JP2023549293A - Orthogonal IL-21 receptor/cytokine system - Google Patents

Orthogonal IL-21 receptor/cytokine system Download PDF

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Abstract

直交IL-21受容体および直交IL-21サイトカインが記載される。IL-21受容体-サイトカイン対は、ネイティブインターロイキン-21サイトカイン(「IL-21」)への結合が損なわれた直交インターロイキン-21受容体a鎖(「ortho-IL-21Rα」)およびネイティブIL-21Raへの結合が損なわれた直交IL-21サイトカイン(「ortho-IL-21」)を含み得、ortho-IL-21Raはortho-IL-21に結合する。IL-21受容体-サイトカイン対は、IL-21シグナル伝達を活性化し得る。直交IL-21受容体を発現するように操作された細胞、ならびにそのような細胞を様々な疾患および障害の処置のために使用するための方法も記載される。Orthogonal IL-21 receptors and orthogonal IL-21 cytokines are described. The IL-21 receptor-cytokine pair consists of an orthogonal interleukin-21 receptor a chain ("ortho-IL-21Rα") that has impaired binding to the native interleukin-21 cytokine ("IL-21") and a native It may include an orthogonal IL-21 cytokine (“ortho-IL-21”) with impaired binding to IL-21Ra, where ortho-IL-21Ra binds ortho-IL-21. The IL-21 receptor-cytokine pair can activate IL-21 signaling. Cells engineered to express orthogonal IL-21 receptors and methods for using such cells for the treatment of various diseases and disorders are also described.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2020年10月26日に出願された米国仮特許出願第63/105,414号、および2021年6月18日に出願された米国仮特許出願第63/212,547号の優先権を主張し、その各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
Cross-References to Related Applications This application is filed in U.S. Provisional Patent Application No. 63/105,414, filed on October 26, 2020, and U.S. Provisional Patent Application No. 63/212, filed on June 18, 2021. , 547, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

配列表
配列表はASCII形式で電子的に提出されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。2021年10月25日に作成されたASCIIコピーの名前はNeptune-IL21-PCT_ST25.txtであり、サイズは123,571バイトである。
SEQUENCE LISTING The Sequence Listing has been submitted electronically in ASCII format and is incorporated herein by reference in its entirety. The name of the ASCII copy created on October 25, 2021 is Neptune-IL21-PCT_ST25. txt and has a size of 123,571 bytes.

サイトカインは、免疫細胞の増殖および分化の強力な天然調節因子である。この効力は、サイトカインを潜在的な治療剤として非常に魅力的にしているが、その臨床的有用性も複雑にしている。これは、複数の細胞標的を有し、したがって多面発現効果の可能性が高いサイトカインに特に当てはまる。一例は、調節性(抑制性)T細胞の望ましくない増殖および有痛性血管漏出症候群によってその抗がん活性が相殺されるロバストなT細胞マイトジェンであるインターロイキン-2(「IL-2」)である。IL-2の特定の場合では、タンパク質工学を使用して、臨床的課題のいくつか、例えば、調節性T細胞に優先的に作用するサイトカインの能力を除去することを解決することができる。別のアプローチは、直交的に拘束された形態のサイトカインおよびそれらの受容体を生成することを含む。以下を参照されたい。米国特許第10,869,887号明細書;Sockolosky JT,Trotta E,Parisi G,et al.Selective targeting of engineered T cells using orthogonal IL-2 cytokine-receptor complexes.Science.2018;359(6379):1037-1042.doi:10.1126/science.aar3246。これらの各々の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。 Cytokines are powerful natural regulators of immune cell proliferation and differentiation. This potency makes cytokines very attractive as potential therapeutic agents, but also complicates their clinical utility. This is particularly true for cytokines that have multiple cellular targets and therefore have a high potential for pleiotropic effects. One example is interleukin-2 (“IL-2”), a robust T cell mitogen whose anticancer activity is offset by undesirable proliferation of regulatory (suppressive) T cells and painful vascular leak syndrome. It is. In the specific case of IL-2, protein engineering can be used to solve some of the clinical problems, such as eliminating the ability of cytokines to preferentially act on regulatory T cells. Another approach involves generating orthogonally constrained forms of cytokines and their receptors. Please see below. US Pat. No. 10,869,887; Sockolosky JT, Trotta E, Parisi G, et al. Selective targeting of engineered T cells using orthogonal IL-2 cytokine-receptor complexes. Science. 2018;359(6379):1037-1042. doi:10.1126/science. aar3246. The disclosures of each of these are incorporated herein by reference in their entirety.

直交サイトカイン系は、サイトカインおよびその受容体が、それらのネイティブ(親)パートナーとの適合性を失うが、互いに生産的に相互作用する能力を保持するように変異している系である。したがって、そのような直交サイトカイン:受容体対は、「特権的」または「私的」相互作用を実証すると言うことができる。直交的に拘束された形態のサイトカインおよびそれらの受容体を生成するアプローチは、サイトカインの活性の範囲を治療(すなわち、養子移入される)細胞のみに限定する方法を提供するので、細胞治療に価値がある。これらの治療細胞は、操作された受容体を発現する唯一の細胞であり、その結果、操作されたサイトカインに応答することができる唯一の細胞である。 Orthogonal cytokine systems are systems in which cytokines and their receptors are mutated such that they lose compatibility with their native (parent) partners but retain the ability to interact productively with each other. Such orthogonal cytokine:receptor pairs can therefore be said to demonstrate "privileged" or "private" interactions. Approaches that generate orthogonally constrained forms of cytokines and their receptors have value in cell therapy because they provide a way to limit the scope of cytokine activity to only the cells that are being treated (i.e., adoptively transferred). There is. These therapeutic cells are the only cells that express the engineered receptor and, therefore, the only cells that can respond to the engineered cytokine.

インターロイキン-21(「IL-21」)は、広範囲のリンパ細胞、骨髄細胞および上皮細胞において作用する別の多面発現サイトカインである。IL-21は自然免疫応答および適応免疫応答の両方を調節する。これは、抗腫瘍応答および抗ウイルス応答において重要な役割を有するだけでなく、自己免疫疾患および炎症性障害の発症を促進する炎症性応答にも大きな効果を及ぼす。Spolski,R.,Leonard,W.Interleukin-21:a double-edged sword with therapeutic potential.Nat Rev Drug Discov 13,379-395(2014).https://doi.org/10.1038/nrd4296.天然のヒトIL-21サイトカイン:受容体複合体の三次元構造は公知である。以下を参照されたい。Hamming OJ,Kang L,Svensson A,et al.Crystal structure of interleukin-21 receptor(IL-21R)bound to IL-21 reveals that sugar chain interacting with WSXWS motif is integral part of IL-21R.J Biol Chem.2012;287(12):9454-9460.doi:10.1074/jbc.M111.311084。この開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。 Interleukin-21 (“IL-21”) is another pleiotropic cytokine that acts on a wide range of lymphoid, myeloid, and epithelial cells. IL-21 regulates both innate and adaptive immune responses. It not only has an important role in antitumor and antiviral responses, but also has a profound effect on inflammatory responses that promote the development of autoimmune diseases and inflammatory disorders. Spolski, R. , Leonard, W. Interleukin-21: a double-edged sword with therapeutic potential. Nat Rev Drug Discov 13, 379-395 (2014). https://doi. org/10.1038/nrd4296. The three-dimensional structure of the native human IL-21 cytokine:receptor complex is known. Please see below. Hamming OJ, Kang L, Svensson A, et al. Crystal structure of interleukin-21 receptor (IL-21R) bound to IL-21 reveals that sugar chain interacting with WSXWS motif is integral part of IL-21R. J Biol Chem. 2012;287(12):9454-9460. doi:10.1074/jbc. M111.311084. This disclosure is incorporated herein by reference in its entirety.

IL-21は、ウイルスおよび腫瘍に対する細胞傷害性T細胞応答を増強し、IL-2またはIL-15などの他のサイトカインと相乗的に作用することができるので、特に興味深い。IL-21は、部分的には、幹細胞記憶表現型を有するT細胞の持続性を促進することによってこれを行い、これは、細胞治療の状況において有益な転帰と関連付けられている。IL-21は現在、複数の臨床試験においてがん治療剤として評価されている。IL-21はまた、キメラ抗原受容体T(「CAR-T」)細胞治療において有意な潜在的有用性を有し、増殖不良、抗腫瘍効果、疲弊、抑制および持続性に起因する臨床的失敗を克服するのに役立ち得る。したがって、特に、内因性シグナル伝達経路から保護され、標的化されていない内因性細胞に影響を及ぼさず、患者に投与されると制御され得る所望の挙動を養子移入された細胞に操作することによって、IL-21の作用を調節する能力に対する緊急の必要性が存在する。 IL-21 is of particular interest because it enhances cytotoxic T cell responses against viruses and tumors and can act synergistically with other cytokines such as IL-2 or IL-15. IL-21 does this, in part, by promoting the persistence of T cells with a stem cell memory phenotype, which has been associated with beneficial outcomes in the context of cell therapy. IL-21 is currently being evaluated as a cancer therapeutic in multiple clinical trials. IL-21 also has significant potential utility in chimeric antigen receptor T (“CAR-T”) cell therapy, with clinical failure due to poor proliferation, antitumor efficacy, exhaustion, suppression and persistence. can help you overcome. Thus, in particular, by engineering desired behaviors into adoptively transferred cells that are protected from endogenous signaling pathways, do not affect untargeted endogenous cells, and can be controlled when administered to a patient. , there is an urgent need for the ability to modulate the effects of IL-21.

一態様では、直交インターロイキン-21受容体アルファ鎖(「ortho-IL-21Rα」もしくは「ortho-IL-21Rα分子」、または本明細書で提供されるように構築された特定のortho-IL-21Rαに言及する場合、「受容体バリアント」のような「RV」)が提供され、ortho-IL-21Rαは、直交インターロイキン-21サイトカイン(「ortho-IL-21」または「ortho-IL-21分子」、または本明細書で提供されるように構築された特定のortho-IL-21に言及する場合、「サイトカインバリアント」のような「CV」)に結合するが、ネイティブIL-21への結合が損なわれた、配列番号4に由来する修飾アミノ酸配列を含む。一態様では、ortho-IL-21Rαは、IL-21と接触する配列番号4の1つ以上のアミノ酸残基、そのような接触残基のすぐ近傍の残基、またはIL-21結合表面の立体配座に影響を及ぼすIL-21Rαの他の場所の残基の置換を含む修飾アミノ酸配列を含む。一態様では、ortho-IL-21Rαは、配列番号6(シグナルペプチドを欠く成熟形態のヒトIL-21α外部ドメイン)に対して番号付けされた、Y10、Q33、Q35、Y36、E38、L39、F67、H68、F69、M70、A71、D72、D73、I74、L94、A96、E97、P126、A127、Y129、M130、K134、S190、Y191、またはそれらの組み合わせの位置のアミノ酸置換を含む。一態様では、アミノ酸置換は、D72E/Y129F/D73E;M70I/D73E/Q33H;D72E/L94V/Y191F;D72E/E38D/M130L;M70G/Y129F;F69L/M70L/D73I;D72K/D73K;E38K;もしくはM70G、またはそれらの組み合わせを含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる。一態様では、アミノ酸置換は、M70G/Y129F(「受容体バリアント13」の場合の「RV13」もしくは配列番号19)またはM70G(「RV22」もしくは配列番号27)を含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる。 In one aspect, the orthogonal interleukin-21 receptor alpha chain (“ortho-IL-21Rα” or “ortho-IL-21Rα molecule”, or a specific ortho-IL-21Rα chain constructed as provided herein) When referring to 21Rα, “RV” as in “receptor variant”) is provided, and ortho-IL-21Rα is referred to as orthogonal interleukin-21 cytokine (“ortho-IL-21” or “ortho-IL-21 molecule,” or “CV” as in “cytokine variant” when referring to a particular ortho-IL-21 constructed as provided herein, but with no binding to native IL-21. Contains a modified amino acid sequence derived from SEQ ID NO: 4 with impaired binding. In one aspect, ortho-IL-21Rα is located at one or more amino acid residues of SEQ ID NO: 4 that contact IL-21, at residues in the immediate vicinity of such contact residues, or at the steric site of the IL-21 binding surface. Contains modified amino acid sequences that include substitutions of residues elsewhere in IL-21Rα that affect conformation. In one aspect, ortho-IL-21Rα is Y10, Q33, Q35, Y36, E38, L39, F67, numbered relative to SEQ ID NO: 6 (mature form of human IL-21α ectodomain lacking signal peptide). , H68, F69, M70, A71, D72, D73, I74, L94, A96, E97, P126, A127, Y129, M130, K134, S190, Y191, or combinations thereof. In one aspect, the amino acid substitution is D72E/Y129F/D73E; M70I/D73E/Q33H; D72E/L94V/Y191F; D72E/E38D/M130L; M70G/Y129F; , or a combination thereof. In one aspect, the amino acid substitution comprises or consists essentially of M70G/Y129F ("RV13" or SEQ ID NO: 19 in the case of "receptor variant 13") or M70G ("RV22" or SEQ ID NO: 27). or consisting of them.

別の態様では、ortho-IL-21が提供され、ortho-IL-21は、ortho-IL-21Rαに結合するが、ネイティブIL-21Rαへの結合が損なわれた、配列番号2に由来する修飾アミノ酸配列を含む。一態様では、ortho-IL-21は、IL-21Rαと接触する配列番号2の1つ以上のアミノ酸残基、そのような接触残基のすぐ近傍の残基、またはIL-21Rα結合表面の立体配座に影響を及ぼすIL-21の他の場所の残基の置換を含む修飾アミノ酸配列を含む。一態様では、ortho-IL-21は、配列番号2に対して番号付けされた、R5、H6、I8、R9、M10、Q12、L13、K73、K75、R76、P78、G84もしくはP104、またはそれらの組み合わせの位置のアミノ酸置換を含む。「配列番号2に対して番号付けされた」という語句は、番号付けの目的で、任意のエピトープタグおよびシグナル伝達ペプチドを無視することを意味する。一態様では、アミノ酸置換は、R5Q、R5D、R5E、R5K、R5N、H6L、I8E、R9E、R9D、R9K、R9N、R9Q、M10L、Q12V、L13D、K73V、K73D、K73I、K75D、R76E、R76N、R76A、R5Q/R76E、R5Q/R76A、P78L、G84EもしくはP104A、またはそれらの組み合わせを含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる。一態様では、アミノ酸置換は、H6L/R9K/M10L/P78Lを含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる。 In another aspect, ortho-IL-21 is provided, wherein the ortho-IL-21 binds to ortho-IL-21Rα, but has a modification derived from SEQ ID NO: 2 that has impaired binding to native IL-21Rα. Contains amino acid sequence. In one aspect, ortho-IL-21 is located at one or more amino acid residues of SEQ ID NO: 2 that contact IL-21Rα, at residues in the immediate vicinity of such contact residues, or at the steric site of the IL-21Rα binding surface. Contains modified amino acid sequences that include substitutions of residues elsewhere in IL-21 that affect conformation. In one aspect, ortho-IL-21 is R5, H6, I8, R9, M10, Q12, L13, K73, K75, R76, P78, G84 or P104, numbered relative to SEQ ID NO:2, or including amino acid substitutions at combinations of positions. The phrase "numbered relative to SEQ ID NO: 2" is meant to ignore any epitope tags and signaling peptides for numbering purposes. In one aspect, the amino acid substitutions are R5Q, R5D, R5E, R5K, R5N, H6L, I8E, R9E, R9D, R9K, R9N, R9Q, M10L, Q12V, L13D, K73V, K73D, K73I, K75D, R76E, R76N, Comprising, consisting essentially of, or consisting of R76A, R5Q/R76E, R5Q/R76A, P78L, G84E or P104A, or combinations thereof. In one aspect, the amino acid substitution comprises, consists essentially of, or consists of H6L/R9K/M10L/P78L.

例示的な態様では、配列番号2に対して番号付けされたアミノ酸置換:H6L;R9K;M10L;P78Lを含み;G84EもしくはP104Aまたはそれらの組み合わせを任意選択的に含み;K73VまたはK73Iの1つを任意選択的に含む、操作されたヒトIL-21ポリペプチドが提供される。一態様では、そのような操作されたヒトIL-21ポリペプチドは、配列番号61(H6L/R9K/M10L/K73V/P78L/G84E)または配列番号62(H6L/R9K/M10L/K73I/P78L/P104A)を含み得る。 In an exemplary embodiment, the amino acid substitutions numbered relative to SEQ ID NO:2 include: H6L; R9K; M10L; P78L; optionally G84E or P104A or combinations thereof; one of K73V or K73I. Provided are engineered human IL-21 polypeptides optionally comprising: In one aspect, such engineered human IL-21 polypeptide is SEQ ID NO: 61 (H6L/R9K/M10L/K73V/P78L/G84E) or SEQ ID NO: 62 (H6L/R9K/M10L/K73I/P78L/P104A). ) may be included.

別の態様では、細胞におけるIL-21シグナル伝達を活性化するための系が提供され、系は、IL-21と接触する配列番号4のアミノ酸残基の1つ以上、そのような接触残基のすぐ近傍の残基、またはIL-21結合表面の立体配座に影響を及ぼすIL-21Rαの他の場所の残基の置換を含む、配列番号4に由来する修飾アミノ酸配列を含む、ネイティブIL-21への結合が損なわれたortho-IL-21Rαと、IL-21Rαと接触する配列番号2の1つ以上のアミノ酸残基、そのような接触残基のすぐ近傍の残基、またはortho-IL-21Rαがortho-IL-21に結合するIL-21Rα結合表面の立体配座に影響を及ぼすIL-21の他の場所の残基の置換を含む、配列番号2に由来する修飾アミノ酸配列を含む、ネイティブIL-21Rαへの結合が損なわれたortho-IL-21とを含む。一態様では、細胞は、哺乳動物細胞、免疫細胞、幹細胞、またはT細胞である。 In another aspect, a system is provided for activating IL-21 signaling in a cell, the system comprising one or more of the amino acid residues of SEQ ID NO: 4 that contact IL-21, such a contact residue. A native IL comprising a modified amino acid sequence derived from SEQ ID NO: 4, including substitutions of residues in the immediate vicinity of or elsewhere on IL-21Rα that affect the conformation of the IL-21 binding surface. ortho-IL-21Rα with impaired binding to IL-21Rα and one or more amino acid residues of SEQ ID NO: 2 that contact IL-21Rα, residues in the immediate vicinity of such contact residues, or ortho- Modified amino acid sequences derived from SEQ ID NO: 2 containing substitutions of residues elsewhere in IL-21 that affect the conformation of the IL-21Rα binding surface where IL-21Rα binds to ortho-IL-21. ortho-IL-21 with impaired binding to native IL-21Rα. In one aspect, the cell is a mammalian cell, immune cell, stem cell, or T cell.

本発明は、以下の図を参照することによってより容易に理解され得る。 The present invention can be more easily understood by referring to the following figures.

直交IL-21系の概略図を提供する。一番左側の挿絵は、互いに生産的に相互作用する野生型受容体およびサイトカインを示し、隣接する挿絵は、ortho-IL-21Rαとネイティブサイトカインとの間の損なわれた相互作用を示す。最も右側の挿絵は、ortho-IL-21とネイティブ(野生型)受容体との間の損なわれた相互作用を示し、隣接する挿絵は、2つの直交する分子(ortho-IL-21Rαおよびortho-IL-21)間の生産的な相互作用を示す。A schematic diagram of the orthogonal IL-21 system is provided. The leftmost illustration shows the wild-type receptor and cytokine productively interacting with each other, and the adjacent illustration shows the impaired interaction between ortho-IL-21Rα and the native cytokine. The right-most vignette shows a compromised interaction between ortho-IL-21 and the native (wild-type) receptor, and the adjacent vignette shows two orthogonal molecules (ortho-IL-21Rα and ortho- IL-21).

直交IL-21系を生成するための経路の概略図を提供する。Provides a schematic diagram of a route for generating an orthogonal IL-21 system.

単一(準飽和(sub-saturating))濃度のIL-21-TLuc16を、20個の候補ortho-IL-21Rα分子(これらはすべて、飽和濃度でウェルのStreptactinコーティング表面に結合していた)のパネルへの結合について試験した代表的なアッセイの結果を示す。20個の候補ortho-IL-21Rα分子のうちの8個は、IL-21-TLuc16に結合する能力の低下を示した。A single (sub-saturating) concentration of IL-21-TLuc16 was added to 20 candidate ortho-IL-21Rα molecules, all of which were bound to the Streptactin-coated surface of the wells at a saturating concentration. Results of a representative assay tested for binding to the panel are shown. Eight of the 20 candidate ortho-IL-21Rα molecules showed reduced ability to bind IL-21-TLuc16.

図4A~図4Eは、ある範囲の(準飽和)濃度のIL-21-TLuc16を、一連の候補ortho-IL-21Rα分子のパネルへの結合について試験した代表的なアッセイの結果を示す。パネルは、対照としての野生型受容体、および、図3において特定された8個の候補ortho-IL-21Rα分子のうちの7個を含んでいた。パネルはまた、図3に示されるものなどの結果に基づいて設計された13個のさらなる候補ortho-IL-21Rα分子を含んでいた。具体的には、8個の候補ortho-IL-21Rα分子に存在する置換を単独で、または組み合わせて、さらなる13個の候補ortho-IL-21Rα分子に導入した。21個の候補ortho-IL-21Rα分子を飽和濃度で96ウェルプレートのStreptactinコーティングウェルに添加した。図4A~図4Eは、各場合において、IL-21-TLuc16の、5個の候補ortho-IL-21Rα分子および野生型対照IL-21Rαへの結合を比較した個々のプレートについてのルミノメトリーデータを示す。さらなる13個の候補ortho-IL-21Rα分子のうちの11個は、野生型対照と比較して、IL-21-TLuc16を結合する能力の有意な低下を示した(例外は、それぞれ単一の置換M70L、F69LおよびD73Eを有する受容体RV23、RV24およびRV28である)。Figures 4A-4E show the results of a representative assay in which a range of (subsaturating) concentrations of IL-21-TLuc16 was tested for binding to a panel of candidate ortho-IL-21Rα molecules. The panel included the wild-type receptor as a control and seven of the eight candidate ortho-IL-21Rα molecules identified in FIG. 3. The panel also included 13 additional candidate ortho-IL-21Rα molecules designed based on the results such as those shown in Figure 3. Specifically, substitutions present in 8 candidate ortho-IL-21Rα molecules were introduced alone or in combination into 13 additional candidate ortho-IL-21Rα molecules. Twenty-one candidate ortho-IL-21Rα molecules were added at saturating concentrations to Streptactin-coated wells of a 96-well plate. Figures 4A-4E present luminometric data for individual plates comparing the binding of IL-21-TLuc16 to five candidate ortho-IL-21Rα molecules and a wild-type control IL-21Rα in each case. show. Eleven of the additional 13 candidate ortho-IL-21Rα molecules showed a significantly reduced ability to bind IL-21-TLuc16 compared to the wild-type control (the exceptions being each single receptors RV23, RV24 and RV28 with substitutions M70L, F69L and D73E).

図5Aおよび図5Bは、ネイティブIL-21Rα分子および図3に示されるように特定された8個の候補ortho-IL-21Rα分子を発現するBa/F3細胞によるIL-21誘導性STAT3シグナル伝達応答を示す。細胞は、STAT3調節シプリディナ・ノクティルカ(Cypridina noctiluca)ルシフェラーゼレポーター導入遺伝子を有していた。これらを、異なる濃度のネイティブIL-21に一晩(およそ20時間)曝露した後、酵素基質としてVargulinを用いて、ルミノメトリーによって、上清培地をルシフェラーゼ活性について試験した。その細胞質尾部(Δcyt)を欠く野生型IL-21Rαの形態を発現する細胞を含めて、IL-21に応答したSTAT3シグナル伝達が、予想されるように、受容体の細胞質尾部に依存したことを示した。Figures 5A and 5B depict IL-21-induced STAT3 signaling responses by Ba/F3 cells expressing native IL-21Rα molecules and eight candidate ortho-IL-21Rα molecules identified as shown in Figure 3. shows. The cells had a STAT3-regulated Cypridina noctiluca luciferase reporter transgene. After exposing them to different concentrations of native IL-21 overnight (approximately 20 hours), the supernatant medium was tested for luciferase activity by luminometry using Vargulin as the enzyme substrate. We show that STAT3 signaling in response to IL-21 was dependent on the cytoplasmic tail of the receptor, as expected, including in cells expressing a form of wild-type IL-21Rα lacking its cytoplasmic tail (Δcyt). Indicated.

図6A~図6Tは、ネイティブIL-21Rα分子および図3に示されるように特定された8個の候補ortho-IL-21Rα分子を介してシグナル伝達を誘導するネイティブIL-21および候補ortho-IL-21分子の能力を示す。図5に関して記載されるように、ルミノメトリーを使用して、ネイティブIL-21Rα分子または候補ortho-IL-21Rα分子の発現を付与するために使用される同じトランスポゾンに存在するSTAT3依存性ルシフェラーゼレポーター導入遺伝子を有するトランスフェクトBa/F3細胞によって産生されるルシフェラーゼを定量した。細胞を、増加する濃度の候補ortho-IL-21分子に一晩(およそ20時間)曝露した後、上清培養培地をルシフェラーゼ活性について試験した。Figures 6A-6T show native IL-21 and candidate ortho-ILs inducing signaling through the native IL-21Rα molecule and eight candidate ortho-IL-21Rα molecules identified as shown in Figure 3. - Shows the ability of 21 molecules. Introduction of a STAT3-dependent luciferase reporter present in the same transposon used to confer expression of native IL-21Rα molecules or candidate ortho-IL-21Rα molecules using luminometry as described with respect to Figure 5. Luciferase produced by transfected Ba/F3 cells carrying the gene was quantified. After exposing cells to increasing concentrations of candidate ortho-IL-21 molecules overnight (approximately 20 hours), the supernatant culture medium was tested for luciferase activity.

図7A~図7Dは、ネイティブIL-21Rα分子および選択された候補ortho-IL-21Rα分子を介してシグナル伝達を誘導する、図6に示される集合からのネイティブIL-21分子および選択された候補ortho-IL-21分子の能力を示す。Ba/F3細胞(STAT3-ルシフェラーゼレポーター導入遺伝子をさらに有する、トランスポゾンからのネイティブIL-21Rα分子または候補ortho-IL-21分子を発現する)を、増加する濃度の示された候補ortho-IL-21分子に曝露(およそ20時間)した後、上清培地を回収し、これを、図5および図6のように、ルミノメトリーによってルシフェラーゼ活性について試験した。Figures 7A-7D depict native IL-21 molecules and selected candidates from the collection shown in Figure 6 inducing signaling through native IL-21Rα molecules and selected candidate ortho-IL-21Rα molecules. Demonstrates the potential of ortho-IL-21 molecules. Ba/F3 cells (expressing native IL-21Rα molecules or candidate ortho-IL-21 molecules from a transposon, further carrying a STAT3-luciferase reporter transgene) were treated with increasing concentrations of the indicated candidate ortho-IL-21. After exposure to molecules (approximately 20 hours), supernatant medium was collected and tested for luciferase activity by luminometry as in FIGS. 5 and 6.

図8A、図8Bおよび図8Cは、それぞれアミノ酸置換M70G/Y129F(配列番号19)またはM70I/D73E/Q33H(配列番号12)を含む野生型IL-21Rα(図8A)または候補ortho-IL-21Rα分子RV13(図8B)またはRV6(図8C)を発現するBa/F3細胞において、STAT3依存性シグナル伝達応答を誘導する能力について96個のサイトカインの集合を試験した代表的なスクリーニング実験の結果を示す。図5および図6に関して記載されるように、ルミノメトリーを使用して、ネイティブIL-21Rα分子または候補ortho-IL-21Rα分子の発現を付与するために使用される同じトランスポゾンに存在するSTAT3依存性ルシフェラーゼレポーター導入遺伝子を有するトランスフェクトBa/F3細胞によって産生されるルシフェラーゼを定量した。細胞を、増加する濃度の候補ortho-IL-21分子に一晩(およそ20時間)曝露した後、上清培養培地をルシフェラーゼ活性について試験した。点線はサイトカイン集合についての応答曲線を示し、目的の5種のサイトカイン(野生型IL-21、陰性対照CV22、ならびに候補ortho-IL-21分子CV204、CV374およびCV388)によって引き起こされる応答は、実線および記号で強調されている。Figures 8A, 8B and 8C show wild type IL-21Rα (Figure 8A) or candidate ortho-IL-21Rα containing amino acid substitutions M70G/Y129F (SEQ ID NO: 19) or M70I/D73E/Q33H (SEQ ID NO: 12), respectively. Figure 8 shows the results of a representative screening experiment in which a collection of 96 cytokines were tested for their ability to induce STAT3-dependent signaling responses in Ba/F3 cells expressing the molecules RV13 (Figure 8B) or RV6 (Figure 8C). . STAT3 dependence present on the same transposon used to confer expression of native IL-21Rα molecules or candidate ortho-IL-21Rα molecules using luminometry as described with respect to FIGS. 5 and 6. Luciferase produced by transfected Ba/F3 cells with a luciferase reporter transgene was quantified. After exposing cells to increasing concentrations of candidate ortho-IL-21 molecules overnight (approximately 20 hours), the supernatant culture medium was tested for luciferase activity. The dotted lines indicate the response curves for cytokine assembly, and the responses evoked by the five cytokines of interest (wild-type IL-21, negative control CV22, and candidate ortho-IL-21 molecules CV204, CV374, and CV388) are indicated by the solid lines and highlighted with symbols.

図9Aおよび図9Bは、野生型IL-21Rα(図9A)およびアミノ酸置換M70G/Y129F(配列番号19)を含む候補ortho-IL-21Rα RV13(図9B)を介してシグナル伝達を誘導するネイティブIL-21分子および候補ortho-IL-21分子の能力を示す。図5および図6に関して記載されるように、ルミノメトリーを使用して、ネイティブIL-21Rα分子または候補ortho-IL-21Rα分子の発現を付与するために使用される同じトランスポゾンに存在するSTAT3依存性ルシフェラーゼレポーター導入遺伝子を有するトランスフェクトBa/F3細胞によって産生されるルシフェラーゼを定量した。細胞を、増加する濃度の候補ortho-IL-21分子に一晩(およそ20時間)曝露した後、上清培養培地をルシフェラーゼ活性について試験した。Figures 9A and 9B show that native IL-21Rα induces signaling through wild-type IL-21Rα (Figure 9A) and candidate ortho-IL-21Rα RV13 containing amino acid substitutions M70G/Y129F (SEQ ID NO: 19) (Figure 9B). -21 molecule and candidate ortho-IL-21 molecules. STAT3 dependence present on the same transposon used to confer expression of native IL-21Rα molecules or candidate ortho-IL-21Rα molecules using luminometry as described with respect to FIGS. 5 and 6. Luciferase produced by transfected Ba/F3 cells with a luciferase reporter transgene was quantified. After exposing cells to increasing concentrations of candidate ortho-IL-21 molecules overnight (approximately 20 hours), the supernatant culture medium was tested for luciferase activity.

図10A、図10Bおよび図10Cは、野生型IL-21Rα(図10A)、アミノ酸置換M70G/Y129F(配列番号19)を含む候補ortho-IL-21Rα RV13(図10B)、およびアミノ酸置換M70G(配列番号27)を含む候補ortho-IL-21Rα RV22(図10C)を介してシグナル伝達を誘導するネイティブIL-21分子および候補ortho-IL-21分子の能力を示す。図5および図6に関して記載されるように、ルミノメトリーを使用して、ネイティブIL-21Rα分子または候補ortho-IL-21Rα分子の発現を付与するために使用される同じトランスポゾンに存在するSTAT3依存性ルシフェラーゼレポーター導入遺伝子を有するトランスフェクトBa/F3細胞によって産生されるルシフェラーゼを定量した。細胞を、増加する濃度の候補ortho-IL-21分子に一晩(およそ20時間)曝露した後、上清培養培地をルシフェラーゼ活性について試験した。Figures 10A, 10B and 10C show wild-type IL-21Rα (Figure 10A), candidate ortho-IL-21Rα RV13 containing amino acid substitution M70G/Y129F (SEQ ID NO: 19) (Figure 10B), and amino acid substitution M70G (SEQ ID NO: 19). Figure 10C shows the ability of native and candidate ortho-IL-21 molecules to induce signaling through candidate ortho-IL-21Rα RV22 (Figure 10C), including candidate ortho-IL-21Rα RV22 (No. 27). STAT3 dependence present on the same transposon used to confer expression of native IL-21Rα molecules or candidate ortho-IL-21Rα molecules using luminometry as described with respect to FIGS. 5 and 6. Luciferase produced by transfected Ba/F3 cells with a luciferase reporter transgene was quantified. After exposing cells to increasing concentrations of candidate ortho-IL-21 molecules overnight (approximately 20 hours), the supernatant culture medium was tested for luciferase activity.

直交IL-21受容体および直交IL-21サイトカインが提供される。直交IL-21受容体:サイトカイン対は、ネイティブIL-21への結合が損なわれたortho-IL-21RαおよびネイティブIL-21Rαへの結合が損なわれたortho-IL-21を含み得、ortho-IL-21Rαはortho-IL-21に結合する。直交IL-21受容体-サイトカイン対は、細胞におけるシグナル伝達応答を活性化するために使用され得る。シグナル伝達応答は、IL-21受容体の通常下流にあるネイティブのもの、または非ネイティブIL-21受容体および/または他の非ネイティブ細胞成分に依存する代替のものであり得る。直交IL-21受容体を発現するように操作された細胞、ならびにそのような細胞を様々な疾患および障害の処置のために使用するための方法も提供される。 Orthogonal IL-21 receptors and orthogonal IL-21 cytokines are provided. Orthogonal IL-21 receptor: cytokine pairs may include ortho-IL-21Rα, which is impaired in binding to native IL-21, and ortho-IL-21, which is impaired in binding to native IL-21Rα, and ortho-IL-21, which is impaired in binding to native IL-21Rα, IL-21Rα binds to ortho-IL-21. Orthogonal IL-21 receptor-cytokine pairs can be used to activate signaling responses in cells. The signaling response may be native, normally downstream of the IL-21 receptor, or alternatively dependent on non-native IL-21 receptors and/or other non-native cellular components. Also provided are cells engineered to express orthogonal IL-21 receptors, and methods for using such cells for the treatment of various diseases and disorders.

定義
本明細書に記載の用語は、説明のためのものにすぎず、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「a」、「an」および「the」は、特に明記されない限り、それらの複数形を含む。
DEFINITIONS The terms described herein are for purposes of explanation only and should not be construed as limiting the invention. As used in the specification and the appended claims, the singular forms "a,""an," and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

「処置する」、「処置すること」、「処置」などは、少なくとも1つの症候の軽減または抑制による状態の改善、疾患の進行の遅延などを含む、がんなどの疾患または障害に罹患した対象に利益を提供する任意の行為を指す。 "Treat," "treating," "treatment," etc. refers to a subject suffering from a disease or disorder, such as cancer, including ameliorating the condition by alleviating or suppressing at least one symptom, slowing the progression of the disease, etc. Refers to any act that provides benefits to

「有効量」および「治療有効量」という語句は、対象において有効な処置を提供するのに十分な、本発明の実施において使用される組成物の量を指す。 The phrases "effective amount" and "therapeutically effective amount" refer to an amount of a composition used in the practice of this invention that is sufficient to provide effective treatment in a subject.

「野生型」、「WT」および「ネイティブ」は、本明細書では互換的に使用され、対立遺伝子変異を含む、自然界に見られるアミノ酸配列またはヌクレオチド配列を意味する。WTタンパク質、ポリペプチド、抗体、免疫グロブリン、IgGなどは、自然界に通常見られるものに対応するアミノ酸配列またはヌクレオチド配列を有し、意図的に修飾されていない。 "Wild type," "WT" and "native" are used interchangeably herein and refer to an amino acid or nucleotide sequence found in nature, including allelic variations. A WT protein, polypeptide, antibody, immunoglobulin, IgG, etc. has an amino acid or nucleotide sequence that corresponds to that normally found in nature and is not intentionally modified.

「ポリヌクレオチド」という用語は、オリゴヌクレオチド、ヌクレオチド、もしくはこれらのいずれかの断片;一本鎖もしくは二本鎖であってもよく、センス鎖もしくはアンチセンス鎖を表してもよい、ゲノムもしくは合成起源のDNAもしくはRNA(例えば、mRNA、rRNA、tRNA);ペプチド核酸;または、任意のDNA様もしくはRNA様材料を指し、天然由来であるか合成由来であるかを問わない。この用語はまた、天然ヌクレオチドの公知のアナログを含有する核酸、例えばオリゴヌクレオチド、ならびに合成骨格を有する核酸様構造も包含し得る。 The term "polynucleotide" refers to oligonucleotides, nucleotides, or fragments of any of these; of genomic or synthetic origin, which may be single-stranded or double-stranded, and which may represent a sense or antisense strand; DNA or RNA (eg, mRNA, rRNA, tRNA); peptide nucleic acids; or any DNA-like or RNA-like material, whether naturally or synthetically derived. The term can also encompass nucleic acids, such as oligonucleotides, containing known analogs of natural nucleotides, as well as nucleic acid-like structures with synthetic backbones.

「ポリペプチド」という用語は、オリゴペプチド、ペプチドもしくはタンパク質配列、またはこれらのいずれかの断片、部分もしくはサブユニット、および天然に存在する分子または合成分子を指す。「ポリペプチド」という用語はまた、ペプチド結合または修飾ペプチド結合によって互いに接合されたアミノ酸、すなわちペプチドアイソスターも含み、任意の種類の修飾アミノ酸を含有し得る。「ポリペプチド」という用語はまた、ペプチドおよびポリペプチド断片、モチーフなども含む。タンパク質またはペプチド「鎖」は、より大きなタンパク質またはタンパク質複合体の別個のサブユニットを指す。 The term "polypeptide" refers to an oligopeptide, peptide or protein sequence, or a fragment, portion or subunit of any of these, and naturally occurring or synthetic molecules. The term "polypeptide" also includes amino acids joined to each other by peptide bonds or modified peptide bonds, ie, peptide isosteres, and may contain modified amino acids of any kind. The term "polypeptide" also includes peptides and polypeptide fragments, motifs, and the like. A protein or peptide "chain" refers to a separate subunit of a larger protein or protein complex.

「ホモログ」とは、他の種からのものなどの対応するタンパク質(例えば、IL-21Rα)が、そのようなホモログペプチドがそれらのそれぞれの公知の活性を保持する限り、ヒトタンパク質に対して全体的なタンパク質(すなわち、成熟タンパク質)レベルで実質的に相同であることを意味する。35%~99%の様々なレベルの相同性が存在し得る。 "Homologue" means that the corresponding protein (e.g., IL-21Rα), such as from another species, has an overall effect on the human protein, as long as such homologue peptides retain their respective known activities. Substantially homologous at the primary protein (i.e., mature protein) level. There may be varying levels of homology from 35% to 99%.

「アミノ酸修飾」という用語は、ポリペプチド配列におけるアミノ酸の置換、挿入または欠失を含む。「アミノ酸置換」または「置換」とは、親ポリペプチド配列の特定の位置のアミノ酸を別のアミノ酸で置き換えることを意味する。例えば、置換R94Kは、位置94のアルギニンがリジンで置き換えられた修飾ポリペプチドを指す。先の例について、94Kは、位置94のリジンによる置換を示す。複数の置換は、典型的には、スラッシュまたはコンマで区切られる。例えば、R94K/L78Vおよび[R94K,L78V]は、置換R94KおよびL78Vを含む二重バリアントを指す。「アミノ酸挿入」または「挿入」とは、親ポリペプチド配列の特定の位置にアミノ酸を付加することを意味する。例えば、挿入-94は、位置94における挿入を示す。「アミノ酸欠失」または「欠失」とは、親ポリペプチド配列の特定の位置のアミノ酸の除去を意味する。例えば、R94-は、位置94におけるアルギニンの欠失を示す。 The term "amino acid modification" includes amino acid substitutions, insertions or deletions in a polypeptide sequence. "Amino acid substitution" or "substitution" refers to replacing an amino acid at a particular position in a parent polypeptide sequence with another amino acid. For example, substitution R94K refers to a modified polypeptide in which arginine at position 94 is replaced with lysine. For the previous example, 94K indicates substitution of position 94 with lysine. Multiple substitutions are typically separated by slashes or commas. For example, R94K/L78V and [R94K,L78V] refer to a double variant containing the substitutions R94K and L78V. "Amino acid insertion" or "insertion" refers to the addition of an amino acid at a particular position in a parent polypeptide sequence. For example, insertion-94 indicates an insertion at position 94. "Amino acid deletion" or "deletion" refers to the removal of an amino acid at a particular position in a parent polypeptide sequence. For example, R94- indicates a deletion of arginine at position 94.

「保存的修飾」および「保存的配列修飾」という語句は、アミノ酸配列を含有するポリペプチドの結合特性に有意に影響を及ぼさないか、または変化させないアミノ酸修飾を指す。そのような保存的修飾は、アミノ酸の置換、挿入および欠失を含む。修飾は、部位特異的変異誘発およびPCR媒介変異誘発などの当技術分野で公知の標準的な技術によって、またはDNA合成によってタンパク質に導入することができる。保存的アミノ酸置換は、アミノ酸残基が類似の側鎖を有するアミノ酸残基で置き換えられたものである。類似の側鎖を有するアミノ酸残基のファミリーは、当技術分野で定義されている。これらのファミリーは、塩基性側鎖(例えば、リジン、アルギニン、ヒスチジン)、酸性側鎖(例えば、アスパラギン酸、グルタミン酸)、非荷電極性側鎖(例えば、グリシン、アスパラギン、グルタミン、セリン、トレオニン、チロシン、システイン、トリプトファン)、非極性側鎖(例えば、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン)、ベータ分岐側鎖(例えば、トレオニン、バリン、イソロイシン)、および芳香族側鎖(例えば、チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、ヒスチジン)を有するアミノ酸を含む。 The phrases "conservative modifications" and "conservative sequence modifications" refer to amino acid modifications that do not significantly affect or change the binding properties of the polypeptide containing the amino acid sequence. Such conservative modifications include amino acid substitutions, insertions and deletions. Modifications can be introduced into proteins by standard techniques known in the art, such as site-directed mutagenesis and PCR-mediated mutagenesis, or by DNA synthesis. A conservative amino acid substitution is one in which the amino acid residue is replaced with an amino acid residue having a similar side chain. Families of amino acid residues with similar side chains have been defined in the art. These families include basic side chains (e.g. lysine, arginine, histidine), acidic side chains (e.g. aspartic acid, glutamic acid), uncharged polar side chains (e.g. glycine, asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine). , cysteine, tryptophan), nonpolar side chains (e.g., alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, phenylalanine, methionine), beta-branched side chains (e.g., threonine, valine, isoleucine), and aromatic side chains (e.g., Contains amino acids such as tyrosine, phenylalanine, tryptophan, and histidine).

通常、ペプチドの保存的置換バリアント、ホモログおよびアナログは、開示された配列と少なくとも約35%、少なくとも約45%、少なくとも約55%、少なくとも約65%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、または少なくとも約96%~99%のアミノ酸配列同一性を有する。Rost B.Twilight zone of protein sequence alignments.Protein Eng.1999;12(2):85-94.doi:10.1093/protein/12.2.85. Generally, conservatively substituted variants, homologues and analogs of peptides will differ from the disclosed sequence by at least about 35%, at least about 45%, at least about 55%, at least about 65%, at least about 75%, at least about 80%, at least have about 85%, at least about 90%, at least about 95%, or at least about 96%-99% amino acid sequence identity. RostB. Twilight zone of protein sequence alignments. Protein Eng. 1999;12(2):85-94. doi:10.1093/protein/12.2.85.

そのような配列に対する同一性または相同性は、本明細書では、最大パーセント相同性を達成するために配列を整列させ、必要に応じてギャップを導入した後、配列同一性の一部として保存的置換を考慮せずに、公知のペプチドと同一である候補配列中のアミノ酸残基のパーセンテージとして定義される。ペプチド配列へのN末端、C末端または内部の伸長、欠失または挿入は、相同性に影響を及ぼすと解釈されるべきではない。 Identity or homology to such sequences is defined herein as being conservative as part of sequence identity after aligning the sequences and introducing gaps as necessary to achieve maximum percent homology. It is defined as the percentage of amino acid residues in a candidate sequence that are identical to a known peptide, without considering substitutions. N-terminal, C-terminal or internal extensions, deletions or insertions into the peptide sequence shall not be construed as affecting homology.

ガンマ鎖(γc)サイトカインは、同族サイトカイン受容体複合体が共通のサイトカイン受容体ガンマ鎖(γc)を含む任意のサイトカインを意味する。γcサイトカインは、IL-2、IL-4、IL-7、IL-9、IL-15およびIL-21を含む。 Gamma chain (γc) cytokine refers to any cytokine whose cognate cytokine receptor complex contains a common cytokine receptor gamma chain (γc). γc cytokines include IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15 and IL-21.

直交サイトカイン:受容体対は、互いに効果的に相互作用する(すなわち、細胞において生理学的に必然のシグナル伝達応答を開始するために使用され得るように)が、それらの天然の対応物と相互作用する能力が有意に損なわれている天然のサイトカイン:受容体対のバリアントを指す。直交サイトカインは、変異したもしくは他の方法で修飾された天然サイトカイン(「ムテイン」)、または直交サイトカイン受容体上のアゴニストとして作用する完全合成タンパク質(「シンテキン(synthekine)」と呼ばれることもある)のいずれかであり得る。直交サイトカイン(ムテインであろうとシンテキンであろうと)は、野生型サイトカイン受容体に対するアゴニスト活性を示さないか、または減弱されたアゴニスト活性を示すのみである。 Orthogonal cytokines: receptor pairs that interact effectively with each other (i.e., so that they can be used to initiate physiologically necessary signaling responses in cells), but not with their natural counterparts. refers to a variant of a naturally occurring cytokine:receptor pair that is significantly impaired in its ability to Orthogonal cytokines are naturally occurring cytokines that have been mutated or otherwise modified (“muteins”) or fully synthetic proteins (sometimes called “synthekins”) that act as agonists on orthogonal cytokine receptors. It can be either. Orthogonal cytokines (whether muteins or syntekins) exhibit no agonist activity or only attenuated agonist activity towards wild-type cytokine receptors.

したがって、直交サイトカイン:受容体対は、(a)ネイティブのサイトカインまたは同族受容体への結合を欠くかまたは低減するように、および(b)操作された(直交)リガンドまたは受容体の対応物に特異的に結合するようにアミノ酸変化によって修飾される遺伝子操作されたタンパク質対を含み得る。直交サイトカインが結合すると、直交受容体は、ネイティブの細胞要素を介して形質導入されるシグナル伝達を活性化して、ネイティブの応答を模倣するが、直交受容体を発現する操作された細胞に特異的な生物学的活性を提供する。非ネイティブ受容体または細胞要素(例えば、受容体中の非ネイティブ細胞質ドメイン)は、シグナル伝達応答を修飾するために含まれ得る。直交受容体は、直交サイトカインのネイティブの対応物を含む、いかなる内因性サイトカインにも結合しないか、または減弱された意欲でのみ結合し、直交サイトカインは、直交受容体のネイティブの対応物を含む、いかなる内因性受容体にも結合しないか、または減弱された意欲でのみ結合する。いくつかの態様では、直交受容体に対する直交サイトカインの親和性は、ネイティブ受容体に対するネイティブサイトカインの親和性に匹敵し、例えば、ネイティブサイトカイン受容体対の親和性の少なくとも約1%、少なくとも約5%、少なくとも約10%、少なくとも約25%、少なくとも約50%、少なくとも約75%、少なくとも約100%であり、ネイティブ受容体に対するネイティブサイトカインの親和性より高い、例えば、2倍、3倍、4倍、5倍、10倍またはそれ以上であり得る親和性を有する。 Thus, an orthogonal cytokine:receptor pair is one that has been engineered (a) to lack or reduce binding to the native cytokine or cognate receptor, and (b) to an engineered (orthogonal) ligand or receptor counterpart. It may include pairs of genetically engineered proteins that are modified by amino acid changes to specifically bind. Upon binding of orthogonal cytokines, orthogonal receptors activate signaling that is transduced through native cellular elements to mimic the native response, but specific to engineered cells expressing orthogonal receptors. provides biological activity. Non-native receptors or cellular elements (eg, non-native cytoplasmic domains in receptors) can be included to modify the signaling response. The orthogonal receptors do not bind, or bind only with reduced willingness, to any endogenous cytokines, including the native counterparts of the orthogonal cytokines, and the orthogonal cytokines include the native counterparts of the orthogonal receptors. It does not bind to any endogenous receptors or binds only with reduced motivation. In some embodiments, the affinity of the orthogonal cytokine for the orthogonal receptor is comparable to the affinity of the native cytokine for the native receptor, e.g., at least about 1%, at least about 5% of the affinity of the native cytokine receptor pair. , at least about 10%, at least about 25%, at least about 50%, at least about 75%, at least about 100%, greater than the affinity of the native cytokine for the native receptor, e.g., 2-fold, 3-fold, 4-fold. , with an affinity that may be 5-fold, 10-fold or more.

「候補」という用語は、直交タンパク質(IL-21またはIL-21Rα)の認定に使用される場合、原型状態または発達状態を推論する。分析手順は、候補タンパク質が所望の程度の結合特権および直交機能性を有することが分かった場合、認定を除去することができる。 The term "candidate" when used to qualify an orthogonal protein (IL-21 or IL-21Rα) infers a prototypical or developmental state. The analysis procedure can remove qualification if the candidate protein is found to have the desired degree of binding privilege and orthogonal functionality.

本明細書で使用される場合、「結合しない/結合しない」および「結合することができない」という語句は、検出可能な結合がないこと、またはわずかな結合、すなわち天然リガンドの結合親和性よりもはるかに低い結合親和性を有することを指す。「損なわれた結合」とは、対応する野生型成分(例えば、サイトカインおよび受容体)間の結合の正常レベルよりも低い結合を指す。 As used herein, the phrases "does not bind/do not bind" and "cannot bind" refer to no detectable binding, or insignificant binding, i.e., less than the binding affinity of the natural ligand. refers to having a much lower binding affinity. "Compromised binding" refers to lower than normal levels of binding between corresponding wild-type components (eg, cytokines and receptors).

本発明は、サイトカインのγcファミリーのメンバーであるIL-21に基づく直交サイトカイン系を含む。IL-21は、IL-2と構造的に関連しており、IL-21Rαおよびγcからなる二量体受容体を介してシグナル伝達する。IL-2受容体はSTAT5が支配的なシグナル伝達応答を促進するが、STAT3はIL-21応答を支配する。IL-21は、養子細胞治療(「ACT」)、特にCAR T細胞を使用するACTにおいて良好な転帰と相関するT細胞分化の形態を促進し、様々な腫瘍モデル系においてIL-2と比較して増強された抗腫瘍特性を示す。結果として、IL-21は、IL-2よりもACTのためのより良好な補助剤であることを証明し得る。したがって、一態様では、1)ネイティブIL-21Rαに対する結合が損なわれたortho-IL-21、および2)ortho-IL-21を結合することができるが、ネイティブIL-21に対する損なわれた結合を示すortho-IL-21Rαを含むIL-21直交系が提供される(図1;図2、経路A)。 The present invention includes an orthogonal cytokine system based on IL-21, a member of the γc family of cytokines. IL-21 is structurally related to IL-2 and signals through a dimeric receptor consisting of IL-21Rα and γc. The IL-2 receptor promotes a STAT5-dominated signaling response, whereas STAT3 dominates the IL-21 response. IL-21 promotes a form of T cell differentiation that correlates with favorable outcomes in adoptive cell therapy (“ACT”), particularly ACT using CAR T cells, and compared to IL-2 in various tumor model systems. It exhibits enhanced anti-tumor properties. As a result, IL-21 may prove to be a better adjuvant for ACT than IL-2. Thus, in one aspect, 1) ortho-IL-21 has impaired binding to native IL-21Rα, and 2) is capable of binding ortho-IL-21 but has impaired binding to native IL-21. An IL-21 orthogonal system containing ortho-IL-21Rα is provided (FIG. 1; FIG. 2, Pathway A).

直交インターロイキン-21受容体
一態様では、直交インターロイキン-21受容体が提供される。直交インターロイキン-21受容体は、タンパク質全体を構成する鎖のいずれかの修飾を含み得る。いくつかの態様では、ortho-IL-21Rαが提供される。ortho-IL-21Rαは、野生型ヒトIL-21Rα(配列番号4-シグナルペプチドを欠く成熟形態のヒトIL-21Rα)に由来する修飾アミノ酸配列を含む。ortho-IL-21Rαは、ortho-IL-21に結合するが、ネイティブIL-21への結合が損なわれている。ヒトIL-21Rαは配列番号3で表される。
Orthogonal Interleukin-21 Receptors In one aspect, orthogonal interleukin-21 receptors are provided. Orthogonal interleukin-21 receptors may contain modifications of any of the chains that make up the entire protein. In some embodiments, ortho-IL-21Rα is provided. ortho-IL-21Rα contains a modified amino acid sequence derived from wild-type human IL-21Rα (SEQ ID NO: 4 - the mature form of human IL-21Rα lacking the signal peptide). Ortho-IL-21Rα binds ortho-IL-21 but is impaired in binding to native IL-21. Human IL-21Rα is represented by SEQ ID NO:3.

いくつかの態様では、修飾アミノ酸配列は、IL-21と接触する配列番号4のアミノ酸残基、そのような接触残基のすぐ近傍の残基、またはIL-21結合表面の立体配座に影響を及ぼすIL-21Rαの他の場所の残基のうちの1つ以上の置換を含む。すぐ近傍内のアミノ酸は、一次タンパク質配列中の接触残基の1、2、3、4または5アミノ酸以内のアミノ酸、または三次タンパク質構造中の同様に近くのアミノ酸残基である。いくつかの態様では、ortho-IL-21Rαは、配列番号6に対して番号付けされた、Y10、Q33、Q35、Y36、E38、L39、F67、H68、F69、M70、A71、D72、D73、I74、L94、A96、E97、P126、A127、Y129、M130、K134、S190もしくはY191、またはそれらの組み合わせの位置のアミノ酸置換を含む。 In some embodiments, the modified amino acid sequence affects the conformation of the amino acid residues of SEQ ID NO: 4 that contact IL-21, the residues in the immediate vicinity of such contact residues, or the IL-21 binding surface. including one or more substitutions of residues elsewhere in IL-21Rα that affect the Amino acids within the immediate vicinity are amino acids within 1, 2, 3, 4 or 5 amino acids of the contacting residue in the primary protein sequence, or similarly nearby amino acid residues in the tertiary protein structure. In some aspects, ortho-IL-21Rα is Y10, Q33, Q35, Y36, E38, L39, F67, H68, F69, M70, A71, D72, D73, numbered relative to SEQ ID NO:6. Includes amino acid substitutions at positions I74, L94, A96, E97, P126, A127, Y129, M130, K134, S190 or Y191, or combinations thereof.

IL-21の直交バージョンを作製するための1つの戦略は、IL-21Rαを、IL-21に対する結合能が低減されるように最初に変異させることを含む。20個のIL-21Rαアミノ酸が、990Åの結合表面内でIL-21と有意に直接接触する。これらの20残基のいずれかを変異させることにより、受容体がIL-21に正常に結合する能力が損なわれ得る。例えば、IL-21Rαの位置70のメチオニン残基は、結合相互作用に対する主要な寄与因子として特定されている。この残基の大きな疎水性側鎖は、大部分が親水性残基(アルギニン-9、グルタミン-12、アルギニン-76、リジン-73、およびイソロイシン-16)から構成されるIL-21ポケットに嵌合し、その一部を、IL-21Rαとの接触を改善するために(特に、IL-21のアルギニン-9およびアルギニン-76は、それぞれIL-21Rαのアスパラギン酸-72およびアスパラギン酸-73と接触する)再配置する。メチオニン-70を異なる残基に変更することにより、これらの接触の一部が減弱または失われるようにこの再配置を調節することができる。IL-21Rαのアスパラギン酸-72またはアスパラギン酸-73を変化させることは、相互作用の結合自由エネルギーも低下させる可能性があり、その結果、IL-21(例えば、位置9および76において)の補償的変化がそれを回復させるために必要とされるであろう。 One strategy for creating orthogonal versions of IL-21 involves first mutating IL-21Rα so that its ability to bind to IL-21 is reduced. The 20 IL-21Rα amino acids make significant direct contact with IL-21 within the 990 Å 2 binding surface. Mutating any of these 20 residues can impair the receptor's ability to bind IL-21 normally. For example, the methionine residue at position 70 of IL-21Rα has been identified as a major contributor to binding interactions. The large hydrophobic side chain of this residue fits into the IL-21 pocket, which is composed mostly of hydrophilic residues (arginine-9, glutamine-12, arginine-76, lysine-73, and isoleucine-16). in order to improve contact with IL-21Rα (in particular, arginine-9 and arginine-76 of IL-21 are combined with aspartate-72 and aspartate-73 of IL-21Rα, respectively). (contact) reposition. By changing methionine-70 to a different residue, this rearrangement can be adjusted so that some of these contacts are attenuated or lost. Altering aspartate-72 or aspartate-73 of IL-21Rα may also lower the binding free energy of interaction, resulting in compensation of IL-21 (e.g., at positions 9 and 76). changes will be required to restore it.

IL-21のヘリックスCは、サイトカインの遊離構造において2つの互換的状態(一方は無秩序であり、他方はα-ヘリックスである)で存在する。α-ヘリックス形態は、CDループの最初の部分と同様に、IL-21とIL-21Rαとの複合体において安定化される。IL-21のヘリックスCは、IL-21Rαのメチオニン-70に近位の上述のリジン-73およびアルギニン-76を含む。IL-21のCDループは、IL-21Rαのチロシン-36のためのポケットを集合的に形成するリジン-77、プロリン-79およびセリン-80を含み、リジン-77はまた、IL-21Rαのグルタミン酸-38とイオン接触する。CDループアミノ酸配列をIL-4に見出される類似の配列に変更することにより、細胞アッセイを使用して測定されるIL-21効力の10倍の増強がもたらされる。この観察は、有意な結合エネルギーがIL-21のヘリックスCの安定化に費やされることを示唆する。さらに、IL-21Rαのグルタミン酸-38およびチロシン-36への変化は、ヘリックスCまたはCDループにおけるIL-21への補償的変化によって可逆的であり得る様式でIL-21結合に有意に影響を及ぼし得ることを示唆する。 Helix C of IL-21 exists in two interchangeable states in the free structure of the cytokine, one disordered and the other α-helical. The α-helical form, like the first part of the CD loop, is stabilized in the complex of IL-21 and IL-21Rα. Helix C of IL-21 contains the aforementioned lysine-73 and arginine-76 proximal to methionine-70 of IL-21Rα. The CD loop of IL-21 contains lysine-77, proline-79, and serine-80 that collectively form a pocket for tyrosine-36 of IL-21Rα, and lysine-77 also contains glutamic acid of IL-21Rα. -38 comes into ionic contact. Changing the CD loop amino acid sequence to a similar sequence found in IL-4 results in a 10-fold enhancement of IL-21 potency measured using a cellular assay. This observation suggests that significant binding energy is spent stabilizing helix C of IL-21. Furthermore, changes in IL-21Rα to glutamate-38 and tyrosine-36 significantly affect IL-21 binding in a manner that may be reversible by compensatory changes to IL-21 in helix C or CD loops. Suggest getting.

個別のトリ配列モチーフが直交IL-21系の設計に使用され得る。IL-21の44個の利用可能なトリ配列のうち、39個はヒトおよびマウスと比較して有意に(6残基)短縮されたCDループを有する。74個の利用可能なトリIL-21Rα配列のすべてにチロシン-36が存在しないことと合わせて、これは、トリIL-21のヘリックスCがヒトIL-21のヘリックスCとは別個の様式でその受容体と係合する可能性が高いことを示唆する。これはまた、直交IL-21系を構築するための上記の結合残基に対する修飾のためのさらなる基礎を提供する。 Individual avian sequence motifs can be used in the design of orthogonal IL-21 systems. Of the 44 available avian sequences of IL-21, 39 have a significantly (6 residues) shortened CD loop compared to human and mouse. Together with the absence of tyrosine-36 in all of the 74 available avian IL-21Rα sequences, this suggests that helix C of avian IL-21 is distinct from helix C of human IL-21. This suggests that it is likely to engage with the receptor. This also provides a further basis for modifications to the above binding residues to construct orthogonal IL-21 systems.

構造的考察に基づいて、ネイティブIL-21に対するその結合が損なわれるようにIL-21Rαを変化させるように修飾され得る候補アミノ酸が特定され得る。しかしながら、これらの変化は、IL-21の補償的変化(すなわち、ortho-IL-21Rαへの結合を回復させるIL-21の変化)と非適合性ではない性質のものでなければならない。結合を回復させるために必要とされる補償的変化の数が、あまりに大きい工学的課題を提示するか、またはサイトカイン機能と適合しない可能性があるので(例えば、γc結合が失われるため、またはサイトカインもしくはサイトカイン受容体が不安定になるため、発現が困難になるため、免疫原性になるため、もしくは薬理学的に問題になるため)、その立体配座に大きな変化をもたらすIL-21Rαの変化は、望ましくない。 Based on structural considerations, candidate amino acids can be identified that can be modified to alter IL-21Rα such that its binding to native IL-21 is impaired. However, these changes must be of a nature that is not incompatible with compensatory changes in IL-21 (ie, changes in IL-21 that restore binding to ortho-IL-21Rα). Because the number of compensatory changes required to restore binding may present too great an engineering challenge or be incompatible with cytokine function (e.g., due to loss of γc binding or or changes in IL-21Rα that result in major changes in its conformation (because the cytokine receptor becomes unstable, difficult to express, immunogenic, or pharmacologically problematic). is undesirable.

IL-21への結合の喪失についてortho-IL-21Rαをスクリーニングするために、少なくとも2種類のアッセイを使用することができる。1つは直接結合アッセイであり、これは精製タンパク質および表面プラズモン共鳴法(「SPR」)またはバイオレイヤー干渉法(「BLI」)などの高感度の生物物理学的分析手順を使用して実行することができる。別のアッセイは、適切な細胞株を含む機能アッセイである。Ba/F3細胞は、以下のいくつかの有用な形質を有するため、この目的のために首尾よく使用されている:(i)内因性IL-21Rαを発現しないこと、(ii)ヒトIL-21RαおよびヒトIL-21によるシグナル伝達においてヒトγcを効果的に置換するマウスγcを発現すること;(iii)STAT3をリン酸化し、増殖させることによってIL-21Rシグナル伝達に応答すること;ならびに(iv)IL-21シグナル伝達をモニタリングするための容易かつ魅力的な手段としてのSTAT3レポーター導入遺伝子(例えば、ルシフェラーゼを発現するもの)の使用を可能にすること。JurkatまたはMolt-3細胞は代替的な選択肢であり、両方とも、内因性IL-21Rαの発現は最小限であるか、または存在しないが、γcを発現し、IL-21Rシグナル伝達適格性である。γcを発現するようにトランスフェクトされたHeLa細胞も使用することができる。 At least two types of assays can be used to screen ortho-IL-21Rα for loss of binding to IL-21. One is a direct binding assay, which is performed using purified proteins and sensitive biophysical analytical procedures such as surface plasmon resonance ("SPR") or biolayer interferometry ("BLI"). be able to. Another assay is a functional assay involving appropriate cell lines. Ba/F3 cells have been successfully used for this purpose because they have several useful traits: (i) they do not express endogenous IL-21Rα; (ii) they do not express human IL-21Rα; and (iii) respond to IL-21R signaling by phosphorylating and proliferating STAT3; and (iv ) Enabling the use of STAT3 reporter transgenes (eg, those expressing luciferase) as an easy and attractive means to monitor IL-21 signaling. Jurkat or Molt-3 cells are alternative choices, both have minimal or absent expression of endogenous IL-21Rα, but express γc and are IL-21R signaling competent. . HeLa cells transfected to express γc can also be used.

候補ortho-IL-21Rαを単離するための戦略は、トランスフェクションによってバリアントをBa/F3細胞(または直前に述べた代替物の1つ)に個々に発現させることを含む。フローサイトメトリーを使用して、細胞表面上の候補ortho-IL-21Rα分子の存在および利用可能な抗体によって認識されるエピトープの存在を確認する。一態様では、候補ortho-IL-21Rαは、Y10、Q33、Q35、Y36、E38、L39、F67、H68、F69、M70、A71、D72、D73、I74、L94、A96、E97、P126、A127、Y129、M130、K134、S190もしくはY191、またはそれらの組み合わせの位置(ここで、数字は、成熟IL-21Rα外部ドメイン(配列番号6)における残基位置を指し、文字は、一文字コードを使用したアミノ酸同一性を指し、一文字目は野生型残基であり、二文字目は、存在する場合、置換残基である)に、アミノ酸置換を含む。一態様では、アミノ酸置換は、M70G、M70A、M70I、M70L、Y129F、Y129A、Y129S、Y129H、M130F、M130S、Y36H、Y36F、FMAD(69~73)~LLADI、FYM(128~130)~FHF、D72K、D73K、D72E、D73E、D73I、E38K、E38S、E38D、F67L、F67Y、F69L、S190Y、Y191F、Q35L、H68Q、I74V、L94I、L94V、E97D、A127T、Q33N、Q33H、K134R、M130I、M130L、S190Tまたはそれらの組み合わせを含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる。一態様では、アミノ酸置換は、D72E/Y129F/D73E;M70I/D73E/Q33H;D72E/L94V/Y191F;D72E/E38D/M130L;M70G/Y129F;F69L/M70L/D73I;D72K/D73K;E38K;もしくはM70G、またはそれらの組み合わせを含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる。一態様では、アミノ酸置換は、[H68Q,E38D,Q33H]、[Y129F,H68Q,Y191F]、[Y36F,H68Q,D73E]、[Y129F,F67Y,M130L]、[L94V,Q33H,M130L]、[Y36F,F67Y,E38D]、[D72E,E38D,M130L]、[Y36F,M70I,L94V]、[M70I,F67Y,Y191F]、[Y129H,M130F]、[Y129F,M130S]、[M70G,D73E]、[M70G,D73E,Q33H]、[M70I,D73E]、[M70I,E38K]および[M70I,E38K,D73E]を含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる。一態様では、アミノ酸置換は、M70G/Y129FまたはM70Gを含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる。 A strategy for isolating candidate ortho-IL-21Rα involves expressing the variants individually in Ba/F3 cells (or one of the alternatives just mentioned) by transfection. Flow cytometry is used to confirm the presence of candidate ortho-IL-21Rα molecules on the cell surface and the epitope recognized by available antibodies. In one aspect, candidate ortho-IL-21Rα is Y10, Q33, Q35, Y36, E38, L39, F67, H68, F69, M70, A71, D72, D73, I74, L94, A96, E97, P126, A127, Positions of Y129, M130, K134, S190 or Y191, or combinations thereof, where numbers refer to residue positions in the mature IL-21Rα ectodomain (SEQ ID NO: 6) and letters refer to amino acid positions using single letter codes. Refers to identity, including amino acid substitutions, where the first letter is the wild-type residue and the second letter is the substituted residue, if present. In one aspect, the amino acid substitutions are M70G, M70A, M70I, M70L, Y129F, Y129A, Y129S, Y129H, M130F, M130S, Y36H, Y36F, FMAD (69-73) to LLADI, FYM (128-130) to FHF, D72K, D73K, D72E, D73E, D73I, E38K, E38S, E38D, F67L, F67Y, F69L, S190Y, Y191F, Q35L, H68Q, I74V, L94I, L94V, E97D, A127T, Q33N, Q33H, K134R, M1 30I, M130L, comprising, consisting essentially of, or consisting of S190T or a combination thereof. In one aspect, the amino acid substitution is D72E/Y129F/D73E; M70I/D73E/Q33H; D72E/L94V/Y191F; D72E/E38D/M130L; M70G/Y129F; , or a combination thereof. In one aspect, the amino acid substitutions are [H68Q, E38D, Q33H], [Y129F, H68Q, Y191F], [Y36F, H68Q, D73E], [Y129F, F67Y, M130L], [L94V, Q33H, M130L], [Y36F , F67Y, E38D], [D72E, E38D, M130L], [Y36F, M70I, L94V], [M70I, F67Y, Y191F], [Y129H, M130F], [Y129F, M130S], [M70G, D73E], [M70G , D73E, Q33H], [M70I, D73E], [M70I, E38K] and [M70I, E38K, D73E]. In one aspect, the amino acid substitution comprises, consists essentially of, or consists of M70G/Y129F or M70G.

候補ortho-IL-21Rαを発現するBa/F3細胞は、シグナル伝達応答について分析する前に、ネイティブヒトIL-21と共にインキュベートすることができる。いくつかの実験では、時間経過を使用してアッセイの感度および分解能を改善することができる。他の実験は、用量応答曲線の比較を含む。IL-21応答性は、Ba/F3細胞の増殖、フローサイトメトリーもしくは免疫ブロット法によるSTAT3のチロシンリン酸化、または細胞中に存在するSTAT3依存性レポーター導入遺伝子からのレポーター(ルシフェラーゼもしくは分泌アルカリホスファターゼなど)の発現をモニタリングすることによって検出される。ネイティブIL-21Rαは、これらの分析技術のいずれかを使用してIL-21に対するロバストな応答を可能にするが、所望のortho-形態の受容体は、応答が低減されるか、または応答がない。この非応答特性を示すortho-IL-21Rα分子は、直交的に制限されたIL-21サイトカイン受容体系の候補である。 Ba/F3 cells expressing candidate ortho-IL-21Rα can be incubated with native human IL-21 before being analyzed for signaling responses. In some experiments, a time course can be used to improve the sensitivity and resolution of the assay. Other experiments include comparisons of dose response curves. IL-21 responsiveness can be determined by proliferation of Ba/F3 cells, tyrosine phosphorylation of STAT3 by flow cytometry or immunoblotting, or by detection of a reporter (such as luciferase or secreted alkaline phosphatase) from a STAT3-dependent reporter transgene present in the cell. ) is detected by monitoring the expression of While native IL-21Rα allows for a robust response to IL-21 using either of these analytical techniques, the desired ortho-form of the receptor may have a reduced response or a reduced response. do not have. The ortho-IL-21Rα molecule exhibiting this non-responsive property is a candidate for the orthogonally restricted IL-21 cytokine receptor system.

直交インターロイキン-21サイトカイン
別の態様は、ortho-IL-21Rαに結合するが、ネイティブIL-21Rαへの結合が損なわれた、野生型ヒトIL-21(配列番号2-シグナルペプチドを欠く成熟形態のヒトIL-21)に由来する修飾アミノ酸配列を有するortho-IL-21を提供する。ヒトIL-21は配列番号1で表される。
Orthogonal Interleukin-21 Cytokines Another embodiment includes wild-type human IL-21 (SEQ ID NO: 2 - the mature form lacking the signal peptide) that binds ortho-IL-21Rα but is impaired in binding to native IL-21Rα. provides ortho-IL-21 having a modified amino acid sequence derived from human IL-21). Human IL-21 is represented by SEQ ID NO:1.

いくつかの態様では、ortho-IL-21は、ortho-IL-21Rαに結合するが、ネイティブIL-21Rαへの結合が損なわれている。さらなる態様では、修飾アミノ酸配列は、IL-21Rαと接触する配列番号2の1つ以上のアミノ酸残基、そのような接触残基のすぐ近傍の残基、またはIL-21α結合表面の立体配座に影響を及ぼすIL-21Rの他の場所の残基の置換を含む。 In some embodiments, ortho-IL-21 binds ortho-IL-21Rα but is impaired in binding to native IL-21Rα. In a further aspect, the modified amino acid sequence comprises one or more amino acid residues of SEQ ID NO: 2 that contact IL-21Rα, residues in the immediate vicinity of such contact residues, or conformations of the IL-21α binding surface. including substitutions of residues elsewhere in IL-21R that affect IL-21R.

IL-21の直交形態を特定するための方法も利用可能である。IL-21の10残基は、IL-21Rα:アルギニン-5、アルギニン-9、アルギニン-11、グルタミン-12、アスパラギン酸-15、セリン-70、リジン-73、アルギニン-76、リジン-77およびセリン-80との極性相互作用に関与する。これらの中で、アルギニン-5、アルギニン-9、アルギニン-11、グルタミン-12、リジン-73、アルギニン-76およびリジン-77はまた、IL-21Rαと有意なファンデルワールス接触も形成する。イソロイシン-8、イソロイシン-16、グルタミン-19、チロシン-23、イソロイシン-66、バリン-69およびプロリン-79は、さらなるファンデルワールス接触を形成する。候補ortho-IL-21Rα分子に存在する変化を克服し、結合を回復させるために、これらの残基のいずれかに置換を行うことができる。 Methods are also available for identifying orthogonal forms of IL-21. The 10 residues of IL-21 are IL-21Rα: arginine-5, arginine-9, arginine-11, glutamine-12, aspartic acid-15, serine-70, lysine-73, arginine-76, lysine-77 and Involved in polar interaction with serine-80. Among these, arginine-5, arginine-9, arginine-11, glutamine-12, lysine-73, arginine-76 and lysine-77 also form significant van der Waals contacts with IL-21Rα. Isoleucine-8, isoleucine-16, glutamine-19, tyrosine-23, isoleucine-66, valine-69 and proline-79 form additional van der Waals contacts. Substitutions can be made to any of these residues to overcome the changes present in the candidate ortho-IL-21Rα molecule and restore binding.

IL-21Rαによって結合されたIL-21の結晶構造を使用して、IL-21Rαに操作された変化の近位にあるIL-21残基を特定することができる。例えば、IL-21Rαのメチオニン-70の変化がIL-21結合を消失させるのに十分である場合、IL-21中の以下のメチオニン-70接触残基のいずれかに対する補償的変化が結合を回復させ得ることが可能である:アルギニン-9、グルタミン-12、イソロイシン-16、リジン-73およびアルギニン-76。しかしながら、メチオニン-70に加えて、これらの5つのIL-21残基は、以下のIL-21Rα残基と接触する:チロシン-10、ロイシン-39、グルタミン酸-38、フェニルアラニン-67、アラニン-71、アスパラギン酸-72、アスパラギン酸-73、チロシン-129、メチオニン-130およびチロシン-191。次に、直前に述べた10個のIL-21Rα残基は、IL-21残基であるアルギニン-5、イソロイシン-8、グルタミン-19、セリン-70およびリジン-77とのさらなる接触を媒介する。したがって、ネイティブIL-21:IL-21Rα結晶構造中に存在する直接接触を単に考慮すると、IL-21Rα中の位置メチオニン-70における単一の置換は、10個のIL-21残基(アルギニン-5、イソロイシン-8、アルギニン-9、グルタミン-12、イソロイシン-16、グルタミン-19、セリン-70、リジン-73、アルギニン-76およびリジン-77)によって媒介される相互作用に影響を及ぼし得る。これは、置換の補償(すなわち、IL-21結合の回復)がこれらの10残基のうちの1つ以上に対する変化によって達成され得ることを推論する。IL-21Rαと直接接触しない残基に対する変化が、IL-21Rαのメチオニン-70置換バリアントに対して結合が回復されることを可能にするようにある距離で働く立体配座調節をもたらし得ることも可能である。 The crystal structure of IL-21 bound by IL-21Rα can be used to identify IL-21 residues that are proximal to engineered changes to IL-21Rα. For example, if a change in methionine-70 of IL-21Rα is sufficient to abolish IL-21 binding, compensatory changes to any of the following methionine-70 contact residues in IL-21 restore binding. It is possible to make: arginine-9, glutamine-12, isoleucine-16, lysine-73 and arginine-76. However, in addition to methionine-70, these five IL-21 residues contact the following IL-21Rα residues: tyrosine-10, leucine-39, glutamate-38, phenylalanine-67, alanine-71. , aspartate-72, aspartate-73, tyrosine-129, methionine-130 and tyrosine-191. The ten IL-21Rα residues just mentioned then mediate further contacts with the IL-21 residues arginine-5, isoleucine-8, glutamine-19, serine-70 and lysine-77. . Therefore, simply considering the direct contacts present in the native IL-21:IL-21Rα crystal structure, a single substitution at position methionine-70 in IL-21Rα would result in 10 IL-21 residues (arginine- 5, isoleucine-8, arginine-9, glutamine-12, isoleucine-16, glutamine-19, serine-70, lysine-73, arginine-76, and lysine-77). This infers that substitution compensation (ie, restoration of IL-21 binding) may be achieved by changes to one or more of these ten residues. It is also possible that changes to residues that are not in direct contact with IL-21Rα may result in conformational adjustments that act at a distance to allow binding to be restored for methionine-70 substituted variants of IL-21Rα. It is possible.

ファージディスプレイまたは酵母ディスプレイ技術は、大きな変異空間のスクリーニングを可能にすることができる。これは、典型的には、タンパク質中の少数の残基がランダム(または半ランダム)な組み合わせ様式で変化される、バリアントの非常に多様なライブラリーを作成することによって達成される。次いで、ライブラリーは、所望の特性についてスクリーニングされる。本発明の場合、スクリーニングは、候補ortho-IL-21Rαに結合することができるIL-21バリアントのライブラリーのメンバーを特定することを含み得る。直前に記載された例のように、メチオニン-70における置換が、ネイティブIL-21へのIL-21Rαの結合を消失させるのに十分である場合、影響を受ける可能性がある10個の接触残基(アルギニン-5、イソロイシン-8、アルギニン-9、グルタミン-12、イソロイシン-16、グルタミン-19、セリン-70、リジン-73、アルギニン-76およびリジン-77)におけるランダムな組み合わせ変異を有するIL-21ライブラリーが構築され得る。そのようなライブラリーの理論的複雑度は、1013を超える可能性がある。10~10を超えるバリアントで構成されるライブラリーを生成することは、典型的には困難であり、非現実的である。そのようなライブラリーのスクリーニングは、その表面に付着したIL-21のバリアント形態を提示するファージまたは酵母が、候補ortho-IL-21Rαでコーティングされたマトリックスに(野生型IL-21Rαでコーティングされたマトリックスにではなく)付着する能力に基づいて分離される、選択プロセスを含み得る。このような選択の反復サイクルを実施して、IL-21中の所望の特性を濃縮する。分析スクリーニング手順(SPRまたはBLIを含む)を使用して、選択の産物を詳細に特徴付け、最適な特性を有するものを特定する。 Phage display or yeast display technology can allow screening of large mutational spaces. This is typically achieved by creating highly diverse libraries of variants in which a small number of residues in the protein are changed in a random (or semi-random) combinatorial manner. The library is then screened for the desired properties. In the case of the present invention, screening may include identifying members of a library of IL-21 variants that are capable of binding candidate ortho-IL-21Rα. If the substitution at methionine-70 is sufficient to abolish binding of IL-21Rα to native IL-21, as in the example just described, there are 10 contact residues that may be affected. ILs with random combination mutations in groups (arginine-5, isoleucine-8, arginine-9, glutamine-12, isoleucine-16, glutamine-19, serine-70, lysine-73, arginine-76 and lysine-77) -21 libraries can be constructed. The theoretical complexity of such a library can exceed 10 13 . Generating libraries comprised of more than 10 8 -10 9 variants is typically difficult and impractical. Screening of such libraries was performed in such a way that phage or yeast displaying variant forms of IL-21 attached to their surface were transferred to matrices coated with candidate ortho-IL-21Rα (coated with wild-type IL-21Rα). may include a selection process in which cells are separated based on their ability to adhere (rather than to a matrix). Iterative cycles of such selection are performed to enrich for desired properties in IL-21. Analytical screening procedures (including SPR or BLI) are used to characterize the products of selection in detail and identify those with optimal properties.

一態様では、ortho-IL-21は、IL-21Rαと接触する配列番号2の1つ以上のアミノ酸残基、そのような接触残基のすぐ近傍の残基、またはIL-21Rα結合表面の立体配座に影響を及ぼすIL-21の他の場所の残基の置換を含む修飾アミノ酸配列を含む。一態様では、ortho-IL-21は、配列番号2に対して番号付けされた、R5、H6、I8、R9、M10、Q12、L13、K73、K75、R76、P78、G84もしくはP104、またはそれらの組み合わせの位置のアミノ酸置換を含む。一態様では、アミノ酸置換は、R5Q、R5D、R5E、R5K、R5N、H6L、I8E、R9E、R9D、R9K、R9N、R9Q、M10L、Q12V、L13D、K73V、K73D、K73I、K75D、R76E、R76N、R76A、R5Q/R76E、R5Q/R76A、P78L、G84EもしくはP104A、またはそれらの組み合わせを含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる。一態様では、アミノ酸置換は、H6L/R9K/M10L/P78Lを含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる。 In one aspect, ortho-IL-21 is located at one or more amino acid residues of SEQ ID NO: 2 that contact IL-21Rα, at residues in the immediate vicinity of such contact residues, or at the steric site of the IL-21Rα binding surface. Contains modified amino acid sequences that include substitutions of residues elsewhere in IL-21 that affect conformation. In one aspect, ortho-IL-21 is R5, H6, I8, R9, M10, Q12, L13, K73, K75, R76, P78, G84 or P104, numbered relative to SEQ ID NO:2, or including amino acid substitutions at combinations of positions. In one aspect, the amino acid substitutions are R5Q, R5D, R5E, R5K, R5N, H6L, I8E, R9E, R9D, R9K, R9N, R9Q, M10L, Q12V, L13D, K73V, K73D, K73I, K75D, R76E, R76N, Comprising, consisting essentially of, or consisting of R76A, R5Q/R76E, R5Q/R76A, P78L, G84E or P104A, or combinations thereof. In one aspect, the amino acid substitution comprises, consists essentially of, or consists of H6L/R9K/M10L/P78L.

直交IL-21受容体-サイトカイン対を特定するためのさらなる方法
ortho-IL-21分子の特定のための代替的なアプローチは、IL-21:IL-21Rα構造において直接的な分子間接触を行う残基から選択される少数の残基に再び焦点を合わせた、反復的な突然変異誘発サイクルを含む。このアプローチはまた、接触点に近い残基および/または潜在的に関連する構造的特徴の残基を含み得る。このアプローチの広範なバージョンは、IL-21Rαとの接触領域全体の近位にある残基のいずれか、および近位の構造的特徴におけるさらなる半ランダムに選択された残基を含み得る。より焦点を合わせたバージョンは、候補ortho-IL-21Rα中に存在する特定の置換によって直接影響を受ける可能性がある残基、例えばメチオニン-70置換に潜在的に関連する10個の残基などを含む。代替的な広範なアプローチは、置換が、IL-21の構造を考慮するとしても最小限に考慮して、ただし、代わりに、他の種からのIL-21オルソログにおいて生じる置換に部分的に重点を置いて行われるものである。このアプローチは、IL-21の一次配列全体にわたる個々の残基における単一の置換を含む。
Additional Methods for Identifying Orthogonal IL-21 Receptor-Cytokine Pairs An alternative approach for identifying ortho-IL-21 molecules involves making direct intermolecular contacts in the IL-21:IL-21Rα structure. It involves iterative mutagenesis cycles refocusing on a small number of selected residues. This approach may also include residues close to the point of contact and/or of potentially related structural features. A broader version of this approach could include any of the proximal residues throughout the contact region with IL-21Rα, as well as additional semi-randomly selected residues in the proximal structural features. A more focused version identifies residues that may be directly affected by specific substitutions present in candidate ortho-IL-21Rα, such as the 10 residues potentially associated with the methionine-70 substitution. including. An alternative broad approach is to consider that substitutions take minimal, if any, account of the structure of IL-21, but instead focus in part on substitutions that occur in IL-21 orthologs from other species. This is done with the This approach involves single substitutions at individual residues throughout the primary sequence of IL-21.

反復プロセスは、多数(例えば、10~100)の候補ortho-IL-21形態から始まる。このアプローチのいくつかのバージョンでは、二重変異体または三重変異体が最初の集合に含まれるが、他のバージョンでは、IL-21の単一点変異のみが評価される。これらの候補ortho-IL-21分子は、上記の細胞アッセイ(例えば、STAT3依存性ルシフェラーゼレポーター導入遺伝子を有するBa/F3細胞を使用する)を使用して活性について試験される。最小限の2種類の細胞:候補ortho-IL-21Rαを発現する細胞、およびカウンタースクリーニングとして、野生型IL-21Rαを発現する細胞がアッセイに使用される。 The iterative process begins with a large number (eg, 10-100) of candidate ortho-IL-21 forms. In some versions of this approach, double or triple mutants are included in the initial set, while in other versions only single point mutations in IL-21 are evaluated. These candidate ortho-IL-21 molecules are tested for activity using the cellular assays described above (eg, using Ba/F3 cells with a STAT3-dependent luciferase reporter transgene). A minimum of two types of cells are used in the assay: cells expressing candidate ortho-IL-21Rα and, as a counterscreen, cells expressing wild-type IL-21Rα.

代替アプローチが成功する可能性は、調べられた候補ortho-IL-21Rα分子の数に対応する。この数を拡大することにより、少数(例えば、3個未満)の置換ではIL-21結合を容易に(部分的にさえ)回復させることができない候補ortho-IL-21Rαを不注意に選択する可能性が低減される。この数の拡大することにより、さらに、互いにまたは野生型IL-21もしくはIL-21Rαとのクロストークを示さない平行な相互に直交する系を単離することができる可能性が高くなる。 The likelihood of success of an alternative approach corresponds to the number of candidate ortho-IL-21Rα molecules investigated. By expanding this number, it is possible to inadvertently select candidate ortho-IL-21Rα for which IL-21 binding cannot be easily (even partially) restored with a small number (e.g., less than 3) substitutions. The characteristics are reduced. Expanding this number also increases the likelihood of being able to isolate parallel, mutually orthogonal systems that exhibit no crosstalk with each other or with wild-type IL-21 or IL-21Rα.

最初のスクリーニング回からのデータをデコンボリューションし、単独で候補ortho-IL-21Rα分子への結合の改善およびネイティブIL-21Rαへの結合の減少を促進するIL-21における置換の特定に焦点を当てて分析することができる。2回目のスクリーニングが実施される場合があり、この場合、1回目からの陽性スコアリング置換が、新たな候補ortho-IL-21分子において組み合わされる。これらの候補ortho-IL-21分子(および、望ましいと考えられる場合、保存的または非保存的置換が陽性スコアリング位置で行われるさらなる変形)は、候補ortho-IL-21Rα分子への結合の改善およびネイティブIL-21Rαへの損なわれた結合について再度試験される。 We deconvolved the data from the first round of screening and focused on identifying substitutions in IL-21 that alone promoted improved binding to candidate ortho-IL-21Rα molecules and decreased binding to native IL-21Rα. can be analyzed. A second round of screening may be performed, in which the positive scoring substitutions from the first round are combined in a new candidate ortho-IL-21 molecule. These candidate ortho-IL-21 molecules (and further variants in which conservative or non-conservative substitutions are made at positive scoring positions, if considered desirable) have improved binding to candidate ortho-IL-21Rα molecules. and tested again for impaired binding to native IL-21Rα.

少なくとも1つの候補ortho-IL-21が所望の特性(ネイティブIL-21Rαによる活性の欠如および少なくとも1つの候補ortho-IL-21Rαによるほぼ正常な活性)で単離されるまで、さらなる置換の組み合わせを含むさらなるスクリーニングが実施され得る。 including combinations of further substitutions until at least one candidate ortho-IL-21 is isolated with the desired properties (lack of activity with native IL-21Rα and near normal activity with at least one candidate ortho-IL-21Rα). Further screening may be performed.

代替的なスクリーニングアプローチは、いくつかの状況では、野生型IL-21に対する低減された(しかし、完全に存在しないわけではない)結合を保持する候補ortho-IL-21Rα分子を使用して促進され得る。そのような低減された結合の候補ortho-IL-21Rα分子は、非結合の候補ortho-IL-21Rα分子(すなわち、野生型IL-21に対するいかなる結合も欠く候補ortho-IL-21Rα分子)よりも、IL-21における少数(例えば、3個未満)の個別の置換によるいくらかのIL-21結合活性の回復を可能にすることを証明し得る。候補ortho-IL-21分子が上記で概説されたスクリーニング手順によって単離されると、さらなる置換が既に存在する置換と組み合わされる、新しい候補ortho-IL-21Rα分子を含むさらなるスクリーニングステップが実施され得る。いくつかの態様では、これらのさらなる変異は、ortho-IL-21を結合する能力を保持しつつ、野生型IL-21への結合を完全に排除し得る。この受容体突然変異誘発は複数回、その後の精製サイトカイン突然変異誘発回と共に実施され得る。 Alternative screening approaches are facilitated in some situations using candidate ortho-IL-21Rα molecules that retain reduced (but not completely absent) binding to wild-type IL-21. obtain. Such a reduced binding candidate ortho-IL-21Rα molecule is more likely than an unbound candidate ortho-IL-21Rα molecule (i.e., a candidate ortho-IL-21Rα molecule lacking any binding to wild-type IL-21). , may prove possible to restore some IL-21 binding activity by a small number (eg, less than 3) of individual substitutions in IL-21. Once candidate ortho-IL-21 molecules have been isolated by the screening procedures outlined above, further screening steps can be performed involving new candidate ortho-IL-21Rα molecules in which additional substitutions are combined with those already present. In some aspects, these additional mutations may completely eliminate binding to wild-type IL-21 while retaining the ability to bind ortho-IL-21. This receptor mutagenesis may be performed multiple times, with subsequent rounds of purified cytokine mutagenesis.

スクリーニングアプローチの産物の結合特性は、精製タンパク質およびBLIまたはSPRを使用して分析することができる。それらの結合動態において野生型IL-21およびIL-21Rαに最もよく似ている産物が、候補直交IL-21系として選択され得る。 The binding properties of the products of the screening approach can be analyzed using purified proteins and BLI or SPR. Products that most closely resemble wild-type IL-21 and IL-21Rα in their binding kinetics may be selected as candidate orthogonal IL-21 systems.

一態様では、候補ortho-IL-21分子は、米国特許第8,005,620号、第8,635,029号および第8,412,461号、ならびにGovindarajan S,Mannervik B,Silverman JA,et al.Mapping of amino acid substitutions conferring herbicide resistance in wheat glutathione transferase.ACS Synth Biol.2015;4(3):221-227.doi:10.1021/sb500242x;Musdal Y,Govindarajan S,Mannervik B.Exploring sequence-function space of a poplar glutathione transferase using designed information-rich gene variants.Protein Eng Des Sel.2017;30(8):543-549.doi:10.1093/protein/gzx045;and Liao J,Warmuth MK,Govindarajan S,et al.Engineering proteinase K using machine learning and synthetic genes.BMC Biotechnol.2007;7:16.Published 2007 Mar 26.doi:10.1186/1472-6750-7-16の1つ以上に記載のプロセスに従って操作することができ、その各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。 In one aspect, candidate ortho-IL-21 molecules are described in US Pat. al. Mapping of amino acid substances conferring herbicide resistance in wheat glutathione transferase. ACS Synth Biol. 2015;4(3):221-227. doi:10.1021/sb500242x; Musdal Y, Govindarajan S, Mannervik B. Exploring sequence-function space of a poplar glutathione transfer using designed information-rich gene variants. Protein Eng Des Sel. 2017;30(8):543-549. doi:10.1093/protein/gzx045; and Liao J, Warmuth MK, Govindarajan S, et al. Engineering proteinase K using machine learning and synthetic genes. BMC Biotechnol. 2007;7:16. Published 2007 Mar 26. doi:10.1186/1472-6750-7-16, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

一態様では、候補ortho-IL-21分子は、上記の配列番号2に由来する修飾アミノ酸配列と、精製を容易にし、インビボでのortho-IL-21分子の安定性および半減期を増加させるか、または患者におけるortho-IL-21分子の投与の成功に重要な薬物特性を改善する第2のアミノ酸配列との間の融合タンパク質として発現される。適切な第2のアミノ酸配列は当技術分野で公知であり、限定されないが、血清アルブミン、IgGのFc断片、一本鎖Fc抗体断片、ABD035などを含む。Fc断片は、ホモ二量体の形成を防止するために、または少なくとも有意に制限するために、例えば静電ステアリング突然変異を用いて修飾することができる。 In one aspect, the candidate ortho-IL-21 molecule comprises a modified amino acid sequence derived from SEQ ID NO: 2, above, to facilitate purification and increase the stability and half-life of the ortho-IL-21 molecule in vivo. , or expressed as a fusion protein between the ortho-IL-21 molecule and a second amino acid sequence that improves the drug properties important to the successful administration of the ortho-IL-21 molecule in a patient. Suitable second amino acid sequences are known in the art and include, but are not limited to, serum albumin, Fc fragments of IgG, single chain Fc antibody fragments, ABD035, and the like. Fc fragments can be modified, eg, using electrostatic steering mutations, to prevent, or at least significantly limit, homodimer formation.

直交IL-21受容体-サイトカイン系
別の態様は、細胞においてIL-21シグナル伝達を活性化するための系を提供する。この系は、IL-21と接触する配列番号4のアミノ酸残基の1つ以上、そのような接触残基のすぐ近傍の残基、またはIL-21結合表面の立体配座に影響を及ぼすIL-21Rαの他の場所の残基の置換を含む、配列番号4に由来する修飾アミノ酸配列を含む、ネイティブIL-21への結合が損なわれた候補ortho-IL-21Rαと、IL-21Rαと接触する配列番号2の1つ以上のアミノ酸残基、そのような接触残基のすぐ近傍の残基、またはortho-IL-21Rαがortho-IL-21に結合するIL-21Rα結合表面の立体配座に影響を及ぼすIL-21の他の場所の残基の置換を含む、配列番号2に由来する修飾アミノ酸配列を含む、ネイティブIL-21Rαへの結合が損なわれたortho-IL-21とを含む。
Orthogonal IL-21 Receptor-Cytokine System Another embodiment provides a system for activating IL-21 signaling in a cell. This system uses one or more of the amino acid residues of SEQ ID NO: 4 that make contact with IL-21, residues in the immediate vicinity of such contact residues, or IL-21 that affect the conformation of the IL-21 binding surface. Contacting IL-21Rα with a candidate ortho-IL-21Rα that is impaired in binding to native IL-21, comprising a modified amino acid sequence derived from SEQ ID NO: 4, including substitutions of residues elsewhere in -21Rα. one or more amino acid residues of SEQ ID NO: 2 that bind to ortho-IL-21, residues in the immediate vicinity of such contact residues, or the conformation of the IL-21Rα binding surface where ortho-IL-21Rα binds to ortho-IL-21. ortho-IL-21 with impaired binding to native IL-21Rα, including a modified amino acid sequence derived from SEQ ID NO: 2, including substitutions of residues elsewhere in IL-21 that affect the .

いくつかの態様では、細胞はT細胞である。さらなる態様では、細胞はCAR T細胞である。直交サイトカインおよび直交受容体は、本明細書に記載の候補ortho-IL-21分子および候補ortho-IL-21Rα分子のいずれかであり得る。例えば、一態様では、ortho-IL-21Rαは、M70G/Y129FまたはM70Gを含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる、配列番号6に対して番号付けされたアミノ酸置換を含み、ortho-IL-21は、以下のうちの1つを含むか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる、配列番号2に対して番号付けされたアミノ酸置換を含む:(1)H6L/R9K/M10L/P78L;(2)H6L/R9K/M10L/P78L/K73V;(3)H6L/R9K/M10L/P78L/K73I;(4)H6L/R9K/M10L/P78L/K73V/G84E;(5)H6L/R9K/M10L/P78L/K73I/G84E;(6)H6L/R9K/M10L/P78L/K73V/P104A;および(7)H6L/R9K/M10L/P78L/K73I/P104A。 In some embodiments, the cell is a T cell. In further embodiments, the cells are CAR T cells. The orthogonal cytokine and orthogonal receptor can be any of the candidate ortho-IL-21 molecules and candidate ortho-IL-21Rα molecules described herein. For example, in one aspect, ortho-IL-21Rα comprises the amino acid substitutions numbered relative to SEQ ID NO: 6, comprising, consisting essentially of, or consisting of M70G/Y129F or M70G; ortho-IL-21 contains the amino acid substitutions numbered relative to SEQ ID NO: 2, comprising, consisting essentially of, or consisting of one of the following: (1) H6L/ R9K/M10L/P78L; (2) H6L/R9K/M10L/P78L/K73V; (3) H6L/R9K/M10L/P78L/K73I; (4) H6L/R9K/M10L/P78L/K73V/G84E; (5) H6L/R9K/M10L/P78L/K73I/G84E; (6) H6L/R9K/M10L/P78L/K73V/P104A; and (7) H6L/R9K/M10L/P78L/K73I/P104A.

直交サイトカインおよび受容体の発現ベクター
別の態様は、本明細書に記載の候補直交IL-21タンパク質(例えば、受容体またはサイトカイン)のいずれかをコードする核酸を含む発現ベクターを提供する。ortho-IL-21またはortho-IL-21Rαなどの直交タンパク質は、組換え法によって産生され得る。ortho-IL-21Rαは、操作される細胞に発現ベクター上で導入され得る。直交タンパク質をコードするDNAは、操作プロセス中に設計された様々な供給源から得ることができる。
Orthogonal Cytokine and Receptor Expression Vectors Another aspect provides expression vectors comprising a nucleic acid encoding any of the candidate orthogonal IL-21 proteins (eg, receptors or cytokines) described herein. Orthogonal proteins such as ortho-IL-21 or ortho-IL-21Rα can be produced by recombinant methods. Ortho-IL-21Rα can be introduced into engineered cells on an expression vector. DNA encoding orthogonal proteins can be obtained from a variety of sources engineered during the engineering process.

アミノ酸配列バリアントは、タンパク質をコードする核酸コード配列に適切なヌクレオチド変化を導入することによって調製され得る。アミノ酸をコードする核酸コドンは、当業者に公知である。選択される特定のコドンは、使用される宿主細胞における発現を最適化するように選択され得る。アミノ酸バリアントは、本明細書に記載の残基の挿入、置換、および特定の欠失を表し得る。最終構築物が本明細書に定義される所望の生物学的活性を有することを条件として、挿入、置換および特定の欠失の任意の組み合わせが、最終構築物に到達するために行われ得る。いくつかの態様では、核酸は、本明細書に記載のortho-IL-21Rαをコードする。 Amino acid sequence variants can be prepared by introducing appropriate nucleotide changes into the nucleic acid coding sequence encoding the protein. Nucleic acid codons encoding amino acids are known to those skilled in the art. The particular codons selected can be chosen to optimize expression in the host cell used. Amino acid variants may represent insertions, substitutions, and certain deletions of residues described herein. Any combination of insertions, substitutions and specific deletions may be made to arrive at the final construct, provided that the final construct has the desired biological activity as defined herein. In some embodiments, the nucleic acid encodes ortho-IL-21Rα as described herein.

核酸は、別の核酸配列と機能的関係に置かれた場合、「動作可能に連結」される。例えば、シグナル配列のDNAがポリペプチドの分泌に関与するプレタンパク質として発現される場合、シグナル配列のDNAはポリペプチドのDNAに動作可能に連結され、プロモーターまたはエンハンサーが配列の転写に影響を及ぼす場合、プロモーターまたはエンハンサーはコード配列に動作可能に連結され、または、リボソーム結合部位が翻訳を促進するように配置されている場合、リボソーム結合部位はコード配列に動作可能に連結される。一般に、「動作可能に連結された」とは、連結されているDNA配列が連続していることを意味し、分泌リーダーの場合、連続しており、読み取り段階にあることを意味する。しかしながら、エンハンサーなどのいくつかの配列は、有効であるために連続している必要はない。 Nucleic acid is "operably linked" when it is placed into a functional relationship with another nucleic acid sequence. For example, if the signal sequence DNA is expressed as a pre-protein involved in secretion of the polypeptide, the signal sequence DNA is operably linked to the polypeptide DNA, and if a promoter or enhancer influences transcription of the sequence. , a promoter or enhancer is operably linked to a coding sequence, or a ribosome binding site is operably linked to a coding sequence if the ribosome binding site is positioned to facilitate translation. Generally, "operably linked" means that the DNA sequences being linked are contiguous, and in the case of a secretory leader, contiguous and ready for reading. However, some sequences, such as enhancers, do not need to be contiguous to be effective.

ortho-IL-21またはortho-IL-21Rαをコードする核酸は、発現のために複製可能なベクターに挿入され得る。多くのこのようなベクターが利用可能である。ベクター成分は、一般に、限定されないが、複製起点、1つ以上のマーカー遺伝子、エンハンサー要素、プロモーターおよび転写終結配列のうちの1つ以上を含む。ベクターとしては、ウイルスベクター、プラスミドベクター、組み込みベクター、トランスポゾンなどが挙げられる。例えば、適切なトランスポゾン/トランスポザーゼベースのポリヌクレオチドベクター系は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第10,041,077号に記載されている。 A nucleic acid encoding ortho-IL-21 or ortho-IL-21Rα can be inserted into a replicable vector for expression. Many such vectors are available. Vector components generally include, but are not limited to, one or more of an origin of replication, one or more marker genes, an enhancer element, a promoter, and a transcription termination sequence. Vectors include viral vectors, plasmid vectors, integration vectors, transposons, and the like. For example, a suitable transposon/transposase-based polynucleotide vector system is described in US Pat. No. 10,041,077, which is incorporated herein by reference in its entirety.

ortho-IL-21またはortho-IL-21Rαは、修飾することなく、または異種ポリペプチド、例えば、成熟タンパク質またはポリペプチドのN末端に特異的切断部位を有するシグナル配列または他のポリペプチドとの融合ポリペプチドとして組換え産生され得る。一般に、シグナル配列は、ベクターの成分であってもよく、またはベクターに挿入されるコード配列の一部であってもよい。選択される異種シグナル配列は、宿主細胞によって認識され処理される(すなわち、シグナルペプチダーゼによって切断される)ものであり得る。哺乳動物細胞の発現では、ネイティブのシグナル配列が使用されてもよく、または同じもしくは関連種の分泌ポリペプチドからのシグナル配列、ならびにウイルス分泌リーダー、例えば単純ヘルペスgDシグナルなどの他の哺乳動物シグナル配列が適切であり得る。 ortho-IL-21 or ortho-IL-21Rα can be used without modification or in fusion with a heterologous polypeptide, e.g., a signal sequence or other polypeptide with a specific cleavage site at the N-terminus of the mature protein or polypeptide. Can be produced recombinantly as a polypeptide. Generally, the signal sequence may be a component of the vector or may be part of the coding sequence inserted into the vector. The heterologous signal sequence selected may be one that is recognized and processed (ie, cleaved by a signal peptidase) by the host cell. For expression in mammalian cells, native signal sequences may be used, or signal sequences from secreted polypeptides of the same or related species, as well as other mammalian signal sequences such as viral secretion leaders, e.g. the herpes simplex gD signal. may be appropriate.

発現ベクターは、典型的には、選択マーカーとも呼ばれる選択遺伝子を含む。選択遺伝子は、選択培地中で増殖させた形質転換宿主細胞の生存または増殖に必要なタンパク質をコードする。選択遺伝子を含むベクターで形質転換されていない宿主細胞は、培地中で生存しない。典型的な選択遺伝子は、(a)抗生物質または他の毒素、例えばアンピシリン、ネオマイシン、メトトレキサートもしくはテトラサイクリンに対する耐性を付与する、(b)栄養要求性欠乏を補完する、または(c)複合培地から入手できない重要な栄養素を供給するタンパク質をコードする。 Expression vectors typically contain a selection gene, also called a selection marker. A selection gene encodes a protein necessary for the survival or proliferation of transformed host cells grown in a selective medium. Host cells that are not transformed with the vector containing the selection gene will not survive in the culture medium. Typical selection genes are those that (a) confer resistance to antibiotics or other toxins, such as ampicillin, neomycin, methotrexate or tetracycline, (b) complement an auxotrophic deficiency, or (c) are obtained from complex media. encode proteins that provide important nutrients that cannot be

発現ベクターは、宿主生物によって認識され得、直交タンパク質コード配列に動作可能に連結され得るプロモーターを含み得る。プロモーターは、それらが動作可能に連結されている特定の核酸配列の転写および翻訳を制御する構造遺伝子の開始コドン(一般に約100~1000bp以内)の上流(5’)に位置する非翻訳配列であり得る。そのようなプロモーターは、典型的には、誘導性および構成性の2つのクラスに分類される。誘導性プロモーターは、培養条件のいくらかの変化、例えば栄養素の有無または温度の変化に応答して、DNAの制御下でDNAからの転写レベルの増加を開始するプロモーターである。 The expression vector can contain a promoter that can be recognized by the host organism and operably linked to the orthogonal protein coding sequence. Promoters are untranslated sequences located upstream (5') of the start codon (generally within about 100-1000 bp) of structural genes that control the transcription and translation of specific nucleic acid sequences to which they are operably linked. obtain. Such promoters typically fall into two classes: inducible and constitutive. An inducible promoter is a promoter that, under the control of the DNA, initiates an increase in the level of transcription from the DNA in response to some change in culture conditions, such as a change in the presence or absence of nutrients or temperature.

哺乳動物宿主細胞におけるベクターからの転写は、例えば、ポリオーマウイルス、鶏痘ウイルス、アデノウイルス(アデノウイルス2など)、ウシパピローマウイルス、トリ肉腫ウイルス、サイトメガロウイルス、レトロウイルス(マウス幹細胞ウイルスなど)、B型肝炎ウイルスおよびシミアンウイルス40(「SV40」)などのウイルスのゲノムから、異種哺乳動物プロモーター、例えばアクチンプロモーター、ホスホグリセリン酸キナーゼ(「PGK」)から、または免疫グロブリンプロモーターから、熱ショックプロモーターから得られるプロモーターによって制御され得るが、ただし、そのようなプロモーターは宿主細胞系と適合性である。SV40の初期および後期プロモーターは、SV40ウイルス複製起点も含むSV40制限断片として都合よく得られる。 Transcription from vectors in mammalian host cells can be performed using, for example, polyomaviruses, fowlpox virus, adenoviruses (such as Adenovirus 2), bovine papillomavirus, avian sarcoma virus, cytomegalovirus, retroviruses (such as mouse stem cell virus). , from the genomes of viruses such as hepatitis B virus and simian virus 40 (“SV40”), from heterologous mammalian promoters such as the actin promoter, phosphoglycerate kinase (“PGK”), or from immunoglobulin promoters, from heat shock promoters; provided that such promoters are compatible with the host cell system. The SV40 early and late promoters are conveniently obtained as an SV40 restriction fragment that also contains the SV40 viral origin of replication.

発現ベクターはまた、エンハンサー配列を含み得る。エンハンサーは、プロモーターに作用してその転写を増加させる、通常約10~300bpのDNAのシス作用要素である。エンハンサーは、比較的、配向および位置非依存性であり、イントロン内ならびにコード配列自体内の転写単位に対して5’および3’に見出されている。多くのエンハンサー配列が哺乳動物遺伝子から公知である(例えば、グロビン、エラスターゼ、アルブミン、α-フェトプロテインおよびインスリン)。しかしながら、典型的には、真核細胞ウイルスからのエンハンサーを使用する。例としては、複製起点の後期側のSV40エンハンサー、サイトメガロウイルス初期プロモーターエンハンサー、複製起点の後期側のポリオーマエンハンサー、およびアデノウイルスエンハンサーが挙げられる。エンハンサーは、コード配列に対して5’または3’の位置で発現ベクターにスプライシングされ得るが、好ましくはプロモーターからの部位5’に位置する。 Expression vectors may also include enhancer sequences. Enhancers are cis-acting elements of DNA, usually about 10 to 300 bp, that act on a promoter to increase its transcription. Enhancers are relatively orientation and position independent and are found 5' and 3' to transcription units within introns as well as within the coding sequence itself. Many enhancer sequences are known from mammalian genes (eg globin, elastase, albumin, alpha-fetoprotein and insulin). However, typically enhancers from eukaryotic viruses are used. Examples include the SV40 enhancer on the late side of the replication origin, the cytomegalovirus early promoter enhancer, the polyoma enhancer on the late side of the replication origin, and adenovirus enhancers. Enhancers can be spliced into the expression vector at positions 5' or 3' to the coding sequence, but are preferably located 5' from the promoter.

真核生物宿主細胞において使用される発現ベクターはまた、転写の終結およびmRNAの安定化に必要な配列を含む。そのような配列は、真核生物またはウイルスのDNAまたはcDNAの5’および3’の非翻訳領域から一般に入手可能である。 Expression vectors used in eukaryotic host cells also contain sequences necessary for termination of transcription and stabilization of the mRNA. Such sequences are commonly available from the 5' and 3' untranslated regions of eukaryotic or viral DNA or cDNA.

発現ベクターはまた、導入遺伝子(例えば、ortho-IL-21またはortho-IL-21Rαをコードする)の発現を小分子または他の刺激剤で制御する目的のために、誘導性調節要素から構成され得る。調節要素の例としては、限定されないが、テトラサイクリンまたはその誘導体(ドキシサイクリンなど)による調節に対して感受性にするテトラサイクリンオペレーターを含むプロモーターが挙げられる。プロモーターはまた、転写エフェクターおよび触媒的に死滅したCas9の融合物を使用して、CRISPRa(クラスター化され規則的に間隔があいた短い回文配列反復の活性化)によって誘導的に調節され得る。そのようなプロモーターは、次に、(抗体ベースおよび/または化学的性質の)二量体化剤またはNotch受容体に基づく成分を含むものなどの他の制御系の下流にあり得る。 Expression vectors may also be constructed with inducible regulatory elements for the purpose of controlling the expression of a transgene (e.g., encoding ortho-IL-21 or ortho-IL-21Rα) with small molecules or other stimulatory agents. obtain. Examples of regulatory elements include, but are not limited to, promoters that include a tetracycline operator that renders them susceptible to regulation by tetracycline or its derivatives (such as doxycycline). Promoters can also be inducibly regulated by CRISPRa (activation of clustered regularly interspaced short palindromic repeats) using fusions of transcriptional effectors and catalytically killed Cas9. Such promoters may in turn be downstream of other control systems, such as those involving dimerizing agents (antibody-based and/or chemical in nature) or Notch receptor-based components.

操作された細胞
本発明の一態様は、ortho-IL-21Rαを発現するように操作された細胞を提供する。細胞は、本明細書に記載の任意の適切な発現ベクターを含むように遺伝子操作され得る。いくつかの態様では、発現ベクターは、直交受容体をコードするコード配列を含み、コード配列は、所望の細胞内で活性なプロモーターに動作可能に連結されている。様々なベクター、例えば、トランスポゾン、ウイルスベクター、プラスミドベクター、およびミニサークルベクターがこの目的のために使用されてもよく、これらは標的細胞ゲノムに組み込まれてもよく、またはエピソーム的に維持されてもよい。一態様では、発現ベクターは、トランスポザーゼ酵素によってゲノムに組み込まれ得る合成トランスポゾンである。トランスポゾン/トランスポザーゼ系の例としては、Sleeping Beauty、PiggyBac、ATUM Bio製のLeapIn(登録商標)およびその誘導体が挙げられる。
Engineered Cells One aspect of the invention provides cells engineered to express ortho-IL-21Rα. Cells can be genetically engineered to contain any suitable expression vector described herein. In some embodiments, the expression vector includes a coding sequence encoding an orthogonal receptor, and the coding sequence is operably linked to a promoter that is active in the desired cell. A variety of vectors may be used for this purpose, such as transposons, viral vectors, plasmid vectors, and minicircle vectors, which may be integrated into the target cell genome or maintained episomally. good. In one aspect, the expression vector is a synthetic transposon that can be integrated into the genome by a transposase enzyme. Examples of transposon/transposase systems include Sleeping Beauty, PiggyBac, LeapIn® and derivatives thereof from ATUM Bio.

操作された細胞は、インビトロで組換えタンパク質を調製するための宿主細胞であり得る。直交タンパク質の組換え発現に適した宿主細胞としては、原核生物、酵母、および高等真核細胞、例えば様々な哺乳動物宿主細胞株が挙げられる。 The engineered cell can be a host cell for preparing recombinant proteins in vitro. Suitable host cells for recombinant expression of orthogonal proteins include prokaryotes, yeast, and higher eukaryotes, including various mammalian host cell lines.

いくつかの態様では、操作された細胞は、ortho-IL-21Rαの発現を超えてさらに修飾される。操作された細胞での使用に適した修飾は、当技術分野で公知であり、CAR、T細胞受容体(「TCR」)、または抗原提示細胞上の特異的抗原を認識する他の受容体もしくは受容体誘導体の発現を含む。 In some embodiments, the engineered cells are further modified beyond expression of ortho-IL-21Rα. Modifications suitable for use in engineered cells are known in the art and include CARs, T-cell receptors ("TCRs"), or other receptors or receptors that recognize specific antigens on antigen-presenting cells. Including expression of receptor derivatives.

いくつかの態様では、操作された細胞は、治療的使用が意図された細胞である。治療的な操作された細胞の例としては、幹細胞、例えば造血幹細胞、ナチュラルキラー(「NK」)細胞またはT細胞が挙げられる。いくつかの態様では、操作された細胞はT細胞である。「T細胞」という用語は、CD3および/またはT細胞抗原受容体の発現を特徴とし得る哺乳動物免疫エフェクター細胞を指し、この細胞はortho-IL-21Rαを発現するように操作され得る。いくつかの態様では、T細胞は、ナイーブCD8+T細胞、活性化CD8+T細胞または活性化後CD8+T細胞;細胞傷害性CD8+T細胞;ナイーブCD4+T細胞、活性化CD4+T細胞または活性化後CD4+T細胞;ヘルパーT細胞、例えば、TH1、TH2、TH9、TH11、TH22およびTFH;調節性T細胞、例えばTR1、天然TRegおよび誘導性TReg;ならびにメモリーT細胞、例えば、セントラルメモリーT細胞、エフェクターメモリーT細胞、NKT細胞およびγδ T細胞から選択される。 In some embodiments, the engineered cells are cells intended for therapeutic use. Examples of therapeutically engineered cells include stem cells, such as hematopoietic stem cells, natural killer ("NK") cells, or T cells. In some embodiments, the engineered cell is a T cell. The term "T cell" refers to a mammalian immune effector cell that can be characterized by the expression of CD3 and/or the T cell antigen receptor, and which can be engineered to express ortho-IL-21Rα. In some embodiments, the T cell is a naive CD8+ T cell, an activated CD8+ T cell, or a post-activated CD8+ T cell; a cytotoxic CD8+ T cell; a naive CD4+ T cell, an activated CD4+ T cell, or a post-activated CD4+ T cell; a helper T cell, For example, TH1, TH2, TH9, TH11, TH22 and TFH; regulatory T cells such as TR1, natural TReg and inducible TReg; and memory T cells such as central memory T cells, effector memory T cells, NKT cells and γδ selected from T cells.

ortho-IL-21は、ACTに対する補助剤として使用され得る。T細胞は、遺伝子(cDNA、ミニ遺伝子、または他の核酸構築物)トランスフェクション、形質導入または転位によってortho-IL-21Rαを発現するように操作され得る。ACTを受けている患者は、ortho-IL-21で処置(および/または前処置)され得、所望のT細胞の存在および応答を強化および維持するために必要に応じて繰り返し投与され得る。 Ortho-IL-21 can be used as an adjunct to ACT. T cells can be engineered to express ortho-IL-21Rα by gene (cDNA, minigene, or other nucleic acid construct) transfection, transduction, or transposition. Patients undergoing ACT can be treated (and/or pretreated) with ortho-IL-21, which can be administered repeatedly as needed to enhance and maintain the desired T cell presence and response.

治療細胞はまた、ortho-IL-21を発現するように操作され得る。これは、ortho-IL-21Rαの異所性発現に適切な方法のいずれかを使用して達成され得る。ortho-IL-21は、ortho-IL-21Rαを発現する細胞と同じまたは異なる細胞で発現させることができ、自己分泌作用または傍分泌作用をそれぞれ可能にする。傍分泌構成の例は、ortho-IL-21を発現するCD4+T細胞および適合したortho-IL-21Rαを発現するCD8+T細胞であり得る。 Therapeutic cells can also be engineered to express ortho-IL-21. This can be accomplished using any method suitable for ectopic expression of ortho-IL-21Rα. Ortho-IL-21 can be expressed in the same or different cells that express ortho-IL-21Rα, allowing autocrine or paracrine effects, respectively. An example of a paracrine configuration may be a CD4+ T cell expressing ortho-IL-21 and a matched CD8+ T cell expressing ortho-IL-21Rα.

いくつかの態様では、ortho-IL-21は膜テザー形態で発現され得る。これは、それ自体がCD4膜貫通ドメインに融合された、IgG4 CH-CH部分のアミノ末端にサイトカインを融合することによって、天然IL-21を用いて以前に達成されている。関連する戦略が、他のサイトカインを細胞の膜に繋ぎ止めるために使用されてきた。そのような膜テザリングは、サイトカインの拡散を制限し、その作用を膜結合サイトカインを発現する細胞のすぐ近傍に制限する。インビボでは、このアプローチを利用して、ortho-IL-21Rα発現細胞が特定のタイプの細胞および/または体内の位置に近接している場合にのみortho-IL-21に遭遇することを確実にすることができる。インビトロでは、このアプローチは、ある種の選択的分化プロトコル(例えば、膜結合IL-21およびCD137Lを発現するK562[または他の]フィーダー細胞の存在下での幹細胞からのNK細胞の分化)を促進し得る。 In some embodiments, ortho-IL-21 can be expressed in a membrane-tethered form. This has been previously achieved with native IL-21 by fusing the cytokine to the amino terminus of the IgG4 CH 2 -CH 3 moiety, which is itself fused to the CD4 transmembrane domain. Related strategies have been used to tether other cytokines to cell membranes. Such membrane tethering limits the diffusion of cytokines and limits their action to the immediate vicinity of cells expressing membrane-bound cytokines. In vivo, this approach is utilized to ensure that ortho-IL-21Rα-expressing cells encounter ortho-IL-21 only when in close proximity to specific cell types and/or locations in the body. be able to. In vitro, this approach promotes certain selective differentiation protocols (e.g., differentiation of NK cells from stem cells in the presence of K562 [or other] feeder cells expressing membrane-bound IL-21 and CD137L). It is possible.

操作された細胞は、治療的使用、例えばヒトの処置に適した医薬組成物で提供され得る。そのような細胞を含む治療製剤は、水溶液の形態で、生理学的に許容される担体、賦形剤、または安定剤と共に投与するために凍結または調製することができる(Remington’s Pharmaceutical Sciences 16th edition,Osol,A.Ed.(1980))。細胞は、良好な医療行為と一致する様式で製剤化、用量化、および投与され得る。 The engineered cells can be provided in pharmaceutical compositions suitable for therapeutic use, eg, treatment of humans. Therapeutic formulations containing such cells can be frozen or prepared for administration in the form of an aqueous solution with physiologically acceptable carriers, excipients, or stabilizers (Remington's Pharmaceutical Sciences 16th edition , Osol, A. Ed. (1980)). The cells may be formulated, dosed, and administered in a manner consistent with good medical practice.

処置方法
本明細書に記載のortho-IL-21Rα分子の1つを発現するように操作されたT細胞などの細胞は、広範囲の状態を処置するために使用され得る。この治療における操作された特性は、有益なT細胞分化、疲弊に対する耐性、長期持続性に対する能力、既往応答、および病原性になったときに応答を停止することを可能にする内蔵安全性特徴を可能にし得る。
Methods of Treatment Cells, such as T cells, engineered to express one of the ortho-IL-21Rα molecules described herein can be used to treat a wide range of conditions. The engineered properties in this therapy include beneficial T-cell differentiation, resistance to exhaustion, capacity for long-term persistence, anamnestic response, and built-in safety features that allow the response to be shut down when it becomes pathogenic. It can be possible.

本発明のortho-IL-21Rαの導入によってレシピエントまたはドナーからの細胞を操作し、操作された細胞をortho-IL-21と接触させることによってortho-IL-21Rαを刺激することによって、細胞応答を増強するための方法が提供される。主題の方法は、生物学的試料から単離され得るか、または前駆細胞源からインビトロで誘導され得る標的細胞、例えばT細胞、造血幹細胞などを得るステップを含み得る。細胞は、ortho-IL-21Rαをコードする配列を含む発現ベクターで形質導入またはトランスフェクトされてもよく、このステップは、任意の適切な培地中で実施されてもよい。 By engineering cells from a recipient or donor by introducing ortho-IL-21Rα of the invention and stimulating ortho-IL-21Rα by contacting the engineered cells with ortho-IL-21, cellular responses can be achieved. A method is provided for enhancing. The subject methods can include obtaining target cells, such as T cells, hematopoietic stem cells, etc., which can be isolated from a biological sample or derived in vitro from a progenitor cell source. Cells may be transduced or transfected with an expression vector containing sequences encoding ortho-IL-21Rα, and this step may be performed in any suitable medium.

いくつかの態様では、操作されたT細胞は、インビボでortho-IL-21と接触させることができ、すなわち、操作されたT細胞がレシピエントに移入され、有効量のortho-IL-21がレシピエントに注射され、それらのネイティブの環境、例えばリンパ節などにおいて操作されたT細胞と接触することを可能にする。他の態様では、接触はインビトロで実施される。そのようなインビトロの態様では、接触は、免疫グロブリンFcドメインなどの別のタンパク質部分への融合物を含むかまたは含まない可溶性ortho-IL-21を使用して達成され得る。さらなるそのようなインビトロの態様では、接触は、分泌されたortho-IL-21または膜テザーortho-IL-21を発現する他の細胞との遭遇によって達成され得る。 In some embodiments, the engineered T cells can be contacted with ortho-IL-21 in vivo, i.e., the engineered T cells are transferred to a recipient and an effective amount of ortho-IL-21 is administered. are injected into recipients, allowing them to contact engineered T cells in their native environment, such as lymph nodes. In other embodiments, the contacting is performed in vitro. In such in vitro embodiments, contacting can be accomplished using soluble ortho-IL-21 with or without fusion to another protein moiety, such as an immunoglobulin Fc domain. In further such in vitro embodiments, contact can be achieved by encountering other cells expressing secreted ortho-IL-21 or membrane-tethered ortho-IL-21.

別の態様は、ortho-IL-21Rαを発現する操作された細胞を対象に導入すること、およびそれを有効量のortho-IL-21と接触させることによって細胞を活性化することを含む、それを必要とする対象を処置するための方法を提供する。いくつかの態様では、細胞はT細胞であり、さらなる態様では、細胞はCAR-T細胞である。別の態様では、細胞は、ネイティブまたは修飾TCRを発現するT細胞である。別の態様では、細胞はNK細胞である。別の態様では、細胞はマクロファージもしくは他の骨髄細胞または白血球である。 Another embodiment includes introducing an engineered cell expressing ortho-IL-21Rα into a subject and activating the cell by contacting it with an effective amount of ortho-IL-21. Provides a method for treating a subject in need of. In some embodiments, the cell is a T cell, and in further embodiments, the cell is a CAR-T cell. In another aspect, the cell is a T cell expressing a native or modified TCR. In another embodiment, the cells are NK cells. In another embodiment, the cell is a macrophage or other myeloid cell or white blood cell.

いくつかの態様では、ortho-IL-21は、異種ポリペプチドとの融合タンパク質として送達される。適切な異種ポリペプチドは当技術分野で公知であり、血清アルブミン、IgGのFc断片、一本鎖Fc抗体断片、ABD035などを含む。Fc断片は、ホモ二量体の形成を防止するために、または少なくとも有意に制限するために、例えば、静電ステアリングまたは他の突然変異を用いて修飾することができる。 In some embodiments, ortho-IL-21 is delivered as a fusion protein with a heterologous polypeptide. Suitable heterologous polypeptides are known in the art and include serum albumin, Fc fragments of IgG, single chain Fc antibody fragments, ABD035, and the like. Fc fragments can be modified, for example, with electrostatic steering or other mutations, to prevent, or at least significantly limit, homodimer formation.

別の態様は、ortho-IL-21Rαを発現する操作された細胞を対象に導入すること、およびortho-IL-21を発現する第2の操作された細胞を導入することを含む、それを必要とする対象を処置するための方法を提供する。いくつかの態様では、細胞はT細胞であり、さらなる態様では、細胞はCAR-T細胞である。 Another embodiment involves introducing into the subject an engineered cell that expresses ortho-IL-21Rα, and introducing a second engineered cell that expresses ortho-IL-21. A method for treating a subject is provided. In some embodiments, the cell is a T cell, and in further embodiments, the cell is a CAR-T cell.

「対象」は、任意の哺乳動物であり得、「患者」とも呼ばれ得る。哺乳動物対象の例としては、研究動物(例えば、マウスまたはラット)、家畜(例えば、牛、馬、豚)、ペット(例えば、犬、猫)およびヒトが挙げられる。いくつかの態様では、対象はヒトである。 A "subject" can be any mammal and may also be referred to as a "patient." Examples of mammalian subjects include research animals (eg, mice or rats), farm animals (eg, cows, horses, pigs), pets (eg, dogs, cats), and humans. In some embodiments, the subject is a human.

いくつかの態様では、処置されている対象は、がんを有すると診断されている。「がん」および「悪性腫瘍」は、同義語として使用され、細胞の制御されない異常な増殖、罹患細胞が局所的にまたは血流およびリンパ系を介して身体の他の部分に広がる能力(すなわち、転移する)、ならびにいくつかの特徴的な構造的および分子的特徴のいずれかを特徴とするいくつかの疾患のいずれかを指す。「がん細胞」は、多段階新生物進行の初期、中期または進行段階にある細胞を指す。新生物進行の初期、中期および進行段階の特徴は、顕微鏡法を使用して記載されている。新生物進行の3つの段階の各々におけるがん細胞は、一般に、転座、逆位、欠失、同腕染色体、一染色体性および過剰染色体を含む異常な核型を有する。がん細胞は、「過形成細胞」、すなわち悪性進行の初期段階の細胞、「異形成細胞」、すなわち新生物進行の中期段階の細胞、および「新生物細胞」、すなわち新生物進行の進行段階の細胞を含む。がんの例は、肉腫、乳がん、肺がん、脳がん、骨がん、肝臓がん、腎臓がん、結腸がんおよび前立腺がんである。いくつかの態様では、操作された細胞は、結腸がん、脳がん、乳がん、線維肉腫および扁平上皮癌からなる群から選択されるがんを処置するために使用される。いくつかの態様では、がんは、黒色腫、乳がん、結腸がん、肺がん、および卵巣がんからなる群から選択される。いくつかの態様では、処置されているがんは転移性がんである。 In some embodiments, the subject being treated has been diagnosed with cancer. "Cancer" and "malignant tumor" are used synonymously and refer to the uncontrolled, abnormal growth of cells, the ability of diseased cells to spread locally or to other parts of the body via the bloodstream and lymphatic system (i.e. , metastases), and any of several diseases characterized by any of several characteristic structural and molecular features. "Cancer cell" refers to a cell in an early, intermediate, or advanced stage of a multistage neoplastic progression. Characteristics of early, intermediate and advanced stages of neoplastic progression have been described using microscopy. Cancer cells in each of the three stages of neoplastic progression generally have an abnormal karyotype, including translocations, inversions, deletions, isochromosomes, monosomy, and supernumerary chromosomes. Cancer cells are classified into "hyperplastic cells," i.e., cells in the early stages of malignant progression, "dysplastic cells," i.e., cells in the middle stages of neoplastic progression, and "neoplastic cells," i.e., cells in the advanced stages of neoplastic progression. contains cells. Examples of cancer are sarcoma, breast cancer, lung cancer, brain cancer, bone cancer, liver cancer, kidney cancer, colon cancer and prostate cancer. In some embodiments, the engineered cells are used to treat cancer selected from the group consisting of colon cancer, brain cancer, breast cancer, fibrosarcoma, and squamous cell carcinoma. In some embodiments, the cancer is selected from the group consisting of melanoma, breast cancer, colon cancer, lung cancer, and ovarian cancer. In some embodiments, the cancer being treated is metastatic cancer.

がん処置の場合、処置方法は、がんを切除するステップをさらに含み得る。がんの切除は、凍結アブレーション、熱アブレーション、放射線療法、化学療法、高周波アブレーション、エレクトロポレーション、アルコールアブレーション、高密度焦点式超音波、光線力学療法、モノクローナル抗体の投与、および免疫毒素の投与からなる群から選択される方法を使用して達成することができる。 In the case of cancer treatment, the treatment method may further include the step of excising the cancer. Cancer removal can range from cryoablation, thermal ablation, radiotherapy, chemotherapy, radiofrequency ablation, electroporation, alcohol ablation, high-intensity focused ultrasound, photodynamic therapy, administration of monoclonal antibodies, and administration of immunotoxins. This can be achieved using a method selected from the group consisting of:

いくつかの態様では、処置されている対象は感染症を有すると診断されている。本明細書で使用される場合、「感染」という用語は、感染因子による対象の1つ以上の細胞の感染を指す。感染因子は、限定されないが、細菌、ウイルス、原虫および真菌を含む。細胞内病原体が特に興味深い。感染性疾患は、感染因子によって引き起こされる障害である。いくつかの感染因子は、特定の条件下で認識可能な症候または疾患を引き起こさないが、変化した条件下で症候または疾患を引き起こす可能性がある。主題の方法は、限定されないが、ウイルス感染、例えばレトロウイルス、レンチウイルス、ヘパドナウイルス、ヘルペスウイルス、ポックスウイルス、およびヒトパピローマウイルス;細胞内細菌感染、例えば、マイコバクテリウム(Mycobacterium)、クラミジア(Chlamydia)、エーリキア(Ehrlichia)、リケッチア(Rickettsia)、ブルセラ(Brucella)、レジオネラ(Legionella)、フランシセラ(Francisella)、リステリア(Listeria)、コクシエラ(Coxiella)、ナイセリア(Neisseria)、サルモネラ(Salmonella)、エルシニア(Yersinia)種およびヘリコバクターピロリ(Helicobacter pylori);および細胞内原虫病原体、例えば、プラスモジウム(Plasmodium)種、トリパノソーマ(Trypanosoma)種、ジアルジア(Giardia)種、トキソプラズマ(Toxoplasma)種およびリーシュマニア(Leishmania)種を含む慢性病原体感染の処置に使用され得る。 In some embodiments, the subject being treated has been diagnosed with an infectious disease. As used herein, the term "infection" refers to the infection of one or more cells of a subject by an infectious agent. Infectious agents include, but are not limited to, bacteria, viruses, protozoa, and fungi. Intracellular pathogens are of particular interest. Infectious diseases are disorders caused by infectious agents. Some infectious agents do not cause recognizable symptoms or disease under certain conditions, but can cause symptoms or disease under altered conditions. The subject methods include, but are not limited to, viral infections such as retroviruses, lentiviruses, hepadnaviruses, herpesviruses, poxviruses, and human papillomaviruses; intracellular bacterial infections such as Mycobacterium, Chlamydia ), Ehrlichia, Rickettsia, Brucella, Legionella, Francisella, Listeria, Coxiella, Neisseria ), Salmonella, Yersinia ) species and Helicobacter pylori; and intracellular protozoal pathogens such as Plasmodium spp., Trypanosoma spp., Giardia spp., Toxoplasma spp. and Leishmania spp. ania) including species Can be used to treat chronic pathogen infections.

いくつかの態様では、処置されている対象は、自己免疫疾患を有すると診断されている。自己免疫疾患は、自己タンパク質、自己ポリペプチド、自己ペプチド、または他の自己分子を異常に標的とし、体内の器官、組織または細胞型の傷害および/または機能不全を引き起こすTリンパ球およびBリンパ球を特徴とする。自己免疫疾患としては、関節リウマチ、全身性エリテマトーデス、多発性硬化症、自己免疫性肝炎、インスリン依存性糖尿病などの疾患、および変形性関節症、アルツハイマー病、黄斑変性などの変性疾患が挙げられる。 In some embodiments, the subject being treated has been diagnosed with an autoimmune disease. Autoimmune diseases are T and B lymphocytes that abnormally target self proteins, self polypeptides, self peptides, or other self molecules, causing injury and/or dysfunction of organs, tissues or cell types in the body. It is characterized by Autoimmune diseases include diseases such as rheumatoid arthritis, systemic lupus erythematosus, multiple sclerosis, autoimmune hepatitis, insulin-dependent diabetes, and degenerative diseases such as osteoarthritis, Alzheimer's disease, and macular degeneration.

処置を行うために、対象の1つ以上の細胞が、ortho-IL-21と接触させられ得る。細胞がortho-IL-21とインビトロで接触させられる場合、ortho-IL-21は、ネイティブの細胞機構、例えば、アクセサリータンパク質、共受容体などを利用し得るortho-IL-21Rαからのシグナル伝達を活性化するのに十分な用量および期間で、操作された細胞に添加され得る。任意の適切な培地が使用され得る。このようにして活性化された細胞は、抗原特異性の決定、サイトカインプロファイリングなどに関する実験目的を含む任意の所望の目的のために、およびインビボ送達のために使用され得る。 To carry out the treatment, one or more cells of the subject can be contacted with ortho-IL-21. When cells are contacted with ortho-IL-21 in vitro, ortho-IL-21 directs signaling from ortho-IL-21Rα, which may utilize native cellular machinery, e.g., accessory proteins, co-receptors, etc. It can be added to the engineered cells at a dose and for a period sufficient to activate them. Any suitable medium may be used. Cells activated in this manner can be used for any desired purpose, including experimental purposes regarding determination of antigen specificity, cytokine profiling, etc., and for in vivo delivery.

接触がインビボで実施される場合、ortho-IL-21Rαを発現する、有効量の操作された細胞が、ortho-IL-21の投与と組み合わせて、または投与前に、レシピエントに注入される。投与量および頻度は、薬剤、投与様式などに応じて変動し得る。投与量はまた、局所投与(例えば、鼻腔内、吸入など)、または全身投与(例えば、筋肉内、腹腔内、静脈内など)に関して、変動し得る。一般に、少なくとも約10個の操作された細胞/kg、少なくとも約10個の操作された細胞/kg、少なくとも約10個の操作された細胞/kg、少なくとも約10個の操作された細胞/kg、またはそれ以上が投与される。 If contacting is performed in vivo, an effective amount of engineered cells expressing ortho-IL-21Rα is injected into the recipient in combination with or prior to administration of ortho-IL-21. Dosage amount and frequency may vary depending on the drug, mode of administration, etc. Dosages may also be varied for local administration (eg, intranasal, inhalation, etc.) or systemic administration (eg, intramuscular, intraperitoneal, intravenous, etc.). Generally, at least about 10 4 engineered cells/kg, at least about 10 5 engineered cells/kg, at least about 10 6 engineered cells/kg, at least about 10 7 engineered cells/kg cells/kg or more are administered.


例1:ネイティブIL-21への結合が損なわれた候補Ortho-IL-21Rα分子の特定のための結合アッセイ
直接相互作用アッセイ(IL-21RαがIL-21のネイティブ形態または変異体形態に結合する能力を定量化する)は、IL-21結合活性が損なわれたIL-21Rαのバリアント(すなわち、候補直交バリアント)を特定するための細胞ベースアッセイの代替法を提供する。このようなアッセイを利用する実現可能性は、ネイティブ相互作用(IL-21Rα:IL-21)が旺盛である(KD約70pM)という事実によって高められる。結合アッセイの多くの可能な形態のうち、ルシフェラーゼ融合タンパク質を含むものは、その単純さ、および中スループットまたは高スループット形式に適合される可能性のために魅力的である。
Examples Example 1: Binding Assay for Identification of Candidate Ortho-IL-21Rα Molecules with Impaired Binding to Native IL-21 Direct Interaction Assay (IL-21Rα Binding to Native or Mutant Forms of IL-21) provides an alternative to cell-based assays to identify variants of IL-21Rα with impaired IL-21 binding activity (ie, candidate orthogonal variants). The feasibility of utilizing such an assay is enhanced by the fact that the native interaction (IL-21Rα:IL-21) is robust (KD approximately 70 pM). Among the many possible forms of binding assays, those involving luciferase fusion proteins are attractive because of their simplicity and the possibility of being adapted to medium- or high-throughput formats.

IL-21Rα:IL-21結合アッセイの1つのバージョンは、受容体外部ドメインを表面に付着させること、コーティングされた表面をIL-21-ルシフェラーゼ融合タンパク質の溶液に浸すこと、その後、関連するルシフェラーゼ基質が添加されるときの発光に基づいて結合したIL-21を定量することを含む。あるいは、IL-21は固定化してもよく、IL-21Rα-ルシフェラーゼ融合タンパク質は溶液中で使用してもよい。 IL-21Rα: One version of the IL-21 binding assay involves attaching the receptor ectodomain to a surface, soaking the coated surface in a solution of IL-21-luciferase fusion protein, and then adding the relevant luciferase substrate. and quantifying bound IL-21 based on luminescence when IL-21 is added. Alternatively, IL-21 may be immobilized and the IL-21Rα-luciferase fusion protein may be used in solution.

結合アッセイのいずれの形態においても、固定化された受容体またはサイトカインの所望の配向は、Streptactinタンパク質に対する高親和性ペプチドリガンドであるTwin-Strep-Tag IIなどの親和性タグの使用によって達成することができる。カルボキシ末端Twin-Strep-Tag IIペプチドを有するIL-21Rα外部ドメインは、Streptactinタンパク質でプレコーティングされた96ウェルプレートのウェルの表面に効率的かつ選択的に固定化することができる。このようにして、固定化されたIL-21Rαは、そのサイトカイン結合ドメインがプレート表面から遠位にあるように配向されるべきである。同様に、IL-21もまた、アミノ末端またはカルボキシ末端Twin-Strep-Tag IIペプチドタグを有する場合、関連する様式で固定化することができる。 In either form of binding assay, the desired orientation of the immobilized receptor or cytokine can be achieved through the use of affinity tags such as Twin-Strep-Tag II, a high affinity peptide ligand for the Streptactin protein. Can be done. The IL-21Rα ectodomain with the carboxy-terminal Twin-Strep-Tag II peptide can be efficiently and selectively immobilized on the surface of the wells of a 96-well plate precoated with Streptactin protein. In this way, the immobilized IL-21Rα should be oriented such that its cytokine binding domain is distal from the plate surface. Similarly, IL-21 can also be immobilized in a related manner if it has an amino- or carboxy-terminal Twin-Strep-Tag II peptide tag.

アッセイは、プレート固定化ヒトIL-21Rα外部ドメイン(カルボキシ末端Twin-Strep-Tag IIを介して)および16KD Turbo-ルシフェラーゼポリペプチド(ThermoFisher)がヒトIL-21のカルボキシ末端に(グリシン-セリン含有ペプチドを介して)連結された融合タンパク質(配列番号5)(図3における「IL-21-TLuc16」)を使用して確立した。結合されたIL-21は、TurboLuc Luciferase One-Step Glow Assay Kit(ThermoFisher)および標準的なルミノメトリーを使用して検出した。このアッセイはまた、IL-21のアミノ末端に融合したルシフェラーゼまたは代替形態のルシフェラーゼ(例えば、NanoLuc;ThermoFisher)を用いて確立することができた。 The assay consisted of a plate-immobilized human IL-21Rα ectodomain (via a carboxy-terminal Twin-Strep-Tag II) and a 16KD Turbo-luciferase polypeptide (ThermoFisher) attached to the carboxy-terminus of human IL-21 (via a glycine-serine-containing peptide). (via) linked fusion protein (SEQ ID NO: 5) (“IL-21-TLuc16” in Figure 3). Bound IL-21 was detected using the TurboLuc Luciferase One-Step Glow Assay Kit (ThermoFisher) and standard luminometry. This assay could also be established using luciferase fused to the amino terminus of IL-21 or alternative forms of luciferase (eg, NanoLuc; ThermoFisher).

20個の候補ortho-IL-21Rα分子を、IL-21-TLuc16に結合するそれらの能力について試験した。野生型ヒトIL-21Rα外部ドメイン(シグナルペプチドを欠く成熟形態)(V0(配列番号6))および表1に示す20個の候補ortho-IL-21Rα分子(配列番号7~25&63)(置換をヘッダーおよび配列内の下線で示す)を分泌タンパク質としてHEK 293細胞において発現させた。



Twenty candidate ortho-IL-21Rα molecules were tested for their ability to bind IL-21-TLuc16. Wild-type human IL-21Rα ectodomain (mature form lacking signal peptide) (V0 (SEQ ID NO: 6)) and 20 candidate ortho-IL-21Rα molecules shown in Table 1 (SEQ ID NO: 7-25 & 63) (substitutions in the header) and underlined in the sequence) were expressed as secreted proteins in HEK 293 cells.



一過性トランスフェクト細胞からの清澄化された上清液を、Streptactinコーティングプレートからなる酵素結合免疫吸着測定法(「ELISA」)を用いてIL-21Rαの存在について試験し、上清液を希釈し、ヒトIL-21Rαに特異的なマウスモノクローナル抗体、マウスIgGに特異的な西洋ワサビペルオキシダーゼコンジュゲート化ラット抗体、およびペルオキシダーゼの発色基質の組み合わせを使用して検出した。このELISAは、候補ortho-IL-21Rα分子の各々を用いてStreptactinコーティングウェルの飽和を確実にするために必要な希釈を確立した。候補ortho-IL-21Rα飽和ウェルを、IL-21-TLuc16の溶液と4℃(またはいくつかの実験では室温)で1時間(またはいくつかの実験ではそれ以上)インキュベートした。ウェルを洗浄した後、ルシフェラーゼ基質(セレンテラジン)溶液を添加し、ルミノメトリーを行った。 The clarified supernatant from the transiently transfected cells was tested for the presence of IL-21Rα using an enzyme-linked immunosorbent assay (“ELISA”) consisting of Streptactin-coated plates, and the supernatant was diluted. and was detected using a combination of a mouse monoclonal antibody specific for human IL-21Rα, a horseradish peroxidase-conjugated rat antibody specific for mouse IgG, and a chromogenic substrate for peroxidase. This ELISA established the necessary dilutions to ensure saturation of Streptactin-coated wells with each of the candidate ortho-IL-21Rα molecules. Candidate ortho-IL-21Rα-saturated wells were incubated with a solution of IL-21-TLuc16 for 1 hour (or longer in some experiments) at 4°C (or room temperature in some experiments). After washing the wells, a luciferase substrate (coelenterazine) solution was added and luminometry was performed.

図3は、単一(準飽和)濃度のIL-21-TLuc16を、20個の候補ortho-IL-21Rα分子(配列番号7~25&63)(これらはすべて、飽和濃度でウェルのStreptactinコーティング表面に結合していた)のパネルへの結合について試験した代表的なアッセイの結果を示す。候補ortho-IL-21Rα分子のうちの8個は、IL-21-TLuc16に結合する能力の低下を示した。反復実験(IL-21-TLuc16の滴定を含む)により、結果が確認された。 Figure 3 shows a single (sub-saturating) concentration of IL-21-TLuc16 applied to 20 candidate ortho-IL-21Rα molecules (SEQ ID NOs: 7-25 & 63), all of which were applied to the Streptactin-coated surface of the well at a saturating concentration. Figure 2 shows the results of a representative assay tested for binding to a panel of cells (which were bound) to a panel. Eight of the candidate ortho-IL-21Rα molecules showed reduced ability to bind IL-21-TLuc16. Replicate experiments (including titration of IL-21-TLuc16) confirmed the results.

IL-21-TLuc16(すなわち、RV2、RV6、RV7、RV10、RV13、RV15、RV18およびRV19)に対する損なわれた結合を示した8個の候補IL-21Rα分子(「受容体バリアント」または「RV」)を、候補ortho-IL-21Rαに(シグナル伝達および免疫学的活性に関して)生産的に結合するが、ネイティブIL-21Rαには結合しないサイトカインの形態を単離するという最終的な目標を伴って、候補ortho-IL-21に結合するそれらの能力について試験することができる。 Eight candidate IL-21Rα molecules (“receptor variants” or “RVs”) showed impaired binding to IL-21-TLuc16 (i.e., RV2, RV6, RV7, RV10, RV13, RV15, RV18, and RV19). ), with the ultimate goal of isolating a form of the cytokine that productively binds (with respect to signal transduction and immunological activity) to candidate ortho-IL-21Rα, but not to native IL-21Rα. , can be tested for their ability to bind to candidate ortho-IL-21.

8個の候補ortho-IL-21Rα分子に存在するアミノ酸置換の代替的な組み合わせを有するさらなる13個の候補ortho-IL-21Rα分子を、IL-21-TLuc16に結合するそれらの能力について同様に試験した。表2に示す13個の候補ortho-IL-21Rα分子(配列番号26~38)(置換をヘッダーおよび配列内の下線で示す)を、分泌タンパク質としてHEK 293細胞において発現させた。


An additional 13 candidate ortho-IL-21Rα molecules with alternative combinations of amino acid substitutions present in the 8 candidate ortho-IL-21Rα molecules were similarly tested for their ability to bind IL-21-TLuc16. did. The 13 candidate ortho-IL-21Rα molecules shown in Table 2 (SEQ ID NOs: 26-38) (substitutions are indicated by underlining in the header and sequence) were expressed in HEK 293 cells as secreted proteins.


図4A~図4Eに示すように、候補ortho-IL-21Rα分子のうちの11個が、IL-21-TLuc16に結合する能力の低下を示した(すなわち、ortho-IL-21Rα分子RV23、RV24およびRV28は、野生型受容体の結合と同等またはほぼ同等の結合を示したが、他のすべてのortho-IL-21Rα分子は、有意により損なわれた結合を示した)。 As shown in Figures 4A-4E, 11 of the candidate ortho-IL-21Rα molecules showed a decreased ability to bind IL-21-TLuc16 (i.e., ortho-IL-21Rα molecules RV23, RV24 and RV28 showed binding equivalent or nearly equivalent to that of the wild-type receptor, whereas all other ortho-IL-21Rα molecules showed significantly more impaired binding).

例2:Ba/F3細胞アッセイおよびSTAT3応答性レポーター構築物を使用して明らかにされた候補Ortho-IL-21Rα分子によって媒介される減弱されたIL-21媒介シグナル伝達。
候補ortho-IL-21Rα候補がIL-21に結合する能力において損なわれた程度をさらに試験するために、例1および図3からの8個の候補をリンパ系細胞株、すなわちBa/F3細胞(マウスプレB細胞リンパ腫株)において発現させた。Ba/F3細胞は、増殖についてサイトカインIL-3に依存するが、最初にIL-21Rαの発現について陽性にされた場合、同様に、IL-21に応答してロバストに増殖する。
Example 2: Attenuated IL-21-mediated signaling mediated by candidate Ortho-IL-21Rα molecules revealed using Ba/F3 cell assays and STAT3-responsive reporter constructs.
To further test the extent to which candidate ortho-IL-21Rα candidates were impaired in their ability to bind IL-21, eight candidates from Example 1 and Figure 3 were cultured in a lymphoid cell line, namely Ba/F3 cells ( was expressed in a mouse pre-B cell lymphoma line). Ba/F3 cells are dependent on the cytokine IL-3 for proliferation, but also proliferate robustly in response to IL-21 if initially made positive for expression of IL-21Rα.

Ba/F3細胞に、LeapIn Transposase(登録商標)mRNAおよび野生型または候補ortho-IL-21Rα(RV2:D72E/Y129F/D73E;RV6:M70I/D73E/Q33H;RV7:D72E/L94V/Y191F;RV10:D72E/E38D/M130L;RV13:M70G/Y129F;RV15:F69L/M70L/D73I;RV18:D72K/D73K;RV19:E38K;および、その細胞質尾部のほとんどすべてを欠くIL-21Rαの形態であるΔcyt)をコードするトランスポゾンをエレクトロポレートした。トランスポゾンはまた、分泌されたシプリディナ・ノクティルカ(Cypridina noctiluca)ルシフェラーゼをコードするSTAT-3調節遺伝子、構成的に発現されたサイトゾルコメツキムシルシフェラーゼ、およびピューロマイシンN-アセチルトランスフェラーゼをコードする構成的に発現された遺伝子を保有していた。 Ba/F3 cells were treated with LeapIn Transposase® mRNA and wild type or candidate ortho-IL-21Rα (RV2: D72E/Y129F/D73E; RV6: M70I/D73E/Q33H; RV7: D72E/L94V/Y191F; RV10: D72E/E38D/M130L; RV13:M70G/Y129F; RV15:F69L/M70L/D73I; RV18:D72K/D73K; RV19:E38K; and Δcyt, a form of IL-21Rα lacking almost all of its cytoplasmic tail. The encoding transposon was electroporated. Transposons also contain the STAT-3 regulated gene encoding secreted Cypridina noctiluca luciferase, the constitutively expressed cytosolic click beetle luciferase, and the constitutively expressed cytosolic click beetle luciferase encoding puromycin N-acetyltransferase. possessed the gene.

一例として、RV13発現構築物を、ATUM(www.atum.bio)によるオリゴヌクレオチド依存性DNA合成によって調製した。このプラスミドは13Kbを超えるサイズであり、最初にゲノムインスレーター配列(一方の側のヒトD4Z4遺伝子座および他方の側のβ-グロビンをコードするニワトリ遺伝子座から)に、次いでトランスポゾン逆位末端反復配列に挟まれたDNA片内に4つの独立した遺伝子を含む。インスレーター配列は、発現を低減または多様化し得る位置効果(すなわち、ゲノムにおけるトランスポゾン組み込みの部位に依存する効果)からトランスポゾン内の遺伝子を保護することを意図している。逆位末端反復配列は、ゲノムDNAへのトランスポゾンの組み込みを媒介するATUM専売のLeapIn(登録商標)トランスポザーゼ酵素によって認識される。トランスポゾン内に存在する4つの遺伝子を表3に記載する(トランスポゾン内に発生する順序で)。遺伝子およびそれらを含むトランスポゾンは、ATUMによって日常的に使用される構築物組み立て方法論に適合する標準的な分子生物学原理に従って設計された。野生型または他の候補ortho-IL-21Rα分子をコードするこのベクターのバリアントを、表3に列挙した第4の遺伝子に適切な変更を加えることによって生成した。
As an example, an RV13 expression construct was prepared by oligonucleotide-dependent DNA synthesis by ATUM (www.atum.bio). This plasmid is over 13 Kb in size and contains first the genomic insulator sequence (from the human D4Z4 locus on one side and the chicken locus encoding β-globin on the other side) and then the transposon inverted terminal repeat sequence. Contains four independent genes within a piece of DNA sandwiched between. The insulator sequence is intended to protect the genes within the transposon from positional effects that could reduce or diversify expression (ie, effects that depend on the site of transposon integration in the genome). The inverted terminal repeats are recognized by ATUM's proprietary LeapIn® transposase enzyme, which mediates integration of the transposon into genomic DNA. The four genes present within the transposon are listed in Table 3 (in the order in which they occur within the transposon). Genes and their containing transposons were designed according to standard molecular biology principles that are compatible with construct assembly methodologies routinely used by ATUM. Variants of this vector encoding wild-type or other candidate ortho-IL-21Rα molecules were generated by making appropriate changes to the fourth gene listed in Table 3.

野生型IL-21Rαまたは候補ortho-IL-21Rα分子のいずれかをコードするトランスポゾンベクターを、MaxCyte ATxまたはThermoFisher Neon機器のいずれかを製造者の説明書に従って使用して、関連するLeapIn(登録商標)トランスポザーゼをコードするインビトロ転写mRNAと共にBa/F3細胞にコトランスフェクトした。ピューロマイシン選択(1μg/ml以上)をトランスフェクション後48時間で課し、トランスフェクトされていない対照培養物中のすべての細胞が死滅した後、少なくとも1週間継続した。フローサイトメトリーを使用して、ピューロマイシン選択細胞がIL-21Rαの均一な発現を示したことを確認した。 Transposon vectors encoding either wild-type IL-21Rα or candidate ortho-IL-21Rα molecules were transfected with the relevant LeapIn® using either MaxCyte ATx or ThermoFisher Neon instruments according to the manufacturer's instructions. Ba/F3 cells were co-transfected with in vitro transcribed mRNA encoding the transposase. Puromycin selection (>1 μg/ml) was imposed 48 hours after transfection and continued for at least 1 week after all cells in the untransfected control cultures had died. Flow cytometry was used to confirm that puromycin-selected cells showed uniform expression of IL-21Rα.

IL-21応答をアッセイするために、Ba/F3細胞を最初に、血清および外因性サイトカインを欠くRPMI-1640培地中で20~24時間インキュベートした。洗浄後、IL-21で(0.4%[vol/vol]血清の存在下で)さらに20~24時間、丸底96ウェルプレート(約100,000細胞/ウェル)中様々な濃度のIL-21(または候補ortho-IL-21)で刺激した後、分泌ルシフェラーゼ(トランスポゾン中のSTAT3-cLuc遺伝子からの)、細胞内ルシフェラーゼ(トランスポゾン中の構成的に発現させたEEF2-eLuc遺伝子からの)、またはATP蓄積をアッセイした。分泌ルシフェラーゼアッセイを使用して、IL-21がその受容体に関与するときに起こるように、細胞におけるSTAT3依存性シグナル伝達を知らせた。他の2つのアッセイ(細胞質eLucまたはATP蓄積をモニタリングする)を使用して、細胞数(すなわち、増殖)を知らせた。 To assay IL-21 responses, Ba/F3 cells were first incubated in RPMI-1640 medium lacking serum and exogenous cytokines for 20-24 hours. After washing, IL-21 (in the presence of 0.4% [vol/vol] serum) was incubated for an additional 20-24 hours at various concentrations in round-bottom 96-well plates (approximately 100,000 cells/well). After stimulation with 21 (or candidate ortho-IL-21), secreted luciferase (from the STAT3-cLuc gene in the transposon), intracellular luciferase (from the constitutively expressed EEF2-eLuc gene in the transposon), or assayed for ATP accumulation. A secreted luciferase assay was used to signal STAT3-dependent signaling in cells, as occurs when IL-21 engages its receptor. Two other assays (monitoring cytoplasmic eLuc or ATP accumulation) were used to inform cell number (ie, proliferation).

予想されるように、Ba/F3細胞は、IL-3が提供されない場合、増殖することができなかった。野生型形態のIL-21Rαを発現する場合、それらはIL-21用量依存的増殖を示した(上記のATPまたはeLucアッセイによる)。処理された培養物からの上清液中の(STAT3調節レポーター遺伝子からの)シプリディナ(Cypridina)ルシフェラーゼのIL-21用量依存的蓄積もあった(図5A~図5B)。シプリディナ(Cypridina)ルシフェラーゼの分泌はIL-21Rα細胞質ドメインに依存し(なぜなら、IL-21Rα [Δcyt]の尾部のない形態がIL-21に応答して増殖を誘導しなかったからである;図5A);細胞質ドメイン中のチロシン残基がフェニルアラニン残基で置き換えられた場合にも、分泌が有意に損なわれた(図示せず)。 As expected, Ba/F3 cells were unable to proliferate when IL-3 was not provided. When expressing the wild-type form of IL-21Rα, they showed IL-21 dose-dependent proliferation (by ATP or eLuc assays as described above). There was also an IL-21 dose-dependent accumulation of Cypridina luciferase (from the STAT3 regulated reporter gene) in the supernatants from treated cultures (Figures 5A-5B). Cypridina luciferase secretion is dependent on the IL-21Rα cytoplasmic domain (because the tailless form of IL-21Rα [Δcyt] did not induce proliferation in response to IL-21; Figure 5A) ; secretion was also significantly impaired when the tyrosine residue in the cytoplasmic domain was replaced with a phenylalanine residue (not shown).

シプリディナ・ノクティルカ(Cypridina noctiluca)ルシフェラーゼ活性は、関連するルシフェラーゼ基質(Vargulin)を細胞からの上清液の試料に添加し、ルミノメーターを使用して発光を測定することによって容易に検出された。図5Aおよび図5Bは、ウェルの各々からの20μLの上清液を、製造業者の推奨濃度でVargulinを含有する50μLのVLAR-2試薬緩衝液(Targeting Systems)と混合した後に発光(相対光量単位すなわちRLU)として検出されたルシフェラーゼ活性を示す。 Cypridina noctiluca luciferase activity was easily detected by adding the relevant luciferase substrate (Vargulin) to a sample of supernatant fluid from the cells and measuring the luminescence using a luminometer. Figures 5A and 5B show luminescence (relative light units) after mixing 20 μL of supernatant from each of the wells with 50 μL of VLAR-2 reagent buffer (Targeting Systems) containing Vargulin at the manufacturer's recommended concentration. In other words, it shows the luciferase activity detected as RLU).

結果は、8個の候補ortho-IL-21Rα分子によって媒介される損なわれたIL-21依存性シグナル伝達に関して例1および図3に記載および示した結合アッセイの所見を確認した。 The results confirmed the binding assay findings described and shown in Example 1 and FIG. 3 regarding impaired IL-21-dependent signaling mediated by the eight candidate ortho-IL-21Rα molecules.

例3:候補Ortho-IL-21分子のスクリーニング:候補Ortho-IL-21Rα分子または野生型IL-21Rαを発現する細胞におけるSTAT3依存性シグナル伝達応答についての試験
ATUM(www.atum.bio)で日常的に使用されている手順に従って、一過性トランスフェクトHEK-293細胞から野生型または候補ortho-IL-21分子を産生した。この目的のための発現ベクターは、最適化されたサイトメガロウイルス前初期遺伝子1プロモーターの下流にIL-21オープンリーディングフレームを保有していた。ネイティブのものに代えて、ヒトIL-2遺伝子からのシグナルペプチドを使用した。検出、定量、固定化または精製のためのエピトープタグをIL-21コード配列のアミノ末端またはカルボキシ末端に融合した。1つの一連のベクター(表4に配列番号39~60として特定されるIL-21の形態をコードするものを含む)において、アミノ末端に融合された要素は、Twin-Strep-Tagとそれに続く3つのコピーのグリシン-グリシン-グリシン-グリシン-セリンリンカー部分であり、カルボキシ末端に融合された要素は、同じグリシン-グリシン-グリシン-グリシン-セリンリンカーの2つのコピーとそれに続くN-Mycエピトープタグ(9E10モノクローナル抗体によって認識される)を含んでいた。第2の一連のベクター(表4に配列番号61~62として特定されるIL-21の形態をコードするものを含む)は、カルボキシ末端のタグを特徴としなかったが、IL-21のアミノ末端に以下の要素を有していた:Twin-Strep-Tag、直後に続いてN-Mycエピトープタグ、次いで3つのコピーのグリシン-グリシン-グリシン-グリシン-セリンリンカー部分。
Example 3: Screening of candidate Ortho-IL-21 molecules: Testing for STAT3-dependent signaling responses in cells expressing candidate Ortho-IL-21Rα molecules or wild-type IL-21Rα. Wild-type or candidate ortho-IL-21 molecules were produced from transiently transfected HEK-293 cells according to procedures used by researchers. The expression vector for this purpose carried the IL-21 open reading frame downstream of the optimized cytomegalovirus immediate early gene 1 promoter. The signal peptide from the human IL-2 gene was used instead of the native one. Epitope tags for detection, quantification, immobilization or purification were fused to the amino or carboxy terminus of the IL-21 coding sequence. In one series of vectors (including those encoding forms of IL-21 identified in Table 4 as SEQ ID NOS: 39-60), the element fused to the amino terminus is a Twin-Strep-Tag followed by a 3 The element fused to the carboxy terminus contains two copies of the same glycine-glycine-glycine-glycine-serine linker followed by an N-Myc epitope tag ( 9E10 monoclonal antibody). A second series of vectors (including those encoding forms of IL-21 identified in Table 4 as SEQ ID NOS: 61-62) did not feature a tag at the carboxy-terminus, but at the amino-terminus of IL-21. had the following elements: Twin-Strep-Tag, immediately followed by an N-Myc epitope tag, then three copies of a glycine-glycine-glycine-glycine-serine linker moiety.

トランスフェクト細胞の培養物(10mL)をおよそ5日間(生存率が約50%未満に低下するまで)維持した。上清液を回収し、濾過し、等分した。上清液中に存在するIL-21の定量を、様々なエピトープタグに対する、またはIL-21部分に特異的なELISA(および場合によってはバイオレイヤー干渉法アッセイ)を使用して達成した。 Cultures (10 mL) of transfected cells were maintained for approximately 5 days (until viability decreased to less than approximately 50%). The supernatant was collected, filtered, and aliquoted. Quantification of IL-21 present in the supernatant was achieved using ELISAs (and in some cases biolayer interferometry assays) directed against various epitope tags or specific for the IL-21 moiety.

選択された候補ortho-IL-21分子(エピトープタグを含むがシグナルペプチドがない成熟タンパク質配列)を表4(配列番号39~62)に示す(置換をヘッダーおよび配列内の下線で示す)。




Selected candidate ortho-IL-21 molecules (mature protein sequences containing epitope tags but without signal peptide) are shown in Table 4 (SEQ ID NOs: 39-62) (substitutions are indicated by underlining in the header and sequence).




野生型IL-21Rαまたは例1および図3からの8個の候補ortho-IL-21Rα分子を発現するBa/F3細胞を、候補ortho-IL-21分子CV1~CV22(配列番号39~59)で刺激した。ortho-IL-21分子に対するBa/F3細胞のシグナル伝達応答を、STAT3-ルシフェラーゼアッセイを使用して上記のようにモニタリングした。 Ba/F3 cells expressing wild-type IL-21Rα or the eight candidate ortho-IL-21Rα molecules from Example 1 and FIG. It stimulated me. The signaling response of Ba/F3 cells to ortho-IL-21 molecules was monitored as described above using the STAT3-luciferase assay.

Ba/F3細胞を、4つの濃度(100、50、25および12.5ng/mL)の示された候補ortho-IL-21分子(図6A~図6J:R5Q、R5D、R5E、R5K、R5N、I8E、R9E、R9D、R9K、R9N、R9Qを含む候補ortho-IL-21分子および野生型IL-21;図6K~図6T:Q12V、L13D、K73V、K73D、K75D、R76E、R76N、R76A、R5Q/R76E、R5Q/R76Aを含む候補ortho-IL-21分子および野生型IL-21)に曝露した。Ba/F3細胞は、発現したortho-IL-21Rα分子の形態が異なっていた(RV2:D72E/Y129F/D73E;RV6:M70I/D73E/Q33H;RV7:D72E/L94V/Y191F;RV10:D72E/E38D/M130L;RV13:M70G/Y129F;RV15:F69L/M70L/D73I;RV18:D72K/D73K;RV19:E38K;および野生型IL-21Rα)。細胞を無血清培地に24時間置いた後、丸底96ウェルプレート中の候補ortho-IL-21分子(ウェルあたり約100,000細胞)と一晩(約20時間)インキュベートした。上記のように、WT分子および候補ortho-IL-21Rα分子の発現を付与するトランスポゾンは、分泌シプリディナ・ノクティルカ(Cypridina noctiluca)ルシフェラーゼをコードするSTAT3調節遺伝子も保有していた。図6A~図6Tは、ウェルの各々からの20μLの上清液を、製造業者の推奨濃度でシプリディナ・ノクティルカ(Cypridina noctiluca)ルシフェラーゼ基質(Vargulin)を含有する50μLのVLAR-2試薬緩衝液(Targeting Systems)と混合した後に発光(相対光量単位)として検出されたこのルシフェラーゼの活性を示す。 Ba/F3 cells were treated with four concentrations (100, 50, 25 and 12.5 ng/mL) of the indicated candidate ortho-IL-21 molecules (Figures 6A-6J: R5Q, R5D, R5E, R5K, R5N, Candidate ortho-IL-21 molecules and wild type IL-21 including I8E, R9E, R9D, R9K, R9N, R9Q; Figures 6K-6T: Q12V, L13D, K73V, K73D, K75D, R76E, R76N, R76A, R5Q /R76E, R5Q/R76A, and wild-type IL-21). Ba/F3 cells differed in the morphology of the expressed ortho-IL-21Rα molecules (RV2: D72E/Y129F/D73E; RV6: M70I/D73E/Q33H; RV7: D72E/L94V/Y191F; RV10: D72E/E38D /M130L; RV13:M70G/Y129F; RV15:F69L/M70L/D73I; RV18:D72K/D73K; RV19:E38K; and wild type IL-21Rα). Cells were placed in serum-free medium for 24 hours and then incubated overnight (approximately 20 hours) with candidate ortho-IL-21 molecules (approximately 100,000 cells per well) in round-bottom 96-well plates. As mentioned above, the transposons conferring expression of the WT molecule and the candidate ortho-IL-21Rα molecule also carried the STAT3-regulated gene encoding the secreted Cypridina noctiluca luciferase. 6A-6T, 20 μL of supernatant from each well was mixed with 50 μL of VLAR-2 reagent buffer (Targeting) containing Cypridina noctiluca luciferase substrate (Vargulin) at the manufacturer's recommended concentration. Figure 2 shows the activity of this luciferase detected as luminescence (relative light units) after mixing with the luciferase system.

図6A~図6Tに示すように、ortho-IL-21Rα分子を発現する以下の細胞は、ortho-IL-21分子に対する測定可能な応答を行った:
As shown in Figures 6A-6T, the following cells expressing ortho-IL-21Rα molecules made measurable responses to ortho-IL-21 molecules:

IL-21Rα(野生型受容体)を発現する細胞は、大部分のバリアントサイトカインに対して測定可能な応答を行ったが、重要なことに、(4つの比較的高濃度のバリアントサイトカインのみを特徴とする)実験の設計は、野生型IL-21と比較してそれらのシグナル伝達活性の程度を定量する可能性を排除した。 Cells expressing IL-21Rα (wild-type receptor) made measurable responses to most variant cytokines, but importantly, only four (4) variant cytokines were characterized at relatively high concentrations. The design of the experiment (in which the IL-21 was used) precluded the possibility of quantifying the extent of their signaling activity compared to wild-type IL-21.

図6A~図6Tおよび表4に表される集合から選択された候補ortho-IL-21分子(すなわち、R5K(CV4)、Q12V(CV12)、R76A(CV19)およびK73V(CV14))を、野生型IL-21Rαまたは候補ortho-IL-21Rα分子RV6、RV10、RV13またはRV15(すなわち、それぞれM70I/D73E/Q33H、D72E/E38D/M130L、M70G/Y129F、またはF69L/M70L/D73I)を発現するBa/F3細胞を用いて再試験した。この実験の結果を図7A~図7Dに示す。予想されるように、野生型IL-21に曝露された場合、候補ortho-IL-21Rα分子を発現する細胞は、野生型IL-21Rαを発現する細胞と比較して、シグナル伝達応答を減少させた(各グラフにおいて塗りつぶした記号を有する実線)。さらに、図6A~図6Tにおける結果によって予測されるように、3つの場合(候補ortho-IL-21Rα分子RV6、RV19またはRV13を発現する細胞)において、細胞は、候補ortho-IL-21分子(それぞれCV12、CV19またはCV14)に曝露された場合、野生型IL-21よりも強い応答を行った(図7A、図7Cおよび図7Dにおいてそれぞれ白抜き菱形記号と黒塗り菱形記号)。4個のすべての候補ortho-IL-21分子は、野生型IL-21Rαを介して応答を引き起こすそれらの能力において様々な程度まで損なわれており、候補ortho-IL-21分子CV19は、この点で最も深刻に損なわれていた(図7Cにおける白丸対黒丸記号)。 Candidate ortho-IL-21 molecules (i.e., R5K (CV4), Q12V (CV12), R76A (CV19) and K73V (CV14)) selected from the collections represented in Figures 6A-6T and Table 4 were Ba expressing type IL-21Rα or candidate ortho-IL-21Rα molecules RV6, RV10, RV13 or RV15 (i.e., M70I/D73E/Q33H, D72E/E38D/M130L, M70G/Y129F, or F69L/M70L/D73I, respectively) /F3 cells were used. The results of this experiment are shown in FIGS. 7A-7D. As expected, when exposed to wild-type IL-21, cells expressing candidate ortho-IL-21Rα molecules have reduced signaling responses compared to cells expressing wild-type IL-21Rα. (solid line with filled symbols in each graph). Furthermore, as predicted by the results in Figures 6A-6T, in three cases (cells expressing candidate ortho-IL-21Rα molecules RV6, RV19 or RV13), cells expressed candidate ortho-IL-21Rα molecules ( CV12, CV19, or CV14, respectively) gave a stronger response than wild-type IL-21 (open and filled diamond symbols in Figures 7A, 7C, and 7D, respectively). All four candidate ortho-IL-21 molecules are impaired to varying degrees in their ability to elicit responses through wild-type IL-21Rα, and candidate ortho-IL-21 molecule CV19 is impaired in this regard. was most severely impaired (open vs. filled symbols in Figure 7C).

これらの実験の結果により、野生型IL-21Rαを介してシグナル伝達する能力を損なうことに関連するIL-21置換が、場合によっては、特異的候補ortho-IL-21Rα分子を介してシグナル伝達を誘導する能力が低レベルであると特定した。 The results of these experiments indicate that IL-21 substitutions associated with impairing the ability to signal through wild-type IL-21Rα, and in some cases impairing the ability to signal through specific candidate ortho-IL-21Rα molecules. identified as having a low level of ability to induce.

IL-21のInfologバリアントを、Govindarajan S,Mannervik B,Silverman JA,et al.Mapping of amino acid substitutions conferring herbicide resistance in wheat glutathione transferase.ACS Synth Biol.2015;4(3):221-227.doi:10.1021/sb500242xおよびMusdal Y,Govindarajan S,Mannervik B.Exploring sequence-function space of a poplar glutathione transferase using designed information-rich gene variants.Protein Eng Des Sel.2017;30(8):543-549.doi:10.1093/protein/gzx045に記載の原理に従って生成した。記載のように、IL-21のこれらのInfologバリアントを、野生型IL-21Rα分子または候補ortho-IL-21Rα分子を発現するBa/F3細胞においてシグナル伝達を誘導するそれらの能力についてスクリーニングした。1つのそのようなスクリーニング実験からの代表的なデータを図8A~図8Cに提供する。図8A~図8Cに示す実験結果は、96個のサイトカインの分析に由来し、そのうちの1つは、野生型形態のIL-21を含み、もう1つは、陰性対照バリアント(2つの無効化置換[R5Q/R76A]を有するCV22;配列番号59)を含み、94個のInfologバリアントは、その各々が候補ortho-IL-21分子であった。図8Aは、サイトカイン集合に曝露された野生型IL-21Rαを発現する細胞において誘発されたSTAT3応答を示し、一方、図8Bおよび図8Cは、候補ortho-IL-21Rα分子RV13およびRV6をそれぞれ発現する細胞によって行われた応答を示す。RV13は、アミノ酸置換M70GおよびY129F(配列番号19)から構成され、RV6は、アミノ酸置換M70I、D73EおよびQ33H(配列番号12)から構成される。3つの図における強調された曲線は、5つの選択されたサイトカイン、すなわち、野生型IL-21、CV22、CV204(配列番号60、H6L/M10L/K73V/P78L/P104Aから構成される)、CV374(配列番号61、H6L/R9K/M10L/K73V/P78L/G84Eから構成される)およびCV388(配列番号62、H6L/R9K/M10L/K73I/P78L/P104Aから構成される)に対する3種類の細胞によって行われた応答を示す。 Infolog variants of IL-21 were described by Govindarajan S, Mannervik B, Silverman JA, et al. Mapping of amino acid substances conferring herbicide resistance in wheat glutathione transferase. ACS Synth Biol. 2015;4(3):221-227. doi:10.1021/sb500242x and Musdal Y, Govindarajan S, Mannervik B. Exploring sequence-function space of a poplar glutathione transfer using designed information-rich gene variants. Protein Eng Des Sel. 2017;30(8):543-549. It was produced according to the principle described in doi:10.1093/protein/gzx045. These Infolog variants of IL-21 were screened for their ability to induce signal transduction in Ba/F3 cells expressing wild-type IL-21Rα molecules or candidate ortho-IL-21Rα molecules, as described. Representative data from one such screening experiment is provided in Figures 8A-8C. The experimental results shown in Figures 8A-8C are derived from the analysis of 96 cytokines, one containing the wild-type form of IL-21 and one negative control variant (two nullified Each of the 94 Infolog variants was a candidate ortho-IL-21 molecule, including CV22 with substitutions [R5Q/R76A]; SEQ ID NO: 59). Figure 8A shows the STAT3 response elicited in cells expressing wild-type IL-21Rα exposed to cytokine assembly, while Figures 8B and 8C express candidate ortho-IL-21Rα molecules RV13 and RV6, respectively. shows the response made by the cell. RV13 is composed of amino acid substitutions M70G and Y129F (SEQ ID NO: 19), and RV6 is composed of amino acid substitutions M70I, D73E and Q33H (SEQ ID NO: 12). The highlighted curves in the three figures represent five selected cytokines, namely wild-type IL-21, CV22, CV204 (SEQ ID NO: 60, composed of H6L/M10L/K73V/P78L/P104A), CV374 ( SEQ ID NO: 61, consisting of H6L/R9K/M10L/K73V/P78L/G84E) and CV388 (SEQ ID NO: 62, consisting of H6L/R9K/M10L/K73I/P78L/P104A) using three types of cells. shows the response given.

続いて、強調されたサイトカインを、独立した同様の設計に焦点を合わせた実験において再試験した(野生型IL-21Rαを発現するBa/F3細胞(図9A)または候補ortho-IL-21Rα RV13(図9B)を含む)。スクリーニング実験(図8A~図8C)と同様に、CV22、すなわち陰性対照サイトカインは、いずれの形態のIL-21Rαを発現する細胞においてもシグナル伝達応答を誘発することができなかった。対照的に、野生型IL-21は、野生型形態のIL-21Rαを発現する細胞では強い応答を誘導したが、RV13発現細胞でははるかに弱い応答を誘導した。CV204は、野生型IL-21Rαを発現する細胞(図8Aおよび図9A)または候補ortho-IL-21Rα分子のいずれかを発現する細胞(図8B、図8Cおよび図9B)において応答を誘発した。 The highlighted cytokines were then retested in independent, similarly designed experiments focused on Ba/F3 cells expressing wild-type IL-21Rα (Figure 9A) or candidate ortho-IL-21Rα RV13 ( (including FIG. 9B). Similar to the screening experiments (FIGS. 8A-8C), CV22, the negative control cytokine, was unable to elicit a signaling response in cells expressing either form of IL-21Rα. In contrast, wild-type IL-21 induced a strong response in cells expressing the wild-type form of IL-21Rα, but a much weaker response in RV13-expressing cells. CV204 elicited responses in cells expressing either wild-type IL-21Rα (FIGS. 8A and 9A) or candidate ortho-IL-21Rα molecules (FIGS. 8B, 8C, and 9B).

際立ったことに、CV374およびCV388は、野生型IL-21Rαを発現する細胞においてシグナル伝達を誘導するそれらの能力が有意に損なわれたが(図8Aおよび図9A)、CV204と同様に、RV13を発現する細胞では良好な活性を示した(図8Bおよび図9B)。したがって、このBa/F3アッセイでは、ortho-IL-21分子CV374およびCV388は、ネイティブIL-21に対して直交機能性を有するサイトカインから予想される種類のシグナル伝達選択性を示した。 Strikingly, CV374 and CV388 were significantly impaired in their ability to induce signaling in cells expressing wild-type IL-21Rα (Figures 8A and 9A), but similar to CV204, RV13 Expressing cells showed good activity (FIGS. 8B and 9B). Thus, in this Ba/F3 assay, ortho-IL-21 molecules CV374 and CV388 exhibited the type of signaling selectivity expected from cytokines with orthogonal functionality to native IL-21.

候補ortho-IL-21Rα RV13(配列番号19)は、野生型IL-21Rαと比較して2つの置換、すなわちM70GおよびY129Fを有するが、候補ortho-IL-21Rα RV22(配列番号27)はM70Gのみを有する。これらの2つのバリアント受容体は、ネイティブIL-21を結合するそれらの能力が同等に損なわれているようである(図4B)。これらはまた、図9Aおよび図9Bにおいて使用されるIL-21分子の集合に対する同様の反応性パターンを説明した。具体的には、RV13(図10B)と同様に、RV22は、野生型IL-21(および陰性対照分子CV22)に対する有意に損なわれたシグナル伝達応答を媒介したが、CV204、CV374およびCV388に対して良好な応答を付与した(図10C)。図9Aのように、CV374およびCV388の両方が、野生型IL-21Rαを発現する細胞では損なわれた応答を示したが、CV204は、野生型IL-21と同様に挙動した(図10A)。これらの結果は、RV22がRV13と交換可能であり得ることも示しながら、図9Aおよび図9Bのデータから得られた重要な観察結果を再現する。RV22はRV13よりも1つ少ない置換を有するので、RV22は治療目的に好ましいものであり得る。 Candidate ortho-IL-21Rα RV13 (SEQ ID NO: 19) has two substitutions compared to wild-type IL-21Rα, namely M70G and Y129F, whereas candidate ortho-IL-21Rα RV22 (SEQ ID NO: 27) has only M70G. has. These two variant receptors appear to be equally impaired in their ability to bind native IL-21 (Figure 4B). These also explained similar reactivity patterns for the collection of IL-21 molecules used in Figures 9A and 9B. Specifically, similar to RV13 (Figure 10B), RV22 mediated a significantly impaired signaling response to wild-type IL-21 (and the negative control molecule CV22), but not to CV204, CV374 and CV388. A good response was given (FIG. 10C). As in Figure 9A, both CV374 and CV388 showed impaired responses in cells expressing wild-type IL-21Rα, whereas CV204 behaved similarly to wild-type IL-21 (Figure 10A). These results reproduce important observations made from the data in FIGS. 9A and 9B while also showing that RV22 can be interchangeable with RV13. Because RV22 has one fewer substitution than RV13, RV22 may be preferred for therapeutic purposes.

ほとんどの状況において、インビトロアッセイは、インビボでの治療の効果の非常に限られた予測値を有するのみである:多くの治療標的が複数の細胞型で発現されるか(多くの場合、インビボでの応答に相反する効果を有する)、または所与の標的の治療効果が他の補助細胞に依存する。そのような状況では、本質的に極度に単純化されたインビトロモデルは、インビボでのはるかに複雑な状況の特に良好な代理物ではない。これは本出願には当てはまらない:標的受容体は合成であり、そうするように特異的に操作された細胞でのみ発現される。直交サイトカイン-受容体系の特異性を考えると、これは複雑さを有意に低減し、インビトロアッセイにより良好な予測値を与える。 In most situations, in vitro assays have only very limited predictive value of the efficacy of treatments in vivo: many therapeutic targets are expressed in multiple cell types (often (with opposing effects on the response of cells), or the therapeutic effect of a given target is dependent on other accessory cells. In such situations, in vitro models, which are extremely simplistic in nature, are not particularly good surrogates for the much more complex situation in vivo. This is not the case in this application: the target receptor is synthetic and expressed only in cells specifically engineered to do so. Given the specificity of orthogonal cytokine-receptor systems, this significantly reduces complexity and gives better predictive value to in vitro assays.

本明細書で引用されるすべての特許、特許出願、および刊行物、ならびに電子的に利用可能な資料の完全な開示は、参照により組み込まれる。上記の詳細な説明および例は、理解を明確にするためにのみ与えられている。不必要な制限がそこから理解されるべきではない。化合物が有効である可能な機構を記載する理論が提示され得るが、本発明者らは本明細書に記載の理論に拘束されない。本発明は、図示および記載された正確な詳細に限定されず、当業者に明らかな変形例は、特許請求の範囲によって定義される本発明内に含まれる。 The complete disclosures of all patents, patent applications, and publications, and electronically available materials cited herein are incorporated by reference. The above detailed description and examples are given for clarity of understanding only. No unnecessary restrictions should be understood from it. Although theories describing possible mechanisms by which the compounds are effective may be presented, we are not bound by the theories described herein. The invention is not limited to the precise details shown and described; variations obvious to those skilled in the art are included within the invention as defined by the claims.

配列表1~63 <223>合成 Sequence Listing 1-63 <223> Synthesis

Claims (27)

配列番号2に対して番号付けされたアミノ酸置換:
H6L;
R9K;
M10L;
P78L;
を含み、
G84EもしくはP104Aまたはそれらの組み合わせを任意選択的に含み、
K73VまたはK73Iの1つを任意選択的に含む、
操作されたヒトIL-21ポリペプチド。
Amino acid substitutions numbered for SEQ ID NO:2:
H6L;
R9K;
M10L;
P78L;
including;
optionally comprising G84E or P104A or a combination thereof;
optionally comprising one of K73V or K73I;
Engineered human IL-21 polypeptide.
アミノ酸置換K73Vを含む、請求項1に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 2. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 1, comprising the amino acid substitution K73V. アミノ酸置換K73Iを含む、請求項1に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 2. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 1, comprising the amino acid substitution K73I. アミノ酸置換G84Eを含む、請求項1に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 2. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 1, comprising the amino acid substitution G84E. アミノ酸置換P104Aを含む、請求項1に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 2. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 1, comprising the amino acid substitution P104A. 操作されたヒトCD360タンパク質外部ドメインに結合する、請求項1に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 2. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 1, which binds to an engineered human CD360 protein ectodomain. 前記操作されたヒトCD360タンパク質外部ドメインが、Y10、Q33、Q35、Y36、E38、L39、F67、H68、F69、M70、A71、D72、D73、I74、L94、A96、E97、P126、A127、Y129、M130、K134、S190およびY191から選択される1つ以上の残基において修飾されている、請求項6に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 The engineered human CD360 protein ectodomain is Y10, Q33, Q35, Y36, E38, L39, F67, H68, F69, M70, A71, D72, D73, I74, L94, A96, E97, P126, A127, Y129. 7. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 6, wherein the engineered human IL-21 polypeptide is modified at one or more residues selected from , M130, K134, S190 and Y191. 前記操作されたヒトCD360タンパク質外部ドメインが、M70において修飾されている、請求項6に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 7. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 6, wherein the engineered human CD360 protein ectodomain is modified at M70. 前記操作されたヒトCD360タンパク質外部ドメインが、M70およびY129において修飾されている、請求項6に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 7. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 6, wherein the engineered human CD360 protein ectodomain is modified at M70 and Y129. 前記操作されたヒトCD360タンパク質外部ドメインが、アミノ酸置換M70Gを含む、請求項8に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 9. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 8, wherein the engineered human CD360 protein ectodomain comprises the amino acid substitution M70G. 前記操作されたヒトCD360タンパク質外部ドメインが、アミノ酸置換M70GおよびY129Fを含む、請求項9に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 10. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 9, wherein the engineered human CD360 protein ectodomain comprises amino acid substitutions M70G and Y129F. アミノ酸置換K73VおよびG84Eを含む、請求項1に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 2. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 1, comprising amino acid substitutions K73V and G84E. アミノ酸置換K73IおよびP104Aを含む、請求項1に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 2. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 1, comprising amino acid substitutions K73I and P104A. 配列番号2に対して番号付けされたアミノ酸置換のセット:H6L、R9K、M10L、K73V、P78LおよびG84Eを含む、操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 An engineered human IL-21 polypeptide comprising a set of amino acid substitutions numbered relative to SEQ ID NO: 2: H6L, R9K, M10L, K73V, P78L and G84E. 配列番号2に対して番号付けされたアミノ酸置換のセット:H6L、R9K、M10L、K73I、P78LおよびP104Aを含む、操作されたヒトIL-21ポリペプチド。 An engineered human IL-21 polypeptide comprising a set of amino acid substitutions numbered relative to SEQ ID NO: 2: H6L, R9K, M10L, K73I, P78L and P104A. (a)M70Gにおけるアミノ酸置換を含むヒトCD360タンパク質外部ドメインを含む操作された受容体、および(b)請求項1に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチドを含む、細胞における受容体の選択的活性化のための系。 Selection of a receptor in a cell comprising (a) an engineered receptor comprising a human CD360 protein ectodomain comprising an amino acid substitution in M70G, and (b) an engineered human IL-21 polypeptide of claim 1. System for activating. (a)M70GおよびY129Fにおけるアミノ酸置換を含むヒトCD360タンパク質外部ドメインを含む操作された受容体、ならびに(b)請求項1に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチドを含む、細胞における受容体の選択的活性化のための系。 (a) an engineered receptor comprising a human CD360 protein ectodomain comprising amino acid substitutions in M70G and Y129F; and (b) a receptor in a cell comprising an engineered human IL-21 polypeptide of claim 1. System for selective activation of. 前記操作されたヒトCD360受容体が哺乳動物細胞によって発現される、請求項16に記載の系。 17. The system of claim 16, wherein the engineered human CD360 receptor is expressed by a mammalian cell. 前記操作されたヒトCD360受容体が哺乳動物細胞によって発現される、請求項17に記載の系。 18. The system of claim 17, wherein the engineered human CD360 receptor is expressed by a mammalian cell. 前記哺乳動物細胞が免疫細胞または幹細胞である、請求項18に記載の系。 19. The system of claim 18, wherein the mammalian cell is an immune cell or a stem cell. 前記哺乳動物細胞が免疫細胞または幹細胞である、請求項19に記載の系。 20. The system of claim 19, wherein the mammalian cell is an immune cell or a stem cell. 前記哺乳動物細胞が免疫細胞であり、前記免疫細胞がT細胞である、請求項20に記載の系。 21. The system of claim 20, wherein the mammalian cell is an immune cell and the immune cell is a T cell. 前記哺乳動物細胞が免疫細胞であり、前記免疫細胞がT細胞である、請求項21に記載の系。 22. The system of claim 21, wherein the mammalian cell is an immune cell and the immune cell is a T cell. 請求項1に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド、および薬学的に許容される賦形剤を含む医薬組成物。 A pharmaceutical composition comprising the engineered human IL-21 polypeptide of claim 1 and a pharmaceutically acceptable excipient. 請求項16に記載の系を含むキット。 A kit comprising the system according to claim 16. 請求項17に記載の系を含むキット。 A kit comprising the system according to claim 17. IgGのFcドメインまたはアルブミンに融合されている、請求項1に記載の操作されたヒトIL-21ポリペプチド。
2. The engineered human IL-21 polypeptide of claim 1, wherein the engineered human IL-21 polypeptide is fused to an IgG Fc domain or albumin.
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