JP3376430B2 - 高度にグリコシル化された蛋白質の精製方法 - Google Patents

高度にグリコシル化された蛋白質の精製方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高度にグリコシル化さ
れた蛋白質の精製方法に関する。
【0002】定義によれば、蛋白質は、アミノ酸の鎖か
ら実質的になっている。また、多くの場合、該鎖は、多
かれ少なかれ、かなりの量の各種サイズの炭水化物基を
含んでいる。かかる基を含む蛋白質は、グリコシル化さ
れた蛋白質(glycosylated proteins) と呼ばれる。
【0003】
【従来の技術】一般に、亜鉛、銅、コバルト、カルシウ
ムまたはニッケルなどの金属が、蛋白様化合物(protein
aceous compounds)とコンプレックスを形成することは
知られている。従って、これら金属は、蛋白質を精製す
る方法において、例えばアフィニティクロマトグラフィ
ー時のカップリング剤として、又は液体媒体中の蛋白質
を沈殿させるのに、一般に使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高度
にグリコシル化された蛋白質の精製方法を提供すること
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者の研究によれ
ば、驚くべきことに、高度にグリコシル化された蛋白質
は、上記金属とコンプレックスを形成することができな
いことが見出された。
【0006】従って、本発明は、真核細胞の培養物由来
の粗製標品(crude preparation) から高度にグリコシル
化された蛋白質を精製する方法であって、(i)該標品
に、沈殿する混合物を形成するのに充分な量の二価金属
イオンを添加する工程、および(ii)沈殿後、該混合
物の上清から上記蛋白質を回収する工程を包含する方法
を提供するものである。
【0007】高度にグリコシル化された蛋白質とは、グ
リコシル化レベルが20%以上、好ましくは30%以
上、最も好ましくは40%以上の蛋白質を意味するもの
として理解されるものである。
【0008】グリコシル化レベル(level of glycosylat
ion)とは、グリコシル化重量(glycosylation mass)と蛋
白質の全重量との比をパーセンテージで表したものであ
る。このグリコシル化レベルは、グリコシル化された蛋
白質の重量と、エンドグルコシダーゼ〔endoglucosidas
e 、例えば、ベーリンガー (Boehringer) から販売され
ているエンドグルコシダーゼF又はH(endoglucosidase
F or H)〕を用いて供給者により特定された条件下で処
理した後に得られる当該蛋白質の非グリコシル化形態の
重量とを比較することにより決定できる。グリコシル化
形態と非グリコシル化形態との相対的な重量は、SDS
−PAGEゲル上で泳動することにより、測定できる。
【0009】これに代えて、もしグリコシル化された蛋
白質のアミノ酸配列が分かっている場合は、ペプチド鎖
の重量は計算できる。糖質の定量は、グリコシル化され
た蛋白質のヒドラジン分解後に、並行して行うことがで
きる。
【0010】例えば、フェチュイン(fetuin)、HIVウ
ィルスの糖蛋白質gp120およびgp160、ムチン
(mucins)、ヒトインターロイキン−2、グリコホリン様
蛋白質(glycophorin-likeproteins) 及び血清中に存在
する酸アルファ−1−糖蛋白質(acid alpha-1-glycopro
tein) は、当然に高いグリコシル化レベルを示す蛋白質
である。本発明の目的には、精製を所望される蛋白質
は、均質なグリコシル化プロフィール(グリコシル化が
ペプチド鎖全体に亘っている)又は不均質なグリコシル
化プロフィール(グリコシル化がペプチド鎖の或る領域
に局在化している)のいずれを有していても良い。好ま
しくは、グリコシル化は均質であるのが良い。
【0011】高度にグリコシル化された蛋白質を精製す
ることが所望される粗製標品(crude preparation )
は、この蛋白質を合成し得る真核細胞の培養物に由来す
るものである。培養培地の組成は、特に重要ではなく、
任意の適当な成分を含んでおれば良い。収得すべき蛋白
質の合成を組換法により可能とする方法が種々知られて
おり、細胞内に導入されるべき基本的エレメントは、こ
の蛋白質の合成用に設計された発現カセット(expressi
on cassette )である。発現カセットは、高度にグリコ
シル化された蛋白質の前駆体(シグナルペプチド+成熟
蛋白質)をコードすると共に、その発現に必要なエレメ
ントの制御下に置かれたDNAフラグメントを含んでい
るのが有利である。
【0012】本発明の枠内において、高度にグリコシル
化された蛋白質は、真核細胞の培養物、好ましくは酵母
又は哺乳類細胞の培養物に由来する無細胞抽出物(acell
uarextract)から精製するのが有利である。該無細胞抽
出物は、蛋白質が培養培地に分泌される場合又は細胞が
培養中にウィルスによって細胞溶解される場合は、細胞
培養上清である。或いは、該無細胞抽出物は、細胞懸濁
液に、化学的、機械的又は酵素的な細胞溶解処理を施
し、細胞断片(cell debris) から液体成分を分離するこ
とによっても得ることができる。
【0013】本発明の枠内において、二価金属イオン
は、Zn2+、Cu2+、Co2+、Ni2+及びCa2+から選
ばれるのが有利である。該金属イオンは、塩の形態で添
加されるのが好ましい。該塩としては、例えば、ZnC
2、CuSO4、CoSO4、NiSO4及びCaCl2
などを例示することができる。
【0014】一般に、粗製標品に添加されるべき上記金
属イオンの使用量は、当該金属イオン及び除去すべき成
分の性質により変わり得る。当業者であれば、特定のパ
ラメーターの関数として最終的な最適濃度を調整するこ
とができる。しかしながら、粗製標品中に存在する夾雑
物は、金属イオンを最終濃度10mM以上、好ましくは
40mM以上、より好ましくは60mM以上、最も好ま
しくは80mM以上に添加すると、直ちに沈殿させるこ
とができる。上記金属イオンを大量に添加することも可
能であるが、一般には、最終濃度約100〜120mM
を越える必要はない。
【0015】本発明の方法は、酸性pHないし中性pH
において、一般にはpH7.5又は7.5未満において
実施するのが有利であり、若干酸性のpH6〜7の範囲
において実施するのが好ましい。
【0016】沈殿後、上清は、混合物を遠心分離し、次
いでデカンテーションすることにより回収するのが有利
である。
【0017】この方法により、粗製標品中に存在する可
能性のあるビリオン(virions) を、簡単にかつ効率よく
除去できる。次いで、必要ならば、沈殿上清(precipit
ation supernatant )中に存在する高度にグルコシル化
された蛋白質の精製を、各種の方法を用いてより精密に
行っても良い。
【0018】本発明の特定の実施態様によれば、本発明
は、HIVウィルスgp120又はHIVウィルスgp
160の可溶性の変異体(variant) を精製する方法が提
供される。gp160の変異体の幾つかは、例えば、特
許出願EPA245 136に記載されている。上記g
p120又はgp160の可溶性変異体は、特に組換D
NA技術を用いて製造することができる。該製造用に設
計されたベクターとしては、例えば、ゲノム中にgp1
20又はgp160の可溶性変異体をコードするDNA
フラグメントが挿入されたプラスミド又はワクシニアウ
ィルス(vaccinia virus)であって、該フラグメントが、
その発現(転写及び翻訳)を可能とする適当な領域の制
御下に置かれているものを挙げることができる。
【0019】最後に、本発明は、標品、例えば、ポック
スウィルスにより細胞培養物を感染させることにより得
られる細胞溶解物の上清から、ポックスウィルスを精製
又は濃縮する方法であって、(i)該標品に、沈殿する
混合物を形成するのに充分な量の二価金属イオンを添加
する工程、及び(ii)沈殿後、沈殿物の形態で該ポッ
クスウィルスを回収することを特徴とする方法を提供す
るものでもある。
【0020】
【実施例】実施例1A.リコンビナントワクシニアウィ
ルス(recombinant vaccinia virus)に感染した細胞の
培養におけるHIV1−BRUからのgp120の産生
BHK−21細胞を10%牛胎児血清(FCS)含有G
MEM培地(ギブコ(Gibco) )中で培養する。細胞が集
密的(confluent )になると(5.8×106 細胞/m
l)、培地を除去し、細胞層(cellular lawn )を50
mlのPBS(ダベルッコーの食塩加リン酸緩衝液(Dub
elcco's phosphate buffer salt)、セロムド(Seromed)
)で2回洗浄し、FCSを含有しない新鮮なGMEM
培地を添加する。特許出願EPA 245136に記載
されているワクシニアウィルスVVTG1132を、感
染度10-1pfu(プラークフォーミングユニット(pla
queforming units))まで添加し、72時間感染させ
る。溶解産物を20分間10,000gで遠心分離し、
細胞の破片(cell debris )を除去し、特にgp120
とウィルス粒子(virions )を含有する上清を回収す
る。
【0021】B.gp120の精製1M塩化亜鉛(ZnCl
2 )溶液1.3mlを、上記で得られた培養上清20m
lに添加し、ZnCl2 の最終濃度を60mMとする。この
混合物のpHは約6.8である。混合物を氷上に1時間
放置し、沈殿上清(precipitation supernatant )を3
000r/分で20分間、ヘラエウス(Heraeus) ア
ールエフ(RF) ミニフュージ(Minifuge) 遠心分離
機にて遠心分離し回収する。上清は、培養上清中に存在
する初期量のgp120を含有しているが、ウィルス粒
子はもはや含有していない。分析のため、以下に示す方
法によって、総蛋白、gp120の定量及びワクシニア
ウィルスのタイトレーション(titration )を行う。こ
れらの量については、ZnCl2 処理をしていない粗培養上
清においても並行して測定する。
【0022】総蛋白量の定量は、カデンバッハ ビー
(Kadenbach B )によって記載されたビウレット法(Bi
uret method, Biochem. Z (1966) 344: 49-75 )に従っ
て測定する。即ち、ZnCl2 を用いた沈殿処理後得られる
上清3mlを、300μlの3Mトリクロロ酢酸(TC
A)で処理する。20℃で1時間後、蛋白質を沈殿さ
せ、溶液を3000回転/分で20分間、ヘラエウス
(Heraeus ) アールエフ(RF) ミニフュージ(Mini
fuge)遠心分離機にて遠心分離する。上清を除去し、ペ
レット(pellet)を1mlのビウレット溶液(12mM硫酸
銅( CuSO4 , 5H2 O)、31.89mM 酒石酸ナトリウムカリウ
ム(KNa tartrate)、200mM 水酸化ナトリウム(NaOH)及び
30.12mM ヨウ化カリウム(IK))に溶解する。15分後、
蛋白質をビウレット溶液に溶解し、1mlのミリ−キュ
ウ水(Milli-Q water )を添加する。546nmでの吸
光度(optical density )(OD)を1cmのキュベッ
ト中で、空気に対して測定する。又、ビウレット溶液と
水のみを加えた吸収ブランクのODも測定する。OD値
は、試料の場合OD.Eとし、吸収ブランクの場合O
D.Tとする。50〜100mgのシアン化カリウム
(KCN )をキュベットに添加し、スパチュラで混合して
溶液とする。2〜5分後、546nmでのODを測定
し、その値を試料の場合はOD.E/KCNとし、吸収
ブランクの場合OD.T/KCNとする。試料中の総蛋
白量(Q)を、以下の式を用いて計算する。
【0023】Q=7×(OD.E−OD.E/KCN)
−(OD.T−OD.T/KCN)gp120の定量
を、2種の抗gp120モノクローナル抗体を、一次抗
体及び二次抗体として使用し(但し二次抗体はビオチン
化されている)、ELISAテストに従って測定する。
そのような判定の方法に関する誤差のマージン(margi
n)は、±20%のオーダーである。
【0024】ウィルスのタイトレーションは、BHK−
21細胞で測定する。106 個のBHK−21細胞を、
2mlの10%FCS含有GMEM培地中に接種する。
培養は35×10mmのディッシュ中で37℃で行う。
24時間後、培地を取り除き、200μlのワクシニア
ウィルスのPBS希釈液を細胞に添加する。37℃で1
時間吸着させ、その後、2mlの5%FCS含有GME
M培地を添加し、感染を37℃で24時間維持する。終
了後培地を除去し、細胞を1mlのニュートラルレッド
(neutral red 、ギブコ(Gibco) )で染色する。白く残
っている溶菌のプラーク(lysisplaque)をカウントす
る。
【0025】結果を以下の表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】この結果から、gp120蛋白は、ZnCl2
によって沈殿しないことが判る。一方、ほとんどの不純
物の蛋白は、沈殿する。同時に、ワクシニアウィルス
は、沈殿物のペレット中に除去される。
【0028】それゆえ、この方法を用いて、一段階でウ
ィルス粒子と50%以上の不純物蛋白を除去することが
可能である。
【0029】実施例2〜6gp120を含有する無細胞
抽出物(acellular extract )を実施例1のAと同様に
して得る。同時に、ZnCl2 の最終濃度のみを5mMから
80mMに変化させて、実施例1のBに示される方法と
同様にしてgp120を精製する。これら実験の結果を
以下の表2に示す。
【0030】
【表2】
【0031】これらの結果から、不純物蛋白及びワクシ
ニアウィルスは、5mMのZnCl2 を用いる場合から沈殿
し始めることが判る。gp120は、判定の方法に関す
る±20%の誤差のマージン(margin)を考慮すると、
沈殿しないと考えられる。
【0032】実施例71M塩化カルシウム(CaCl2 )溶
液1.3mlを、実施例1のAに記載の様にして得られ
た培養上清20mlに添加し、CaCl2 の最終濃度が60
mMにする。この混合物のpHは約6.8である。混合
物を氷上に1時間放置し、沈殿上清を3000r/分で
20分間、ヘラエウス(Heraeus ) アールエフ(RF)
ミニフュージ(Minifuge) 遠心分離機にて遠心分離
し回収する。上清は、培養上清中に存在する初期量のg
p120を含有しているが、ウィルス粒子はもはや含有
していない。分析のため、実施例1のBに示す方法によ
って、総蛋白、gp120の量及びワクシニアウィルス
のタイトレーションを測定する。これらの量について
は、CaCl2 処理をしていない粗培養上清においても並行
して測定する。
【0033】これら実験の結果を以下の表3にまとめ
る。
【0034】
【表3】
【0035】これらの結果から、CaCl2 は、ZnCl2 と同
様にほとんど全てののワクシニアウィルスを沈殿させる
が、gp120は溶液中に残留することが判る。
【0036】実施例8〜10gp120を含有する無細
胞抽出物を実施例1のAの記載と同様にして得る。同時
に、CaCl2 の最終濃度のみを20mMから80mMに変
化させて、実施例7に示される方法と同様にしてgp1
20を精製する。これら実験の結果を以下の表4に示
す。
【0037】
【表4】
【0038】これらの結果から、不純物蛋白及びワクシ
ニアウィルスは、10mM CaCl2 の時から沈殿し始め
ることが判る。
【0039】実施例11HIV1−BRU由来のgp1
60の可溶性の変異体を含有する無細胞抽出物を、特許
出願EPA 245135に記載のワクシニアウィルス
VVTG1163を、実施例1のAに記載の方法に従っ
てBHK−21細胞に感染させて得る。
【0040】1M塩化亜鉛(ZnCl2 )溶液880μl
を、上記記載の様にして得られたgp160の可溶性の
変異体を含有する培養上清20mlに添加し、ZnCl2
最終濃度を40mMにする。混合物を氷上に1時間放置
し、沈殿上清を3000r/分で20分間、ヘラエウス
(Heraeus ) アールエフ(RF) ミニフュージ(Mini
fuge) 遠心分離機にて遠心分離し回収する。ZnCl2
の沈殿処理後の上清中に存在するgp160変異体の量
は、培養上清中に存在する量に匹敵する。一方、ほとん
どの不純物蛋白及びすべてのウィルス粒子は除去され
る。
【0041】実施例12CHO細胞をプラスミドpGT
3554を用いて形質転換する。このプラスミドは、予
めHindIII で切断しDNAポリメラーゼI由来のクレノ
ーフラグメント(Klenow fragment )で処理された(特
許出願FR 2,600,334に記載の)プラスミド
pTG384中に、PstIフラグメントを挿入し、(特許
出願WO87/6260に記載の)ワクシニアベクター
VVTG1163由来の可溶性のHIV−1 BRU
gp160変異体をコードするクレノーポリメラーゼで
処理することによって得られる。このようにクローン化
されたフラグメントは、アデノウィルス2(adenovirus
2)の後期主要プロモーター(late major promotor )
の支配下に置かれる。
【0042】約106 個の細胞を、10%の透析された
FCS、2g/lのグルコース、15mg/lのヒポキ
サンチン、10mg/lのチミジン、250mg/lの
キサンチン、0.2mg/lのアミノプテリン、25m
g/lのミコフェノール酸及び2mMのグルタミンを添
加したMEMα2000培地(ギブコ)中に接種し、3
7℃で3日間5%CO2 の雰囲気下で培養する。培地は
2日間毎日、(56℃で不活性化された)10%のFC
S、2g/lのグルコース、15mg/lのヒポキサン
チン、10mg/lのチミジン、250mg/lのキサ
ンチン、0.2mg/lのアミノプテリン、25mg/
lのミコフェノール酸及び2mMのグルタミンを添加し
た新鮮なMEMα2000培地で交換する。
【0043】終了後培養上清を除去し、実施例11に記
載のように精製する。ZnCl2 での沈殿処理後の上清中に
存在するgp160変異体の量は、培養上清中に存在す
る量に匹敵する。これに対して、全蛋白質の量はかなり
減少した。このことは、多くの割合の不純物蛋白質が除
去されることを示している。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07K 1/30 C07K 14/16 C07K 14/55 C12P 21/00 - 21/02 BIOSIS(DIALOG)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真核細胞の培養物由来の粗製標品から高
    度にグリコシル化された蛋白質を精製する方法であっ
    て、(i)該粗製標品に、沈殿する混合物を形成するのに
    充分な量の、亜鉛、銅、コバルト、ニッケル及びカルシ
    ウムからなる群より選ばれる二価金属イオンを添加する
    工程、および(ii)沈殿後、該混合物の上清から上記蛋白
    質を回収する工程を包含する方法。
  2. 【請求項2】 細胞培養物に由来する無細胞抽出物の粗
    製標品から高度にグリコシル化された蛋白質を精製する
    請求項1に記載の方法であって、(i)該粗製標品に、沈
    殿する混合物を形成するのに充分な量の、亜鉛、銅、コ
    バルト、ニッケル及びカルシウムからなる群より選ばれ
    る二価金属イオンを添加する工程、および(ii)沈殿後、
    該混合物の上清から上記蛋白質を回収する工程を包含す
    る方法。
  3. 【請求項3】 高度にグリコシル化された蛋白質を発現
    するワクシニアウィルスを感染させた細胞培養物に由来
    する無細胞抽出物の粗製標品から該高度にグリコシル化
    された蛋白質を精製する請求項2に記載の方法であっ
    て、(i)該粗製標品に、沈殿する混合物を形成するのに
    充分な量の、亜鉛、銅、コバルト、ニッケル及びカルシ
    ウムからなる群より選ばれる二価金属イオンを添加する
    工程、および(ii)沈殿後、該混合物の上清から上記蛋白
    質を回収する工程を包含する方法。
  4. 【請求項4】 蛋白質のグリコシル化レベルが40%以
    上の粗製標品から精製する請求項1乃至請求項3のいず
    れかに記載の方法であって、(i)該粗製標品に、沈殿す
    る混合物を形成するのに充分な量の、亜鉛、銅、コバル
    ト、ニッケル及びカルシウムからなる群より選ばれる二
    価金属イオンを添加する工程、および(ii)沈殿後、該混
    合物の上清から上記蛋白質を回収する工程を包含する方
    法。
  5. 【請求項5】 粗製標品に、亜鉛、銅、コバルト、ニッ
    ケル及びカルシウムからなる群より選ばれる二価金属イ
    オンを添加し、該金属イオンの最終濃度が10mM以上
    の混合物を形成する工程を包含する粗製標品から高度に
    グリコシル化された蛋白質を精製する請求項1乃至請求
    項4のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項6】 粗製標品に、亜鉛、銅、コバルト、ニッ
    ケル及びカルシウムからなる群より選ばれる二価金属イ
    オンを添加し、該金属イオンの最終濃度が20mM以上
    の混合物を形成する工程を包含する粗製標品から高度に
    グリコシル化された蛋白質を精製する請求項5に記載の
    方法。
  7. 【請求項7】 粗製標品に、亜鉛、銅、コバルト、ニ
    ル及びカルシウムからなる群より選ばれる二価金属イ
    オンを添加する工程を包含する粗製標品から高度にグリ
    コシル化された蛋白質を精製する請求項1乃至請求項6
    のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項8】 粗製標品に、塩の形態で、亜鉛、銅、コ
    バルト、ニッケル及びカルシウムからなる群より選ばれ
    る二価金属イオンを添加する工程を包含する粗製標品か
    ら高度にグリコシル化された蛋白質を精製する請求項1
    乃至請求項7のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項9】 高度にグリコシル化された蛋白質が、H
    IVウィルス由来のgp120蛋白であることを特徴と
    する、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の方法。
  10. 【請求項10】 高度にグリコシル化された蛋白質が、
    HIVウィルス由来のgp160蛋白の可溶性の変異体
    であることを特徴とする、請求項1乃至請求項9のいず
    れかに記載の方法。
  11. 【請求項11】 標品からポックスウィルスを精製又は
    濃縮する方法であって、(i)該標品に、沈殿する混合物
    を形成するのに充分な量の、亜鉛、銅、コバルト、ニッ
    ケル及びカルシウムからなる群より選ばれる二価金属イ
    オンを添加する工程、および(ii)沈殿後、沈殿物の形態
    で上記ポックスウィルスを回収する工程を包含する方
    法。
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