である、請求項1又は2に記載の方法。
- 環状ペプチドが、ディスプレイ型探索システムにより得られる環状ペプチドである、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
- 抗体のFc領域に、該抗体の認識する第一の標的分子とは異なる第二の標的分子に対する結合能を有する環状ペプチドの内部ペプチド配列が挿入された、第一及び第二の標的分子に対する結合能を有する改変型抗体。
- 第一及び第二の標的分子に対して同時に結合する、請求項5に記載の改変型抗体。
- 第一及び第二の標的分子が、それぞれ異なる細胞表面分子であり、2つの異なる細胞表面分子との結合を介して異種細胞同士の接着を誘導する、請求項5又は6に記載の改変型抗体。
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