JP3267333B2 - 融合タンパク質 - Google Patents

融合タンパク質

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、融合タンパク質、それらのプレ
パレーションおよび使用に関する。
【0002】コレラトキシン(CT)および大腸菌の非
耐熱性トキシン(LT)は、それぞれコレラ菌(Vib
rio cholerae)、および大腸菌(Esch
erichia coli)腸管毒産生株によって産生
される、きわめて類似したタンパク質である(Clem
ents & Finkel−stein,197
9)。CT同様、LTは、28kDaのAサブユニット
(LTA)と、5つの同一の11.5kDaモノマーか
らなる非共有結合で会合した非耐熱性Bサブユニット
(LTB)から構成されている。Aサブユニットが毒性
に関与し、標的細胞のアデニレートシクラーゼ複合体を
不可逆的に活性化するNAD−リボシル化活性を有する
(Moss & Richardson,1978)。
毒性のあるAサブユニットの細胞内への侵入は、非毒性
Bサブユニットによって促進される。このBサブユニッ
トは56kDaペンタマーからなり、GM、モノシア
ロガングリオシドトキシン受容体に結合する(Cuat
recasas,1973)。GMは、粘膜上皮を含
めて、哺乳動物の様々な組織の表面上に存在する。
【0003】CT、ならびに非毒性サブユニットCTB
およびLTBは、経口的または経鼻的に投与した場合、
一部はBサブユニットのGM結合性によるものと考え
られる、異例に強力な粘膜免疫原性を示す(Pierc
e,1978)。これは、経口的に投与した場合は免疫
原性が弱く、最高でもわずかな分泌性免疫応答を誘導す
るのに大量の抗原を要する大部分のタンパク質とは対照
的である。CTも全身性応答を誘導し、この経路で投与
された可溶性タンパク質に共通した特徴である経口耐性
は誘発されない(De Aizpurua & Rus
sell−Jones,1988参照)。
【0004】CTBおよびLTBは、ワクチンの可能性
について、とくに異種抗原の標的送達用アジュバントと
して、興味がもたれてきた。CTBは、経口的(Cze
rkinskyら,1989;Liangら,198
8)または経鼻的(Bessen & Fischet
ti,1989;Tamuraら,1988)に投与し
た場合いずれも、化学的にカップリングされた抗原への
免疫応答を増強することが明らかにされている。とくに
興味があるのは、経鼻的に投与した場合の、化学的にカ
ップリングされたタンパク質または共投与したタンパク
質に対する粘膜性免疫の刺激である(McKenzie
& Halsey,1984;Tamuraら,19
88)。
【0005】抗原の、キャリヤータンパク質たとえばL
TBへの遺伝子融合は、化学的カップリングに比べて多
くの利点がある。抗原、または任意の所望の配列のエピ
トープを特定する短いペプチドフラグメントを、キャリ
ヤーのカルボキシまたはアミノ末端に融合させることが
できる。このようにして、融合タンパク質は、バッチ毎
に一貫した、容易に分析できる特定の組成を有すること
になる。LTBまたはCTBの、異種抗原への遺伝子融
合については、これまでいくつかの報告がある(Guz
man−Verduzco & Kupersztoc
h,1987;Sanchezら,1988;Scho
del & Will,1989;Dertzbauc
h & Macrina,1989;WO 86/06
635;WO 90/06366)。キメラタンパク質
がネイティブなキャリヤーに類似の構造および性質を示
した(Dertzbauchら,1990)場合もある
が、他の変化またはLTBキャリヤーへの付加では、ネ
イティブな分子の性質の一部またはすべてが破壊された
(Clements,1990;Sandkvist
ら,1987)。Schodel & Will(19
89)は、LTBに融合したB型肝炎ウイルス配列を発
現する弱毒化サルモネラ菌(Salmonella d
ublin)を与えたマウスで抗ウイルス抗体を検出す
ることができなかった。
【0006】本発明によれば、生物活性を有するアミノ
酸配列が、GTPアーゼをADP−リボシル化できるエ
ンテロトキシンのBサブユニットのアミノ酸配列の十分
なC末端に、2〜8個のグリシン−プロリン反復配列か
らなる介在ヒンジを介して融合してなる融合タンパク質
を提供する。
【0007】融合タンパク質は、正しくフォールディン
グされ、安定なペンタマーに組み立てられる。融合タン
パク質はGM−ガングリオシドに結合することが可能
で、一方、生物活性を有するアミノ酸配列を提供する。
したがって、異種エピトープを提供する融合タンパク質
はワクチンとして使用することができる。医薬的活性を
有するアミノ酸配列を提供する融合タンパク質は、医薬
的に活性な配列を患者に送達する手段として使用するこ
とができる。
【0008】融合タンパク質は、GTPアーゼをADP
−リボシル化できるエンテロトキシンのBサブユニット
の十分なアミノ酸配列からなり、したがって融合タンパ
ク質はGM−ガングリオシドに結合するオリゴマーを
形成することが可能である。融合タンパク質のこの部分
は、Bサブユニット残基と呼ぶことができる。したがっ
て、この種のエンテロトキシンの実質的にすべてのBサ
ブユニットが存在してもよい。融合タンパク質はLTB
またはCTBから構成されていてもよい。天然のBサブ
ユニットのアミノ酸配列、LTBまたはCTBは、実際
には、1個または2個以上のアミノ酸の置換、挿入また
は欠失によって修飾されていてもよい。天然のBサブユ
ニットに対して作成された抗体は、そのサブユニットの
アミノ酸配列の修飾型からなる融合タンパク質に結合で
きる。
【0009】このような修飾アミノ酸配列は、その修飾
アミノ酸配列が挿入された融合タンパク質が、ペンタマ
ーを形成し、GM−ガングリオシドに結合する能力を
維持している限り、使用できる。元の配列の物理化学的
性質、たとえば電荷密度、親水性/疎水性、サイズおよ
びコンフィギュレーションが保存されていなければなら
ない。置換の候補を単一文字コード(Eur.J.Bi
ochem.138,9−7,1984)で示せば、G
のAによる置換およびその逆、VのA、LまたはGによ
る置換、KのRによる置換、TのSによる置換およびそ
の逆、EのDによる置換およびその逆、ならびにQのN
による置換およびその逆を挙げることができる。
【0010】天然のエンテロトキシンBサブユニットの
配列と修飾アミノ酸配列の間のホモロジーの程度は、8
0%もしくはそれ以上、たとえば90%もしくはそれ以
上または95%もしくはそれ以上とすることができる。
天然のBサブユニットのアミノ酸配列は、たとえば、い
ずれかの末端または両末端において、アミノ酸残基4個
までまたは2個まで、短縮することができる。すなわ
ち、LTBまたはCTBのC末端は、このように短縮す
ることができる。
【0011】本発明の融合タンパク質においては、Bサ
ブユニット残基と異種エピトープまたは医薬的に活性な
配列の間に、ヒンジが設けられる。このヒンジはアミノ
酸配列Gly−Proの2〜8個の反復配列からなる。
たとえば、4個までの反復配列を置くことができる。ヒ
ンジはBサブユニット残基のC末端に融合される。
【0012】Gly−Pro反復配列は他のアミノ酸残
基が隣接していてもよい。適当なものは、非荷電非芳香
性残基である。4個までのアミノ酸残基、たとえば2個
のアミノ酸残基または1個のアミノ酸残基をBサブユニ
ット残基の後、Gly−Pro反復配列の前に配置する
ことができる。4個までのアミノ酸残基、たとえば2個
のアミノ酸残基または1個のアミノ酸残基をGly−P
ro反復配列の後、異種エピトープまたは医薬的に活性
な配列の前に配置することができる。
【0013】生物活性を有するアミノ酸配列は、ヒンジ
のC末端に付着させることができる。この配列の長さに
は特別な重要性はない。しかしながら、この配列は、融
合タンパク質がGM−ガングリオシドに結合するオリ
ゴマーを形成する能力を破壊するものであってはならな
い。この配列は、200残基長まで、150残基長ま
で、または100残基長までとすることができる。長さ
60まで、たとえば30または20までのアミノ酸残基
の短い配列も使用することができる。
【0014】ヒトまたは動物の疾患に関与する病原体か
らの抗原またはエピトープからなる任意のアミノ酸配列
が融合タンパク質によって提供される。抗原またはエピ
トープは、免疫応答を誘発することができる、たとえば
中和抗体もしくは非中和抗体または細胞性免疫を生じる
ことが可能なものとすることができる。予測される抗原
決定部位も使用できる。
【0015】したがって、異種アミノ酸配列がBサブユ
ニット残基に融合される。これは、病原性生物体に対す
る中和抗体を産生させることができる抗原決定部位で構
成されてもよい。病原体は呼吸器または腸関連病原体で
あってもよい。エピトープは、ウイルス、細菌、かび、
酵母または寄生虫から誘導することができる。さらに詳
しくは、エピトープは、ヒト免疫不全症ウイルス(HI
V)のタイプ、たとえばHIV−1またはHIV−2、
A型もしくはB型肝炎ウイルス、ヒトライノウイルス、
たとえば2型または14型、単純ヘルペスウイルス、ポ
リオウイルス2または3型、口蹄疫ウイルス、インフル
エンザウイルス、コクサッキーウイルス、細胞表面抗原
CD4、クラミジアトラコマティス(Chlamydi
a trachomatis)、百日咳菌(Borde
tella pertussis)、および大腸菌の耐
熱性エンテロトキシン(ST)から誘導することができ
る。
【0016】したがって、LTBをSTの免疫原性部分
に融合させることができる。LTBは、STのコアおよ
びトキシン領域に、またはトキシン領域のみに融合させ
ることができる。たとえば、LTBは、STアミノ酸番
号19(Pro)またはSTアミノ酸番号49(Gl
y)に始まるSTの部分に連結させることができる。生
成する長短いずれのハイブリッドタンパク質も、ネイテ
ィブなSTのコンフィギュレーションに必要な6個のシ
ステイン残基を含有するSTの19個のカルボキシ末端
アミノ酸残基のすべてを包含する。
【0017】医薬的に活性なペプチドは、ヒンジのC末
端に融合させることができる。ヒンジ構築体に遺伝子的
にカップリングさせることができた医薬的に活性なペプ
チドの例には、完全なインターロイキンIL−1Bに匹
敵する免疫刺激、免疫修復、抗腫瘍および放射線防御活
性を有する、ヒトインターロイキン1Bのフラグメント
163〜171[単一文字コードでVQGEESNDK
(配列番号:1)]がある。他の例には、サイトカイン
およびサイトカインのフラグメントがある。
【0018】ヒンジにカップリングさせることができた
生物学的に活性なペプチドの他の例には、ヒトIgEの
CH4ドメインに見出されるKTGSGFFVF(配列
番号:2)がある。このペプチドに対する応答は、Ig
E抗体の形成および血清ヒスタミン濃度を低下させ、ア
レルギー反応の低下を招くのに重要であることが報告さ
れている。
【0019】すなわち、有用な融合タンパク質は、式
(I) X−Y−(Gly−Pro)−Y−Z (I) (式中、XはBサブユニット残基を表し、YおよびY
はそれぞれ独立にペプチド結合またはアミノ酸残基4
個までのアミノ酸配列であり、Zは生物活性を有するア
ミノ酸配列を表し、nは2、3または4である)で表す
ことができる。好ましくは、Yはロイシン(L)であ
り、Yはアミノ酸残基、グルタミン酸−イソロイシン
(EI)を意味する。
【0020】融合タンパク質は、組換えDNA技術によ
って製造できる。さらに詳しくは、融合タンパク質は、
宿主を、その宿主中で融合タンパク質を発現できるベク
ターで形質転換し、融合タンパク質が発現される条件下
に保持することからなる方法で製造される。ついで、融
合タンパク質を、通常は生物学的に純粋な型で単離する
ことができる。
【0021】したがって、融合タンパク質の製造はその
融合タンパク質をコードするDNA配列の準備状態に依
存する。DNA配列は、融合タンパク質が発現される宿
主細胞の細胞質から放出されるように、その5’末端
に、融合タンパク質のリーダーをコードする配列を設け
ることができる。任意の適当なリーダー配列が使用でき
る。しかしながら、通常は、Bサブユニット残基の天然
のリーダー配列をコードするDNAが、成熟Bサブユニ
ット残基のアミノ酸配列をコードするDNAのすぐ上流
に配置される。
【0022】ヒンジの残基を特定するコドンの選択は重
要である。適当には、コドンの少なくとも半分は、融合
タンパク質を発現する宿主においてアミノ酸残基の対し
て希なコドンとする。したがって、コドンは、至適コド
ン、すなわちその宿主における使用に際しての第一選択
コドンであってはならない。一般的には第二の選択コド
ンであってもならない。このヒンジのコドンの少なくと
も75%、少なくとも95%またはすべてを希なコドン
とすることができる。大腸菌の場合のこのようなコドン
は、Sharp & Li(1986)によって報告さ
れている。希なコドンは翻訳時に休止を生じ、これがヒ
ンジおよびヒンジの融合とは独立に、Bサブユニット残
基の正しいフォールディングを可能にする。
【0023】このようにして、所望の融合タンパク質を
コードするDNA配列が得られる。このDNA配列が挿
入されて、適当な宿主に付与した場合に融合タンパク質
を発現できる発現ベクターを調製する。そのDNA配列
に適当な転写および翻訳制御要素、とくにDNA配列の
ためのプロモーターおよび翻訳終結コドンが与えられ
る。DNA配列はベクター中の翻訳開始および停止シグ
ナルの間に配置される。DNA配列は、そのベクターに
適合した宿主中での融合タンパク質の発現が可能なよう
に正しいフレームで配置される。
【0024】本発明における使用が好ましいベクター
は、Bサブユニット残基とヒンジをコードする。ヒンジ
のコード配列は、生物活性を有するアミノ酸配列をコー
ドする遺伝子の挿入が可能な制限部位で終わるように選
択される。この制限部位は、正しい読み取り枠での遺伝
子の挿入を可能にする。
【0025】Bサブユニット残基がLTBである場合に
は、LTBを発現できるベクターをまず、LTB遺伝子
(Dallas,1983)を適当な転写および翻訳調
節要素の制御下、ベクター中にクローン化することによ
って得られる。ヒンジに相当するオリゴヌクレオチド
は、合成して、LTB遺伝子の3’末端に適合させるこ
とができる。とくに、ヒンジをコードするDNA配列
は、LTB遺伝子の3’末端の自然の終結コドンに位置
するSpeI部位にクローン化できる。生物活性を有す
るアミノ酸配列をコードする遺伝子は、ヒンジをコード
するDNA配列の3’末端に適当に配置された制限部位
中に同位相でクローン化することができる。
【0026】融合タンパク質をコードする発現ベクター
を使用して宿主を形質転換する。発現ベクターが繋留さ
れた細胞を培養して融合タンパク質を発現させる。融合
タンパク質はペンタマーに自己集合する。任意の適当な
宿主−ベクター系が使用できる。宿主は原核生物宿主で
も、真核生物宿主でもよい。ベクターはプラスミドとす
ることができる。この場合、紬菌または酵母宿主、たと
えば大腸菌もしくはビブリオ種のようなグラム陰性桿
菌、またはビール酵母菌(S.cerevisiae
が使用できる。別法として、ベクターはウイルスベクタ
ーとすることもできる。これは、哺乳動物細胞系の細
胞、たとえばチャイニーズハムスター卵巣(CHO)細
胞またはCOS細胞にトランスフェクトして使用し、発
現させることができる。
【0027】発現された融合タンパク質は単離すること
ができる。融合タンバク質がリーダー配列とともに発現
された場合には、タンパク質は、発現された細胞の細胞
質から放出されている。したがって、天然のLTBリー
ダー配列とともに発現された融合タンパク質は、たとえ
ば、大腸菌の周辺質から単離、精製できる。
【0028】精製された融合タンパク質、この融合タン
パク質を発現した大腸菌の毒素産生株の死菌、およびこ
の融合タンパク質を発現できる弱毒化生菌ワクチンは、
それがヒンジを介してBサブユニット残基に融合した異
種エピトープである場合には、それぞれワクチンとして
使用できる。ワクチンは通常、生理学的に許容される担
体または希釈剤も含有する。慣用の処方、担体および希
釈剤が使用できる。適当な弱毒化生菌ワクチンは、その
芳香族生合成経路における2つの別個の遺伝子のそれぞ
れに非復帰突然変異を有する弱毒化微生物とすることが
できる。このような微生物は、EP−A−032223
7に記載されている。典型的な微生物は、たとえばサル
モネラ属からの病原細菌、たとえばS.typhi,
S.typhimurium,S.dublinまたは
S.cholerasiusである。
【0029】非復帰突然変異は通常、aroA,aro
B,aroC.aroDおよびaroE遺伝子の任意の
2つに起こすことができる。非復帰突然変異の一つは
roA遺伝子中にあることが好ましい。適当な弱毒化微
生物には、融合タンパク質がその微生物によって発現さ
れるように、融合タンパク質をコードする発現カセット
を繋留させる。微生物の世代を通しての確実な発現のた
めには、発現カセットは、抗生物質選択の不存在下に、
安定に伝えられねばならない。
【0030】ワクチンは任意の経路で投与できる。経口
経路、経鼻経路または非経口経路たとえば皮下、静脈内
もしくは筋肉内投与のいずれを採用するかの選択、ワク
チンの用量および摂取の頻度は、ワクチン接種の目的、
ヒトまたは動物のいずれが処置されるか、またはワクチ
ンを投与されるヒトまたは動物の状態に依存する。
【0031】しかしながら、通常、融合タンパク質は、
経口、経鼻または非経口経路により、1用量あたり、1
〜1000μg、好ましくは10〜100μg投与され
る。一方、弱毒化S.typhiの場合、通常の経口経
路、70kgの成人患者で、1用量あたりS.typh
i微生物10〜1011の投与量が一般に便利であ
る。
【0032】医薬的に活性なポリペプチドがBサブユニ
ット残基に融合されている場合には、融合タンパク質
は、ポリペプチドを患者に送達するために使用できる。
融合タンパク質は経口的、経鼻的または非経口的に投与
できる。投与量は、投与の目的、その活性、および患者
の状態を含めた多くの因子に依存する。しかしながら通
常、融合タンパク質は、経口、経鼻または非経口経路に
より、1用量あたり1〜1000μg、好ましくは10
〜100μg投与される。融合タンパク質は、医薬的に
許容される担体または希釈剤を含有する医薬組成物とし
て投与するために、医薬組成物に処方することができ
る。任意の慣用の担体または希釈剤が使用さできる。
【0033】以下の実施例は本発明を例示するものであ
る。添付の図面について、以下に説明する。
【0034】図1はpFV1およびpFV169プラス
ミドの構築を示す。(A)、プラスミドpBRD026
をSpeIで切断し、配列番号:3および4のオリゴヌ
クレオチドを挿入して、pFV1(B)を形成させた。
(C)、DNA配列(配列番号:8および910)、な
らびにpFV1の5’末端によってコードされるアミノ
酸配列(配列番号:9)。ヒンジからなる領域に下線を
付してある。pFV1はBglIIおよびSpeIで切
断し、BB05モノクローナル抗体によって認識される
エピトープをコードする一対のオリゴヌクレオチドを挿
入して、LTB69タンパク質を発現するpFV169
(D)を形成させる。(E)、LTB69タンパク質の
カルボキシ末端におけるアミノ酸配列(配列番号:1
1)。
【0035】図2は、大腸菌周辺質分画のSDS−PA
GE分析の結果を示す。レーン1:HB101(非煮
沸)、レーン2:HB101(煮沸)、レーン3:HB
101pMMB68(非煮沸)、レーン4:HB101
pMMB68(煮沸)、レーン5:HB101pFV1
(非煮沸)、レーン6:HB101pFV1(煮沸)、
レーン7:HB101pFV169(非煮沸)、レーン
8:HB101pFV169(煮沸)。LTBおよびL
TB69特異的バンドには矢印で標識した。
【0036】図3は、プラスミドpFV1(○、●)、
pFV169(□、■)およびHB101単独(△、
▲)ならびに精製LTB(◇)をもつ大腸菌株からの周
辺質抽出物のガングリオシド結合活性を示す。白抜きの
印は、GMでコートしたプレート上に適用したサンプ
ル、黒く塗り潰した印は、コートしていないプレート上
に適用したサンプルを示す。(A)プレートは抗−LT
B抗体で試験し、(B)プレートはBB05モノクロー
ナル抗体で試験した。
【0037】図4には、精製LTB69タンパク質のS
DS−PAGE分析の結果を示す。レーン1:HB10
1(pFV169)からの総周辺質タンパク質(濃縮
後)、レーン2:DEAEトリスアクリルカラムの通過
液、レーン3:DEAEトリスアクリルカラムの溶出
液、レーン4:DEAEトリスアクリルカラムの溶出液
(煮沸)。レーン4以外のすべてのサンプルは煮沸しな
いで適用された。LTB69タンパク質は矢印で示す。
分子量マーカー(kDa)は左側に示す。
【0038】図5は、LTBまたはLTB69タンパク
質で経鼻的に免疫処置したマウスの血清反応を示す。
(A)抗−LTB力価、(B)抗−P.69力価。マウ
スを20μgのLTB(○)またはLTB69(●)タ
ンパク質で経鼻的に免疫処置し28日目にその用量を反
復投与した。免疫処置時経時的に血清サンプルを採取
し、抗−LTB力価および抗−P.69力価を材料およ
び方法の項に記載したようにして測定した。(A)抗−
LTB力価、(B)抗−P.69力価。
【0039】図6は、経鼻的に免疫処置したマウスの肺
における抗−LTB抗体分泌細胞の数を示す。マウスを
LTBおよびLTB69タンパク質で免疫処置し、肺か
らリンパ球を単離し、ELISPOTアッセイを行い抗
−LTB分泌細胞の数を求めた。メジウム単独を用いて
実施したELISPOTアッセイを対照として示す。
【0040】 材料および方法 細菌株、プラスミドおよびオリゴヌクレオチド すべてのプラスミドの製造に、大腸菌HB101株を用
いた。細菌はルリア培地(LB)または1.6%(w/
v)アガールで固化したLB中で増殖させた(Davi
sら,1980)。プラスミドpBRD026(Mas
kellら,1987)は、pBR322のP1抗−t
etプロモーターからの、ブタLT−Bの構造的発現を
意図した5.2kbのベクターである。pFV1の構築
には以下のオリゴヌクレオチド、
【化1】 を使用した。これらのオリゴヌクレオチドをリン酸化
し、アニーリングし、ついでpBRD026のSpeI
部位にクローニングして、pFV1を形成させた。同様
に、オリゴヌクレオチド
【化2】 をpFV1のBglIIおよびSpeI部位にクローニ
ングして、pFV169を形成させた。DNA操作は、
Sambrookら(1989)の記載に従って実施し
た。プラスミド構築体のDNA配列の測定は、関連フラ
グメントのM13mp18およびmp19へのサブクロ
ーニングによって実施した(Messig& Viei
ra,1982)。DNAの配列決定はT7ポリメラー
ゼ(Tabor & Richardson,198
7)および合成オリゴヌクレオチドプライマー(Cha
rlesら,1986)を用いて実施した。
【0041】酵素連結イムノアッセイ(ELISA) LTBおよびその誘導体のGM−結合性の分析には、
以前に報告されているGMELISA法(Svenn
erholm & Holmgren,1978)によ
って行った。標品として用いた精製LTBは、T.Hi
rst博士から恵与された。LTBおよびP.69に対
する血清抗体は、常法のELISA操作によって検出し
た。log10血清希釈に対してA450nmをプロッ
トして、450nmにおいて50%最大吸収を与える力
価を求め、血清希釈の逆数の対数として表した。
【0042】周辺質抽出物の調製および分析 大腸菌の周辺質分画は、Hirstら(1984)の方
法で調製した。ついで、タンパク質を、クーマシーブリ
リアントブルー染色で可視化するか、またはニトロセル
ロース上に電気ブロットし、ポリクローナルウサギ抗−
LTB血清またはP.69−特異的マウスモノクローナ
ル抗体(mAB)BB05で調べた。ブロットはさら
に、西洋ワサビペルオキシダーゼ(Dakopatt
s,Copenhagen,Denmark)に接合し
た抗−ウサギまたは抗−マウス免疫グロブリンで調べ
て、4−クロロ−1−ナフトール(Sigma,Poo
le,U.K.)で発色させた。LTBおよびLTB融
合タンパク質は、大腸菌の周辺質分画から次のようにし
て部分精製した。すなわち、一夜培養体を収穫し、氷冷
リン酸緩衝食塩溶液(PBS)で1回洗浄した。つい
で、細胞ペレットを0.1Mリン酸塩でpH7.6に緩
衝化した0.3Mスクロースの最初の培養容量の1/2
5に再懸濁した。エチレンジアミン四酢酸(EDTA)
およびリゾチームをそれぞれ最終濃度5 mMおよび2
0μg/mlに添加した。懸濁液を、時々撹拌しながら
氷上に20〜25分間放置し、ついで20,000×g
で15分間遠心分離して、スフェロプラストをペレット
化した。上清を集め、XM50メンブランを装着したA
micon Diafloを用いた限外濾過によって濃
縮した。保持物質を、25 mMトリスによってpH
8.6に緩衝化した50 mM NaClに対して4℃
で一夜透析した。透析物質をついで、同一の緩衝液で平
衡化したDEAEトリスアクリルカラム(Pharma
cia,Sweden)に負荷した。大規模に洗浄した
のち、結合したタンパク質を、前回と同様に緩衝化した
50〜250 mM NaCl勾配で溶出した。溶出液
のA450 nmを、UV−1単一光路モニター(Ph
armacia,Milton Keynes)および
Servoscribe 210記録計(Camla
b,Cambridge)で連続的にモニタリングし
た。分画を集め、ニトロセルロース上ドットプロッティ
ングで分析し、LTBに特異的なポリクローナル抗血清
によって試験した。陽性の分画はさらにSDS−PAG
Eで分析した。LTBまたはLTB69の高純度を示す
分画を集めた。総タンパク質含量はPierce BC
Aアッセイを用いて測定した。
【0043】免疫処置 6〜8週齢の雌性BALB/cマウスをエーテルで軽く
麻酔し、20μgのLTBまたはLTB69容量40μ
lとして経鼻的に接種した。4週後、動物に、同一量の
抗原を同一経路でブースター投与した。免疫処置前およ
び以後1〜2週間隔で血清のサンプルを採取した。ブー
スタ投与3週間後にマウスを屠殺し、肺からリンパ球を
単離し、肺ホモジネート(Jonesら,1986)に
対し抗原−特異的ELISPOTアッセイをCzerk
inskyら(1983)の記載にしたがって行った。
【0044】結果 1.pFV1の構築 大腸菌の異種エピトープの担体として使用するために、
大腸菌中でpBR322のP1プロモーターの制御下に
LTBを発現するプラスミドpBRD026(Mask
ellら,1987)を改良した。遺伝子の3’末端に
おける終結コドンに位置するSpeI部位を用いて、L
TBタンパク質を同位相で異種エピトープに連結するこ
とになる「ヒンジ」をコードするアミノ酸の配列を特定
するオリゴヌクレオチド中にクローン化した。このヒン
ジ領域の周囲のDNA配列はまた、BglIIおよびS
peIの制限部位を包含するように設計された(図1参
照)。オリゴヌクレオチド配列はSpeI部位の再形成
させない塩基対ミスマッチを含有し、それが正しい方向
で挿入されると、LTB遺伝子の末端における停止コド
ンも消失させる。したがって、オリゴヌクレオチドは再
形成されるSpeI部位における停止コドンまで翻訳さ
れる。エピトープをコードするオリゴヌクレオチドは唯
一のBglIIおよびSpeI部位中にクローン化で
き、エピトープはLTBのカルボキシ末端への融合体と
して発現される。「ヒンジ」オリゴヌクレオチドのプラ
スミドpBRD026への挿入で融合プラスミドpFV
1が生じた(図1参照)。pFV1は8個のグリシン−
プロリン延長部を有する完全長LTBを発現する(図
1)。
【0045】2.pFV169の構築 LTBへの安定な融合体の構築のためのベクターとして
のpFV1の有用性を試験するために、明確に定義され
たモノクローナル抗体に対するエピトープを、LTBカ
ルボキシ末端への連結に選択した。百日咳菌のP.69
タンパク質のアミノ酸配列Pro−Gly−Pro−G
ln−Pro−Pro(配列番号:7)が、保護モノク
ロナール抗体と反応性のエピトープとして確認されてい
た(EP−A−0425082;Novotnyら,1
985))。この明確に定義されたエピトープが、pF
V1への挿入に理想的と考えられた。このエピトープを
コードするオリゴヌクレオチドをBglIIおよびSp
eI末端によって合成し(図1参照)、ついでこれらの
酵素で消化したpFV1へ直接クローン化した、新たな
構築体の接合部を越えた配列はpFV169と命名さ
れ、定量により予測通りであることが見出された。
【0046】3.LTB融合タンバク質のSDS−PA
GEによる特徴づけ 遺伝子操作によってネイティブなLTB分子に生じた変
化は、その分子の性質、たとえばペンタマーの形成、G
ガングリオシドの結合、LTのAサブユニットとの
会合(Sandkvistら,1987)の能力に影響
することがある。したがって、構築された融合タンパク
質の性質を様々な方法で調べた。pFV1およびpFV
169を含有する培養大腸菌をL−培地中で増殖させ、
周辺質分画を調製した。これらの周辺質分画のSDS−
PAGE分析により、ネイティブなLTBサブユニット
と同様、LTBHおよびLTB69は可溶性で、周辺質
空間に輸送されることが明らかにされた(図2参照)。
さらに、両タンパク質はいずれもLTBの特徴的な挙動
を示し、SDS−PAGE前に煮沸すればモノマーとし
て、加熱処理をしないでゲル上に負荷するとペンタマー
として移動する。期待されたようにLTB69はLTB
に比べて分子量のかなりの増大を示した。この融合タン
パク質のモノマーの分子量の計算値は14kDaである
が、分子量に実測値は約18kDaでそれより高い(図
2、レーン7)。pFV1によって発現されるLTB
「ヒンジ」モノマー(LTBH)もLTB単独よりもか
なり高い分子量を示した。融合タンパク質の分子量の増
加は、非煮沸サンプルを分析した場合にもっと顕著であ
る。すなわち、LTB69ペンタマーは、期待される分
子量70kDaに対して約90kDaで移動する。周辺
質サンプルも、抗−LTB血清およびモノクローナル抗
体BB05の両者を用いてウエスタンブロッティングで
分析した。これにより、融合タンパク質の同一性が確認
され、LTB69タンパク質の両抗体との交差反応性が
示され、異種エピトープの獲得が親のLTB分子の抗原
性を破壊していないことが明らかにされた(データは示
していない)。
【0047】4.融合タンパク質のGM への結合 pFV1(LTBH)およびpFV169(LTB6
9)の生成物がGMガングリオシドに対する高い親和
性を維持しているかどうかを調べるため、そのプラスミ
ドを繋留している大腸菌の周辺質分画を、検出抗体とし
て抗−LTB血清およびモノクローナル抗体BB05の
両者を用いたGMELISAにより分析した。結果
は、図3Aに示すように、LTBHおよびLTB69の
両者がガングリオシドに効率的に結合し、LTBHタン
パク質へのBB05エピトープの付加はそのタンパク質
のGMガングリオシドへの結合程度に見るべき影響を
与えないことが明らかにされた。C末端の延長がLTB
特異的抗体による認識を妨害する可能性があるにもかか
わらず、精製されたネイティブなLTBに比べて、GM
結合の有意な阻害はなかった。このタンパク質はGM
でコートされていないプレート上でもアッセイが行わ
れ、このアッセイの特異性が明らかにされた(図3Aお
よびB)。タンパク質を、検出抗体としてBB05を用
いて検定した場合には、GMでコートされたプレート
に適用されたLTB69タンパク質のみが反応した(図
3B)。これは、周辺質分画のLTB69タンパク質で
は、その分子がもつ百日咳菌のP.69エピトープの抗
原性が変化していないことを示している。
【0048】5.LTBHおよびLTB69タンパク質
の部分精製 LTBHおよびLTB69タンパク質は、中等度のレベ
ルで、周辺質抽出物中の総タンパク質に対して数%、発
現された(図1)。これらのタンパク質についてさらに
詳細に検討するため、LTB69融合タンパク質を、材
料および方法の項に記載したようにして部分生成した。
このプロトコールは周辺質抽出液の濃縮、ついでDEA
Eトリスアクリルクロマトグラフィーを包含し、出発原
料よりも明らかに生成されたLTB69融合タンパク質
を生成した(図4)。このLTB69プレパレーション
のデンシトメトリースキャンから、このタンパク質は総
タンパク質の20〜30%を構成することがわかった
(データは示していない)。
【0049】6.融合タンパク質の免疫原性 CT、CTBおよびLTBは、経鼻的に送達した場合、
極めて効果的な免疫原であることが明らかにされている
(Bessen & Fischetti,1988;
Tamuraら,1988)。精製されたLTB69融
合タンパク質をマウスに経鼻的に送達した場合の免疫原
性について検討することに、とくにそれがガングリオシ
ド結合性を維持し、周辺質中の融合タンパク質であるこ
とから、興味がもたれた。1群5匹のマウスに、20μ
gの精製されたネイティブLTBまたはLTB69を経
鼻的に接種し、ついで、4週後に同量の抗原をブースタ
ー投与した。LTBまたはLTB69を接種したマウス
群で、抗−LTB血清抗体を検出したが、LTB69融
合タンパク質で免疫処置したマウスの方が一次応答は遅
かった。しかしながら、ブースター投与後には、両群の
抗体レベルは同程度の高レベルに上昇した(図5A)。
【0050】P.69エピトープ自体への血清応答は、
低レベルの一次応答ついでブースター投与後の早い二次
応答による高力価の達成という典型的な順序を示した
(図5B)。この二次応答はLTBに対する応答よりも
かなり変動が大きかったが、一部のマウスでは、はるか
に高い抗体レベルが達成された。
【0051】免疫処置マウスは、ELISPOTを用い
て、肺における抗体分泌細胞の存在についても検定し
た。LTBまたはLTB69で免疫処置したマウスに
は、LTB特異的なIgGまたはIgMを分泌する細胞
が認められた(図6参照)。また、LTB69で免疫処
置したマウスには、P.69に特異的なIgGまたはI
gMを分泌する細胞が検出できた。しかしながら、P.
69特異的抗体を分泌する細胞の数は、LTB特異的抗
体を分泌する細胞の数のほぼ5分の1程度と少なかった
(データは示していない)。
【0052】引用文献
【表1】
【表2】
【表3】
【0053】
【配列表】
配列番号:1 配列の長さ:9 配列の型:アミノ酸 鎖の数:一本 トポロジー:直鎖状 配列の種類:ペプチド 起源: 生物名;ホモサピエンス 配列:
【化3】
【0054】 配列番号:2 配列の長さ:9 配列の型:アミノ酸 鎖の数:一本 トポロジー:直鎖状 配列の種類:ペプチド 起源: 生物名;ホモサピエンス 配列:
【化4】
【0055】 配列番号:3 配列の長さ:27 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:DNA(合成) 配列の特徴: 特徴を表す記号;misc feature 存在位置;1..27 他の特徴;機能=LTBタンパク質と異種エピトープ間
の「ヒンジ」 配列:
【化5】
【0056】 配列番号:4 配列の長さ:27 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:DNA(合成) アンチセンス:Yes 配列の特徴: 特徴を表す記号;misc feature 存在位置;1..27 他の特徴;機能=LTBタンパク質と異種エピトープ間
の「ヒンジ」 配列:
【化6】
【0057】 配列番号:5 配列の長さ:75 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:DNA(合成) 起源: 生物名;百日咳菌(Bordetella pertu
ssis) 配列:
【化7】
【0058】 配列番号:6 配列の長さ:75 配列の型:核酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:DNA(合成) アンチセンス:Yes 起源: 生物名;百日咳菌(Bordetella pertu
ssis) 配列:
【化8】
【0059】 配列番号:7 配列の長さ:6 配列の型:アミノ酸 鎖の数:一本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:ペプチド 起源: 生物名;百日咳菌(Bordetella pertu
ssis) 配列:
【化9】
【0060】 配列番号:8 配列の長さ:39 配列の型:核酸 鎖の数:二本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:DNA 起源: クローン;PFV1(その「ヒンジ」領域) 配列の特徴: 特徴を表す記号;CDS 存在位置;1..39 配列:
【化10】
【0061】 配列番号:9 配列の長さ:13 配列の型:アミノ酸 トポロジー:直鎖状 配列の種類:タンパク質 配列:
【化11】
【0062】 配列番号:10 配列の長さ:39 配列の型:核酸 鎖の数:二本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:DNA アンチセンス:Yes 起源: クローン;PFV1(その「ヒンジ」領域) 配列:
【化12】
【0063】 配列番号:11 配列の長さ:33 配列の型:アミノ酸 鎖の数:一本 トポロジー:直鎖状 配列の種類:ペプチド 配列の特徴: 特徴を表す記号;Region 存在位置;1..2 他の特徴;ラベル=LTB配列 配列の特徴: 特徴を表す記号;Region 存在位置;4..7 他の特徴;ラベル=ヒンジ領域 配列の特徴: 特徴を表す記号;Region 存在位置;10..31 他の特徴;ラベル=Bordetella pertu
ssis配列のP69BB05エピトープ 配列:
【化13】
【図面の簡単な説明】
【図1】pFV1およびpFV169プラスミドの構築
を示す。
【図2】大腸菌周辺質分画のSDS−PAGE分析の結
果を示す。
【図3】プラスミドpFV1、pFV169およびHB
101単独ならびに精製LTBをもつ大腸菌株からの周
辺質抽出物のガングリオシド結合活性を示す。
【図4】精製LTB69タンパク質のSDS−PAGE
分析の結果を示す。
【図5】LTBまたはLTB69タンパク質で経鼻的に
免疫処置したマウスの血清反応を示す。
【図6】経鼻的に免疫処置したマウスの肺における抗−
LTB抗体分泌細胞の数を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C12N 1/19 C12N 1/19 1/21 1/21 5/10 C12P 21/02 C 15/00 C12N 5/00 A C12P 21/02 15/00 ZNA (72)発明者 イアン ジョージ チャールズ イギリス国ケント,ベッケンハム,ラン グリィ コート(番地なし) (72)発明者 ネイル フレイザー フェアーウェザー イギリス国ケント,ベッケンハム,ラン グリィ コート(番地なし) (56)参考文献 国際公開90/3437(WO,A1) Eur J Biochem,1989年 11月 6日,Vol.6,No.2, p.347−354 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07K 19/00 C07K 14/00 - 14/40 A61K 39/385 BIOSIS(DIALOG) CA(STN) REGISTRY(STN) MEDLINE(STN)

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 以下の要素(A)、(B)および(C)
    がN−末端からC−末端方向に連結した融合タンパク
    質: (A)コレラトキシンまたは大腸菌の非耐熱性エンテロ
    トキシンの十分なBサブユニットであって、当該融合タ
    ンパク質がペンタマー複合体を形成しGM1−ガングリ
    オシドに結合するに十分なBサブユニット; (B)直接結合した2〜8個のグリシン−プロリン反復
    配列からなるヒンジ;および (C)ヒトまたは動物の病原体の抗原またはエピトープ
    であって免疫応答を引起すことのできる抗原またはエピ
    トープ。
  2. 【請求項2】 抗原またはエピトープが、呼吸器または
    腸関連病原体の抗原またはエピトープである請求項1の
    融合タンパク質。
  3. 【請求項3】 抗原またはエピトープが、百日咳菌の抗
    原またはエピトープである請求項1の融合タンパク質。
  4. 【請求項4】 エピトープが、百日咳菌のP69のBB
    05エピトープである請求項1の融合タンパク質。
  5. 【請求項5】 ヒンジが、直接結合した2個のグリシン
    −プロリン反復配列からなる請求項1から4のいずれか
    の融合タンパク質。
  6. 【請求項6】 融合タンパク質をコードし5’から3’
    方向に連結した以下の要素(A)、(B)および(C)
    からなるDNA分子: (A)コレラトキシンまたは大腸菌の非耐熱性エンテロ
    トキシンの十分なBサブユニットをコードする配列であ
    って、当該融合タンパク質がペンタマー複合体を形成し
    GM1−ガングリオシドに結合するに十分なBサブユニ
    ットをコードする配列; (B)直接結合した2〜8個のグリシン−プロリン反復
    配列からなるヒンジをコードする配列;および (C)ヒトまたは動物の病原体の抗原またはエピトープ
    であって免疫応答を引起すことのできる抗原またはエピ
    トープをコードする配列。
  7. 【請求項7】 抗原またはエピトープが、呼吸器または
    腸関連病原体の抗原またはエピトープである請求項6の
    DNA分子。
  8. 【請求項8】 抗原またはエピトープが、百日咳菌の抗
    原またはエピトープである請求項6のDNA分子。
  9. 【請求項9】 エピトープが、百日咳菌のP69のBB
    05エピトープである請求項6のDNA分子。
  10. 【請求項10】 ヒンジが、直接結合した2個のグリシ
    ン−プロリン反復配列からなる請求項6から9のいずれ
    かのDNA分子。
  11. 【請求項11】 ヒンジのアミノ酸残基をコードするコ
    ドンの少なくとも半分が、融合タンパク質を発現する宿
    主においてそれらのアミノ酸残基に対して稀なコドンで
    ある請求項6から10のいずれかのDNA分子。
  12. 【請求項12】 融合タンパク質をコードし5’から
    3’方向に連結した以下の要素(A)、(B)および
    (C)を含むベクターであって形質転換宿主細胞におい
    て該融合タンパク質を発現できるベクター: (A)コレラトキシンまたは大腸菌の非耐熱性エンテロ
    トキシンの十分なBサブユニットをコードする配列であ
    って、当該融合タンパク質がペンタマー複合体を形成し
    GM1−ガングリオシドに結合するに十分なBサブユニ
    ットをコードする配列; (B)直接結合した2〜8個のグリシン−プロリン反復
    配列からなるヒンジをコードする配列;および (C)ヒトまたは動物の病原体の抗原またはエピトープ
    であって免疫応答を引起すことのできる抗原またはエピ
    トープをコードする配列。
  13. 【請求項13】 ベクターがプラスミドである請求項1
    2のベクター。
  14. 【請求項14】 抗原またはエピトープが、呼吸器また
    は腸関連病原体の抗原またはエピトープである請求項1
    2または13のベクター。
  15. 【請求項15】 抗原またはエピトープが、百日咳菌の
    抗原またはエピトープである請求項14のベクター。
  16. 【請求項16】 エピトープが、百日咳菌のP69のB
    B05エピトープである請求項15のベクター。
  17. 【請求項17】 ヒンジが、直接結合した2個のグリシ
    ン−プロリン反復配列からなる請求項12から16のい
    ずれかのベクター。
  18. 【請求項18】 ヒンジのアミノ酸残基をコードするコ
    ドンの少なくとも半分が、融合タンパク質を発現する宿
    主においてそれらのアミノ酸残基に対して稀なコドンで
    ある請求項12から17のいずれかのベクター。
  19. 【請求項19】 融合タンパク質をコードし5’から
    3’方向に連結した以下の要素(A)、(B)および
    (C)を含むベクターで形質転換された宿主細胞: (A)コレラトキシンまたは大腸菌の非耐熱性エンテロ
    トキシンの十分なBサブユニットをコードする配列であ
    って、当該融合タンパク質がペンタマー複合体を形成し
    GM1−ガングリオシドに結合するに十分なBサブユニ
    ットをコードする配列; (B)直接結合した2〜8個のグリシン−プロリン反復
    配列からなるヒンジをコードする配列;および (C)ヒトまたは動物の病原体の抗原またはエピトープ
    であって免疫応答を引起すことのできる抗原またはエピ
    トープをコードする配列。
  20. 【請求項20】 宿主細胞が大腸菌株である請求項19
    の宿主細胞。
  21. 【請求項21】 抗原またはエピトープが、呼吸器また
    は腸関連病原体の抗原またはエピトープである請求項1
    9または20の宿主細胞。
  22. 【請求項22】 抗原またはエピトープが、百日咳菌の
    抗原またはエピトープである請求項21の宿主細胞。
  23. 【請求項23】 エピトープが、百日咳菌のP69のB
    B05エピトープである請求項22の宿主細胞。
  24. 【請求項24】 ヒンジが、直接結合した2個のグリシ
    ン−プロリン反復配列からなる請求項19から23のい
    ずれかの宿主細胞。
  25. 【請求項25】 ヒンジのアミノ酸残基をコードするコ
    ドンの少なくとも半分が、融合タンパク質を発現する宿
    主においてそれらのアミノ酸残基に対して稀なコドンで
    ある請求項19から24のいずれかの宿主細胞。
  26. 【請求項26】 請求項1から5のいずれかの融合タン
    パク質または請求項19から25のいずれかの宿主細胞
    および生理学的に許容しうる担体または希釈剤を含む、
    病原体に対してヒトまたは動物をワクチン化するための
    薬剤。
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