JP3267293B2 - Methods for enriching mutant proteins with altered binding - Google Patents

Methods for enriching mutant proteins with altered binding

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JP3267293B2 JP50271092A JP50271092A JP3267293B2 JP 3267293 B2 JP3267293 B2 JP 3267293B2 JP 50271092 A JP50271092 A JP 50271092A JP 50271092 A JP50271092 A JP 50271092A JP 3267293 B2 JP3267293 B2 JP 3267293B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、標的分子に対して改変された結合性を有す
る新規な結合タンパク質の製造および体系的な選択に関
する。さらに具体的には、本発明は、天然の結合パート
ナーの結合活性を模倣した外性ポリペプチドを製造する
ための方法に関する。好ましい態様においては、本発明
は、ホルモン、薬物およびその他の小分子(特に、成長
ホルモンなどの生物学的に活性な分子)などのタンパク
質または非ペプチジル分子を模倣する治療用または診断
用化合物の製造に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the production and systematic selection of novel binding proteins with altered binding to target molecules. More specifically, the present invention relates to a method for producing an exogenous polypeptide that mimics the binding activity of a natural binding partner. In a preferred embodiment, the present invention relates to the manufacture of therapeutic or diagnostic compounds that mimic proteins or non-peptidyl molecules, such as hormones, drugs and other small molecules, especially biologically active molecules such as growth hormone. About.

発明の背景 結合パートナーとは、通常は非共有性の相互作用によ
って互いに特異的に結合する物質である。結合パートナ
ーの例には、リガンド−受容体、抗体−抗原、薬物−標
的、および酵素−基質の相互作用が含まれる。結合パー
トナーは、治療および診断の両分野で極めて有用であ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION Binding partners are substances that specifically bind to each other, usually through non-covalent interactions. Examples of binding partners include ligand-receptor, antibody-antigen, drug-target, and enzyme-substrate interactions. Binding partners are extremely useful in both therapeutic and diagnostic fields.

過去において、結合パートナーは、天然からの収集
(例えば、抗体−抗原、およびリガンド−受容体ペアリ
ング)を含む種々の方法によって、および偶発的な同定
(例えば、候補分子のランダムスクリーニングを用いる
伝統的な薬物開発)によって調製されている。ある場合
には、これら2種類の方法が組合せられている。例え
ば、結合に関与している鍵となる機能的残基を含むタン
パク質またはポリペプチドの変異体(ポリペプチドフラ
グメントなど)が調製されている。次いで、これらのポ
リペプチドフラグメントは、伝統的な薬物開発と同種の
方法によって誘導体化されている。このような誘導体化
の例には、ポリペプチドフラグメントを立体配座的に制
約して新規な候補結合パートナーを得るための環化など
の方法が含まれるであろう。
In the past, binding partners have been identified by various methods, including collection from nature (eg, antibody-antigen, and ligand-receptor pairing), and by accidental identification (eg, using random screening of candidate molecules). Drug development). In some cases, these two methods are combined. For example, variants of proteins or polypeptides (eg, polypeptide fragments) have been prepared that include key functional residues involved in binding. These polypeptide fragments are then derivatized by methods similar to traditional drug development. Examples of such derivatization would include methods such as cyclization to conformationally constrain the polypeptide fragment to obtain new candidate binding partners.

従来の方法を用いたときの問題は、天然のリガンドが
すべての治療学的応用に適した性質を有していないこと
があることである。さらに、ポリペプチドリガンドは一
部の標的物質に対して使用できないこともある。また、
非天然の合成結合パートナーを製造するための方法は高
価かつ困難であることが多く、通常はそれぞれの候補を
得るために複雑な合成法を必要とする。候補分子をさら
に最適化するために合理的な薬物設計法を適用すること
ができるように、得られた候補の構造の特徴を調べるこ
とができないことが、これらの方法の一層の妨げとなっ
ている。
The problem with conventional methods is that natural ligands may not have properties suitable for all therapeutic applications. Furthermore, polypeptide ligands may not be available for some target substances. Also,
Methods for producing non-natural synthetic binding partners are often expensive and difficult, and usually require complex synthetic methods to obtain each candidate. The inability to characterize the resulting candidate structure so that rational drug design methods can be applied to further optimize the candidate molecule further hinders these methods. I have.

これらの問題を克服しようとする試みにおいて、Geys
en[Immun.Today 6:364−369(1985)]およびGeysenら
[Mol.Immun.23:709−715(1986)]は、体系的な反復
結合パートナーの同定および製造のための骨組みを与え
るポリペプチド合成の使用を提案した。Geysenら(同
上)によると、初めにジペプチドなどの短いポリペプチ
ドを、標的分子に結合する能力についてスクリーニング
する。次いで、最も活性なジペプチドを次の試験用に選
択する。この試験は、出発ジペプチドに別の残基を結合
させ(または、最初の出発ジペプチドの構成成分を内部
修飾することによる)、次いでこの一組の候補を所望の
活性についてスクリーニングすることからなる。所望の
性質を有する結合パートナーが同定されるまでこの過程
を繰り返す。
Geys in an attempt to overcome these problems
en [Immun. Today 6: 364-369 (1985)] and Geysen et al. [Mol. The use of peptide synthesis was proposed. According to Geysen et al. (Ibid.), Short polypeptides, such as dipeptides, are first screened for the ability to bind to a target molecule. The most active dipeptide is then selected for the next test. The test consists of attaching another residue to the starting dipeptide (or by internally modifying a component of the first starting dipeptide), and then screening this set of candidates for the desired activity. This process is repeated until a binding partner with the desired properties is identified.

Geysenらの方法は、その方法の基礎となっている化
学、即ちペプチド合成が明白ではないかまたは変化に富
んだ2次および3次構造を有する分子を生成するという
不都合が障害となっている。選択の繰り返し回数が増え
るにつれて、ランダムな相互作用がポリペプチドの種々
の置換基の間で加速度的に増え、再現性ある高次構造を
有する相互作用分子の真のランダム集団が得られなくな
る。例えば、アミノ酸の側鎖(これらは配列的には大き
く離れているが、空間的には隣接している)の間の相互
作用が任意に起こる。さらに、立体配座的に安定な2次
構造を促進しない配列は複雑なペプチド−側鎖の相互作
用を与え、これがあるアミノ酸の標的分子との側鎖相互
作用を妨げることもある。このような複雑な相互作用
は、ポリペプチド候補のポリアミド骨格の柔軟性によっ
て促進される。また、候補は多数の立体配座において存
在することができ、最大の親和性または特異性を有する
標的と相互作用するかまたはそれに結合する配座異性体
の同定を困難にし、合理的な薬物設計を困難にする。
The method of Geysen et al. Is hampered by the inconvenience that the chemistry underlying the method, peptide synthesis, produces molecules with unclear or varied secondary and tertiary structures. As the number of selection iterations increases, random interactions accelerate between the various substituents of the polypeptide, and a truly random population of interacting molecules with reproducible conformation is not obtained. For example, interactions between amino acid side chains (which are widely separated in sequence but adjacent in space) occur arbitrarily. In addition, sequences that do not promote a conformationally stable secondary structure may provide complex peptide-side chain interactions, which may interfere with side chain interactions of certain amino acids with the target molecule. Such complex interactions are facilitated by the flexibility of the polyamide backbone of the polypeptide candidate. Also, candidates can exist in a number of conformations, making it difficult to identify the conformer that interacts with or binds to the target with maximum affinity or specificity, and provides rational drug design. Make it difficult.

Geysenの反復ポリペプチド法を用いたときの最後の問
題は、現在のところ、多様性の高い別種ペプチドを製
造、スクリーニングおよび分析しうる実際的な方法が存
在しないことである。20種の天然アミノ酸を用いると、
合成しなければならないヘキサペプチドのすべての組合
せの合計数は64,000,000である。このような多様性の高
いペプチドを製造したとしても、このような多様性の高
いペプチドの混合物を迅速にスクリーニングして標的分
子に対して高い親和性を有するペプチドを選択すること
ができる利用可能な方法が存在しない。現在のところ、
それぞれの「付着」ペプチドは、タンパク質の配列決定
を行なうに十分な多量で回収されなければならない。
A final problem when using Geysen's iterative polypeptide method is that there is currently no practical method that can produce, screen and analyze highly diverse alternative peptides. With 20 natural amino acids,
The total number of all combinations of hexapeptides that must be synthesized is 64,000,000. Even if such a highly diversified peptide is produced, a mixture of such highly diversified peptides can be rapidly screened to select a peptide having a high affinity for the target molecule. There is no way. at present,
Each "attached" peptide must be recovered in large enough to perform protein sequencing.

Geysenの方法に固有の多くの問題を克服するために、
生物学的な選択およびスクリーニングが代替法として選
ばれた。生物学的な選択およびスクリーニングは、タン
パク質機能の探索および所望の性質を有する変異タンパ
ク質の単離のための強力な手段である[Shortle,Protei
n Engineering,OxenderおよびFox編,A.R.Liss,Inc.,NY,
pp.103−108(1988);およびBowieら,Science 247:130
6−1310(1990)]。しかし、得られる選択またはスク
リーニングは、1つだけかまたは少数の関連タンパク質
に適用できるにすぎない。
To overcome many of the problems inherent in Geysen's method,
Biological selection and screening were chosen as alternatives. Biological selection and screening are powerful tools for exploring protein function and isolating mutant proteins having desired properties [Shortle, Protei
n Engineering, Oxender and Fox, ARLiss, Inc., NY,
pp. 103-108 (1988); and Bowie et al., Science 247: 130.
6-1310 (1990)]. However, the resulting selection or screening is only applicable to one or a few related proteins.

最近になって、Smithとその共同研究者[Smith,Scien
ce 228:1315−1317(1985);およびParmleyおよびSmit
h,Gene 73:305−318(1985)]は、短い遺伝子フラグメ
ントをfdファージ(「融合ファージ」)の遺伝子III中
に挿入することにより、小さなタンパク質フラグメント
(10〜50アミノ酸)を線状ファージの表面に効率的に
「表示(顕示)」させうることを示した。遺伝子IIIの
副コートタンパク質(ビリオンの一方の末端に約5コピ
ー存在する)は、適切なファージ組立ておよび大腸菌の
線毛への付着による感染に重要である[Raschedら,Micr
obiol.Rev.50:401−427(1986)]。最近、「融合ファ
ージ」は、外性タンパク質[Devlinら,Science 249:404
−406(1990)]または抗体[Scottら,Science 249:386
−390(1990);およびCwirlaら,Proc.Natl.Acad.USA 8
7:6378−6382(1990)]と反応しうるペプチドを同定す
るための短い突然変異ペプチド配列を表示させるのに有
用であることがわかった。
More recently, Smith and his collaborators [Smith, Scien
ce 228: 1315-1317 (1985); and Parmley and Smit
h, Gene 73: 305-318 (1985)], inserts a short gene fragment into gene III of fd phage ("fusion phage") to convert a small protein fragment (10-50 amino acids) into a linear phage. It has been shown that the surface can be efficiently "displayed". The minor coat protein of gene III (approximately 5 copies at one end of the virion) is important for proper phage assembly and infection by adherence to E. coli fimbria [Rasched et al., Micr
obiol. Rev. 50: 401-427 (1986)]. Recently, "fusion phages" have been developed for exogenous proteins [Devlin et al., Science 249: 404.
-406 (1990)] or an antibody [Scott et al., Science 249: 386.
-390 (1990); and Cwirla et al., Proc. Natl. Acad. USA 8
7: 6378-6382 (1990)].

しかし、このような「融合ファージ」を、新規または
増強された結合性を有する改変されたペプチドまたはタ
ンパク質を同定するために使用する際には、いくつかの
重要な制限が存在する。第1に、大きな挿入体は恐らく
は遺伝子IIIの機能を破壊し、従ってファージの組立て
および感染性を破壊するので、100未満、好ましくは50
未満のアミノ酸残基のタンパク質を表示させるときにの
み融合ファージが有用であることが示されている[Parm
leyら,Gene 73:305−318(1988)]。第2に、従来の方
法は、標的分子に対して最大の結合親和性を有するライ
ブラリーからペプチドを選択することができない。例え
ば、ランダムペプチドライブラリーを抗−βエンドルフ
ィン モノクローナル抗体で徹底的に選別した後には、
Cwirlaとその共同研究者はファージに融合させた高親和
性ペプチド(Kd〜0.4μM)から中親和性ペプチド(Kd
〜10μM)を分離することができなかったであろう。さ
らに、極めて高い親和性(Kd〜7nM)を有する親のβ−
エンドルフィンペプチド配列は、エピトープライブラリ
ーから選別されなかった。
However, there are some important limitations when using such "fusion phage" to identify modified peptides or proteins with new or enhanced binding. First, less than 100, preferably less than 50, large inserts likely disrupt the function of gene III and thus disrupt phage assembly and infectivity.
Fusion phages have been shown to be useful only when displaying proteins with fewer amino acid residues [Parm
ley et al., Gene 73: 305-318 (1988)]. Second, conventional methods fail to select peptides from a library that have the greatest binding affinity for the target molecule. For example, after thoroughly screening a random peptide library with an anti-β endorphin monoclonal antibody,
Cwirla and co-workers have developed high-affinity peptides (Kd-0.4 μM) to medium-affinity peptides (Kd
〜10 μM) could not be separated. In addition, the parent β- with very high affinity (Kd-7 nM)
Endorphin peptide sequences were not selected from the epitope library.

Ladner[WO 90/02802]は、ウイルス粒子および細胞
の外側表面に表示された新規な結合タンパク質を選択す
るための方法を開示している(異種タンパク質は164個
までのアミノ酸残基を有していてよいとされている)。
この方法は、表示されたタンパク質を単離および増幅し
て標的分子に対して所望の親和性を有する新しい群の結
合タンパク質を設計することを意図している。さらに具
体的には、Ladnerは、M13遺伝子IIIコートタンパク質に
融合させた46残基(クラムビン)から164残基(T4リソ
チーム)までの範囲の「最初のタンパク質結合ドメイ
ン」を有するタンパク質を表示する「融合ファージ」を
開示している。Ladnerは、比較的小さいアミノ酸配列に
制限部位をアレンジするのは比較的容易であるので、
「必要以上に大きくない」これらタンパク質の使用を教
示し、58アミノ酸残基のウシ膵臓トリプシンインヒビタ
ー(BPTI)を好んで用いている。BPTIなどの小さい融合
タンパク質は標的がタンパク質または巨大分子であると
きに好ましく、一方、T4リソチームなどの比較的大きい
融合タンパク質はステロイドなどの小さい標的分子に好
ましいが、これはこのような大きいタンパク質が小さい
分子を嵌め込むことができる裂け目および溝を有してい
るためである。この好ましいタンパク質BPTIをSmithら
またはde la Cruzら[J.Biol.Chem.263:4318−4322(19
88)]が開示した遺伝子IIIの部位に、またはその末端
の一方に、遺伝子IIIの第2の合成コピーと共に融合さ
せて、「一部」の未改変遺伝子IIIタンパク質が存在す
るようにすることが提案されている。Ladnerは、従来技
術の生物学的な選択およびスクリーニング法の障害とな
る、ランダムペプチドライブラリーから高親和性ペプチ
ドを成功裏に選別する際の問題についてはふれていな
い。
Ladner [WO 90/02802] discloses a method for selecting novel binding proteins displayed on the outer surface of virus particles and cells (a heterologous protein has up to 164 amino acid residues. Is allowed).
This method contemplates isolating and amplifying the displayed protein to design a new group of binding proteins with the desired affinity for the target molecule. More specifically, Ladner displays a protein with an "initial protein binding domain" ranging from 46 residues (clambin) to 164 residues (T4 lysozyme) fused to the M13 gene III coat protein. "Fusion phage" are disclosed. Ladner states that it is relatively easy to arrange restriction sites in relatively small amino acid sequences,
It teaches the use of these proteins "less than necessary" and favors the use of a 58 amino acid residue bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI). Small fusion proteins, such as BPTI, are preferred when the target is a protein or macromolecule, while relatively large fusion proteins, such as T4 lysozyme, are preferred for small target molecules, such as steroids, where such large proteins are small. This is because it has crevices and grooves into which molecules can be fitted. This preferred protein BPTI is described in Smith et al. Or de la Cruz et al. [J. Biol. Chem. 263: 4318-4322 (19
88)] or at one of its termini, together with a second synthetic copy of gene III, so that "partial" unmodified gene III protein is present. Proposed. Ladner does not address the problems of successfully selecting high affinity peptides from random peptide libraries, which hinders the prior art biological selection and screening methods.

ヒト成長ホルモン(hGH)は、正常なヒトの成長およ
び発達の調節に多大に関与している。この22,000ダルト
ンの脳下垂体ホルモンは、特に、線状成長(体形成)、
泌乳、マクロファージの活性化、インスリン様および糖
尿発生作用を含む多数の生物学的作用を示す[Chawla,
R.K.,Ann.Rev,Med.34:519(1983);Edwards,C.K.ら,Sci
ence 239:769(1988);Thomer,M.O.ら,J.Clin.Invest.8
1:745(1988)]。子供における成長ホルモンの欠損は
小人症を導くが、これは10年以上にわたるhGHの外部投
与によって成功裏に治療されている。hGHは、胎盤ラク
トゲン、プロラクチン、ならびに他の遺伝的および種的
変異体または成長ホルモンを含む一群の相同ホルモンの
一員である[Nicoll,C.S.ら,Endocrine Reviews 7:169
(1986)]。hGHはこれらの中で独特であり、広い種特
異性を示し、クローン化した体形成受容体[Leung,D.W.
ら,Nature 330:537(1987)]またはプロラクチン受容
体[Boutin,J.M.ら,Ce 53:69(1988)]に結合する。ク
ローン化されたhGHの遺伝子は大腸菌において分泌型で
発現されており[Chang,C.N.ら,Gene 55:189(198
7)]、そのDNAおよびアミノ酸配列が報告されている
[Goeddelら,Nature 281:544(1979);Grayら,Gene 39:
247(1985)]。hGHの3次元構造は利用することができ
ない。しかし、ブタ成長ホルモン(pGH)の3次元折り
畳みパターンは普通の分解能および精度で報告されてい
る[Abdel−Meguid,S.S.ら,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 8
4:6434(1987)]。ヒト成長ホルモンの受容体および抗
体エピトープは、ホモログ−スキャニング突然変異誘発
によって同定されている[Cunninghamら,Science 243:1
330(1989)]。ヒスチジン18とヒスチジン21を含むヒ
ト成長ホルモンのスプライスされた配列を含有する新規
なアミノ末端メチオニル ウシ成長ホルモンの構造が示
されている[米国特許No.4,880,910]。
Human growth hormone (hGH) is greatly involved in regulating normal human growth and development. This 22,000 dalton pituitary hormone, in particular, has linear growth (body formation),
Shows numerous biological effects, including lactation, macrophage activation, insulin-like and diabetic effects [Chawla,
RK, Ann. Rev, Med. 34: 519 (1983); Edwards, CK et al., Sci.
ence 239: 769 (1988); Thomer, MO et al., J. Clin. Invest. 8
1: 745 (1988)]. Growth hormone deficiency in children leads to dwarfism, which has been successfully treated by external administration of hGH for over a decade. hGH is a member of a group of homologous hormones including placental lactogen, prolactin, and other genetic and species variants or growth hormones [Nicoll, CS et al., Endocrine Reviews 7: 169.
(1986)]. hGH is unique among these, exhibits broad species specificity, and has cloned somatic receptors [Leung, DW
, Nature 330: 537 (1987)] or the prolactin receptor [Boutin, JM et al., Ce 53:69 (1988)]. The cloned hGH gene has been secretedly expressed in E. coli [Chang, CN et al., Gene 55: 189 (198
7)], and its DNA and amino acid sequences have been reported [Goeddel et al., Nature 281: 544 (1979); Gray et al., Gene 39:
247 (1985)]. The three-dimensional structure of hGH is not available. However, the three-dimensional folding pattern of porcine growth hormone (pGH) has been reported with normal resolution and precision [Abdel-Meguid, SS et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 8
4: 6434 (1987)]. Human growth hormone receptor and antibody epitopes have been identified by homolog-scanning mutagenesis [Cunningham et al., Science 243: 1.
330 (1989)]. The structure of a novel amino-terminal methionyl bovine growth hormone containing a spliced sequence of human growth hormone including histidine 18 and histidine 21 has been shown [US Patent No. 4,880,910].

ヒト成長ホルモン(hGH)は、種々の動物モデルにお
いて線状骨格成長、泌乳、マクロファージの活性化、イ
ンスリン様および糖尿作用などを含む多種の生理学的お
よび代謝作用を引き起こす[R.K.Chawlaら,Annu.Rev.Me
d.34:519(1983);O.G.P.Isakssonら,Annu.Rev.Physio
l.47:483(1985);C.K.Edwardsら,Science 239:769(19
88);M.O.ThornerおよびM.L.Vance,J.Clin.Invest.82:7
45(1988);J.P.HughesおよびH.G.Friesen,Ann.Rev.Phy
siol.47:469(1985)]。これらの生物学的作用は、hGH
と特異的な細胞受容体の間の相互作用によって導かれ
る。
Human growth hormone (hGH) causes a variety of physiological and metabolic effects in various animal models, including linear skeletal growth, lactation, macrophage activation, insulin-like and diabetic effects [RKChawla et al., Annu. Rev. Me
d.34: 519 (1983); OGPIsaksson et al., Annu. Rev. Physio.
l. 47: 483 (1985); CKEdwards et al., Science 239: 769 (19
88); MOThorner and MLVance, J. Clin. Invest. 82: 7
45 (1988); JPHughes and HGFriesen, Ann. Rev. Phy
siol. 47: 469 (1985)]. These biological effects are related to hGH
And specific cell receptors.

従って、本発明の目的は、候補の結合物質の体系的製
造のための迅速かつ効率的な方法を提供することであ
る。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rapid and efficient method for the systematic production of candidate binding agents.

本発明の別の目的は、ファージミド粒子の表面に表示
される立体配座的に安定な候補結合物質を製造すること
である。
It is another object of the present invention to produce conformationally stable candidate binding agents displayed on the surface of phagemid particles.

本発明の他の目的は、ファージのコートタンパク質と
異種ポリペプチドの融合タンパク質からなる候補結合物
質を製造することである[ここで、該ポリペプチドは長
さが100アミノ酸以上であり、1サブユニット以上であ
ってよく、そしてファージミド粒子上に表示されるもの
である(該ポリペプチドはこのファージミドのゲノムに
コードされている)]。
Another object of the present invention is to produce a candidate binding substance consisting of a fusion protein of a phage coat protein and a heterologous polypeptide [wherein the polypeptide is 100 amino acids or more in length and 1 subunit And may be displayed on a phagemid particle (the polypeptide is encoded in the phagemid genome)].

本発明のさらに別の目的は、非共有性の結合相互作用
に関与する可能性のあるすべてのペプチジル部分を与え
るかまたは表示し、また、立体的に制限された様式でこ
れらの部分を与えるに十分な融通性を備えた結合物質を
製造および選択するための方法を提供するものである。
Yet another object of the present invention is to provide or display all peptidyl moieties that may be involved in non-covalent binding interactions and to provide these moieties in a sterically restricted manner. It provides a method for producing and selecting binding materials with sufficient flexibility.

本発明の他の目的は、成長ホルモン受容体および結合
タンパク質に対してさらに強い親和性を示す成長ホルモ
ン変異体の製造である。
Another object of the present invention is the production of mutant growth hormones that exhibit a stronger affinity for growth hormone receptors and binding proteins.

本発明の別の目的は、検出可能な融合タンパク質がサ
プレッサー宿主細胞において産生され、異種ポリペプチ
ドだけが非サプレッサー宿主細胞において産生されるよ
うに、異種ポリペプチドとファージコートタンパク質の
間に機能的に設置された抑制可能な終止コドンを含有す
る発現ベクターファージミドを製造することである。
It is another object of the present invention to provide a method for functionally linking a heterologous polypeptide and a phage coat protein such that a detectable fusion protein is produced in a suppressor host cell and only the heterologous polypeptide is produced in a non-suppressor host cell. The objective is to produce an expression vector phagemid containing a placed repressible stop codon.

最後に、本発明の目的は、ファージミド粒子の外側表
面に1を越える候補結合タンパク質のコピーをめったに
表示することがなく、従って高親和性の結合タンパク質
の効率的な選択を達成することができるファージミド粒
子を製造することである。
Finally, it is an object of the present invention to provide a phagemid that rarely displays more than one copy of a candidate binding protein on the outer surface of the phagemid particle, thus achieving efficient selection of high affinity binding proteins. To produce particles.

本発明のこれらおよび他の目的は、本発明を全体とし
て考慮することにより明らかであろう。
These and other objects of the invention will be apparent from a consideration of the invention as a whole.

発明の要約 上記の目的は、 (a)ポリペプチドをコードしている第1の遺伝子と天
然または野生型ファージコートタンパク質の少なくとも
一部をコードしている第2の遺伝子を含有する複製可能
な発現ベクター(ここで、第1および第2の遺伝子は異
種であり、転写調節要素が第1および第2の遺伝子に機
能的に結合されており、従って融合タンパク質をコード
している遺伝子融合が得られる)を構築し; (b)該ベクターの第1の遺伝子内の1またはそれ以上
の選択した位置において突然変異を行なって一群の関連
プラスミドを生成させ; (c)該プラスミドで適当な宿主細胞を形質転換し; (d)該形質転換した宿主細胞を該ファージコートタン
パク質をコードしている遺伝子を有するヘルパーファー
ジに感染させ; (e)該プラスミドの少なくとも一部を含有する組換え
ファージミド粒子の形成に適切かつ宿主を形質転換しう
る条件のもと、少量のファージミド粒子だけが融合タン
パク質の1を越えるコピーを粒子の表面に表示するよう
に該条件を調節して、該形質転換して感染させた宿主細
胞を培養し; (f)該ファージミド粒子を標的分子と接触させて、フ
ァージミド粒子の少なくとも一部を該標的分子に結合さ
せ;そして (g)結合したファージミド粒子を未結合の粒子から分
離する; ことからなる新規な結合ポリペプチドを選択するための
方法を提供することによって達成した。この方法は、さ
らに、標的分子に結合する組換えファージミド粒子で適
切な宿主細胞を形質転換し、工程(d)〜(g)を1ま
たはそれ以上の回数繰り返す工程を含んでいるのが好ま
しい。
SUMMARY OF THE INVENTION The above object is to provide: (a) a replicable expression containing a first gene encoding a polypeptide and a second gene encoding at least a portion of a native or wild-type phage coat protein. A vector (where the first and second genes are heterologous, and the transcriptional regulatory element is operably linked to the first and second genes, so that a gene fusion encoding the fusion protein is obtained. (B) mutating at one or more selected positions in the first gene of the vector to generate a family of related plasmids; (c) generating appropriate host cells with the plasmids (D) infecting the transformed host cell with a helper phage having a gene encoding the phage coat protein; Under conditions suitable for the formation of recombinant phagemid particles containing at least a portion of the phagemid and capable of transforming the host, only a small amount of phagemid particles will display more than one copy of the fusion protein on the surface of the particles. Adjusting said conditions to culture said transformed and infected host cells; (f) contacting said phagemid particles with a target molecule to bind at least a portion of said phagemid particles to said target molecule; and (G) separating bound phagemid particles from unbound particles. A method for selecting a novel binding polypeptide comprising: Preferably, the method further comprises the step of transforming a suitable host cell with the recombinant phagemid particles that bind to the target molecule and repeating steps (d)-(g) one or more times.

さらに、1を越えるサブユニットからなる新規な結合
タンパク質を選択する方法を、次のように新規な結合ペ
プチドを選択することによって達成する:即ち、この選
択法は、 ・1またはそれ以上のサブユニットを含む所望のタンパ
ク質をコードしているDNAに機能的に結合させた転写調
節要素を含有する複製可能な発現ベクター(ここで、該
サブユニットの少なくとも1つをコードしているDNAは
ファージコートタンパク質の少なくとも一部をコードし
ているDNAに融合している)を構築し; ・1またはそれ以上の選択した位置において該所望のタ
ンパク質をコードしているDNAに突然変異を行なって一
群の関連ベクターを生成させ; ・該ベクターで適当な宿主細胞を形質転換し; ・該形質転換した宿主細胞を該ファージコートタンパク
質をコードしている遺伝子を有するヘルパーファージに
感染させ; ・該プラスミドの少なくとも一部を含有する組換えファ
ージミド粒子の形成に適切かつ宿主を形質転換しうる条
件のもと、少量のファージミド粒子だけが融合タンパク
質の1を越えるコピーを粒子の表面に表示するように該
条件を調節して、該形質転換して感染させた宿主細胞を
培養し; ・該ファージミド粒子を標的分子と接触させて、ファー
ジミド粒子の少なくとも一部を該標的分子に結合させ;
そして ・結合したファージミド粒子を未結合の粒子から分離す
る; ことからなる。
Furthermore, a method for selecting a novel binding protein consisting of more than one subunit is achieved by selecting a novel binding peptide as follows: the selection method comprises:-one or more subunits A replicable expression vector containing a transcriptional regulatory element operably linked to DNA encoding a desired protein, wherein the DNA encoding at least one of the subunits is a phage coat protein Fused to the DNA encoding at least a portion of the DNA sequence; and mutating the DNA encoding the desired protein at one or more selected positions to produce a family of related vectors. Transforming a suitable host cell with the vector; encoding the transformed host cell with the phage coat protein Infecting a helper phage having the carrying gene; only a small amount of the phagemid particles, under conditions suitable for the formation of recombinant phagemid particles containing at least a portion of the plasmid and capable of transforming the host, Culturing the transformed and infected host cells by adjusting the conditions to display more than one copy of the phagemid particle on the surface of the particle; At least partially binding to the target molecule;
And separating the bound phagemid particles from the unbound particles.

本発明の方法においては、プラスミドが転写調節要素
の厳格な制御下にあり、粒子の表面に融合タンパク質の
1を越えるコピーを表示するファージミド粒子の量また
は数が約1%未満となるように培養条件が調節されてい
るのが好ましい。また、融合タンパク質の1を越えるコ
ピーを表示するファージミド粒子の量が、融合タンパク
質の単一コピーを表示するファージミド粒子の量の10%
未満であるのが好ましい。最も好ましいのは、この量が
20%未満である。
In the method of the present invention, the plasmid is cultured under strict control of transcriptional regulatory elements such that the amount or number of phagemid particles displaying more than one copy of the fusion protein on the surface of the particles is less than about 1%. Preferably, the conditions are adjusted. Also, the amount of phagemid particles displaying more than one copy of the fusion protein is 10% of the amount of phagemid particles displaying a single copy of the fusion protein.
Preferably it is less than. Most preferably, this amount
Less than 20%.

通常、本発明の方法においては、発現ベクターはポリ
ペプチドのそれぞれのサブユニットをコードしているDN
Aに融合させた分泌シグナル配列をさらに含有し、転写
調節要素はプロモーター系であろう。好ましいプロモー
ター系は、LacZ、λPL、TAC、T7ポリメラーゼ、トリプ
トファン、およびアルカリホスファターゼプロモーター
ならびにこれらの組合せから選択される。
Usually, in the method of the present invention, the expression vector is a DN encoding each subunit of the polypeptide.
Further containing a secretory signal sequence fused to A, the transcriptional regulatory element will be a promoter system. Preferred promoter systems are selected from the LacZ, λ PL , TAC, T7 polymerase, tryptophan, and alkaline phosphatase promoters and combinations thereof.

また、第1の遺伝子は通常は哺乳動物タンパク質をコ
ードしているであろう。好ましいタンパク質は次のもの
から選択されるであろう:ヒト成長ホルモン(hGH)、
N−メチオニル ヒト成長ホルモン、ウシ成長ホルモ
ン、副甲状腺ホルモン、チロキシン、インスリンA鎖、
インスリンB鎖、プロインスリン、レラキシンA鎖、レ
ラキシンB鎖、プロレラキシン、糖タンパク質ホルモ
ン、例えば卵胞刺激ホルモン(FSH)、甲状腺刺激ホル
モン(TSH)およびロイチナイジング(Leutinizing)ホ
ルモン(LH)、糖タンパク質ホルモン受容体、カルシト
ニン、グルカゴン、因子VIII、抗体、肺表面活性物質、
ウロキナーゼ、ストレプトキナーゼ、ヒト組織型プラス
ミノーゲン活性化因子(t−PA)、ボンベシン、因子I
X、トロンビン、造血成長ホルモン、腫瘍壊死因子αお
よびβ、エンケファリナーゼ、ヒト血清アルブミン、ミ
ュラー阻害物質、マウスゴナドトロピン関連ペプチド、
微生物タンパク質、例えばβ−ラクタマーゼ、組織因子
タンパク質、インヒビン、アクチビン、血管内皮成長因
子、ホルモンまたは成長因子の受容体;インテグリン、
トロンボポエチン、プロテインAまたはD、リウマトイ
ド因子、神経成長因子、例えばNGF−β、血小板成長因
子、トランスフォーミング成長因子(TGF)、例えばTGF
−αおよびTGF−β、インスリン様成長因子IおよびI
I、インスリン様成長因子結合タンパク質、CD−4、DN
アーゼ、潜在性関連ペプチド、エリトロポエチン、骨誘
導因子、インターフェロン、例えばインターフェロン
α、βおよびγ、コロニー刺激因子(CSF)、例えばM
−CSF、GM−CSFおよびG−CSF、インターロイキン(I
L)、例えばIL−1、IL−2、IL−3、IL−4、スーパ
ーオキシドジスムターゼ;崩壊促進因子、ウイルス抗
原、HIVエンベロープタンパク質、例えばGP120、GP14
0、心房性ナトリウム利尿ペプチドA、BまたはC、免
疫グロブリン、ならびに上記タンパク質のいずれかのフ
ラグメント。
Also, the first gene will usually encode a mammalian protein. Preferred proteins will be selected from: human growth hormone (hGH),
N-methionyl human growth hormone, bovine growth hormone, parathyroid hormone, thyroxine, insulin A chain,
Insulin B chain, proinsulin, relaxin A chain, relaxin B chain, prorelaxin, glycoprotein hormones such as follicle stimulating hormone (FSH), thyroid stimulating hormone (TSH) and leutinizing hormone (LH), glycoprotein hormone Receptor, calcitonin, glucagon, factor VIII, antibody, lung surfactant,
Urokinase, streptokinase, human tissue-type plasminogen activator (t-PA), bombesin, factor I
X, thrombin, hematopoietic growth hormone, tumor necrosis factors α and β, enkephalinase, human serum albumin, Mueller inhibitor, mouse gonadotropin-related peptide,
Microbial proteins such as β-lactamase, tissue factor protein, inhibin, activin, vascular endothelial growth factor, hormone or growth factor receptors; integrins;
Thrombopoietin, protein A or D, rheumatoid factor, nerve growth factor such as NGF-β, platelet growth factor, transforming growth factor (TGF) such as TGF
-Α and TGF-β, insulin-like growth factors I and I
I, insulin-like growth factor binding protein, CD-4, DN
Ase, latency-related peptide, erythropoietin, osteoinductive factors, interferons such as interferon α, β and γ, colony stimulating factor (CSF) such as M
-CSF, GM-CSF and G-CSF, interleukin (I
L), for example, IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, superoxide dismutase; decay-accelerating factors, viral antigens, HIV envelope proteins, for example, GP120, GP14
0, Atrial natriuretic peptide A, B or C, immunoglobulin, and fragments of any of the above proteins.

好ましくは、第1の遺伝子は約100以上のアミノ酸残
基を含む1またはそれ以上のサブユニットのポリペプチ
ドをコードしており、標的と相互作用しうる複数のアミ
ノ酸を表示する複数の堅い2次構造を形成するように折
り畳まれているであろう。好ましくは、第1の遺伝子
は、堅い2次構造の完全性が保存されるように、標的と
相互作用しうるアミノ酸にのみ対応するコドンのところ
で突然変異が為されているであろう。
Preferably, the first gene encodes a polypeptide of one or more subunits comprising about 100 or more amino acid residues, and comprises a plurality of rigid secondary proteins displaying a plurality of amino acids capable of interacting with a target. It will be folded to form a structure. Preferably, the first gene will be mutated at codons corresponding only to amino acids that can interact with the target, such that the integrity of the rigid secondary structure is preserved.

通常、本発明の方法は、M13KO7、M13R408、M13−VCS
およびPhiX174から選択されるヘルパーファージを用い
るであろう。好ましいヘルパーファージはM13KO7であ
り、好ましいコートタンパク質はM13ファージの遺伝子I
IIコートタンパク質である。好ましい宿主は大腸菌であ
り、大腸菌のプロテアーゼ欠損株である。本発明の方法
によって選択される新規なhGH変異体を検出した。この
ポリペプチドとファージコートタンパク質をコードして
いる核酸の間に機能的に設置した抑制可能な終止コドン
を含有するファージミド発現ベクターを構築した。
Usually, the method of the present invention comprises M13KO7, M13R408, M13-VCS
And a helper phage selected from PhiX174. A preferred helper phage is M13KO7, and a preferred coat protein is gene I of M13 phage.
II coat protein. A preferred host is E. coli, which is a protease-deficient strain of E. coli. Novel hGH variants selected by the method of the present invention were detected. A phagemid expression vector was constructed containing a suppressible stop codon functionally located between this polypeptide and the nucleic acid encoding the phage coat protein.

図面の簡単な説明 図1:線状ファージの表面に大きいタンパク質を表示
(顕示)させるための方法および改変させた受容体結合
性を豊富化する方法を示すものである。hGHの全暗号配
列をM13遺伝子IIIのカルボキシ末端ドメインに融合させ
たプラスミドphGH−M13g IIIを構築した。この融合タン
パク質の転写はlacプロモーター/オペレーター配列の
支配下にあり、分泌はst IIシグナル配列によって指令
されている。ファージミド粒子は「ヘルパー」ファージ
M13KO7による感染によって得られ、pGHを表示する粒子
はhGH受容体を含む親和性マトリックスに結合させるこ
とによって豊富化することができる。野生型遺伝子III
(M13KO7ファージから導く)はファージの先端の4〜5
コピーの複数矢印により図示し、融合タンパク質(ファ
ージミドphGH−M13g IIIから導く)はhGHの折り畳み図
形(矢印の頭部を置換)によって図示した。
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1: Shows a method for displaying (exposing) large proteins on the surface of filamentous phage and a method for enriching for modified receptor binding. A plasmid phGH-M13gIII was constructed in which the entire coding sequence of hGH was fused to the carboxy-terminal domain of M13 gene III. Transcription of this fusion protein is under the control of the lac promoter / operator sequence and secretion is directed by the stII signal sequence. Phagemid particles are "helper" phages
Particles obtained by infection with M13KO7 and displaying pGH can be enriched by binding to an affinity matrix containing the hGH receptor. Wild-type gene III
(Derived from M13KO7 phage)
The fusion protein (derived from the phagemid phGH-M13g III) is illustrated by the multiple arrows of the copy, and by the hGH fold figure (replace the head of the arrow).

図2:全ファージ粒子の免疫ブロットはhGHがファージ
と同時移動することを示す。塩化セシウム勾配で精製し
たファージミド粒子を二重のウエルに付し、375mMトリ
ス、40mMグリシン(pH9.6)緩衝液中、1%アガロース
ゲルで電気泳動を行なった。このゲルを、2%SDSおよ
び2%β−メルカプトエタノールを含む移転緩衝液[25
mMトリス(pH8.3)、200mMグリシン、20%メタノール]
中に2時間浸漬し、次いで移転緩衝液中で6時間すすい
だ。次いで、ゲル中のタンパク質をイモビロン膜(Mill
ipore)上に電気ブロットした。1組の試料を含む膜は
クーマシーブルーで染色してファージタンパク質の位置
を示した(A)。二重の膜をポリクローナルウサギ抗−
hGH抗体と反応させ、次いで西洋ワサビペルオキシダー
ゼ−コンジュゲート化したヤギ抗−ウサギIgG抗体と反
応させることによって、膜のhGHを免疫染色した
(B)。レーン1はM13KO7親ファージを含み、これはhG
Hを欠いているのでクーマシーブルー染色した膜におい
てのみ観察することができた。レーン2および3はホル
モン ファージミド粒子の別の調製物を含んでおり、ク
ーマシーおよびhGH免疫染色の両方で観察することがで
きた。親のM13KO7ファージとホルモン ファージミド粒
子の間の移動距離の差異は、内部にパッケージされたゲ
ノムの大きさの相違を反映するものである(それぞれ、
8.7kbと5.1kb)。
FIG. 2: Immunoblot of all phage particles shows that hGH co-migrate with phage. Phagemid particles purified with a cesium chloride gradient were applied to double wells and electrophoresed on a 1% agarose gel in 375 mM Tris, 40 mM glycine (pH 9.6) buffer. The gel was transferred to a transfer buffer [25] containing 2% SDS and 2% β-mercaptoethanol.
mM Tris (pH 8.3), 200 mM glycine, 20% methanol]
Immersion for 2 hours, then rinsed in transfer buffer for 6 hours. Next, the proteins in the gel were transferred to Immobilon membrane (Mill
(ipore). Membranes containing one set of samples were stained with Coomassie blue to indicate the location of phage proteins (A). Double membrane with polyclonal rabbit anti-
The membrane was immunostained for hGH by reacting with the hGH antibody and then with a horseradish peroxidase-conjugated goat anti-rabbit IgG antibody (B). Lane 1 contains the M13KO7 parent phage, which contains hG
Lack of H could only be observed in Coomassie blue stained membranes. Lanes 2 and 3 contained another preparation of hormone phagemid particles, which could be observed on both Coomassie and hGH immunostaining. Differences in migration distance between parental M13KO7 phage and hormone phagemid particles reflect differences in the size of the internally packaged genomes (
8.7kb and 5.1kb).

図3:コドン172、174、176および178のところをランダ
ム化したhGH−ファージライブラリーの選択法における
各工程をまとめる図である。hGH(R178G、I179T)遺伝
子および唯一のKpn I制限部位を含有する鋳型分子pH041
5を本明細書に記載のように突然変異誘発し、大腸菌株W
JM101中に電気導入して最初のファージミドライブラリ
ー(ライブラリー1)を得た。ライブラリー1の一部
(約2%)を、本明細書に記載のように最初の選択ラウ
ンドに直接用いてライブラリー1Gを得た。一方、2本鎖
DNA(dsDNA)をライブラリー1から調製し、制限酵素Kp
n Iで消化して鋳型のバックグラウンドを排除し、WJM10
1中に電気導入してライブラリー2を得た。これらに続
く選択ラウンド(または、Kpn I消化;陰影を付けた
箱)とその後のファージミドの増殖は、本明細書に記載
した方法に従い、矢印で示したように行なった。ライブ
ラリー4G4からの4種の独立したクローンおよびライブ
ラリー5G6からの4種の独立したクローンをジデオキシ
配列決定法によって配列決定した。これらクローンのす
べてが、hGH突然変異体(Glu 174 Ser、Phe 176 Tyr)
に一致する同一DNA配列を有していた。
FIG. 3 is a diagram summarizing each step in a method for selecting an hGH-phage library in which codons 172, 174, 176 and 178 are randomized. Template molecule pH041 containing hGH (R178G, I179T) gene and unique Kpn I restriction site
5 was mutagenized as described herein and E. coli strain W
The first phagemid library (library 1) was obtained by electrotransfer into JM101. A portion (about 2%) of Library 1 was used directly in the first round of selection as described herein to obtain Library 1G. On the other hand, double-stranded
DNA (dsDNA) is prepared from Library 1 and the restriction enzyme Kp
nI digestion to eliminate template background, WJM10
Introduced into 1 to obtain Library 2. Subsequent rounds of selection (or Kpn I digestion; shaded boxes) and subsequent phagemid expansion were performed as indicated by the arrows, according to the methods described herein. Were sequenced by dideoxy sequencing the four independent clones from four independent clones and libraries 5G 6 from the library 4G 4. All of these clones are hGH mutants (Glu 174 Ser, Phe 176 Tyr)
Had the same DNA sequence.

図4:結晶学により決定したブタ成長ホルモンの2.8Å
折り畳み図から導いたhGHの構造モデルを示すものであ
る。hGH−結合タンパク質への結合を強く変調させるhGH
中の残基の位置を陰影を付けた円内に示した。結合親和
性において10倍以上の減少(●)、4〜10倍の減少
(・)、増加(○)、または2〜4倍の減少(・)を引
き起こすアラニン置換が示されている。α−ヘリックス
領域におけるらせん輪投影により、これらの両極性が明
らかになった。黒くした、陰影を付けた、あるいは陰影
を付けていない残基は、それぞれ荷電、極性、または非
極性を示す。ヘリックス4において、突然変異のための
最も重要な残基は親水性の面上にある。
Figure 4: 2.8% of porcine growth hormone determined by crystallography
It shows the structural model of hGH derived from the fold diagram. hGH that strongly modulates binding to hGH-binding proteins
The positions of the middle residues are indicated in the shaded circles. Alanine substitutions that cause a 10-fold or greater decrease in binding affinity (●), a 4- to 10-fold decrease (•), an increase (○), or a 2- to 4-fold decrease (•) are shown. Spiral ring projections in the α-helical region revealed these polarities. Black, shaded, or unshaded residues indicate charge, polarity, or non-polarity, respectively. In helix 4, the most important residues for mutation are on the hydrophilic side.

図5:表示した経路(hGH溶離、グリシン溶離、または
予吸着後のグリシン溶離)に対するラウンド1および3
の選択工程からの多数のクローンを配列決定した後にわ
かったhGHの172、174、176および178位のアミノ酸置換
を示すものである(例えば、KSYRという表示はhGH突然
変異体172K/174S/176Y/178Rを表す)。非機能的な配列
(即ち、ベクター バックグラウンド、または他の未成
熟に終わった突然変異体および/またはフレームシフト
した突然変異体)は「NF」として示している。非サイレ
ントの疑似突然変異(即ち、上に挙げた組の標的残基以
外)を含む機能的な配列は「+」で示している。すべて
の配列決定クローンの中で1回を越えて現れたが異なる
DNA配列を有するタンパク質配列は「#」で示してい
る。配列決定クローンの中で1回を越えて現れ、そして
同じDNA配列を有するタンパク質配列は「*」で示して
いる。3ラウンドの選択の後に2種の異なる汚染配列が
見い出されたことに注意すべきである(これらのクロー
ンはカセット突然変異体に一致しなかったが、先に構築
したホルモン ファージに一致した)。pS0643汚染体は
野生型hGH−ファージに一致する(hGH「KEFR」)。第3
ラウンドのグリシン選択したファージのプールに多いpH
0457汚染体は、先に同定したhGHの突然変異体「KSYR」
に一致する。これら汚染体の増幅は、まれにした発生し
ない突然変異体を選択するためのホルモン−ファージ選
択法の能力を強調するものである。また、これらの配列
の集中性は3種すべての経路において顕著であった(即
ち、RまたはKは172および178位に最も多く発生し、Y
またはFは176位に最も多く発生し、そしてS、T、A
およびその他の残基は174位に発生する)。
Figure 5: Rounds 1 and 3 for the indicated route (hGH elution, glycine elution or glycine elution after preadsorption)
The amino acid substitutions at positions 172, 174, 176 and 178 of hGH found after sequencing a number of clones from the selection step of 178R). Non-functional sequences (ie, vector background, or other immature and / or frameshifted mutants) are indicated as "NF." Functional sequences containing non-silent pseudomutations (ie, other than the set of target residues listed above) are indicated by a "+". Appeared more than once but different among all sequencing clones
A protein sequence having a DNA sequence is indicated by “#”. Protein sequences which appear more than once in the sequencing clones and have the same DNA sequence are indicated by a "*". It should be noted that two different contaminating sequences were found after three rounds of selection (these clones did not match the cassette mutant, but did match the previously constructed hormone phage). The pS0643 contaminant is consistent with wild-type hGH-phage (hGH "KEFR"). Third
High pH for pool of round glycine-selected phages
The 0457 contaminant was the previously identified hGH mutant `` KSYR ''
Matches. The amplification of these contaminants underscores the ability of the hormone-phage selection method to select for rare, non-occurring mutants. Also, the convergence of these sequences was significant in all three pathways (ie, R or K occurred most frequently at positions 172 and 178;
Or F occurs most frequently at position 176, and S, T, A
And other residues occur at position 174).

図6:亜鉛の存在下にhPRLbp−ビーズ上で選択したファ
ージからの配列を示すものである。表示は図5で説明し
たものと同じである。ここでは、配列の集中性は予測で
きないが、最もストリンジェントな(グリシン)選択条
件下で疎水性配列への偏りがあるようである(L、Wお
よびP残基がこのプールに多く見い出される)。
FIG. 6: Sequence from phage selected on hPRLbp-beads in the presence of zinc. The display is the same as that described in FIG. Here the sequence convergence is unpredictable, but there appears to be a bias towards hydrophobic sequences under the most stringent (glycine) selection conditions (L, W and P residues are found more in this pool) .

図7:亜鉛の非存在下にhPRLbp−ビーズ上で選択したフ
ァージからの配列を示すものである。表示は図5で説明
したものと同じである。図6の配列とは対照的に、ここ
での配列は比較的親水性が高いようである。hGH溶離に
よる4ラウンドの選択の後、2種類のクローン(ANHQお
よびTLDT/171V)がプールに多く存在する。
FIG. 7: Sequence from phage selected on hPRLbp-beads in the absence of zinc. The display is the same as that described in FIG. In contrast to the sequence of FIG. 6, the sequence here appears to be relatively hydrophilic. After four rounds of selection by hGH elution, two clones (ANHQ and TLDT / 171V) are abundant in the pool.

図8:ブランクのビーズ上で選択したファージからの配
列を示すものである。表示は図5で説明したものと同じ
である。グリシン溶離による3ラウンドの選択の後、同
胞体は観察されず、非機能的な配列のバックグラウンド
水準が保持された。
FIG. 8: Sequence from phage selected on blank beads. The display is the same as that described in FIG. After three rounds of selection by glycine elution, no siblings were observed and background levels of non-functional sequences were retained.

図9:pHO415からのファージミドfl起点(ori)の構築
を示すものである。カセット突然変異誘発およびhGH−
遺伝子III融合タンパク質の発現のためのこのベクター
を次のように構築した。pBR322およびflの複製起点を含
有し、大腸菌phoAプロモーターの制御下にhGH−遺伝子I
II融合タンパク質(hGHの残基1〜191に1個のGly残基
が続き、これが遺伝子IIIのPro−198に融合している)
を発現する、pS0132のオリゴヌクレオチド指向性の突然
変異誘発によって、プラスミドpS0643を構築した。以下
のオリゴヌクレオチド: を用いて突然変異誘発を行なった。このオリゴヌクレオ
チドは、hGHのPhe−191に続いてXba I部位(下線部)と
アンバー終止コドン(TAG)を導入した。
FIG. 9: Construction of phagemid fl origin (ori) from pHO415. Cassette mutagenesis and hGH-
This vector for expression of the gene III fusion protein was constructed as follows. hGH-gene I under the control of the E. coli phoA promoter, containing the pBR322 and fl origins of replication.
II fusion protein (residues 1-191 of hGH followed by one Gly residue, which is fused to Pro-198 of gene III)
Plasmid pS0643 was constructed by oligonucleotide-directed mutagenesis of pS0132, which expresses The following oligonucleotides: Was used for mutagenesis. This oligonucleotide introduced an Xba I site (underlined) and an amber stop codon (TAG) following Phe-191 of hGH.

図10:Aは、HER−2受容体に指向性のFabヒト化抗体の
軽鎖および重鎖(可変および不変ドメイン1)をコード
しているDNAを含有するプラスミドpDH188挿入体を図示
したものである。VLおよびVHはそれぞれ軽鎖および重鎖
の可変領域である。Ckはヒトκ軽鎖の不変領域である。
CH1G1はヒトγ1鎖の最初の不変領域である。両暗号領
域は細菌性のst IIシグナル配列から始まっている。B
は、5Aに示した挿入体を含有する全プラスミドpBH188を
図示するものである。このプラスミドを大腸菌SR101細
胞に導入し、ヘルパーファージを添加した後、このプラ
スミドはファージ粒子にパッケージされる。これら粒子
の一部はFab−p III融合体を表示する(ここで、p III
はM13遺伝子III DNAによってコードされているタンパク
質である)。このプラスミド図中のセグメントは5Aに示
した挿入体に対応している。
Figure 10: A depicts a plasmid pDH188 insert containing DNA encoding the light and heavy chains (variable and constant domain 1) of a Fab humanized antibody directed to the HER-2 receptor. is there. VL and VH are the variable regions of the light and heavy chains, respectively. C k is the constant region of the human kappa light chain.
CH1 G1 is the first constant region of the human γ1 chain. Both coding regions begin with the bacterial st II signal sequence. B
Illustrates the entire plasmid pBH188 containing the insert shown in 5A. After introducing this plasmid into E. coli SR101 cells and adding helper phage, the plasmid is packaged into phage particles. Some of these particles display Fab-pIII fusions (where pIII
Is a protein encoded by M13 gene III DNA). The segment in this plasmid diagram corresponds to the insert shown in 5A.

図11(図11のA〜Cをまとめて説明する):ファージ
ミド表面に発現された4D5 Fab分子をコードしているDNA
のヌクレオチド配列(配列番号25)を示すものである。
軽鎖のアミノ酸配列(配列番号26)も、重鎖p III融合
体のアミノ酸配列(配列番号27)と同様に示されてい
る。
FIG. 11 (A to C in FIG. 11 are summarized): DNA encoding 4D5 Fab molecule expressed on the surface of phagemid
1 (SEQ ID NO: 25).
The amino acid sequence of the light chain (SEQ ID NO: 26) is shown as well as the amino acid sequence of the heavy chain pIII fusion (SEQ ID NO: 27).

図12:変異Fabファージミドからの野生型4D5 Fabファ
ージミドの豊富化を示すものである。1:1,000の比の野
生型ファージミドと変異4D5 Fabファージミドの混合物
を、HER−2受容体の細胞外ドメインタンパク質で被覆
したプレートで選択した。各ラウンドの選択の後、溶離
したファージミドの一部を大腸菌に感染させ、プラスミ
ドDNAを調製した。次いで、このプラスミドDNAをEcoR V
およびPst Iで消化し、5%ポリアクリルアミドゲルで
分離し、臭化エチジウムで染色した。バンドをUV光のも
とで可視化した。野生型および変異プラスミドに起因す
るバンドは矢印で示した。第1ラウンドの選択は酸条件
のもとでのみ溶離した。以後のラウンドは、酸溶離(図
の左側)または実施例VIIIに記載した方法を用いるヒト
化4D5抗体洗浄工程とその後の酸溶離(図の右側)のい
ずれかによって溶離した。3種の変異4D5 Fab分子を調
製した。即ち、H91A(VL鎖の91位のアミノ酸ヒスチジン
をアラニンに突然変異させた;図中の「A」レーンに示
す)、Y49A(VL鎖の49位のアミノ酸チロシンをアラニン
に突然変異させた;図中の「B」レーンに示す)、なら
びにY92A(VL鎖の92位のアミノ酸チロシンをアラニンに
突然変異させた;図中の「C」レーンに示す)である。
アミノ酸位置の数え方はKabatらに従った[「免疫学的
挿入体のタンパク質の配列」,第4版,U.S.Dept of Hea
lth and Human Services,Public Health Service,Nat'
l.Institute of Health,Bethesda,MD(1987)]。
FIG. 12: Enrichment of wild-type 4D5 Fab phagemid from mutant Fab phagemid. A mixture of wild type phagemid and mutant 4D5 Fab phagemid in a ratio of 1: 1,000 was selected on plates coated with the HER-2 receptor extracellular domain protein. After each round of selection, a portion of the eluted phagemid was infected into E. coli and plasmid DNA was prepared. Next, this plasmid DNA was transferred to EcoR V
And digested with PstI, separated on a 5% polyacrylamide gel and stained with ethidium bromide. Bands were visualized under UV light. Bands resulting from wild-type and mutant plasmids are indicated by arrows. The first round of selection eluted only under acid conditions. Subsequent rounds were eluted either by acid elution (left side of the figure) or by a humanized 4D5 antibody washing step using the method described in Example VIII followed by acid elution (right side of the figure). Three mutant 4D5 Fab molecules were prepared. That is, H91A (amino acid histidine at position 91 of the VL chain was mutated to alanine; shown in the "A" lane in the figure), Y49A (amino acid tyrosine at position 49 of the VL chain was mutated to alanine. ; Shown in the "B" lane in the figure), and Y92A (the amino acid tyrosine at position 92 of the VL chain was mutated to alanine; shown in the "C" lane in the figure).
Amino acid position counting was performed according to Kabat et al. ["Sequences of Proteins in Immunological Inserts", 4th ed., USDept of Hea
lth and Human Services, Public Health Service, Nat '
l. Institute of Health, Bethesda, MD (1987)].

図13:実験プロトコール中に記載したRIA親和性測定の
スカッチャード分析が示されている。結合した標識化EC
D抗原の量がx軸に示されており、結合量を遊離量で割
った数値がy軸に示されている。線の傾きはKaを示し、
計算したKdは1/Kaである。
FIG. 13: Scatchard analysis of RIA affinity measurements described during the experimental protocol is shown. Bound labeled EC
The amount of D antigen is shown on the x-axis, and the value obtained by dividing the amount bound by the amount released is shown on the y-axis. The slope of the line indicates Ka,
The calculated Kd is 1 / Ka.

発明の詳細な説明 以下の議論は、図1を参照することによって最も良く
理解されるであろう。最も単純な形態においては、本発
明の方法は、標的分子に対して所望の通常は高い親和性
を有する新規な結合ポリペプチド(タンパク質リガンド
など)を構造的に関連した結合ポリペプチドのライブラ
リーから選択する方法からなる。ファージコートタンパ
ク質に融合させた構造的に関連したポリペプチドのライ
ブラリーは突然変異誘発によって調製し、好ましくはそ
れぞれの関連ポリペプチドの単一コピーを、該ポリペプ
チドをコードしているDNAを含有するファージミド粒子
の表面に表示(顕示)する。次いで、これらのファージ
ミド粒子を標的分子と接触させ、標的に対して最も高い
親和性を有する粒子を低親和性の粒子から分離する。次
いで、高親和性の結合体を細菌宿主の感染によって増幅
し、競合結合工程を繰り返す。所望の親和性のポリペプ
チドが得られるまでこの過程を繰り返す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following discussion may be best understood by referring to FIG. In its simplest form, the method of the present invention provides a novel binding polypeptide (such as a protein ligand) having a desired, usually high affinity for a target molecule from a library of structurally related binding polypeptides. Consist of ways to choose. Libraries of structurally related polypeptides fused to phage coat proteins are prepared by mutagenesis and preferably contain a single copy of each related polypeptide containing the DNA encoding the polypeptide. Displayed on the surface of phagemid particles. These phagemid particles are then contacted with a target molecule and the particles with the highest affinity for the target are separated from the low affinity particles. The high affinity binder is then amplified by infection of the bacterial host and the competitive binding step is repeated. This process is repeated until a polypeptide with the desired affinity is obtained.

本発明の方法によって製造される新規な結合ポリペプ
チドまたはリガンドは、それ自体が生物学的有機体の処
置において用いられる診断薬または治療薬(例えば、ア
ゴニストまたはアンタゴニスト)として有用である。ま
た、選択したポリペプチドの構造分析を用いて合理的な
薬物設計を進めることもできる。
The novel binding polypeptides or ligands produced by the methods of the present invention are themselves useful as diagnostic or therapeutic agents (eg, agonists or antagonists) used in the treatment of biological organisms. Also, rational drug design can be advanced using the structural analysis of the selected polypeptide.

本明細書において用いる「結合ポリペプチド」は、選
択性の親和性でもって標的分子に結合するあらゆるポリ
ペプチドを意味する。好ましくは、このポリペプチドは
タンパク質であり、最も好ましくは約100以上のアミノ
酸残基を含有するタンパク質である。通常、このポリペ
プチドはホルモンもしくは抗体またはそれらのフラグメ
ントであろう。
As used herein, "binding polypeptide" refers to any polypeptide that binds to a target molecule with a selective affinity. Preferably, the polypeptide is a protein, most preferably a protein containing about 100 or more amino acid residues. Usually, the polypeptide will be a hormone or antibody or a fragment thereof.

本明細書において用いる「高親和性」は、生理学的条
件下で<10-5M、好ましくは<10-7Mの親和定数(Kd)を
意味する。
“High affinity” as used herein means an affinity constant (Kd) of <10 −5 M, preferably <10 −7 M, under physiological conditions.

本明細書において用いる「標的分子」は、それに対し
てリガンドを製造するのが所望であるあらゆる分子であ
り、必ずしもタンパク質に限られない。しかし、この標
的はタンパク質であるのが好ましく、最も好ましくは、
この標的はホルモン受容体などの受容体である。
As used herein, a "target molecule" is any molecule for which it is desired to produce a ligand, and is not necessarily a protein. However, the target is preferably a protein, most preferably
This target is a receptor, such as a hormone receptor.

本明細書において用いる「ヒト化抗体」は、マウスま
たは他の非ヒト抗体の相補性決定領域(CDR)がヒト抗
体のフレームワーク(枠組み構造)に結合している抗体
を意味する。ヒト抗体のフレームワークはCDRを除く全
ヒト抗体を意味する。
As used herein, “humanized antibody” refers to an antibody in which the complementarity determining regions (CDRs) of a mouse or other non-human antibody are bound to a human antibody framework. The framework of a human antibody refers to all human antibodies except CDRs.

I.ファージの表面に表示させるためのポリペプチドの選
択 本発明の方法における第1の工程は、ファージの表面
に表示させるためのポリペプチドの表面に露出される堅
い2次構造を有するポリペプチドを選択することであ
る。
I. Selection of Polypeptide for Display on Phage Surface The first step in the method of the present invention is to select a polypeptide having a rigid secondary structure exposed on the surface of the polypeptide for display on the phage surface. Is to choose.

本明細書において用いる「ポリペプチド」は、特異的
なDNA配列によって発現させることができる任意の分子
を意味する。本発明のポリペプチドは1を越えるサブユ
ニットからなり、それぞれのサブユニットは別個のDNA
配列によってコードされている。
As used herein, "polypeptide" refers to any molecule that can be expressed by a specific DNA sequence. A polypeptide of the present invention consists of more than one subunit, each subunit being a separate DNA
Coded by array.

本明細書において用いる「堅い2次構造」は、例え
ば、α−ヘリックス、310ヘリックス、πヘリックス、
平行および逆平行β−シート、ならびに逆ターンなどに
おいて見い出される規則的な反復構造を示す任意のポリ
ペプチドセグメントを意味する。また、認識しうる幾何
秩序を欠くある種の「非秩序」構造も、それらが標的と
の相互作用が可能なアミノ酸残基のドメインまたは「パ
ッチ」を形成し、構造の全体形状が構造中のアミノ酸の
置換によって破壊されない限り、堅い2次構造の定義中
に含まれる。ある種の非秩序構造は逆ターンの組合せで
あると考えられている。これら堅い2次構造の幾何は、
ペプチド「骨格」のα−炭素のまわりのφおよびψねじ
れ角によって十分に定義される。
"Rigid secondary structure" as used herein, for example, alpha-helix, 3 10 helix, [pi helices,
By parallel and anti-parallel β-sheets, as well as any polypeptide segment that exhibits a regular repeating structure found in the reverse turns and the like. Also, certain "disordered" structures that lack recognizable geometric order form domains or "patches" of amino acid residues that allow them to interact with the target, and the overall shape of the structure is Unless destroyed by amino acid substitutions, they are included in the definition of a rigid secondary structure. Certain unordered structures are thought to be combinations of reverse turns. The geometry of these rigid secondary structures is
It is well defined by the φ and ψ torsion angles around the α-carbon of the peptide “backbone”.

2次構造をポリペプチド表面に露出させるのに必要な
ことは、標的分子に対して露出され標的分子と結合する
ことができるアミノ酸残基のドメインまたは「パッチ」
を提供することである。これは基本的には突然変異誘発
によって置換されるアミノ酸残基であり、この突然変異
誘発によってファージの表面に表示される構造的に関連
した(突然変異体)結合ポリペプチドの「ライブラリ
ー」が得られ、これから新規なポリペプチドリガンドが
選択される。通常、ポリペプチドの内部に向かうアミノ
酸残基の突然変異誘発または置換は避けられ、これによ
り堅い2次構造の全体構造が保存される。堅い2次構造
の内部領域のアミノ酸の、特に疎水性アミノ酸残基によ
る置換の一部は、これら保存性の置換がポリペプチドの
全体構造を歪めるようには考えられないので許容される
であろう。
All that is required to expose the secondary structure to the polypeptide surface is a domain or “patch” of amino acid residues that can be exposed to and bind to the target molecule.
It is to provide. This is basically an amino acid residue that is replaced by mutagenesis, which results in a "library" of structurally related (mutant) binding polypeptides displayed on the surface of the phage. From which a novel polypeptide ligand is selected. Generally, mutagenesis or substitution of amino acid residues towards the interior of the polypeptide is avoided, thereby preserving the overall structure of the rigid secondary structure. Some substitutions of amino acids in the internal regions of the rigid secondary structure, especially with hydrophobic amino acid residues, may be tolerated since these conservative substitutions do not appear to distort the overall structure of the polypeptide. .

「ポリペプチド」選択の組返しサイクルを用い、複数
の選択サイクルによって選択した複数のアミノ酸変化の
ファージミド選択によってさらに高い親和性の結合を選
択する。第1ラウンドのファージミド選択(リガンドポ
リペプチド中のアミノ酸の選択または第1領域が関係す
る)に続いて、リガンドポリペプチドの他の領域または
アミノ酸において追加ラウンドのファージミド選択を行
なう。リガンドポリペプチドの所望の親和性が達成され
るまでこのファージミド選択サイクルを繰り返す。この
方法を説明するために、実施例VIIIのhGHのファージミ
ド選択をサイクルで行なった。第1サイクルにおいて、
hGHのアミノ酸172、174、176および178に突然変異を行
ない、ファージミドを選択した。第2サイクルにおい
て、hGHのアミノ酸167、171、175および179をファージ
ミド選択した。第3サイクルにおいて、hGHのアミノ酸1
0、14、18および21をファージミド選択した。先のサイ
クルからの最適アミノ酸変化は、次サイクルの選択の前
にポリペプチド中に導入することができる。例えば、hG
Hのアミノ酸置換174(セリン)および176(チロシン)
を、hGHのアミノ酸167、171、175および179のファージ
ミド選択の前にhGH中に導入した。
The higher affinity binding is selected by phagemid selection of a plurality of amino acid changes selected by the multiple selection cycles using the reversion cycle of the "polypeptide" selection. Following the first round of phagemid selection (which involves the selection of amino acids or first regions in the ligand polypeptide), additional rounds of phagemid selection are performed on other regions or amino acids of the ligand polypeptide. This phagemid selection cycle is repeated until the desired affinity of the ligand polypeptide is achieved. To illustrate this method, phagemid selection of hGH in Example VIII was performed in cycles. In the first cycle,
Mutations were made to amino acids 172, 174, 176 and 178 of hGH and phagemids were selected. In the second cycle, amino acids 167, 171, 175 and 179 of hGH were phagemid selected. In the third cycle, amino acid 1 of hGH
0, 14, 18 and 21 were phagemid selected. Optimal amino acid changes from the previous cycle can be introduced into the polypeptide before selection for the next cycle. For example, hG
H amino acid substitutions 174 (serine) and 176 (tyrosine)
Was introduced into hGH prior to phagemid selection of amino acids 167, 171, 175 and 179 of hGH.

上記から、ポリペプチドの結合ドメインを形成するア
ミノ酸残基が連続的に結合したものではなく、ポリペプ
チドの異なるサブユニット上に存在していてよいことが
理解されるであろう。即ち、結合ドメインは、結合部位
における特定の2次構造をたどるものであって、1次構
造をたどるものではない。従って、突然変異はポリペプ
チドの内部から外側へ向かう部位の特定の2次構造内の
アミノ酸をコードしているコドンに導入して、それらが
標的と相互作用する可能性を持つようにするのが普通で
ある。説明のため、hGH−結合タンパク質への結合を強
力に変調させることが知られているhGH中の残基の位置
を図2に示す[Cunninghamら,Science 247:1461−1465
(1990)]。即ち、突然変異誘発に適切な代表的な部位
には、ヘリックスの残基172、174、176および178、なら
びに「非秩序」2次構造内の残基64が含まれる。
From the foregoing, it will be appreciated that the amino acid residues forming the binding domain of the polypeptide may not be contiguously linked, but may be on different subunits of the polypeptide. That is, the binding domain follows a specific secondary structure at the binding site, not the primary structure. Therefore, mutations should be introduced into codons encoding amino acids within a particular secondary structure at sites from the interior to the exterior of the polypeptide so that they have the potential to interact with the target. Normal. For illustration, the positions of residues in hGH that are known to strongly modulate binding to hGH-binding proteins are shown in Figure 2 [Cunningham et al., Science 247: 1461-1465].
(1990)]. That is, representative sites suitable for mutagenesis include residues 172, 174, 176, and 178 of the helix, and residue 64 in the "disordered" secondary structure.

ある標的に対するリガンドとして選択したポリペプチ
ドが該標的に正常に結合する必要はない。即ち、例えば
TSHなどの糖タンパク質ホルモンをFSH受容体のリガンド
として選択することができ、突然変異STH分子のライブ
ラリーを本発明の方法に用いて新規な薬物候補を得る。
It is not necessary that a polypeptide selected as a ligand for a target binds normally to the target. That is, for example
Glycoprotein hormones such as TSH can be selected as ligands for the FSH receptor, and libraries of mutant STH molecules are used in the methods of the invention to obtain novel drug candidates.

即ち、本発明は標的分子に結合する任意のポリペプチ
ドを意図したものであり、抗体を包含している。好まし
いポリペプチドは医薬用途を有しているポリペプチドで
ある。さらに好ましいポリペプチドには次のものが含ま
れる:即ち、成長ホルモン(ヒト成長ホルモン、デス−
N−メチオニル ヒト成長ホルモン、およびウシ成長ホ
ルモンを含む);副甲状腺ホルモン;甲状腺刺激ホルモ
ン;チロキシン;インスリンA鎖;インスリンB鎖;プ
ロインスリン;卵胞刺激ホルモン;カルシトニン;ロイ
チナイジング ホルモン;グルカゴン;因子VIII;抗
体;肺表面活性物質;プラスミノーゲン活性化因子[例
えば、ウロキナーゼまたはヒト組織型プラスミノーゲン
活性化因子(t−PA)];ボンベシン;因子IX;トロン
ビン;造血成長因子;腫瘍壊死因子αおよびβ;エンケ
ファリナーゼ;血清アルブミン(例えば、ヒト血清アル
ブミン);ミュラー阻害物質;レラキシンA鎖;レラキ
シンB鎖;プロレラキシン;マウスゴナドトロピン関連
ペプチド;微生物タンパク質(例えば、β−ラクタマー
ゼ);組織因子タンパク質;インヒビン;アクチビン;
血管内皮成長因子;ホルモンまたは成長因子の受容体;
インテグリン;トロンボポエチン;プロテインAまたは
D;リウマトイド因子;神経成長因子(例えば、NGF−
β);血小板由来の成長因子;線維芽細胞成長因子(例
えば、aFGFおよびbFGF);表皮成長因子;トランスフォ
ーミング成長因子(TGF)(例えば、TGF−αおよびTGF
−β);インスリン様成長因子IおよびII;インスリン
様成長因子結合タンパク質;CD−4;DNアーゼ;潜在性関
連ペプチド;エリトロポエチン;骨誘導因子;インター
フェロン(例えば、インターフェロンα、βおよび
γ);コロニー刺激因子(CSF)(例えば、M−CSF、GM
−CSFおよびG−CSF);インターロイキン(IL)(例え
ば、IL−1、IL−2、IL−3、IL−4);スーパーオキ
シドジスムターゼ;崩壊促進因子;心房性ナトリウム利
尿ペプチドA、BまたはC;ウイルス抗原(例えば、HIV
エンベロープの一部);免疫グロブリン;ならびに上記
ポリペプチドのいずれかのフラグメントである。さら
に、ポリペプチド上の1またはそれ以上の予め決定した
アミノ酸残基に置換、挿入または削除を行なって、例え
ば改善された生物学的性質を有する生成物を得ることが
できる。また、これらポリペプチドのフラグメント、特
に生物学的に活性なフラグメントが包含される。本発明
のさらに好ましいポリペプチドは、ヒト成長ホルモン、
心房性ナトリウム利尿ペプチドA、BおよびC、エンド
トキシン、スブチリシン、トリプシン、ならびに他のセ
リンプロテアーゼ類である。
That is, the present invention contemplates any polypeptide that binds to the target molecule and encompasses antibodies. Preferred polypeptides are those that have pharmaceutical use. More preferred polypeptides include: growth hormone (human growth hormone, des-).
Parathyroid hormone; thyroid stimulating hormone; thyroxine; insulin A chain; insulin B chain; proinsulin; follicle stimulating hormone; calcitonin; leutinizing hormone; glucagon; VIII; antibodies; lung surfactant; plasminogen activator [eg urokinase or human tissue-type plasminogen activator (t-PA)]; bombesin; factor IX; thrombin; hematopoietic growth factor; serum albumin (eg, human serum albumin); Muller inhibitor; relaxin A chain; relaxin B chain; prorelaxin; mouse gonadotropin-related peptide; microbial protein (eg, β-lactamase); ;I Hibin; activin;
Vascular endothelial growth factor; hormone or growth factor receptor;
Integrin; thrombopoietin; protein A or
D; rheumatoid factor; nerve growth factor (eg, NGF-
β); platelet-derived growth factor; fibroblast growth factor (eg, aFGF and bFGF); epidermal growth factor; transforming growth factor (TGF) (eg, TGF-α and TGF).
Insulin-like growth factors I and II; insulin-like growth factor binding protein; CD-4; DNase; latency-related peptide; erythropoietin; osteoinductive factor; interferons (eg, interferon α, β and γ); Stimulator (CSF) (eg, M-CSF, GM
Interleukin (IL) (eg, IL-1, IL-2, IL-3, IL-4); superoxide dismutase; decay-accelerating factor; atrial natriuretic peptide A, B or C; viral antigens (eg, HIV
Immunoglobulin; and fragments of any of the above polypeptides. In addition, one or more predetermined amino acid residues on the polypeptide may be substituted, inserted or deleted to obtain a product having, for example, improved biological properties. Also included are fragments of these polypeptides, particularly biologically active fragments. Further preferred polypeptides of the invention are human growth hormone,
Atrial natriuretic peptides A, B and C, endotoxin, subtilisin, trypsin, and other serine proteases.

さらに好ましいポリペプチドホルモンは、第1の細胞
において産生される任意のアミノ酸配列であって、同じ
細胞種(自己分泌ホルモン)または第2の細胞種(非自
己分泌)上の受容体に特異的に結合し、受容体保持細胞
に特徴的な生理学的反応を引き起こすアミノ酸配列とし
て定義しうるポリペプチドホルモンである。このような
ポリペプチドホルモンには、サイトカイン類、リンホカ
イン類、神経栄養ホルモンおよび脳下垂体腺ポリペプチ
ドホルモン、例えば成長ホルモン、プロラクチン、胎盤
性ラクトゲン、黄体形成ホルモン、卵胞刺激ホルモン、
チロトロピン、絨毛ゴナドトロピン、コルチコトロピ
ン、αまたはβ−メラノサイト刺激ホルモン、β−リポ
トロピン、γ−リポトロピンおよびエンドルフィン類;
視床下部放出抑制ホルモン、例えばコルチコトロピン放
出因子、成長ホルモン放出抑制ホルモン、成長ホルモン
放出因子;ならびに心房性ナトリウム利尿ペプチドA、
BおよびCなどの他のポリペプチドホルモンが含まれ
る。
A more preferred polypeptide hormone is any amino acid sequence produced in a first cell, specifically for a receptor on the same cell type (autocrine hormone) or a second cell type (non-autocrine). A polypeptide hormone that can be defined as an amino acid sequence that binds and causes a characteristic physiological response in receptor-bearing cells. Such polypeptide hormones include cytokines, lymphokines, neurotrophic hormones and pituitary gland polypeptide hormones such as growth hormone, prolactin, placental lactogen, luteinizing hormone, follicle stimulating hormone,
Thyrotropin, villous gonadotropin, corticotropin, α or β-melanocyte stimulating hormone, β-lipotropin, γ-lipotropin and endorphins;
Hypothalamic release inhibitory hormones such as corticotropin releasing factor, growth hormone releasing inhibitory hormone, growth hormone releasing factor; and atrial natriuretic peptide A;
Other polypeptide hormones such as B and C are included.

II.所望のポリペプチドをコードしている第1遺伝子
(遺伝子1)の入手 所望のポリペプチド(即ち、堅い2次構造を有するポ
リペプチド)をコードしている遺伝子は、当分野で既知
の方法によって得ることができる[一般には、Sambrook
ら,Molecular Biology:A laboratory Manual,Cold Spri
ng Harbor Press,Cold Spring Harbor,New York(198
9)を参照]。この遺伝子の配列が既知である場合に
は、この遺伝子をコードしているDNAを化学的に合成し
てもよい[Merrfield,J.Am.Chem.Soc.85:2149(196
3)]。この遺伝子の配列が未知である場合、またはこ
の遺伝子がそれまでに単離されていない場合には、cDNA
ライブラリー(所望の遺伝子が発現される適当な組織か
ら得たRNAから調製する)から、または適当なゲノムDNA
ライブラリーからクローン化することができる。次い
で、適当なプローブを用いて遺伝子を単離する。cDNAラ
イブラリーのための適当なプローブには、モノクローナ
ルもしくはポリクローナル抗体(ただし、cDNAライブラ
リー発現ライブラリーであるとき)、オリゴヌクレオチ
ド、および相補性もしくは相同性cDNAまたはそれらのフ
ラグメントが含まれる。ゲノムDNAライブラリーから所
望の遺伝子を単離するのに用いることができるプローブ
には、同一もしくは類似の遺伝子をコードしているcDNA
もしくはそのフラグメント、相同なゲノムDNAもしくはD
NAフラグメント、およびオリゴヌクレオチドが含まれ
る。選択したプローブによるcDNAもしくはゲノムライブ
ラリーのスクリーニングは、Sambrookら(上記)の第10
〜12章に記載されている標準法を用いて行なう。
II. Obtaining the First Gene Encoding the Desired Polypeptide (Gene 1) The gene encoding the desired polypeptide (ie, a polypeptide having a rigid secondary structure) can be obtained by methods known in the art. [Generally, Sambrook
Et al., Molecular Biology: A laboratory Manual, Cold Spri
ng Harbor Press, Cold Spring Harbor, New York (198
9)]. If the sequence of this gene is known, the DNA encoding this gene may be synthesized chemically [Merrfield, J. Am. Chem. Soc. 85: 2149 (196
3)]. If the sequence of this gene is unknown, or if this gene has not been isolated before, cDNA
From a library (prepared from RNA from a suitable tissue in which the desired gene is expressed) or from a suitable genomic DNA
Can be cloned from a library. The gene is then isolated using a suitable probe. Suitable probes for a cDNA library include monoclonal or polyclonal antibodies (when a cDNA library is an expression library), oligonucleotides, and complementary or homologous cDNAs or fragments thereof. Probes that can be used to isolate the desired gene from a genomic DNA library include cDNAs encoding the same or similar genes.
Or its fragment, homologous genomic DNA or D
NA fragments, and oligonucleotides. Screening of a cDNA or genomic library with the selected probe is described in Sambrook et al.
Perform using the standard method described in ~ 12.

所望のタンパク質をコードしている遺伝子を単離する
ための別の方法は、Sambrookら(上記)のセクション14
に記載されているポリメラーゼ連鎖反応性(PCR)を使
用することである。この方法は、所望の遺伝子にハイブ
リダイズするオリゴヌクレオチドの使用を必要とする。
即ち、オリゴヌクレオチドを得るために、この遺伝子の
DNA配列の少なくと一部が既知でなければならない。
Another method for isolating the gene encoding the desired protein is described in Section 14 of Sambrook et al. (Supra).
Using the polymerase chain reactivity (PCR) described in US Pat. This method requires the use of oligonucleotides that hybridize to the desired gene.
That is, to obtain an oligonucleotide,
At least part of the DNA sequence must be known.

遺伝子を単離した後、これをSambrookら(上記)が一
般的に記載しているように増幅用の適当なベクター(好
ましくは、プラスミド)中に挿入することができる。
After isolating the gene, it can be inserted into a suitable vector for amplification, preferably a plasmid, as generally described by Sambrook et al. (Supra).

III.複製可能な発現ベクターの構築 いくつかの型のベクターが利用可能であり、本発明の
実施に用いることができるが、プラスミドベクターが本
発明において使用するに好ましいベクターである。これ
は、これらベクターを比較的容易に構築することがで
き、容易に増幅することができるためである。一般にプ
ラスミドベクターは、当業者には既知のように、プロモ
ーター、シグナル配列、表現型選択遺伝子、複製起点部
位、および他の必要な成分を含む種々の構成成分を含有
している。
III. Construction of Replicable Expression Vectors Although several types of vectors are available and can be used in the practice of the present invention, plasmid vectors are the preferred vectors for use in the present invention. This is because these vectors can be constructed relatively easily and can be easily amplified. In general, plasmid vectors contain various components, including promoters, signal sequences, phenotypic selection genes, origins of replication, and other necessary components, as known to those skilled in the art.

原核性ベクターにおいて最も普通に用いられるプロモ
ーターには、lacZプロモーター系、アルカリホスファタ
ーゼphoAプロモーター、バクテリオファージλPLプロモ
ーター(温度感受性プロモーター)、tacプロモーター
(lacリプレッサーによって調節されるハイブリッドtrp
−lacプロモーター)、トリプトファンプロモーター、
およびバクテリオファージT7プロモーターが含まれる。
プロモーターの全般的な説明については、Sambrookら
(上記)のセクション17を参照。最もよく用いられるプ
ロモーターが存在するが、他の適当な微生物プロモータ
ーも同様に用いることができる。
The most commonly used promoters in prokaryotic vectors, lacZ promoter system, the alkaline phosphatase phoA promoter, the bacteriophage .lambda.P L promoter (a temperature sensitive promoter), the hybrid trp regulated by tac promoter (lac repressor
-Lac promoter), tryptophan promoter,
And the bacteriophage T7 promoter.
See Section 17 of Sambrook et al. (Supra) for a general description of promoters. Although there are the most commonly used promoters, other suitable microbial promoters can be used as well.

本発明の実施に好ましいプロモーターは、融合遺伝子
の発現を制御しうるように厳格に調節することができる
プロモーターである。従来技術において認識されないま
まであった問題は、ファージミド粒子の表面における融
合タンパク質の複数コピーの表示がファージミドと標的
との複数点結合を導くことであったと考えられる。「キ
レート作用」と呼ばれるこの作用は、融合タンパク質の
複数コピーが互いにすぐ近接してファージミド粒子上に
表示されて標的が「キレート化」されたときに、誤った
「高親和性」ポリペプチドを選択する結果を与えると考
えられる。複数点結合が起こったときには、有効または
見掛けKdは表示された融合タンパク質のそれぞれのコピ
ーに対する個々のKdの積と同程度に高いであろう。この
作用が、Cwirlaとその共同研究者(上記)が比較的高親
和性のペプチドから中親和性のペプチドを分離できなか
った理由であるのかもしれない。
Preferred promoters for the practice of the present invention are those that can be tightly regulated to control expression of the fusion gene. It is believed that a problem that remained unrecognized in the prior art was that the display of multiple copies of the fusion protein on the surface of the phagemid particles led to multiple point binding of the phagemid to the target. This effect, called "chelation", is to select the wrong "high affinity" polypeptide when multiple copies of the fusion protein are displayed on phagemid particles in close proximity to each other and the target is "chelated" It is thought to give the result. When multiple point binding occurs, the effective or apparent Kd will be as high as the product of the individual Kd for each copy of the indicated fusion protein. This effect may be the reason why Cwirla and coworkers (supra) were unable to separate medium-affinity peptides from relatively high-affinity peptides.

少量(即ち、約1%よりも少ない)のファージミド粒
子だけが複数コピーの融合タンパク質を含有するように
融合タンパク質の発現を厳格に調節することによって、
「キレート作用」が克服され、高親和性のポリペプチド
の適切な選択が可能になることを発見した。即ち、プロ
モーターに依存して、宿主の培養条件を調節して単一コ
ピーの融合タンパク質を含有するファージミド粒子の数
を最大にし、複数コピーの融合タンパク質を含有するフ
ァージミド粒子の数を最少にする。
By tightly regulating the expression of the fusion protein such that only small amounts (ie, less than about 1%) of the phagemid particles contain multiple copies of the fusion protein,
It has been discovered that "chelation" has been overcome, allowing for the appropriate selection of high affinity polypeptides. That is, depending on the promoter, the culture conditions of the host are adjusted to maximize the number of phagemid particles containing a single copy of the fusion protein and minimize the number of phagemid particles containing multiple copies of the fusion protein.

本発明の実施に用いられる好ましいプロモーターは、
lacZプロモーターおよびphoAプロモーターである。この
lacZプロモーターはlacリプレッサータンパク質lac iに
よって調節され、従って融合遺伝子の転写をlacリプレ
ッサータンパク質の量の操作によって制御することがで
きる。説明のためであるが、このlacZプロモーターを含
有するファージミドは、lacZプロモーターのリプレッサ
ーであるlac iリプレッサー遺伝子のコピーを含有する
細胞株中で増殖させる。lac i遺伝子を含有する細胞株
の例には、JM101およびXL1−Blueが含まれる。別法によ
れば、リプレッサーlac iおよびlacZプロモーターの両
方を含有するプラスミドで宿主細胞を同時トランスフェ
クトすることができる。ときには上記方法の両方を同時
に用いる。即ち、lacZプロモーターを含有するファージ
ミド粒子をlac i遺伝子を含有する細胞株中で増殖さ
せ、この細胞株をlacZおよびlac i遺伝子の両方を含有
するプラスミドで同時トランスフェクトする。通常、上
記のトランスフェクトされた宿主に遺伝子を発現させた
いときには、イソプロピルチオガラクトシド(IPTG)な
どの誘導物質を加える。しかし、本発明においては、こ
の工程を割愛して、(a)遺伝子III融合タンパク質の
発現を最少にしてコピー数を最少にし(即ち、ファージ
ミド数に対する遺伝子III融合体の数)、そして、
(b)低濃度であってもIPTGなどの誘導物質によって引
き起こされるファージミドの劣るかまたは不適切なパッ
ケージングを防止する。通常、誘導物質を加えないとき
には、ファージミド粒子あたりの融合タンパク質の数は
約0.1である(バルク融合タンパク質の数/ファージミ
ド粒子の数)。本発明の実施に用いられる最も好ましい
プロモーターはphoAである。このプロモーターは細胞中
の無機リン酸の量によって調節されると考えられてお
り、このリン酸がプロモーターの活性を下方調節する。
即ち、細胞のリン酸を減少させることによって、プロモ
ーターの活性を高めることができる。所望の結果は、2Y
TまたはLBなどのリン酸に富む培地で細胞を増殖させ、
遺伝子III融合体の発現を制御することによって達成さ
れる。
Preferred promoters used in the practice of the present invention are
The lacZ promoter and the phoA promoter. this
The lacZ promoter is regulated by the lac repressor protein laci, and thus transcription of the fusion gene can be controlled by manipulating the amount of the lac repressor protein. By way of illustration, the lacZ promoter-containing phagemid is grown in a cell line containing a copy of the lac repressor gene, a repressor of the lacZ promoter. Examples of cell lines containing the laci gene include JM101 and XL1-Blue. Alternatively, host cells can be co-transfected with a plasmid containing both the repressor laci and lacZ promoters. Sometimes both of the above methods are used simultaneously. That is, phagemid particles containing the lacZ promoter are grown in a cell line containing the laci gene, and the cell line is co-transfected with a plasmid containing both the lacZ and laci genes. Usually, when it is desired to express the gene in the transfected host, an inducer such as isopropylthiogalactoside (IPTG) is added. However, in the present invention, this step is omitted and (a) expression of the gene III fusion protein is minimized to minimize copy number (ie, the number of gene III fusions relative to the number of phagemids);
(B) Prevent poor or improper packaging of phagemid caused by inducers such as IPTG even at low concentrations. Typically, when no inducer is added, the number of fusion proteins per phagemid particle is about 0.1 (number of bulk fusion proteins / number of phagemid particles). The most preferred promoter used in the practice of the present invention is phoA. This promoter is thought to be regulated by the amount of inorganic phosphate in the cell, which phosphate down regulates the activity of the promoter.
That is, the activity of the promoter can be increased by reducing the phosphate of the cell. The desired result is 2Y
Grow cells in a phosphate-rich medium such as T or LB,
This is achieved by controlling the expression of the gene III fusion.

本発明の実施に用いられるベクターの他の有用な成分
はシグナル配列である。通常、この配列は融合タンパク
質をコードしている遺伝子のすぐ5'側に位置しており、
従って融合タンパク質のアミノ末端に転写される。しか
し、ある種の場合には、このシグナル配列は、分泌させ
ようとするタンパク質をコードしている遺伝子の他の5'
の位置に存在することが示されている。この配列は、細
菌細胞の内部膜を越えてこの配列が結合しているタンパ
ク質を標的とする。このシグナル配列をコードしている
DNAは、シグナル配列を有するタンパク質をコードして
いる任意の遺伝子から制限エンドヌクレアーゼフラグメ
ントとして得ることができる。適当な原核性シグナル配
列は、例えば、LamBもしくはOmpF[Wongら,Gene 68:193
(1983)]、MalE、PhoAおよびその他の遺伝子をコード
している遺伝子から得ることができる。本発明の実施に
好ましい原核性シグナル配列は、Changら[Gene 55:189
(1987)]が記載している大腸菌の熱安定性エンテロト
キシンII(ST II)シグナル配列である。
Another useful component of the vectors used in the practice of the invention is a signal sequence. Usually, this sequence is located immediately 5 ′ to the gene encoding the fusion protein,
Thus, it is transcribed at the amino terminus of the fusion protein. However, in some cases, this signal sequence may be added to the other 5 'of the gene encoding the protein to be secreted.
It is shown that it exists at the position of. This sequence targets the protein to which it binds across the inner membrane of the bacterial cell. Encodes this signal sequence
DNA can be obtained as a restriction endonuclease fragment from any gene encoding a protein having a signal sequence. Suitable prokaryotic signal sequences include, for example, LamB or OmpF [Wong et al., Gene 68: 193.
(1983)], and can be obtained from genes encoding MalE, PhoA and other genes. Preferred prokaryotic signal sequences for the practice of the present invention are described in Chang et al. [Gene 55: 189.
(1987)], which is a thermostable enterotoxin II (ST II) signal sequence of Escherichia coli.

本発明の実施に用いられるベクターの別の有用な成分
は、表現型選択遺伝子である。通常の表現型選択遺伝子
は、宿主細胞に抗生物質耐性を与えるタンパク質をコー
ドしている遺伝子である。説明のためのものであるが、
アンピシリン耐性遺伝子(amp)およびテトラサイクリ
ン耐性遺伝子(tet)がこの目的に使用するのが容易で
ある。
Another useful component of the vectors used in practicing the present invention is a phenotypic selection gene. A common phenotypic selection gene is a gene that encodes a protein that confers antibiotic resistance on a host cell. For explanation,
The ampicillin resistance gene (amp) and the tetracycline resistance gene (tet) are easy to use for this purpose.

上記の成分ならびに所望のポリペプチドをコードして
いる遺伝子(遺伝子1)を含有する適当なベクターの構
築は、Sambrookら(上記)が記載している標準的な組換
えDNA法を用いて行なう。ベクターを形成させるために
結合される単離したDNAフラグメントを切断し、加工
し、そして特定の順序および配向で一緒に連結して所望
のベクターを創製する。
Construction of suitable vectors containing the above components as well as the gene encoding the desired polypeptide (gene 1) is accomplished using standard recombinant DNA techniques described by Sambrook et al. (Supra). The isolated DNA fragments that are ligated to form the vector are cut, processed, and ligated together in a particular order and orientation to create the desired vector.

適当な緩衝液中で適当な制限酵素または酵素群を用い
てDNAを切断する。通常、約20μlの緩衝溶液におい
て、約0.2〜1μgのプラスミドまたはDNAフラグメント
を約1〜2単位の適当な制限酵素と共に用いる。適当な
緩衝液、DNA濃度、ならびにインキュベート時間および
温度は、制限酵素の製造元によって指定されている。通
常、37℃で約1または2時間のインキュベート時間が適
切であるが、いくつかの酵素はさらに高い温度を必要と
する。インキュベート後に、酵素および他の不純物をフ
ェノールとクロロホルムの混合物による消化溶液の抽出
によって除去し、DNAをエタノールによる沈澱によって
水性分画から回収する。
Cleavage the DNA with an appropriate restriction enzyme or enzymes in an appropriate buffer. Typically, about 0.2-1 μg of plasmid or DNA fragment is used with about 1-2 units of the appropriate restriction enzyme in about 20 μl of buffer solution. Appropriate buffers, DNA concentrations, and incubation times and temperatures are specified by the restriction enzyme manufacturer. Usually, an incubation time of about 1 or 2 hours at 37 ° C. is appropriate, but some enzymes require higher temperatures. After incubation, enzymes and other impurities are removed by extraction of the digestion solution with a mixture of phenol and chloroform, and DNA is recovered from the aqueous fraction by precipitation with ethanol.

DNAフラグメントを共に連結して機能的なベクターを
得るためには、これらDNAフラグメントの末端を互いに
適合させなければならない。ある場合には、エンドヌク
レアーゼ消化の後にこれら末端はそのまま適合性であ
る。しかし、これらを連結に対して適合するようにする
ために、通常はエンドヌクレアーゼ消化によって生成す
る接着末端を初めに平滑末端に変換することが必要にな
ることもある。末端を平滑にするために、DNAを、適当
な緩衝液中、4種のデオキシヌクレオチド三リン酸の存
在下に10単位のDNAポリメラーゼIのクレノウフラグメ
ント(クレノウ)を用いて15℃で少なくとも15分間処理
する。次いで、このDNAのフェノール−クロロホルム抽
出とエタノール沈澱により精製する。
To ligate the DNA fragments together to obtain a functional vector, the ends of these DNA fragments must be compatible with each other. In some cases, these ends are compatible after endonuclease digestion. However, in order to make them compatible for ligation, it may be necessary to first convert sticky ends, usually produced by endonuclease digestion, to blunt ends. To blunt the ends, the DNA is digested at least 15 ° C. with 15 units of Klenow fragment of DNA polymerase I (Klenow) in an appropriate buffer in the presence of four deoxynucleotide triphosphates. Process for a minute. Next, the DNA is purified by phenol-chloroform extraction and ethanol precipitation.

DNAゲル電気泳動を用いて、切断したDNAフラグメント
をサイズ分離し、選択することができる。アガロースま
たはポリアクリルアミドマトリックスのどちらかにより
DNAを電気泳動することができる。マトリックスの選択
は、分離しようとするDNAフラグメントのサイズに依存
するであろう。電気泳動の後、Sambrookら(上記)のセ
クション6.30〜6.33の記載のように、電気溶離によっ
て、または、低溶融アガロースをマトリックスとして使
用したときにはアガロースの溶融とそれからのDNAの抽
出によって、DNAをマトリックスから抽出する。
Using DNA gel electrophoresis, the cleaved DNA fragments can be size separated and selected. By either agarose or polyacrylamide matrix
DNA can be electrophoresed. The choice of matrix will depend on the size of the DNA fragments to be separated. Following electrophoresis, the DNA is matrixed by electroelution, as described in sections 6.30-6.33 of Sambrook et al. (Supra), or by melting agarose and extracting DNA therefrom when low melting agarose is used as the matrix. Extract from

共に連結しようとするDNAフラグメント(連結しよう
とするそれぞれのフラグメントの末端が適合するように
適切な制限酵素により予め消化)を、ほぼ等しい量で溶
液に入れる。この溶液は、ATP、リガーゼ緩衝液および
リガーゼ、例えば0.5μgのDNAあたり約10単位のT4 DNA
リガーゼをも含んでいるであろう。DNAフラグメントを
ベクター中に連結するときには、最初にこのベクターを
適当な制限エンドヌクレアーゼ(群)で切断することに
よって直線化する。次いで、この直線化したベクターを
アルカリホスファターゼまたはウシ腸ホスファターゼで
処理する。このホスファターゼ処理は連結工程中のベク
ターの自己連結を防止する。
DNA fragments to be ligated together (pre-digested with appropriate restriction enzymes so that the ends of each fragment to be ligated are compatible) are placed in solution in approximately equal amounts. This solution contains ATP, ligase buffer and ligase, for example, about 10 units of T4 DNA per 0.5 μg of DNA.
It will also contain ligase. When ligating a DNA fragment into a vector, the vector is first linearized by cutting it with the appropriate restriction endonuclease (s). The linearized vector is then treated with alkaline phosphatase or bovine intestinal phosphatase. This phosphatase treatment prevents self-ligation of the vector during the ligation step.

連結の後、外来遺伝子が挿入されているベクターを適
当な宿主細胞に導入する。原核生物が本発明に好ましい
宿主細胞である。適当な原核性宿主細胞には、大腸菌株
JM101、大腸菌K12株294(ATCC No.31,446)、大腸菌株W
3110(ACTT No.27,325)、大腸菌X1776(ACTT No.31,53
7)、大腸菌XL−1Blue(stratagene)、および大腸菌B
が含まれるが、大腸菌の他の多数の株(例えば、HB10
1、NM522、NM538、NM539)、ならびに他の多数の原核生
物の属および種も同様に用いることができる。上に挙げ
た大腸菌株に加えて、バチルス(例えば、Bacillus Sub
tilis)、他の腸内細菌(例えば、Salmonella typhimur
iumあるいはSerratia marcesans)、および種々のPseud
omonas種もすべて宿主として使用することができる。
After ligation, the vector into which the foreign gene has been inserted is introduced into a suitable host cell. Prokaryotes are preferred host cells for the present invention. Suitable prokaryotic host cells include E. coli strains.
JM101, E. coli K12 strain 294 (ATCC No. 31,446), E. coli strain W
3110 (ACTT No.27,325), E. coli X1776 (ACTT No.31,53)
7), E. coli XL-1Blue (stratagene), and E. coli B
But many other strains of E. coli (eg, HB10
1, NM522, NM538, NM539), and many other prokaryotic genera and species can be used as well. In addition to the E. coli strains listed above, Bacillus (eg, Bacillus Sub.
tilis), other intestinal bacteria (eg, Salmonella typhimur
ium or Serratia marcesans), and various Pseud
All omonas species can also be used as hosts.

原核細胞の形質転換は、Sambrookら(上記)のセクシ
ョン1.82に記載の塩化カルシウム法を用いて容易に達成
される。別法によれば、電気穿孔法[Neumannら,EMBO
J.1:841(1982)]を用いてこれら細胞を形質転換する
ことができる。通常はテトラサイクリン(tet)または
アンピシリン(amp)などの抗生物質上で増殖させるこ
とによって、形質転換した細胞を選択する(形質転換細
胞は、ベクター上のtetおよび/またはamp耐性遺伝子の
存在によりこれら抗生物質に対して耐性になってい
る)。
Transformation of prokaryotes is readily accomplished using the calcium chloride method described in Section 1.82 of Sambrook et al. (Supra). According to an alternative method, electroporation [Neumann et al., EMBO
J. 1: 841 (1982)]. Transformed cells are usually selected by growing on an antibiotic such as tetracycline (tet) or ampicillin (amp) (the transformed cells are isolated from these antibiotics by the presence of the tet and / or amp resistance genes on the vector). Resistant to substances).

形質転換細胞の選択の後、これら細胞を培養増殖さ
せ、次いでプラスミドDNA(または、外来遺伝子が挿入
された他のベクター)を単離する。プラスミドDNAは当
分野で既知の方法を用いて単離することができる。2つ
の適当な方法は、Sambrookら(上記)のセクション1.25
〜1.33に記載されている小スケールのDNA調製および大
スケールのDNA調製である。単離したDNAは、Sambrookら
(上記)のセクション1.40に記載されている方法のよう
な当分野で既知の方法によって精製することができる。
次いで、この精製したプラスミドDNAを、制限マッピン
グおよび/またはDNA配列決定によって分析する。通
常、DNAの配列決定は、Messingら[Nucleic Acids Res.
9:309(1981)]の方法またはMaxamら[Meth.Enzymol.6
5:499(1980)]の方法のいずれかによって行なう。
After selection of the transformed cells, the cells are grown in culture and the plasmid DNA (or other vector into which the foreign gene has been inserted) is then isolated. Plasmid DNA can be isolated using methods known in the art. Two suitable methods are described in Section 1.25 of Sambrook et al. (Supra).
Small-scale and large-scale DNA preparations described in ~ 1.33. The isolated DNA can be purified by methods known in the art, such as those described in Section 1.40 of Sambrook et al. (Supra).
The purified plasmid DNA is then analyzed by restriction mapping and / or DNA sequencing. Usually, DNA sequencing is performed by Messing et al. [Nucleic Acids Res.
9: 309 (1981)] or Maxam et al. [Meth. Enzymol. 6
5: 499 (1980)].

IV.遺伝子の融合 本発明は、転写中に融合タンパク質が生成するよう
に、所望のポリペプチドをコードしている遺伝子(遺伝
子1)を第2の遺伝子(遺伝子2)に融合させることを
意図している。通常、遺伝子2はファージのコートタン
パク質遺伝子であり、ファージM13の遺伝子IIIコートタ
ンパク質またはそのフラグメントであるのが好ましい。
遺伝子1および2の融合は、遺伝子1を含むプラスミド
上の特定の部位に遺伝子2を挿入することによって、ま
たは遺伝子2を含むプラスミド上の特定の部位に遺伝子
1を挿入することによって達成することができる。
IV. Gene Fusion The present invention contemplates fusing a gene encoding a desired polypeptide (gene 1) to a second gene (gene 2) such that a fusion protein is produced during transcription. ing. Usually, gene 2 is the phage coat protein gene, preferably the gene III coat protein of phage M13 or a fragment thereof.
Fusion of genes 1 and 2 can be achieved by inserting gene 2 at a particular site on a plasmid containing gene 1, or by inserting gene 1 at a particular site on a plasmid containing gene 2. it can.

プラスミド中への遺伝子の挿入は、遺伝子を挿入しよ
うとする正確な位置においてプラスミドが切断されるこ
とを必要とする。即ち、この位置に制限エンドヌクレア
ーゼ部位が存在していなければならない(制限エンドヌ
クレアーゼ消化中にプラスミドが1カ所でのみ切断され
るように唯一の部位であるのが好ましい)。上記のよう
にプラスミドを消化し、ホスファターゼ処理し、精製す
る。次いで、2つのDNAを共に連結することによって、
この直線化したプラスミドに遺伝子を挿入する。プラス
ミドの末端が挿入しようとする遺伝子の末端に適合する
ときに、連結を達成することができる。制限酵素を用い
てプラスミドを切断し、挿入すべき遺伝子を単離すると
きには(平滑末端または適合性の接着末端を創製す
る)、Sambrookら(上記)のセクション1.68の記載のよ
うに、バクテリオファージT4 DNAリガーゼなどのリガー
ゼを用い、ATPおよびリガーゼ緩衝液の存在下に混合物
を16℃で1〜4時間インキュベートすることによって、
DNAを直接一緒に連結することができる。末端が適合性
ではないときには、最初にこれらを、DNAポリメラーゼ
Iのクレノウフラグメントあるいはバクテリオファージ
T4 DNAポリメラーゼ(これらは、消化されたDNAの突出
1本鎖末端を充填するために4種のデオキシリボヌクレ
オチド三リン酸を必要とする)の使用によって平滑にし
なければならない。別法によれば、これら末端を、ヌク
レアーゼS1あるいは緑豆ヌクレアーゼ(これらは、DNA
の突出1本鎖を後退切断することによって機能する)な
どのヌクレアーゼを用いて平滑にすることができる。次
いで、DNAを上記のリガーゼを用いて連結する。ある場
合には、暗号領域の読み枠が変化するので、挿入すべき
遺伝子の末端を平滑にすることができないこともある。
この問題を克服するために、オリゴヌクレオチドリンカ
ーを用いてもよい。このリンカーは、プラスミドと挿入
すべき遺伝子を接続する橋となる。これらリンカーは、
常法を用いて2本鎖または1本鎖DNAとして合成により
調製することができる。これらリンカーは、挿入すべき
遺伝子の末端に適合する一方の末端を有しており、上記
の連結法を用いて初めにこの遺伝子に連結する。リンカ
ーの他の末端は、連結用のプラスミドに適合するように
設計されている。リンカーを設計する際には、挿入すべ
き遺伝子の読み枠またはプラスミド上に含まれる遺伝子
の読み枠を破壊しないように注意しなければならない。
ある場合には、これらがアミノ酸の一部をコードするよ
うに、または1またはそれ以上のアミノ酸をコードする
ようにリンカーを設計することが必要になることもあ
る。
Insertion of a gene into a plasmid requires that the plasmid be cut at the exact location where the gene is to be inserted. That is, a restriction endonuclease site must be present at this position (preferably the only site so that the plasmid is cleaved at only one site during restriction endonuclease digestion). The plasmid is digested, phosphatase treated and purified as described above. Then, by ligating the two DNAs together,
The gene is inserted into this linearized plasmid. Ligation can be achieved when the ends of the plasmid match the ends of the gene to be inserted. When cutting the plasmid with restriction enzymes and isolating the gene to be inserted (creating blunt ends or compatible cohesive ends), bacteriophage T4, as described in Section 1.68 of Sambrook et al. Using a ligase such as DNA ligase, incubating the mixture at 16 ° C. for 1-4 hours in the presence of ATP and ligase buffer,
DNA can be directly ligated together. If the ends are not compatible, they are first converted to Klenow fragment of DNA polymerase I or bacteriophage.
It must be blunted by the use of T4 DNA polymerase, which requires four deoxyribonucleotide triphosphates to fill the protruding single-stranded ends of the digested DNA. According to an alternative method, these ends can be replaced by nuclease S1 or mung bean nuclease (these are DNA
Which function by cutting back overhanging single strands of DNA). The DNA is then ligated using the ligase described above. In some cases, the reading frame of the coding region changes, so that the end of the gene to be inserted may not be smoothed.
Oligonucleotide linkers may be used to overcome this problem. This linker serves as a bridge connecting the plasmid and the gene to be inserted. These linkers
It can be prepared as double-stranded or single-stranded DNA by synthesis using a conventional method. These linkers have one end that matches the end of the gene to be inserted and are first linked to this gene using the ligation method described above. The other end of the linker is designed to be compatible with the plasmid for ligation. When designing the linker, care must be taken not to destroy the reading frame of the gene to be inserted or of the gene contained on the plasmid.
In some cases, it may be necessary to design the linker so that they code for some of the amino acids, or for one or more amino acids.

遺伝子1と遺伝子2の間に終止コドンをコードしてい
るDNAを挿入することもできる。このような終止コドン
はUAG(アンバー)、UAA(オーカー)およびUGA(オペ
ル)である[Davisら,Microbiology,Harper & Row,New
York,pp.237,245−47および274(1980)]。野生型宿
主細胞において発現される終止コドンは、遺伝子2のタ
ンパク質の結合していない遺伝子1のタンパク質産物の
合成の結果を与える。しかし、サプレッサー宿主細胞中
での増殖は検出可能な量の融合タンパク質の合成の結果
を与える。このようなサプレッサー宿主細胞は、mRNAの
終止コドン位置にアミノ酸を挿入するように修飾された
tRNAを含有しており、従って検出可能な量の融合タンパ
ク質を産生する結果を与える。このようなサプレッサー
宿主細胞は、例えば大腸菌のサプレッサー株[Bullock
ら,Bio Techniques 5:376−379(1987)]のように周知
であり、開示されている。任意の受け入れられている方
法を用いて、このような終止コドンを融合ポリペプチド
をコードしているmRNA中に設置することができる。
A DNA encoding a stop codon can be inserted between gene 1 and gene 2. Such stop codons are UAG (Amber), UAA (Ocher) and UGA (Opel) [Davis et al., Microbiology, Harper & Row, New
York, pp. 237, 245-47 and 274 (1980)]. The stop codon expressed in a wild-type host cell results in the synthesis of the gene 1 protein product without the gene 2 protein attached. However, growth in suppressor host cells results in the synthesis of a detectable amount of the fusion protein. Such suppressor host cells have been modified to insert amino acids at the stop codon position of the mRNA.
It contains a tRNA, thus giving the result of producing a detectable amount of the fusion protein. Such suppressor host cells are, for example, suppressor strains of E. coli [Bullock
Et al., Bio Techniques 5: 376-379 (1987)]. Such stop codons can be placed in the mRNA encoding the fusion polypeptide using any accepted method.

この抑制可能なコドンを、ポリペプチドをコードして
いる第1の遺伝子とファージコートタンパク質の少なく
とも一部をコードしている第2の遺伝子の間に挿入する
ことができる。別法によれば、この抑制可能な終止コド
ンを、ポリペプチド中の最後のアミノ酸トリプレットま
たはファージコートタンパク質中の最初のアミノ酸の置
換によって融合部位に隣接して挿入することができる。
この抑制可能なコドンを含有しているファージミドをサ
プレッサー宿主細胞中で増殖させると、ポリペプチドと
コートタンパク質を含有する融合ポリペプチドが検出可
能に産生される結果が得られる。このファージミドを非
サプレッサー宿主細胞中で増殖させると、UAG、UAAまた
はUGAをコードしている挿入された抑制可能なトリプレ
ットのところでの終止により、ファージコートタンパク
質に融合していないポリペプチドが実質的に合成され
る。非サプレッサー細胞においては、ポリペプチドが合
成され、融合したファージコートタンパク質(他の方法
ではポリペプチドを宿主細胞に固定する)が存在しない
ことにより宿主細胞から分泌される。
The repressible codon can be inserted between a first gene encoding a polypeptide and a second gene encoding at least a portion of a phage coat protein. Alternatively, this repressible stop codon can be inserted adjacent to the fusion site by substitution of the last amino acid triplet in the polypeptide or the first amino acid in the phage coat protein.
Propagation of the phagemid containing this repressible codon in a suppressor host cell results in the detectable production of a fusion polypeptide containing the polypeptide and coat protein. Growth of this phagemid in a non-suppressor host cell results in the termination of the polypeptide at the inserted repressible triplet encoding UAG, UAA, or UGA, resulting in a polypeptide that is not fused to the phage coat protein. Synthesized. In non-suppressor cells, the polypeptide is synthesized and secreted from the host cell due to the absence of the fused phage coat protein, which otherwise anchors the polypeptide to the host cell.

V.選択した位置における遺伝子1の改変(突然変異) 所望のポリペプチドをコードしている遺伝子1を、1
またはそれ以上の選択したコドンにおいて改変すること
ができる。改変は、ポリペプチドをコードしている遺伝
子中の1またはそれ以上のコドンの置換、削除または挿
入と定義される。この改変によって、同じポリペプチド
の未改変または天然の配列と比較してポリペプチドのア
ミノ酸配列が変化することになる。好ましくは、この改
変は、分子の1またはそれ以上の領域において少なくと
も1個のアミノ酸を他のいずれかのアミノ酸で置換する
ことによる。この改変は、当分野で既知の種々の方法に
よって行なうことができる。これらの方法には、オリゴ
ヌクレオチド媒介の突然変異誘発およびカセット突然変
異誘発が含まれるが、これらに限定はされない。
V. Modification (mutation) of Gene 1 at Selected Position Gene 1 encoding the desired polypeptide is
Alternatively, it can be modified at more selected codons. An alteration is defined as a substitution, deletion or insertion of one or more codons in the gene encoding the polypeptide. This modification results in a change in the amino acid sequence of the polypeptide as compared to the unmodified or native sequence of the same polypeptide. Preferably, the alteration is by replacing at least one amino acid with any other amino acid in one or more regions of the molecule. This modification can be made by various methods known in the art. These methods include, but are not limited to, oligonucleotide-mediated mutagenesis and cassette mutagenesis.

A.オリゴヌクレオチド媒介の突然変異誘発 オリゴヌクレオチド媒介の突然変異誘発は、遺伝子1
の置換、削除および挿入変異体を調製するのに好ましい
方法である。この方法は、Zollerら[Nucleic Acids Re
s.10:6487−6504(1987)]が記載しているように当分
野で周知である。簡単に説明すると、未改変または天然
のDNA配列の遺伝子1を含有するプラスミドの1本鎖形
のDNA鋳型に所望の突然変異をコードしているオリゴヌ
クレオチドをハイブリダイズさせることによって遺伝子
1を改変する。ハイブリダイゼーションの後、DNAポリ
メラーゼを用いて、該オリゴヌクレオチドプライマーが
導入されて遺伝子1中の選択した改変をコードしてい
る、この鋳型の完全な第2相補鎖を合成する。
A. Oligonucleotide-mediated mutagenesis Oligonucleotide-mediated mutagenesis
This is a preferred method for preparing substitution, deletion and insertion mutants. This method is described in Zoller et al. [Nucleic Acids Re
s.10: 6487-6504 (1987)]. Briefly, Gene 1 is modified by hybridizing an oligonucleotide encoding the desired mutation to a single-stranded DNA template of a plasmid containing Gene 1 of the unmodified or native DNA sequence. . After hybridization, the DNA polymerase is used to synthesize the complete second complement of this template, into which the oligonucleotide primers have been introduced, encoding the selected modification in gene 1.

通常、長さが少なくとも25ヌクレオチドのオリゴヌク
レオチドを用いる。最適オリゴヌクレオチドは、突然変
異をコードしているヌクレオチド(群)の両側に鋳型に
完全に相補性である12〜15ヌクレオチドを有するもので
あろう。これにより、オリゴヌクレオチドが1本鎖DNA
鋳型分子に適切にハイブリダイズすることが確実にな
る。このオリゴヌクレオチドは、当分野で既知の方法、
例えばCreaら[Proc.Natl.Acad.Sci.USA 75:5765(197
8)]が記載している方法を用いて容易に合成される。
Usually, oligonucleotides of at least 25 nucleotides in length are used. The optimal oligonucleotide will have 12-15 nucleotides that are perfectly complementary to the template on each side of the nucleotide (s) encoding the mutation. As a result, the oligonucleotide becomes a single-stranded DNA
It ensures that it hybridizes properly to the template molecule. The oligonucleotide can be prepared by methods known in the art,
For example, Crea et al. [Proc. Natl. Acad. Sci. USA 75: 5765 (197
8)] can be easily synthesized using the method described in [1].

このDNA鋳型は、バクテリオファージM13ベクター(市
販品から入手可能なM13mp18およびM13mp19ベクターが適
当である)から導かれるベクター、またはVeiraら[Met
h.Enzymol.153:3(1987)]が記載しているような一本
鎖ファージ複製起点を含有するベクターによってのみ得
ることができる。即ち、突然変異を行なうべきDNAは、
1本鎖の鋳型を創製するために、これらベクターのいず
れかに挿入しなければならない。1本鎖鋳型の調製はSa
mbrookら(上記)のセクション4.21〜4.41に記載されて
いる。
This DNA template can be derived from a bacteriophage M13 vector (commercially available M13mp18 and M13mp19 vectors are suitable), or Veira et al. [Met
h. Enzymol. 153: 3 (1987)] can be obtained only by a vector containing a single-stranded phage origin of replication. That is, the DNA to be mutated is
In order to create a single-stranded template, it must be inserted into any of these vectors. Preparation of single-stranded template is Sa
described in sections 4.21 to 4.41 of mbrook et al. (supra).

天然のDNA配列を改変するために、このオリゴヌクレ
オチドを適当なハイブリダイゼーション条件のもとで一
本鎖の鋳型とハイブリダイズさせる。次いで、DNA重合
酵素、通常はDNAポリメラーゼIのクレノウフラグメン
トを加え、このオリゴヌクレオチドを合成のためのプラ
イマーとして用いて鋳型の相補鎖を合成する。このよう
にして、DNAの一方の鎖が遺伝子1の突然変異形をコー
ドしており、他方の鎖(最初の鋳型)が遺伝子1の天然
の未改変配列をコードしているヘテロ2本鎖分子が形成
される。次いで、このヘテロ2本鎖分子を適当な宿主細
胞、通常は大腸菌JM101などの原核生物に導入する。こ
の細胞を増殖させた後、アガロースプレートにプレーテ
ィングし、32−リン酸で放射標識したオリゴヌクレオチ
ドプライマーを用いてスクリーニングして、突然変異し
たDNAを含有する細菌コロニーを同定する。
To modify the native DNA sequence, the oligonucleotide is hybridized to a single-stranded template under appropriate hybridization conditions. Next, a DNA polymerase, usually Klenow fragment of DNA polymerase I, is added, and the complementary strand of the template is synthesized using this oligonucleotide as a primer for synthesis. Thus, a heteroduplex molecule in which one strand of DNA encodes a mutated form of Gene 1 and the other strand (the first template) encodes the native, unmodified sequence of Gene 1. Is formed. The heteroduplex molecule is then introduced into a suitable host cell, usually a prokaryote such as E. coli JM101. After growing the cells, they are plated on agarose plates and screened using oligonucleotide primers radiolabeled with 32-phosphate to identify bacterial colonies containing the mutated DNA.

すぐ上に記載した方法を、プラスミドの両方の鎖が突
然変異(群)を含むヘテロ2本鎖分子が創製されるよう
に修飾することができる。この修飾は次のようである。
1本鎖のオリゴヌクレオチドを上記のように1本鎖鋳型
にアニールさせる。2種のデオキシリボヌクレオチド、
即ちデオキシリボアデノシン(dATP)、デオキシリボグ
アノシン(dGTP)およびデオキシリボチミジン(dTTP)
の混合物を、dCTP−(aS)と呼ばれる修飾されたチオ−
デオキシリボシトシン(Amershamから入手することがで
きる)と混合する。この混合物を鋳型−オリゴヌクレオ
チドのコンプレックスに加える。この混合物にDNAポリ
メラーゼを加えると、突然変異した塩基を除いて鋳型と
同一のDNA鎖が創製される。さらに、この新規なDNA鎖は
dCTPの代わりにdCTP−(aS)を含有しており、これがこ
の鎖を制限エンドヌクレアーゼ消化から保護するように
働く。ヘテロ2本鎖の鋳型鎖に適当な制限酵素でニック
を入れた後、この鋳型鎖を、突然変異すべき部位(群)
を含む領域を越えてExo IIIヌクレアーゼまたは別の適
当なヌクレアーゼで消化することができる。次いで、こ
の反応を停止させて一部だけが1本鎖である分子を残
す。次いで、4種すべてのデオキシリボヌクレオチド三
リン酸、ATPおよびDNAリガーゼの存在下にDNAポリメラ
ーゼを用いて、完全なDNAホモ2本鎖を形成させる。次
いで、このホモ2本鎖分子を、上記のように大腸菌JM10
1などの適当な宿主細胞に導入することができる。
The method described immediately above can be modified such that a heteroduplex molecule is created in which both strands of the plasmid contain the mutation (s). The modifications are as follows:
The single-stranded oligonucleotide is annealed to the single-stranded template as described above. Two deoxyribonucleotides,
That is, deoxyriboadenosine (dATP), deoxyriboguanosine (dGTP) and deoxyribothymidine (dTTP)
To a modified thio-, termed dCTP- (aS).
Mix with deoxyribocytosine (available from Amersham). This mixture is added to the template-oligonucleotide complex. Addition of a DNA polymerase to this mixture creates a DNA strand identical to the template except for the mutated base. In addition, this new DNA strand
Contains dCTP- (aS) instead of dCTP, which serves to protect this chain from restriction endonuclease digestion. After nicking the heteroduplex template strand with an appropriate restriction enzyme, the template strand is mutated to the site (group) to be mutated.
Can be digested with Exo III nuclease or another suitable nuclease. The reaction is then stopped, leaving molecules that are only partially single-stranded. A complete DNA homoduplex is then formed using DNA polymerase in the presence of all four deoxyribonucleotide triphosphates, ATP and DNA ligase. This homoduplex was then transformed into E. coli JM10 as described above.
1, etc., into a suitable host cell.

1を越える置換すべきアミノ酸を有する突然変異体
は、いくつかの方法のいずれかにより創製することがで
きる。これらアミノ酸がポリペプチド鎖中に互いに近接
して存在しているときには、所望のアミノ酸置換のすべ
てをコードしている1つのオリゴヌクレオチドを用いて
同時に突然変異させることができる。しかし、アミノ酸
が互いにある程度の距離を置いて存在しているときには
(約10以上のアミノ酸によって隔てられている)、所望
の変化のすべてをコードしている単一のオリゴヌクレオ
チドを創製するのは比較的困難である。これに代えて、
2種類の異なる方法のいずれかを用いることができる。
Mutants having more than one amino acid to replace can be created by any of several methods. When these amino acids are in close proximity to each other in a polypeptide chain, they can be mutated simultaneously with one oligonucleotide encoding all of the desired amino acid substitutions. However, when amino acids are present at some distance from each other (separated by about 10 or more amino acids), creating a single oligonucleotide encoding all of the desired changes is a relative Difficult. Instead,
Either of two different methods can be used.

第1の方法においては、独立してオリゴヌクレオチド
を置換すべきアミノ酸のそれぞれに対して創製する。次
いで、これらオリゴヌクレオチドを1本鎖鋳型DNAに同
時にアニールさせると、この鋳型から合成される第2の
DNA鎖は所望のアミノ酸置換のすべてをコードしている
であろう。この第1のラウンドは単一突然変異について
説明したものと同じである。即ち、野生型DNAを鋳型に
用い、第1の所望のアミノ酸置換(群)をコードしてい
るオリゴヌクレオチドをこの鋳型にアニールさせ、次い
でヘテロ2本鎖DNA分子を創製する。突然変異誘発の第
2ラウンドは、第1ラウンドの突然変異誘発で得られた
突然変異DNAを鋳型として用いる。即ち、この鋳型は既
に1またはそれ以上の突然変異を含んでいる。次いで、
別の所望のアミノ酸置換(群)をコードしているオリゴ
ヌクレオチドをこの鋳型にアニールさせると、得られる
DNA鎖は第1および第2ラウンドの突然変異誘発の両方
に由来する突然変異をコードしている。この得られたDN
Aを、第3ラウンドの突然変異誘発における鋳型などと
して用いることができる。
In the first method, an oligonucleotide is created independently for each of the amino acids to be substituted. Then, when these oligonucleotides are simultaneously annealed to the single-stranded template DNA, the second template synthesized from this template is synthesized.
The DNA strand will encode all of the desired amino acid substitutions. This first round is the same as described for the single mutation. That is, using wild-type DNA as a template, an oligonucleotide encoding the first desired amino acid substitution (s) is annealed to this template, and then a heteroduplex DNA molecule is created. The second round of mutagenesis uses the mutated DNA obtained from the first round of mutagenesis as a template. That is, the template already contains one or more mutations. Then
Annealing an oligonucleotide encoding another desired amino acid substitution (s) to this template results in
The DNA strand encodes mutations from both the first and second rounds of mutagenesis. This obtained DN
A can be used as a template, etc. in the third round of mutagenesis.

B.カセット突然変異誘発 この方法も遺伝子1の置換、削除および挿入変異体を
調製するのに好ましい方法である。この方法は、Wells
ら[Gene 34:315(1985)]の記載の方法に基づいてい
る。出発材料は、突然変異させようとする遺伝子である
遺伝子1を含有するプラスミド(または、他のベクタ
ー)である。突然変異させようとする遺伝子1中のコド
ンは決定されている。決定された突然変異部位(群)の
両側に唯一の制限エンドヌクレアーゼ部位が存在してい
なければならない。このような制限部位が存在していな
ければ、上記のオリゴヌクレオチド媒介の突然変異誘発
法を用いてこれら部位を創製し、遺伝子1中の適当な位
置に導入することができる。プラスミド中に制限部位を
導入した後、プラスミドをこれら部位のところで切断し
て直線化する。これら制限部位の間のDNA配列をコード
しており、そして所望の突然変異を含んでいる2本鎖オ
リゴヌクレオチドを常法により合成する。この2本の鎖
は別々に合成し、次いで常法により一緒にハイブリダイ
ズさせる。この2本鎖のオリゴヌクレオチドをカセット
と呼ぶ。このカセットは直線化したプラスミドの両末端
に適合する3'および5'末端を有するように設計して、こ
れをプラスミドに直接連結できるようにする。これによ
り、このプラスミドは遺伝子1の突然変異DNA配列を含
むことになる。
B. Cassette Mutagenesis This method is also a preferred method for preparing substitution, deletion and insertion mutants of Gene 1. This method is wells
[Gene 34: 315 (1985)]. The starting material is a plasmid (or other vector) containing gene 1, the gene to be mutated. The codon in gene 1 to be mutated has been determined. There must be only one restriction endonuclease site on each side of the determined mutation site (s). If such restriction sites are not present, they can be created using the above-described oligonucleotide-mediated mutagenesis method and introduced at the appropriate location in gene 1. After introducing restriction sites into the plasmid, the plasmid is cut at these sites to linearize it. Double stranded oligonucleotides encoding the DNA sequence between these restriction sites and containing the desired mutation are synthesized by conventional methods. The two chains are synthesized separately and then hybridized together in a conventional manner. This double-stranded oligonucleotide is called a cassette. This cassette is designed to have 3 'and 5' ends that match both ends of the linearized plasmid, so that it can be directly ligated to the plasmid. This plasmid will then contain the mutated DNA sequence of gene 1.

VI.所望のタンパク質をコードしているDNAの調製 別の態様においては、本発明は1またはそれ以上のサ
ブユニットを含有する所望のタンパク質の変異体の製造
を意図するものである。通常、それぞれのサブユニット
は別の遺伝子によってコードされている。それぞれのサ
ブユニットをコードしているそれぞれの遺伝子は、当分
野で既知の方法によって得ることができる(例えば、セ
クションIIを参照)。ある場合には、セクションIIに記
載した任意の方法から選択した独立した複数の方法を用
いて、種々のサブユニットをコードしている遺伝子を得
るのが必要であることもある。
VI. Preparation of DNA Encoding a Desired Protein In another embodiment, the present invention contemplates the production of a variant of the desired protein containing one or more subunits. Usually, each subunit is encoded by another gene. Each gene encoding each subunit can be obtained by methods known in the art (see, eg, Section II). In some cases, it may be necessary to obtain genes encoding various subunits using independent methods selected from any of the methods described in Section II.

所望のタンパク質が1を越えるサブユニットを含有し
ている複製可能な発現ベクターを構築するときには、す
べてのサブユニットを、通常はサブユニットをコードし
ているDNAの5'側に位置する同一のプロモーターによっ
て調節するか、または各サブユニットを、ベクター中で
適切に配向された独立したプロモーターであってそれぞ
れのプロモーターが調節しようとするDNAに機能的に連
結されたプロモーターによって調節することもできる。
プロモーターの選択は上記セクションIIIの記載のよう
に行なう。
When constructing a replicable expression vector in which the desired protein contains more than one subunit, all subunits are replaced by the same promoter, usually located 5 'to the DNA encoding the subunit. Alternatively, each subunit may be regulated by an independent promoter appropriately oriented in the vector, wherein each promoter is operably linked to the DNA to be regulated.
The selection of the promoter is performed as described in section III above.

複数サブユニットを有する所望のタンパク質をコード
しているDNAを含有する複製可能な発現ベクターを構築
する際には図10を参照すべきであり、この図には説明の
ためにベクターが図示されており、抗体フラグメントの
各サブユニットをコードしているDNAが示されている。
この図は、通常、所望のタンパク質のサブユニットの1
つがM13遺伝子IIIなどのファージコートタンパク質に融
合されることを示している。通常、この遺伝子融合体は
それ自体のシグナル配列を含有しているであろう。別の
遺伝子が他のサブユニットまたはサブユニット群をコー
ドしており、各サブユニットが通常はそれ自体のシグナ
ル配列を有していることがわかる。また、図10は、単一
のプロモーターが両サブユニットの発現を調節しうるこ
とを示している。これとは異なり、各サブユニットが異
なるプロモーターによって独立して調節されていてもよ
い。所望のタンパク質サブユニット−ファージコートタ
ンパク質の融合構築物は、上記セクションIVの記載のよ
うに調製することができる。
Reference should be made to FIG. 10 when constructing a replicable expression vector containing DNA encoding a desired protein having multiple subunits, where the vector is illustrated for illustration. And the DNA encoding each subunit of the antibody fragment is shown.
This figure usually shows one of the subunits of the desired protein.
Shows that one is fused to a phage coat protein such as M13 gene III. Usually, the gene fusion will contain its own signal sequence. It can be seen that another gene encodes another subunit or group of subunits, and each subunit usually has its own signal sequence. FIG. 10 also shows that a single promoter can regulate the expression of both subunits. Alternatively, each subunit may be independently regulated by a different promoter. The desired protein subunit-phage coat protein fusion construct can be prepared as described in Section IV above.

所望の複数サブユニットタンパク質の一群の変異体を
構築するときには、ベクター中の各サブユニットをコー
ドしているDNAを、各サブユニット中の1またはそれ以
上の位置において突然変異させてもよい。複数サブユニ
ットの抗体変異体が構築されるときには、好ましい突然
変異誘発部位は、軽鎖、重鎖または両鎖のいずれかの相
補性決定領域(CDR)中に位置するアミノ酸残基をコー
ドしているコドンに一致する。通常、このCDRは超可変
領域と呼ばれている。所望のタンパク質の各サブユニッ
トをコードしているDNAを突然変異させる方法は、実質
的に上記セクションVの記載のように実施する。
When constructing a group of variants of the desired multi-subunit protein, the DNA encoding each subunit in the vector may be mutated at one or more positions in each subunit. When multi-subunit antibody variants are constructed, preferred mutagenesis sites encode amino acid residues located in the complementarity determining regions (CDRs) of either the light chain, the heavy chain, or both chains. Matches the codon that is. Usually, this CDR is called a hypervariable region. The method of mutating the DNA encoding each subunit of the desired protein is performed substantially as described in Section V above.

VII.標的分子の調製およびファージミドとの結合 受容体などの標的タンパク質は、当分野で既知の方法
により、天然供給源から単離するかまたは組換え法によ
って調製することができる。例示すると、糖タンパク質
ホルモン受容体はMcFarlandら[Science 245:494−499
(1989)]が記載している方法によって調製することが
でき、大腸菌中で発現させた非グリコシル化型はFuhら
[J.Biol.Chem.265:3111−3115(1990)]が記載してい
る。他の受容体は常法によって調製することができる。
VII. Preparation of Target Molecules and Binding to Phagemids Target proteins, such as receptors, can be isolated from natural sources or prepared by recombinant methods by methods known in the art. To illustrate, glycoprotein hormone receptors are described by McFarland et al. [Science 245: 494-499].
(1989)], and the non-glycosylated form expressed in E. coli is described by Fuh et al. [J. Biol. Chem. 265: 3111-3115 (1990)]. I have. Other receptors can be prepared by a conventional method.

精製した標的タンパク質を、アガロースビーズ、アク
リルアミドビーズ、ガラスビーズ、セルロース、種々の
アクリル系コポリマー、メタクリル酸ヒドロキシアルキ
ル、ポリアクリル酸およびポリメタクリル酸コポリマ
ー、ナイロン、中性およびイオン性担体などの適当なマ
トリックスに結合させることができる。マトリックスへ
の標的タンパク質の結合は、文献[Mothods in Enzymol
ogy 44(1976)]に記載の方法によって、または当分野
で既知の他の手段によって行なうことができる。
Purify the target protein with a suitable matrix such as agarose beads, acrylamide beads, glass beads, cellulose, various acrylic copolymers, hydroxyalkyl methacrylate, polyacrylic and polymethacrylic acid copolymers, nylon, neutral and ionic carriers, etc. Can be combined. Binding of the target protein to the matrix is described in the literature [Mothods in Enzymol
ogy 44 (1976)] or by other means known in the art.

マトリックスに標的タンパク質を結合させた後、固定
化した標的を、ファージミド粒子の少なくとも一部を固
定化標的と結合させるに適切な条件下で、ファージミド
粒子のライブラリーと接触させる。通常、pH、イオン強
度、温度などを含む条件は生理学的条件に類似したもの
であろう。
After binding the target protein to the matrix, the immobilized target is contacted with a library of phagemid particles under conditions suitable for binding at least a portion of the phagemid particles to the immobilized target. Usually, conditions including pH, ionic strength, temperature, etc. will be similar to physiological conditions.

固定化標的に対して高親和性を有する結合ファージミ
ド粒子(「結合体」)を、洗浄により低親和性の粒子
(従って、標的に結合しない粒子)から分離する。結合
体は種々の方法によって固定化標的から解離させること
ができる。これら方法には、野生型リガンド、pHおよび
/またはイオン強度の変更を用いる競合解離、ならびに
当分野で既知の方法が含まれる。
Bound phagemid particles having a high affinity for the immobilized target ("binders") are separated from the low affinity particles (and thus those that do not bind to the target) by washing. The conjugate can be dissociated from the immobilized target by various methods. These methods include competitive dissociation using changes in wild-type ligand, pH and / or ionic strength, and methods known in the art.

適当な宿主細胞を結合体とヘルパーファージに感染さ
せ、この宿主細胞をファージミド粒子の増幅に適切な条
件下で培養する。次いで、ファージミド粒子を集め、標
的分子に対して所望の親和性を有する結合体が選択され
るまで選択工程を1またはそれ以上の回数繰り返す。
Appropriate host cells are infected with the conjugate and helper phage, and the host cells are cultured under conditions suitable for the amplification of phagemid particles. The phagemid particles are then collected and the selection step is repeated one or more times until a conjugate having the desired affinity for the target molecule is selected.

所望により、ファージミド粒子のライブラリーを、1
を越える固定化標的に連続的に接触させて特定の標的に
対する選択性を改善することができる。例えば、hGHな
どのリガンドは1を越える天然受容体を有していること
が多い。このhGHの場合には、成長ホルモン受容体とプ
ロラクチン受容体の両方がhGHリガンドに結合する。hGH
の選択性を、プロラクチン受容体に対する以上に成長ホ
ルモン受容体に対して改善するのが望ましいであろう。
これは、初めにファージミド粒子ライブラリーを固定化
プロラクチン受容体と接触させ、これを低親和性(即
ち、野生型hGHよりも低い)でプロラクチン受容体につ
いて溶離し、次いでこの低親和性プロラクチン「結合
体」または非結合体を固定化成長ホルモン受容体と接触
させ、高親和性成長ホルモン受容体結合体を選択するこ
とによって達成することができる。この場合、プロラク
チン受容体に対して低親和性を有するhGHの突然変異体
は、成長ホルモン受容体に対する親和性が野生型hGHの
親和性よりも若干低いときであっても、治療用途を有し
ているであろう。これと同じ方法を用いて、特定ホルモ
ンまたはタンパク質の、そのクリアランス受容体を凌ぐ
1次機能受容体に対する選択性を改善することができ
る。
Optionally, a library of phagemid particles can be
Can be continuously contacted with more than one immobilized target to improve selectivity for a particular target. For example, ligands such as hGH often have more than one natural receptor. In the case of this hGH, both the growth hormone receptor and the prolactin receptor bind to the hGH ligand. hGH
May be desirable for growth hormone receptors over prolactin receptors.
This involves first contacting the phagemid particle library with the immobilized prolactin receptor, eluting it with low affinity (ie, lower than wild-type hGH) for the prolactin receptor, and then binding this low affinity prolactin "binding" This can be accomplished by contacting the "body" or unconjugated with the immobilized growth hormone receptor and selecting a high affinity growth hormone receptor conjugate. In this case, a mutant of hGH that has low affinity for the prolactin receptor has therapeutic use even when the affinity for the growth hormone receptor is slightly lower than that of wild-type hGH. Will be. This same method can be used to improve the selectivity of a particular hormone or protein for its primary functional receptor over its clearance receptor.

本発明の別の態様においては、改良された基質アミノ
酸配列を得ることができる。これらは、タンパク質リン
カーのためのより良好な「切断部位」を作成する際に、
またはより良好なプロテアーゼ基質/阻害物質のために
有用であろう。この態様においては、固定化しうる分子
(例えば、hGH−受容体、ビオチン−アビジン、または
マトリックスと共有結合しうる分子)をリンカーによっ
て遺伝子IIIに融合させる。このリンカーは、好ましく
は長さが3〜10アミノ酸であり、プロテアーゼの基質と
して作用する。ファージミドを上記のように構築する
(ここで、リンカー領域をコードしているDNAにランダ
ム突然変異を行なって、結合部位に異なるアミノ酸配列
を有するファージミド粒子のランダムライブラリーを調
製する)。次いで、このファージミド粒子のライブラリ
ーをマトリックス上に固定化し、所望のプロテアーゼに
暴露する。所望のプロテアーゼのライナー領域に好まし
いかまたはより良好な基質アミノ酸配列を有するファー
ジミド粒子が溶離され、好ましいリンカーをゴードして
いるファージミド粒子の豊富化されたプールが最初に得
られるであろう。次いで、さらに数回これらファージミ
ド粒子を反復処理し、コンセンス配列(群)をコードし
ている粒子の豊富化されたプールを得る(実施例XIIIお
よびXIVを参照)。
In another aspect of the invention, improved substrate amino acid sequences can be obtained. These are used to create better "cleavage sites" for protein linkers.
Or it may be useful for better protease substrates / inhibitors. In this embodiment, an immobilizable molecule (eg, an hGH-receptor, biotin-avidin, or a molecule capable of covalently binding to a matrix) is fused to gene III by a linker. The linker is preferably 3 to 10 amino acids in length and acts as a substrate for a protease. Phagemids are constructed as described above (where a random mutation is made to the DNA encoding the linker region to prepare a random library of phagemid particles having different amino acid sequences at the binding sites). This library of phagemid particles is then immobilized on a matrix and exposed to the desired protease. Phagemid particles having a preferred or better substrate amino acid sequence in the liner region of the desired protease will be eluted, and an enriched pool of phagemid particles will be obtained initially, gorging the preferred linker. These phagemid particles are then repeated several more times to obtain an enriched pool of particles encoding the consensus sequence (s) (see Examples XIII and XIV).

VIII.成長ホルモン変異体および使用方法 hGHのクローン化遺伝子がEschericha colaにおいて分
泌型で発現され[Chang,C.N.ら,Gene 55:189(198
7)]、そのDNAおよびアミノ酸配列が報告されている
[Goeddelら,Nature 281:544(1979)];Grayら,Gene 3
9:247(1985)]。本発明は、ファージミド選択法を用
いて得た新規なhGH変異体を記載するものである。10、1
4、18、21、167、171、172、174、175、176、178および
179位に置換を含むヒト成長ホルモン変異体が記載され
ている。比較的高い結合親和性を有する変異体を表VI
I、XIIIおよびXIVに記載している。これら変異体を記載
するためのアミノ酸命名法は後記する。成長ホルモン変
異体は、正規の成長ホルモンと同じように投与および製
剤化してよい。本発明の成長ホルモン変異体は、天然ま
たはmet hGHを発現しうる任意の組換え系において発現
させることができる。
VIII. Growth Hormone Variants and Methods of Use The cloned gene for hGH is expressed in a secreted form in Eschericha cola [Chang, CN et al., Gene 55: 189 (198
7)], and its DNA and amino acid sequences have been reported [Goeddel et al., Nature 281: 544 (1979)]; Gray et al., Gene 3
9: 247 (1985)]. The present invention describes novel hGH variants obtained using the phagemid selection method. 10, 1
4, 18, 21, 167, 171, 172, 174, 175, 176, 178 and
A human growth hormone variant containing a substitution at position 179 has been described. Mutants with relatively high binding affinity are listed in Table VI
I, XIII and XIV. Amino acid nomenclature for describing these variants is provided below. Growth hormone variants may be administered and formulated in the same way as regular growth hormone. The growth hormone variants of the present invention can be expressed in any recombinant system capable of expressing native or met hGH.

治療用投与のためのhGHの製剤は、所望の精製度のhGH
を所望により生理学的に許容しうる担体、賦形剤または
安定剤[Remington's Pharmaceutical Sciences,第16
版,Osol,A.編(1980)]と混合することにより、凍結乾
燥ケーキまたは水溶液の形態で保存用に調製される。許
容しうる担体、賦形剤または安定剤は使用される用量お
よび濃度で受容対象に対して非毒性であり、これらに
は、緩衝液(例えば、リン酸、クエン酸、および他の有
機酸の緩衝液);抗酸化剤(アスコルビン酸を含む);
低分子量(約10残基未満)のポリペプチド;タンパク質
(例えば、血清アルブミン、ゼラチン、あるいは免疫グ
ロブリン);親水性ポリマー(例えば、ポリビニルピロ
リドン);アミノ酸(例えば、グリシン、グルタミン、
アスパラギン、アルギニン、あるいはリジン);単糖
類、二糖類およびその他の炭水化物(グルコース、マン
ノースあるいはデキストリンを含む);キレート化剤
(例えば、EDTA);二価の金属イオン(例えば、亜鉛、
コバルトあるいは銅);糖アルコール(例えば、マンニ
トールあるいはソルビトール);塩を形成する対イオン
(例えば、ナトリウム);および/またはノニオン系界
面活性化剤[例えば、ツイーン、プルロニックあるいは
ポリエチレングリコール(PEG)]が含まれる。本発明
の製剤は、薬学的に許容しうる緩衝剤、アミノ酸、増量
剤、および/またはノニオン系界面活性剤をさらに含有
していてもよい。これらには、例えば緩衝液、キレート
化剤、抗酸化剤、保存剤、共溶媒などが含まれる。これ
らの具体例には、トリメチルアマイン塩(「トリス緩衝
液」)、および二ナトリウム・エデテートが含まれるで
あろう。本発明のファージミドを用いてファージタンパ
ク質を含まない多量のhGH変異体を製造することができ
る。融合体の遺伝子III部分を含まないhGH変異体を発現
させるために、単にpS0643および誘導体を16C9などの非
サプレッサー株中で増殖させることができる。この場合
には、アンバーコドン(TAG)が翻訳の終止を導き、独
立したDNAの構築を必要とすることなく遊離のホルモン
が得られる。hGH変異体は宿主から分泌され、これを培
養培地から単離することができる。
Formulations of hGH for therapeutic administration comprise hGH of the desired degree of purification.
Can optionally be a physiologically acceptable carrier, excipient or stabilizer [Remington's Pharmaceutical Sciences, 16
Edition, Osol, A. Ed. (1980)], and prepared for storage in the form of a lyophilized cake or aqueous solution. Acceptable carriers, excipients or stabilizers are non-toxic to recipients at the dosages and concentrations employed, and include buffers, for example, phosphate, citrate, and other organic acids. Buffer); antioxidants (including ascorbic acid);
Low molecular weight (less than about 10 residues) polypeptides; proteins (eg, serum albumin, gelatin, or immunoglobulins); hydrophilic polymers (eg, polyvinylpyrrolidone); amino acids (eg, glycine, glutamine,
Monosaccharides, disaccharides and other carbohydrates (including glucose, mannose or dextrin); chelating agents (eg, EDTA); divalent metal ions (eg, zinc, asparagine, arginine, or lysine);
A sugar alcohol (eg, mannitol or sorbitol); a counter ion that forms a salt (eg, sodium); and / or a nonionic surfactant [eg, Tween, Pluronic or polyethylene glycol (PEG)]. included. The formulation of the present invention may further contain a pharmaceutically acceptable buffer, amino acid, bulking agent, and / or nonionic surfactant. These include, for example, buffers, chelating agents, antioxidants, preservatives, cosolvents, and the like. Examples of these would include trimethylamine salt ("Tris buffer"), and disodium edetate. The phagemid of the present invention can be used to produce large amounts of hGH mutants without phage proteins. To express hGH variants that do not contain the gene III portion of the fusion, pS0643 and derivatives can simply be grown in non-suppressor strains such as 16C9. In this case, the amber codon (TAG) leads to termination of translation and free hormone is obtained without the need for independent DNA assembly. The hGH variant is secreted from the host and can be isolated from the culture medium.

8つのhGHアミノ酸F10、M14、H18、H21、R167、D17
1、T175および1179のうちの1またはそれ以上のアミノ
酸を、ここに示した天然hGH中の該位置に見い出される
アミノ酸以外のいずれかのアミノ酸に置換することがで
きる。即ち、ここに示したアミノ酸F10、M14、H18、H2
1、R167、D171、T175および1179のうちの1、2、3、
4、5、6、7、または8個全部を、以下に挙げる20ア
ミノ酸のうちの他の19アミノ酸のいずれかで置換するこ
とができる。好ましい態様においては、ここに挙げた8
個全部のアミノ酸を別のアミノ酸で置換する。置換され
るべき最も好ましい8個のアミノ酸は、実施例XII 中
の表XIVに示す。
8 hGH amino acids F10, M14, H18, H21, R167, D17
One or more of the amino acids 1, 175 and 1179 can be substituted with any amino acid other than the amino acid found at that position in the native hGH shown here. That is, amino acids F10, M14, H18, H2 shown here
1, 2, 3, 3 of R167, D171, T175 and 1179
4, 5, 6, 7, or all 8 can be substituted with any of the other 19 amino acids of the 20 amino acids listed below. In a preferred embodiment, the 8
All amino acids are replaced with another amino acid. The most preferred eight amino acids to be substituted are shown in Table XIV in Example XII.

アミノ酸の命名 Ala(A) Arg(R) Asn(N) Asp(D) Cys(C) Gln(Q) Glu(E) Gly(G) His(H) Ile(I) Ieu(L) Lys(K) Met(M) Phe(F) Pro(P) Ser(S) Thr(T) Trp(W) Tyr(Y) Val(V) 1文字のhGH変異体の命名法は、削除されるhGHアミノ酸
(例えば、グルタメート179)を最初に記し、次に挿入
されるアミノ酸(例えば、セリン)を記し、結果として
(E1795S)となる。
Amino acid nomenclature Ala (A) Arg (R) Asn (N) Asp (D) Cys (C) Gln (Q) Glu (E) Gly (G) His (H) Ile (I) Ieu (L) Lys (K Met (M) Phe (F) Pro (P) Ser (S) Thr (T) Trp (W) Tyr (Y) Val (V) The one-letter nomenclature for the hGH variant is the hGH amino acid ( For example, glutamate 179) is listed first, followed by the inserted amino acid (eg, serine), resulting in (E1795S).

実施例 さらに説明することなく、当業者なら以上の説明およ
び例示の実施例を用いて本発明を完全に実施および利用
することができると考えられる。即ち、以下の具体的な
実施例は本発明の好ましい態様を示すものであり、いか
なる意味においても開示の残部を限定するとみなすべき
ではない。
EXAMPLES Without further elaboration, it is believed that one skilled in the art can, using the preceding description and illustrative examples, fully implement and utilize the present invention. That is, the following specific examples illustrate preferred embodiments of the present invention and should not be considered as limiting the remainder of the disclosure in any way.

実施例1 プラスミドの構築およびhGH−ファージミド
粒子の調製 プラスミドphGH−M13g III(図1)を、M13KO77およ
びhGH産生プラスミドpBO473[Cunningham,B.C.ら,Scien
ce 243:1330−1336(1989)]から構築した。合成オリ
ゴヌクレオチド: を用いて、pBO473中のhGHの最後のPhe191コドンの後に
唯一のApa I制限部位(下線部)を導入した。オリゴヌ
クレオチド: を用いて、唯一のApa I制限部位(最初の下線部)、お
よびGlu197−アンバー停止コドン(2番目の下線部)を
M13KO7遺伝子III中に導入した。オリゴヌクレオチド: により、遺伝子III暗号配列の3'末端の後に唯一のNhe I
部位(下線部)を導入する。二重に突然変異させたM13K
O7の遺伝子III由来の得られた650塩基対(bp)のApa I
−Nhe Iフラグメントを、pBO473の大きいApa I−Nhe I
フラグメント中にクローン化してプラスミドpSO132を創
製した。これにより、Apa I部位からコードされるグリ
シン残基を挿入しつつhGHのカルボキシ末端(Phe191)
を遺伝子IIIタンパク質のPro198残基に融合させ、この
融合タンパク質を大腸菌アルカリホスファターゼ(pho
A)プロモーターおよびst II分泌シグナル配列[Chang,
C.N.ら,Gene 55:189−196(1987)]の支配下に置い
た。豊富培地中での融合タンパク質の誘導可能な発現の
ために、このphoAプロモーターをlacプロモーターおよ
びオペレーターで置換した。lacプロモーター、オペレ
ーター、およびCap結合部位を含有する138bpのEcoR I−
Xba Iフラグメントを、オリゴヌクレオチド: [これらは、所望のlac配列と境界を接し、EcoR Iおよ
びXba I制限部位(下線部)を導入する] を用いるプラスミドpUC119のPCRによって調製した。こ
のlacフラグメントをゲル精製し、pSO132の大きいEcoR
I−Xba Iフラグメントに連結してプラスミドphGH−M13g
IIIを創製した。すべての加工したDNA連結点の配列は
ジデオキシ配列決定法によって確認した[Sanger,F.ら,
Proc.Natl.Acad.Sci.USA 74:5463−5467(1977)]。R6
4A変異hGHファージミドは次のようにして構築した。即
ち、Arg64のAla置換(R64A)[Cunningham,B.C.,Wells,
J.A,Science 244:1081−1085(1989)]をコードしてい
るhGH[Cunninghamら(上記))のNsi I−Bg III突然変
異フラグメントを、phGH−M13g IIIプラスミド(図1)
中の対応する制限部位の間にクローン化して野生型hGH
配列を置換した。このR64A hGHファージミド粒子を、野
生型hGH−ファージミドについて以下に記載したように
して増殖させ、滴定した。
Example 1 Plasmid Construction of and hGH- preparation of phagemid particles plasmid phGH-M13g III (Fig. 1), M13KO7 7 and hGH production plasmid pBO473 [Cunningham, BC, et al., Scien
ce 243: 1330-1336 (1989)]. Synthetic oligonucleotide: Was used to introduce a unique Apa I restriction site (underlined) after the last Phe191 codon of hGH in pBO473. Oligonucleotides: Using a unique Apa I restriction site (first underlined) and a Glu197-Amber stop codon (second underlined).
It was introduced into M13KO7 gene III. Oligonucleotides: Due to the unique Nhe I after the 3 'end of the gene III coding sequence
The site (underlined) is introduced. Double mutated M13K
The resulting 650 base pair (bp) Apa I from O7 gene III
The NheI fragment was converted to the large ApaI-NheI
It was cloned into the fragment to create plasmid pSO132. This allows the insertion of the glycine residue encoded from the Apa I site while inserting the carboxy terminus of hGH (Phe191).
Is fused to the Pro198 residue of the gene III protein, and this fusion protein is ligated to E. coli alkaline phosphatase (pho
A) Promoter and st II secretion signal sequence [Chang,
CN et al., Gene 55: 189-196 (1987)]. The phoA promoter was replaced with a lac promoter and operator for inducible expression of the fusion protein in rich media. 138 bp EcoR I- containing lac promoter, operator, and Cap binding site
The Xba I fragment was used to convert the oligonucleotide: [They border the desired lac sequence and introduce EcoR I and Xba I restriction sites (underlined)]. This lac fragment was gel purified and the large EcoR
The plasmid phGH-M13g was ligated to the I-XbaI fragment.
III was created. The sequences of all processed DNA junctions were confirmed by dideoxy sequencing [Sanger, F. et al.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463-5467 (1977)]. R6
The 4A mutant hGH phagemid was constructed as follows. That is, Ala substitution of Arg64 (R64A) [Cunningham, BC, Wells,
JA, Science 244: 1081-1085 (1989)], and the Nsi I-Bg III mutant fragment of hGH [Cunningham et al. (Supra)] was transformed into a phGH-M13g III plasmid (FIG. 1).
Wild-type hGH cloned between the corresponding restriction sites in
The sequence was replaced. The R64A hGH phagemid particles were grown and titrated as described below for wild-type hGH-phagemid.

プラスミドを大腸菌の雄性株(JM101)中に導入し、
カルベニシリン・プレート上で選択した。単一の形質転
換体を2YT培地(2ml)中にて37℃で4時間増殖させ、M1
3KO7ヘルパーファージ(50μl)に感染させた。この感
染培養物を2YT(30ml)に希釈し、一晩培養し、ポリエ
チレングリコールによる沈澱によってファージミド粒子
を集めた[Vierra,J.,Messing,J.,Methods in Enzymolo
gy 153:3−11(1987)]。通常、ファージミド粒子の力
価は2〜5x1011cfu/mlの範囲内であった。この粒子をCs
Cl密度遠心[Day,L.A.,J.Mol.Biol.39:265−277(196
9)]によって均質になるまで精製し、ビリオンに未結
合のすべての融合タンパク質を除去した。
Plasmid was introduced into a male strain of E. coli (JM101),
Selected on carbenicillin plates. A single transformant was grown at 37 ° C. for 4 hours in 2YT medium (2 ml), and M1
The cells were infected with 3KO7 helper phage (50 μl). The infected culture was diluted in 2YT (30 ml), cultured overnight, and phagemid particles were collected by precipitation with polyethylene glycol [Vierra, J., Messing, J., Methods in Enzymolo.
gy 153: 3-11 (1987)]. Typically, phagemid particle titers were in the range of 2-5 × 10 11 cfu / ml. Cs
Cl density centrifugation [Day, LA, J. Mol. Biol. 39: 265-277 (196
9)] to remove any fusion proteins not bound to virions.

実施例II 融合ファージ上のhGHの免疫化学分析 hGHに対するウサギポリクローナル抗体をプロテイン
Aを用いて精製し、50mM炭酸ナトリウム緩衝液(pH10)
中、2μg/mlの濃度にて4℃で16〜20時間、微量滴定プ
レート(Nunc)に被覆した。0.05%ツイーン20を含むPB
S中で洗浄した後、hGHまたはhGH−ファージミド粒子を
緩衝液A[50mMトリス(pH7.5)、50mM NaCl、2mM EDT
A、5mg/mlウシ血清アルブミン、および0.05%ツイーン2
0]中で2.0〜0.002nMに連続希釈した。室温(rt)で2
時間の後、このプレートを十分に洗浄し、示したMab[C
unninghamら(上記)]をrtで2時間、緩衝液A中1μg
/mlで加えた。洗浄の後、西洋ワサビペルオキシダーゼ
−コンジュゲート化したヤギ抗−マウスIgG抗体をrtで
1時間結合させた。最後の洗浄の後、ペルオキシダーゼ
活性を、基質o−フェニレンジアミンを用いて検定し
た。
Example II Immunochemical analysis of hGH on fusion phage Rabbit polyclonal antibody against hGH was purified using protein A, and 50 mM sodium carbonate buffer (pH 10)
Microtiter plates (Nunc) at a concentration of 2 μg / ml at 4 ° C. for 16-20 hours. PB containing 0.05% Tween 20
After washing in S, hGH or hGH-phagemid particles were washed with buffer A [50 mM Tris (pH 7.5), 50 mM NaCl, 2 mM EDT
A, 5 mg / ml bovine serum albumin, and 0.05% Tween 2
0] to 2.0-0.002 nM. 2 at room temperature (rt)
After time, the plates were washed extensively and the indicated Mab [C
unningham et al. (above)] at rt for 2 hours in buffer A at 1 μg
/ ml. After washing, horseradish peroxidase-conjugated goat anti-mouse IgG antibody was allowed to bind for 1 hour at rt. After the last wash, peroxidase activity was assayed using the substrate o-phenylenediamine.

実施例III hGH結合タンパク質のポリアクリルアミドビ
ーズへの結合および結合の豊富化 オキシラン ポリアクリルアミドビーズ(Sigma)
を、237位に部位指向性突然変異誘発により導入した余
分のシステイン残基(hGHの結合に悪影響を及ぼさない;
J.Wells:未公表)を含むhGH受容体の精製した細胞外ド
メイン(hGHbp)[Fuh,G.ら,J.Biol.Chem.265:3111−31
15(1990)]とコンジュゲート化した。このhGHbpは、
供給元の推奨のように、樹脂に対する[125I]hGHの結
合によって測定したときに1.7pモルhGHbp/mg乾燥オキシ
ランビーズの量となるようにコンジュゲート化した。次
いで、すべての未反応オキシラン基をBSAおよびトリス
でブロックした。ファージミド粒子の非特異的結合の対
照として、BSAを同様にビーズに結合させた。吸着およ
び洗浄のための緩衝液は、10mMトリス−HCl(pH7.5)、
1mM EDTA、50mM NaCl、1mg/ml BSAおよび0.02%ツイー
ン20を含有していた。溶離緩衝液は、洗浄緩衝液に加え
て200nM hGHまたは0.2Mグリシン(pH2.1)を含有してい
た。親ファージM13KO7をhGHファージミド粒子とほぼ300
0:1(最初の混合物)の比で混合し、50μl容量中、室
温でいずれかの吸収剤(5μlづつ;0.2mgのアクリルア
ミドビーズ)と8〜12時間混合した。このビーズを遠心
によってペレット化し、上清を注意深く除去した。この
ビーズを洗浄緩衝液(200μl)に再懸濁し、室温で4
時間混合した(洗浄液1)。2回目の洗浄の後(洗浄液
2)、このビーズを2回、それぞれ200nMのhGHで6〜10
時間溶離した(溶出液1、溶出液2)。最後の溶離はグ
リシン緩衝液(pH2.1)を用いて4時間行ない、残存す
るhGHファージミド粒子を除去した(溶出液3)。それ
ぞれの分画を2YT培地で適切に希釈し、新鮮なJM101と混
合し、37℃で5分間インキュベートし、そして2YT軟寒
天(3ml)を用いてLBまたはLBカルベニシリンプレート
にプレーティングした。
Example III Binding and Enrichment of hGH Binding Protein to Polyacrylamide Beads Oxiran Polyacrylamide Beads (Sigma)
Is an extra cysteine residue introduced by site-directed mutagenesis at position 237 (does not adversely affect hGH binding;
J. Wells: Unpublished). The purified extracellular domain of the hGH receptor (hGHbp) containing [Fuh, G. et al., J. Biol. Chem. 265: 3111-31].
15 (1990)]. This hGHbp is
Conjugated to a quantity of 1.7 pmol hGHbp / mg dry oxirane beads as measured by [ 125 I] hGH binding to the resin, as recommended by the supplier. Then, all unreacted oxirane groups were blocked with BSA and Tris. As a control for non-specific binding of phagemid particles, BSA was similarly bound to the beads. Buffers for adsorption and washing are 10 mM Tris-HCl (pH 7.5),
It contained 1 mM EDTA, 50 mM NaCl, 1 mg / ml BSA and 0.02% Tween-20. The elution buffer contained 200 nM hGH or 0.2 M glycine (pH 2.1) in addition to the wash buffer. Parental phage M13KO7 was converted to hGH phagemid particles by approximately 300
Mix at a ratio of 0: 1 (initial mixture) and mix with either absorbent (5 μl each; 0.2 mg acrylamide beads) in a 50 μl volume at room temperature for 8-12 hours. The beads were pelleted by centrifugation and the supernatant was carefully removed. The beads are resuspended in 200 μl of wash buffer and
The mixture was mixed for one hour (washing solution 1). After the second wash (Wash solution 2), the beads are washed twice with 200 nM hGH each for 6-10 minutes.
Elution was carried out over time (eluent 1, eluent 2). The final elution was performed for 4 hours using glycine buffer (pH 2.1) to remove the remaining hGH phagemid particles (eluate 3). Each fraction was appropriately diluted in 2YT medium, mixed with fresh JM101, incubated at 37 ° C. for 5 minutes, and plated on LB or LB carbenicillin plates using 2YT soft agar (3 ml).

実施例IV 遺伝子III産物の混合物によるhGH−ファージ
ミド粒子の構築 遺伝子IIIタンパク質は410残基からなり、可変リンカ
ー配列によって隔てられた2つのドメインに分かれてい
る[Armstrong,J.ら,FEBS Lett.135:167−172(198
1)]。アミノ末端ドメインは大腸菌の線毛に付着する
ために必要であり、一方、カルボキシ末端ドメインはフ
ァージのコート(外殻)に組込まれ、適切なファージ組
立てに必要である[Crissman,J.W.,Smith,G.P.,Virolog
y 132:445−455(1984)]。遺伝子IIIのシグナル配列
およびアミノ末端ドメインを、遺伝子IIIのカルボキシ
末端ドメイン中の残基198への融合により、st IIシグナ
ルおよび全hGH遺伝子[Changら(上記)]で置換した
(図1)。このhGH−遺伝子III融合体を、pBR322のβ−
ラクタマーゼ遺伝子およびColE1複製起点ならびにファ
ージflの遺伝子間領域を含むプラスミド(pbGH−M13g I
II;図1)中のlacプロモーター/オペレーターの支配下
に置いた。このベクターは、カルベニシリンによる選択
によって小さなプラスミドベクターとして容易に維持す
ることができ、これにより増殖のために機能的な遺伝子
III融合体に依存することが回避される。また、このプ
ラスミドは、M13KO7[Vieraら(上記)]などのヘルパ
ーファージによる感染によってビリオン(即ち、ファー
ジミド粒子)に効率的にパッケージングされることがで
き、これによりファージ組立ての問題が回避される。こ
の系におけるカルベニシリン耐性に対する形質導入に基
づくファージミドの感染性力価は、2〜5x1011コロニー
形成単位(cfu)/mlに変化した。これらのファージミド
保存物におけるM13KO7ヘルパーファージの力価は〜1010
プラーク形成単位(pfu)/mlである。
Example IV Construction of hGH-phagemid particles with a mixture of gene III products The gene III protein consists of 410 residues and is divided into two domains separated by a variable linker sequence [Armstrong, J. et al., FEBS Lett. 135 : 167-172 (198
1)]. The amino-terminal domain is required for attachment to E. coli fimbria, while the carboxy-terminal domain is integrated into the phage coat and required for proper phage assembly [Crissman, JW, Smith, GP , Virolog
y 132: 445-455 (1984)]. The signal sequence and amino-terminal domain of gene III were replaced by the stII signal and the entire hGH gene [Chang et al., Supra] by fusion to residue 198 in the carboxy-terminal domain of gene III (FIG. 1). This hGH-gene III fusion was converted to the β-
Plasmid containing the lactamase gene and the ColE1 origin of replication and the intergenic region of phage fl (pbGH-M13gI
II; placed under the control of the lac promoter / operator in FIG. 1). This vector can be easily maintained as a small plasmid vector by selection with carbenicillin, thereby providing a functional gene for propagation.
Dependence on the III fusion is avoided. This plasmid can also be efficiently packaged into virions (ie, phagemid particles) by infection with helper phage such as M13KO7 [Viera et al. (Supra)], thereby avoiding the problem of phage assembly. . The infectivity titer of phagemid based on transduction for carbenicillin resistance in this system varied from 2 to 5 × 10 11 colony forming units (cfu) / ml. The titer of M13KO7 helper phage in these phagemid stocks is 1010 10
Plaque forming units (pfu) / ml.

この系を用いて、遺伝子IIIに融合した大きいタンパ
ク質の均質発現がファージの生成に有害であるという以
前の研究[Parmley,Smith(上記)]を確認した(デー
タは示していない)。例えば、IPTGの添加によるphGH−
M13g III中のlacプロモーターの誘導により、低いファ
ージミド力価が得られた。さらに、遺伝子III中にアン
バー突然変異を含むM13KO7による同時感染によって得ら
れたファージミド粒子は、極めて低いファージミド力価
(<1010cfu/ml)を与えた。我々は、ファージミド表面
に結合した複数コピーの遺伝子III融合体が、固定化標
的タンパク質への融合ファージの複数点結合(「キレー
ト作用」)を導きうるものと考えた。従って、融合タン
パク質のコピー数を制御するために、構成的に高レベル
のlacリプレッサータンパク質を含有する大腸菌JM101
(laclQ)中でプラスミドを培養することによって、hGH
−遺伝子III融合体の転写を制限した。phGH−M13g III
を含有する大腸菌JM101培養物を最高に増殖させ、1acオ
ペロン誘導物質(IPTG)の非存在下にM13KO7に感染させ
た(しかし、この系は柔軟性を持っており、他の遺伝子
III融合タンパク質の同時発現と平衡させることができ
る)。我々は、ピリオンあたりのhGH量の比(CsCl勾配
で精製したファージミド中のhGH免疫反応性物質に基づ
く)から、約10%のファージミド粒子が1コピーのhGH
遺伝子III融合タンパク質を含有しているものと概算し
ている。従って、hGH遺伝子III融合体を表示する融合フ
ァージの力価は約2〜5x1010/mlである。この数値は、
これらを導いた培養物中の大腸菌の力価(〜108〜109/m
l)よりも相当に大きい。即ち、平均的に全大腸菌細胞
は、hGH遺伝子III融合タンパク質で装飾されたファージ
を10〜100コピー生成する。
This system was used to confirm a previous study [Parmley, Smith (supra)] that homogenous expression of large proteins fused to gene III was detrimental to phage production (data not shown). For example, phGH- by adding IPTG
Induction of the lac promoter in M13g III resulted in low phagemid titers. Furthermore, phagemid particles obtained by co-infection with M13KO7 containing an amber mutation in gene III gave very low phagemid titers (<10 10 cfu / ml). We speculated that multiple copies of the gene III fusion bound to the phagemid surface could lead to multiple point binding ("chelation") of the fused phage to the immobilized target protein. Thus, to control the copy number of the fusion protein, E. coli JM101 containing constitutively high levels of the lac repressor protein
By culturing the plasmid in (lacl Q ), hGH
-Restricted transcription of the gene III fusion. phGH-M13g III
E. coli JM101 cultures containing E. coli were fully grown and infected with M13KO7 in the absence of the 1ac operon inducer (IPTG) (however, this system is flexible and has other genes
III can co-equilibrate with co-expression of the fusion protein). From the ratio of the amount of hGH per pillion (based on the hGH immunoreactive material in phagemid purified on a CsCl gradient), about 10% of the phagemid particles contained one copy of hGH.
It is estimated to contain the gene III fusion protein. Therefore, the titer of the fusion phage displaying the hGH gene III fusion is about 2-5 × 10 10 / ml. This number is
The titer of E. coli in the culture from which these were derived (~ 10 8 -10 9 / m
considerably larger than l). That is, on average, all E. coli cells produce 10-100 copies of phage decorated with the hGH gene III fusion protein.

実施例V hGH−遺伝子III融合体の構造的完全性 hGH−遺伝子IIIファージミドの免疫ブロット分析(図
2)により、hGH交差反応性物質がアガロースゲル中で
ファージミド粒子と同時移動することがわかる。このこ
とは、hGHがファージミド粒子に強固に結合しているこ
とを示すものである。このファージミド粒子からのhGH
−遺伝子III融合タンパク質は単一の免疫染色されるバ
ンドとして移動し、hGHが遺伝子IIIに結合したときにhG
Hの分解がわずかしかないことを示す。約25%のファー
ジミド粒子が感染性であるので、野生型遺伝子IIIタン
パク質が明らかに存在する。これは、UV吸収によって評
価した濃度、および同様に精製(CsCl密度勾配法によ
る)した野生型M13ファージに対して行なった比感染性
評価に類似する[Smith,G.P.(上記)およびParmley,Sm
ith(上記)]。即ち、野生型遺伝子IIIおよびhGH−遺
伝子III融合タンパク質の両方がファージプール中に表
示される。
Example V Structural Integrity of hGH-Gene III Fusions Immunoblot analysis of hGH-gene III phagemid (FIG. 2) shows that hGH cross-reactive material co-migrate with phagemid particles in an agarose gel. This indicates that hGH is tightly bound to the phagemid particles. HGH from this phagemid particle
-The gene III fusion protein migrates as a single immunostained band and hGH binds to gene III when hGH binds to gene III
Indicates that there is little decomposition of H. Wild-type gene III protein is clearly present, as about 25% of the phagemid particles are infectious. This is similar to the concentration assessed by UV absorption and specific infectivity assessment performed on similarly purified (by CsCl density gradient) wild-type M13 phage [Smith, GP (supra) and Parmley, Sm.
ith (above)]. That is, both the wild-type gene III and the hGH-gene III fusion protein are displayed in the phage pool.

結合選択による結果が天然タンパク質に転換するとい
う信頼性を得るために、表示されたhGHの3次構造が維
持されていることを確認するのが重要であった。hGHに
対するモノクローナル抗体(Mab)を用いて、表示され
たhGH遺伝子III融合タンパク質の構造的完全性を評価し
た(表I)。
It was important to ensure that the indicated tertiary structure of hGH was maintained, in order to obtain confidence that the results of the binding selection were converted to the native protein. The structural integrity of the indicated hGH gene III fusion protein was evaluated using a monoclonal antibody (Mab) to hGH (Table I).

これらMabに対するhGH上のエピトープはマッピングさ
れており[Cunninghamら(上記)]、8種のMabのうち
の7種に対する結合はhGHが適切に折り畳まれることを
必要とする。すべてのMabのIC50値は、Mab 5および6を
除いて野生型hGHと等価であった。Mab 5および6の両方
は、遺伝子III融合タンパク質中でブロックされるhGHの
カルボキシ末端の近くに結合決定基を有していることが
知られている。天然および変性hGHの両方と反応するMab
1の相対IC50値は、立体配座的に敏感なMab 2〜5、7
および8と比較して変わることがない。即ち、Mab 1
は、hGH−遺伝子III融合体の濃度に対するhGH標準の濃
度を適合させる際のあらゆる過誤の良好な内部対照とし
て働く。
The epitopes on hGH for these Mabs have been mapped [Cunningham et al., Supra], and binding to seven of the eight Mabs requires that hGH be properly folded. The IC 50 values of all Mab were equivalent to wild-type hGH except for Mab 5 and 6. Both Mab 5 and 6 are known to have binding determinants near the carboxy terminus of hGH that are blocked in the gene III fusion protein. Mabs that react with both native and denatured hGH
1 relative an IC 50 value, conformationally sensitive Mab 2~5,7
And 8 remain unchanged. That is, Mab 1
Serves as a good internal control of any errors in adapting the concentration of the hGH standard to the concentration of the hGH-gene III fusion.

実施例VI 受容体親和性ビーズに対する結合の豊富化 これまでの研究者[Parmley,Smith(上記);Smith
(上記);Cwirlaら(上記);およびDevlinら(上
記)]は、ストレプトアビジン被覆したポリスチレン製
ペトリ皿または微量滴定プレートで選別することによっ
てファージを分画していた。しかし、クロマトグラフィ
ー系は、異なる結合親和性を有する突然変異タンパク質
を表示するファージミド粒子のさらに効率的な分画を可
能にする。我々は、非多孔性のオキシランビーズ(Sigm
a)を選択してクロマトグラフィー樹脂中のファージミ
ド粒子の捕捉を回避した。さらに、これらビーズは小さ
い粒子サイズ(1μm)を有しており、量に対する表面
積の比が最大になる。遊離のシステイノ残基を含有する
hGH受容体の細胞外ドメイン(hGHbp)[Fuhら(上
記)]はこれらビーズに効率的に結合し、ファージミド
粒子はウシ血清アルブミンにのみ結合させたビーズに対
して極めて低い非特異的な結合を示した(表II)。
Example VI Enrichment of Binding to Receptor Affinity Beads Previous investigators [Parmley, Smith (supra); Smith
(Supra); Cwirla et al. (Supra); and Devlin et al. (Supra)] fractionated phage by sorting on streptavidin-coated polystyrene dishes or microtiter plates. However, chromatographic systems allow for more efficient fractionation of phagemid particles displaying muteins with different binding affinities. We use non-porous oxirane beads (Sigm
a) was selected to avoid capture of phagemid particles in the chromatography resin. Furthermore, these beads have a small particle size (1 μm), maximizing the ratio of surface area to volume. Contains free cysteino residues
The extracellular domain of the hGH receptor (hGHbp) [Fuh et al. (supra)] binds these beads efficiently, and phagemid particles exhibit extremely low non-specific binding to beads bound only to bovine serum albumin. (Table II).

代表的な豊富化実験(表II)において、1部のhGHフ
ァージミドを>3,000部のM13KO7ファージと混合した。
1サイクルの結合と溶離の後、106のファージが回収さ
れ、ファージミドのM13KO7ファージに対する比は2:1で
あった。即ち、1回の結合選択工程によって、>5000倍
の豊富化が得られた。残存するファージミドを除去する
ための遊離hGHまたは酸処理による追加の溶離によっ
て、さらに高い豊富化が得られた。この豊富化は、被覆
ポリスチレンプレートからのバッチ溶離を用いてSmith
およびその共同研究者が得た豊富化に匹敵した[Smith,
G.P.(上記)およびParmley,Smith(上記)]。しか
し、さらに少ない容量がビーズに対して用いられている
(200μl vs 6ml)。BSAにのみ結合させたビーズを用い
たときには、M13KO7を凌ぐhGHファージミドの豊富化は
ほとんど存在しなかった。対照ビーズに対して観察され
たわずかな豊富化(pH2.1溶離に対して〜10倍;表2)
は、ビーズに結合するBSA中に存在するウシ成長ホルモ
ン結合タンパク質の微量の不純物に由来するものであろ
う。それにもかかわらず、これらのデータは、hGHファ
ージの豊富化がビーズ上のhGHbpの存在に依存すること
を示し、結合がhGHとhGHbpの間の特異的な相互作用によ
って起こることを示唆する。
In a representative enrichment experiment (Table II), 1 part of hGH phagemid was mixed with> 3,000 parts of M13KO7 phage.
After one cycle of binding and elution, 106 phage were recovered, the ratio M13KO7 phage phagemid was 2: 1. That is,> 5000-fold enrichment was obtained by one binding selection step. Additional elution by free hGH or acid treatment to remove residual phagemid resulted in higher enrichment. This enrichment was achieved using Smith elution from coated polystyrene plates using Smith.
And the collaborators gained [Smith,
GP (above) and Parmley, Smith (above)]. However, even smaller volumes are used for beads (200 μl vs 6 ml). There was almost no hGH phagemid enrichment over M13KO7 when using beads bound only to BSA. Slight enrichment observed for control beads (~ 10-fold over pH 2.1 elution; Table 2)
May be derived from trace impurities of bovine growth hormone binding protein present in BSA binding to the beads. Nevertheless, these data indicate that hGH phage enrichment is dependent on the presence of hGHbp on the beads, suggesting that binding occurs by a specific interaction between hGH and hGHbp.

我々は、融合ファージミド上のhGHの比較的弱い結合
変異体を凌ぐ野生型hGHの豊富化を評価して、豊富化の
特異性をさらに調べ、精製ホルモンに対する結合親和性
の減少を融合ファージミド選別後の豊富化因子と関連さ
せた。Arg64がAlaで置換されたhGH突然変異体(R64A)
を用いて融合ファージミドを構築した。このR64A変異ホ
ルモンは、hGHと比べて受容体結合親和性が約20倍減少
している[それぞれ、Kd値が7.1nMおよび0.34nM;Cunnin
gham,Wells(上記)]。R64A hGH−遺伝子III融合ファ
ージミドの力価は、野生型hGHファージミドの力価と同
等であった。1ラウンドの結合と溶離の後(表III)、
野生型hGHファージミドは、2種類のファージミドとM13
KO7の混合物から、ファージミドR64Aに対しては8倍お
よびM13KO7ヘルパーファージに対しては〜104で豊富化
された。
We assessed the enrichment of wild-type hGH over relatively weak binding variants of hGH on fusion phagemids to further investigate the specificity of the enrichment and to reduce the binding affinity for purified hormone after fusion phagemid selection. Associated with the enrichment factor. HGH mutant in which Arg64 is replaced with Ala (R64A)
Was used to construct a fusion phagemid. This R64A mutant hormone has about a 20-fold decrease in receptor binding affinity compared to hGH [Kd values of 7.1 nM and 0.34 nM, respectively; Cunnin
gham, Wells (above)]. The titer of the R64A hGH-gene III fusion phagemid was comparable to that of wild-type hGH phagemid. After one round of binding and elution (Table III),
Wild-type hGH phagemid consists of two types of phagemid and M13
The mixture of KO7 was enriched 8-fold for phagemid R64A and 1010 4 for M13KO7 helper phage.

結 論 ファージミド粒子上に野生型遺伝子IIIおよび遺伝子I
II融合タンパク質の混合物を表示させることにより、遺
伝子IIIに対する融合体として大きな適切に折り畳まれ
たタンパク質を表示するビリオンを組立てそして増殖さ
せることができる。遺伝子III融合タンパク質のコピー
数を有効に制御して、ファージミドプールにおいて十分
に高いレベルになお維持されている「キレート作用」を
避け、大きいエピトープライブラリー(>1010)の選別
をすることができる。我々は、hGH(22kDのタンパク
質)を天然の折り畳まれた形態で表示させうることを示
した。遊離のhGHで溶離し、受容体親和性ビーズ上で行
なった結合選択は、低い受容体結合親和性を有すること
が示された突然変異hGHファージミド以上に野生型hGHフ
ァージミドを効率的に豊富化した。即ち、結合定数がナ
ノモル範囲で低下しているファージミド粒子を選別する
ことができる。
Conclusions Wild-type gene III and gene I on phagemid particles
By displaying a mixture of II fusion proteins, virions displaying large, properly folded proteins as fusions to gene III can be assembled and propagated. Effective control of the copy number of the gene III fusion protein allows selection of large epitope libraries (> 10 10 ), avoiding “chelation” still maintained at sufficiently high levels in the phagemid pool . We have shown that hGH (a 22 kD protein) can be displayed in its native, folded form. Binding selections eluted with free hGH and performed on receptor affinity beads efficiently enriched wild-type hGH phagemid over mutant hGH phagemid which was shown to have low receptor binding affinity . That is, phagemid particles having a reduced binding constant in the nanomolar range can be selected.

タンパク質−タンパク質および抗体−抗原の相互作用
は、不連続エピトープによって支配されている[Janin,
J.ら,J.Mol.Biol.204:155−164(1988);Argos,P.,Pro
t.Eng.2:101−113(1988);Barlow,D.J.ら,Nature 322:
747−748(1987);およびDavies,D.R.ら,J.Biol.Chem.
263:10541−10544(1988)]。即ち、結合に直接関与し
ている残基は3次構造において近接しているが、結合に
関与していない残基によって隔てられている。本発明に
より提供されるスクリーニング系は、さらに好都合にタ
ンパク質−受容体の相互作用を分析し、新規かつ高親和
性の結合性を有するタンパク質中の不連続エピトープを
単離することを可能にするものである。
Protein-protein and antibody-antigen interactions are governed by discontinuous epitopes [Janin,
J. et al., J. Mol. Biol. 204: 155-164 (1988); Argos, P., Pro.
t.Eng. 2: 101-113 (1988); Barlow, DJ et al., Nature 322:
747-748 (1987); and Davies, DR et al., J. Biol. Chem.
263: 10541-10544 (1988)]. That is, residues directly involved in binding are close together in the tertiary structure, but are separated by residues not involved in binding. The screening system provided by the present invention further advantageously analyzes protein-receptor interactions and allows the isolation of discontinuous epitopes in proteins with novel and high affinity binding It is.

実施例VII hGHコドン172、174、176、178においてラン
ダム化したライブラリーからのhGH突然変異体の選択 鋳型の構築 hGH−遺伝子III融合タンパク質の突然変異体は、Kunk
elら[Meth.Enzymol.154:367−382(1987)]の方法を
用いて構築した。鋳型DNAは、M13−K07ファージをヘル
パーとして加えて、プラスミドpS0132(M13遺伝子IIIの
カルボキシ末端側半分に融合させた天然hGH遺伝子をア
ルカリホスファターゼプロモーターの支配下に含有す
る)をCJ236細胞中で増殖させることによって調製し
た。1本鎖のウラシル含有DNAを突然変異誘発用に調製
して、(1)hGH結合タンパク質(hGHbp)に対する結合
を大きく減少させるhGH中の突然変異;および(2)親
のバックグラウンドファージを検定し、それに対して選
択するために使用しうる唯一の制限部位(Kpn I)を導
入した。T7 DNAポリメラーゼおよび以下のオリゴデオキ
シヌクレオチド: を用いてオリゴヌクレオチド指向性の突然変異誘発を行
なった。このオリゴは、hGH中に突然変異(R178G、I179
T)と共にKpn I部位(上に示す)を導入する。突然変異
誘発からのクローンをKpn I消化によってスクリーニン
グし、ジデオキシDNA配列決定によって確認した。ラン
ダム突然変異誘発の鋳型として使用されるこの得られた
構築物をpHO415と命名した。
Example VII Selection of hGH Mutants from a Library Randomized at hGH Codons 172, 174, 176, 178 Construction of Templates A mutant of the hGH-gene III fusion protein was
Constructed using the method of el et al. [Meth. Enzymol. 154: 367-382 (1987)]. As template DNA, the plasmid pS0132 (containing the native hGH gene fused to the carboxy-terminal half of M13 gene III under the control of the alkaline phosphatase promoter) is grown in CJ236 cells with the addition of M13-K07 phage as a helper. Was prepared. Single-stranded uracil-containing DNA was prepared for mutagenesis to assay (1) mutations in hGH that greatly reduced binding to the hGH binding protein (hGHbp); and (2) assay for parental background phage. , A unique restriction site (Kpn I) that could be used to select against was introduced. T7 DNA polymerase and the following oligodeoxynucleotides: Was used to perform oligonucleotide-directed mutagenesis. This oligo was mutated in hGH (R178G, I179
Introduce a Kpn I site (shown above) with T). Clones from mutagenesis were screened by Kpn I digestion and confirmed by dideoxy DNA sequencing. This resulting construct, used as a template for random mutagenesis, was named pHO415.

hGHのヘリックス4中のランダム突然変異誘発 ここでもKunkelの方法を用いて、コドン172、174、17
6、178をhGH中のランダム突然変異誘発の標的とした。
上記のようにpHO415から1本鎖鋳型を調製し、以下のオ
リゴ: hGHコドン: のプールを用いて突然変異誘発を行なった。上に示した
ように、このオリゴプールはコドン179を野生型(Ile)
に復帰させ、pH0415の唯一のKpn I部位を破壊し、そし
て172、174、176および178位にランダムコドン(NNS;こ
こで、NはA、G、CまたはTであり、SはGまたはC
である)を導入する。上記の配列に対してこのコドン選
択を用いて、付加的なKpn I部位を創製することはでき
ない。このNNS同義性配列の選択により、4つの部位に3
2種の可能なコドン(1つの「停止」コドンおよび少な
くとも1つの各アミノ酸のためのコドン)が得られ、合
計(32)=1,048,576の可能なヌクレオチド配列(こ
の12%は少なくとも1つの停止コドンを含有する)、ま
たは(20)=160,000の可能なポリペプチド配列と34,
481の未成熟で終止した配列(即ち、少なくとも1つの
停止コドンを含有する配列)が得られる。
Random mutagenesis in hGH helix 4 Again using Kunkel's method, codons 172, 174, 17
6,178 were targeted for random mutagenesis in hGH.
A single-stranded template was prepared from pHO415 as described above and the following oligos: hGH codons: Mutagenesis was performed using a pool of As shown above, this oligo pool has codon 179 as wild type (Ile).
To destroy the unique Kpn I site of pH0415 and random codons at positions 172, 174, 176 and 178 (NNS; where N is A, G, C or T, and S is G or C
) Is introduced. This codon choice cannot be used to create additional Kpn I sites for the above sequences. By selecting this NNS synonymous sequence, 3 sites
Two possible codons were obtained (one “stop” codon and at least one codon for each amino acid), for a total of (32) 4 = 1,048,576 possible nucleotide sequences, 12% of which were at least one stop codon ) Or (20) 4 = 160,000 possible polypeptide sequences and 34,
481 immature, terminated sequences (ie, sequences containing at least one stop codon) are obtained.

最初のライブラリーの増殖 突然変異誘発産物をフェノール:クロロホルム(50:5
0)で2回抽出し、後の電気穿孔工程を面倒にする塩の
添加を避けるために過剰のキャリアーtRNAを用いてエタ
ノール沈澱させた。約50ng(15fモル)のDNAを、0.2cm
キュベット中の全容積45μlにおいて、単一パルスの電
圧設定2.49kV(時間定数=4.7m秒)でWJM101細胞(2.8x
1010細胞/ml)に電気穿孔導入した。
Propagation of first library Mutagenesis with phenol: chloroform (50: 5
Extracted twice at 0) and ethanol precipitated with excess carrier tRNA to avoid adding salts which would complicate the subsequent electroporation step. About 50 ng (15 fmol) of DNA is
In a total volume of 45 μl in the cuvette, WJM101 cells (2.8 ×
10 10 cells / ml) were electroporated.

この細胞を振盪しながら37℃で1時間回復させ、次い
で2YT培地(25ml)、100μg/mlカルベニシリン、および
M13−K07(感染の多重度=1000)と混合した。この培養
物からの連続希釈物をカルベニシリン含有培地にプレー
ティングすることにより、8.2x106の電気形質転換体が
得られたことがわかった。23℃で10分間の後、培養物を
振盪しながら37℃で一晩(15時間)インキュベートし
た。
The cells were allowed to recover for 1 hour at 37 ° C. with shaking, then 2YT medium (25 ml), 100 μg / ml carbenicillin, and
M13-K07 (multiplicity of infection = 1000). By plating serial dilutions from this culture on a carbenicillin-containing medium, it was found that 8.2 × 10 6 electrotransformants were obtained. After 10 minutes at 23 ° C., the culture was incubated overnight (15 hours) at 37 ° C. with shaking.

一晩インキュベートの後、細胞をペレット化し、pLIB
1と命名した2本鎖DNA(dsDNA)をアルカリ溶解法によ
って調製した。この上清をもう一度遠心してすべての残
存細胞を除去し、ファージプールφ1と命名したファー
ジをPEG沈澱させ、STE緩衝液[10mMトリス(pH7.6)、1
mM EDTA、50mM NaCl](1ml)に再懸濁した。ファージ
力価は、hGH−g3p遺伝子III融合(hGH−g3)プラスミド
を含有する組換えファージミドについてはコロニー形成
単位(CFU)として、そしてM13−K07ヘルパーファージ
についてはプラーク形成単位(PFU)として測定した。
After overnight incubation, pellet the cells and add pLIB
Double-stranded DNA (dsDNA) designated as 1 was prepared by an alkaline lysis method. The supernatant was centrifuged once again to remove all remaining cells, and a phage named phage pool φ1 was PEG precipitated, and STE buffer [10 mM Tris (pH 7.6), 1
mM EDTA, 50 mM NaCl] (1 ml). Phage titers, measured as the hGH-g3p gene III fusion (hGH-g 3) For recombinant phagemid containing plasmid colony forming units (CFU), and the plaque forming units (PFU) for M13-K07 helper phage did.

固定化hGHbpを用いる結合選択 1.結合:ファージプールφ1(6x109CFU、6x107PFU)の
一部を緩衝液A[リン酸緩衝食塩水、0.5%BSA、0.05%
ツイーン20、0.01%チメロサール]で4.5倍に希釈し、
1.5mlのシラン処理したポリプロピレン試験管におい
て、Ser237Cys突然変異を含むhGHbp(350fモル)と結合
させたオキシラン−ポリアクリルアミドビーズの懸濁液
(5μl)と混合した。対照として、等量のファージ
を、BSAだけで被覆したビーズと別の試験管で混合し
た。このファージを、ゆっくり回転(約7rpm)させなが
ら室温(23℃)で3時間インキュベートすることによっ
て、ビーズと結合させた。以下の工程は、200μlの一
定容量を用い、室温で行なった。
Binding selection using immobilized hGHbp 1. Binding: A portion of phage pool φ1 (6 × 10 9 CFU, 6 × 10 7 PFU) was buffered into buffer A [phosphate buffered saline, 0.5% BSA, 0.05%
Tween 20, 0.01% thimerosal] diluted 4.5 times,
In a 1.5 ml silane-treated polypropylene test tube, it was mixed with a suspension (5 μl) of oxirane-polyacrylamide beads conjugated to hGHbp (350 fmol) containing the Ser237Cys mutation. As a control, equal amounts of phage were mixed with beads coated with BSA alone in a separate tube. The phage were allowed to bind to the beads by incubating for 3 hours at room temperature (23 ° C.) with slow rotation (about 7 rpm). The following steps were performed at room temperature using a constant volume of 200 μl.

2.洗浄:ビーズを15秒間回転させ、上清を除去した(上
清1)。非特異的に結合したファージ/ファージミドを
除去するため、このビーズを緩衝液Aに再懸濁すること
により2回洗浄し、次いでペレット化した。最後の洗浄
は、緩衝液A中で2時間、このビーズを回転させること
により行なった。
2. Washing: The beads were spun for 15 seconds and the supernatant was removed (Supernatant 1). The beads were washed twice by resuspending in buffer A to remove non-specifically bound phage / phagemid and then pelleted. A final wash was performed by rotating the beads in buffer A for 2 hours.

3.hGH溶離:ビーズに弱く結合したファージ/ファージ
ミドを、hGHによる段階溶離によって除去した。最初の
工程において、ビーズを2nM hGH含有の緩衝液Aを用い
て回転させた。17時間後に、このビーズをペレット化
し、20nM hGH含有の緩衝液Aに再懸濁し、3時間回転さ
せ、次いでペレット化した。最後のhGH洗浄において、
このビーズを200nM hGH含有の緩衝液Aに懸濁させ、3
時間回転させ、次いでペレット化した。
3. hGH elution: Phage / phagemid weakly bound to the beads was removed by stepwise elution with hGH. In the first step, the beads were spun with buffer A containing 2 nM hGH. After 17 hours, the beads were pelleted, resuspended in buffer A containing 20 nM hGH, spun for 3 hours, and then pelleted. In the last hGH cleaning,
The beads were suspended in buffer A containing 200 nM hGH,
Spin for hours and then pelletize.

4.グリシン溶離:最も強固に結合したファージミド(即
ち、hGH洗浄後になお結合しているファージミド)を除
去するため、ビーズをグリシン緩衝液[1Mグリシン、HC
lでpH2.0]に懸濁させ、2時間回転させ、ペレット化し
た。この上清(分画「G」;200μl)を、1Mトリス塩基
(30μl)の添加によって中和した。
4. Glycine elution: To remove the most tightly bound phagemids (ie, phagemids still bound after the hGH wash), the beads were washed with glycine buffer [1M glycine, HC
, pH 2.0], spun for 2 hours and pelletized. The supernatant (fraction “G”; 200 μl) was neutralized by the addition of 1 M Tris base (30 μl).

hGHbp−ビーズから溶出した分画G(1x106CFU、5x104
PFU)は、実質的にK07ヘルパーファージ以上にファージ
ミドに富むことはなかった。我々は、これは、組換えフ
ァージミドの増殖中にパッケージされたK07ファージがh
GH−g3p融合体を表示するということに起因するものと
考えている。
Fraction G eluted from hGHbp-beads (1 × 10 6 CFU, 5 × 10 4
PFU) was not substantially more phagemid rich than the K07 helper phage. We found that the K07 phage packaged during growth of the recombinant phagemid h
This is attributed to displaying the GH-g3p fusion.

しかし、BSA被覆された対照ビーズから溶出した分画
Gと比較すると、hGHbp−ビーズは14倍高いCFUを与え
た。これは、非特異的に結合したファージミド以上の、
強固に結合したhGHを表示するファージミドの豊富化を
反映するものである。
However, when compared to fraction G eluted from BSA-coated control beads, the hGHbp-beads provided a 14-fold higher CFU. This is more than non-specifically bound phagemid,
It reflects the enrichment of phagemid displaying tightly bound hGH.

5.増殖:hGHbp−ビーズから溶出した分画Gの一部(4.3x
105CFU)を用いて対数増殖期のWJM101細胞を感染させ
た。形質導入は、分画G(100μl)をWJM101細胞(1m
l)と混合し、37℃で20分間インキュベートし、次いでK
07(感染の多重度=1000)を加えることによって行なっ
た。培養物(25mlの2YTとカルベニシリン)を上記のよ
うに増殖させ、ファージの第2プール(ライブラリー1
G、第1のグリシン溶離用)を上記のように調製した。
5. Proliferation: Part of fraction G eluted from hGHbp-beads (4.3x
10 5 CFU) were used to infect log-growth WJM101 cells. For transduction, fraction G (100 μl) was transferred to WJM101 cells (1 μm).
l), incubate at 37 ° C for 20 minutes, then
07 (multiplicity of infection = 1000). The culture (25 ml of 2YT and carbenicillin) was grown as above and a second pool of phage (library 1
G, for first glycine elution) was prepared as described above.

ライブラリー1Gからのファージ(図3)を、上記のよ
うに、hGHbpビーズへの結合について選択した。hGHbpビ
ーズから溶出した分画Gは、この選択においてBSAビー
ズから溶出した分画Gに比べて30倍高いCFUを含んでい
た。もう一度、分画Gの一部をWJM101細胞中で増殖さ
せ、ライブラリー1G2(グリシン溶離によってこのライ
ブラリーを2回選択したことを示す)を得た。また、2
本鎖DNA(pLIB 1G2)をこの培養物から調製した。
Phage from library 1G (FIG. 3) were selected for binding to hGHbp beads as described above. Fraction G eluted from hGHbp beads contained CFU 30 times higher in this selection than Fraction G eluted from BSA beads. Once again, a portion of fraction G was propagated in WJM101 cells to yield library 1G 2 (indicating that it has selected the library twice by glycine elution). Also, 2
Single-stranded DNA (pLIB 1G 2 ) was prepared from this culture.

dsDNAのKpn I検定および制限選択 バックグラウンド(Kpn I+)鋳型の量を減少させるた
め、pLIB 1G2の一部(約0.5μg)をKpn Iで消化し、WJ
M101細胞中に電気穿孔導入した。これらの細胞を、最初
のライブラリーについて記載したようにK07(感染の多
重度=100)の存在下で増殖させ、新しいファージプー
ルpLIB3を調製した(図3)。
To reduce the amount of dsDNA of Kpn I test and restriction selection background (Kpn I +) template, a portion of pLIB 1G 2 (about 0.5 [mu] g) was digested with Kpn I, WJ
Electroporation was introduced into M101 cells. These cells were grown in the presence of K07 (multiplicity of infection = 100) as described for the original library and a new phage pool, pLIB3, was prepared (FIG. 3).

さらに、最初のライブラリー(pLIB1)由来のdsDNAの
一部(約0.5μg)をKpn Iで消化し、WJM101細胞中に直
接電気穿孔導入した。形質転換体を上記のように回復さ
せ、M13−K07に感染させ、一晩増殖させてファージライ
ブラリー2と命名した新しいファージライブラリーを得
た(図3)。
Further, a part (about 0.5 μg) of the dsDNA derived from the first library (pLIB1) was digested with KpnI and electroporated directly into WJM101 cells. Transformants were recovered as described above, infected with M13-K07, and grown overnight to obtain a new phage library named phage library 2 (FIG. 3).

連続ラウンドの選択 (1)過剰(CFUの10倍)の精製K07ファージ(hGHを
表示しない)をビーズ結合カクテル中に添加した;およ
び(2)hGH段階溶離を緩衝液A単独の短い洗浄に換え
たことを除き、上記のようにしてpLIB2およびpLIB3の両
方に由来するファージミドに対して連続ラウンドでファ
ージミドの結合、溶離および増殖を行なった。また、一
部においてはXL1−Blue細胞をファージミドの増殖に用
いた。
Sequential round selection (1) Excess (10 times CFU) of purified K07 phage (not displaying hGH) was added into the bead binding cocktail; and (2) replacing the hGH step elution with a short wash of buffer A alone Phagemids from both pLIB2 and pLIB3 were bound, eluted and propagated in a continuous round, except as described above, against phagemids derived from both pLIB2 and pLIB3. In some cases, XL1-Blue cells were used for phagemid propagation.

Kpn IによるdsDNAの追加の消化を、最終ラウンドのビ
ーズ結合選択の前にpLIB 2G3およびpLIB 3G5に対して実
施した(図3)。
An additional digestion of the dsDNA with Kpn I was performed on pLIB 2G 3 and pLIB 3G 5 prior to the final round of bead binding selection (FIG. 3).

選択したファージミドのDNA配列決定 LIB 4G4由来の4種の独立して単離したクローンおよ
びLIB 5G6由来の4種の独立して単離したクローンを、
ジデオキシ配列決定によって配列決定した。これら8種
クローンのすべてが、同一のDNA配列: hGHコドン: を有していた。即ち、これらのすべてがhGHの同一突然
変異体(E174S、F176Y)をコードしている。これらクロ
ーン中の残基172は野生型と同様にLysである。また、17
2に対して選択されたコドンも野生型hGHと同一である。
このことは、AAGが同義「NNS」コドンのセットから可能
な唯一のリジン−コドンであるので驚くには当たらな
い。さらに、残基178−Argも野生型と同一であるが、こ
こではライブラリーから選択されたコドンはAAGであっ
て野生型hGHで見い出されるCGCではなかった(後者コド
ンも「NNS」コドンのセットを用いて可能である)。
The isolated clones selected phagemid DNA sequencing LIB 4G 4 from four independently isolated clones and LIB 5G 6 four independently derived from,
Sequenced by dideoxy sequencing. All eight clones have the same DNA sequence: hGH codon: Had. That is, all of them encode the same mutant of hGH (E174S, F176Y). Residue 172 in these clones is Lys as in the wild type. Also, 17
The codon chosen for 2 is also identical to wild type hGH.
This is not surprising since AAG is the only lysine-codon possible from the set of synonymous "NNS" codons. In addition, residue 178-Arg is also identical to wild-type, except that the codon selected from the library was AAG and not the CGC found in wild-type hGH (the latter codon was also a set of "NNS" codons). Is possible).

K07感染の多重度 K07感染の感染多重度は、組換えファージミドの増殖
において重要なパラメーターである。K07の感染多重度
は、ファージミドで形質転換またはトランスフェクショ
ンされた実質的にすべての細胞が新しいファージミド粒
子をパッケージしうることを確保するに十分に高いもの
でなければならない。さらに、それぞれの細胞中の野生
型遺伝子IIIの濃度は高く維持されて、複数のhGH−遺伝
子III融合分子がそれぞれのファージミド粒子上に表示
される可能性を減少させ、それによって結合におけるキ
レート作用を減少させるものであるべきである。しか
し、K07の感染多重度が高すぎるときには、K07のパッケ
ージングは組換えファージミドのパッケージングと競合
するであろう。我々は、1〜10%のバックグラウンドK0
7ファージしか持たない許容しうるファージミド収量
が、K07の感染多重度が100であるときに得られることを
見い出した。
Multiplicity of K07 infection The multiplicity of infection of K07 infection is an important parameter in the growth of recombinant phagemid. The multiplicity of infection of K07 must be high enough to ensure that substantially all cells transformed or transfected with phagemid can package new phagemid particles. In addition, the concentration of wild-type gene III in each cell is maintained high, reducing the likelihood of multiple hGH-gene III fusion molecules being displayed on each phagemid particle, thereby reducing chelation at binding. Should be reduced. However, when the multiplicity of infection of K07 is too high, packaging of K07 will compete with packaging of the recombinant phagemid. We have a background K0 of 1-10%
An acceptable phagemid yield of only 7 phages was found to be obtained when the multiplicity of infection of K07 was 100.

ファージプールを先に示したように標識した(図
3)。感染多重度(moi)はファージミドの増殖の際のK
07感染の多重度(PFU/細胞)を意味する。PFUを越えるC
FUの豊富化は、精製したK07を結合工程に加えたときに
示される。BSAビーズから溶出したCFUを越える、hGHbp
ビーズから溶出されるCFUの比が示されている。プール
中に残存するKpn I含有鋳型(即ち、pH0415)の分画
は、dsDNAをKpn IおよびEcoR Iで消化し、生成物を1%
アガロースゲルで移動させ、陰性の臭化エチジウム染色
DNAをレーザー−スキャニングすることによって測定し
た。
The phage pool was labeled as previously shown (FIG. 3). The multiplicity of infection (moi) is determined by the K
07 means multiplicity of infection (PFU / cell). C beyond PFU
FU enrichment is shown when purified K07 is added to the binding step. HGHbp over CFU eluted from BSA beads
The ratio of CFU eluted from the beads is shown. Fractionation of the KpnI-containing template (ie, pH0415) remaining in the pool was achieved by digesting the dsDNA with KpnI and EcoRI and reducing the product to 1%.
Run on agarose gel and stain negative for ethidium bromide
The DNA was measured by laser-scanning.

ホルモンhGH(E174S、F176Y)の受容体結合の親和性 単一のクローンが2種類の異なる選択経路(図3)か
ら単離されたという事実は、二重突然変異体(E174S、F
176Y)がhGHbpに強く結合することを示唆した。hGHbpに
対するこのhGH突然変異体の親和性を測定するために、
我々はこのhGH突然変異体を、プラスミドpB0720を用い
る部位指向性突然変異誘発によって構築した。このプラ
スミドは、鋳型としての野生型hGH遺伝子、ならびにコ
ドン174および176を変化させる次のオリゴヌクレオチ
ド: hGHコドン: を含有している。得られた構築物pH0458Bを、突然変異
ホルモンの発現のために大腸菌株16C9に導入した。hGHb
pに対するhGH(E174S、F176Y)と125I−hGHの競合結合
のスカッチャード分析により、この(E174S、F176Y)突
然変異体が野生型hGHの結合親和性よりも少なくとも5.0
倍強固な結合親和性を有していることがわかった。
Receptor binding affinity of the hormone hGH (E174S, F176Y) The fact that a single clone was isolated from two different alternative pathways (FIG. 3) indicates that the double mutant (E174S, F176Y)
176Y) strongly binds to hGHbp. To determine the affinity of this hGH mutant for hGHbp,
We constructed this hGH mutant by site-directed mutagenesis using plasmid pB0720. This plasmid contains the wild-type hGH gene as a template, and the following oligonucleotides that change codons 174 and 176: hGH codons: It contains. The resulting construct, pH0458B, was introduced into E. coli strain 16C9 for expression of the mutant hormone. hGHb
Scatchard analysis of the competitive binding of hGH (E174S, F176Y) and 125 I-hGH to p showed that this (E174S, F176Y) mutant had at least 5.0 binding affinity of wild-type hGH.
It was found that the binding affinity was twice as strong.

実施例VIII ホルモン−ファージのヘリックス4ランダ
ムカセットライブラリーからのhGH変異体の選択 ヒト成長ホルモン変異体を、図9に記載のファージミ
ドを用いる本発明の方法によって調製した。
Example VIII Selection of hGH Variants from a Hormone-Phage Helix 4 Random Cassette Library Human growth hormone variants were prepared by the method of the invention using the phagemids described in FIG.

脱−融合性のホルモン−ファージベクターの構築 我々は、(1)ファージ上でhGH部分の表示をさらに
有利にするように、hGHと遺伝子III部分の間の結合を改
良する;(2)実質的に「一価の表示」を得るために融
合タンパク質の発現を限定する;(3)出発ベクターに
対する制限ヌクレアーゼの選択を可能にする;(4)出
発ベクターからの融合タンパク質の発現を排除する;お
よび(5)あるhGH−遺伝子III融合突然変異体からの対
応する遊離ホルモンの容易な発現を達成する;という目
的をもって、カセット突然変異誘発[Wellsら,Gene 34:
315−323(1985)]およびhGH−遺伝子III融合タンパク
質の発現のためのベクターを設計した。
Construction of De-Fusionable Hormone-Phage Vectors We (1) improve the binding between hGH and the gene III part to make display of the hGH part more advantageous on phage; (2) substantially To limit the expression of the fusion protein to obtain a "monovalent representation"; (3) allow selection of restriction nucleases relative to the starting vector; (4) eliminate expression of the fusion protein from the starting vector; and (5) Cassette mutagenesis [Wells et al., Gene 34: with the aim of achieving easy expression of the corresponding free hormone from one hGH-gene III fusion mutant.
315-323 (1985)] and hGH-gene III fusion proteins.

pBR322およびf1の複製起点を含有し、大腸菌phoAプロ
モーター[Bassら,Proteins 8:309−314(1990)]の支
配下にhGH−遺伝子III融合タンパク質(hGH残基1〜19
1、これに1個のGly残基が続き、遺伝子IIIのPro−198
に融合している)を発現する、pS0132のオリゴヌクレオ
チド指向性の突然変異誘発[Kunkelら,Methods Enzymo
l.154:367−382(1987)]によってプラスミドpS0643を
構築した(図9)。オリゴヌクレオチド: を用いて突然変異誘発を行った[このオリゴヌクレオチ
ドは、hGHのPhe−191に続いてXba I部位(下線部)およ
びアンバー停止コドン(TAG)を導入する]。得られた
構築物pS0643においては、遺伝子IIIの一部が削除さ
れ、2つのサイレント突然変異誘発(下線部)が生じ、
hGHと遺伝子IIIの間に次の連結点が生成する: これは、融合タンパク質の全体サイズをpS0132中の401
残基からpS0643中の350残基まで短縮する。hGHに対する
モノクローナル抗体を用いた実験により、ファージ粒子
に組立てられる新しい融合タンパク質のhGH部分は以前
の長い融合体よりも接近しやすいことがわかった。
The hGH-gene III fusion protein (hGH residues 1-19) containing the pBR322 and f1 origins of replication and under the control of the E. coli phoA promoter [Bass et al., Proteins 8: 309-314 (1990)].
1, followed by one Gly residue and the gene III Pro-198
Oligonucleotide-directed mutagenesis of pS0132 [Kunkel et al., Methods Enzymo
l.154: 367-382 (1987)] to construct plasmid pS0643 (Fig. 9). Oligonucleotides: [This oligonucleotide introduces an Xba I site (underlined) and an amber stop codon (TAG) following Phe-191 of hGH]. In the resulting construct pS0643, part of gene III has been deleted, resulting in two silent mutagenesis (underlined),
The following junction points are created between hGH and gene III: This sets the overall size of the fusion protein to 401 in pS0132.
It shortens from residue to 350 residues in pS0643. Experiments with monoclonal antibodies to hGH have shown that the hGH portion of the new fusion protein assembled into phage particles is more accessible than previous long fusions.

ホルモンを表示するファージを増殖させるため、pS06
43および誘導体をJM101またはXL1−Blueなどの大腸菌の
アンバー−サプレッサー株[Bullockら,BioTechniques
5:376−379(1987)]中で増殖させることができる。上
に示したのは、supEサプレッサー株中で起こるアンバー
コドンにおけるGluの置換である。また、他のアミノ酸
による抑制が、周知かつ一般に入手可能な種々の大腸菌
株において可能である。
To grow phage that display hormones, pS06
Amber-suppressor strains of E. coli such as JM101 or XL1-Blue [Bullock et al., BioTechniques
5: 376-379 (1987)]. Shown above is a Glu substitution at the amber codon that occurs in the supE suppressor strain. Suppression by other amino acids is also possible in various well-known and commonly available E. coli strains.

融合体の遺伝子III部分を含まないhGH(または、突然
変異体)を発現させるために、pS0643および誘導体を単
に16C9などの非サプレッサー株において増殖させること
ができる。この場合にはアンバーコドン(TAG)は翻訳
の終止を導き、独立したDNA構築を必要とすることなく
遊離のホルモンを与える。
To express hGH (or mutant) that does not contain the gene III portion of the fusion, pS0643 and derivatives can simply be grown in non-suppressor strains such as 16C9. In this case, the amber codon (TAG) leads to the termination of translation and provides free hormone without the need for independent DNA assembly.

カセット突然変異誘発のための部位を創製するため、
pS0643をオリゴヌクレオチド: [これは、pS0643の唯一のBg III部位を破壊する]; [これは、唯一のBstE II部位、1塩基のフレームシフ
ト、および非アンバー停止コドン(TGA)を挿入す
る];および [これは、新規なBg III部位を導入する] で突然変異させて出発ベクターpH0509を得た。TGA停止
コドンと共にフレームシフトを加えることにより、出発
ベクターから遺伝子III融合体が産生され得ないことが
確保される。BstE II−Bg IIIセグメントをpH0509から
切出し、所望のコドンのところで突然変異させたDNAカ
セットで置換した。また、hGH中の他の位置におけるカ
セット突然変異誘発のための他の制限部位も、このホル
モン−ファージベクター中に導入した。
To create a site for cassette mutagenesis,
pS0643 to oligonucleotide: [This destroys the unique Bg III site of pS0643]; [This inserts a unique BstE II site, one base frameshift, and a non-amber stop codon (TGA)]; and [This introduces a new BgIII site] to give the starting vector pH0509. Adding a frameshift with a TGA stop codon ensures that no Gene III fusion can be produced from the starting vector. The BstE II-Bg III segment was excised from pH0509 and replaced with a mutated DNA cassette at the desired codon. Other restriction sites for cassette mutagenesis at other positions in hGH were also introduced into this hormone-phage vector.

hGHのヘリックス内のカセット突然変異誘発 hGHのコドン172、174、176および178をランダム突然
変異誘発の標的とした。この理由は、これらすべてがhG
Hの表面またはその近くに存在し、受容体結合に有意に
寄与し[CunninghamおよびWells,Science 244:1081−10
85(1989)];これらすべてが十分に定義された構造内
に存在し、ヘリックス4の同じ側の2「ターン」を占
め;そして、これらのそれぞれがhGHの既知の進化変異
体の中の少なくとも1つのアミノ酸で置換されているた
めである。
Cassette Mutagenesis within the hGH helix hGH codons 172, 174, 176 and 178 were targeted for random mutagenesis. The reason for this is that all these hG
H at or near H and significantly contributes to receptor binding [Cunningham and Wells, Science 244: 1081-10
85 (1989)]; all of which exist within a well-defined structure and occupy two “turns” on the same side of helix 4; and each of these represents at least one of the known evolutionary variants of hGH. This is because it has been substituted with one amino acid.

我々は、それぞれの標的残基にNNS(N=A/G/C/T;S=
G/C)の置換を選択した。このNNS同義性配列の選択によ
り、4つの部位に32種の可能なコドン(少なくとも1つ
の各アミノ酸のためのコドン)が得られ、合計(32)
=1,048,576の可能なヌクレオチド配列、または(20)
=160,000の可能なポリペプチド配列が得られる。唯
一の停止コドンであるアンバー(TAG)がこのコドン選
択により可能であり、このコドンは大腸菌のsupE株にお
いてGlu1として抑制することができる。
We use NNS (N = A / G / C / T; S =
G / C). This selection of the NNS synonymous sequence yields 32 possible codons (codons for at least one each amino acid) at four sites, for a total of (32) 4
= 1,048,576 possible nucleotide sequences, or (20)
4 = 160,000 possible polypeptide sequences are obtained. The only stop codon, amber (TAG), is possible through this codon selection, and this codon can be suppressed as Glu1 in the supE strain of E. coli.

コドン172、174、176および178にNNSを有する2種類
の同義性(縮重)オリゴヌクレオチドを合成し、ホスホ
リル化し、アニールさせて突然変異カセットを構築し
た: BstE IIに続いてBg IIIでpH0509を消化することによっ
てベクターを調製した。生成物を1%アガロースゲル上
で移動させ、大きいフラグメントを切り出し、フェノー
ル抽出し、エタノール沈澱させた。このフラグメントを
ウシ腸ホスファターゼ(Boehringer)で処理し、次いで
フェノール:クロロホルム抽出し、エタノール沈澱さ
せ、突然変異用カセットとの連結用に再懸濁した。
Two synonymous (degenerate) oligonucleotides with NNS at codons 172, 174, 176 and 178 were synthesized, phosphorylated and annealed to construct a mutation cassette: The vector was prepared by digesting pH0509 with BstE II followed by Bg III. The product was run on a 1% agarose gel, the large fragment was excised, phenol extracted and ethanol precipitated. This fragment was treated with bovine intestinal phosphatase (Boehringer), then phenol: chloroform extracted, ethanol precipitated and resuspended for ligation with the mutation cassette.

XL1−Blue細胞における最初のライブラリーの増殖 連結の後、反応生成物をBstE IIでもう一度消化し、
次いでフェノール:クロロホルム抽出し、エタノール沈
澱させ、水に再懸濁した[BstE II認識部位(GGTNACC)
が、コドン172の3位にGおよび174にACC(Thr)コドン
を含むカセット内に創製される。しかし、この工程での
BstE IIによる処理は、あらゆる可能な突然変異カセッ
トに対して選択しないはずである。この理由は、実質的
にすべてのカセットがヘテロ2本鎖であり、この酵素に
よって切断され得ないためである]。約150ng(45fモ
ル)のDNAを、0.2cmキュベット中のXL1−Blue細胞(0.0
45ml中に1.8x109細胞)に、単一パルスの電圧設定2.49k
V(時間定数=4.7m秒)で電気穿孔導入した。
Growth of the first library in XL1-Blue cells After ligation, the reaction product was digested once more with BstE II,
Then phenol: chloroform extraction, ethanol precipitation and resuspension in water [BstE II recognition site (GGTNACC)
Is created in a cassette containing a G at position 3 of codon 172 and an ACC (Thr) codon at position 174. However, in this process
Treatment with BstE II should not select for all possible mutation cassettes. The reason for this is that virtually all cassettes are heteroduplex and cannot be cleaved by this enzyme]. Approximately 150 ng (45 fmoles) of DNA was added to XL1-Blue cells (0.0
1.8x10 9 cells in 45ml), single pulse voltage setting 2.49k
Electroporation was introduced at V (time constant = 4.7 ms).

この細胞を振盪しながらS.O.C.培地において37℃で1
時間回復させ、次いで2YT培地(25ml)、100mg/mlカル
ベニシリン、およびM13−K07(moi=100)と混合した。
23℃で10分間の後、培養物を振盪しながら37℃で一晩
(15時間)インキュベートした。この培養物からの連続
希釈物をカルベニシリン含有培地にプレーティングする
ことにより、3.9x107の電気形質転換体が得られたこと
がわかった。
The cells were shaken at 37 ° C in SOC medium for 1 hour.
Allowed to recover for time, then mixed with 2YT medium (25 ml), 100 mg / ml carbenicillin, and M13-K07 (moi = 100).
After 10 minutes at 23 ° C., the culture was incubated overnight (15 hours) at 37 ° C. with shaking. By plating serial dilutions from this culture on a medium containing carbenicillin, it was found that 3.9 × 10 7 electrotransformants had been obtained.

一晩インキュベートの後、細胞をペレット化し、pH05
29E(最初のライブラリー)と命名した2本鎖DNA(dsDN
A)をアルカリ溶解法によって調製した。この上清をも
う一度遠心してすべての残存細胞を除去し、ファージプ
ールφH0529E(最初のファージライブラリー)と命名し
たファージをPEG沈澱させ、STE緩衝液[10mMトリス(pH
7.6)、1mM EDTA、50mM NaCl](1ml)に再懸濁した。
ファージ力価は、hGH−g3pを含有する組換えファージミ
ドについてコロニー形成単位(CFU)として測定した。
出発ライブラリーから約4.5x1013CFUが得られた。
After an overnight incubation, pellet the cells to pH05.
Double-stranded DNA (dsDN) named 29E (first library)
A) was prepared by the alkali dissolution method. The supernatant was centrifuged once more to remove all remaining cells, and a phage named phage pool φH0529E (the first phage library) was PEG precipitated, and STE buffer [10 mM Tris (pH
7.6), 1 mM EDTA, 50 mM NaCl] (1 ml).
Phage titers were measured as colony forming units (CFU) for recombinant phagemid containing hGH-g3p.
About 4.5 × 10 13 CFU was obtained from the starting library.

出発ライブラリーの同義性(縮重) 電気形質転換体のプールからの58のクローンを、BstE
II−Bg IIIカセットの領域において配列決定した。こ
れらの中で、17%が出発ベクターに対応しており、17%
が少なくとも1つのフレームシフトを含有しており、そ
して7%が4つの標的コドンの外側に非サイレント(非
終止)突然変異を含有していた。我々は、41%のクロー
ンが上記基準のいずれかによる欠点を有しており、2.0x
107の当初形質転換体の合計機能的プールが残るものと
結論した。それでもなお、この数は可能性あるDNA配列
数をほぼ20倍越えている。従って、我々は出発ライブラ
リーにおいて示されるすべての可能性ある配列を有する
ことを確信している。
Synonyms of the starting library (degenerate) 58 clones from the pool of electrotransformants were
Sequences were made in the region of the II-Bg III cassette. Of these, 17% correspond to the starting vector and 17%
Contained at least one frameshift and 7% contained non-silent (non-termination) mutations outside the four target codons. We found that 41% of clones had drawbacks due to any of the above criteria,
10 7 initially concluded that what remains are a total functional pool of transformants. Nevertheless, this number almost exceeds the number of possible DNA sequences by a factor of 20. Therefore, we are convinced that we have all possible sequences shown in the starting library.

我々は、選択されなかったファージの配列を調べて突
然変異誘発におけるコドンの偏向度を評価した(表
V)。これらの結果により、一部のコドン(および、ア
ミノ酸)がランダムな予想に比べて多いかまたは少ない
ことが示されるが、このライブラリーは極めて多様性が
高く、大量の「兄弟」縮従の証拠は存在しないことがわ
かった(表VI)。
We evaluated the sequence of unselected phage to assess the degree of codon bias in mutagenesis (Table V). Although these results indicate that some codons (and amino acids) are more or less than random predictions, the library is very diverse and evidence of a large amount of "sibling" subordination Was found not to be present (Table VI).

固定化pGHbpおよびhPRLbpの調製 野生型hGHbp[Fuhら,J.Biol.Chem.265:3111−3115(1
990)]を用いたことを除き、文献[Bassら,Proteins
8:309−314(1990)]に記載のようにして固定化hGHbp
(「hGHbp−ビーズ」)を調製した。[125I]hGHとの競
合結合実験により、1μlのビーズ懸濁液あたり58fモ
ルの機能的hGHbpが結合することがわかった。
Preparation of immobilized pGHbp and hPRLbp Wild-type hGHbp [Fuh et al., J. Biol. Chem. 265: 3111-3115 (1
990)] except that [Bass et al., Proteins
8: 309-314 (1990)].
("HGHbp-beads") was prepared. Competitive binding experiments with [ 125 I] hGH showed that 58 fmol of functional hGHbp bound per 1 μl of bead suspension.

プロラクチン受容体[Cunninghamら,Science 250:170
9−1712(1990)]の211残基の細胞外ドメインを用い
て、上記のように固定化hPRLbp(「hPRLbp−ビーズ」)
を調製した。50μMの亜鉛の存在下での[125I]hGHと
の競合結合実験により、1μlのビーズ懸濁液あたり2.
1fモルの機能的hPRLbpが結合することがわかった。
Prolactin receptor [Cunningham et al., Science 250: 170
9-1712 (1990)] and immobilized hPRLbp ("hPRLbp-beads") as described above using the 211 extracellular domain.
Was prepared. Competition binding experiments with [ 125 I] hGH in the presence of 50 μM zinc resulted in 2.
1 fmol of functional hPRLbp was found to bind.

「ブランクビーズ」は、オキシラン−アクリルアミド
ビーズを0.6Mエタノールアミン(pH9.2)により4℃で1
5時間処理することによって調製した。
“Blank beads” were prepared by mixing oxirane-acrylamide beads with 0.6 M ethanolamine (pH 9.2) at 4 ° C.
Prepared by treating for 5 hours.

固定化hGHbpおよびhPRLbpを用いる結合選択 ビーズに対するホルモン−ファージの結合を、次の緩
衝液のいずれかにおいて実施した:hGHbpおよびブランク
ビーズを用いる選択に対しては緩衝液A[PBS、0.5%BS
A、0.05%ツイーン20、0.01%メチロサール];亜鉛の
存在下(+Zn2+)にhPRLbpを用いる選択に対しては緩衝
液B[50mMトリス(pH7.5)、10mM MgCl2、0.5%BSA、
0.05%ツイーン20、100mM ZnCl2];または、亜鉛の非
存在下(+EDTA)にhPRLbpを用いる選択に対しては緩衝
液C[PBS、0.5%BSA、0.05%ツイーン20、0.01%チメ
ロサール、10mM EDTA]。結合選択は、次の経路のそれ
ぞれに従って実施した:(1)ブランクビーズに対する
結合、(2)hGHbp−ビーズに対する結合、(3)hPRLb
p−ビーズに対する結合(+Zn2+)、(4)hPRLbp−ビ
ーズに対する結合(EDTA)、(5)hGHbpビーズによる
2回の予備吸着とその後の未吸着分画のhPRLbp−ビーズ
への結合(「−hGHbp、+hPRLbp」選択)、または
(6)hPRLbp−ビーズによる2回の予備吸着とその後の
未吸着分画のhGHbp−ビーズへの結合(「−hPRLbp、+h
GHbp」選択)。後者の2つの操作は、それぞれhPRLbpと
結合するがhGHbpとは結合しない突然変異体、またはhGH
bpと結合するがhPRLbpとは結合しない突然変異体を豊富
化するものと予想される。各サイクルにおけるファージ
の結合と溶離は、次のように実施した: 1.結合:ホルモンファージの一部(通常は109〜1010CF
U)を等量の非ホルモンファージ(pCAT)と混合し、適
当な緩衝液(A、BまたはC)で希釈し、1.5mlのポリ
プロピレン試験管において200mlの総容量でhGHbp、hPRL
bpまたはブランクビーズの緩衝液(10ml)と混合した。
このファージを、ゆっくり回転(約7rpm)させながら室
温(23℃)で1時間インキュベートすることによってビ
ーズと結合させた。以下の工程は、200μlの一定容量
を用い、室温で行なった。
Binding selection using immobilized hGHbp and hPRLbp Hormone-phage binding to beads was performed in any of the following buffers: buffer A [PBS, 0.5% BS for selection using hGHbp and blank beads.
A, 0.05% Tween 20, 0.01% Methylosal]; Buffer B [50 mM Tris (pH 7.5), 10 mM MgCl 2 , 0.5% BSA, for selection using hPRLbp in the presence of zinc (+ Zn 2+ )
Buffer C [PBS, 0.5% BSA, 0.05% Tween 20, 0.01% Thimerosal, 10 mM EDTA for selection using hPRLbp in the absence of zinc (+ EDTA); 0.05% Tween 20, 100 mM ZnCl 2 ]; ]. Binding selection was performed according to each of the following routes: (1) binding to blank beads, (2) binding to hGHbp-beads, (3) hPRLb.
binding to p-beads (+ Zn 2+ ), (4) binding to hPRLbp-beads (EDTA), (5) two pre-adsorptions with hGHbp beads followed by binding of unadsorbed fraction to hPRLbp-beads (“ -HGHbp, + hPRLbp "selection), or (6) two pre-adsorptions with hPRLbp-beads and subsequent binding of unadsorbed fractions to hGHbp-beads (" -hPRLbp, + hPRLbp ").
GHbp ”). The latter two procedures are mutants that bind hPRLbp but not hGHbp, respectively, or hGH
It is expected to enrich for mutants that bind bp but not hPRLbp. Phage binding and elution in each cycle was performed as follows: 1. Binding: a portion of the hormone phage (usually 10 9 -10 10 CF
U) is mixed with an equal volume of non-hormonal phage (pCAT), diluted with a suitable buffer (A, B or C) and hGHbp, hPRL in a total volume of 200 ml in 1.5 ml polypropylene tubes.
Mix with bp or blank bead buffer (10 ml).
The phage was bound to the beads by incubating at room temperature (23 ° C.) for 1 hour with slow rotation (about 7 rpm). The following steps were performed at room temperature using a constant volume of 200 μl.

2.洗浄:ビーズを15秒間回転させ、上清を除去した。非
特異的に結合したファージ数を減少させるため、このビ
ーズを適当な緩衝液に短時間再懸濁することにより5回
洗浄し、次いでペレット化した。
2. Washing: The beads were spun for 15 seconds and the supernatant was removed. To reduce the number of non-specifically bound phage, the beads were washed five times by brief resuspension in the appropriate buffer and then pelleted.

3.hGH溶離:ビーズに弱く結合したファージを、hGHによ
る溶離によって除去した。このビーズを400nM hGH含有
の適当な緩衝液と共に15〜17時間回転させた。この上清
を「hGH溶出液」およびビーズとした。このビーズを緩
衝液に短時間再懸濁し、ペレット化することによって洗
浄した。
3. hGH elution: Phage weakly bound to the beads were removed by elution with hGH. The beads were spun with the appropriate buffer containing 400 nM hGH for 15-17 hours. This supernatant was used as “hGH eluate” and beads. The beads were washed by brief resuspension in buffer and pelleting.

4.グリシン溶離:最も強固に結合したファージ(即ち、
hGH洗浄後になお結合しているファージ)を除去するた
め、ビーズをグリシン緩衝液[緩衝液Aに0.2Mグリシン
を追加し、HClでpH2.0にする]に懸濁させ、1時間回転
させ、ペレット化した。この上清(「グリシン溶出
液」;200μl)を、1Mトリス塩基(30ml)の添加によっ
て中和し、4℃で保存した。
4. Glycine elution: The most tightly bound phage (ie,
To remove any phage still bound after the hGH wash, suspend the beads in glycine buffer [add 0.2 M glycine to buffer A and bring to pH 2.0 with HCl], spin for 1 hour, Pelletized. The supernatant ("glycine eluate"; 200 μl) was neutralized by the addition of 1 M Tris base (30 ml) and stored at 4 ° C.

5.増殖:各組の条件のもと各組のビーズからのhGH溶出
液およびグリシン溶出液の一部を用いて対数増殖期のXL
1−Blue細胞の独立した培養物を感染させた。形質導入
は、ファージをXL1−Blue細胞(1ml)と混合し、37℃で
20分間インキュベートし、次いでK07(moi=100)を加
えることによって行なった。培養物(25mlの2YTとカル
ベニシリン)を上記のように増殖させ、ファージの次の
プールを上記のように調製した。
5. Proliferation: XL in logarithmic growth phase using a part of hGH eluate and glycine eluate from each set of beads under each set of conditions
Independent cultures of 1-Blue cells were infected. For transduction, the phage was mixed with XL1-Blue cells (1 ml) and incubated at 37 ° C.
This was performed by incubating for 20 minutes and then adding K07 (moi = 100). Cultures (25 ml of 2YT and carbenicillin) were grown as above and the next pool of phage was prepared as above.

ファージの結合、溶離および増殖を、上記のサイクル
に従って、連続ラウンドで行なった。例えば、hGHbpビ
ーズからのhGH溶出液から増幅したファージをhGHbpビー
ズでもう一度選択し、hGHで溶離し、次いでXL1−Blue細
胞の新鮮培養物の感染に用いた。上記の選択法のそれぞ
れに対して5ラウンドの選択および増殖の3ラウンドを
実施した。
Phage binding, elution and propagation were performed in consecutive rounds according to the cycle described above. For example, phage amplified from hGH eluate from hGHbp beads was selected once more with hGHbp beads, eluted with hGH, and then used to infect a fresh culture of XL1-Blue cells. Five rounds of selection and three rounds of expansion were performed for each of the above selection methods.

選択したファージミドのDNA配列決定 各サイクルのhGHおよびグリシン溶離工程からのファ
ージの一部をXL1−Blue細胞の接種に用い、これをカル
ベニシリンおよびテトラサイクリン含有のLB培地にプレ
ーティングして各ファージプールに由来する独立したク
ローンを得た。単離したコロニーから1本鎖DNAを調製
し、突然変異カセット領域の配列決定を行なった。この
DNA配列決定の結果を、図5、図6、図7および図8に
推定アミノ酸配列としてまとめる。
DNA sequencing of selected phagemids A portion of the phage from the hGH and glycine elution steps of each cycle was used for inoculation of XL1-Blue cells, which were plated on LB medium containing carbenicillin and tetracycline and derived from each phage pool. Independent clones were obtained. Single-stranded DNA was prepared from the isolated colonies, and the mutation cassette region was sequenced. this
The results of DNA sequencing are summarized in FIGS. 5, 6, 7 and 8 as deduced amino acid sequences.

hGH突然変異体の発現および検定 hGHbpに対する選択したhGH突然変異体の一部の結合親
和性を測定するため、配列決定したクローン由来のDNA
を大腸菌株16C9に導入した。上記のように、この株は非
サプレッサー株であって、hGHの最後のPhe−191残基の
後でタンパク質の翻訳を終止させる。1本鎖DNAをこれ
らの形質転換に用いたが、2本鎖DNAまたは全ファージ
であっても、遊離ホルモンの発現用の非サプレッサー株
中に容易に電気穿孔導入することができる。
Expression and Assay of hGH Mutants DNA from clones sequenced to determine the binding affinity of some of the selected hGH mutants to hGHbp
Was introduced into E. coli strain 16C9. As described above, this strain is a non-suppressor strain that terminates protein translation after the last Phe-191 residue of hGH. Although single-stranded DNA was used for these transformations, either double-stranded DNA or whole phage can be easily electroporated into non-suppressor strains for free hormone expression.

hGHの突然変異体は、hGHについて記載されているよう
に、硫酸アンモニウム沈澱により浸透圧ショックを与え
た細胞から調製した[Olsonら,Nature 293:408−411(1
981)]。また、タンパク質濃度は、hGHを標準として用
いて、クーマシー染色SDS−ポリアクリルアミドゲル電
気泳動ゲルのレーザー・デンシトメトリーによって測定
した[CunninghamおよびWells,Science 244:1081−1085
(1989)]。
Mutants of hGH were prepared from cells that were osmotically shocked by ammonium sulfate precipitation as described for hGH [Olson et al., Nature 293: 408-411 (1).
981)]. Protein concentration was also measured by laser densitometry on a Coomassie stained SDS-polyacrylamide gel electrophoresis gel using hGH as a standard [Cunningham and Wells, Science 244: 1081-1085.
(1989)].

各突然変異体の結合親和性は、抗−受容体モノクロー
ナル抗体(Mab263)を用い、文献[Spencerら,J.Biol.C
hem.263:7862−7867(1988);Fuhら,J.Biol.Chem.265:3
111−3115(1990)]記載のように125I hGHを置換する
ことによって測定した。
The binding affinity of each mutant was determined using an anti-receptor monoclonal antibody (Mab263) as described in the literature [Spencer et al., J. Biol.
hem. 263: 7862-7867 (1988); Fuh et al., J. Biol. Chem. 265: 3.
111-3115 (1990)] by substituting 125 I hGH.

異なる経路(図6)によって選択したhGH突然変異体
数の結果を表VIIに示す。これら突然変異体の多くが、h
GHbpに対して野生型hGHよりも強い結合親和性を有して
いる。最も改善された突然変異体であるKSYRは、野生型
hGHよりも5.6倍高い結合親和性を有している。これら検
定した突然変異体の中で選択された最も弱い突然変異体
は、hGHに比べて結合親和性が約10倍低いものでしかな
かった。
The results of the number of hGH mutants selected by the different routes (FIG. 6) are shown in Table VII. Many of these mutants have h
It has a stronger binding affinity for GHbp than wild-type hGH. The most improved mutant, KSYR, is wild-type
It has 5.6 times higher binding affinity than hGH. The weakest mutant selected among these tested mutants had only about 10-fold lower binding affinity than hGH.

結合検定は、hPRLbp−結合に対して選択した突然変異
体について実施することもできる。
Binding assays can also be performed on mutants selected for hPRLbp-binding.

結合に及ぼす加成および非加成効果 一部の残基において、特定アミノ酸の置換が周囲残基
とは独立した実質的に同じ作用を有している。例えば、
172R/174SのバックグラウンドにおいてF176Yの置換は結
合親和性を2.0倍減少させる(RSFR対RSYR)。同様に、1
72K/174AのバックグラウンドにおいてF176Y突然変異体
(KAYR)の結合親和性は、対応する176F突然変異体[KA
FR;CunninghamおよびWells(1989)]よりも2.9倍弱
い。
Additive and non-additive effects on binding At some residues, substitution of a particular amino acid has substantially the same effect, independent of surrounding residues. For example,
Substitution of F176Y in the 172R / 174S background reduces binding affinity by 2.0-fold (RSFR vs. RSYR). Similarly, 1
In a background of 72K / 174A, the binding affinity of the F176Y mutant (KAYR) was determined by the corresponding 176F mutant [KA
FR; Cunningham and Wells (1989)].

他方、いくつかの選択したhGH突然変異体について測
定した結合定数は、残基172、174、176および178におけ
る一部のアミノ酸置換の非加成性の効果を示す。例え
ば、172K/176Yのバックグラウンドにおいて、E174Sの置
換は、E174Aを含有する対応する突然変異体(KAYR)よ
りも3.7倍強固にhGHbpと結合する突然変異体(KSYR)を
与える結果になる。しかし、172R/176Yのバックグラウ
ンドにおいて、これらE174置換の効果は逆になる。この
場合、E174A突然変異体(RAYR)はE174S突然変異体(RS
YR)よりも1.5倍強固に結合する。
On the other hand, the binding constants measured for some selected hGH mutants show the non-additive effects of some amino acid substitutions at residues 172, 174, 176 and 178. For example, in the 172K / 176Y background, substitution of E174S results in a mutant (KSYR) that binds hGHbp 3.7-fold more tightly than the corresponding mutant containing E174A (KAYR). However, in the 172R / 176Y background, the effects of these E174 substitutions are reversed. In this case, the E174A mutant (RAYR) is replaced with the E174S mutant (RS
It binds 1.5 times stronger than (YR).

このような近接残基における置換の結合に及ぼす非加
成性効果は、いくつかの位置においてランダム化された
ライブラリーから最適突然変異体を選択する手段として
のタンパク質−ファージ結合選択の用途を示すものであ
る。詳細な構造の情報が存在せず、このような選択法が
ないと、最適突然変異体の発見までに多数の置換の組合
せが試されることになるであろう。
Such non-additive effects on the binding of substitutions at adjacent residues indicate the use of protein-phage binding selection as a means to select optimal mutants from a randomized library at some positions. Things. In the absence of detailed structural information, and without such a selection method, a large number of substitution combinations would be tried before finding the optimal mutant.

実施例IX ホルモン−ファージのヘリックス1ランダム
カセットライブラリーからのhGH突然変異体の選択 実施例VIIIに記載した方法を用いて、hGHbpおよび/
またはhPRLbpへの結合に関与しているhGHの別の領域、
即ちヘリックス1の残基10、14、18、21をphGHam−g3p
ベクター(pS0643としても知られている;実施例VIIIを
参照)におけるランダム突然変異誘発の標的とした。
Example IX Selection of hGH Mutants from Helix 1 Random Cassette Library of Hormone-Phage Using the method described in Example VIII, hGHbp and / or
Or another region of hGH involved in binding to hPRLbp,
That is, residues 10, 14, 18, and 21 of helix 1 were replaced with phGHam-g3p
Targeted for random mutagenesis in the vector (also known as pS0643; see Example VIII).

我々は「アンバー」hGH−g3構築物(phGHam−g3pと呼
ぶ)の使用を選択したが、この理由はそれが結合に対し
てより接近しやすい標的タンパク質hGHを作成するよう
であるためである。このことは、モノクローナル抗体結
合の比較ELISA検定からのデータによって支持される。p
S0132[S.Bass,R.Greene,J.A.Wells,Proteins 8:306(1
990)]およびphGHam−g3の両方から生成したファージ
を、hGHのカルボキシ末端の近くに結合決定基を有する
ことが知られている3種の抗体(Medix2、1B5.G2、およ
び5B7.C10)[B.C.Cunningham,P.Jhurani,P.Ng,J.A.Wel
ls,Science 243:1330(1989);B.C.CunninghamおよびJ.
A.Wells,Science 244:1081(1989);L.JinおよびJ.Well
s(未公表の結果)]、ならびにヘリックス1および3
中の決定基を認識する1種の抗体(Medix1)[B.C.Cunn
ingham,P.Jhurani,P.Ng,J.A.Wells,Science 243:1330
(1989);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells,Science 24
4:1081(1989)]を用いて試験した。pbGHam−g3からの
ファージミド粒子は、pS0132からのファージミド粒子よ
りも抗体Medix2、1B5.G2および5B7.C10とさらに強く反
応した。特に、pS0132粒子の結合は、Medix1に対する結
合と比較して、Medix2および5B7.C10の両方に対しては
>2000倍減少し、1B5.G2に対しては>25倍減少した。一
方、phGHam−g3ファージの結合は、Medix1に対する結合
と比較して、Medix2、1B5.G2および5B7.C10抗体に対し
てそれぞれ約1.5倍、1.2倍および2.3倍弱くなるにすぎ
なかった。
We chose to use the “amber” hGH-g3 construct (referred to as phGHam-g3p) because it appears to create a target protein hGH that is more accessible for binding. This is supported by data from a comparative ELISA assay for monoclonal antibody binding. p
S0132 [S. Bass, R. Greene, JA Wells, Proteins 8: 306 (1
990)] and phage generated from both phGHam-g3 and three antibodies (Medix2, 1B5.G2, and 5B7.C10) known to have binding determinants near the carboxy terminus of hGH [5]. BCCunningham, P.Jhurani, P.Ng, JAWel
ls, Science 243: 1330 (1989); BCCunningham and J.
A. Wells, Science 244: 1081 (1989); L. Jin and J. Well
s (unpublished result)], and helices 1 and 3
Antibody (Medix1) recognizing determinants in BCCunn
ingham, P.Jhurani, P.Ng, JAWells, Science 243: 1330
(1989); BCCunningham and JAWells, Science 24
4: 1081 (1989)]. Phagemid particles from pbGHam-g3 reacted more strongly with antibodies Medix2, 1B5.G2 and 5B7.C10 than phagemid particles from pS0132. In particular, the binding of pS0132 particles was reduced> 2000-fold for both Medix2 and 5B7.C10 and> 25-fold for 1B5.G2 compared to binding to Medix1. On the other hand, the binding of the phGHam-g3 phage was only about 1.5-fold, 1.2-fold and 2.3-fold weaker for the Medix2, 1B5.G2 and 5B7.C10 antibodies, respectively, compared to the binding to Medix1.

カセット突然変異誘発によるヘリックス1ライブラリー
の作成 アラニン−スキャニング突然変異誘発[B.C.Cunningh
am,P.Jhurani,P.Ng.J.A.Wells,Science 243:1330(198
9);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells,Science 244:1081
(1989),15,16]によって以前に同定されていたヘリッ
クス1中の残基に突然変異を行なって、hGHおよび/ま
たはhPRL受容体(それぞれ、hGHbpおよびhPRLbpと呼
ぶ)の細胞外ドメインの結合を変調させた。カセット突
然変異誘発は実質的に文献[J.A.Wells,M.Vasser,D.B.P
owers,Gene 34:315(1985)]記載のように行なった。
このライブラリーは、オリゴヌクレオチド: 5'−GCC TTT GAC AGG TAC CAG GAG TTT G−3'および 5'−CCA ACT ATA CCA CTC TCG AGG TCT ATT CGA TAA
C−3' をそれぞれ用いる突然変異誘発によって唯一のKpn I(h
GHコドン28のところ)およびXho I(hGHコドン6のとこ
ろ)制限部位(下線部)が挿入されたphGHam−g3[T.A.
Kunkel,J.D.Roberts,R.A.Zakour,Methods Enzymol.154:
367−382]の突然変異体を用いる、4残基を一度にすべ
て突然変異させるカセット突然変異誘発(実施例VIIIを
参照)によって作成した。また、後者のオリゴは+1の
フレームシフト(下線部の最後のG)を導入し、これが
出発ベクターからの翻訳を終止させ、ファージミドライ
ブラリー中の野生型のバックグラウンドを最少にした。
この出発ベクターをpH0508Bと命名した。hGH残基10、1
4、18、21を突然変異させたヘリックス1ライブラリー
は、相補性オリゴヌクレオチド: から調製したカセットを、pH0508Bの大きいXho I−Kpn
Iフラグメントに連結することによって作成した。このK
pn I部位は連結生成物の連結部において破壊され、非突
然変異バックグラウンドの分析に制限酵素消化を使用す
ることを可能にした。
Construction of Helix 1 Library by Cassette Mutagenesis Alanine-Scanning Mutagenesis [BCCunningh
am, P. Jhurani, P. Ng. JAWells, Science 243: 1330 (198
9); BCCunningham and JAWells, Science 244: 1081
(1989), 15, 16] by mutating residues in helix 1 previously identified by hGH and / or binding of the extracellular domains of the hPRL receptor (designated hGHbp and hPRLbp, respectively). Was modulated. Cassette mutagenesis has been described essentially in the literature [JAWells, M. Vasser, DBP
owers, Gene 34: 315 (1985)].
This library contains oligonucleotides: 5'-GCC TTT GAC AGG TAC CAG GAG TTT G-3 'and 5'-CCA ACT ATA CCA CTC TCG AGG TCT ATT CGA TAA
Only Kpn I (h
PhGHam-g3 [TA] with GH codon 28) and Xho I (hGH codon 6) restriction sites (underlined) inserted.
Kunkel, JDRoberts, RAZakour, Methods Enzymol. 154:
367-382] using cassette mutagenesis to mutate all four residues at once (see Example VIII). The latter oligo also introduced a +1 frameshift (the last G underlined), which terminated translation from the starting vector and minimized wild-type background in the phagemid library.
This starting vector was named pH0508B. hGH residues 10, 1
The helix 1 library with mutated 4, 18, 21 comprises complementary oligonucleotides: The cassette prepared from XhoI-Kpn pH0508B
Created by ligation to the I fragment. This K
The pn I site was broken at the junction of the ligation product, allowing the use of restriction digestion for analysis of the non-mutated background.

このライブラリーは少なくとも107の別個の形質転換
体を含んでおり、このライブラリーが完全にランダム
(106の異なるコドン組合せ)であるときには、平均し
て約10コピーのそれぞれ可能な突然変異hGH遺伝子が得
られる。Kpn Iを用いる制限分析により、ヘリックス1
ライブラリー構築物の少なくとも80%が挿入されたカセ
ットを含有していることがわかった。
This library contains at least 10 7 separate transformants, and when the library is completely random (10 6 different codon combinations), on average about 10 copies of each possible mutant hGH The gene is obtained. Helix 1 by restriction analysis using Kpn I
It was found that at least 80% of the library construct contained the inserted cassette.

このライブラリーからのhGH−ファージの結合豊富化
を、既述(実施例VIII)のようにオキシラン−ポリアク
リルアミドビーズ(Sigma Chemical Co.)上に固定化し
たhGHbpを用いて行なった。ヘリックス1中の4つの残
基(F10、M14、H18およびH21)が同じように突然変異さ
れ、4および6サイクル後に非野生型コンセンサスが現
れた(表VIII)。ヘリックス1の疎水性面の10位は疎水
性である傾向にあり、一方、親水性面の21および18位は
傾向的にAsnが優勢であり、14位には明白なコンセンサ
スが認められなかった(表IX)。
Enrichment of hGH-phage binding from this library was performed using hGHbp immobilized on oxirane-polyacrylamide beads (Sigma Chemical Co.) as described previously (Example VIII). Four residues in helix 1 (F10, M14, H18 and H21) were similarly mutated, giving a non-wild type consensus after 4 and 6 cycles (Table VIII). Position 10 on the hydrophobic side of helix 1 tends to be hydrophobic, whereas positions 21 and 18 on the hydrophilic side are predominantly Asn dominant, with no clear consensus at position 14 (Table IX).

hGHbpに対するこれらhGH突然変異体の結合定数は、非
サプレッサー大腸菌株16C9中で遊離のホルモン変異体を
発現させ、このタンパク質を精製し、そしてhGHbpから
の標識化wt−hGHの競合置換により検定することによっ
て測定した(実施例VIIIを緩衝)。示したように、いく
つかの突然変異体がwt−hGHが結合するよりもhGHbpに強
く結合する。
The binding constant of these hGH mutants to hGHbp is determined by expressing the free hormone mutant in non-suppressor E. coli strain 16C9, purifying the protein and competing displacement of labeled wt-hGH from hGHbp. (Example VIII buffered). As shown, some mutants bind more strongly to hGHbp than do wt-hGH.

実施例X ホルモン−ファージの豊富化により予め見い
出した突然変異を含むヘリックス4ランダムカセットラ
イブラリーからのhGH変異体の選択 ホルモン−ファージを用いる反復選択による改善された
結合性を有する突然変異タンパク質の設計 hGH進化変異体の新入の非結合相同体を用いる我々の
実験から、多数の独立したアミノ酸置換を組合せること
によって特定受容体との結合に関してhGHの累積して改
善された突然変異体を得ることができると示唆される
[B.C.Cunningham,D.J.Henner,J.A.Wells,Science 247:
1461(1990);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells,Proc.Na
tl.Acad.Sci.USA 88:3407(1991);H.B.Lowman,B.C.Cun
ningham,J.A.Wells,J.Biol.Chem.266,印刷中(199
1)]。
Example X Selection of hGH Variants from Helix 4 Random Cassette Library Containing Mutations Found Previously by Hormone-Phage Enrichment Design of Mutant Proteins with Improved Binding by Repeated Selection Using Hormone-Phages From our experiments with new unbound homologues of hGH evolution variants, obtain cumulatively improved mutants of hGH for binding to specific receptors by combining multiple independent amino acid substitutions [BCCunningham, DJ Henner, JA Wells, Science 247:
1461 (1990); BCCunningham and JAWells, Proc. Na
tl.Acad.Sci.USA 88: 3407 (1991); HBLowman, BCCun
ningham, JA Wells, J. Biol. Chem. 266, printing (199
1)].

hGH受容体にさらに強固に結合することがわかったヘ
リックス4aライブラリーから選択したヘリックス4の二
重突然変異体(E174S/F176Y;実施例VIIIを参照)をさら
に改善する試みにおいて、ヘリックス4bライブラリーを
作成した。E174S/F176Y hGH突然変異体をバックグラウ
ンドの出発ホルモンとして用いて、ヘリックス4の親水
性面上の174および176位の周りの残基に突然変異を行な
った。
In an attempt to further improve a helix 4 double mutant (E174S / F176Y; see Example VIII) selected from a helix 4a library found to bind more tightly to the hGH receptor, the helix 4b library It was created. Mutations were made to residues around positions 174 and 176 on the hydrophilic surface of helix 4, using the E174S / F176Y hGH mutant as the background starting hormone.

カセット突然変異誘発によるヘリックス4bライブラリー
の作成 実質的に文献[J.A.Wells,M.Vasser,D.B.Powers,Gene
34:315(1985)]記載のようにしてカセット突然変異
誘発を行なった。唯一のBstE IIおよびBg III制限部位
が予め挿入されたphGHam−g3(実施例VIII)の突然変異
体を用い、4残基を一度にすべて突然変異させるカセッ
ト突然変異誘発(実施例VIIIを参照)を用いて、E174S/
F176Yバックグラウンド内で残基167、171、175および17
9を突然変異させたヘリックス4bライブラリーを作成し
た。相補性オリゴヌクレオチド: から調製したカセットを、ベクターのBstE II−Bg III
部位に挿入した。このBstE II部位は連結したカセット
において削除された。このヘリックス4bライブラリー由
来の15の選択されなかったクローンを配列決定した。こ
れらのうち、カセット挿入体を欠くものはなく、20%が
フレームシフトしており、7%が非サイレント突然変異
を有していた。
Construction of helix 4b library by cassette mutagenesis [J. Wells, M. Vasser, DBPowers, Gene
34: 315 (1985)] by cassette mutagenesis. Cassette mutagenesis using a mutant of phGHam-g3 (Example VIII) with pre-inserted unique BstE II and Bg III restriction sites, mutating all four residues at once (see Example VIII) Using E174S /
Residues 167, 171, 175 and 17 in F176Y background
A 9 helix mutated helix 4b library was created. Complementary oligonucleotide: Cassette prepared from the vector BstE II-Bg III
Inserted into the site. This BstE II site was deleted in the ligated cassette. Fifteen unselected clones from this helix 4b library were sequenced. Of these, none lacked the cassette insert, 20% were frameshifted and 7% had non-silent mutations.

hGHbp豊富化の結果 このライブラリーからのhGH−ファージの結合豊富化
を、既述(実施例VIII)のようにオキシラン−ポリアク
リルアミドビーズ(Sigma Chemical Co.)上に固定化し
たhGHbpを用いて行なった。6サイクルの結合の後に、
合理的かつ明白なコンセンサスが現れた(表XI)。興味
あることに、すべての位置が極性の残基、特にSer、Thr
およびAsnを含有する傾向があった(表XII)。
Results of hGHbp enrichment hGH-phage binding enrichment from this library was performed using hGHbp immobilized on oxirane-polyacrylamide beads (Sigma Chemical Co.) as described previously (Example VIII). Was. After 6 cycles of coupling,
A reasonable and clear consensus has emerged (Table XI). Interestingly, all positions are polar residues, especially Ser, Thr
And Asn (Table XII).

hGH突然変異体の検定 hGHbpに対するこれらhGH突然変異体の一部の結合定数
を、非サプレッサー大腸菌株16C9中で遊離のホルモン変
異体を発現させ、このタンパク質を精製し、そしてhGHb
pからの標識化wt−hGHの競合置換により検定することに
よって測定した(実施例VIIIを参照)。示したように、
いくつかのヘリックス4b突然変異体のhGHbpに対する結
合親和性はwt−hGHのものよりも強固であった(表XII
I)。
Assay of hGH mutants The binding constants of some of these hGH mutants to hGHbp were determined by expressing the free
Determined by assaying by competitive displacement of labeled wt-hGH from p (see Example VIII). As shown,
The binding affinity of some helix 4b mutants for hGHbp was stronger than that of wt-hGH (Table XII).
I).

hGH変異体の受容体選択性 最後に、我々は、hPRLbpに結合する能力について、い
くつかの一層強固なhGHbp結合突然変異体の結合親和性
の分析を始めた。E174S/F176Y突然変異体は、hGHに比べ
てhPRLbpに200倍弱く結合する。E174T/F176Y/R178Kおよ
びR167N/D171S/E174S/F176Y/I179T突然変異体のそれぞ
れは、hGHに比べhPRLbpに>500倍弱く結合する。即ち、
ファージ表示法によってhGHの新規な受容体選択性突然
変異体を得ることができる。
hGH Variant Receptor Selectivity Finally, we began the analysis of the binding affinities of several more robust hGHbp binding mutants for their ability to bind hPRLbp. The E174S / F176Y mutant binds 200 times weaker to hPRLbp than hGH. Each of the E174T / F176Y / R178K and R167N / D171S / E174S / F176Y / I179T mutants binds> 500-fold weaker to hPRLbp than hGH. That is,
Novel receptor-selective mutants of hGH can be obtained by phage display.

ホルモン−ファージミド選択によって同定される特定残
基の情報内容 3種のhGH−ファージミドライブラリー(実施例VII
I、IX、X)において突然変異させた12残基のうち、4
種が野生型残基の強い(他を排除するものではない)保
存を示した(K172、T175、F176およびR178)。驚くべき
ことではないが、Alaに変換したときにhGHbpに対する結
合親和性に最大の破壊(4〜60倍)を引き起こす残基が
存在した。Ala置換が結合に対してより弱い作用(2〜
7倍)を引き起こす一群の4個の他の残基(F10、M14、
D171およびI179)が存在し、これらの位置はわずかの野
生型コンセンサスしか示さなかった。最後に、hPRLbpへ
の結合を促進したがhGHbpへの結合は促進しなかった別
の4残基(H18、H21、R167およびE174)は、hGHbp−ビ
ーズによる選択によって野生型hGH配列に対してどのよ
うなコンセンサスも示さなかった。事実、2つの残基
(E174およびH21)は、Ala置換したときにhGHbpに対す
る結合親和性を2〜4倍に高める[B.C.Cunningham,P.J
hurani,P.Ng.J.A.Wells,Science 243:1330(1989);B.
C.CunninghamおよびJ.A.Wells,Science 244:1081(198
9);B.C.Cunningham,D.J.Henner,J.A.Wells,Science 24
7:1461(1990);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells,Proc,
Natl.Acad.Sci.USA 88:3407(1991)]。即ち、アラニ
ン−スキャニング突然変異誘発データは、それぞれの位
置を置換する可変性と十分合理的に関係している。事
実、アラニン置換によって引き起こされる結合親和性の
減少[B.C.Cunningham,P.Jhurani,P.Ng,J.A.Wells,Scie
nce 243:1330(1989);B.C.CunninghamおよびJ.A.Well
s,Science 244:1081(1989);B.C.Cunningham,D.J.Henn
er,J.A.Wells,Science 247:1461(1990);B.C.Cunningh
amおよびJ.A.Wells,Proc.Natl.Acad.sci.USA 88:3407
(1991)]は、3〜6ラウンドの選択後にファージミド
プール中に野生型残基が見い出される割合を合理的に予
言するものとなる。アラニン−スキャニングの情報は結
合を変調させる側鎖を標的化するのに有用であり、ファ
ージ選択は側鎖の最適化に、および置換のための各部位
(および/または部位の組合せ)の可変性を定義するの
に適している。スキャニング突然変異法[B.C.Cunningh
am,P.Jhurani,P.Ng,J.A.Wells,Science 243:1330(198
9);B.C.CunninghamおよびJ.A.Wells,Science 244:1081
(1989)]とファージ表示の組合せは、受容体−リガン
ドの界面の設計およびインビトロでの分子進化の研究に
対する強力な手段である。
Information content of specific residues identified by hormone-phagemid selection Three hGH-phagemid libraries (Example VII
Of the 12 residues mutated in I, IX, X), 4
Species showed strong (but not exclusive) conservation of wild-type residues (K172, T175, F176 and R178). Not surprisingly, there were residues that, when converted to Ala, caused the greatest disruption (4-60 fold) in binding affinity for hGHbp. Ala substitution has a weaker effect on binding (2-
A group of four other residues (F10, M14,
D171 and I179) were present, and these positions showed little wild-type consensus. Finally, another four residues (H18, H21, R167 and E174) that promoted binding to hPRLbp but not hGHbp were identified by the selection with hGHbp-beads against the wild-type hGH sequence. No consensus was shown. In fact, two residues (E174 and H21) increase binding affinity for hGHbp by 2- to 4-fold when Ala substituted [BCCunningham, PJ
hurani, P. Ng. JA Wells, Science 243: 1330 (1989);
C. Cunningham and JA Wells, Science 244: 1081 (198
9); BCCunningham, DJ Henner, JAWells, Science 24
7: 1461 (1990); BCCunningham and JAWells, Proc,
Natl. Acad. Sci. USA 88: 3407 (1991)]. That is, the alanine-scanning mutagenesis data is reasonably related to the variability of replacing each position. In fact, the reduced binding affinity caused by alanine substitution [BCCunningham, P. Jhurani, P. Ng, JA Wells, Scie
nce 243: 1330 (1989); BCCunningham and JAWell
s, Science 244: 1081 (1989); BCCunningham, DJHenn
er, JAWells, Science 247: 1461 (1990); BCCunningh
am and JAWells, Proc. Natl. Acad.sci. USA 88: 3407
(1991)] reasonably predicts the rate at which wild-type residues are found in the phagemid pool after 3-6 rounds of selection. Alanine-scanning information is useful for targeting side chains that modulate binding, and phage selection can be used to optimize side chains and the variability of each site (and / or combination of sites) for substitution. Suitable for defining Scanning mutation method [BCCunningh
am, P. Jhurani, P. Ng, JAWells, Science 243: 1330 (198
9); BCCunningham and JAWells, Science 244: 1081
(1989)] and phage display is a powerful tool for designing receptor-ligand interfaces and studying molecular evolution in vitro.

ホルモン−ファージミドライブラリーの反復豊富化の変
異 hGH中の組合せ突然変異が受容体に対する結合親和性
に加成効果を有している場合には、結合を改良するため
のホルモン−ファージミド豊富化により既知となった突
然変異を、単に制限フラグメントの切断と連結または突
然変異誘発によって組合わせてhGHの累積して最適化さ
れた突然変異体を得ることができる。
Mutations in repeated enrichment of hormone-phagemid libraries Known as hormone-phagemid enrichment to improve binding if the combination mutation in hGH has an additive effect on binding affinity for the receptor The resulting mutations can be combined simply by restriction fragment cleavage and ligation or mutagenesis to obtain a cumulatively optimized mutant of hGH.

一方、受容体結合を最適化するhGHの1つの領域にお
ける突然変異が、分子の重なり合うかまたは別の領域に
おける突然変異と構造的または機能的に適合しないこと
もある。このような場合には、以下に挙げる反復豊富化
法のいくつかの変法のいずれかによってホルモン−ファ
ージミド豊富化を行なうことができる:(1)カセット
または他の突然変異誘発法によって分子の2つ(また
は、恐らくはそれ以上)の領域のそれぞれにおいてラン
ダムDNAライブラリーを創製することができる:次い
で、これら2つのDNAライブラリーからの制限フラグメ
ントの連結によって混合ライブラリーを創製することが
できる;(2)分子の1つの領域における突然変異によ
り結合を最適化されたhGH変異体を、ヘリックス4bライ
ブラリーの例のように分子の第2の領域においてランダ
ムに突然変異させることができる;(3)2またはそれ
以上のランダムライブラリーを、ホルモン−ファージミ
ド豊富化により、改善された結合について部分的に選択
することができる:この最適化結合部位の「粗選択」の
後、なお部分的な別のライブラリーを制限フラグメント
の連結によって再混合して、分子の2またはそれ以上の
領域において部分的に異なっている単一のライブラリー
を得ることができ、次いでこのライブラリーをホルモン
−ファージミド豊富化を用いて最適化結合についてさら
に選択することができる。
On the other hand, mutations in one region of hGH that optimize receptor binding may be structurally or functionally incompatible with mutations in overlapping or different regions of the molecule. In such cases, hormone-phagemid enrichment can be achieved by any of several variations of the following iterative enrichment methods: (1) cassette or other mutagenesis of the molecule. A random DNA library can be created in each of the two (or possibly more) regions: a mixed library can then be created by ligation of restriction fragments from these two DNA libraries; ( 2) hGH variants that have been optimized for binding by mutations in one region of the molecule can be randomly mutated in a second region of the molecule, as in the example of a helix 4b library; (3) Two or more random libraries were identified for improved binding by hormone-phagemid enrichment. After this "coarse selection" of the optimized binding site, another library which is still partly remixed by ligation of the restriction fragments to obtain two or more regions of the molecule A single library can be obtained that is partially different in, and this library can then be further selected for optimized binding using hormone-phagemid enrichment.

実施例XI ファージミド表面におけるFab分子の組立て プラスミドの構築 プラスミドpDH188は、HER−2受容体を認識する4D5と
呼ばれるヒト化IgG抗体のFab部分をコードしているDNA
を含有する。このプラスミドは大腸菌株SR101中に含ま
れ、ATCC[Rockville,MD]に寄託されている。
Example XI Assembly of Fab Molecules on Phagemid Surface Plasmid Construction Plasmid pDH188 is a DNA encoding the Fab portion of a humanized IgG antibody called 4D5 that recognizes the HER-2 receptor.
It contains. This plasmid is contained in E. coli strain SR101 and has been deposited with the ATCC [Rockville, MD].

簡単に説明すると、このプラスミドは次のようにして
調製された。出発プラスミドは、上記のアルカリホスフ
ァターゼプロモーターを含有するpS0132である。ヒト成
長ホルモンをコードしているDNAを切り出し、プラスミ
ドの末端を連結に適合するようにする一連の操作を行な
った後、4D5をコードしているDNAを挿入した。この4D5
DNAは2つの遺伝子を含有している。第1の遺伝子は、
軽鎖の可変および不変領域をコードしており、その5'末
端にst IIシグナル配列をコードしているDNAを含有す
る。第2の遺伝子は4つの部分を含有し、その第1は5'
末端のst IIシグナル配列をコードしているDNAである。
これに重鎖の可変ドメインをコードしているDNAが続
き、次いで重鎖不変領域の第1ドメインをコードしてい
るDNAが続き、さらにM13遺伝子IIIをコードしているDNA
が続く。この構築物の顕著な特徴が図10に示されてい
る。4D5をコードしているDNAの配列を図11に示す。
Briefly, this plasmid was prepared as follows. The starting plasmid is pS0132, which contains the alkaline phosphatase promoter described above. The DNA encoding human growth hormone was excised and subjected to a series of operations to make the ends of the plasmid compatible for ligation, and then the DNA encoding 4D5 was inserted. This 4D5
DNA contains two genes. The first gene is
It encodes the variable and constant regions of the light chain and contains DNA encoding the stII signal sequence at its 5 'end. The second gene contains four parts, the first of which is 5 '
DNA encoding the terminal st II signal sequence.
This is followed by the DNA encoding the variable domain of the heavy chain, followed by the DNA encoding the first domain of the heavy chain constant region, and further by the DNA encoding the M13 gene III.
Followed by The salient features of this construct are shown in FIG. The sequence of the DNA encoding 4D5 is shown in FIG.

大腸菌の形質転換およびファージの生成 ポリエチレングリコール(PEG)および電気穿孔の両
方を用いて、SR101細胞にプラスミドを導入した。PEGコ
ンピテントな細胞は、ChungおよびMiler[Nucleic Acid
s Res.16:3580(1988)]の方法に従って調製し、形質
転換した。電気穿孔にコンピテントな細胞は、Zabarovs
kyおよびWinberg[Nucleic Acids Res.18:5912(199
0)]の方法に従って調製し、次いで電気穿孔により形
質転換した。SOC培地[Sambrookら(上記)が記載](1
ml)に細胞を蒔いた後、振盪しながら37℃で1時間増殖
させた。この時点で、細胞濃度をOD600の光分散を用い
て測定した。滴定したKO7ファージストックを加えて感
染多重度(MOI)が100となるようにし、このファージを
室温で20分間、細胞に付着させた。次いで、この混合物
を2YTブロス[Sambrookら(上記)が記載](25ml)中
に希釈し、振盪しながら37℃で一晩インキュベートし
た。翌日、5000xgで10分間遠心することによって細胞を
ペレット化し、上清を集め、0.5M NaClおよび4%PEG
(最終濃度)を用いて室温で10分間、ファージ粒子を沈
澱させた。10,000xgで10分間遠心することによってファ
ージ粒子をペレット化し、TEN[10mMトリス(pH7.6)、
1mM EDTA、および150mM NaCl](1ml)に再懸濁し、4
℃で保存した。
Transformation of E. coli and generation of phage Plasmids were introduced into SR101 cells using both polyethylene glycol (PEG) and electroporation. PEG competent cells were obtained from Chung and Miler [Nucleic Acid
s Res. 16: 3580 (1988)]. Cells Competent for Electroporation, Zabarovs
ky and Winberg [Nucleic Acids Res. 18: 5912 (199
0)] and then transformed by electroporation. SOC medium [described by Sambrook et al. (Supra)] (1
ml), and grown at 37 ° C. for 1 hour with shaking. At this point, cell concentration was measured using OD 600 light dispersion. The titrated KO7 phage stock was added to give a multiplicity of infection (MOI) of 100, and the phage was allowed to attach to the cells at room temperature for 20 minutes. The mixture was then diluted in 25 ml of 2YT broth [described by Sambrook et al. (Supra)] and incubated overnight at 37 ° C. with shaking. The next day, cells were pelleted by centrifugation at 5000 xg for 10 minutes, the supernatant was collected, and 0.5M NaCl and 4% PEG
Phage particles were precipitated using (final concentration) for 10 minutes at room temperature. Pellet the phage particles by centrifugation at 10,000 xg for 10 minutes, TEN [10 mM Tris (pH 7.6),
1 mM EDTA and 150 mM NaCl] (1 ml),
Stored at ° C.

抗原被覆したプレートの調製 0.1M炭酸水素ナトリウム(pH8.5)中のBSA(対照抗
原)の0.5mg/ml溶液またはHER−2抗原の細胞外ドメイ
ン(EDC)の0.1mg/ml溶液からの0.5mlづつを用いて、Fa
lcon12ウエル組織培養プレートのウエルを被覆した。溶
液をウエルに適用した後、このプレートを揺れ台の上に
て4℃で一晩インキュベートした。次いで、最初の溶液
を除去し、ブロック緩衝液[0.1M炭酸水素ナトリウム中
に30mg/ml BSA](0.5ml)を適用し、そして室温で1時
間インキュベートすることによって、プレートをブロッ
クした。最後に、このブロック緩衝液を除去し、緩衝液
A[PBS、0.5%BSA、および0.05%ツイーン20](1ml)
を加え、そしてこのプレートをファージ選択に使用する
まで4℃で10日間まで保存した。
Preparation of antigen-coated plates 0.5 mg / ml solution of BSA (control antigen) or 0.1 mg / ml solution of extracellular domain (EDC) of HER-2 antigen in 0.1 M sodium bicarbonate (pH 8.5) Using each ml, Fa
The wells of an lcon12 well tissue culture plate were coated. After applying the solution to the wells, the plate was incubated overnight at 4 ° C. on a rocking platform. The plates were then blocked by removing the first solution, applying blocking buffer [30 mg / ml BSA in 0.1 M sodium bicarbonate] (0.5 ml) and incubating at room temperature for 1 hour. Finally, the blocking buffer was removed and buffer A [PBS, 0.5% BSA, and 0.05% Tween 20] (1 ml)
Was added and the plates were stored at 4 ° C. for up to 10 days until used for phage selection.

ファージの選択法 約109のファージ粒子を100倍過剰のKO7ヘルパーファ
ージおよび緩衝液A(1ml)と混合した。この混合物を
0.5mlづつ2つに分け、その1つをECD被覆ウエルに適用
し、他方をBSA被覆ウエルに適用した。これらのプレー
トを振盪させながら室温で1〜3時間インキュベート
し、次いで緩衝液A(1mlづつ)を用いて30分間、3回
洗浄した。プレートからのファージの溶離は次の2つの
方法のいずれかにより室温で行なった:(1)0.025mg/
mlの精製Mu4D5抗体(ネズミ)の最初の一晩インキュベ
ートとそれに続いて酸溶離緩衝液[0.2Mグリシン(pH2.
1)、0.5%BSA、および0.05%ツイーン20](0.5ml)に
よる30分間インキュベート、または(2)酸溶離緩衝液
単独によるインキュベート。次いで、溶出液を1Mトリス
塩基で中和し、TEN(0.5mlづつ)を加えた。次に、これ
ら試料を増殖させ、滴定し、4℃で保存した。
Phage particles of phage selection methods about 109 were mixed with 100-fold excess of KO7 helper phage and buffer A (1 ml). This mixture
0.5 ml was divided into two, one of which was applied to ECD coated wells and the other was applied to BSA coated wells. The plates were incubated for 1-3 hours at room temperature with shaking, and then washed three times for 30 minutes each with buffer A (1 ml each). Elution of phage from the plate was performed at room temperature in one of two ways: (1) 0.025 mg /
ml of purified Mu4D5 antibody (murine) for the first overnight, followed by acid elution buffer [0.2 M glycine (pH 2.
1), 0.5% BSA and 0.05% Tween 20] (0.5 ml) for 30 minutes, or (2) incubation with acid elution buffer alone. The eluate was then neutralized with 1 M Tris base and TEN (0.5 ml each) was added. These samples were then grown, titrated and stored at 4 ° C.

ファージの増殖 溶出したファージの一部を2YTブロス(0.4ml)に加
え、約108の中間対数期雄性大腸菌株SR101と混合した。
ファージを室温で20分間、細胞に付着させ、次いで50μ
g/mlカルベニシリンおよび5μg/mlテトラサイクリンを
含有する2YTブロス(5ml)に加えた。これら細胞を、中
間対数相に到達するまで37℃で4〜8時間増殖させた。
OD600を測定し、細胞をファージ生成用のKO7ヘルパーフ
ァージに重感染させた。ファージ粒子を得た後、これら
を滴定してコロニー形成単位(cfu)数を測定した。こ
れは、あるファージストックの連続希釈液の一部を取
り、中間対数期のSR101に感染させ、50νg/mlカルベニ
シリン含有のLBプレートにプレーティングすることによ
り行なった。
Adding a portion of the growth eluted phage of a phage in 2YT broth (0.4 ml), and mixed with mid-log Tokio E. coli strain SR101 about 10 8.
The phage is allowed to attach to the cells for 20 minutes at room temperature, then
Added to 5 ml of 2YT broth containing g / ml carbenicillin and 5 μg / ml tetracycline. The cells were grown for 4-8 hours at 37 ° C. until reaching mid-log phase.
Measuring the OD 600, the cells were co-infected with KO7 helper phage for generating phage. After obtaining the phage particles, they were titrated to determine the number of colony forming units (cfu). This was done by taking a portion of a serial dilution of a phage stock, infecting mid-log phase SR101, and plating on LB plates containing 50 vg / ml carbenicillin.

RIA親和性の測定 ECD抗原に対するFabファージおよびh4D5 Fabフラグメ
ントの親和性を、競合受容体結合RIA[Burt,D.R.,Recep
tor Binding in Drug Research,O'Brien,R.A.(編),p
p.3−29,Dekker,New York(1986)]を用いて測定し
た。このECD抗原は連続クロラミン−T法[De Larco,J.
E.ら,J.Cell.Physiol.109:143−152(1981)]を用いて
125Iで標識した。これにより、受容体1モルあたり0.47
モルのヨウ素が導入された14μCi/μgの比活性を有す
る放射活性トレーサーが得られた。0.5ng(ELISAによ
る)のFabまたはFabファージ、50nCiの125I−ECDトレー
サー、およびある範囲量の未標識ECD(6.4ng〜3277ng)
を含有する一連の0.2ml溶液を調製し、室温で一晩イン
キュベートした。標識化ECD−FabまたはECD−Fabファー
ジ コンプレックスを、抗ヒトIgG(Fitzgerald 40−GH
23)と6%PEG8000の添加により誘導される集合コンプ
レックスを形成させることによって、未結合の標識化抗
原から分離した。このコンプレックスを遠心(15,000xg
で20分間)によってペレット化し、標識化ECDの量(cp
m)をガンマカウンターで測定した。解離定数(Kd)
は、スカッチャード分析[Scatchard,G.,Ann.N.Y.Acad.
Sci.51:660−672(1949)]を用いるプログラムLIGAND
の改良バージョン[Munson,P.およびRothbard,D.,Anal.
Biochem.107:220−239(1980)]を用いて計算した。こ
のKd値を図13に示す。
Measurement of RIA Affinity Affinity of Fab phage and h4D5 Fab fragment for ECD antigen was determined by competitive receptor binding RIA [Burt, DR, Recep
tor Binding in Drug Research, O'Brien, RA (ed.), p
p.3-29, Dekker, New York (1986)]. This ECD antigen was purified by the continuous chloramine-T method [De Larco, J. et al.
E. et al., J. Cell. Physiol. 109: 143-152 (1981)].
Labeled with 125I . This gives 0.47 per mole of receptor
A radioactive tracer having a specific activity of 14 μCi / μg into which iodine was introduced was obtained. 0.5 ng (by ELISA) of Fab or Fab phage, 50 nCi of 125 I-ECD tracer, and a range of unlabeled ECD (6.4 ng to 3277 ng)
A series of 0.2 ml solutions containing was prepared and incubated overnight at room temperature. Labeled ECD-Fab or ECD-Fab phage complex was ligated to anti-human IgG (Fitzgerald 40-GH
23) was separated from unbound labeled antigen by forming an assembly complex induced by the addition of 6% PEG8000. Centrifuge this complex (15,000xg
Pellet for 20 minutes) and the amount of labeled ECD (cp
m) was measured with a gamma counter. Dissociation constant (Kd)
Describes a Scatchard analysis [Scatchard, G., Ann. NYAcad.
Sci. 51: 660-672 (1949)]
[Munson, P. and Rothbard, D., Anal.
Biochem. 107: 220-239 (1980)]. This Kd value is shown in FIG.

競合細胞結合の検定 ロドゲン法を用い、125Iによりネズミ4D5抗体を40〜5
0μCi/μgの比活性に標識した。一定量の標識化抗体と
増加量の未標識変異Fabを含有する溶液を調製し、96ウ
エル微量滴定皿中のほぼ全面のSK−BR−3細胞培養物に
加えた(標識化抗体の最終濃度は0.1mMであった)。4
℃で一晩インキュベートした後、上清を除去し、細胞を
洗浄し、細胞に結合した放射活性をガンマカウンターで
測定した。プログラムLIGANDの改良バージョン[Munso
n,P.およびRothbard,D.(上記)]を用いてデータを分
析することによってKd値を決定した。
Using test Rodogen method competitive cell binding, 40-5 murine 4D5 antibody by 125 I
Labeled with a specific activity of 0 μCi / μg. A solution containing a fixed amount of labeled antibody and an increasing amount of unlabeled mutant Fab was prepared and added to almost the entire SK-BR-3 cell culture in a 96-well microtiter dish (final concentration of labeled antibody). Was 0.1 mM). 4
After overnight incubation at ℃, the supernatant was removed, the cells were washed, and the radioactivity bound to the cells was measured with a gamma counter. Improved version of the program LIGAND [Munso
n, P. and Rothbard, D. (supra)] were used to determine the Kd values by analyzing the data.

プラスミドpDH188(ATCC No.68663)の寄託は、特許
手続上の微生物寄託の国際的承認に関するブダペスト条
約の規定およびその規則(ブダペスト条約)のもとに為
されている。これにより、寄託日から30年間の生存微生
物の維持が確保されている。この微生物は、ブダペスト
条約の条項のもとで、およびジェネンテク,インコーポ
レイテッドとATCCの間の同意のもとでATCCから入手可能
となるものであり、関連米国特許の発行またはいずれか
の米国もしくは外国特許出願の公開のいずれか早い方に
より、だれでもこの培養物の子孫を永続的かつ制限され
ずに入手可能になることが保証されており、また、35US
C §122に従って権利を付与された米国特許商標庁長官
およびそれに従う規則(886 OG 638に具体的に言及して
いる37 CFR §1.14を含む)によって決定された者に該
子孫が入手可能になることが保証されている。
Deposit of plasmid pDH188 (ATCC No. 68563) has been made under the provisions and regulations of the Budapest Treaty on the International Recognition of Microbial Deposits for Patent Procedure (Budapest Treaty). This ensures the maintenance of viable microorganisms for 30 years from the date of deposit. This microorganism is available from the ATCC under the terms of the Budapest Treaty and with the consent of Genentech, Inc. and the ATCC, and has issued the relevant US patents or any US or foreign The earlier of the publication of the patent application guarantees that the progeny of this culture will be made permanently and unrestrictedly available to anyone, and
C The descendants will be available to the Commissioner of the United States Patent and Trademark Office, which has been entitled in accordance with §122, and to those determined by rules pursuant thereto, including 37 CFR §1.14 which specifically references 886 OG 638 That is guaranteed.

本出願の譲受人は、寄託微生物が適切な条件下で培養
されたときに死滅しているか、失われているか、または
破壊されているときには、通知により該培養物の生存試
料と速やかに交換することに同意している。寄託培養物
の入手可能性は、各国特許法に従っていずれかの政府の
権限のもとに認可された権利に違反して本発明を実施す
るライセンスと解釈すべきではない。
The assignee of the present application will notify and promptly replace a viable sample of the deposited microorganism when the deposited microorganism is dead, lost, or destroyed when cultured under appropriate conditions. I agree. The availability of a deposited culture should not be construed as a license to practice the present invention in violation of the rights granted under the authority of any government in accordance with national patent laws.

以上に既述した明細書は、当業者に本発明の実施を可
能ならしめるに十分であると考えられる。寄託が為され
た態様は本発明の特定態様の独立した例示として意図さ
れており、機能的に等価なあらゆる培養物が本発明の範
囲内にあるので、本発明は寄託された微生物によってそ
の範囲を限定されるものではない。本明細書中の物質の
寄託は、本明細書中に含まれる既述が本発明のいずれか
の態様(最良の態様を含む)の実施を可能にするに不適
切であるということを認めたものではなく、また、特許
請求の範囲をその特定の例示に限定することを意図する
ものでもない。実際には、本明細書中で説明および示し
たものに加えて本発明の種々の修飾が上記既述から当業
者には明白になるものであり、これらは添付した請求の
範囲内に入るものである。
The foregoing specification is considered to be sufficient to enable one skilled in the art to practice the invention. The deposited embodiment is intended as an independent illustration of a particular embodiment of the present invention, and the present invention is not limited by the deposited microorganisms, as any functionally equivalent culture is within the scope of the present invention. Is not limited. The deposit of materials herein has acknowledged that the statements contained herein are unsuitable for enabling the practice of any aspect of the present invention, including the best mode. It is not intended to limit the scope of the claims to the particular examples. Indeed, various modifications of the invention in addition to those described and shown herein will become apparent to those skilled in the art from the foregoing description and fall within the scope of the appended claims. It is.

必然的に本発明を好ましい態様との関係で説明した
が、上記明細書を読んだ後に当業者なら、本発明の思想
および範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載し
た対象に種々の変化、等価置換、変異を加えることがで
きるであろう。即ち、本発明は本明細書に具体的に記載
した方法以外の方法で実施することができる。従って、
本願の特許証により認められる保護は添付した請求の範
囲およびその等価物によってのみ限定されるものであ
る。
Although the invention has necessarily been described in connection with a preferred embodiment, those skilled in the art after reading the above description will appreciate that various modifications may be made to the subject matter described herein without departing from the spirit and scope of the invention. Changes, equivalent substitutions, and mutations could be made. That is, the present invention can be implemented by methods other than those specifically described in the present specification. Therefore,
The protection granted by this patent is limited only by the appended claims and equivalents thereof.

実施例XII ヘリックス1およびヘリックス4 ホルモ
ン−ファージ変異体の組合せ体からのhGH変異体の選択 hGHの加成変異体の作成 加成性の原理[J.A.Wells,Biochemistry 29:8509(19
90)]によると、タンパク質の異なる部分の突然変異が
相互に作用を及ぼしていないときであっても、それらを
組合せることによって、別の分子に対する結合の遊離エ
ネルギーにおいて加成的な変化が得られることが予想さ
れる(変化はΔΔGbindingの点で加法的であるか、また
はKd=exp[−ΔG/RT]の点で乗法的である)。即ち、
結合親和性において2倍の増加を与える突然変異は、3
倍の増加を引き起こす第2の突然変異と組合せたとき
に、出発変異体の6倍増加した親和性を有する二重突然
変異を与えることが予想される。
Example XII Selection of hGH Mutants from Helix 1 and Helix 4 Hormone-Phage Mutant Combinations Preparation of Additive Mutants of hGH Principle of Additivity [JA Wells, Biochemistry 29: 8509 (19
90)] shows that even when mutations in different parts of the protein do not interact, combining them results in an additive change in the free energy of binding to another molecule. (Changes are additive in terms of ΔΔG binding or multiplicative in terms of Kd = exp [−ΔG / RT]). That is,
Mutations that give a two-fold increase in binding affinity are 3
When combined with a second mutation that causes a fold increase, one would expect to give a double mutation with a 6-fold increased affinity of the starting mutant.

hGH−ファージ選択によって得た複数の突然変異がhGH
bp(hGH−結合タンパク質;hGH受容体の細胞外ドメイ
ン)結合において累積的に良好な効果を与えるか否かを
試験するため、ヘリックス1ライブラリーに由来するhG
Hの最も強固に結合する3種の変異体(実施例IX:F10A/M
14W/H18D/H21N、F10H/M14G/H18N/H21N、およびF10F/M14
S/H18F/H21L)に見い出される突然変異を、ヘリックス4
bライブラリーにおいて見い出される最も強固に結合す
る3種の変異体(実施例X:R167N/D171S/T175/I179T、R1
67E/D171S/T175/I179、およびR167N/D171N/T175/I179
T)に見い出される突然変異と組合せた。
hGH-Multiple mutations obtained by phage selection
To test whether bp (hGH-binding protein; extracellular domain of the hGH receptor) has a cumulatively good effect on binding, hG from the helix 1 library was tested.
The three most tightly bound variants of H (Example IX: F10A / M
14W / H18D / H21N, F10H / M14G / H18N / H21N, and F10F / M14
S / H18F / H21L), the mutation found in helix 4
b The three most tightly binding variants found in the library (Example X: R167N / D171S / T175 / I179T, R1
67E / D171S / T175 / I179, and R167N / D171N / T175 / I179
Combined with the mutation found in T).

1ヘリックス変異体のそれぞれからhGH−ファージミ
ド2本鎖DNA(dsDNA)を単離し、制限酵素EcoR Iおよび
BstX Iで消化した。次いで、それぞれのヘリックス4b変
異体から大きいフラグメントを単離し、それぞれのヘリ
ックス1変異体からの小さいフラグメントと連結して表
XIIIに示す新規な2ヘリックス変異体を得た。さらに、
これら変異体のすべては先のhGH−ファージ結合選択に
おいて得られたE174S/F176Yの突然変異を含有していた
(詳細には実施例Xを参照)。
HGH-phagemid double-stranded DNA (dsDNA) was isolated from each of the 1 helix mutants and digested with the restriction enzymes EcoRI and
Digested with BstXI. The larger fragment from each helix 4b mutant was then isolated and ligated with the smaller fragment from each helix 1 mutant and expressed as
A novel two-helix mutant shown in XIII was obtained. further,
All of these variants contained the E174S / F176Y mutation obtained in the previous hGH-phage binding selection (see Example X for details).

hGHの選択組合せライブラリーの作成 加成性の原理は多数の突然変異の組合せに当てはまる
ようであるが、一部の組合せ(例えば、F176Yを伴うE17
4S)は明らかに非加成性である(実施例VIIIおよびXを
参照)。例えば、ヘリックス1中に4つの突然変異とヘ
リックス4中に4つの突然変異を有する最も強固に結合
する変異体を確実性をもって同定するためには、理想的
には8残基全部を一度に突然変異させ、次いで全体的に
最も強固に結合する変異体のプールを選別することにな
るであろう。しかし、このようなプールは、2.6x1010
異なるポリペプチドをコードしている1.1x1012のDNA配
列(NNSコドンの縮重を用いて)からなる。全変異体
(恐らく、1013の形質転換体)の表示を確実にするに十
分大きなランダムファージミドライブラリーを得ること
は、現在の形質転換法によっては実際的ではない。
Construction of a Selective Combination Library of hGH The principle of additivity appears to apply to a large number of mutation combinations, but some combinations (eg, E17 with F176Y)
4S) is clearly non-additive (see Examples VIII and X). For example, in order to reliably identify the most tightly binding variant having four mutations in helix 1 and four mutations in helix 4, ideally all eight residues should be abruptly changed at once. Mutations would then select the pool of mutants that would most tightly bind overall. However, such a pool would consist of 1.1 × 10 12 DNA sequences (using NNS codon degeneracy) encoding 2.6 × 10 10 different polypeptides. Obtaining a random phagemid library large enough to ensure the display of all mutants (probably 10 13 transformants) is not practical with current transformation methods.

我々は、第1に、連続ラウンドの突然変異誘発を用
い、1つのライブラリーから最も強固に結合する変異を
取り、次いで他の残基を突然変異させてさらに結合を改
善することによってこの難題に取り組んだ(実施例
X)。第2の方法において、我々は、加成性の原理を用
いて2つの独立して選別したライブラリーからの最良の
突然変異を組合わせて、改善された結合を有する複数の
突然変異体を創製した(上記)。ここで我々は、ランダ
ムまたは部分的ランダム突然変異体の組合せライブラリ
ーを創製することによって、hGH中の10、14、18、21、1
67、171、175、および179位における可能な突然変異の
組合せをさらに探索した。ヘリックス1ライブラリーか
らのプールしたファージミド(独立して0、2または4
サイクル選別;実施例IX)およびヘリックス4bライブラ
リーからのプール(独立して0、2または4サイクル選
別;実施例X)を用いてhGH−ファージミドの3つの異
なる組合せライブラリーを作成し、この組合せ変異体プ
ールをhGHbp結合について選別した。ある量の配列多様
性がこれらプールのそれぞれに存在するので、得られる
組合せライブラリーは手で作成しうる配列の組合せより
も多くの配列組合せを調べることができる(例えば、表
XIII)。
We first address this challenge by using sequential rounds of mutagenesis to take the most tightly binding mutations from one library and then mutate the other residues to further improve binding. Worked (Example X). In a second method, we combine the best mutations from two independently selected libraries using the principle of additivity to create multiple mutants with improved binding (Above). Here we create 10, 14, 18, 21, 1 in hGH by creating a combinatorial library of random or partially random mutants.
Possible combinations of mutations at positions 67, 171, 175, and 179 were further explored. Pooled phagemids from the helix 1 library (independently 0, 2 or 4
Cycle sorting; Example IX) and pools from the helix 4b library (independently 0, 2 or 4 cycle sorting; Example X) were used to generate three different combinatorial libraries of hGH-phagemid, and this combination Mutant pools were screened for hGHbp binding. Since a certain amount of sequence diversity exists in each of these pools, the resulting combinatorial library can examine more sequence combinations than can be made by hand (e.g.
XIII).

1ヘリックスライブラリーのプール(0、2または4
ラウンド選択)のそれぞれからhGH−ファージミドの2
本鎖DNA(dsDNA)を単離し、制限酵素Acc IおよびBstX
Iで消化した。次いで、それぞれのヘリックス1変異体
プールから大きいフラグメントを単離し、それぞれのヘ
リックス4b変異体プールからの小さいフラグメントと連
結して、3つの組合せライブラリーpH0707A(実施例IX
およびXに記載の未選択のヘリックス1およびヘリック
ス4bプール)、pH0707B(2回選択したヘリックス1プ
ールと2回選択したヘリックス4bプール)、およびpH07
07C(4回選択したヘリックス1プールと4回選択した
ヘリックス4bプール)を得た。さらに、より少ないDNA
を用いて同じ連結を行ない、pH0707D、pH0707EおよびpH
0707F(それぞれ、0、2および4ラウンドの出発ライ
ブラリーに対応する)と命名した。また、これら変異体
プールのすべては、先のhGH−ファージ結合選択で得ら
れた突然変異E174S/F176Yを含有していた(詳細につい
ては実施例Xを参照)。
Pool of one helix library (0, 2 or 4
2 rounds of hGH-phagemid from each
Isolate single-stranded DNA (dsDNA) and use restriction enzymes AccI and BstX
Digested with I. The larger fragment was then isolated from each helix 1 mutant pool and ligated with the smaller fragment from each helix 4b mutant pool to form a three combinatorial library pH0707A (Example IX).
And the unselected helix 1 and helix 4b pools described in X and X), pH0707B (twice selected helix 1 pool and twice selected helix 4b pool), and pH07
07C (helix 1 pool selected 4 times and helix 4b pool selected 4 times) were obtained. Plus, less DNA
Perform the same ligation using pH0707D, pH0707E and pH0707E.
No. 0707F (corresponding to 0, 2, and 4 rounds of starting library, respectively). In addition, all of these mutant pools contained the mutation E174S / F176Y obtained from the previous hGH-phage binding selection (see Example X for details).

hGH−ファージ変異体の組合せライブラリーの選別 連結生成物pH0707A〜Fを加工処理し、記載(実施例V
III)のようにXL1−Blue細胞に電気導入した。コロニー
形成単位(CFU)に基づいて、それぞれのプールから得
られた形質転換体の数は次のようであった:pH0707Aから
2.4x106、pH0707Bから1.8x106、pH0707Cから1.6x106、p
H0707Dから8x105、pH0707Eから3x105、およびpH0707Fか
ら4x105。hGH−ファージミド粒子を調製し、実施例VIII
の記載のように2〜7サイクルにわたってhGHbp−結合
について選択した。
Selection of combinatorial library of hGH-phage variants The ligation products pH0707A-F were processed and described (Example V
Electrolysis was performed on XL1-Blue cells as in III). Based on colony forming units (CFU), the number of transformants obtained from each pool was as follows: from pH0707A
2.4x10 6 , pH0707B to 1.8x10 6 , pH0707C to 1.6x10 6 , p
8x10 5, 3x10 from pH0707E 5 from H0707D, and 4x10 from pH0707F 5. hGH-phagemid particles were prepared and prepared in Example VIII
Selected for hGHbp-binding over 2-7 cycles as described.

hGH−ファージミドライブラリーの迅速な選別 平衡結合親和性によって測定したときの強固に結合す
るタンパク質変異体についてのファージミドライブラリ
ーの選別に加えて、受容体あるいは他の分子に対する結
合のオン−速度(kon)またはオフ−速度(koff)のど
ちらかが変化した変異体を選別することも重要である。
熱力学から、これら速度は平衡解離定数Kd=(koff/
kon)に関係している。我々は、特定タンパク質の一部
の変異体は結合に対して類似したKdを有しているが、非
常に異なったkonおよびkoffを有しているものと想定し
ている。逆に、ある変異体と別の変異体のKdの変化は、
konに対する効果、koffに対する効果、またはその両方
によるものであろう。タンパク質の薬理学的性質は、結
合親和性またはkonもしくはkoffに依存していることも
ある(作用の詳細な機序に依存する)。ここで我々は、
より高いオン−速度を有するhGH変異体を同定してkon
変化の効果を調べようとした。我々は、結合時間を増加
させることによって、ならびに同族リガンド(hGH)に
よる洗浄時間および/または濃縮を増加させることによ
って、選択をkoffの方に選択的に加重することができる
と想定している。
Rapid Selection of hGH-Phagemid Libraries In addition to selecting phagemid libraries for tightly binding protein variants as measured by equilibrium binding affinity, the on-rate of binding to receptors or other molecules (k It is also important to screen for mutants that have altered either on ) or off-rate (k off ).
From thermodynamics, these rates are determined by the equilibrium dissociation constant Kd = ( koff /
k on ). Although we are part of the variants of a particular protein have Kd similar for binding, are assumed to have very different k on and k off. Conversely, the change in Kd for one mutant and another is
It may be due to an effect on kon, an effect on koff , or both. The pharmacological properties of the protein may depend on the binding affinity or k on or k off (depending on the detailed mechanism of action). Here we
I tried to examine the effect of changes in k on and identify hGH variants with speed - higher one. We assume that by increasing the binding time, and by increasing the washing time and / or enrichment with the cognate ligand (hGH), the selection can be selectively weighted towards k off . .

固定化hGHbpに対する野生型hGH−ファージミド結合の
経時分析から、最終のpH2洗浄液中に溶出されうる全hGH
−ファージミド粒子(全体の結合および溶離プロトコー
ルについては実施例VIIIを参照)のうち、10%未満が1
分間のインキュベートの後に結合するが、90%以上は15
分間のインキュベート後に結合するようである。
Time course analysis of wild-type hGH-phagemid binding to immobilized hGHbp shows total hGH that can be eluted in the final pH2 wash.
Less than 10% of the phagemid particles (see Example VIII for overall binding and elution protocols)
Binds after a 1-minute incubation, but more than 90%
It appears to bind after a minute incubation.

「迅速な結合選択」のために、pH0707Bプール由来の
ファージミド粒子(ヘリックス1および4に対して独立
して2回選択)を固定化hGHbpと1分間だけインキュベ
ートし、次いで結合緩衝液(1ml)で6回洗浄した[hGH
洗浄工程は削除し、残存するhGH−ファージミド粒子はp
H2(結合緩衝液中の0.2Mグリシン)洗浄液で溶離し
た]。非表示粒子に対するhGH−ファージミド粒子の豊
富化は、短時間の結合を用い、同族リガンド(hGH)チ
ャレンジを用いないときであっても、hGH−ファージミ
ド結合選択がランダム化プールから強固に結合する変異
体を選別することを示した。
For "rapid binding selection", phagemid particles from the pH0707B pool (independently selected twice for helices 1 and 4) were incubated with immobilized hGHbp for only 1 min, then with binding buffer (1 ml). Washed 6 times [hGH
The washing step was eliminated and the remaining hGH-phagemid particles were p
Eluted with H2 (0.2 M glycine in binding buffer) wash]. Enrichment of hGH-phagemid particles relative to non-displayed particles is due to the use of short-term binding and mutations in which hGH-phagemid binding selection binds tightly from the randomized pool, even when no cognate ligand (hGH) challenge is used. Showed to sort the body.

hGH突然変異体の検定 これらhGH突然変異体の一部のhGHbpに対する結合定数
を、非サプレッサー大腸菌株16C9または34B8中で遊離の
ホルモン変異体を発現させ、このタンパク質を精製し、
そして放射免疫沈澱検定法におけるhGHbpからの標識化w
t−hGHの競合置換(実施例VIIIを参照)により検定する
ことによって測定した。以下の表XIII−Aにおいて、す
べての変異体はセリン174によって置換されたグルタメ
ート174およびチロシン176によって置換されたフェニル
アラニン176(E174SおよびF176Y)に加えて、hGHアミノ
酸の10、14、18、21、167、171、175および179位に表中
に示した追加の置換を有している。
Assay for hGH mutants.The binding constants of some of these hGH mutants to hGHbp were determined by expressing the free hormone mutant in non-suppressor E. coli strain 16C9 or 34B8, purifying the protein,
And labeling w from hGHbp in the radioimmunoprecipitation assay
It was determined by assaying by competitive displacement of t-hGH (see Example VIII). In the following Table XIII-A, all variants in addition to phenylalanine 176 substituted by glutamate 174 and tyrosine 176 substituted (E174S and F176Y) by serine 174, the hGH amino acids 10,14,18,21, It has the additional substitutions shown in the table at positions 167, 171, 175 and 179.

以下の表XIVにおいて、hGH変異体を、ファージミド結
合選択法によって組合せライブラリーから選択した。表
XIV中のすべてのhGH変異体は2つのバックグラウンド突
然変異(E174S/F176Y)を含んでいる。ライブラリーpH0
707A(パートA)、pH0707BおよびpH0707E(パートB)
またはpH0707C(パートC)からのhGH−ファージミドプ
ールを、hGHbpに対する結合について2〜7サイクルで
選別した。数値Pは、それぞれのプールから配列決定し
た1組のクローン中のそれぞれの変異体型の分数発生率
を示す。
In Table XIV below, hGH variants were selected from the combinatorial library by the phagemid binding selection method. table
All hGH variants in XIV contain two background mutations (E174S / F176Y). Library pH0
707A (part A), pH0707B and pH0707E (part B)
Alternatively, the hGH-phagemid pool from pH0707C (Part C) was selected in 2-7 cycles for binding to hGHbp. The numerical value P indicates the fractional incidence of each variant type in a set of clones sequenced from each pool.

以下の表XVにおいて、hGH変異体を、ファージミド結
合選択法によって組合せライブラリーから選択した。表
XV中のすべてのhGH変異体は2つのバックグラウンド突
然変異(E174S/F176Y)を含んでいる。数値Pは、4サ
イクルの迅速結合選択の後に配列決定した全クローン中
の特定変異体の分数発生率である。
In Table XV below, hGH variants were selected from the combinatorial library by the phagemid binding selection method. table
All hGH variants in XV contain two background mutations (E174S / F176Y). The number P is the fractional incidence of a particular variant in all clones sequenced after 4 cycles of rapid binding selection.

以下の表XVIにおいて、hGHbp(1〜238)およびMab5
またはMab263のいずれかを用いる125I−標識化ホルモン
H0650BDまたは標識化hGHの競合置換によって結合定数を
測定した。変異H0650BDは野生型hGHよりも30倍強固に結
合するようである。
In Table XVI below, hGHbp (1-238) and Mab5
Or 125 I-labeled hormone using either Mab263
Binding constants were determined by competitive displacement of H0650BD or labeled hGH. Mutant H0650BD appears to bind 30-fold more tightly than wild-type hGH.

実施例XIII プロテアーゼ基質配列を含有するhGH−フ
ァージと非基質ファージの選択豊富化 実施例Iに記載したように、プラスミドpS0132は、余
分のグリシン残基の挿入を伴って遺伝子IIIタンパク質
の残基Pro198に融合したhGHの遺伝子を含有している。
このプラスミドを用いて、hGH−遺伝子III融合産物がフ
ァージ表面に1価で表示されるhGH−ファージ粒子を得
ることができる(実施例IV)。この融合タンパク質は、
可変性リンカー配列によって遺伝子IIIのカルボキシ末
端ドメインに融合した全hGHタンパク質を含有してい
る。
Example XIII Selective enrichment of hGH-phage and non-substrate phage containing protease substrate sequences. Contains the hGH gene fused to
Using this plasmid, hGH-phage particles in which the hGH-gene III fusion product is monovalently displayed on the phage surface can be obtained (Example IV). This fusion protein
Contains the entire hGH protein fused to the carboxy-terminal domain of gene III by a variable linker sequence.

あるタンパク質加水分解酵素の好ましい基質配列を選
択するためにファージ表示法を使用することの可能性を
調べるために、スブチリシンBPN'の遺伝子操作変異体を
用いた[Carter,P.ら,Proteins:Structure,function an
d genetics 6:240−248(1989)]。この変異体(以下
においてはA64SALスブチリシンと呼ぶ)は以下の突然変
異:Ser24Cys、His64Ala、Glu156Ser、Gly169AlaおよびT
yr217Leuを含んでいる。この酵素は必須の触媒残基His6
4を欠いているので、その基質特異性が大きく制限され
ており、ある種のヒスチジン含有基質が優先的に加水分
解される[Carterら,Science 237:394−399(198
7)]。
To test the possibility of using phage display to select a preferred substrate sequence for a protein hydrolase, a genetically engineered mutant of subtilisin BPN 'was used [Carter, P. et al., Proteins: Structure. , function an
d genetics 6: 240-248 (1989)]. This mutant (hereinafter referred to as A64SAL subtilisin) has the following mutations: Ser24Cys, His64Ala, Glu156Ser, Gly169Ala and T
Contains yr217Leu. This enzyme has the essential catalytic residue His6
The lack of 4 greatly restricts its substrate specificity and preferentially hydrolyzes certain histidine-containing substrates [Carter et al., Science 237: 394-399 (198
7)].

hGH−基質−ファージベクターの構築 pS0132中のリンカー領域の配列を、オリゴヌクレオチ
ド: を用いて突然変異させ、A64SALスブチリシンの基質配列
を創製した。これにより、タンパク質配列: がhGHと遺伝子IIIのカルボキシ末端ドメインの間のリン
カー領域中に導入される結果が得られた(上記配列中の
最初のPhe残基はhGHのPhe191である)。
Construction of hGH-Substrate-Phage Vector The sequence of the linker region in pS0132 is To create a substrate sequence for A64SAL subtilisin. This gives the protein sequence: Was introduced into the linker region between hGH and the carboxy-terminal domain of gene III (the first Phe residue in the above sequence is Phe191 of hGH).

配列: はA64SALスブチリシンの良好な基質であることが既知で
ある[Carterら(1989);上記]。得られたプラスミド
をpS0640と命名した。
Array: Is known to be a good substrate for A64SAL subtilisin [Carter et al. (1989); supra]. The resulting plasmid was named pS0640.

hGH−基質−ファージの選択豊富化 pS0132およびpS0640から導かれるファージミド粒子を
実施例Iの記載のように作成した。最初の実験におい
て、それぞれのファージプール(10μlづつ)を、20mM
トリス−HCl(pH8.6)および2.5M NaClを含有する緩衝
液(100μl)中でオキシランビーズ(実施例IIの記載
のように調製:30μl)と別々に混合した。結合と洗浄
工程は実施例VIIの記載のように行なった。次いで、こ
のビーズを50nMのA64SALスブチリシンを含むかまたは含
まない同緩衝液(400μl)に再懸濁した。10分間イン
キュベートした後、上清を集め、ファージ力価(cfu)
を測定した。表XVIIは、約10倍多い基質含有ファージミ
ド粒子(pS0640)が、酵素の非存在下よりも酵素の存在
下において溶出され、また、酵素の存在下もしくは非存
在下の非基質ファージミド(pS0132)の場合よりも多く
溶出されることを示している。酵素、ファージミドまた
はビーズ濃度の増加はこの比率を変えることはなかっ
た。
hGH-Substrate-Phage Selective Enrichment Phagemid particles derived from pS0132 and pS0640 were made as described in Example I. In the first experiment, each phage pool (10 μl) was added to 20 mM
Oxirane beads (prepared as described in Example II: 30 μl) were separately mixed in a buffer (100 μl) containing Tris-HCl (pH 8.6) and 2.5 M NaCl. The coupling and washing steps were performed as described in Example VII. The beads were then resuspended in the same buffer (400 μl) with or without 50 nM A64SAL subtilisin. After incubation for 10 minutes, the supernatant was collected and the phage titer (cfu)
Was measured. Table XVII shows that about 10-fold more substrate-containing phagemid particles (pS0640) were eluted in the presence of the enzyme than in the absence of the enzyme, and that of the non-substrate phagemid (pS0132) in the presence or absence of the enzyme. It shows that it elutes more than a case. Increasing enzyme, phagemid or bead concentrations did not change this ratio.

選択豊富化法の改良 固定化ファージミドの非特異的溶離を減少させる試み
において、強固に結合するhGH変異体を野生型hGH遺伝子
の代わりにpS0132およびpS0640に導入した。使用したhG
H変異体は実施例XIに記載した変異体(pH0650bp)であ
り、突然変異Phe10Ala、Met14Trp、His18Asp、His21As
n、Arg167Asn、Asp171Ser、Glu174Ser、Phe176Tryおよ
びIle179Thrを含有している。これにより、2つの新規
なファージミド:pDM0390(強固に結合するhGHを含有
し、基質配列を含まない)およびpDM0411(強固に結合
するhGHおよび基質配列Ala−Ala−His−Tyr−Thr−Arg
−Gluを含有する)が構築された。また、結合の洗浄お
よび溶離のプロトコールは次のように変えた: (i)結合:COSTAR 12ウエル組織培養プレートを、0.5m
l/ウエルの炭酸ナトリウム緩衝液(pH10.0)中の2μg/
ml hGHbpで16時間被覆した。次いで、このプレートを、
1ml/ウエルのブロック緩衝液[0.1%w/vウシ血清アルブ
ミンを含有するリン酸緩衝食塩水(PBS)]とともに2
時間インキュベートし、10mMトリス−HCl(pH7.5)、1m
M EDTAおよび100mM NaClを含有する検定緩衝液で洗浄し
た。ファージミドを再び実施例Iの記載のように調製
し、ファージプールを上記検定緩衝液で1:4に希釈し、
ウエルあたり0.5mlのファージを2時間インキュベート
した。
Improved Selection Enrichment Method In an attempt to reduce non-specific elution of immobilized phagemid, tightly binding hGH variants were introduced into pS0132 and pS0640 in place of the wild-type hGH gene. HG used
The H mutant is the mutant described in Example XI (pH 0650 bp), and the mutant Phe10Ala, Met14Trp, His18Asp, His21As
n, Arg167Asn, Asp171Ser, Glu174Ser, Phe176Try and Ile179Thr. This results in two new phagemids: pDM0390 (containing tightly binding hGH and no substrate sequence) and pDM0411 (tightly binding hGH and the substrate sequence Ala-Ala-His-Tyr-Thr-Arg
-Containing Glu). Also, the binding wash and elution protocol was changed as follows: (i) Binding: COSTAR 12-well tissue culture plate was
l / well 2 μg / well in sodium carbonate buffer (pH 10.0)
Coated with ml hGHbp for 16 hours. This plate is then
2 ml with 1 ml / well blocking buffer [phosphate buffered saline (PBS) containing 0.1% w / v bovine serum albumin]
Incubate for 10 hours, 10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1 mM
Washed with assay buffer containing M EDTA and 100 mM NaCl. The phagemid was again prepared as described in Example I, the phage pool was diluted 1: 4 with the assay buffer described above,
0.5 ml of phage per well was incubated for 2 hours.

(ii)洗浄:このプレートをPBS+0.05%ツイーン20で
徹底的に洗浄し、この洗浄緩衝液(1ml)とともに30分
間インキュベートした。この洗浄工程を3回繰返した。
(Ii) Washing: The plate was thoroughly washed with PBS + 0.05% Tween 20, and incubated with the washing buffer (1 ml) for 30 minutes. This washing step was repeated three times.

(iii)溶離:このプレートを、20mMトリス−HCl(pH8.
6)+100mM NaClからなる溶離緩衝液中で10分間インキ
ュベートし、次いで500nMのA64SALスブチリシンを含む
かまたは含まない上記緩衝液(0.5ml)でファージを溶
離した。
(Iii) Elution: The plate was washed with 20 mM Tris-HCl (pH 8.
6) Incubate for 10 minutes in an elution buffer consisting of +100 mM NaCl, then elute the phage with the above buffer (0.5 ml) with or without 500 nM A64SAL subtilisin.

表XVIIは、pS0640およびpS0132について先に記載した
方法と比較して、特異的に溶出した基質−ファージミド
粒子の割合が劇的に増加したことを示している。この結
果、強固に結合するhGH突然変異体が、野生型hGHに比べ
てhGH結合タンパク質への結合に対して有意に低いオフ
−速度を有していることによるものと考えられる。
Table XVII shows that the proportion of specifically eluted substrate-phagemid particles was dramatically increased compared to the method described above for pS0640 and pS0132. This may be due to the fact that the tightly binding hGH mutant has a significantly lower off-rate for binding to the hGH binding protein compared to wild-type hGH.

実施例XIV 基質配列ライブラリーの選択豊富化を用い
るA64SALスブチリシンの好ましい基質の同定 実施例XIIIに記載した選択的豊富化法を用いてランダ
ム基質配列のライブラリーから良好な基質配列を同定し
ようとした。
Example XIV Identification of Preferred Substrates for A64SAL Subtilisin Using Selective Enrichment of a Substrate Sequence Library Attempted to identify good substrate sequences from a library of random substrate sequences using the selective enrichment method described in Example XIII .

ランダム化基質カセットの挿入のためのベクターの構築 ランダム化基質カセットの導入およびその後の基質配
列ライブラリーの発現に適したベクターを設計した。出
発点は実施例VIIIに記載したベクターpS0643であった。
オリゴヌクレオチド: を用いて部位指向性の突然変異誘発を行ない、これによ
ってhGHと遺伝子IIIの間にApa I(GGGCCC)およびSal I
(GTCGAC)制限部位が導入された。この新規な構築物を
pDM0253と命名した(pDM0253の実際の配列は、 であり、下線を引いた塩基の置換は突然変異オリゴヌク
レオチド中の偽錯誤によるものである)。また、pDM041
1(実施例XIII)由来のフラグメントを交換することに
よって、実施例中に記載した強固に結合するhGH変異体
を導入した。得られたライブラリーベクターをpDM0454
と命名した。
Construction of Vectors for Insertion of Randomized Substrate Cassettes Vectors suitable for introduction of randomized substrate cassettes and subsequent expression of a substrate sequence library were designed. The starting point was the vector pS0643 described in Example VIII.
Oligonucleotides: Site-directed mutagenesis using Apa I (GGGCCC) and Sal I between hGH and gene III.
(GTCGAC) A restriction site was introduced. This new construct
It was named pDM0253 (the actual sequence of pDM0253 is And the underlined base substitutions are due to spurious errors in the mutant oligonucleotide). Also, pDM041
By exchanging the fragment from 1 (Example XIII), the tightly binding hGH variant described in the examples was introduced. Transfer the obtained library vector to pDM0454
It was named.

ライブラリーカセットベクチーの調製および突然変異カ
セットの挿入 ライブラリーカセットを導入するために、pDM0454をA
pa I、次いでSal Iで消化し、次に13%PEG8000+10mM M
gCl2で沈澱させ、70%エタノールで2回洗浄し、再懸濁
した。これによりベクターが効率的に沈澱するが、小さ
いApa I−Sal Iプラグメントが溶液中に残る[Paithank
ar,K.R.およびPrasad,K.S.N.,Nucleic Acids Research
19:1346]。この生成物を1%アガロースゲル上を移動
させ、Apa I−Sal I消化したベクターを切り出し、Band
prepキット(Pharmacia)を用いて精製し、そして突然
変異カセットとの連結用に再懸濁した。
Preparation of Library Cassette Vector and Insertion of Mutation Cassette
Digest with pa I, then Sal I, then 13% PEG8000 + 10 mM
precipitated with GCL 2, washed twice with 70% ethanol, and resuspended. This effectively precipitates the vector, but leaves a small Apa I-Sal I plug in solution [Paithank
ar, KR and Prasad, KSN, Nucleic Acids Research
19: 1346]. This product was run on a 1% agarose gel, the Apa I-Sal I digested vector was cut out, and
Purified using the prep kit (Pharmacia) and resuspended for ligation with the mutation cassette.

挿入するカセットはpS0640およびpDM0411のリンカー
領域中のDNA配列と同様の配列を含有していたが、ラン
ダム化コドンによって置換された基質配列中のヒスチジ
ンおよびチロシン残基のコドンを有していた。実施例VI
IIに記載したようにランダム化位置のそれぞれにおいて
NNS(N=G/A/T/C;S=G/C)を置換することを選択し
た。突然変異カセット中に用いたオリゴヌクレオチド
は、 であった。また、このカセットはSal I部位を破壊し、
従ってSal Iによる消化を用いてベクター バックグラ
ウンドを減少させることができる。これらオリゴヌクレ
オチドはApa−Salカセット部位への挿入の前にホスホリ
ル化しなかった。この理由は、続いて起こるカセット小
集団のオリゴマー化が複数カセット挿入体による偽の結
果を導くことがあることを恐れたためである。アニール
と連結の後、反応生成物をフ2ェノール:クロロホルム
抽出し、エタノール沈澱させ、そして水に再懸濁した。
最初は、バックグラウンドベクターを減少させるための
Sal Iによる消化を行なわなかった。実施例VIIIに記載
したように、約200ngをXL1−Blue細胞に電気穿孔導入
し、ファージミドライブラリーを調製した。
The inserting cassette contained a sequence similar to the DNA sequence in the linker region of pS0640 and pDM0411, but had codons for histidine and tyrosine residues in the substrate sequence replaced by randomized codons. Example VI
At each of the randomized positions as described in II
We chose to replace the NNS (N = G / A / T / C; S = G / C). The oligonucleotide used in the mutation cassette was Met. This cassette also destroys the Sal I site,
Thus, digestion with Sal I can be used to reduce vector background. These oligonucleotides did not phosphorylate prior to insertion into the Apa-Sal cassette site. The reason for this is that we fear that subsequent oligomerization of the cassette subpopulation may lead to spurious results with multiple cassette inserts. After annealing and ligation, the reaction product was phenol: chloroform extracted, ethanol precipitated, and resuspended in water.
Initially, to reduce the background vector
Digestion with Sal I was not performed. As described in Example VIII, about 200 ng was electroporated into XL1-Blue cells to prepare a phagemid library.

基質ライブラリーからの切断されやすい基質の選択 使用した選択法は、実施例XIIIにおいてpDM0411およ
びpDM0390について記載した方法と同じである。各ラウ
ンドの選択の後、実施例VIIIにおいてhGH−ファージに
ついて記載されているように、新鮮なXL1−Blue細胞の
培養物に形質導入し、新しいファージミドライブラリー
を増殖させることによって、溶出したファージを増殖さ
せた。選択法の進行は、溶出ファージの力価の測定およ
び各ラウンドの選択後の個々のクローンの配列決定によ
ってモニターした。
Selection of susceptible substrates from the substrate library The selection method used is the same as that described for pDM0411 and pDM0390 in Example XIII. After each round of selection, eluted phage were transduced into fresh XL1-Blue cell cultures and expanded with a new phagemid library as described for hGH-phage in Example VIII. Propagated. The progress of the selection procedure was monitored by measuring the titer of eluted phage and sequencing individual clones after each round of selection.

表Aは、1、2および3ラウンドの選択後の酵素の存
在下および非存在下での溶離に対する連続ファージ力価
を示すものである。特異的に溶出したファージ:非特異
的に溶出したファージ(即ち、酵素を溶いて溶出したフ
ァージ:酵素を用いずに溶出したファージ)の比がラウ
ンド1からラウンド3まで劇的に増加しているのが明ら
かであり、このことは、良好な基質集団が各選択ラウン
ドにつれて増加していることを示唆する。
Table A shows serial phage titers for elution in the presence and absence of enzyme after 1, 2 and 3 rounds of selection. The ratio of specifically eluted phage: non-specifically eluted phage (ie, phage eluted with enzyme: phage eluted without enzyme) dramatically increases from round 1 to round 3. It is clear that this suggests that the good substrate population is increasing with each selection round.

出発ライブラリーからの10個の単離体の配列決定は、
これらのすべてが野生型pDM0464配列からなることを示
した。このことは、Apa Iによる消化の後にSal I部位が
DNAフラグメントの末端に非常に近接しており、従って
低効率の消化を導くことに起因している。それにもかか
わらず、ライブラリー中に400の可能な配列が存在して
いるにすぎず、従ってこの集団はなお特筆されるべきで
ある。
Sequencing of the ten isolates from the starting library
All of these were shown to consist of the wild-type pDM0464 sequence. This means that after digestion with Apa I
It is very close to the ends of the DNA fragments and thus results in inefficient digestion. Nevertheless, there are only 400 possible sequences in the library, so this population should still be noted.

表B1およびB2は、ラウンド2およびラウンド3の選択
後に得られた単離体の配列を示すものである。2ラウン
ドの選択の後に、ヒスチジン残基の高い発生が明確に存
在する。これは正に予想されていたことである(実施例
XIIIに記載したように、A64SALスブチリシンは基質中に
ヒスチジン残基を必要とするが、この理由はそれが基質
−助力の触媒機序を使用するためである)。3ラウンド
の選択の後に、配列決定した10個のクローンのそれぞれ
がランダム化カセット中にヒスチジンを有している。し
かし、これら配列の2つはpDM0411のものであり、出発
ライブラリー中に存在していなかったものであり、従っ
て不純物であることに注意すべきである。
Tables B1 and B2 show the sequences of the isolates obtained after round 2 and round 3 selection. After two rounds of selection, there is clearly a high occurrence of histidine residues. This is exactly what was expected (example
As described in XIII, A64SAL subtilisin requires a histidine residue in the substrate because it uses a substrate-assisted catalytic mechanism). After three rounds of selection, each of the 10 clones sequenced has histidine in the randomized cassette. However, it should be noted that two of these sequences are of pDM0411 and were not present in the starting library and are therefore impurities.

配 列 表 (1) 一般的情報 (i) 特許出願人:ジェネンテク,インコーポレイ
テッド ゲイラード,ライザ・ジェイ ヘンナー,デニス・ジェイ バース,スティーブン グリーン,ロナルド ロウマン,ヘンリー・ビー ウエルズ,ジェームズ・エー マシューズ,デイビッド・ジェ
イ (ii) 発明の名称:改変された結合性を有する変異
タンパク質の豊富化法 (iii) 配列の数:27 (iv) 連絡先: (A) 名宛人:ジェネンテク,インコーポレイテ
ッド (B) 通り:ポイント・サン・ブルーノ・ブール
バード460番 (C) 市:サウス・サン・フランシスコ (D) 州:カリフォルニア (E) 国:アメリカ合衆国 (F) ZIP:94080 (v) コンピューター解読書式: (A) 媒体型:5,25インチ、360Kbフロッピーディ
スク (B) コンピューター:IBM PC適合 (C) オペレーティング・システム:PC−DOS/MS
−DOS (D) ソフトウエア:patin(ジェネンテク) (vi) 本出願のデータ: (A) 出願番号:未 定 (B) 出願日:本 日 (C) 分類:未 定 (vii) 優先権主張出願のデータ: (A) 出願番号:07/743614 (B) 出願日:1991年8月9日 (vii) 優先権主張出願のデータ: (A) 出願番号:07/715300 (B) 出願日:1991年6月14日 (vii) 優先権主張出願のデータ: (A) 出願番号:07/683400 (B) 出願日:1991年4月10日 (vii) 優先権主張出願のデータ: (A) 出願番号:07/621667 (B) 出願日:1990年12月3日 (viii) 弁理士/代理人情報: (A) 氏名:ベンソン,ロバート・エイチ (B) 登録番号:30,446 (C) 参照/整理番号:645P4 (ix) 電話連絡先情報: (A) 電話番号:415/266−1489 (B) ファックス番号:415/952−9881 (C) テレックス番号:910/371−7168 (2) 配列番号1の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:36塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号1: (2) 配列番号2の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:36塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号2: (2) 配列番号3の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:33塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号3: (2) 配列番号4の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:30塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号4: (2) 配列番号5の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:24塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号5: (2) 配列番号6の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:23塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号6: (2) 配列番号7の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:21塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号7: (2) 配列番号8の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:63塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号8: (2) 配列番号9の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:24塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号9: (2) 配列番号10の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:33塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号10: (2) 配列番号11の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:36塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号11: (2) 配列番号12の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:36塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号12: (2) 配列番号13の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:12アミノ酸 (B) 型:アミノ酸 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号13: (2) 配列番号14の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:27塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号14: (2) 配列番号15の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:38塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号15: (2) 配列番号16の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:30塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号16: (2) 配列番号17の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:66塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号17: (2) 配列番号18の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:64塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号18: (2) 配列番号19の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:25塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号19: (2) 配列番号20の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:33塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号20: (2) 配列番号21の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:66塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号21: (2) 配列番号22の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:58塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号22: (2) 配列番号23の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:65塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号23: (2) 配列番号24の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:64塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号24: (2) 配列番号25の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:2178塩基 (B) 型:核酸 (C) 鎖の数:一本鎖 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号25: (2) 配列番号26の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:237アミノ酸 (B) 型:アミノ酸 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号26: (2) 配列番号27の情報 (i) 配列の特徴: (A) 長さ:461アミノ酸 (B) 型:アミノ酸 (D) トポロジー:直鎖状 (xi) 配列:配列番号27:
Sequence Table (1) General Information (i) Patent Applicants: Genentech, Inc. Gailard, Liza Jay Henner, Dennis Jay Bath, Steven Green, Ronald Rowman, Henry Be Wells, James A. Matthews, David Jay (ii) Title of the invention: Method for enriching mutant proteins having altered binding properties (iii) Number of sequences: 27 (iv) Contact: (A) Addressee: Genentech, Inc. (B) Point San Bruno Boulevard No. 460 (C) City: South San Francisco (D) State: California (E) Country: United States (F) ZIP: 94080 (v) Computer reading ceremony: (A) Media type : 5,25 inch, 360Kb floppy disk (B) Computer: IBM PC compatible ( ) Operating system: PC-DOS / MS
-DOS (D) Software: patin (Genentech) (vi) Data of this application: (A) Application number: To be determined (B) Filing date: To date (C) Classification: To be determined (vii) Priority claim application No .: (A) Application No .: 07/743614 (B) Application date: August 9, 1991 (vii) Priority claim application data: (A) Application No .: 07/715300 (B) Application date: 1991 June 14, 1991 (vii) Priority application data: (A) Application No .: 07/683400 (B) Application date: April 10, 1991 (vii) Priority application data: (A) Application Number: 07/621667 (B) Application date: December 3, 1990 (viii) Patent attorney / agent information: (A) Name: Benson, Robert H. (B) Registration number: 30,446 (C) Reference / Organization Number: 645P4 (ix) Telephone contact information: (A) Phone number: 415 / 266-1489 (B) Fax number: 415 / 952-9881 (C) Telex number: 910 / 371-716 8 (2) Information of SEQ ID NO: 1 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 36 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi ) Sequence: SEQ ID NO: 1: (2) Information of SEQ ID NO: 2 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 36 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 2: (2) Information of SEQ ID NO: 3 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 33 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 3: (2) Information of SEQ ID NO: 4 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 30 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 4: (2) 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(i) Sequence characteristics: (A) Length: 33 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 10: (2) Information of SEQ ID NO: 11 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 36 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 11: (2) Information of SEQ ID NO: 12 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 36 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of strands: single strand (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 12: (2) Information of SEQ ID NO: 13 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 12 amino acids (B) Type: amino acid (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 13: (2) Information of SEQ ID NO: 14 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 27 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 14: (2) Information of SEQ ID NO: 15 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 38 bases (B) 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(C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 20: (2) Information of SEQ ID NO: 21 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 66 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of strands: single strand (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 21: (2) Information of SEQ ID NO: 22 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 58 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 22: (2) Information of SEQ ID NO: 23 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 65 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 23: (2) Information of SEQ ID NO: 24 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 64 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of chains: single-stranded (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 24: (2) Information of SEQ ID NO: 25 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 2178 bases (B) Type: nucleic acid (C) Number of strands: single strand (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 25: (2) Information of SEQ ID NO: 26 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 237 amino acids (B) Type: amino acid (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 26: (2) Information of SEQ ID NO: 27 (i) Sequence characteristics: (A) Length: 461 amino acids (B) Type: amino acid (D) Topology: linear (xi) Sequence: SEQ ID NO: 27:

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 715,300 (32)優先日 平成3年6月14日(1991.6.14) (33)優先権主張国 米国(US) (72)発明者 バース,スティーブン アメリカ合衆国カリフォルニア94061、 レッドウッド・シティー、シーラ・スト リート1355番 (72)発明者 グリーン,ロナルド アメリカ合衆国ノース・キャロライナ 27707、ダラム、ノーウッド・アベニュ ー1014番 (72)発明者 ロウマン,ヘンリー・ビー アメリカ合衆国カリフォルニア94547、 ハーキュリーズ、ファルコン・ウェイ 205番 (72)発明者 ウエルズ,ジェームズ・エー アメリカ合衆国カリフォルニア94010、 バーリンゲーム、コロンブス・アベニュ ー1341番 (72)発明者 マシューズ,ディビッド・ジェイ アメリカ合衆国カリフォルニア94122、 サン・フランシスコ、ノリエガ・ストリ ート1527番 (56)参考文献 特表 平5−508076(JP,A) 国際公開90/2809(WO,A1) PROTEINS:Structur e,Function,and Gen etics,8(1990)p. (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12N 15/09 C12N 7/00 BIOSIS(DIALOG) MEDLINE(STN)────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (31) Priority claim number 715,300 (32) Priority date June 14, 1991 (1991. 6.14) (33) Priority claim country United States (US) (72) Inventor Bath, Steven, California 94061, Redwood City, Sheila Street, 1355 (72) Inventor Green, Ronald, USA North Carolina 27707, Durham, Norwood Ave. 1014 (72) Inventor Lohmann, Henry B. United States 94547, Hercules, Falcon Way 205 (72) Inventor Wells, James A. California, USA 94010, Burlingame, Columbus Avenue 1341 (72) Inventor Matthews, David J. USA 94122, California, San Francisco, Noriega Street No. 1527 (56) References Special Table 5-508076 (JP, A) International Publication 90/2809 (WO, A1) PROTEINS: Structur e, Function, and Genetics, 8 (1990) p. (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C12N 15/09 C12N 7/00 BIOSIS (DIALOG) MEDLINE (STN)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】融合タンパク質をコードしている遺伝子融
合体に機能的に結合させた転写調節要素を含有するファ
ージミド発現ベクターであって、該遺伝子融合体がポリ
ペプチドをコードしている第1の遺伝子とファージコー
トタンパク質の少なくとも一部をコードしている第2の
遺伝子を含有し、そして、 (a)該ベクターは成熟コートタンパク質をコードして
いる遺伝子を含まず、 (b)完全なファージゲノムを含まず、又は (c)該ベクターによる宿主細胞の形質転換はヘルパー
ファージの不存在下ではファージ粒子を作らず、かつ (d)mRNAの抑制可能な終止コドンをコードしているDN
Aトリプレットコドンが該第1および第2の遺伝子の融
合末端の間に挿入されているか、または該遺伝子融合連
結点に隣接するアミノ酸コード化トリプレットコドンの
代わりに置換されている ファージミド発現ベクター。
1. A phagemid expression vector containing a transcriptional regulatory element operably linked to a gene fusion encoding a fusion protein, wherein the gene fusion encodes a first polypeptide. The gene and a second gene encoding at least a portion of the phage coat protein, and (a) the vector does not include the gene encoding the mature coat protein; (b) the complete phage genome Or (c) transforming host cells with the vector does not produce phage particles in the absence of helper phage, and (d) encodes an mRNA repressible stop codon.
A phagemid expression vector wherein an A triplet codon is inserted between the fusion termini of the first and second genes, or is substituted for the amino acid-encoded triplet codon adjacent to the gene fusion junction.
【請求項2】終止コドンがUAG、UAAまたはUGAである請
求項1に記載のファージミドベクター。
2. The phagemid vector according to claim 1, wherein the stop codon is UAG, UAA or UGA.
【請求項3】ファージコートタンパク質が、繊維状ファ
ージの遺伝子IIIによってコードされている請求項1又
は2に記載のファージミド発現ベクター。
3. The phagemid expression vector according to claim 1, wherein the phage coat protein is encoded by filamentous phage gene III.
【請求項4】哺乳動物タンパク質がヒトタンパク質であ
る請求項3に記載のファージミド発現ベクター。
4. The phagemid expression vector according to claim 3, wherein the mammalian protein is a human protein.
【請求項5】タンパク質が、成長ホルモン、ヒト成長ホ
ルモン(hGH)、デス−N−メチオニル ヒト成長ホル
モン、ウシ成長ホルモン、副甲状腺ホルモン、チロキシ
ン、インスリンA鎖、インスリンB鎖、プロインスリ
ン、レラキシンA鎖、レラキシンB鎖、プロレラキシ
ン、卵胞刺激ホルモン(FSH)、甲状腺刺激ホルモン(T
SH)、ロイチナイジング ホルモン(LH)、糖タンパク
質ホルモン受容体、カルシトニン、グルカゴン、因子VI
II、抗体、肺表面活性物質、ウロキナーゼ、ストレプト
キナーゼ、ヒト組織型プラスミノーゲン活性化因子(t
−PA)、ボンベシン、因子IX、トロンビン、造血成長因
子、腫瘍壊死因子αおよびβ、エンケファリナーゼ、ヒ
ト血清アルブミン、ミュラー阻害物質、マウスゴナドト
ロピン関連ペプチド、β−ラクタマーゼ、組織因子タン
パク質、インヒビン、アクチビン、血管内皮成長因子、
インテグリン受容体、トロンボポエチン、プロテインA
およびD、リウマトイド因子、神経成長因子(NGF−
β)、血小板成長因子、トランスフォーミング成長因子
(TGF);TGF−αおよびTGF−β、インスリン様成長因子
IおよびII、インスリン様成長因子結合タンパク質、CD
−4、DNアーゼ、潜在性関連ペプチド、エリトロポエチ
ン、骨誘導因子、インターフェロンα、βおよびγ、コ
ロニー刺激因子(CSF)、M−CSF、GM−CSFおよびG−C
SF、インターロイキン(IL)、IL−1、IL−2、IL−
3、IL−4、スーパーオキシドジスムターゼ;崩壊促進
因子、ウイルス抗原、HIVエンベロープタンパク質GP120
およびGP140、心房性ナトリウム利尿ペプチドA、Bお
よびC、上記タンパク質の1を超えるサブユニットを有
するタンパク質、免疫グロブリン、ならびにフラグメン
トからなる群から選択される請求項1〜4のいずれかに
記載のファージミド発現ベクター。
5. The protein is a growth hormone, human growth hormone (hGH), des-N-methionyl human growth hormone, bovine growth hormone, parathyroid hormone, thyroxine, insulin A chain, insulin B chain, proinsulin, relaxin A Chain, relaxin B chain, prorelaxin, follicle stimulating hormone (FSH), thyroid stimulating hormone (T
SH), leutinizing hormone (LH), glycoprotein hormone receptor, calcitonin, glucagon, factor VI
II, antibody, lung surfactant, urokinase, streptokinase, human tissue-type plasminogen activator (t
-PA), bombesin, factor IX, thrombin, hematopoietic growth factor, tumor necrosis factors α and β, enkephalinase, human serum albumin, Muller inhibitor, mouse gonadotropin-related peptide, β-lactamase, tissue factor protein, inhibin, activin , Vascular endothelial growth factor,
Integrin receptor, thrombopoietin, protein A
And D, rheumatoid factor, nerve growth factor (NGF-
β), platelet growth factor, transforming growth factor (TGF); TGF-α and TGF-β, insulin-like growth factors I and II, insulin-like growth factor binding protein, CD
-4, DNase, latency-related peptide, erythropoietin, osteoinductive factor, interferon α, β and γ, colony stimulating factor (CSF), M-CSF, GM-CSF and GC
SF, interleukin (IL), IL-1, IL-2, IL-
3. IL-4, superoxide dismutase; disintegration promoter, viral antigen, HIV envelope protein GP120
The phagemid according to any one of claims 1 to 4, wherein the phagemid is selected from the group consisting of GP140, atrial natriuretic peptides A, B and C, proteins having more than one subunit of the above proteins, immunoglobulins, and fragments. Expression vector.
【請求項6】請求項1〜5のいずれかに記載のファージ
ミド発現ベクター、及びコートタンパク質をコードする
遺伝子を有するヘルパーファージを含有する宿主細胞。
6. A host cell containing the phagemid expression vector according to claim 1 and a helper phage having a gene encoding a coat protein.
【請求項7】ファージミド粒子が請求項1〜5のいずれ
かに記載のファージミド発現ベクターの少なくとも一部
分を含み、その粒子表面に融合タンパク質の2コピー以
上を表示するファージミド粒子の量又は数が、20%未満
であるファージミド粒子の群。
7. A phagemid particle comprising at least a part of the phagemid expression vector according to any one of claims 1 to 5, wherein the amount or number of the phagemid particle displaying two or more copies of the fusion protein on the particle surface is 20 or more. % Of the phagemid particles.
【請求項8】新規な結合ポリペプチドを選択するための
方法であって、 (a)請求項1〜5のいずれかに記載のファージミド発
現ベクターのファミリーを構築し(ここで、ファージミ
ド発現ベクターは、変異体のポリペプチドをコードする
変異体の第1遺伝子を含有する); (b)ファージミド発現ベクターで適当な宿主細胞を形
質転換し; (c)該形質転換した宿主細胞を、組換えファージミド
粒子を製造するのに十分な該ファージコートタンパク質
をコードしている遺伝子を有するヘルパーファージに感
染させ; (d)該発現ベクターの少なくとも一部を含有する組換
えファージミド粒子の形成に適切でかつ宿主を形質転換
しうる条件のもと、該形質転換して感染させた宿主細胞
を培養し(ここで、その粒子表面に融合タンパク質の2
コピー以上を表示するファージミド粒子の量又は数が、
20%未満である); (e)該組換えファージミド粒子を標的分子と接触させ
て、ファージミド粒子の少なくとも一部を該標的分子と
結合させ;そして (f)標的分子に結合するファージミド粒子を未結合の
粒子から分離する; 工程を含む方法。
8. A method for selecting a novel binding polypeptide, comprising: (a) constructing a family of phagemid expression vectors according to any one of claims 1 to 5 (where the phagemid expression vector is (B) transforming a suitable host cell with the phagemid expression vector; and (c) transforming the transformed host cell with a recombinant phagemid. Infecting a helper phage having a gene encoding the phage coat protein sufficient to produce particles; (d) a host suitable and suitable for forming recombinant phagemid particles containing at least a portion of the expression vector The transformed and infected host cells are cultured under conditions that allow transformation of the fusion protein (where the fusion protein 2
The amount or number of phagemid particles displaying more than copies,
(E) contacting the recombinant phagemid particles with a target molecule to allow at least a portion of the phagemid particles to bind to the target molecule; and (f) not allowing the phagemid particles to bind to the target molecule. Separating from the particles of binding.
【請求項9】請求項8に記載の方法により製造されるフ
ァージミド粒子の群。
9. A group of phagemid particles produced by the method according to claim 8.
【請求項10】第1の遺伝子がリンカーアミノ酸配列に
結合したポリペプチドをコードし、ファージミド発現ベ
クターが変異体リンカーアミノ酸配列をコードする変異
体の第1遺伝子を含有する、請求項8に記載の方法であ
って、工程(f)を、 (f)結合したファージミド粒子を、該結合したファー
ジミド粒子の少なくとも一部の結合アミノ酸配列を加水
分解できるプロテアーゼと接触させ;そして (g)加水分解したファージミド粒子を単離し;そして
場合により、 (h)さらに、適切な宿主細胞を、その加水分解したフ
ァージミド粒子と接触させ、そして工程(d)〜(g)
を繰り返すこと; によって置換する請求項8に記載の方法。
10. The phagemid expression vector of claim 8, wherein the first gene encodes a polypeptide linked to a linker amino acid sequence, and the phagemid expression vector comprises a mutant first gene encoding a mutant linker amino acid sequence. The method comprising the steps of: (f) contacting the bound phagemid particles with a protease capable of hydrolyzing at least a portion of the bound amino acid sequence of the bound phagemid particles; and (g) hydrolyzing phagemid particles. Isolating the particles; and, optionally, (h) further contacting a suitable host cell with the hydrolyzed phagemid particles, and steps (d)-(g).
9. The method of claim 8, wherein: is repeated.
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