JP3262128B2 - 蛋白質の精製方法 - Google Patents

蛋白質の精製方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【本発明の分野】本発明は一般に蛋白質の精製方法、特
に沈澱剤または塩溶液を使用せずにpHを調節して蛋白
質を精製する三工程から成る方法に関する。
【0002】
【従来法】蛋白質を精製する現行の方法は沈澱剤、例え
ば塩、またはポリエチレングリコール(PEG)のよう
な塩でない物質を使用している。不幸にして多くの場
合、蛋白質の収率は所望の割合よりも少ない。このよう
な方法は往々にして時間がかかり、またしばしば大きな
遠心分離器のような特殊な装置を必要とする。さらにこ
のような沈澱法を工業的規模に拡大するのは困難なこと
が多く、出来たとしても得られた沈澱の溶解速度は遅
く、必ずしも完全ではない。
【0003】蛋白質を精製する他の通常用いられる方法
は、蛋白質を含む溶液のpHを所望の蛋白質の結合が容
易になる値にして該溶液をイオン交換性材料に通す方法
である。この方法では通常その後で、該蛋白質の放出を
容易にするイオン強度またはpHにおいて洗滌工程およ
び溶出工程を行う。例えばpHに下向きの勾配を付けD
EAE セファロース(Sepharose)(R)から
蛋白質を溶出させ得ることを記載したジェー・ラミー
(J.Lamy)等のArch Biochem. B
iophys.、193巻140〜149頁(1979
年)の論文参照。一般に蛋白質のpHをその等電位点の
方へ変化させると全体としての電荷が失われ、イオン交
換剤からの溶出が起こる。
【0004】pHおよびイオン強度を変化させてイオン
交換剤から溶出を行う方法は英国ロンドンのピットマン
・アンド・サンズ(Pittman and Son
s)社1964年発行、モリス(Morris)等著、
「生化学における分離方法(Separation M
ethods in Biochemistry)」に
記載されている。また米国ニューヨークのシュプリンガ
ー・フェルラーク(Springer Verlag)
1982年発行、ロバート・スコープス(Robert
Scopes)著、「蛋白質の精製(protein
Purification)」参照のこと。その85
頁において著者は緩衝液のpHを変化させる方法は一般
に非常な成功を収める方法ではない(蛋白質の精製に対
し)ことを指摘している。
【0005】本発明においては、上記のイオン交換/p
H法を少し変形することにより、単クローン抗体のよう
な蛋白質を比較的簡単に精製でき、現行の蛋白質精製
法、特に溶液のイオン強度を増加させて行く方法に通常
伴う蛋白質の損失を避けることができることが見出ださ
れた。次に本発明方法の詳細について述べる。
【0006】
【本発明の総括】不純物を含む水溶液から蛋白質を精製
する本発明方法は三つの本質的な工程からなっている。
第1の工程においては所望の蛋白質が結合し易い溶液p
H(第1のpH)で溶液をイオン交換材料と接触させ
る。この工程中他の物質(不純物)も結合することがで
きる。次の工程においては蛋白質を溶出させない異なっ
たpH(第2のpH)をもつ溶液で蛋白質が結合したイ
オン交換材料を洗滌する。このpHは結合していない蛋
白質の結合を容易にする値ではないが、何らかの理由で
既に結合している蛋白質の溶出も容易にはしない値では
ある。第3工程においては蛋白質の溶出を容易にするp
H(第3のpH)をもつ溶液で蛋白質を溶出させる。
【0007】好適具体化例においては、蛋白質は抗体で
ある。下記実施例においては腫瘍壊死因子即ちTNFと
して知られている物質に特異的に結合する単クローン抗
体を用いて本発明方法を例示する。これらの実施例にお
いて、3個の異なった次第に増加して行くpH値におい
て抗体を結合させ、洗滌し、溶出させることにより最良
の結果が得られることが見出だされた。
【0008】
【特定の具体化例】本発明を下記実施例によりさらに例
示する。これらの実施例においてATCC登録番号HB
9736の寄託された細胞系のサブ・クローンから抽出
された抗TNF抗体を精製した。この細胞系は1988
年7月18日付けの米国特許願第220,206号に記
載されている。
【0009】本発明の改良された精製法は、透明にした
(濾過された)組織培養液(TCF)中でTNFに対す
る単クローン抗体を精製する際に沈澱工程を用いること
に伴う蛋白質の損失を減少させる方法を見出だすことを
試みて発見された方法である。
【0010】この場合に処理したTCFにおいては、主
な蛋白質成分は抗TNF単クローン抗体および人のアル
ブミンであり、アルブミンは元の(透明にしない)TC
Fの細胞を安定化するために存在している。等電位点が
似ている(差は僅か1.5pH単位)ために、アルブミ
ンを抗TNF抗体から分離するのが特に困難なことが見
出だされた。他の抗体は等電位点が高い(2.0pH単
位よりも高い)ために、一般に分離が容易である。本明
細書において人のアルブミンと抗体、特に単クローン抗
体との間で等電位点に著しい差があるとは、その差が約
2.0pH単位以上であることを意味する。等電位点が
似ているとはその差が2.0pH単位より小さいことを
意味する。
【0011】従って、陽イオン交換法は蛋白質の精製に
おいてはあまり使用されてはいないけれど、不満足なP
EG沈澱工程の代わりにこの方法を使用することにし
た。
【0012】本発明で使用した最初の方法はかなり標準
的なイオン交換法である。即ち或る特定のpHおよびイ
オン強度において陽イオン交換カラムを平衡状態に保
つ。イオン交換マトリックスはS−セファロース(R)
あり、これはファルマシア(Farmacia)社製の
表面をスルフォプロピル変性されたアガロースである。
所望の蛋白質を含む水性供給溶液(透明にしたTCF)
を同じ条件に調節し(pH4.6、酢酸ナトリウム0.
01モル)、カラムに供給する。TCFは細胞培養器か
ら得られた培養液である。これは炭水化物、塩、アミノ
酸、蛋白質、他の細胞成長因子、および細胞を含んでい
る。透明にしたTCFは濾過または他の方法で細胞が除
去されたものである。透明にしたTCFは濃縮すること
ができる。この条件でカラムの容量を決定し、この容量
またはそれ以下まで充填を行った。次いで平衡化緩衝液
でカラムを洗滌した後、イオン交換法における典型的な
方法でイオン強度を増加させることによりカラムを溶出
させる。この場合条件はpH4.6、酢酸ナトリウム
0.01モル、NaCl 0.27モルであった(即ち
塩の濃度を上昇させた)。
【0013】この方法を用い、抗体の回収率は>85%
であり、その純度は約15%であった。この方法におけ
る次の工程は、さらに精製を行うために陰イオン交換材
料(例えばQ−セファロース(R))を用いる方法であろ
う。
【0014】この場合塩の濃度が高い状態で行われるS
−セファロース(R)の溶出には新しい工程(塩の減少ま
たは除去)を付加することが必要であるが、それによっ
て蛋白質の損失が多くなると期待される。これは望まし
くないことである。
【0015】そこで上記の溶出法(イオン強度を変化さ
せる方法)を使用する代わりに、イオン強度を増加させ
ないでpHを増加させる洗滌および流出条件を考察する
ことにした。
【0016】本発明において驚くべきことには、特定の
実施例で大部分の不純物(この例では大部分はアルブミ
ン)を洗滌して除去し得る一組の条件が見出だされた。
他の工程において再びpHを上昇させると抗体を流出さ
せることができた。従ってこの例においては或る初期p
H値で抗TNFを充填し、次いで異なったpH値(この
場合は前の値よりも高い値)で洗滌し、さらに異なった
第3のpH値(この場合には最高値)で溶出を行うこと
ができた。
【0017】驚くべきことにはカラムを中間のpH値で
平衡化して充填を行うと、蛋白質の結合は殆どまたは全
く起こらないことが見出だされた。正確な機構は明らか
ではないが、異なったpH条件における蛋白質のコンフ
ォーメーションの変化が結合に影響するものと考えられ
る。本発明における例の場合、抗TNFは最低のpHの
場合にイオン交換マトリックスと容易に結合するような
コンフォーメーションの変化を起こすと考えられる。中
間のpHではこのpHによって生じたコンフォーメーシ
ョンの変化のために、結合していない蛋白質は結合部位
が阻害されるようなコンフォーメーションをとることが
できる。しかし抗TNFが既にマトリックスと結合して
いる場合には、中間のpHにおいてもコンフォーメーシ
ョンは変化することができないであろう。
【0018】本明細書において異なったpHという言葉
は、本明細書および特許請求の範囲の中間的な洗滌工程
に適用される場合、蛋白質(例えば下記実施例の抗TN
F単クロー抗体)が遊離のまたは結合していない状態に
あるときにはイオン交換材料(例えばS−セファロース
(R))に結合せず、また既に結合しているときには同じ
イオン交換材料から溶出されないpHを意味するものと
する。
【0019】
【実施例】
実施例 1 S−セファロース(R)(ファルマシア社製)カラムをp
H4.6において0.01モルの酢酸ナトリウムと平衡
に保つ。抗TNF含有溶液(TCF)を下記に説明する
ようにしてカラムに充填する。この溶液を水で希釈する
(TCF2部に対して水約1部)。希釈してTCFのp
Hを1モルの酢酸で4.6に調節する。280nmにお
ける吸収率(A280)を測定し、カラム1ml当たり2
0A280単位を充填する。これらの実施例においてA280
の値として1を与える蛋白質の濃度を1ml当たり1単
位として定義した。溶出液の吸収率がベースラインに戻
るまでカラムを平衡化緩衝液で洗滌する。次いでカラム
をpH5.5において0.01モルの酢酸ナトリウム、
0.05モルの塩化ナトリウムで洗滌する。若干の蛋白
質が溶出する。カラムをA280がベースラインに戻るま
で洗滌する。最終工程において溶液のpH5.5で抗体
が溶出する。抗体の回収率は90%、純度は30%であ
った。
【0020】比較例 実施例1と同じ透明にしたTCFを原料として使用し
た。しかし今回はS−セファロース(R)カラムをpH
5.5において0.01モル酢酸ナトリウム、0.05
モル塩化ナトリウムを用いて平衡に保った。また実施例
1と同様にしてTCFを希釈したが、1モルの酢酸でp
H5.5に調節した。カラムの充填は実施例1記載の通
りである。280nmにおける吸収率がベースラインに
戻るまでカラムを洗滌する。流出は実施例1と同じであ
る。抗体の回収率は僅かに10%であった。残りの抗体
は結合しない部分として存在していると考えられる。
【0021】以上本発明の説明を行ったが、蛋白質精製
の専門家は多くの変形を考えることができよう。従って
上記実施例は単に例示のためであり、本発明の範囲は特
許請求の範囲記載の事項によってのみ限定されるもので
ある。
【0022】本発明の主な特徴及び態様は次の通りであ
る。 1.(a)蛋白質の結合を容易にするような水溶液の第
1のpHにおいて蛋白質をイオン交換材料に結合させ、
(b)洗滌溶液のpHを蛋白質を溶出させない第2の前
とは異なったpHにして結合した蛋白質を洗滌し、
(c)溶出溶液のpHを溶出を容易にする第3のpHに
して蛋白質を溶出させる工程から成る水溶液中の蛋白質
を精製する方法。
【0023】2.蛋白質が抗体であり、各溶液のイオン
強度を実質的に変化させてすべての工程を行う上記第1
項記載の方法。
【0024】3.抗体が腫瘍壊死因子と結合する上記第
2項記載の方法。
【0025】4.pH約4.6において抗体をイオン交
換材料と結合させ、pH約5.5で洗滌工程を行い、p
H約6.5で溶出工程を行う上記第3項記載の方法。
【0026】5.或る与えられたpHにおいて蛋白質を
イオン交換材料と結合させる最初の工程、および他のp
Hにおいて該蛋白質を溶出させる最終工程を用いる蛋白
質の精製法において、不純物を溶出させるが蛋白質を実
質的には溶出させないpHにおいて中間的な洗滌を行う
工程を含む改良法。
【0027】6.蛋白質が抗体であり、最初の工程から
最終工程に至るに従いpHを増加させて行く上記第5項
記載の方法。
【0028】7.抗体が腫瘍壊死因子と結合する上記第
6項記載の方法。
【0029】8.抗体は細胞系HB9736から抽出さ
れたものである上記第7項記載の方法。
【0030】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−22724(JP,A) 社団法人日本生化学会編,新生化学実 験講座1 タンパク質▲I▼−分離・精 製・性質−,株式会社東京化学同人, 1990年2月26日,p.172−175 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07K 1/00 - 1/36 WPI(DIALOG) BIOSIS(DIALOG)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)蛋白質の結合を容易にするような
    水溶液の第1のpHにおいて蛋白質をイオン交換材料に
    結合させ、 (b)洗滌溶液のpHを蛋白質を溶出させない第2の前
    とは異なったpHにして結合した蛋白質を洗滌し、 (c)溶出溶液のpHを溶出を容易にする第3のpHに
    して蛋白質を溶出させる工程から成ることを特徴とする
    水溶液中の蛋白質を精製する方法。
  2. 【請求項2】 或る与えられたpHにおいて蛋白質をイ
    オン交換材料と結合させる最初の工程、および他のpH
    において該蛋白質を溶出させる最終工程を用いる蛋白質
    の精製法において、不純物を溶出させるが蛋白質を実質
    的には溶出させないpHにおいて中間的な洗滌を行う工
    程を含むことを特徴とする改良法。
JP14261391A 1990-05-25 1991-05-20 蛋白質の精製方法 Expired - Lifetime JP3262128B2 (ja)

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社団法人日本生化学会編,新生化学実験講座1 タンパク質▲I▼−分離・精製・性質−,株式会社東京化学同人,1990年2月26日,p.172−175

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