JP3552718B2 - ランダムバイオオリゴマーライブラリー、その合成方法、およびその使用方法 - Google Patents

Description

1. 発明の分野
本発明は、固相担体に結合されたバイオオリゴマーのライブラリーに関するものであり、その場合それぞれの固相担体が単一のバイオオリゴマー種に結合しており、またバイオオリゴマーを構成するモノマーサブユニットのあらゆる可能な組合わせがこのライブラリーに含まれるものである。本発明のバイオオリゴマーはペプチド、オリゴヌクレオチドまたはキメラ・ペプチド−オリゴヌクレオチド構築物であり得る。本発明はまたこのようなライブラリーを合成する方法に関する。本発明はさらに受容体分子と結合するか、または対象となる生物学的活性を仲介することができるリガンドを同定し、その特性を決定するための、このライブラリーのバイオオリゴマーの使用に関する。このライブラリーのバイオオリゴマーは化学反応を触媒することもできる。
2. 発明の背景
免疫認識、細胞シグナル発生と伝達、転写と翻訳、細胞内シグナル発生、および触媒作用（すなわち酵素反応）といった、ほとんど全ての生物学的過程は、リガンドの認識および結合により調節されている。アゴニストとして作用する分子、またはリガンド（例えばホルモン、成長因子、神経伝達物質）の活性を発揮または相殺する分子;B細胞（抗体仲介）免疫またはＴ細胞（細胞仲介）免疫を誘発する分子；化学反応を触媒する分子；または転写あるいは翻訳のレベルで遺伝子発現を調節する分子；を同定することは当分野における長年の関心事となっている。
特に興味を起こさせるものはタンパク質やペプチドのリガンドである。これらは大多数のホルモン、成長因子、神経活性物質および免疫エピトープを構成している。さらに、以下で述べるように、レセプター仲介生物学的活性、または抗体もしくはＴ細胞エピトープのアンタゴニストまたはアゴニストを生成する努力はほとんどがペプチドに集中している。しかしながら、レセプター結合部位に合わせた薬剤の開発は、ペプチドリガンドの配列を決定することが困難であるためにはかどっていない。このようなペプチド配列の絶対的な数と多様性により、これはどんな根本原理（ただし、特定の複合体を苦労して単離し、エピトープの位置を同定し、そのエピトープの配列を決定することを除く）に基づいても到達し難いゴールとなっている。この問題は、エピトープが一次配列中で隣接していないアミノ酸残基から成るという事実によりさらに複雑なものとなっている。
当分野の一部の研究者は、タンパク質のアミノ酸配列をその相補体のヌクレオチド配列に基づいて決定することにより、時間がかかるこの方法を回避しようとした。タンパク質はアミノ酸から成る大きいペプチドであり、各アミノ酸は３つの核酸残基のコドンによりコードされる。例えば、アミノ酸グルタミンを含むペプチドＡは３つの核酸残基：シトシン、アデニンおよびグアニンのコドンによりコードされるだろう。このコドンに対する相補体はグアニン（シトシンに結合する）、チミン（アデニンに結合する）およびシトシンであり、それはペプチドＢのアミノ酸をコードするだろう。相補性の理論によれば、ペプチドＢはペプチドＡに結合するだろう。特に、BostとBlalock（1989,Methods in Enzymology 168:16−28）は、ある所定のペプチドが核酸残基の相補配列によりコードされる他のペプチドに結合するだろうと提唱し、この情報を用いて、相補ペプチドのアミノ酸配列を推定した。彼らはその配列を使用してペプチドを合成し、その結合能を調べた。
しかしながら、この方法は問題の解決にはならなかった。なぜなら、相補ペプチド間の結合親和性は一般に非常に弱く、15残基以上の相補ペプチドを必要としたからである。さらに、この方法は対象となるタンパク質の結合相手のアミノ酸配列か核酸配列のいずれかの知識を必要とする。その上、この方法は一次配列において隣接していないアミノ酸残基から成るエピトープに対しては有効でないだろう。
最近、ペプチドライブラリーの作製と、受容体に結合しうるペプチドリガンドの同定におけるそれらの使用に関する報告がいくつか出された。１つの方法は大きいライブラリーを作製するために組み換えバクテリオファージを使用している。“ファージ法”を使って（Scott and Smith,1990,Science 249:386−390;Cwirla,et al.,1990,Proc.Natl.Acad.Sci.,87:6378−6382;Devlin et al.,1990,Science 249:404−406）、非常に大きなライブラリー（10⁶−10⁸化学物質）を構築することができたが、遺伝暗号と生物学的系がこの系の多能性と多様性に対して厳しい固有の制限を課している。２番目の方法は主に化学的方法を使用するものであり、例えばGeysen法（Geysen et al.,1986,Molecular Immunology 23:709−715;Geysen et al.,1987,J.Immunologic Method 102:259−274）とFodorらの最近の方法（1991,Science 251,767−773）がある。Geysenらの方法では、限定数のペプチド（10³−10⁴）を2,3日でポリエチレンピン上に合成することができる。Fodorらの方法は“光誘導される空間的に指令可能な平行化学合成（light−directed spatially addressable parallel chemical synthesis）”技術を利用している。この技術も光化学ペプチド合成法の開発の相対的欠如により制限される。
大規模な平行同時ペプチド合成法も開発された。Houghtonは、ポリプロピレンメッシュ袋中で何百もの類似ペプチドを同時に合成することを報じた（ティーバッグ法）（Houghton,1985,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 82:5131−5135）。Bergら（1989,J.Am.Chem.Soc.111:8024−8026）は、平行法でのペプチド合成に適する新規なポリスチレン−グラフト化ポリエチレンフィルム担体を報告した。両方法とも標準的なBocアミノ酸樹脂と共にMerrifield固相法（1963,J.Am.Chem.Soc.85:2149−2154）の標準的な脱保護、中和、カップリングおよび洗浄プロトコールを採用していた。
Furkaら（1988,14th International Congress of Biochemistry,Volume 5,Abstract FR:013）は、３種類の異なるアミノ酸をそれぞれ別々にカップリングし、その後全ての樹脂を混合することによりペプチドの混合物を製造する方法を開示した。Furkaらの手法は、製造された多数のペプチドから目的のペプチドを単離するための満足のゆく方法を何も提示していない。
Geysen、Fodor、Houghton、Berg、Furkaと共同研究者らの化学的手法は有用ではあるが、実際の事として、たった数百から数千のペプチドを一度に合成し、試験することを可能にするにすぎない。何百万というほどの可能なペプチド配列（そのうちの１つまたはそれ以上が対象となる物質間の結合部位に相当するかもしれない）を考えると、これらの手法はかなり限られている。５個のアミノ酸の任意の配列において、20種の知られた通常のアミノ酸を用いるとすると、20⁵つまり約3.2 x 10⁶の可能なアミノ酸の組合わせが存在する。これらの手法では、このように多くのペプチドを一度に合成することはできない。ペプチドの鎖長を変えることによってさらに多数のペプチドが生じる。同様に、StewartとYoung（1984,Solid Phase Synthesis,Second Edition,Pierce Chemical Co.,Rockford,IL）により開示されたような、通常のペプチド合成も、何千から何百万ものペプチドを一度に合成する方法を提供しない。
さらに、他の一般的なペプチド合成法からでは、固相担体に結合された真にランダムなペプチドのライブラリーを合成することができない。真にランダムなペプチドライブラリーとは、そのライブラリーが個々のペプチド種の全てをほぼ等モル比で含むような、全ての分子種の良好な統計学的分布を有するライブラリーのことである。
真にランダムなペプチドの合成は、一般に、種々のアミノ酸のカップリング速度が固相ペプチド合成（SPPS）において非常に異なるので、単一の反応容器に種々のアミノ酸を同時に添加することによっては達成できない（Ragnarsson et al.,1971,Acta Chem.Scand.25:1487,1489;Ragnarsson et al.,1974,J.Org.Chem.39:3837−3842）。例えば、成長しつつあるペプチドへのFmoc−グリシンのカップリング速度は、Fmoc−バリンの速度よりもかなり速く、これは恐らくバリンの嵩高な側鎖からの立体障害によるものだろう。もしも各サイクルのカップリングにおいて20種全ての真核生物の活性化Ｌ−アミノ酸を樹脂と混合するならば、最も速く反応するアミノ酸がペプチドに優先的に組み込まれ、各ペプチド種の等モル比は得られないだろう。その上、存在しうる求核試薬はそれぞれ異なる反応性を有するだろう。
さらに、従来のペプチド合成法はどれも、単一の固相担体に単一のペプチド種が結合した、10⁵以上のペプチドのライブラリーを合成することはできない。担体に１つだけのペプチド種を存在させることにより、現在のペプチド単離技術が大いに向上するだろう。
かくして、当分野では、単一のバイオオリゴマ種をそのライブラリーの残部から簡単かつ迅速に単離し得るような、真にランダムなペプチド配列およびオリゴヌクレオチド配列、すなわちバイオオリゴマー配列のライブラリーの必要性が存在している。また、当分野では、何千から何百万ものこれらの真にランダムなバイオオリゴマー配列を迅速に、かつ費用をかけずに合成する方法の必要性も存在している。
3. 発明の要約
本発明は、サブユニットの全ての可能な組合わせを含むバイオオリゴマーのライブラリー、該ライブラリーの作製方法、および該ライブラリーの使用方法に関する。
特に、本発明は、固相担体の少なくとも２つのアリコートを用意し、固相担体のアリコートに１組のサブユニットを別々に導入し、固相担体の実質的に全ての部位にサブユニットを完全にカップリングさせて固相担体／新サブユニットの組合わせを形成し、カップリングの完全性を評価し、必要に応じてこの反応を完全に進行させ、固相担体／新サブユニットの組合わせのアリコートを完全に混合する各工程を繰り返し、そして前記工程を希望する回数繰り返した後、バイオオリゴマーを固相担体に結合させたままで保護基を除去することから成るライブラリーの作製方法を提供する。ある態様において、サブユニットはアミノ酸で、バイオオリゴマーはペプチドであり得る。他の態様では、サブユニットがヌクレオシドで、バイオオリゴマーがオリゴヌクレオチドであり得る。また、ある態様ではヌクレオシドがデオキシリボ核酸で、別の態様ではヌクレオシドがリボ核酸である。更なる態様において、サブユニットはアミノ酸またはヌクレオシドで、バイオオリゴマーはペプチド−オリゴヌクレオチドキメラであり得る。
本発明は、固相担体に結合されたバイオオリゴマーのランダムライブラリーを作製し（その場合、それぞれの固相担体は単一のバイオオリゴマー種に結合しており、またバイオオリゴマーを構成するモノマーサブユニットのあらゆる可能な組合わせがこのコレクションに含まれるものである）、このランダムライブラリーに対象の受容体分子または基質分子を導入し（その結果として、前記受容体分子が該ライブラリーに含まれる１つまたはそれ以上の固相担体／バイオオリゴマー種を認識して、それに結合するか、または前記基質分子が該ライブラリーに含まれる１つまたはそれ以上の固相担体／バイオオリゴマー種により触媒される化学反応を受ける）、希望する性質を有する固相担体／バイオオリゴマーの組合わせを単離し、そして単離した固相担体／バイオオリゴマーのバイオオリゴマーを配列解析にかけることから成る、受容体分子のバイオオリゴマーリガンドの配列を決定する方法を提供する。異なる態様では、バイオオリゴマーの部分を固相担体／バイオオリゴマーの組合わせからその場で放出させ、対象となる生物学的活性をその場で検出する。ある態様では、バイオオリゴマーはペプチドである。他の態様では、バイオオリゴマーはオリゴヌクレオチド、特にDNAまたはRNAである。別の態様では、バイオオリゴマーはキメラ・ペプチド／オリゴヌクレオチドである。
本発明はさらに、前記方法により決定されたバイオオリゴマー配列を含む治療薬および診断薬を提供する。
【図面の簡単な説明】
図1.末端トリプトファンを有するランダムトリペプチド:X−Ｘ−Ｘ−Ｗ（ここでＸ＝S,A,またはV;3³つまり27の可能性がある）のためのスプリット合成法によるランダムペプチド合成を示す略図。
図2.環状ペプチドの略図。ｎ＝0,1,2,3,...、およびｍ＝1,2,3,...;nとｍは等しくてもよいが、その必要はない。実線は線状ペプチドの結合を示し、破線は架橋結合を示す。特異的に架橋可能なサブユニットの対はＡおよびＢで示してある。ＡはＡとのみ架橋し、ＢはＢとのみ架橋する。（ａ）“かご”モチーフ；（ｂ）“はしご”モチーフ；（ｃ）“輪なわ”モチーフ。
図3.（Ａ）新しい手法（本文参照）および（Ｂ）標準固相ペプチド合成により合成されたランダムテトラペプチド（Ｘ−Ｘ−Ｘ−Ｗ、ここでＸ＝S,A,またはＶ）のクロマトグラム（C₁₈逆相HPLC、Vydac）。クロマトグラムはカラムをアセトニトリルの直線勾配で溶離することにより得られた。溶媒A:0.1％トリフルオロ酢酸および５％アセトニトリル；溶媒B:0.1％トリフルオロ酢酸および100％アセトニトリル。
図4.抗−ｖ−mos抗体と第二抗体で標識した“long ｖ−mos"ペプチド／ビーズの写真。
図5.抗−ｖ−mos抗体と第二抗体で標識した“long ｖ−mos"ビーズと“short ｖ−mos"ビーズの混合物の写真。
図6.抗−ｖ−mos抗体と第二抗体で標識した“long ｖ−mos"ビーズと“short ｖ−mos"ビーズの混合物の写真。
図7.無数の陰性（無色）ビーズのバックグラウンドにおいて陽性（暗青色）ビーズを同定することができる、代表的なペプチドリガンドライブラリースクリーニングの顕微鏡写真。
図8.ストレプトアビジン−アルカリホスファターゼによるLHPQF−樹脂ミモトープ（mimotope）ビーズの染色に対するビオチンの濃度依存性阻害効果を示す顕微鏡写真。A:100nM;B:10nM;C:1nM;およびD:0.1nMビオチン。内部陰性対照として役立つように、ストレプトアビジン−アルカリホスファターゼとのインキュベーションに先立って、ブランクビーズ（β−Ala−カプロン酸−樹脂）をLHPQFD−樹脂と1:1で混合した。
5. 発明の詳細な説明
目下のところ好適な本発明の実施態様について詳細に言及することにする。
本明細書中で用いる“バイオオリゴマー”という用語は、100個未満のアミノ酸サブユニットからなるペプチドまたは100個未満のヌクレオチドサブユニットからなるオリゴヌクレオチドを意味する。
5.1. ランダムバイオオリゴマーライブラリーの作製方法
上で述べたように、本発明はランダムなモノマーサブユニット配列のバイオオリゴマーを合成することによるバイオオリゴマーライブラリーの作製方法に関する。ここで用いる“ランダムなモノマーサブユニット配列”という表現は、どのモノマーサブユニットが他のどのモノマーサブユニットの前または後に存在していてもよい配列のことである。
ある態様において、モノマーサブユニットはアミノ酸、アミノ酸類縁体、またはペプチド類似体であり得る。ここで用いる“ペプチド類似体（peptidomimetic）”は２個以上のアミノ酸のペプチドに構造的かつ化学的に似ている分子を意味する。他の態様において、モノマーサブユニットはヌクレオシドであり得、ヌクレオシドはリボ核酸であっても、デオキシリボ核酸であってもよい。また、他の態様では、モノマーサブユニットがアミノ酸とヌクレオシドであり得る。バイオオリゴマーはペプチド（アミノ酸から成る）、RNAオリゴヌクレオチド（リボヌクレオシドから成る）、DNAオリゴヌクレオチド（デオキシリボヌクレオシドから成る）、DNA−RNAキメラオリゴヌクレオチド、またはペプチド−オリゴヌクレオチドのキメラであり得る。ペプチド、オリゴヌクレオチド、またはペプチド−オリゴヌクレオチドキメラから成るライブラリーは：
（ｉ）ランダムサブユット配列のための固相担体のアリコートを少なくとも２つ用意し、
（ii）固相担体のアリコートに１組のサブユニットを別々に導入し、
（iii）固相担体の実質的に全ての部位にサブユニットを完全にカップリングさせて、固相担体／新サブユニットの組合わせを形成し、
（iv）カップリングの完全性を評価し、必要に応じてこの反応を完全に進行させ、
（ｖ）固相担体／新サブユニットの組合わせのアリコートを完全に混合する
各工程を繰り返し、そして工程（ｉ）−（ｖ）を希望する回数繰り返した後、最終工程として
（vi）バイオオリゴマーを固相担体に結合させたままで保護基を除去する
ことから成る方法によって作製することができる。別の態様において、ランダムバイオオリゴマーライブラリーは、少なくとも１つの工程において、同じサブユニットを固相担体の全てにカップリングさせ、そして少なくとも１つの他の工程で、少なくとも２種のサブユニットを固相担体にカップリングさせることによっても作製することができる。ランダムバイオオリゴマーライブラリーは上記工程（ｉ）−（ｖ）の１回の繰り返しによって作製してもよい。別の態様では、ランダムバイオオリゴマーライブラリーを上記工程（ｉ）−（ｖ）の２回以上の繰り返しによって作製してもよい。１つまたはそれ以上のサブユニットがすでにカップリングされた固相担体を用意することもできる。
バイオオリゴマーライブラリーは予め決められた、限られた数のサブユニットから構成することができる。他の態様では、ランダムバイオオリゴマーライブラリーを全ての利用可能なサブユニットから構成してもよい。
更なる態様において、対象となるバイオオリゴマーは、最初にライブラリーを作製し、希望する性質を示すバイオオリゴマー配列を同定することにより、連続プロセスで同定することができる。このように同定されたバイオオリゴマー配列を含む固相担体を製造する。モノマーサブユニット配列の新しいセグメントを先に同定された配列に付加し、既知配列と希望する性質を示すランダム配列を含む新しい配列を同定する。この連続最適化−ランダム化戦略は対象のバイオオリゴマーの迅速同定を可能にする。
本発明のライブラリーのバイオオリゴマーは実質的に等モル量でこのライブラリー中に存在しうるが、等モル量である必要はない。当分野で習熟した者にはよく知られているように、１モル量は１リットルの溶液を作るのに十分な溶媒に１グラム分子量（モル）の物質を溶解した濃度である。ここで用いるバイオオリゴマーの“実質的に等モル量”とは、ほぼ同じ濃度で存在するモノマーサブユニット種のことである。従って、150,000のバイオオリゴマーのコレクションにおいて、もしもバイオオリゴマーＡが200ピコモル／リットルで存在するとすると、150,000のバイオオリゴマー種の残りも全て約200ピコモル／リットルの濃度で存在するだろう。しかしながら、ここで用いる“実質的に等モル量”という用語は固相担体のサイズの不均質性を説明するものと解釈される。固相担体の不均質性により、所定の担体に結合することができるバイオオリゴマーの量は変化するだろう。
本発明の方法では、固相担体の少なくとも２つのアリコートが用意され、アリコート中の固相担体の数は少なくとも合成しようとするバイオオリゴマーの数に一致することが好ましい。これにより、各固相担体が単一のバイオオリゴマー種を含む（つまり１ビーズ/1バイオオリゴマー）ライブラリーを作製することができる。ここで用いる“アリコート”は固相担体の総量の一定画分を意味する。
5.2.ランダムペプチドライブラリー
特別な実施態様において、ランダムバイオ−オリゴマーライブラリーはペプチドを含んでいてもよい。「ペプチド」という言葉は、その広い意味において、２種類以上のサブユニットアミノ酸、アミノ酸類似体またはペプチド類似物の化合物を示すために用いられている。このサブユニットは、ペプチド結合によって結合していてもよい。もう一つの実施態様において、サブユニットは他の結合、例えば、エステル、エーテル等によって結合していてもよい。ここで用いられているように、「アミノ酸」という言葉は、天然および／または非天然または合成アミノ酸のどれかを指しており、これらにはグリシンおよびＤ−またはＬ−光学異性体、およびアミノ酸類似体およびペプチド類似物が含まれている。
３種類以上のアミノ酸のペプチドは、もしそのペプチド鎖が短いのであれば、一般的にオリゴペプチドと呼ばれる。もし、そのペプチド鎖が長いのであれば、該ペプチドは一般的にポリペプチドはタンパクと呼ばれる。
本発明は合成ペプチド化学に基づくものであり、増幅またはスクリーニングのための生体系によるものではない。ペプチドライブラリーは、非天然のアミノ酸を含んでいてもよい。従って、本発明のペプチドはＤ−アミノ酸、Ｄ−およびＬ−アミノ酸の混合物、およびライブラリー中のペプチドに特別な性質を与える多様な「設計」アミノ酸（例えば、β−メチルアミノ酸、Ｃα−メチルアミノ酸、およびＮα−メチルアミノ酸等）を含んでいてもよい。更に、特定のカップリングステップで特定のアミノ酸を割り当てることにより、α−ヘリックス、βターン、βシート、γターン、および環状ペプチドを有するペプチドライブラリーを作ることができる。
本発明のペプチドライブラリーには、ペプチドを構成するあらゆる可能な組み合わせのアミノ酸が含まれる。グリシンとプロリンの２種類のアミノ酸から作られるジペプチドを実例に挙げると、グリシン−グリシン、グリシン−プロリン、プロリン−グリシン、およびプロリン−プロリンの４種類の可能な組合せがあり、ランダムライブラリーは４種類のすべての組合せを含むものとなるだろう。
一組の最初のアミノ酸は、個々のアリコートに別個に入れる。一般に、ペプチド合成に用いられるアミノ酸は、CarpinoおよびHan（1972,J.Org.Chem.37:3403−3409）により最初に記載され、塩基に不安定で、Ｎ^αアミノ酸保護の９−フルオレニルメトキシカルボニル（Fmoc）アミノ酸である。本発明の方法は、Boc−アミノ酸（Ｎ^αで保護されたＮ^α−ｔ−ブチルオキシカボニル）とともに用いることもできる。FmocおよびBocのＮ^αアミノ酸で保護されたアミノ酸が、Fluka、Bachem、Advanced Chemtech、Sigma、Cambridge Research Biochemical、Bachem、またはPeninsula Labsまたは当業者によく知られている他の化学会社から得ることができる。更に、本発明の方法は、当業者にあよく知られている他のＮ^α保護基とともに用いることができる。
上記のジペプチド例について言えば、導入された最初の一組のアミノ酸は、グリシンとプロリンからなるであろう；それぞれのアリコートは、Ｎ^α−Fmoc−グリシンまたはＮ^α−Fmoc−プロリンのどちらかを受容する。
導入後、最初の一組のアミノ酸は、固相支持体の実質的にすべての部位に完全に結合する。ここで用いられている完全な結合（カップリング）が意味することは、個々のアミノ酸のカップリング速度の差異とは無関係にカップリング反応が完了せしめられるいうことである。更に、アミノ酸は、固相支持体上の実質的にすべての利用できるカップリング部位に結合するために、それぞれの固相支持体は本質的にわずか１種類のペプチドのみを含むことになる。完全なカップリングの結果、固相支持体／最初のアミノ酸の結合が起こる。上記のジペプチドを実例として用いるならば、該カップリングの完了はビーズ−グリシン結合とビーズ−プロリン結合を生むであろう。
アミノ酸のカップリングは当業者によく知られている技術、例えば、StewartおよびYoung、1984、Solid Phase Synthesis、Second Edition、Pierce Chemical Co.、Rockford、ILに記載の技術によって達成することができる。当業者にとっては公知であろうが、固体支持体上のペプチド合成の方法は、カルボキシルまたはＣ末端（ここでは、αアミノ基が保護されているＣ末端アミノ酸が固相ポリマーに結合している）から始めてペプチドを作げていくことからなる。次に、この保護基は切除され、次のアミノ酸（これも保護されている）を、固相に結合したアミノ酸のα−アミノ基とペプチド結合によりカップリングする。前のアミノ酸と脱保護と付加されるアミノ酸のカップリングのサイクルは、ペプチドが完成するまで繰り返される。アミノ酸のどのような反応性側鎖もカップリングおよびＮ^α−脱保護操作には耐えられるが、合成の終了時に除去することのできる化学基で保護する。
アミノ酸を成長合成鎖にカップリングさせるために、ブロックされたアミノ酸のカルボキシル基を活性化しなければならない。活性化の多くの方法が本発明の実施に用いられてもよく、その方法として、例えば前もって作った対称的な酸無水物（PSA）、前もって作って混合酸無水物（PMA）、酸塩化物、活性エステルカルボン酸のその場での（in situ）活性化（FieldsとNoble、1990、"Solid phase peptide synthesis utilizing 9−fluorenyl methoxycarbonyl amino acids",Int.J.Pept.Protein Res.35:161−214に記載）がある。
Fmocアミノ酸の使用はペプチド合成の一つの手法でしかない。Boc（ｔ−ブチルオキシカルボニル保護アミノ基）の手法も固相支持体に結合したペプチドライブラリーを作成するために用いてもよい（例えば、Geysenら、1987、J.Immunol.Methods 102:259−274）。
カップリングが完了したかどうかは評定の必要がある。当業者は公知の定量測定試験（例えば、ニンヒドリン（Kaiser試験）、ピクリン酸、2,4,6−トリニトロベンゼンスルホン酸（TNBS）、フルオレサミン、およびクロラニル）を熟知しており、これらの試験は、発色化合物を形成させるための試薬とフリーアミノ基との反応に基づくものである。もし、イミノ酸（例えば、ProおよびHyp）が用いられるならば、イサチン測定が望ましい方法である。上記のFieldsおよびNobleを参照、反応の完了の定量化を、例えばSalisburyら（国際特許公報No.WO91/03485）により記載されているように、反応の過程の間測定（モニター）してもよい。
Fmoc合成では、Kaiser試験が望ましい。Kaiser試験において、それぞれの試験管からの試料は、Pierce Chemicalから得られたニンヒドリン試薬を用いて、Sarinら（1981,Anal.Biochem.117:147−157）により述べられた方法で試験することができる。
もし、カップリング反応がこの試験により決定することが不充分であるとすると、反応はａ）１倍〜５倍過剰の保護アミノ酸を用いる２回目のカップリング、ｂ）異なるか追加された溶媒（例えば、トリフルオロエタン）を用いる追加カップリング、またはｃ）カオトロピック塩、例えば、NaCIO₄またはLiBrの添加（KlisおよびStewart,1990,"Peptides:Chemistry,Structure and Biology",RivierおよびMarshall,eds.,ESCOM Publ.,pp.904−906）を含む当業者に馴染みのある幾つかの方法により完了せしめることができる。
該カップリング反応が完了した後、固相支持体／最初のアミノ酸の結合物の試料（アリクコート）を完全に混合する。完全な混合は、アリコートの均一な混合物ができたとき、好ましくは単一の反応容器において試料を混合することにより得られる。完全な混合のいかなる手段も本発明の範囲内にあり、多様な手段が当業者にとって熟知されているものであるが、好ましい手段としては、例えば、市販の動力装置の付いた振とう装置中または不活性ガス、例えば、窒素またはアルゴンをバブルすることによる撹拌または振とうがある。
得られた混合物は、少なくとも２つの試料（アリコート）に分ける。これらのアリコートは容積が等しく、もし混合が十分に完全であるならば、実質的に等しい量の固相支持体／最初のアミノ酸の結合物を含むものとなる。前記のジペプチド例を用いれば、それぞれの試料は基本的に等しい量のビーズ−グリシン結合物とビーズ−プロリン結合物を含むものとなろう。
それぞれのアリコート中に、別個に第二の組のアミノ酸を導入する。この第二の組は、（ａ）最初の組で加えられた同じアミノ酸、すなわちグリシンもしくはプロリン；（ｂ）異なる組のアミノ酸、例えばトリプトファンまたはロイシン；（ｃ）１種類のアミノ酸のみ、例えばイソロイシンからなってもよい。
最初の組のアミノ酸と同じく、第二の組のアミノ酸は個々に固相支持体／それぞれの試料（アリコート）の最初のアミノ酸結合物と完全に結合され、最初のアミノ酸と第二のアミノ酸からなるペプチドを形成する。上記カップリングと同じく、カップリングは、その反応のために当技術分野で用いられるいかなる技術によっても達成してもよい。上で議論したジペプチド例を用いれば、（ａ）同じ組のアミノ酸の付加によれば、得られるペプチドはグリシン−グリシン、グリシン−プロリン、プロリン−グリシン、またはプロリン−プロリンである；（ｂ）異なる組のアミノ酸によれば、得られるペプチドはGly−Trp、Gly−Leu、Pro−TrpまたはPro−Leuであり；（ｃ）一種類のアミノ酸によれば、得られるペプチドはGly−IleまたはPro−Ileである。
この方法は、添加するアミノ酸があればそれだけの回数を繰り返すことができる。もし、対象のペプチドがテトラペプチドＸ−Ｘ−Ｘ−Trp（ここでＸは、例えば、バリン、セリンもしくはアラニンのどれかである）ならば、この方法は３回繰り返して、Ｘ−Ｘ−Ｘ−Trpテトラペプチドを得ることができる。最初、２番目、そして３番目のアミノ酸の導入において、Ｎ^α−Fmocバリン、Ｎ^α−Fmocセリン（Ｏ−Bul）、またはＮ^α−Fmocアラニンのどれかを固相支持体のアリコートに添加すれば、実質的に等モル量の27種類の異なるペプチドが生じる（第１図）。もしヘキサペプチドを望むのであれば、この方法は６回繰り返される。もし、該ヘキサペプチドが５種類の異なるアミノ酸からなることが必要ならば、５種類のアリコート（それぞれが異なるアミノ酸を含んでいる）をそれぞれのカップリングステップで使用することにより、この方法を用いることができる。しかし、もし該ヘキサペプチドが20のアミノ酸のどの基本の組からもなるべきものとすると、20のアリコートをそれぞれのカップリングステップで用いる方法が利用できる。
本発明のペプチド合成の方法は、アミノ酸が結合しているか、まだ結合していない固相支持体を用いて利用できる。更に、固相支持体に既に結合しているリンカーを用いてもよい。アミノ酸が既に結合している１つの一般的な支持体はBachem Biochemicalから得られるβ−アラニン−PAN−樹脂である。これらの樹脂は、多くの社会より市販され利用可能であり、またペプチド合成分野に知識のある者により実験室で作られる。
固相支持体／アミノ酸の結合物または固相支持体／リンカーを初めの試薬として用いる場合は、これを少なくとも２つの試料（アリコート）に分割し、それぞれが最初の組のアミノ酸からアミノ酸を受容する。上で述べたように、最初の組のアミノ酸は、固相支持体／アミノ酸の結合物または固相支持体／リンカー上の実質的にすべての結合部位に完全にカップリングされ、これらの新しく加えられたアミノ酸を含む試料は完全に混合される。上記したように、混合物は少なくとも２つのアリコートに分割され、それぞれのアリコートは第二の組のアミノ酸からアミノ酸を受け取り、カップリング反応が繰り返され、成長ペプチドを形成する。上記のように、この方法は対象のペプチドを作るために望む回数を繰り返すことができる。
この方法は、ランダムペプチドの合成および前もって決定した配列からなるペプチドライブラリーの合成のために用いることができる。前もって決定した配列の合成は、特定のＮ^α−Boc−、Ｎ^α−Fmoc−または他の適当に保護されたアミノ酸を特定のカップリングステップの間使用することからなる。例えば、得られたペプチドが、特別な二次構造、例えばβ−シート、α−ヘリックス、β−ターン等々を取れる可能性を持つか、取り易いように、特定のカップリングステップでアミノ酸を選択してもよい。例えば、もしGlu、Ala、Leu、His、Trpが選択アミノ酸として用いられると、α−ヘリックスが選ばれるであろう；一方、もしVal、Ile、TyrおよびMetが用いられると、β−シートが選ばれるであろう。代わりに、もしGly、Asn、Ser、Pro、Aspが用いられると、β−ターン構造が選ばれるであろう。Ｎ末端近くの酸性アミノ酸やＣ末端近く近くの塩基性アミノ酸などの他の例を考慮すれば、α−ヘリックスを安定化することができる。Ｄ−アミノ酸はある種のターンを安定化することができ、数多くの他の構造モチーフを取り入れることができる（下記のセクション5.2.1.および5.2.2.を参照）。ジスルフィド、ラクタム、ラクトンまたは他の環閉鎖部分を有する環状ペプチドライブラリーを調製することさえ可能である（下記のセクション5.2.1.を参照）。
本発明の方法は、それぞれの固相支持体、例えば樹脂ビーズがわずかに１種類のペプチドのみを含むようにペプチドを合成することが可能である。この方法は、個々のカップリングサイクルの間に個々の樹脂ビーズを僅かに一つのFmocアミノ酸のみと接触させること、および該カップリングを完了せしめることを保証するものである。この１ビーズ−１ペプチド合成により、結合するものに特異的なペプチドの感度と単離効率性を高めることが可能となる。
本方法は容易に応用でき、105〜107の異なるペプチドを有するランダムペプチドプールの合成を可能とする。
本発明の一つの側面において、ライブラリーのペプチドは、フリーのグリシンもしくはグリシン−アミド基に類似するCO₂HまたはCONH₂側鎖が導入されている特別なアミノ酸をＣ−末端に有していてもよい。この特別な残基を考慮するもう一つの方法は、ビーズに対するリンカーもしくは結合からなる側鎖を有するＤまたはＬアミノ酸類似体としてである。一つの実施態様において、擬似フリーＣ末端残基は、ＤまたはＬ光学的立体配置を有していてもよい；もう一つの実施態様において、ＤまたはＬ異性体のラセミ混合物を用いてもよい。
付加的な実施態様において、ピログルタメートは、ライブラリーのペプチドのＮ−末端残基として含まれていてもよい。ピログルタメートはエドマン分解による配列決定には適用しがたいが、与えられたビーズ上でペプチドＮ−末端ピログルタメートによる置換のペプチドを僅かに50％に限定することにより、ビーズ上に配列決定のための非ピログルタメートペプチドが充分に存在するであろう。この技術は、Ｎ末端でエドマン分解に抵抗性のある残基を取り込んでいるどんなペプチドの配列決定のためにも利用できることを当業者は容易に認識するであろう。所望の活性を示す個々のペプチドを特性決定する他の方法は、以下に詳細に記載する。特別なＮ末端基が50％のペプチドに存在しているとき、そのブロックされたＮ末端基（例えばピログルタメート）を有するペプチドの比活性は、完全に（100％）ブロックされたペプチドの活性をブロックされていない（０％）ペプチドと比較することにより容易に示されるであろう。
さらに別の実施態様において、有用な化学および構造的性質を与えるペプチドのサブユニットが選択されるであろう。例えば、Ｄ−アミノ酸からなるペプチドは、インビボでＬ−アミノ酸に特異的なプロテアーゼに耐性を示すであろう。更に、より良く定義された構造的性質を有するペプチドのライブラリーの調製、およびペプチド類似物の利用、およびエステル結合などのペプチド類似結合を本発明は想定しており、新規な性質を有するライブラリーを調製するものである。もう一つの別な実施態様において、還元されたペプチド結合、すなわちR₁−CH₂−NH−R₂（ここでR₁およびR₂はアミノ酸残基であるか配列である）を取り込むペプチドライブラリーを作ってもよい。還元されたペプチド結合はジペプチドサブユニットとして導入してもよい。そうした分子は、ペプチド結合加水分解、例えばプロテアーゼ活性に抵抗性を示すものである。そうしたライブラリーは、ユニークな機能と活性（代謝分解またはプロテアーゼ活性に対する耐性のためにインビボで延長された半減期など）を有するリガンドを提供するであろう。更に、ある種のシステムにおいて、強いられたペプチドは向上した機能的活性を示すことはよく知られている（Hruby,1982,Life Sciences 31:189−199;Hrubyら,1990,Biochem.J.268:249−262）；本発明は、ランダムな配列をすべての他の位置で取り込む拘束されたペプチドを作る方法を提供する。
5.2.1.拘束された環状ペプチド
ライブラリーのすべてのペプチドの配列において、少なくとも２つの位置において、架橋を形成するための処理の後、ペプチドを拘束させ（Constrain）、環状化させ、または硬直化させるために架橋可能な化学官能基を提供するアミノ酸またはアミノ酸類似体が導入されているのであれば、拘束され、環状もしくは硬直化したペプチドが上記に記載の方法に従って調製してもよい。ターン誘導アミノ酸が取り入れられると、環状化は優先的に起こるであろう。ペプチドを架橋できるアミノ酸の例は、ジスルヒドを形成するシステイン、ラクトンもしくはラクタムを形成するアスパラギン酸、および遷移金属をキレートし、架橋を形成するγ−カルボキシル−グルタミン酸（Gla）（Bachem）などのキレーターである。保護されたγ−カルボキシルグルタミン酸は、Zee−ChengおよびOlson（1980,Biophys.Biochem.Res.Commun.94:1128−1132）により記載の合成を改良することにより調製してもよい。架橋が可能な少なくとも２つのアミノ酸からなるペプチド配列のペプチドライブラリーは、ペプチドを架橋し、拘束され、環状もしくは硬直化したペプチドを形成させるように、例えばジスルヒドを形成するシステイン残基の酸化、もしくはキレートを形成する金属イオンの添加により処理してもよい。
本発明に従うライブラリーの作成に使用される一組の一般的な硬直モチーフを本発明は提供する。第2a図に示される一つの実施態様において、２つのぺアーの架橋残基が「バスケット」を作るために配置されている。そうした「バスケット」モチーフは、その拘束されたコンフォメーションから生じる新規な結合的性質に加えて、触媒ポケットとして特別な応用を持つものかも知れない。２つのペアーの架橋残基からなるもう一つ別の実施態様において、第2bに示される「はしご」モチーフが設計されてもよい。「はしご」モチーフ中のＤ−およびＬ−アミノ酸を交互に入れ替える利用によって、（グラミシジン中に見られるβ−バレルに類似の）すべての側鎖が一つの表面に向いているペプチドが調製される。そうした表面はユニークな触媒部位を潜在的に提供するかも知れない。さらに別の実施態様において、単純な「投げなわ」モチーフを作ることもでき、ここでは２つの残基が第2c図に示すように架橋を形成している。ペプチドループを提供するのに加えて、より短い「投げなわ」モチーフは、結果として配座的に拘束された直線ペプチドとなり、二次構造、例えばアルファヘリクッスを安定化させている。
更に、インターペプチド架橋が形成されてもよく、結果として、硬直なペプチドマトリックスができることも考えられる。
本発明は架橋を系統的に作る手法を提供する。例えば、もし４つのシステイン残基をペプチド配列に導入するならば、異なる保護基を使ってもよい（Hiskey,1981,in The Peptides:Analysis,Synthesis,Biology,Vol.3,GrossおよびMoienhofer,eds.,Academic Press:New York,pp.137−167;Ponsantiら,1990,Tetrahedron 46:8255−8266）。最初のペアーのシステインは、脱保護され、酸化され、次に第２組が脱保護されて酸化される。このようにして、定義された組のジスルヒド架橋を形成してもよい。代りに、ペアーのシステインとペアーのキレートアミノ酸類似体を導入してもよく、従って、架橋は異なる化学的性質を持つようになる。
5.2.2.コンフォメーショナル束縛を誘導する非標準アミノ酸
以下の非標準アミノ酸は、特別なコンフォメーショナルモチーフを導入するために、ランダムペプチドライブラリーに導入されてもよい:1,2,3,4−テトラヒドロイソキノリン−３−カルボキシレート（Kazmierskiら、1991、J.Am.Chem.Soc.113:2275−2283）；（2S,3S）−メチル−フェニルアラニン、（2S,3R）−メチル−フェニルアラニン、（2R,3R）−メチル−フェニルアラニンおよび（2R,3R）−メチル−フェニルアラニン（KazmierskiおよびHruby、1991、Tetrahedron Lett.）;2−アミノテトラヒドロナフタレン−２−カルボン酸（Landis、1989、博士論文、University of Arizona）；ヒドロキシ−1,2,3,4−テトラヒドロイソキノリン−３−カルボキシレート（Miyakeら,1989,J.Takeda Res.Labs.43:53−76）；β−カルボリン（ＤおよびＬ）（Kazmierski、1988、博士論文、University of Arizona）;HIC（ヒスチジンイソキノリンカルボン酸）（Zechelら、1991、Int.J.Pep.Protein Res.43）；およびHIC（ヒスチジン環状尿素）（Dharanipragada）。
以下のアミノ酸類似体およびペプチド類似物は、特定の二次構造を引き起こすか選択されるように、選択ライブラリーに導入されてもよい:LL−Acp（LL−３−アミノ−２−プロペニドン−６−カルボン酸）、β−ターン誘導ジペプチド類似体（Kempら,1985,J.Org.Chem.50:5834−5838）；β−シート誘導類似体（Kempら,1988,Tetrahedron Lett.29:5081−5082）；β−ターン誘導類似体（Kempら,1988,Tetrahedron Lett.29:5057−5060）；α−ヘリックス誘導類似体（Kempら,1988,Tetrahedron Lett.29:4935−4938）；γ−ターン誘導類似体（Kempら,1989,J.Org.Chem.54:109−115）；および以下の引例により提供される類似体:NagaiおよびSato,1985,Tetrahedron Lett.26:647−650;DiMaio et al.,1989,J.Chem.Soc.Perkin Trans.p.1687;Gly−Alaターン類似体（Kahnら,1989,Tetrahedron Lett.30:2317）；アミド結合イソステレ（Jonesら,1988,Tetrahedron Lett.29:3853−3856）；トレトラゾーズ（Zabrockiら,1988,J.Am.Chem.Soc.110:5857−5880）;DTC（Samanenら,1990,Int.J.Protein Pep.Res.35:501−509）；およびOlsonら,1990,J.Am.Chem.Sci.112:323−333およびGarveyら,1990,J.Org.Chem.56:436に教示の類似体。
上記の非標準ペプチドとペプチド類似物は古典的エドマン分解配列分析に適用し難いが、最初にエドマン分解を行い、それに引き続く残りの鎖のアミノ酸分析が、所望の活性を有するペプチドの構造を決定するために用いることができる。代わりの方法として、マススペクトル分析を用いてもよい。
5.2.3.誘導および修飾ペプチド
本発明は更にライブラリー中のペプチドの修飾または誘導体化を提供する。ペプチドの修飾は当業者にとってはよく知られていることであり、これにはリン酸化、カルボキシメチル化、およびアシル化がある。修飾は化学的もしくは酵素的手段により達成できる。
もう一つの側面において、グリコシル化もしくは脂肪アシル化されたペプチド誘導体を調製してもよい。グリコシル化もしくは脂肪アシル化されたペプチドは、以下の引例に例示されているように、本技術分野においてよく知られているものである；
1.GargおよびJeanloz,1985,in Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry,Vol.43,Academic Press.
2.Kunz,1987,in Ang.Chem.Int.Ed.English 26:294−308.
3.Horvatら,1988,Int.J.Pept.Protein Res.31:499−507.
4.Bardajiら,1990,Ang.Chem.Int.Ed.English,23:231.
5.Tothら,1990,in Peptides:Chemistry,Structure and Biology,RivierおよびMarshal,eds.,ESCOM Publ.,Leiden,pp.1078−1079.
6.Torresら,1989,Experientia 45:574−576.
7.Torresら,1989,EMBO J.8:2925−2932.
8.HordeverおよびMusiol,1990,in Peptides:Chemistry,Structure and Biology,log,cit,pp.811−812.
9.Zee−ChengおよびOlson,1989,Biochem.Biophys.Res.Commun.94:1128−1132.
10.Markiら,1977,Helv.Chem.Acta.,60:807.
11.Fujuら,1987,J.Chem.Soc.Chem.Commun.,pp.163−164.
12.Ponsatiら,1990,Peptides 1990,GiraltおよびAndreu,eds.,ESCOM Publ.,pp.238−240.
13.Fujiら,1987,1988,Peptides:Chemistry and Biology,Marshall,ed.,ESCOM Publ.,Leiden,pp.217−219.
ペプチド−炭水化物結合には二種類の大きなクラスがある。最初に、エーテル結合は、セリンまたはスレオニンヒドロキシルを糖のヒドロキシルに結合させる。第二に、アミド結合はグルタメートもしくはアスパラテートのカルボキシル基を糖上のアミノ基に結合させる。特に、上記引例１と２は、ペプチド−炭水化物エーテルとアミドを調製する方法を教示している。アセタールとケタール結合も炭水化物をペプチドに結合させることができる。
脂肪アシルペプチド誘導体も調製できる。実施例のためであり、限定のために挙げるのではないが、フリーアミノ基（Ｎ−末端またはリシル）はアシル化、例えば、ミリソトイル化してもよい。もう一つの実施態様において、（CH₂）nCH₃構造の脂肪差からなるアミノ酸がライブラリーのペプチド中に導入することができる。本発明での使用に適するこのペプチド−脂肪酸複合体および他のものが、U.K.特許GB−8809162.4、国際特許出願PCT/AU89/00166、および上記引例５に開示されている。
5.3.ランダムオリゴヌクレオチドライブラリー
核酸から構成される選択的ライブラリーの合成方法は、Caruthers（1985、Science 230:281;Caruthersら、1987、Methods in Enzymology 154:287−313）により開拓されたホスホルアミダイト法によるDNAの固相合成法を採用することができる。
シリカに基づく不溶性高分子支持体と保護されたデオキシヌクレオシドの両方が、市販されており利用できる（例えば、Peninsula Laboratories,Inc.,California,Applied Biosystems,Inc.）。保護されたデオキシヌクレオシドの例は、5'−０−ジメトキシトリチルデオキシチミジン、5'−０−ジメトキシトリチル−４−Ｎ−ベンゾイルデオキシシチジン、5'−０−ジメトキシトリチル−Ｎ−ベンゾイルデオキシアデノシン、および5'−０−ジメトキシトリチル−Ｎ−イソブチルデオキシグアノシンである。他の具体的な保護基は適用に応じて用いることができる。相応するデオキシヌクレオシド3'−ホスホルアミダイトは合成することができ、続いて上記のCaruthersら、1987年に従って固相支持体にカップリングすることができる。最初のデオキシヌクレオシドは、例えばデオキシアデノシンとして固定化することができる。脱トリチル化し、ジクロロメタン続いてアセトニトリルによる洗浄後、固体−支持体は４つの等しい試料（アリコート）に区分けし、４つの分離した反応容器中に移しかえる。次に、その４つのデオキシヌクレオシド3'−ホスホルアミダイトをそれぞれ４つの分離した反応容器に移しかえる。カップリングの完了後、４つの反応容器からの固体−支持体はともに混合し、完全に洗浄し、次にI₂/H₂O/ルチジン/THFの混合物で酸化させる。酸化後、固体−支持体をアセトニトリルで完全に洗浄し、上記サイクルを繰り返す。ランダムポリデオキシヌクレオチド鎖の合成が完了した後（例えば、11回のカップリングステップ後）、メチルエステル基をチオフェノールで切断し、DMT基はトリクロロ酢酸で切断される。脱保護ポリヌクレオチド鎖は（適当なリンカーが選択されるとき）固体支持体に共有的に結合した状態であり続けることができ、以下に概説する選択されたスクリーニングの方法にすぐに用いることができる。
本発明は、ホスホジエステル結合以外の結合を持つオリゴヌクレオチドを用いることを前もって規定するものである。例えば、オリゴヌクレオチドはホスホロチオネート結合を取り込むかもしれない。他の修飾されたホスホジエスエル結合または結合類似体は本技術分野においてよく知られているものである。そのような修飾された結合は、エキソヌクレアーゼおよびエンドヌクレアーゼ活性に耐性があることが知られている。
12ヌクレオシド塩基を有するライブラリー中に、１カップリングステップあたり僅かに４つのDNAかRNA配列があるために、4¹²の可能なポリヌクレオチド配列、すなわち、全部で1.68×10⁷の可能性があることになる。更に、オリゴヌクレオチドは、DNAかRNAのヌクレオシドの両方を用いて合成してもよい。当業者は、主要ヌクレオシドに加えて、一般的ではない修飾ヌクレオシドを使ってもよい。一般的ではない修飾ヌクレオシドとして、イノシン、メチル化プリンヌクレオシド、ウリジン誘導体、および2'−０−メチルリボースがあり、これらはどのリボヌクレオシドと共にも生じ得る。
5.4.ランダムバイオ−オリゴマーライブラリーに使用される固相支持体とリンカー
本発明に用いられる固相支持体は、バイオ−オリゴマー合成（例えば、ペプチド合成またはオリゴヌクレオチド合成、またはその両方）の反応条件に不活性である。本発明に用いられる固相支持体は、モノマーサブユニットに結合するか、またはモノマーサブユニットのための最初の結合点として機能することのできるリンカーまたはハンドルに結合するために、反応性基を持たなければならない。一つの実施態様において、固相支持体は、インビボにおける利用に適するものかもしれず、すなわちバイオ−オリゴマーライブラリーの直接の利用のためのキャリアーか支持体として機能するかもしれない（例えば、TentaGel、Rappポリマー、テュービンゲン、ドイツ；下記のセクション5.8.を参照）。特別な実施態様において、固相支持体は美味であり経口的に食べられるものであってもよい。もう一つの実施態様において、固相支持体は、有用なクロマトグラフィー支持体であってもよい。
ここで用いられている固相支持体は、特定の種類の支持体に限定されるものではない。むしろ多くの数の支持体が利用可能であり、当業者に知られているものである。固相支持体として、シリカゲル、樹脂、誘導体化プラスチックフィルム、ガラスビーズ、綿、プラスチックビーズ、アルミナゲルがある。好適な固相支持体は、所望の最終使用および多様な合成プロトコールの適性に基づいて選択してよい。例えば、ペプチド合成のために、固相支持体はポリスチレン（例えば、Bachem Inc.,Peninsula Laboratories等より得られる、PAM樹脂）、POLYHIPE（登録商標）樹脂（カナダのAminotechより得られる）、ポリアミド樹脂（Peninsula Laboratoriesより得られる）、ポリエチレングリコールでグラフト化したポリスチレン樹脂（TentaGel（登録商標）、Rappポリマー、テュービンゲン、ドイツ）またはポリジメチルアクリルアミド樹脂（カルホルニアのMilligen/Biosearchから得られる）を指すものである。好ましい実施態様において、ペプチド合成のために固相支持体はポリジメチルアクリルアミド樹脂を指している。
本発明の固相支持体はリンカーを含んでいてもよい。ここで用いられるリンカーは、支持体と合成されるペプチドとの間の空間距離を提供する分子を指している。リンカーは、Ｎ^α−BocまたはＮ^α−Fmocまたは適当に保護されたアミノ酸とカップリングする前に、固相支持体上に共有結合できる。多様なリンカーがオリゴマーを固相支持体に結合させるために用いることができる。リンカーの例は、アミノブチル酸、アミノカプロン酸、７−アミノヘプタノン酸、８−アミノカプリル酸がある。Fmoc−アミノカプロン酸は、Bachem Biochemから市販されて利用でき、好適な実施態様である。更に別の実施態様において、リンカーは更に１つ以上のβ−アラニンをスペーサーとして含んでいてもよい。更に、固相支持体は、バイオアッセイや検出の特別の目的のための特定の要件に合致するように修飾することができる。固相支持体の修飾は、特定のリンカーを取り入れることにより行なってもよい。例えば、修飾された固相支持体は、酸感受性、塩基感受性、求核感受性、求電子感受性、光感受性、酸化感受性または還元感受性とすることができる。
上記に記載のリンカーに加えて、選択的に切断可能なリンカーを用いることができる。紫外線光に感受性のあるリンカーであるONbの使用は、下記セクション12に示されている（BaranyおよびAlbenicia,1985,J.Am.Chem.Soc.107:4936−4942を参照）。他の切断可能なリンカーは、ハイドロゲノリシスまたはフォトリシスを必要とする。光感受性（光切断性）リンカーの例は、Wang（1976,J.Org.Chem.41:32−58）、Hammerら（1990,Int.J.Pept.Protein Res.36:31−45）、およびKreib−Cordonierら（1990,in Peptides−Chemistry,Structure and Biology,RivierおよびMarshall,eds.,895−897）中に見られる。Landen（1977,Methods Enzym.47:145−149）は、水性の蟻酸を用いてAsp−Pro結合を切断した；このアプローチはGeysen pin合成法に関連してＴ−細胞決定基を特性決定するために用いられた（Van der Zeeら,1989,Eur.J.Immunol.191:43−47）。塩基性条件下で切断可能な他の潜在的リンカーグループとして、ｐ−（ヒドロキシメチル）ベンゼン酸（Anthertonら,1981,J.Chem.Soc.Perkin I:538−546）およびヒドロキシ酢酸（Baleauxら,1986,Int.J.Pept.Protein Res.28:22−28）がある。Geysenら（1990,J.Immunol.Methods 134:23−33）は、ジケトピペラジン機構によるペプチド切断を報告した。酵素は、感受性のある配列を含むリンカーもしくは酵素切断のための基質（例えば、ペプチドのプロテアーゼ切断；オリゴヌクレオチドのエンドヌクレアーゼ切断）を特異的に切断することができる。ある例において、10〜50％の樹脂を切断可能なリンカーによる置換で誘導体化してもよく、残りの50〜90％は非切断性のリンカーで置換され、配列決定のためにリンカーの切断後に十分なペプチドを残しておくことを確実にしている。切断できるリンカーを組合せて用い、単一ビーズから順次切断することもできる。
本発明に用いられる固相支持体は、更に、ランダムサブユニット配列が加えられた対象のバイオ−オリゴマーを含んでいてもよい。前結合されるバイオ−オリゴマーはここで記載の方法に従って選択してもよいし、または望む性質を与える公知の配列を含んでいてもよい。
オリゴヌクレオチドの合成においては、シリカに基づく固相支持体が選ばれるであろう。上記のセクション5.3.で述べたように、シリカに基づく固相支持体は市販されている（例えば、Peninsula Laboratories,Inc.およびApplied Biosystems.Inc.から利用できる）。
5.5.対象のバイオ−オリゴマーの検出と同定の方法
バイオ−オリゴマーの真にランダムなライブラリーのその合成方法を提供するのに加えて、本発明は、更に、対象となる生物学的活性、例えば、結合、刺激、阻害、毒性、味等々を示すバイオ−オリゴマーをライブラリー内で同定するために、バイオ−オリゴマーライブラリーのスクリーニング方法を包含するものである。他のバイオ−オリゴマーライブラリーは、酵素活性、酵素阻害活性、および対象となる化学的物理的性質のための下記記載の方法に従って選抜できる。
最初のスクリーニング中に発見される対象となるバイオ−オリゴマーは、最終的なリガンドである必要はない。実際、最初のスクリーニング中に選択されるリガンドの共通する配列に基づいて、第二のライブラリーを合成するのが望ましい。このように、もし第二のスクリーニングがより高い厳密な条件下でなされるのであれば、更により高い活性のリガンドの同定が可能かもしれない。
5.5.1.結合アッセイ
本発明は受容体分子の結合するバイオ−オリゴマーリガンドの同定を可能にする。ここで用いられている「受容体分子」という言葉は、バイオ−オリゴマーリガンドと結合するどんな物質も意味している。受容体分子は、これらに限定されるものではないが、抗体、レセプター、またはウイルス等の生物学的巨大分子であってもよい。更に、受容体分子は、これらに限定されるものではないが、タンパク、炭水化物、核酸、脂質、医薬、金属または小分子等の化学的化合物であってもよい。
本発明のバイオ−オリゴマーは多くの異なる受容体分子に潜在的に相互作用することができる。特定の受容体分子に結合する特別なバイオ−オリゴマー種を同定することにより、対象のバイオ−オリゴマーを物理的に単離することが可能である。
小数のビーズのみがそれぞれのスクリーニング／検出／単離ステップの間に除去されるので、ほとんどのビーズがプール中に存在するであろう。従って、ランダムバイオ−オリゴマーライブラリーは複数回繰り返し利用できる。もし、異なる色彩もしくは同定方法［（例えば、受容体上に付けられたフルオレセイン（緑）、テキサスレッド（赤）およびDAPI（青）などの蛍光を知らせるグループを用いる）または蛍光顕微鏡または蛍光検出器中における適当な励起フィルターを用いる］を異なる受容体分子用いるならば、異なる受容体（リセプター）をペプチドライブラリーに加えると同時に評価することができ、特別なリガンドのための迅速なスクリーニングを容易にする。これらの方法は費用を下げるだけではなく、選抜することのできる受容体分子の数を増加させている。
本発明の方法において、対象の受容体分子はバイオ−オリゴマーのライブラリーに導入され、ここで該受容体分子はライブラリー中の１種類以上のバイオ−オリゴマーをライブラリー中で認識し結合する。受容体分子が結合するそれぞれのバイオ−オリゴマー種は単一の固相支持体上に見られるであろうから、該支持体（従って該バイオ−オリゴマー）は容易に同定でき単離することができる。
バイオ−オリゴマーは当業者に公知の通常の方法により単離することができ、本発明は単離の方法により限定されることはない。実例のためであり、限定をするためではないが、特異的な受容体位分子と最も強い物理化学的相互作用を示す固相支持体／バイオ−オリゴマー結合体を物理的に単離することが可能である。物理化学的相互作用に基づく一つの実施態様において、特異的な受容体分子溶液は、約10⁵〜10⁷個の固相支持体であるランダムペプチドライブラリーに加えられる。受容体分子は、ペプチドと抗体とのカップリングを充分に行なわせる時間、例えば22℃で１時間、該樹脂とインキュベートさせる。その後、受容体分子で被覆したバイオ−オリゴマー／固体相支持体が単離される。より具体的な実施態様は、可溶性受容体分子としてモノクローナル抗体を用いることを記載する以外の方法に述べられている。これらの方法は、いかなる受容体分子の結合を検出するためにも、容易に変更改良して採用できることは明らかであろう。更に、以下の方法は、ペプチドのライブラリーについて述べているが、オリゴヌクレオチドまたはペプチド−オリゴヌクレオチドキメラのライブラリーも定量できることが理解されよう。
（ｉ）モノクローナル抗体は、当業者の通常の技量の範囲の技術により、最初に蛍光部分で標識するか、「フルオレセイン化」する。次に、１μg/mlの濃度の該抗体が、ペプチドライブラリーに導入され、22℃で１時間緩やかに混合した後、固相支持体を洗浄し、蛍光抗体固相支持体／ペプチド結合物を同定して、蛍光で活性化されたセルソーターで回収する。代わりの方法として、蛍光抗体固相支持体／ペプチド結合物は、マイクロマニュピレーターを用いる蛍光結合により、分析顕微鏡下で同定され、物理的に集められる。蛍光の相対的強度は、問題のモノクローナル抗体に対するペプチド−リガンドの親和性に一般的に比例する。
（ii）モノクローナル抗体は、本技術分野ではルーチンである技法により、最初にフェロ−マグネティックビーズに結合させる。次に、１μg/mlの濃度の結合抗体は、22℃で１時間、ライブラリーとともにインキュベートする。マグネットビーズは対象の固相支持体／ペプチドの回りでロゼットを形成し、これは次に強い磁石を用いて物理的に単離できる。
（iii）モノクローナル抗体は、本技術分野ではルーチンである技法により、最初にアルカリホスファターゼなどの酵素に結合させる。次に、抗体−酵素結合体はランダムペプチドライブラリーとともに22℃で30分から１時間インキュベートする。洗浄後、全ライブラリーをアルカリホスファターゼの基質、例えば、５−ブロモ−４−クロロ−３−インドイルフォスフェート（BC IP）およびニトロ−ブルーテトラゾレウム（NBT）を含むペトリ皿に注ぎ入れる。数分間インキュベートの後、抗体−固体相支持体／ペプチド結合物は、固体相支持体上の変換された基質の析出のために、色が変わり（青くなり）、マイクロマニュピレーターによる分析顕微鏡下で容易に同定でき、物理的に単離することができる。色反応の相対強度は、問題のモノクローナル抗体に対するペプチドの親和性に一般的に比例する。
（iv）モノクローナル抗体は、最初に西洋ワサビパーオキシダーゼなどの酵素に、本技術分野にルーチンの技術により結合させる。次に、この抗体−酵素結合体は、22℃で30分から１時間ランダムペプチドライブラリーと共にインキュベートする。洗浄後、全ライブラリーをパーオキシダーゼの基質、例えば3,3',4,4'−ジアミノベンジジン（DAB）;3,3',5,5'−テトラメチルベンジジン（TMB）；または４−クロロ−１−ナフトール（4CN）を含むペトリ皿に注ぎ入れる。数分間のインキュベーション後、抗体−固相支持体／ペプチド結合物は色が変化し、マイクロマニピュレーターを用いる分析顕微鏡の下に同定でき、物理的に単離することができる。色反応の相対的強度は、問題としているモノクローナル抗体に対するペプチドの親和性と一般的に比例するものである。
（ｖ）モノクローナル抗体は、当分野でルーチン的な技術によって、最初にビオチンで標識するか、または「ビオチニル化」し、その後、ランダムペプチドライブラリーとともに22℃で30分間〜１時間インキュベートする。洗浄後、ストレプタビジン−アルカリホスファターゼまたはストレプタビジン−西洋ワサビパーオキシダーゼ複合体を添加して、30分間インキュベートする。次に、支持体を洗浄し、色を酵素法で上記（iii）で記載のように展開した。対象のペプチド／固相支持体は、上記のように物理的に単離される。
もう一つの別の実施態様において、可溶性受容体分子の利用に加えて、そのままの（未処理の）細胞を用い、細胞表面リレプターに結合するバイオ−オリゴマーを検出することができる。未処理細胞の使用は、マルチサブユニットであるか、適応性のあるリセプターとともに、もしくは細胞膜の脂質ドメインが機能的であることを必要とするリセプターとともに使用するためには好ましい。この技法に用いられる細胞は生きているか、固定された細胞であってよい。細胞はランダムペプチドライブラリーとともにインキュベートされ、ライブラリー中のあるペプチドと結合し、目的細胞と関連固相支持体／ペプチドとの間に「ロゼット」を形成する。その後、ロゼットは、分画遠心分離により単離することができるか、もしくは分析顕微鏡下で物理的に除去することができる。
代りの方法として、該ライブラリーを（ｉ）対象のリセプターがその細胞表面に存在していない「親」細胞系、および（ii）リセプター陽性細胞系、例えば対象のレセプターをコードする遺伝子で親細胞系を感染させることにより誘導された細胞系などの細胞系によるパンニング（選り分け）法を用いてライブラリーを選抜してもよい。次に、該ライブラリーを以下の手法によりスクリーニングすることができる：（ｉ）最初に、レセプターを欠如している細胞に結合するであろう非特異的なビーズのライブラリーを、親細胞系の単一層を導入し、標準「パンニング技術」により、使い果し、リセプターに特異的な非結合性ビーズまたは関係のない非結合性ビーズを残しておき、（ii）リセプターに特異的なビーズもしくは関係のないビーズの両方を含む非結合性ビーズを除去し、それらを、リセプター陽性細胞系の単一層上に置き、ここでリセプターに特異的なビーズはリセプター陽性細胞系に結合し、（iii）静かに洗浄し、デカントすることにより、残っている関係のない非結合性ビーズを除去し、そして（iv）リセプターに特異的なビーズをマイクロマニュピレーターで除去する。
膜結合性リセプターまたは細胞膜の脂質ドメインが機能的であることを必要とするリセプターのための全細胞アッセイに代るものとして、リセプター分子はリポソームに再構成され、ここでレポーティンググループまたは酵素を結合させる。
前記実施例はペプチドリガンドを指しているが、上記セクション5.1、5.2.および5.3.に記載のどのバイオ−オリゴマーも本発明の実施に用いることができる。従って、受容体分子は非標準、円形、立体配座的に影響を受けているか、もしくは構造的に拘束されたペプチドに、オリゴヌクレオチドに、またはペプチド−オリゴヌクレオチドキメラに結合させてもよい。
一つの実施態様において、受容体分子は直接に標識されてもよい。もう一つ別の実施態様においては、対象のバイオ−オリゴマーを含む固相支持体の受容体分子との結合の検出のために、標識化された第２試薬は受容体分子を用いてもよい。結合は、酵素ラベルにより、発色団をその場（in situ）で形成させることにより検出することができる。適当な酵素には、これらに限定されるものではないが、アルカリホスファターゼおよび西洋ワサビパーオキシダーゼがある。さらに別の実施態様において、対象の異なる受容体分子上に２つの酵素標識を用い、２つの発色性物質を用いて、２種類のカラーアッセイを使用してもよい。架橋反応性および単一反応リガンドは２種類のカラーアッセイにより同定できる。
本発明に用いられる他の標識として、色彩ラテックスビーズ、マグネチックビーズ、蛍光ラベル（例えば、幾つかの蛍光物質を挙げると、蛍光イソチオシアネート（FITC）、フィコエリスリン（PE）、テキサスレッド（TR）、ローダミン、フリーまたはキレート化したランタニド系塩、特にEu3＋）、化学発光性分子、ラジオアイソトープ、または磁気共鳴画像標識がある。２種類のカラーアッセイは２種類以上の色のついたラテックスビーズ、または異なる波長で光を出すフルオロフォアを用いて実施してよい。標識化されたビーズはマニュアルか機械的手段を用いて分離できる。機械的手段として、蛍光物質活性化ソーティング（すなわちFACSに類似するもの）およびマイクロマニュピレーター除去手段がある。
以下に記載の具体的な例において、酵素−クロモゲン標識と蛍光（FITC）標識が用いられる。
反応性ビーズは、標識の強度、例えば幾つかの基準を挙げると、色彩強度、蛍光強度、磁気強度、または放射活性に基づいて単離してもよい。最も強烈に標識化されるビーズが選択され、配列決定がなされ、さもなければ構造について、例えばマススペクトル分析により特性決定される。もう一つの別の実施態様において、任意のカットオフ以上の標識強度を有するビーズのランダムな選択が選択され、配列決定がなされてもよい。現代の画像分析マイクロスコピーを用いて、色彩強度を定量でき、従って、ビーズの配列分析の前に、受容体分子に対するリガンドの相対的親和性を正確に定義することができる。同じく、もし受容体に蛍光ラベルが付されていれば、定量免疫蛍光マイクロスコピーが適用できる。さらに別の実施態様において、ある標識強度を示すビーズが、組成分析、例えばアミノ酸組成の決定のために選択される。組成分析から重要であると同定されたモノマーサブユニットの限定された組からなる純化されたライブラリーは調製し、選抜してもよい。
もう一つの別の実施態様において、最大の結合親和性（すなわち結合定数）を有するバイオ−オリゴマーは、ライブラリーのわずかに２〜３個の固相支持体への結合が検出されるまで、段階的に対象の受容体分子を希釈することにより同定してもよい。代わりの方法として、結合溶液の厳密性（ストリンジェンシィ）、または核酸の場合は、目的の核酸（すなわち、受容体分子）とのハイブリダイゼーションを高めてもよい。結合の厳密性またはハイブリダイゼーションを高めるには、（ｉ）溶液のイオン強度を増加させること；（ii）尿素などの変性化合物の濃度を上げること；（iii）pHを中性（pH7）を基準にして、上げるか下げること；（iv）核酸の場合、Tm（溶解温度）に近付けることにより達成できることを当業者は理解するであろう。結合を高親和性相互作用に限定するために溶液条件を変える他の手段は、当分野においてよく知られている。固相支持体／バイオ−オリゴマーに対する受容体分子の高い希釈や高い厳密性（ストリンジェンシィ）結合は、すべてまたは殆どすべての可能なモノマーサブユニットからなるランダムライブラリーにおいて、または限定された純化ライブラリーにおいて、対象のリガンドを検出するために用いることができる。
もう一つの別の実施態様において、低い親和性結合を示すバイオ−オリゴマーは興味深いものかもしれない。これらのバイオ−オリゴマーは、すべての高い親和結合性バイオ−オリゴマーを最初に除去し、次に低い厳密性かより小さい希釈条件下で結合を検出することにより選択することができる。
好適な実施態様において、二重ラベルアッセイを使ってもよい。最初のラベルは、可溶性リガンドの存在下で、対象の受容体分子のビーズに対する非特異的な結合を検出するために用いてもよい。次に、標識したビーズはライブラリーから除去し、可溶性リガンドを除去する。次に、残存しているビーズに対する特異的結合性受容体分子を検出する。そのようなビーズ上のバイオ−オリゴマーは、興味のリガンドと同じ結合部位で受容体分子と結合する（従って興味のリガンドに疑似する）と期待することができる。アッセイの最初のステップは、非特異的な陽性反応のビーズの除去を可能とするので、対象の受容体分子は精製の必要がないこという利点を二重ラベルアッセイは提供する。
5.5.2.生物活性のアッセイ
更に、本発明は、合成から残ったままの（例えば、溶媒、滅菌水および培養培地による中性化および長い洗浄による）毒性物質を除去するように処理されたライブラリーからのバイオ−オリゴマーの生物学的活性のためのアッセイを提供する。定量することのできる生物学的活性として、毒性および殺傷性、刺激および成長促進、および生理学的変化がある。
好適な実施態様において、ライブラリーのバイオ−オリゴマーは、本明細書において「ビーズ」とも称される固相支持体から選択的に切断される。一つの実施態様において、ビーズは、バイオ−オリゴマーのフラクションのみを選択的に切断できるように調製される。選択的に切断可能なバイオ−オリゴマー、リンカーおよびビーズは、上記のセクション5.4.で議論している。ライブラリーは、バイオ−オリゴマーのフラクションの切断が起こるように、切断試薬で処理する。切断試薬の例としては、これらに限定されるものではないが、UV光線、酸、塩基、酵素、または触媒がある。一つの実施態様において、ライブラリーは10〜90％のバイオ−オリゴマーが放出されるように処理される。より好適な実施態様において、25〜50％のバイオ−オリゴマーが放出される。すべてのバイオ−オリゴマーが切断可能な場合、非定量的切断は、切断試薬を限定することにより実施することができる。一つの側面において、UV光線の露光時間と強度が限定される。もう一つ別の実施対応において、試薬濃度が限定される。切断を実施するための処理の後、該ライブラリーは、更に、例えば中性化により、所望のアッセイに生物学的に対応できるようにする。実施において、当業者は、ライブラリーのすべてのバイオ−オリゴマーが切断可能なリンカーまたは結合により固相に結合されているときに、部分的切断のための適当な切断条件を容易に決定することができるであろう。当業者は、更に、切断条件を変化させることによって、放出されたバイオ−オリゴマーの相対濃度に影響を与えることができると理解するであろう。
ライブラリーのビーズは固定化されているので、特別なバイオ−オリゴマーの濃度勾配が形成される。バイオ−オリゴマーの高濃度は、それが放出されるビーズの近接部分に見られるであろう。従って、対象の生物学的活性の証拠は、ビーズの近接部分で、ビーズの同定と単離を可能とし、バイオ−オリゴマーの配列決定と他のキャラクタライゼーションを可能とするであろう。配列決定のための部分的切断もしくは他のキャラクタライゼーションの後に充分なバイオ−オリゴマーがビーズ上に残っているので、バイオ−オリゴマーの同定が可能である。もう一つの別の実施態様において、ビーズは、マイクロタイターウェル（例えば、10ビーズ／ウェル）に分配され、１パーセントのバイオ−オリゴマーが放出され、生物学的活性を試験して、拡散の潜在的問題を取り除いている。以下に述べるように、バイオ−オリゴマーの異なるフラクションは、順次のアッセイのための異なる切断可能なリンカーを経て固相支持体もしくはビーズに結合されていてもよい。これらの実例において、「ビーズ」という用語は固相支持体を指している。
以下の実施例を、生物学的アッセイがどのように行なわれるかを示すために提供する（ただし、限定を行なうものとしてではない）。
（ｉ）単一細胞懸濁液における細胞群は、ランダムバイオ−オリゴマーライブラリーを含む液体培地もしくは半固体マトリックス上で層状とする。一つの実施態様において、この方法は、１ウェルあたり一つ以上のビーズと細胞懸濁液を有する96ウェルマイクロウェル組織培養プレート中で実施される。もう一つの別の実施態様において、バリヤーマトリックスまたは「クッキーカッター」は、細胞の懸濁液およびライブラリーのビーズに適用され、個々のチャンバーを作る。それぞれのビーズ上のある比率のペプチドは、水で切断可能な（例えば、ジケトピペラジン）または光で切断可能なリンカーに結合される。充分なペプチドが放出されて生物学的効果を与え、一方で充分なペプチドが配列決定のためのビーズに結合したままで存在する。細胞懸濁液は溶液中に存在するか、それ自体が半固体マトリックスに存在していてもよい。適当な時間のインキュベーション後、細胞群は成長と増殖を、例えばコロニーの同定により調べられる。もう一つの実施態様において、テトラゾリウム塩MMT（３−（4,5−ジメチル−タゾール−２−イル）−2,5−ジフェニルテトラゾリウムブロマイド）を添加してもよい（Mossman,1983,J.Immunol.Methods 65:55−63;NiksおよびOtto,1990,J.Immunol.Methods 130:140−151）。生きている細胞のミトコンドリア中に見いだされるスクシネートデヒドロゲナーゼは、MTTをホルマザンブルーに変換する。従って、濃縮された青色は、代謝的に活性のある細胞を示すものである。更に別の実施態様において、放射能標識、例えばトチリチエート化したチミジンの導入は、細胞の増殖を示すためにアッセイしてもよい。同様に、タンパク合成は、35S−メチオニンの導入により示すことができる。次に、細胞成長を促進するか阻害するペプチドを放出するビーズは、回収され、配列決定され、次に、同定されたペプチドを用いて、配列を指示細胞タイプに対する確認培地中での溶液中で再度試験を受ける。
（ii）更に、前記（ｉ）の実施態様において、ライブラリーのビーズは、それぞれのウェルが約10ビーズを含むようにマイクロタイターウェル中に配分される。該ビーズを溶液相中に懸濁する。充分なペプチドが、それぞれのビーズから放出され、生物学的効果を示し、一方、充分なペプチドが配列決定のためのビーズ上に残る。放出されたペプチドを含む上清は、リプリケートプレートに移されるか、ビーズを有するウェル中に残してもよい。生物学的活性、例えば細胞系の成長または増殖が決定される。生物学的活性を有するウェルからのビーズの配列を決定し、それぞれの配列を調製し、試験して、どの配列が生物学的活性を示しているのかを決定する。
（iii）上記の（ii）のさらに別の実施態様において、最初のステップで約1/3のバイオ−オリゴマーが放出され、第二のステップで約1/3が放出され、残りの1/3がビーズ上に残る。２つの異なる切断可能なリンカーの利用、もしくは切断試薬をそれぞれのステップにおいて一部分のみのバイオ−オリゴマーを放出するように限定することにより、順次的な放出を起こすことができる。後の例の場合、化学的もしくは酵素的切断試薬に注意深く時間設定して接触させることにより、部分的な切断が達成できるが、光で切断可能なリンカーの制御された照射が公的であろう。それぞれのウェルが１ウェルあたり約50以上のビーズ、より好適には約50から約250までのビーズを含むように、順次に切断可能なバイオ−オリゴマーのライブラリーがマイクロタイタープレート中で調製され、分散される。ビーズは約1/3のバイオ−オリゴマーを切断するように処理される。上清は、リプリケートアッセイで生物学的活性を測定する。次に、生物学的活性を示すウェルからのビーズを、それぞれのウェルが約１〜10ビーズを含むようにマイクロタイタープレートのウェル中に懸濁させ、分散させる。該ビーズは、さらに別の1/3のバイオ−オリゴマーを放出させるために処理され、上清は生物学的活性を測定する。生物学的活性を示すウェルからのビーズを単離し、結合したバイオ−オリゴマーの配列決定を行なう。１つ以上のビーズが見られるとき、すべての同定された配列を調製し、生物活性のために個々に試験する。この二つのステップの順次の生物学的アッセイは、特定な生物学的活性を有するバイオ−オリゴマーのための非常に大きなライブラリーを選抜する充分かつ強力な方法を提供する。
（iv）サイトカイン放出の促進は、半固体マトリックス、例えば、アガロースゲル中に固定化された単一細胞分散液を添加することにより定量できる。本発明のバイオ−オリゴマーがサイトカイン、例えば、リンフォカイン、成長因子、ホルモン等々の放出を誘導する場合、サイトカインの存在は、指示細胞系の活性により検出することができる。指示細胞系による具体的なアッセイは、上記（ｉ）に記載のように行なうことができる。もう一つの別の実施態様において、刺激された細胞により放出されたサイトカインは、膜、例えばニトロセルロース上にブロットでき、サイトカインはイムノアッセイまたはリセプター結合アッセイにより検出できる。
（ｖ）もう一つの別の実施態様において、バイオ−オリゴマーの毒性が観察されるかもしれない。例えばバイオ−オリゴマーライブラリー上に層状化された形質転換したもしくは腫瘍細胞系の非成長のゾーンまたはプラークは、細胞毒活性を示すかも知れない。特別な側面において、半固体マトリックス中の二つの細胞群は、互いに層状にできる。こうして、ターゲット細胞に特異的であるが、バイスタンダー（bystander）細胞には細胞毒ではない細胞毒バイオ−オリゴマーを同定することができる。そうしたアッセイは、化学療法剤として用いるためのバイオ−オリゴマーを迅速に同定するであろう。細胞毒バイオ−オリゴマーとして、毒性ペプチドおよびアンチ−センスオリゴヌクレオチドがある。
（vi）生理学的変化も定量することができる。一つの実施態様において、心筋細胞懸濁液は、ライブラリー上に層状にする。バイオ−オリゴマーにより刺激された細胞の「ビーティング」も観察できる。もう一つの実施態様において、特別な酵素のアップ−レギュレーションは、もし、クロモゲン（例えば上記の（ｉ）のMMT）、フルオロフォア、または化学発光物質などの適当な基質が利用可能であれば、特定の酵素活性の増加を検出することにより定量することができる。代りの方法として、酵素のアップ−レギュレーションは、免疫学的なアッセイにより検出してもよい。さらなる実施態様において、組織学的手法は、ライブラリーのバイオ−オリゴマーにより影響を受ける生理学的もしくは形態学的変化を示すかも知れない。
（vii）本発明は極性細胞、例えば基底面とルミナール面を有する細胞に対するライブラリー中のバイオ−オリゴマーの活性を定量する方法を提供する。極性細胞培養物は、ルーメンに対応させて、半透過性膜上に調製できる。ライブラリーは、半固体マトリックス中においてルーメン面もしくは基底面に添加される。本発明のバイオ−オリゴマーの多様な効果、例えば極性輸送、増殖、細胞内コミュニケーション等々を定量することができる。特に、バイオ−オリゴマーを放射能標識またはフルオロフォアで標識することにより、輸送可能なバイオ−オリゴマーが同定できる。当技術分野において、特異的に吸着可能な分子の長期にわたる必要性が存在する。特に、そのような分子は、口もしくは鼻の薬剤の投与（ここでは上皮組織のルミナール表面から基底面への輸送が望まれている）に有用である。
非切断のバイオ−オリゴマーを用いる生物学的アッセイも想定されるものである。次に、バイオ−オリゴマーで被覆した全ビーズの生物学的活性をスクリーニングする。一つの側面において、ライブラリーは動物中に導入してもよい。対象のビーズは、特定の組織から単離できる。口、鼻、皮膚投与の後に特異的に吸着されるビーズを単離してよい。好適な実施態様において、そのようなビーズは、磁石であるか、幾つかの他の特有の特徴を有し、従って組織から容易に単離される。
すべての前記生物学的アッセイが、ペプチド、オリゴヌクレオチド、またはペプチド−オリゴヌクレオチドキメラからなるバイオ−オリゴマーに適用されることが当業者によって容易に理解されるであろう。ペプチドおよびペプチド同族体は、成長促進剤、成長抑制剤、および制御分子としてよく知られている。ペプチドは、遺伝子上の調節配列に結合することにより、例えばプロモーター、エンハンサー、および調節タンパクの効果をアゴナイズまたはアンタゴナイズすることにより、遺伝子調節因子として機能することができる。同様に、核酸は、転写レベル（例えば、プロモーター、エンハンサー、転写停止部位等々に結合するかブロッキングすることによる）、プロセシングレベル（例えば、mRNAプロセシングを干渉するか助けることによる）、および翻訳レベルでの遺伝子発現の誘導物質に対する阻害剤として作用することができる。特定のmRNAの翻訳をブロックするオリゴヌクレオチドまたはオリゴヌクレオチド類似体を用いることは当技術分野においてよく知られている。上記のセクション5.1.〜5.3.に記載のどんなライブラリーおよびすべてのライブラリーが、生物学的活性についてアッセイされ得る。
更に、組織培養で長期か短期間維持されるどんな細胞も生物学的アッセイに用いてもよいことが当業者によって理解されるであろう。ここで用いられる「細胞」という用語は、原核（例えばバクテリア）および真核細胞、酵母、カビおよび真菌を含むことが意図されている。培養で維持される一次細胞または細胞ラインを用いてもよい。更に、ウイルスに関する生物学的アッセイは、ウイルスによる細胞の感染もしくは形質転換により行なうことが可能なことを出願人は想定している。例えば、限定するものではないが、バイオ−オリゴマーのラムダバクテリオファージの溶原活性を阻害する能力は、感染されたときに透明なプラークを形成しない感染大腸菌コロニーを同定することにより定量することができる。
バイオ−オリゴマーのランダムライブラリーのバイオ−オリゴマーの活性を定量するための本発明の方法は、前述の例に限定されるものではない；どんなアッセイシステムもここで開示された発明を編入するように改変修飾できることを出願人は想定している。そのようなものは、本発明の範囲に入ることを出願人は想定するものである。
5.5.2.1. エリトロポエチンアゴニストのバイオアッセイ
特定の態様において、本発明はエリトロポエチンのバイオ−オリゴマーアゴニストのためのアッセイを提供する。ここに記載される特定の方法は例えば成長因子、ホルモン、サイトカイン、リンホカイン及び前述の第5.5.2節で記載されたとおりの他の細胞間メッセンジャーのアゴニストのようなすべてのアゴニストを同定するための有用なストラテジーを提供するであろうことが認識されるべきである。
この実施例において、バイオ−オリゴマーライブラリーは19の一般のアミノ酸（シスチンを除く）で構成されるペンタペプチドより成り得る。明確なペプチドの理論数は2,476,099である。ライブラリーは、スクリーニングの成果を促進させるため19段階で製造しうる。これは、各段階においてＣ末端に対する１個のアミノ酸を選択し、その結果他の４個のアミノ酸の位置は無作為化させることによりなしうるであろう。このため、各段階の配列はXXXXY−リンカー−樹脂となり、ここで、Ｙはその段階のために選択され、Ｘはランダムなアミノ酸取り込みを表わすものである。このアプローチは各段階で可能なペプチドの数を130,321に減少させる。96ウェルのマイクロタイタープレートの各ウェルに10ビーズ（ペプチド）として配分される場合、必要なプレートの数は136である（１の追加プレートはバイオアッセイのスタンダード及びコントロールのために必要であり、合計137個である）。この方法は、この数のプレート上でライブラリーの全段階の分配を１実働日で可能にする。
ビーズ上で合成されたペプチドの主要部分（50〜80％）はバイオアッセイにおいて使用するために切断することができ、その結果、少なくとも50pmolのペプチドが各ビーズから一貫して放出されるであろう。光切断可能なリンカーも使用しうるが、ジケトピペラジン結合が切断可能なリンカーとして好適である。結合は温和な酸性条件（例えば0.1〜1.0mM HCl）では、ビーズの分配（distribution）を６〜８時間の間可能とさせる程度に十分に安定である。切断は、各ウェルに1.0〜10mMのHEPES緩衝液（pH8.5）20μｌを添加して促進される。切断は、最終ウェル容積の維持に合致して１晩で（12〜18時間）で生ずる。蒸発は、湿った室内にプレートを置くことによりコントロールしうる。
ライブラリービーズの切断から生ずるペプチド溶液は実際に滅菌されないとしても無菌でなければならない。溶液は25％の最終培養容積から成り、この培養は少なくとも24時間かかるであろうから、無菌状態が必要である。無菌状態は、（１）合成の後で滅菌水中でビーズに含水させる、（２）酸性の滅菌水中で最初のビーズ懸濁液を希釈する、及び（３）滅菌培養プレートにビーズを分配させるための滅菌方法を使用することにより達成される。最終のビーズ懸濁液は疎水性ペプチドの溶解を助けるために約20％以下のDMSOを含有しうる。DMSOは、加えるとしても、溶解を促進させるために含水工程の初期に加えるべきである。最終のビーズ懸濁液は10ビーズ/50μｌの濃度とすべきである。ピペット分取を行う際に、ビーズを懸濁液中に維持することは、メチルセルロースを約0.8〜3.2％添加することによりなし得る。メチルセルロースの使用は、溶解性を促進するために使用されるDMSOを減少させることができる。培養時のメチルセルロースの最終濃度は、バイオアッセイを妨げないようにするために0.8％以下に保持される。
試料プレートと培養プレートの間の正確な対応を維持しながら、放出されたペプチドは50μｌの試料としてバイオアッセイ培養皿に移すことができる。この移動の間に、滅菌状態を維持することが重要である。ヒトの組換えEPOは正陽性コントロールとして使用するため（各プレート）及び標準曲線を作成するために（第１及び最終のプレート）、プレートの選択されたウェルに添加され得る。コントロールのウェルは0.1 IU EPOを受けることができ、標準曲線は1.0〜100ミリ単位のEPOを受けた重複したウェルの６個のセットより得られる（D'Andreaら,1991,Mol.Cell Biol.11:1980−1987）。
バイオアッセイは、エリトロポエチン受容体（EPO−Ｒ）を発現するBa/F3−Ｔ組換えセルラインで行うことができる。これらの細胞はインターロイキン−３（IL−３）又はエリトロポエチンの存在に依存する。IL−３の存在時における（10％（v/v）のWEHI−コンディション化培地として供給される）これらの細胞の培養は、培地中のEPOのあり得べきバイオアッセイとの干渉を防止するであろう。Ba/F3−Ｔ細胞のための基礎増殖培地は、2.0g/LのNaHCO₃ 10％（v/v）ウシ胎児血清、１×ペニシリン−ストレプトマシイン、５μｌβ−メルカプトエタノール/L及び10mM HEPES（最終濃度）でpH7.40に調節したものを含有するRPMI1640培地である。この培地は、IL−３を供給する10％（v/v）のWHEI−コンディション化培地が補給されねばならない。WHEI−コンディション化培地は、同じ基礎培地中でWHEI細胞が集密になるまで培養することにより製造される。コンディション化培地は、細胞を除くために遠心分離され、0.22μｍフィルターに通され、凍結保存される。Ba/F3−Ｔ細胞は、培養により1.31×10⁷個の細胞を与え、これは記述の如くして、150μｌの容積中１×10³個細胞／ウェルとして分配されるであろう（ヨシムラら,1990,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.87:4139−4143）。
Ba/F3−Ｔ細胞はローラボトルから大きな（250ml）滅菌遠心ボトルへ移される。細胞は、約500×ｇで５分間の遠心分離により集められる。次いで、細胞は細胞計測のためにIL−３を有しない200mlの新鮮な基礎培地中に再懸濁される。次いで、追加の培地を添加して最終容積を6.67×10³個細胞/ml（１×10³細胞/150μｌ）に調節する。長時間の分配工程（distribution process）の間インキュベーターに保存するため、最終の細胞懸濁液を４〜８個のアリコートに分けることが必要である。細胞数及び生存度は、同様の生細胞の数が最初及び最後の培養皿中に存在することを確保するために、分配工程の初めと終了時に採取した試料において決定されるべきである。細胞は放出されたペプチド上清を含有する培養皿へ分配される。プレートは３日間培養される（ヨシムラら，上掲）。
バイオアッセイの終点は、各培養ウェル中に存在する生細胞の数である。これはニクス及びオットーにより修飾された（NiksとOtto,1990,J.Immunol.Methods 130:140−151）モスマンのMTTアッセイ（Mosmann,1983,J.Immunol.Methods 65:55−63）を使用して決定される。修飾されたアッセイは、培地を除去することなく、生きた細胞の数を測定可能とする。
MTT（３（4,5−ジメチルチアゾール−２−イル）2,5−ジフェニルテトラゾリウムブロミド）は、PBS（約270mlが必要）中の5mg/ml溶液として調整される。バイオアッセイプレートの各ウェルは、20μｌのこの溶液を受け、プレートは37℃で４時間インキュベートされる。この後、100μｌの抽出溶液が各ウェルに添加され、プレートは浴槽音波処理機中に120秒間置かれる。この抽出溶液は、ハンセンらにより記載されるように、酢酸−塩酸でpH4.7に調節されたドデシル硫酸ナトリウム（SDS）の20％（w/v）溶液中に50％（v/v）のN,N−ジメチルホルムアミドを含有する（Hansenら,1989,J.Immunol.Method 119:203）。この処理は、マイクロプレートリーダーによる570nmでの光学密度の測定のため、MTT代謝のホルマザン生成物を溶解する。
バイオアッセイから得られたODデータは、平均値に対する95％信頼区間を決定するために、すべての試料ウェルに亘って平均化される。この区間外のウェルに対するOD値は、有意性測定のスチューデントｔテストの為に使用される。有意な値は、EPO標準曲線と比較され、EPOに関連するIUとして効力概算値が得られる。標準曲線は、ロジスティック方程式（logistic equation）を使用する非線形回帰分析により決定される。両方の標準曲線から得られたデータは、バイオアッセイ工程の両方の終点において測定される応答に有意差が存在するか否かを決定するために一緒に、又は別個に分析されるであろう（Ｆ−比テスト）。全部のアッセイに亘って各プレートについて測定されたコントロール値の比較は、アッセイの応答において一致した変化があるか否かを決定するために使用されるであろう。
Ba/F3−Ｔ細胞上に２つの成長因子受容体（IL−3R及びEPO−Ｒ）が存在すること、及びいずれかの活性化が陽性のバイオアッセイ応答を生ずることを認識することが重要である。こうして、前述のバイオアッセイは、IL−３及びEPO受容体アゴニストの両方を選択するであろう。この問題については、２つの解決法がある。１つの方法は、異なるセルライン又は恐らくフェニルヒドラジン処理したマウスからの脾臓細胞を使用することである（Krystal,1983,Exp.Hematol.11:649−660）。２番目の方法は、第２番目のバイオアッセイにおいてEPO及びIL−３活性の両方について合成ペプチドを試験するか、又は放射性リガンド結合方法によるものである。
5.5.3. 酵素類似体／酵素阻害剤
本発明は、さらに、反応を触媒するバイオオリゴマー、即ち、補酵素として作用する酵素ライブラリー、又は酵素反応を阻害するバイオ−オリゴマーを含む。このため、本発明は、酵素又は補酵素の活性を、又は、酵素活性の阻害をアッセイするための方法を提供する。
酵素活性は、検出しうる反応生成物の生成により観察し得る。特定の態様において、ライブラリーのバイオ−オリゴマーはアルカリホスファターゼ基質、例えば５−ブロモ−４−クロロ−３−インドイルホスフェート（BCIP）の酵素反応を触媒し、固相支持体上に青色の不溶性反応生成物と形成する（後記実施例13を参照）。
他の態様において、検出可能な生成物の帯域、例えば、色又は蛍光が、半固形マトリックス上に形成される。ライブラリーは半固形マトリックス、例えば寒天ゲル中で層を形成し、発色又は他の指示基質が添加される。バイオ−オリゴマー／固相支持体が所望の酵素活性を示す場合には、生成物の帯域が生ずるであろう。例えば、これに限定されるものではないが、セイヨウワサビペルオキシダーゼのバイオ−オリゴマー類似体は、アミノアンチピレン（0.25mg/ml;Kodak）、フェノール（8mg/ml）及びH₂O₂（0.005％）を含む0.1Mのリン酸緩衝液、pH7.0の溶液を添加することにより同定できる。酵素活性を有するビーズは紫色の帯域を形成する。他の態様において、プロテアーゼ活性を有するバイオ−オリゴマー／ビーズは、良く知られた比色性プロテアーゼ基質を添加することにより同定され得る。
補酵素活性は、天然の又は一般の補酵素が不存在の場合には、補酵素により仲介される酵素活性をアッセイすることにより観察され得る。
酵素阻害活性は、部分的に放出されるバイオ−オリゴマーにより検出できる。バイオ−オリゴマーの放出は前述の第5.4及び5.5.2節において議論される。一つの態様において、これに限定されるものではないが、バイオ−オリゴマーライブラリーは酵素を含む半固形マトリックス中で層形成される。ライブラリーは処理されて、部分的にバイオ−オリゴマーを放出する。バイオ−オリゴマーが酵素活性を阻害する場合には、帯域欠除生成物が同定され得る。１の態様において、酵素基質は発色性であり、着色された生成物が形成される。酵素阻害剤の存在は、無色の帯域を生ずるであろう。他の態様において、ヘモグロビン又はアルカリホスファターゼのような指示酵素のタンパク質分解の阻害は、半固形マトリックス中の不透明の帯域の存在により検出され得る。これは、タンパク質分解の阻害剤の存在がヘモグロビン又は指示酵素の分解を防止するからである。
酵素活性、補酵素活性を示す、又は、酵素活性を阻害するバイオ−オリゴマーは、ペプチド、オリゴヌクレオチド又はペプチド−オリゴヌクレオチドキメラであり得るということは、当業者にとっては良く知られているであろう。特に興味のあることは、拘束された又は環化されたペプチドであり、これは独特の触媒結合ポケット又は表面を形成することができる（前記第5.2.1節）。また、ペプチド−オリゴヌクレオチドキメラは、相応の官能基の独特の並置のため、酵素又は補酵素活性のような独特の化学的特性を示すことが期待され得る。さらに、フリーのバイオ−オリゴマーは活性を有しないが、バイオ−オリゴマー／固相支持体は酵素又は補酵素活性を示しうることが想像される。これは、バイオ−オリゴマーの高密度の接近（proximity）がバイオ−オリゴマー／固相支持体に独特の化学特性を付与しうるからである。また、バイオ−オリゴマーはビーズから放出される時、酵素又は補酵素活性を示し得ることが想像される。例えば、電子移動鎖を含む単一又は複合酵素を刺激するために、既知の補酵素（補助因子）は拘束されたバイオ−オリゴマーに化学的にとり込まれ得ることが想像される。
5.6. バイオ−オリゴマーの特性決定法
前記第5.5節の方法のいずれか一の方法に従って当該バイオ−オリゴマーを含むビーズが選択される場合、本発明はバイオ−オリゴマーの構造及び配列を決定する方法を提供する。
バイオ−オリゴマーがペプチドである場合、好適な配列決定方法はエドマン分解法である。特に好適な方法では、アプライドバイオシステム477Aプロテインシークエンサーを用いる。ペプチドのアミノ酸配列は、また、高速原子照射質量分析（FAB−MS）又は他の分析方法のいずれかにより決定することができる。
ペプチドは、固相支持体に付着させて、又はそれから切断して配列を決定することができる。ペプチドを切断するために、採取されたペプチド−ビーズは、固相支持体からポリマーを分離するため当業剤に知られている伝統的な切断者で処理される。切断剤の選択は、使用される固相支持体に依存するであろう。例えば、ワング樹脂からペプチドを分離するためには、ジクロロメタン中の50％トリフルオロ酢酸を使用することが好ましい。
また、本発明の範囲内の他の態様においては、付着したバイオ−オリゴマーを有する１個の固相支持体、例えばビーズを分離し、このビーズを、ビーズからバイオ−オリゴマーを予め切断させることなくシークエンサーに適用することが可能である。例えば、バイオ−オリゴマーがペプチドであるならば、0.5mEq/グラム樹脂の置換を有する単一の100μｍの直径の樹脂は、約200ピコモルのペプチドを含有する。0.5mEq/グラム樹脂の置換を有する単一の直径250μm PAM樹脂は約3125ピコモルのペプチドを含む。従来水準のペプチドシークエンサーにより、十分な配列決定のためには僅かに５〜10ピコモルが必要である。それゆえ、１つの標準的なサイズの単一のPAM樹脂支持体であって、100μｍの直径のものは、配列決定のために十分量以上のペプチドを含有する。
ペプチドがエドマン分析を施せないアミノ酸又はペプチド類似物質を含有する場合には、10〜50％のペプチドが配列決定できない残基を含まないようにビーズを製造してもよい。残りの配列が決定でき、配列決定できない残基を含む配列はそれから推定してもよい。
配列決定できない残基に対する他のアプローチは、ライブラリーの合成の間に配列決定できない残基を組み込む前に一部分のペプチドを一時的にキャップすることである。その後の構造の同定において、配列決定できない残基までエンドマン分解が使用され、次いで、一時的なキャップを脱離させ、配列決定できない残基の末端（即ち、Ｃ−末端）で配列決定を再開する。
オリゴヌクレオチドの場合、配列決定は自動オリゴヌクレオチドシークエンサー（Applied Biosystems）上で成し得る。他の好適な方法は、マキサム（Maxam）とギルバート（Gilbert）法を使用することである（1977,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.74:560−564）。本分野で既知のオリゴヌクレオチド配列決定の他の方法も使用され得る。
高速イオン照射質量分析は、恐らく最も強力な構造分析を提供する。フラグメント並びにバイオ−オリゴマー種それ自体を検出することにより、配列は再構成され得る。エレクトロスプレー高性能質量分析（Finnigan MAT）は、同様に構造及び配列データを提供することができる。
一度選択されたバイオ−オリゴマーの配列が決定されると、自動ペプチド合成機又は他のバイオ又は化学合成手段を使用して、化学的に大量に合成できる。加えて、バイオ−オリゴマー配列が同定されると、サブユニット類似体は特異的なバイオ−オリゴマーの活性を高めるために置換されるかもしれない。
5.7. ランダムバイオ−オリゴマーライブラリーからの治療及び診断剤
当該バイオ−オリゴマー配列が一度決定されると、本発明は疾病の治療又は診断において使用するためのバイオ−オリゴマー配列を含む分子が提供される。バイオ−オリゴマーの配列だけで診断又は治療剤を提供することができ、又は、巨大分子に組み込んでもよい。生物学的又は結合活性を有するバイオ−オリゴマー配列を含む分子は、“エフェクター分子（effector molecule）”と呼ばれ得る。本発明は、さらに、種々の応用において使用するためのライブラリーを提供する。上記のエフェクター分子の“エフェクター”機能は、本明細書で記載された、又は当該分野で知られた機能のいずれであってもよい。
本明細書に記載された方法は、潜在的な診断又は治療的価値の特異的なリガンドに対する新しいサーチ手段を提供するのみならず、同一の受容体分子と物理的に相互作用しうるが、潜在的に非常に異なった一次配列又は化学組成の一連のリガンドに関する重要な情報を提供する。分子モデルに関してかかる情報を蓄積すること、及び現代的なコンピュータ手法は、リガンド−受容体の相互作用について新たな基本的な理解を提供することができるであろう。
本発明の治療剤は、サイトカイン、成長因子、又はホルモン剤の生物学的活性部位に結合し、そのことによりその活性を増大し、又は中和し、及び転写及び／又は翻訳を抑制し又は高めるエフェクター分子を含む。
本発明の治療剤は、例えば、成長因子受容体、神経伝達物質受容体又はホルモン受容体のような薬理的に興味のある受容体に結合するエフェクター分子を含む。これらのエフェクター分子は、天然の受容体リガンドの作用のアゴニスト又はアンタゴニストのいずれかとして使用できる。
受容体に結合するエフェクター分子の他の利用は、正常の細胞受容体に付着すること及び取り込まれることにより細胞へ接近するウイルス又は微生物の付着を抑制するためにその結合を使用することであろう。この現象の例として、CD4受容体へのヒトの免疫不全ウイルスの結合、及び単純ヘルペスウイルスの繊維芽細胞増殖因子受容体への結合が含まれる。受容体を占有するエフェクター分子は、標的細胞のウイルス感染を阻止するための薬剤として使用され得るであろう。細胞の寄生的侵入は、適当なエフェクター分子が本発明に従がって同定された後においては、同様にして阻止され得るであろう。
他の態様において、対象の受容体分子に結合するバイオ−オリゴマーの配列を含むエフェクター分子は、医薬又は毒素をターゲットにするために使用し得る。好適な態様において、対象の受容体分子は腫瘍細胞、動物の寄生物又は微生物、例えばバクテリア、ウイルス、単細胞寄生物、単細胞病原体、カビ又は真菌の表面に見い出される受容体又は抗原である。
さらに、プールされた何百万のバイオ−オリゴマーの２〜３が生物学的活性を有する配列を提供しうるということは可能である。抗腫瘍、抗動物寄生物又は抗微生物、例えば、抗真菌、抗バクテリア、抗単細胞寄生物、抗単細胞病原体又は抗ウイルス活性を有するバイオ−オリゴマーを分離できるかもしれない。加えて、これらのバイオ−オリゴマーのいくつかは、２、３の名を挙げると、成長因子、例えば、エリトロポエチン、上皮成長因子、繊維芽細胞成長因子、腫瘍成長因子の、並びに、ホルモン、神経伝達物質、免疫モジュレーター又は名の調節分子のアゴニスト又はアンタゴニストとして作用し得る。１の態様において、バイオ−オリゴマーはペプチドである。
本発明の治療剤は、又、薬剤、例えば、ジゴキシン、ベンゾジアゼパム、ヘロイン、コカイン又はテオフィリンに対して高い親和性を有するバイオ−オリゴマーの配列を含むエフェクター分子を含有する。かかるペプチドは、これらの薬剤の過剰投与に対する解毒剤として使用され得る。同様に、治療剤は、小分子又は重金属を含む金属イオンに結合するエフェクター分子を含む。ビリルビンに対して高い親和性を有するバイオ−オリゴマー配列は、高ビリルビン症を有する新生児の治療において有用であろう。
一般に、本発明は、フィジシァン デスク レファレンスのプロダクト カテゴリー インデックス（Product Category Index of The Physicians Desk Reference）に記載されているような疾病又は病気の治療のためのバイオ−オリゴマー配列を同定するための方法を提供することを想定させる（PDR,1991,45版,Medical Economics Data:Oradell,NJ,第201−202頁）。例えば、抗寄生虫、抗擬血、抗擬血拮抗剤、抗糖尿病剤、抗ケイレン、抗ウツ、抗下痢、解毒、抗ゴナドトロピン、抗ヒスタミン、抗高血圧、抗炎症、抗悪心、抗片頭痛、抗パーキンソン症、抗血小板、抗掻痒、抗精神、解熱、抗毒素（例えば、抗毒血清（antivenum））、気管支拡張剤、血管拡張剤、キレート化剤、避妊剤、筋弛緩剤、抗緑内障又は鎮静活性を有するエフェクター分子が同定され得る。
本発明の治療剤は、また、相応の製剤的に許容し得る担体、希釈剤及びアジュバントを含み得る。このような製剤上の担体は、水及び石油、動物、植物又は合成物由来のもの、即ちピーナッツ油、大豆油、鉱物油、ゴマ油等を含む油などの無菌液であり得る。薬剤組成物が静脈投与されるときは、水が好適な担体である。食塩水及びデキストロース水溶液及びグリセロール溶液は、特に注射可能な溶液のための液体担体として使用しうる。適当な製剤上の賦形剤には、でん粉、グルコース、ラクトース、ショ糖、ゼチラン、モルト、米、小麦粉、チョーク、シリカゲル、炭酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸ナトリウム、モノステアリン酸グリセロール、タルク、食塩、乾燥スキムミルク、グリセロール、プロピレン、グリコール、水、エタノールその他が含まれる。これらの組成物は溶液、懸濁液、錠剤、丸剤、カプセル剤、粉末、持続的放出剤等の形態にすることができる。適当な製剤上の担体は、E.W.マーチン著の“レミントンの製剤化学（Remington's Pharmaceutical Sciences）”に記載されている。かかる組成物は、患者に対して適当な投与形態を提供するように、適当量の担体とともに治療上有効量の活性化合物を含有するであろう。静注は極めて効果的な投与形態であるが、注入、又は経口、経鼻又は非経口投与による等の他の方法を使用することができる。
本発明に従がって決定されたバイオ−オリゴマー配列を有する分子は、又、診断剤を形成させるために使用しうる。この診断剤は、本発明の１又は複数のバイオ−オリゴマー配列、例えば、１以上のペプチド配列又はオリゴヌクレオチド配列から構成され得る。加えて、診断剤は上記した治療剤に対するいずれかの担体を含有することができる。
本明細書で使用されるとき、“診断剤”はこれに限定されるものではないが、Ｔ又はＢ細胞リンパ腫のような癌、及び上記したとおりの感染性疾患のような症状の検出のために使用され得る剤をいう。検出は、症状の存在の指標、症状に関連する身体の部分の位置又は症状の重さの指標を示すために、最も広範囲の意味において使用される。例えば、ペプチド−セイヨウワサビイムノペルオキシダーゼ複合体又は関連する免疫組織化学剤は、組織、血清又は体液中の特異的受容体又は抗体分子を検出し、及び定量するために使用され得るであろう。診断剤は、インビトロ又はインビボでの使用に適しているかもしれない。特に、本発明はイムノアッセイ、サザン又はノーザンハイブリダイゼーション及びin situアッセイにおいて使用するために有用な診断試薬を提供するであろう。
加えて、診断剤は、限定されるものではないが、ラジオアイソトープ、蛍光標識、常磁性物質又は他の画像増強剤のような１以上のマーカーを含み得る。当業者にとり、診断剤を形成させるために剤中に組み入れるためのマーカーの範囲及び方法は周知であろう。
本発明の治療剤及び診断剤は、動物、より好ましくはヒトを含む哺乳類並びに犬、猫、馬、牛、豚、モルモット、マウス及びラットのような哺乳類の治療及び／又は診断のために使用され得る。治療又は診断剤は、また、植物の病気を治療及び／又は診断するために使用され得る。
本発明に従がい発見されたバイオ−オリゴマーで治療又は診断しうる病気及び症状は、ランダムバイオ−オリゴマーライブラリーにおける構造の順列と同じ程、変化し、広範囲に亘るものである。以下の実施例は、例示の目的のために提供されるものであって、限定するものではない。
5.7.1. 細胞毒組成物
バイオ−オリゴマー配列を有する分子は、それ自体特異的な細胞毒活性を有しうる。また、対象の受容体と結合するバイオ−オリゴマーは、例えば、細胞毒分子を創製するために、薬物又は放射性核種のような細胞毒性化合物に結合させることによる等の慣用技術となった手法により修飾され得る。バイオ−オリゴマー、例えば、ペプチドは、細胞毒性化合物を“ターゲット”にすることができ、特定の受容体分子を示す細胞を特異的に破壊する。例えば、かかる細胞毒性ペプチド複合体は、直接に患者の不所望のＢ細胞集団、Ｂ細胞リンパ腫、Ｔ細胞集団又はＴ細胞リンパ腫を消失させることができるであろう。可能な臨床的応用は自己免疫疾患、リンパ腫及び臓器移植のための特異的な免疫抑制治療剤を含む。上皮増殖因子（EGF）受容体が役割を果たしていると信じられている乳癌又は卵巣癌のように、腫瘍細胞がリガンドの受容体介在結合を示す場合の他の形態の癌もこの方法で治療しうるであろう。
癌細胞又はウイルスに感染された細胞のようなターゲット細胞には特異的であるが、無関係の細胞、組織又は器官は殺さない細胞毒性剤は、本発明の方法により得られる。腫瘍のような有害な細胞をターゲットにすることに加えて、これらの特異的な毒素は有用な抗微生物剤になり得る。特に、かかる治療剤は静菌、殺バクテリア、抗ウイルス、抗−寄生物又は殺カビ活性を示し得る。同様に、毒素は殺虫又は除草活性を有することが確認され得る。
１つの態様において、バイオ−オリゴマーはペプチドであってよい。ペプチドは毒素が付着されるターゲット剤として作用し得る。ペプチド自体は細胞をターゲットとし、毒素として作用し得る。他の態様において、バイオ−オリゴマーはオリゴヌクレオチドであり得る。オリゴヌクレオチドは、細胞の生存のために必須の転写又は翻訳を妨げることにより、毒性効果を媒介することができる。
5.7.2. 免疫調整因子
本発明は、免疫調整因子として使用するための分子及び組成物を提供する。“免疫調整因子（immune modifiers）という語は、免疫系において変化を生じさせ得る分子又は化合物を含む。特に、免疫調整因子は、Ｔ細胞応答、Ｂ細胞応答、及びマクロファージ、好中球、多形核食細胞、顆粒球及び他の骨髄系統細胞の作用により介在されるような非特異的免疫応答を刺激し又は抑制することができる。エフェクター分子は次の免疫疾患を治療するために使用しうる：（１）重症筋無力症、多発性硬化症、グレーヴズ病、リューマチ性関節炎、全身性エリテマトーデス（SLE）、天疱瘡ブルガリス（Pemphigus Vulgaris）、自己免疫性溶血性貧血、及び免疫性血小板減少症を含む自己免疫疾患、（２）非ホジキンリンパ腫及び他の種々の腫瘍、（３）アレルギー、（４）免疫複合症、（５）臓器移植拒絶、（６）感染性疾患、及び（７）真性糖尿病。
免疫調整因子は、２、３の名を挙げると、インターロイキン（IL）−１、IL−２、IL−４、IL−６、顆粒球−コロニー刺激因子（CSF）、マクロファージ−CSF及び顆粒球／マクロファージ−CSFのような刺激性リンホカインの活性をまねることにより免疫活性を刺激しうる。刺激は、リンホカイン受容体へのリガンドのペプチド結合により、又は細胞の転写機構のオリゴヌクレオチド仲介活性化により生じ得る。免疫調整因子はFc受容体、LAF−１、LAF−２等の白血球又はリンパ球に結合することにより、及び食作用のような活性又は細胞毒の放出を誘導することにより作用するかもしれない。本発明のエフェクター分子はケモタキシン（chemotaxin）として作用するかもしれない。
特定の態様において、バイオ−オリゴマーから成る分子は抗原をまねるかもしれない。その場合、バイオ−オリゴマーは特定の病原体に特異的なＴ細胞又はＢ細胞活性を引き出すための有用なワクチンとなりうる。また、抗原、即ちエピトープ、の類似物は、特定の免疫応答を促進させる際に使用しうるであろう。
本発明のエフェクター分子は放出された形態において効果的であることが想定される。しかしながら、特定のバイオ−オリゴマーは、それが固相支持体に結合した状態にあるとき、一層大きな効果を示すかもしれない。特に、エピトープ類似物の高密度は、膜イムノグロブリンに結合し、キャップすることにより、又は他の受容体−仲介応答により、一層効果的にＢ細胞応答を刺激するかもしれない。
さらに、本発明の限定されたライブラリーは、多様性のあるエピトープをもって存在する病原体に対するワクチンとして有用であるかもしれないということが想定される。例えば、トリパノゾーム（trypanosome）のVSG（可変表面糖蛋白）の一次構造（配列）は、感染において経時的に変化することが知られている。VSGエピトープを変えることにより、トリパノゾームは免疫認識を回避する。同様に、マラリア寄生虫は異なるライフサイクルの段階において種間で、及び亜種内において、異なる抗原エピトープを発現することが見い出されている。このため限定された多様性をもつペプチドライブラリーは、トリパノゾーム又はマラリア寄生虫により与えられる可変抗原多様性に対して免疫しうるであろう。限定されたライブラリーは、ある範囲の抗原に対する免疫が望まれる場合にはいかなる場合にも、ワクチンとしての用途を有するかもしれない。
エフェクター分子は、また、（ｉ）Ｔ細胞抗原受容体又は抗体のレベルにおいて特異的免疫認識を阻止すること；（ii）Fc又は他の免疫受容体の阻止；又は（iii）リンフォカイン及びサイトカインの活性に結合すること及びこれを阻止すること；（iv）免疫細胞に対する負のフィードバックシグナルを提供することにより、免疫応答を阻害するかもしれないことが想定される。エフェクター分子は、免疫系、特に自己免疫抗原を寛容化させるために（tolerize）使用しうるかもしれない。例えば、DNAに対する免疫寛容はオリゴヌクレオチド又はオリゴヌクレオチドライブラリーにより実施されるであろうし、また、SLEの治療において有用であるかもしれない。さらに、免疫抑制は、前記5.7.1節に記載された機序により作用されるかもしれない。
加えて、本発明の治療剤は選択された合成抗原ペプチドを含有し、これにより、免疫系を操作して、抗原に対する寛容性を引き起こし、相応する自己免疫疾病を抑制し又は治療することが可能となるであろう。同様に、特定の合成抗原ペプチドにより、多量体免疫複合体の形成を抑制し、そのことにより特異的免疫複合疾病を防止することが可能である。
腫瘍特異的モノクローナル抗体に結合するペプチドが分離され、配列決定され、かつ、腫瘍に対する活性免疫を生じさせるための免疫原として使用するために合成され得るであろう。
Fc受容体に対して高い親和性を有する特異的ペプチドは細胞内皮系のFc受容体を抑制するための治療剤として使用することができ、このことは、病因不明の血小板減少症及び自己免疫性溶血性貧血のような自己免疫疾病を有する患者に有効である可能性がある。
かかるペプチドによる治療の可能性は、一層意義のあるものである。侵入する生物体のエピトープに似ているペプチドは、生物体による感染を阻止するために使用されるかもしれない。例えば、後天的免疫不全症（AIDS）に関する最近の研究によれば、AIDSウイルスによる感染はAIDSウイルスのエンベロープの特異的糖蛋白質（gp120）と細胞のCD4表面受容体の間の認識及び結合により始まることが示されている。gp120に類似したペプチドを投与すると、CD4受容体は十分に抑制され、その結果、AIDSウイルスはその細胞に結合し、感染することが可能とはならないであろう。同様に、寄生虫の侵入及び感染は、また、阻止されるかもしれない。
5.7.3. 神経活性アゴニスト及びアンタゴニスト
本発明のエフェクター分子は、ホルモン、神経伝達物質、鎮痛薬、麻酔薬、抗−精神病薬、抗−うつ薬又は麻薬の作用を作動（模倣）させ、又は拮抗（抑制）するであろうことが想定される。かかるフェクター分子は食欲調節剤、精神病薬、注意及び学習モジュレター及び記憶助剤の発見において有用であろう。本発明は、さらに、味覚及び香気類似体、例えば“人工の”甘味剤、塩及び香水の供給源を提供する。
5.8.制限ライブラリー
本発明の制限ライブラリーは、低コストで、または香料の偶発のアレルギー作用を生じないで、例えばスパイスのような複雑な香味を与え得ることが更に想像される。このようにしてサフランのような高価な香辛料が置換し得る。別の局面において、新しい類の香料をつくることができる。
別の実施態様では、制限ライブラリーは特異なクロマトグラフィー担体を提供し得る。バイオオリゴマー、例えば、一般的な化学的性質を共有するが種々の配列を有するペプチドのライブラリーは現在市販されているよりも有益なクロマトグラフィー担体であることが想像される。このようなクロマトグラフィー担体はイオン交換担体または逆相担体よりも選択的である。しかも、精製されるアクセプター分子は、例えば、免疫アフィニティー担体を使用して可能であるよりも非常に穏やかな条件下で担体から容易に溶離でき、こうして変性の可能性を減少し得る。一つの実施態様では、担体は中間のアフィニティー、例えば、中間の標識強さのものであり、または高濃度の特異的なアクセプター分子のみでボード（bourd）であることがわかったバイオオリゴマーの組成または構造に基いて調節し得る。更に、高度に選択的な低いストリンジェンシー（stringency）の担体が精製物質なしに迅速に同定し得る（上記の項目5.5.1を参照のこと）。
別の実施態様では、低アフィニティー結合ビーズが選択でき、制限ライブラリーが選択されたビーズの組成に基いて調節し得る。別の実施態様では、本発明により提供された数百万の配列から同定された一種または数種のバイオオリゴマー配列を含む特注の低アフィニティーまたは高アフィニティーの担体がクロマトグラフィーに使用し得る。
本発明は下記の実施例により更に明瞭にされ、これらの実施例は本発明の純然たる例示であることが意図される。
6.実施例：テトラペプチドライブラリーの合成
本発明の方法を使用して式Ｘ−Ｘ−Ｘ−Trp（式中、Ｘはバリン、セリンまたはアラニンのいずれであってもよく、そして最初のアミノ酸は常にトリプトファンである）のテトラペプチドファミリーを合成した。トリプトファンはカルボキシル末端で組み込まれてOD₂₈₀に於ける分光光度モニタリングを容易にした。
Wang（1973,J.Amer.Chem.95:1328−1333）に記載されたようなＮ^α−Fmoc−トリプトファン−アルコキシメチルポリスチレン樹脂をBachem Inc.,Torrence,Ca.から入手し、通常の固相ペプチド合成容器に入れた。また、添加されるアミノ酸はBachem Inc.から得られたFmoc−修飾アミノ酸であった。使用したその他の試薬は固相合成に日常使用されるものと実質的に同じであり、Austen（1988,“Peptide Synthesis"Methods in Molecular Biology,3巻,311−331）により示されたものである。
テフロン（商標）ライニングキャップを備えた反応容器をカップリング反応に使用した。通常の固相タンパク質合成反応容器が混合室として利用でき、これにカップリング反応後にアリコートを混合した。
Fmoc−Trpアルコキシメチル樹脂約0.5gをジクロロメタン（DCM）20mlで膨潤させた。次に樹脂をDCMで２回洗浄し、DCMとジメチルホルムアミド（DMF）の1:1混合物で１回洗浄し、DMFで３回洗浄した。次に樹脂をDMF中で20％（v/v）のピペリジンで脱保護した。脱保護した樹脂をDMF（３回）、DCM（３回）、そしてDCMとDMFの1:1混合物（２回）で充分に洗浄した後、樹脂をDMF約7.5ml中で再度懸濁させ、夫々約2.5mlの三つの別々のアリコートに分け、三つの番号を付したカップリング管に分配した。
添加される保護アミノ酸の量を、樹脂に既に結合されたトリプトファンのモル数に基いて計算した。添加される夫々のアミノ酸に関して、５倍モル過剰のアミノ酸を夫々の反応容器（これには洗浄樹脂が既にアリコートされていた）に添加した。夫々の反応容器は５倍過剰の種々のアミノ酸を受け取った。夫々の容器を２分間振とうし、DCM3ml中の５倍モル過剰のジイソプロピルカルボジイミド（DIC）を添加し、続いて１時間振とうした。
カップリングの完結について試験するために、夫々の管からの試料をSarinら（1981,Anal.Biochem.117:147−157）（本明細書に参考として含まれる）により記載された方法でPierce Chemicalから得られたニンヒドリン試薬で試験した。カップリング反応がこの試験により測定して不完全であった場合、その反応を当業者に知られている幾つかの方法により完結させた。これらの方法は、（ａ）１〜５倍過剰の保護アミノ酸を使用する第二のカップリング、（ｂ）異なる溶媒または追加の溶媒（例えば、トリフルオロエタノール）を使用する付加的なカップリング、または（ｃ）カオトロピック塩、例えばNaClO₄またはLiBrの添加（KlisおよびStewart 1990,“Peptides:Chemistry,Structure and Biology"RivierおよびMarshall編集,ESCOM発行、904−906頁）を含む。
カップリング後に、三つのカップリング管からの樹脂を単一の混合室に注意して移し、混合した。樹脂をDCM/DMF（1:1）で２回洗浄し、DCMで３回洗浄し、DMFで３回洗浄し、20％（v/v）のピペリジン/DMFで脱保護した。上記のようにしてDCMおよびDMFで充分に洗浄した後、その混合物を三つのアリコートに分け、三つの別々の反応容器に分配した。第二の組のアミノ酸を添加した。カップリングが完結した後、まず樹脂を20％のピペリジンで脱保護し、続いて上記のようにDCMおよびDMFで充分に洗浄した。第三の組のアミノ酸を同様に添加した。
ペプチドを固相支持体から開裂するために、DCM中50％（v/v）のトリフルオロ酢酸（TFA）＋５％（v/v）のアニソールおよび0.9％（v/v）のエタンジチオール30mlを樹脂に添加した。その混合物を４時間振とうし、ペプチド上澄みを回収した。次にペプチド上澄みをロータリーエバポレーターにより濃縮し、ペプチドをエーテル中で沈殿させた。充分に洗浄した後、ペプチド沈殿を乾燥し、更に分析するために使用に供した。凍結乾燥したペプチド（粉末形態）を凍結して貯蔵した。
7.実施例：ペプチド合成のクレームされた方法と通常の方法の比較
ランダムテトラペプチドのライブラリーを上記の実施例６に従って生成した。加えて、上記のAustenの文献に記載された通常の固相ペプチド合成（以下、“SPPS"と称する）技術を使用してテトラペプチドのライブラリーを生成した。Bachem,Inc.から得られたＮ^α−Fmoc−トリプトファン−アルコキシメチル樹脂を固相支持体／アミノ酸の組み合わせとして使用した。等モル量の５倍過剰のＮ^α−Fmoc−バリン、Ｎ^α−Fmoc−セリン（０−^tBu）、およびＮ^α−Fmoc−アラニンを夫々カップリング工程中に反応容器に添加した。これらの３つの連続のカップリング工程後に、テトラペプチドを上記のAustenの文献に記載されたようにしてDCM中50％（v/v）のTFA、５％（v/v）のアニソールおよび0.9％（v/v）のエタンジチオール中で開裂した。
7.2.結果
両方のペプチドライブラリーをＣ−18逆相HPLCクロマトグラフィーカラム（Vydac）で分析してライブラリー中のペプチド種の数（ピークの数）、ペプチドの相対濃度（ピークの面積）、およびペプチドの相対的な疎水性（カラムからの早期および後期の溶出）を実証した。結果が図１に示される。上のパネル（図1A）中のクロマトグラムは本発明の方法に従って調製されたペプチドのライブラリーで得られたパターンを反映し、下のパネル（図1B）中のクロマトグラムはSPPSで得られたパターンを反映する。
両方のパターンは21の明瞭なピークを示し、これは夫々のライブラリー内の少なくとも21の異なるペプチド種の存在を示す。しかしながら、SPPSパターンは＃１、２、３、４、５、６および７でかなり大きなピークを示し、これらはSPPSライブラリーがペプチド８−21の濃度よりも大きな濃度のペプチド１−７を含んでいたことを示す。ペプチド１−７の増加数は、これらのペプチドが21のペプチドの残りよりも優先的に合成されたことを示す。加えて、これらの主要なピークは早期に溶出され、即ち、これらのペプチドはカラム内で短い保持時間を示し、これはペプチドが更に親水性であったことを示す。
この結果はSPPS系では予測されない。バリンが疎水性であり、嵩高であり、しかもアラニンまたはセリンのいずれかで見られるカップリング速度よりもかなり遅いカップリング速度を有する（立体障害のためと考えられる）ことは当業界で知られている。こうして、ここで行われるような通常のランダムペプチド合成中に（この場合、バリンがカップリング部位に対してアラニンおよびセリンと本質的に“競合”する）、合成されたペプチドはバリン不足であり、生産されたペプチドライブラリーはランダムペプチドの等モルの分布を示さなかった。
対照的に、本発明の方法に従って生産されたランダムペプチドのライブラリーのパターンはペプチドの等モルの分布を示す。ピーク３、６、12、13および18はその他のピークの面積のほぼ２倍であり、これはその点で二種のペプチドの存在を示すが、残りの16のピークの殆どはほぼ同じパターンを有する。加えて、全ての21のピークは保持時間の範囲にわたって広がり、これはまたペプチドの等モルの分布を示す。
選択されたピークの配列決定は更なる支持を与えた。小さいピーク８、９、および12並びに大きなピーク６をアライド・バイオシステムズ477Aタンパク質配列決定装置で配列決定した。
＃８＝Val−Ala−Ser−Trp
＃９＝Val−Ser−Ala−Trp
＃21＝Val−Val−Val−Trp
＃６＝（Ser−Val）−（Ser−Ala）−（Ser−Ala）−Trp
これらのバリンを含む配列は、既知の遅いカップリングのアミノ酸が使用される場合であっても、本発明の方法がペプチドのランダム合成を可能にすることを確認する。
ピーク＃６の配合は、明らかにピーク下の一層より多いペプチドの存在のために明確ではなかった。おそらく、二種の主要なピークはSer−Ala−Ala−TrpおよびVal−Ser−Ser−Trpである。
7.3.結論
これらの結果は、本発明のランダムペプチド合成法が、通常のSPPS技術とは対照的に、実質的に等モル量のランダムペプチドのライブラリーの合成（この場合、アミノ酸を含むペプチドの組が速いカップリング速度で優位を占める）を可能にすることを実証する。
8.実施例：レセプター分子に結合するペプチドリガンドの単離
特別なペプチドを単離するための本発明の方法の使用を実証するために、ｖ−mos遺伝子生産物からの所定の配列を含む12のアミノ酸ペプチドを合成した。ｖ−mosはマウス肉腫から単離された発癌遺伝子であり、そしてネズミのモロニー肉腫ウイルスに関係する。ｖ−mos遺伝子生産物はセリン／スレオニンキナーゼ活性を有することが知られている。
8.1.物質および方法
Ｎ^α−Fmoc化学並びに通常の固相ペプチド合成試薬および技術を使用して配列、Leu−Gly−Ser−Gly−Gly−Phe−Ser−Val−Tyr−Lys−Alaをポリアクリルアミドビード（−300μｍの直径）で合成した。側鎖保護基を50％のTFAにより除去し、残ったペプチドをリンカー、アミノカプロン酸−エチレンジアミンによりポリアクリルアミド樹脂に共有結合して最終構造:Leu−Gly−Ser−Gly−Gly−Phe−Ser−Val−Tyr−Lys−Ala−アミノカプロン酸−エチレンジアミン樹脂（以下、“長いｖ−mosビード”と称する）を得た。このペプチド配列はｖ−mos遺伝子生産物の残基100〜111に相当する。
同じ方法を使用して、ｖ−mos遺伝子生産物の残基106〜111の短いペプチド（Glr−Ser−Val−Tyr−Lys−Ala）を同じリンカーによりポリアクリルアミドビードで合成した。（以下、“短いｖ−mosビード”と称する）。このペプチドはネガチブの対照として利用できた。
抗ｖ−mosとして知られている長いｖ−mosペプチドに対し特異的なマウスモノクローナル抗体を生産するハイブリドーマ細胞系（ハイブリドーマNo.165−28E7,SCRF 354,Lot No.165−119）をメリーランドのMicrobiological Associates Inc.から購入した。ELISA試験では、この抗体はｖ−mos、MOS、neu/HER−１、HER−２遺伝子生産物の同種配列を検出する。この抗体は短いｖ−mosペプチドに対してごくわずかなアフィニティーを有することが知られている。アルカリホスファターゼで標識された第二ヤギ−抗マウスIgG（Ｈ鎖およびＬ鎖特異的）をSigmaから得た。
Methods in Enzymology,121巻（1986）に記載されたようなモノクローナル抗体の生産のための通常の技術を使用して、モノクローナル抗体を腹水の形態で生産し、続いてPharmaciaから入手したプロテインＧカラムで精製した。
8.2.結果
長いｖ−mosビーズを1000倍過剰の短いｖ−mosビーズと混合した。0.1％のトゥイーン（Tween）20を含むPBS中の精製された抗ｖ−mosモノクローナル抗体（１μg/ml）2mlを長いｖ−mosビーズと短いｖ−mosビーズの混合物に添加し、室温で１時間にわたって穏やかに攪拌しながらインキュベートした。次にビーズを１時間にわたって穏やかに攪拌しながら洗浄した。次にビーズを小さいポリプロピレンの使い捨てカラム（Isolabから入手した）で洗浄し、そこでビーズはフリットにより保持された。次にビーズを１時間にわたって1:2000の希釈した第二抗体2mlと混合した。洗浄後、ビーズをポリスチレンペトリ皿に注ぎ、沈降させた。上澄みを除去し、５−ブロモ−４−クロロ−３−インドイルホスフェートおよびニトロブルーテトラゾリウムの溶液を基質として穏やかに添加した。
室温で15分間インキュベートした後、無色のままであった短いｖ−mosビーズと対照的に長いｖ−mosビーズは紫色に変わった。これは単一のダークビードを数千の無色のビーズのローン内で直ちに検出することを可能にした。ビーズ間の区別は図２〜４に示され、これらの全てがペトリ皿中に分布されたビーズの40倍の倍率の写真である。図２はモノクローナル抗体で標識された長いｖ−mosビーズのローンを示し、図３は抗ｖ−mosモノクローナル抗体で標識された長いｖ−mosビーズと短いｖ−mosビーズの混合物を示し、そして図４は無色のビーズのローン中の単一の青色のビードの容易な検出を示す。それ故、関係するペプチド配列を含んだビーズを容易に区別し、ライブラリー中のその他のビーズから単離した。
単離後、アプライド・バイオシステムズ477Aタンパク質配列決定装置を使用して単一の“長いｖ−mos"樹脂ビードのＮ−末端アミノ酸配列を決定した。
8.3.結論
この実施例は、千倍過剰の非結合性の関係のないビーズの中から関係するバイオオリゴマーリガンド（この場合、ペプチド）を含むビードを選択する本発明の力を実証する。更に、この実施例は、反応性ビードを単離でき、そしてペプチドの配列を決定し得ることを実証する。
9.実施例：レセプター分子に結合する短いペプチドリガンドの単離
特別なペプチドを単離するための本発明の方法の使用を更に実証するために、所定の配列Gly−Phe−Gly−Ser−Val−Tyrを有するヘキサペプチドを、Ｎ^α−Fmoc化学および通常の固相ペプチド合成からのその他の試薬を使用して通常の100μｍのPAM樹脂で合成した。
9.1.物質および方法
カップリング反応を上記の項目8.1に記載されたようにして行った。α−アミノ−ブロッキング基を20％のピペリジンにより除去し、側鎖保護基を50％のTFAにより除去し、残ったペプチドをアミノカプロン酸−β−アラニンリンカーによりポリスチレン樹脂に共有結合して最終構造Gly−Phe−Gly−Ser−Val−Tyr−アミノカプロン酸−β−Ala樹脂を得た。このペプチド配列は上記の実施例８に記載されたｖ−mos遺伝子生産物の残基104〜109に相当する。
実施例８のようにして、抗ｖ−mos抗体をこのｖ−mosペプチドに対し特異的なマウスモノクローナル抗体を生産するハイブリドーマ細胞系から回収した。標識した第二ヤギ−抗マウスIgG−アルカリホスファターゼをSigmaから入手した。
9.2.結果
上記のPAM樹脂/v−mosペプチド約0.1mgをBachem,Inc.から入手した100倍過剰のＮ^β−Fmoc−アラニンPAM樹脂ビーズと混合した。PBS＋0.1％のトゥイーン20中の精製モノクローナル抗体（１μg/ml）2mlをペプチド／担体混合物に添加し、45分間にわたって穏やかに攪拌しながら室温でインキュベートした。
ビーズを小さいポリプロピレンの使い捨てカラム（Isolabから得られた）で洗浄し、これはビーズをフリットで保持した。次にビーズをアルカリホスファターゼで標識した第二抗体（1:100に希釈）2mlと１時間混合した。洗浄後、ビーズをガラスフィルターの片に広げ、H₂O₂を含む2,2'−アジノビス（３−エチルベンゾチオゾリンスルホン酸）（ABTS）基質中で浸軟した。室温で15分間インキュベートした後、PAM樹脂/v−mosペプチドビーズは暗緑色に変わった。小さい周囲の明るい緑色の輪がガラスフィルター上に形成した。ｖ−mosペプチドを欠いた固相支持体の大部分がモノクローナル抗体と相互作用せず、それ故、色の変化を示さなかった。ｖ−mosビーズを容易に区別した。
9.3.結論
この実施例は、関係するアクセプター分子が固相支持体と非特異的に反応するのではなく、固相支持体／ペプチド組み合わせに特異的であることを実証する。上記の実施例８のように、積極的に反応するビードを単離でき、そして結合したペプチドを配列決定できる。
10.実施例：ストレプトアビジンおよび抗−β−エンドルフィンMABのリガンドの決定
この実施例は、本発明のペプチドリガンド同定への非常に異なるアプローチを更に説明する。生物系（例えば、融合繊維状ファージ）に頼ってランダムライブラリーをつくるのに代えて、本法は個々のビードに夫々異なるペプチドを有する巨大なペプチドライブラリーの化学合成を有効に使用する。次に個々の特異結合性ペプチドビーズをそのビードで物理的に単離し、結合したペプチドの配列を決定する。
そのアプローチは、巨大なランダムペプチドライブラリーを化学的に合成し、そしてそれを適当な検出単離、および構造決定系にカップリングする能力に依存する。
本発明により提供されるこの問題を解消する手段は、樹脂ビーズを夫々のカップリングサイクル中に一連の個々の等しいアリコートに分離し、そして樹脂の夫々のアリコートを個々の活性アミノ酸と完結まで反応させることである。完全なカップリング後、樹脂の種々のアリコートを充分に混合し、洗浄し、脱保護し、洗浄し、再度、カップリングの新しいサイクルのためのアリコートに分離する。それ故、一つの樹脂ビードはいずれか一つのカップリングサイクルで一種より多いアミノ酸に暴露されず、そして幾つかのこのような工程の終了時に夫々のビードは単一の特異なペプチド配列を含む。この方法によりつくられたペプチドライブラリーは理論上は真にランダムである。更に、夫々ペプチド種の等モル比が得られる。パーミューテーション（permutation）の合計数、ひいてはペプチドの数は夫々のカップリング工程で選ばれたアリコートおよびアミノ酸の数、並びに合成中のカップリング工程の数（ペプチドの長さ）に依存する。
ペプチドの巨大なアレイを同時に合成するための新規なアプローチは真にランダムにされた等モルのライブラリーを提供するだけでなく、更に重要なことには、夫々のビードが唯一の特異なペプチド配列を含む固相ペプチド樹脂ビーズのライブラリーをもたらす。この最後の性質は確かである。何となれば、ペプチド合成の夫々のサイクル中に、夫々のビーズが唯一の個々のアミノ酸に一時期に接触し、そして夫々のカップリング反応が完結まで誘導されるからである。一つのビード−一つのペプチドの概念は実際に現在開示された方法の成功に主として重要である。
考慮中のこの合成アプローチにより、実際にあらゆるペプチドライブラリーを良く特定された組成で合成することができる。例えば、個々のアリコート中の20までの全ての天然Ｌ−アミノ酸を各カップリング工程で使用でき、または一種もしくは数種のアミノ酸を或るカップリング工程で使用できる。
10.1.物質および方法
10.1.1.ペプチドライブラリーの合成
構造Ｘ−Ｘ−Ｘ−Ｘ−Ｘ−β−Ala−アミノカプロン酸−エチレンジアミン−樹脂を有する大きなライブラリーを合成した（Ｘは夫々のカップリング工程中のシステイン以外の全ての20の共通アミノ酸の19である）。ペプチド合成に選ばれた固相樹脂ビーズはポリジメチルアクリルアミド（PAD）（Milligen,Inc.USA）であった。
この樹脂によるペプチド合成の化学および方法はAthertonおよびSheppard（1988,Solid Phase Peptide Synthesis,A Practical Approach,IRL Press）に従って行った。樹脂3g（約２百万個のビーズ）を一夜にわたってエチレンジアミンと穏やかに混合した。充分に洗浄した後、Fmoc化学を使用し、そして開裂可能はリンカーを使用しないで、アミノカプロン酸、続いてβ−アラニンを樹脂にカップリングした。ランダム化を次の５つのカップリング工程で行い、そしてシステイン以外の全ての19のFmoc−アミノ酸−OPfpを夫々カップリング工程中で別々に使用した。５つのカップリング工程を完結した後、Fmoc基をDMF中20％（v/v）のピペリジンで除去した。側鎖保護基を90％のTFA（v/v）、１％のアニソール（v/v）、および0.9％のエタンジチオール（v/v）の混合物で除去した。樹脂を10％のジイソプロピルエチルアミン（DMF中）で中和し、４℃でDMF中で貯蔵した。
リンカーβ−アラニン−アミノカプロン酸−エチレンジアミンは合計11個のＣ原子、および４個のＮ原子からなり、17.6Åの最大アーム長さを有する。19の異なるアミノ酸を５つのランダムカップリング工程の夫々で使用したので、ペプチドの理論数はこのライブラリー中で19⁵、即ち2,476,099の個々のテトラペプチドであった。
先に記載したように、その方法の一般機構は、夫々の樹脂ビードが単一のペプチド種を含むように個々の固相樹脂ビーズでランダムペプチドの巨大ライブラリーを合成することである。次に、アクセプター分子と相互作用する個々の樹脂ビードを同定し、物理的に単離でき、次にペプチドリガンドのアミノ酸配列をエドマン分解により決定する。それ故、その方法の成功は単一ビード上のペプチド配列の正確な同定を必要とする。自動タンパク質配列決定装置（型式477A−01 Pulsed Liquid Automatic Protein/Peptide Sequencer,Applied Biosystems,Foster City,California）を使用して、50−500pモルのペプチドを夫々の樹脂ビードからルーチンで回収した。更に、配列決定データのプレビュー（preview）分析（MiMarchら,1990,“Peptides:Chemistry,Structure and Biology",Proceedings of the Eleventh American Peptide Symposium,7月９−14日,1988,La Jolla,Ca.,ESCOM,Leiden,229−230頁）は、固相ペプチド合成のカップリング効率が98％を越えていることを示した。
10.1.2.ライブラリーからのペプチドリガンドの特別な同定および選択
ランダムライブラリーからの特別なペプチドリガンドの同定および選択は、酵素結合免疫吸着検定法（ELISA）、蛍光抗体の如き免疫技術または免疫磁気ビードで容易に行い得る。ここ記載した実験においては、免疫組織化学技術を検出系で使用した。この研究に使用した特異結合アクセプター分子は（ｉ）ビオチン結合タンパク質ストレプトアビジン、および（ii）抗β−エンドルフィンモノクローナル抗体（MAb）であった。融合繊維状ファージエピトープライブラリー系（Cwirlaら;Devlinら、上記の項目２）を使用して、ペプチドリガンドをこれらのアクセプター分子の両方でうまく同定した。
免疫組織化学技術をストレプトアビジン結合ビーズの検出に使用した。ペプチドビーズのランダムライブラリーを暫増する２回蒸留水と穏やかに混合してDMFを希釈した。続いて、ビーズをPBSで充分に洗浄し、ゼラチン（0.1％w/v）を使用して非特異結合を阻止した。次にストレプトアビジン−アルカリホスファターゼ（Pierce,Rockford,Illinois）の1:200,000希釈液を１時間にわたって穏やかに攪拌しながらビーズに添加した。次にビーズを充分に洗浄し、そして通常の基質５−ブロモ−４−クロロ−３−インドリルホスフェート／ニトロブルーテトラゾリウム（BCIP/NBT）を添加した。基質溶液と一緒にビーズを15個のポリスチレンペトリ皿（100 x 20nm）に移し、反応を２時間まで行った。結合されたストレプトアビジン−アルカリホスファターゼを含むビーズは暗青色に変わり、一方、ライブラリー中のビーズの大部分は無色のままであった。
10.1.3.ペプチドリガンドアフィニティーの測定
抗β−エンドルフィンモノクローナル抗体に対するペプチドリガンド結合アフィニティーを液相中で測定した。抗β−エンドルフィン結合アッセイは、1.0mg/mlのウシ血清アルブミン、0.1％（v/v）のトゥイーン20、および0.05％（w/v）のアジ化ナトリウムを含む1.0mlの40ミリモルのトリス−HCl、150ミリモルのNaCl、pH7.4の緩衝液中で125−200ng/mlの抗β−エンドルフィンMAbに結合する5.0nMの［³H］［Leu］エンケファリン（比活性＝39.0Ci/ミリモル、New England Nuclear,Boston,MA）のペプチドリガンド抑制を測定した。特異結合は1.0μＭの未標識の［Leu］エンケファリンの存在下または不在下で測定した結合の間の差と定義された。結合された放射リガンドを10倍過剰のプロテインＧセファロース（Pharmacia）の添加、続いて一夜のインキュベーション（23〜24℃）により沈殿させた。プロテインＧセファロースを遠心分離（13,000x gで５分間）により回収し、ペレットを250μｌの５％（v/v）の酢酸中に懸濁させ、その後、液体シンチレーション計測用のバイアルに移した。K_d値（ｎ＝３）を、夫々に関して２回の全結合試料および非特異結合試料でもって［³H］［Leu］エンケファリンに対して５つの放射リガンド濃度（1.87−30nM）を使用して飽和分析により測定した。測定した平均K_d値は9.79±4.63nMであった。ペプチドリガンド抑制曲線を400倍の範囲にわたってペプチドの８つの濃度に関して作成した。飽和および抑制の研究に関する結合データを、Knappら（1990,J.Pharmacol.Exp.Ther.255:1278−1282）により報告された適当な一部位モデルを使用して重みつき非線形回帰法（Weighted−nonlinear regression methods）により分析した。抑制結合定数に関するKi値を、ChengおよびPrusoff（1973,Biochem.Pharmacol.22:3099−3102）の方法を使用して計算した。夫々のKi値を３〜４つの独立の測定から計算した。
10.2.結果
大きな合成ランダムペプチドライブラリー（Ｘ−Ｘ−Ｘ−Ｘ−Ｘ−樹脂、式中、Ｘは合計19⁵＝2,476,099のパーミューテーションに関する19の共通のアミノ酸（システインを使用しなかった）である）をスクリーニングした。約２百万のビーズがスクリーニングしたライブラリーの部分中に存在した。ストレプトアビジン−アルカリホスファターゼ単独による第一段階スクリーンでは、約75のビーズを種々の色の強さで染色し、そして物理的に選択し、マイクロマニピュレーターの助けにより解剖顕微鏡で除去した。次に夫々のビードを8Mのグアニジン塩酸塩で洗浄して結合ストレプトアビジン酵素複合体を除去した。続いて、夫々のビードをアプライド・バイオシステムズタンパク質配列決定装置（ABI）カートリッジ用のガラスフィルターに個々に装填した。75のビーズの28の配列を表１に示す。これらの全てのビーズはHPQまたはHPMの共通配列を有する。図５の顕微鏡写真は、ポジチブ（暗青色）ビードがペプチドリガンドライブラリースクリーニング中に何千ものネガチブ（無色）ビーズのバックグラウンド中で容易に同定し得る方法を説明する。

HPQ共通配列が実際にストレプトアビジン分子中のビオチン結合部位に結合することを証明するために、LHPQF−β−Ala−アミノカプロン酸−エチレンジアミン−樹脂（LHPQF−樹脂）を合成した。次にLHPQF−樹脂を種々の濃度のビオチンの存在下でストレプトアビジン−アルカリホスファターゼと混合した。結果を図６に示す。100nMのビオチンはLHPQF−樹脂の染色を完全に阻止した。10nMおよび1.0nMでは、ビオチンは染色を部分的に抑制し、そして0.1nMの濃度では、それはストレプトアビジン−アルカリホスファターゼによるLHPQF−樹脂の染色に影響しなかった。抑制の研究は、HPQ共通配列がストレプトアビジンのビオチン結合部位に結合することを立証する。
同じランダムペプチドライブラリーを使用して抗−β−エンドルフィンMAbでスクリーニングする前に、ストレプトアビジン−アルカリホスファターゼ単独に対して染色した全ての青色のビーズを除去した。次に残りのビーズを8Mのグアニジン塩酸塩で処理して結合タンパク質を除去した。
次に、この循環ライブラリーをビオチニル化した抗−β−エンドルフィンMAb（抗−β−エンドルフィン、クローン３−E7をインジアナ州、インジアナポリスにあるBoehringer Mannheimから購入した）と16時間混合した。徹底的に洗浄した後、ストレプトアビジン−アルカリホスファターゼを用いる第二工程を使用してELISAのための染色反応を誘発した。天然リガンド、Leu−エンケファリン（YGGFL）に近似する共通配列を有する６種のペプチドをこのスクリーニングで同定した。YGGMV,YGALQ,YGGLS,YGGFA,YGGFTおよびYGGFG。これらのリガンドリードの種々のカルボキシル末端を有するペプチド類縁体を合成し、そして［³H］Leu−エンケファリン（マサチューセッツ州、ボストンにあるNew England Nuclear）を標識リガンドとして使用し、そして未標識のペプチドを競合リガンドとして使用してそれらのアフィニティー（Ki）を測定した（抗−β−エンドルフィンアッセイ、上記の項目10.1.2）。これらの研究の結果を表２に要約する。

10.3.検討
感度の良い特異的な検出および選択系と組み合わせて夫々のビード上で個々のペプチドを合成する能力は、本発明の方法の成功に重要である。この新しい方法が“セレクチド（selectide）法”と称される。ライブラリーから選択され、8Mのグアニジン塩酸塩で処理された（結合タンパク質を除去するため）個々のペプチドビードを有効に精製し、残りのペプチドを樹脂に共有結合し、配列決定に供した。技術水準の自動ペプチド配列決定装置は５〜10pモル程度に低い濃度でペプチドを配列決定できる。更に、ビードに不可逆に結合する青色の染色は配列決定を妨害しない。ランダム化の夫々のカップリングサイクル中に、合成法を最適にするのに、Ｎ^α−Fmoc−アミノ酸の大過剰の使用を含むあらゆる努力がなされた。配列決定の生データのプレビュー分析は、合成化学反応のカップリング効率が98％を越えることを明らかに実証した。
染色ビーズは無色のビーズのバックグラウンド中で顕著に目立つ（例えば、図７）ので、一連の10〜15のペトリ皿中で解剖顕微鏡で２百万のビーズを目視でスクリーニングし、配列決定のために反応性ビーズを選別することは殆ど努力を要しない。更に、夫々のポジチブビードの相対染色強さを調べることにより種々のリガンドの相対アフィニティーを推定することができる。この性質は配列決定に特別な色の強さのビーズを選択することを可能にする。
Devlinら（1990、Science 259:404−406,上記の項目2.）は、融合繊維状ファージ技術で単離されたそれらの20のストレプトアビジン結合リガンド中のHPQ、HPM、およびHPN配列の重要性を報告した。それらの20の単離体のうち、15はHPQ共通配列を有し、４はHPM共通配列を有し、１はHPN共通配列を有していた。重要なことに、ペプチドライブラリーは28の異なるペプチドを生じ、そのうちの23はHPQ共通配列を有し、そのうちの５はHPM共通配列を有する（表１）。ペンタペプチド中のHPQ/HPM配列の位置はストレプトアビジン結合に重要ではなかったことが明らかである。同定された全てのHPQまたはHPMペンタペプチド配列のうち、わずかに二つが反復された（TPHPQおよびMHPMA）。これは上記のDev−linらにより報告されたデータ（この場合、それらの20の単離体中に多数の反復があり、これは選択バイアスがそれらの生合成法中で起こったことを示唆した）とは鮮明に対照的である。
抗β−エンドルフィン系において、天然リガンドYGGFLの配列に非常に似た配列を有する６種のペプチドを同定した（表２）。これらの結果は融合繊維状ファージ技術（これは同じモノクローナル抗体を使用した（クローン３−E7）（Cwirlaら,1990,Proc.Natl.Acad.Sci U.S.A.87:6378−6382、上記の文献））で得られた結果と似ている。ペプチドライブラリーはCwirlaらにより得られたものよりも少ないリガンド配列を生じたが、得られたリガンドの50％はファージ技術で選択されたもののいずれよりも抗体に対する非常に高いアフィニティーを有していた。
11.実施例：制限ペプチドライブラリー
別の組の実験では、本発明を別の抗体系（この系では、エピトープがそのＮ−末端（β−エンドルフィンの場合のように）ではなくペプチド鎖の中央に配置される）で試験した。使用した抗体は抗ｖ−mosペプチドモノクローナル抗体（抗ｖ−mos MAb）であった（下記の項目11.1を参照のこと）。この抗体は、マウスをｖ−mos発癌遺伝子生産物の残基100〜111に相当する12のアミノ酸ペプチド（LGSGGFGSVYKA）で免疫感作することにより得られた。そのペプチドを免疫感作の前にキャリヤータンパク質に接合した。ELISA試験において、この抗ｖ−mos MAbはｖ−mos、MOS、neu/HER−１、およびHER−２遺伝子生産物の同種配列を検出する。
11.1.物質および方法
オーバーラップペプチド（テトラペプチド、ペンタペプチドおよびヘキサペプチドの組）を合成するための市販のマルチ−ピン（multi−pin）系（Geysenら,1986,Mol.Immunol.23:709−715）エピトープマッピングキット（Cambridge Research Biochemical,ボストン）を使用して、抗ｖ−mos MAbにより認識された12のアミノ酸ｖ−mosペプチド内のエピトープをペンタペプチド配列（FGSVY）（即ち、ｖ−mosドデカペプチドの残基６−10）にマッピングした。
この実験では、制限ランダムライブラリーを使用し、この場合、ｖ−mosエピトープ中に存在するアミノ酸バリンおよびセリンを故意に省いた。この制限ランダムライブラリーは下記の組成:G−Ｘ−Ｘ−Ｘ−Ｘ−Ｘ−β−Ala−アミノカプロン酸−エチレンジアミン−樹脂を有する。式中、ＸはGlu、Pro、Asn、Phe、His、Thr、Lys、Leu、Gly、Tyr、Ala、Met、Arg、Trpである。バリンおよびセリンの両方が省かれ、しかも全ての側鎖官能基が依然として含まれるようにこれらの14のアミノ酸が選ばれた。即ち、（ｉ）Asnが選ばれたがGlnが選ばれず、（ii）Glnが選ばれたがAspが選ばれず、（iii）Thrが選ばれたがSerが選ばれず、（iv）Leuが選ばれたがIleまたはValが選ばれず、そして（ｖ）Metが選ばれたがCysが選ばれなかった。14のアミノ酸が５つのランダムカップリング工程の夫々で選ばれたので、ペプチドの理論数は14⁵、即ち537,824の個々のペプチドであった。
抗ｖ−mosモノクローナル抗体を生産するハイブリドーマ細胞系を、メリーランドにあるMicrobiological Associates Inc.から購入した（ハイブリドーマNo.165−28E7,SCRF354,Lot No.165−119）。
抗ｖ−mos mAbに対するペプチドリガンドアフィニティーを、放射リガンドとして［³H］アセチルｖ−mosペプチド（［³H］Ac−ｖ−mos）を使用する液相結合研究により測定した。放射リガンドを等モル量の［³H］酢酸ナトリウム（比活性＝2.52Ci/ミリモル,New England Nuclear,Boston,MA）による、側鎖の脱保護前のｖ−mosペプチドのＮ−末端アセチル化により調製した。［³H］Ac−ｖ−mos生産物（これは逆相HPLCにより未反応のｖ−mosペプチドから分離された）は2.50Ci/ミリモルの比活性を有していた。抗ｖ−mos MAb（＝10μg/ml）に対する［³H］Ac−ｖ−mosの結合アフィニティーを３時間のインキュベーション後に23〜24℃のPBS−ゼラチン緩衝液（PBS中0.05％のゼラチン）1.0ml中で測定した。特異結合を、夫々の［³H］Ac−ｖ−mos濃度に関して100μＭの未標識のｖ−mosペプチドの存在（非特異的）および不在（合計）下の［³H］Ac−ｖ−mos結合の間の差と定義した。結合された放射リガンドを、抗体を沈殿させるための10倍過剰（使用した免疫グロブリンに対する結合能力）のプロテインＧセファロース（Pharmacia）を使用する遠心分離により分離した。125−5000nMの濃度範囲にわたる５つの測定からの飽和結合分析は、［³H］Ac−ｖ−mosが850±160nMのKd値で抗ｖ−mos mAbに結合されたことを示した。ペプチドリガンドの結合アフィニティーを、上記の条件で20nMの［³H］Ac−ｖ−mosを用いて10μg/mlの抗ｖ−mos MAbに関して競合して７つのペプチドリガンド濃度を使用する結合抑制研究で測定した。全結合の50％以上が抑制研究で特異的であった。飽和結合定数および抑制結合定数を前記の非線形回帰分析（KnappおよびYamamura,1990,Life Sci.46:1457−1463）により単一部位結合に関して測定した。
11.2.結果
約230,000のビーズを抗ｖ−mosアルカリホスファターゼ複合体でスクリーニングした。それ故、パーミューテーションの43％未満を調べた。基質でインキュベートした後、約50のビーズが青色に強く染色した。24のこれらのビーズを物理的に選別し、そしてそれらのうちの11のアミノ酸配列を決定した。更に、17の無色のビーズをスクリーニングのためにランダムに選択した。
抗ｖ−mosリガンド配列決定の結果を表３に示す。バリンおよびセリンの両方がこのペプチドライブラリーに故意に含まれなかったので、11のペプチドリガンド配列のいずれもが天然エピトープ（FGSVY）と似ていないことを知ることは驚くべきことではない。11のペプチドリガンド中に反復がなかったが、それらの配列は非ランダムであった。アルギニンおよびチロシンの両方がこれらの配列中に頻繁に生じる。更に、少なくとも一つ、或る場合には二つのアルギニンがこれらのペプチドリガンドの夫々の第二および／または第三の位置に存在する。一方、ランダムに選択されたネガチブビーズは共通アミノ酸パターンを示さなかった。試料サイズは制限されるが、ネガチブビーズからの配列に関するχ^２適合度統計量は有意ではなく（χ^２＝18.27,df＝13,P＝0.15）、これは非染色ランダムペプチドビーズに関するアミノ酸の不均一分布に確証がないことを示す。

ポジチブリガンドの幾つかを合成し、抗ｖ−mos MAbに対するそれらのアフィニティーを液相結合研究（上記の項目11.1）で測定した。これらの研究の結果を表４に要約する。
表4Aは抗ｖ−mosモノクローナル抗体に対するｖ−mosエピトープの結合アフィニティー（エピトープマッピングにより測定される）を要約する。また、カルボキシル末端を変えることの効果が示される。表4Bは、ｖ−mosエピトープ中にアミノ酸の幾つかを欠くペプチドライブラリーから同定されたミモトープ（mimotope）の結合アフィニティーを要約する。β−アラニンアミドが試験リガンドの幾つか中で含まれて、抗体がビード上で結合する同定リガンドの構造を模擬した。

表４中の最良の抗ｖ−mosミモトープのアフィニティーは天然ペプチドのアフィニティーより約2.5倍低い。試験したペプチドリガンドのいずれもが天然ｖ−mosリガンド程度に低いKi値を有しないが、これらの結果は、天然エピトープ中に存在するアミノ酸の幾つかを欠くランダムライブラリーを使用することにより、アクセプター分子、即ち抗ｖ−mos MAbに対してアフィニティーを有する一連の構造上異なるミモトープを同定し得ることを明らかに実証する。
11.3.検討
この研究に使用した抗ｖ−mos MAbはｖ−mosペプチド（免疫原）に対して比較的低いアフィニティーを有していた。セリンおよびバリンがｖ−mos線状エピトープ（FGSVY）中に存在していたが、使用したスクリーニングライブラリーから故意に省かれた。それにもかかわらず、その方法は完全に異なる配列およびアミノ酸組成の線状ミモトープ（但し、抗体に対して匹敵するアフィニティーを有する）の特定を可能にした。これは巨大分子のペプチド相互作用の複雑さだけでなくその融通性を明らかに説明する。
12.実施例：選択的に開裂可能なリンカー:ONb
UV開裂可能なリンカーONb（上記の項目5.4を参照のこと）を組み込む４種のペプチドの組を調製し、試験した。
12.1.物質および方法
下記の４種のペプチドを、通常の固相合成技術（例えば、上記の項目６および７）を使用して二種の樹脂で調製した。
ｉ）Fmoc−Trp−Tyr（OBu^t）−Phe−ONb−βAla−ACA−EDA−PepSyn K
ii）Trp−Tyr−Phe−ONb−βAla−ACA−EDA−PepSyn K
iii）Fmoc−Trp−Tyr（OBu^t）−Phe−ONb−βAla−ACA−４−MBHA
iv）Trp−Tyr−Phe−ONb−βAla−ACA−４−MBHA
夫々のペプチドを水またはクロロエタノール：ジクロロメタンの3/7混合物0.3ml中で１時間および３時間にわたって紫外線（UV）および可視光線（VIS）で照射した。合計16＋16の実験を行い、分析した。
暴露後に、上澄みを濾別し、凍結乾燥し、等容積のMeOH（0.3ml）に再度溶解した。生成物をHPLCで分析した。
12.2.結果
HPLCによる分析は水中のVIS照射後にトリペプチド放出を明らかに示さなかったが、１時間のUV照射後にトリペプチドの殆ど完全な放出を示した。
特に、水中のペプチドｉを単一生成物に開裂した。幾つかの場合には、二種の生成物がHPLCから溶出することが観察された。更に長い暴露時間（UV）では、二種の生成物の相互変換が少なくとも二三の場合に観察された。
12.3.検討
UV感受性リンカーは明らかに水溶液中でペプチドを放出するように作用する。暴露時間１時間は不完全なペプチド放出を得るのに適する。また、これらの結果は、ポリアミド樹脂が水系に対して安定であり、しかも適合性であることを示す。
13.実施例：酵素擬態の同定
13.1.物質および方法
20の共通アミノ酸の19（システインを除く）を含むペンタペプチドのランダムライブラリーの本発明に従って調製した（上記の項目10.1を参照のこと）。
ペプチドライブラリーを、生成物の生成を誘導する条件下で外因性酵素の不在下で色素産生基質ニトロブルーテトラゾリウム（NBT）クロリドに暴露し、ポジチブの反応性ビーズを同定した。これらのビーズを選択し、配列決定した。
13.2.結果
NBTからその暗青色のジホルマザン生成物への還元を触媒作用することが明らかであった５種のビーズの配列を表５に示す。

13.3.検討
上記の結果は、ペプチドPNNNH−ビードがNBTを暗青色のジホルマザン色素に化学的または酵素的に還元できることを示唆する。このようなものとして、そのペプチドまたはペプチド−ビードは“人工酵素”または酵素擬態としての活性を示す。
14.実施例：抗癌ペプチド配列のスクリーニング
チロシンに続いて、グルタミン酸、セリン、バリン、グリシン、アルギニンおよびアスパラギンからなるアミノ酸の群から選ばれた５種のアミノ酸を含むランダム配列の組成を有するペンタペプチドを含む制限ライブラリーは、抗癌（即ち、抗腫瘍）細胞系活性を有するペプチド配列を含む。
14.1.物質および方法
本発明のランダムペプチドライブラリーを加水分解性ジケトピペラジンリンカーで合成した。96のウェルプレートを抗癌（抗腫瘍細胞）剤のスクリーニングに使用した。
側鎖保護基およびＮ^α−Fmoc基の脱保護後に、ペプチドビーズライブラリーをDIEA（ジイソプロピルエチルアミン）で中和し、DMFで徹底的に洗浄して残留する潜在的な毒性の薬品を除去した。次にライブラリーを0.01MのHCl（リンカーが安定である条件）に次第に交換し、最後に0.001MのHClで洗浄した。次に約10のライブラリービーズをプレートの夫々のウェルに移した。次に50μｌのRPMI培地（25ミリモルのHEPES緩衝液を含む）を夫々のウェルに添加して溶液pHを中和した。中性またはわずかにアルカリ性のpHで、ペプチドは放出される（例えば、16〜24時間後）。
（１）培地の一部または全部の量を特別な癌細胞系を含む別個のプレートに移すか、または（２）癌細胞系をビーズを含むウェルに直接添加する。約2500の肺癌細胞／ウェルを使用した。次にプレートを37℃で７日間インキュベートし、MTTアッセイを行って夫々のウェル中の放出されたペプチドの相対細胞毒性を定量した。
種々の株化ヒト癌腫、リンパ腫、骨髄腫、並びに白血病細胞系をスクリーニングに使用することができる。これらの例はNCIパネル腫瘍:L1210リンパ球白血病;B16メラノーマ；ルイス肺癌腫;M5076肉腫；結腸38癌腫；およびMX−１ヒト乳癌である。その他の例はMcF−７乳癌;8226骨髄腫細胞系;P388（マウス）白血病細胞系；およびホーキンス・ノンスモール（non−small）細胞肺癌系である。
14.2.結果
配列YXXXXX−［ビード］（式中、ＹはTyrであり、かつＸはGlu、Ser、Val、Gly、ArgまたはAsnである）を有する約8000のペプチドを含むライブラリーをスクリーニングした。二つの実験では、数千からの放出ペプチドを含む３−４の上澄みはホーキンス・ノンスモール細胞肺癌系の増殖抑制を示した。夫々のウェルは約10のビーズを含んでいたので、8,000の可能な配列の実質的に全部を試験し、３種程度に多くの活性ペプチドビーズを同定した。同じ型の結果が細胞によるビーズの直接のインキュベーションおよび放出されたペプチド上澄みの移動の両方で見られた。
14.3.検討
これらの結果は、ペプチドの制限ライブラリーが細胞毒性活性を有する幾つかのペプチド配列を含むことができることを示す。上記の実施例において、可能な配列の約0.05％が抗癌細胞活性を示した。多重アッセイで放出されたペプチドを含む上澄みを分析することにより、その他の癌細胞および正常の組織細胞に対する毒性を測定することができる。
このようにして、腫瘍細胞に対する広い毒性または特定の腫瘍細胞系に対する毒性を有するペプチド配列を同定することができる。正常な細胞に対して低毒性を有するこれらの配列は治療薬として好ましい。この方法は抗菌剤、抗寄生虫剤および増殖因子拮抗物質をスクリーニングするのに適用し得る。
増殖因子作用物質に関する同様のスクリーニングアプローチは増殖因子依存性の細胞系を使用する。このようなアッセイでは、増殖因子作用物質活性を有するペプチド配列は必須の増殖因子の不在下で培養された細胞の増殖を刺激する。
本発明は、ここに記載された特別な実施態様により範囲を限定されるべきではない。実際に、ここに記載された改良の他の本発明の種々の改良が以上の説明および添付図面から当業者に明らかになる。このような改良は請求の範囲内にあると意図される。
種々の刊行物が本明細書中で引用され、これらの開示は参考としてそのまま含まれる。

Claims (25)

1. 複数種の生物学的に活性で脱保護されたバイオオリゴマーと、十分に混合可能であり、且つバイオオリゴマー化学合成の反応条件に適する複数の固相担体とを含み、単一のバイオオリゴマー種が各固相担体に結合して固相担体／バイオオリゴマーの結合物を形成していることを特徴とするバイオオリゴマーのライブラリー。
2. バイオオリゴマーが脱保護されたペプチドであることを特徴とする請求項１に記載のライブラリー。
3. ペプチドがグリシン、Ｌ−アミノ酸、Ｄ−アミノ酸、非標準アミノ酸およびペプチド類似体より成る群から選ばれるサブユニットから成ることを特徴とする請求項２に記載のライブラリー。
4. ペプチドが架橋可能な少なくとも２個のアミノ酸を含むことを特徴とする請求項２に記載のライブラリー。
5. ペプチドが、該ペプチドを架橋して拘束、環化、または硬直化されたペプチドを形成するように処理されていることを特徴とする請求項４に記載のライブラリー。
6. 固相担体がリンカーを含むことを特徴とする請求項１に記載のライブラリー。
7. バイオオリゴマーが脱保護されたオリゴヌクレオチドであることを特徴とする請求項１に記載のライブラリー。
8. オリゴヌクレオチドがリボヌクレオシド、デオキシリボヌクレオシドおよびヌクレオシド誘導体より成る群から選ばれるサブユニットから成ることを特徴とする請求項７に記載のライブラリー。
9. 生物学的に活性なバイオオリゴマーのライブラリーの製造方法であって、
   （ａ）少なくとも、添加する異なる種のバイオオリゴマーサブユニットの数と同じくらい多くの、しかし少なくとも２つの固相担体のアリコートを用意して、バイオオリゴマーを形成し、
   （ｂ）１つのサブユニットが各アリコートに導入されるように、固相担体のアリコートに１組のサブユニットを別々に導入し、
   （ｃ）固相担体の実質的に全ての部位にサブユニットを完全にカップリングさせて、固相担体／新サブユニットの結合物を形成し、
   （ｄ）カップリングの完全性を評価し、そのようなカップリングが完全でない場合にはこの反応を完全に進行させ、
   （ｅ）固相担体／新サブユニット結合物のアリコートを十分に混合し、
   工程（ａ）〜（ｅ）を希望の回数繰り返した後、
   （ｆ）各バイオオリゴマーを固相担体に結合させたままで保護基を除去する最終工程を行う
   ことを含んでなる、前記方法。
10. 固相担体がポリスチレン樹脂、ポリハイプ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレングリコールをグラフトさせたポリスチレン樹脂、ポリジメチルアクリルアミド樹脂、およびシリカより成る群から選ばれることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 固相担体がリンカーを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. リンカーがアミノ酪酸、アミノカプロン酸、７−アミノヘプタン酸、エチレングリコール、および８−アミノカプリル酸より成る群から選ばれたリンカーから成ることを特徴とする請求項11に記載の方法。
13. 少なくとも１つの工程で、同じサブユニットを固相担体の全てにカップリングさせ、そして少なくとも１つの他の工程で、少なくとも２種の異なるサブユニットを固相担体の少なくとも２つのアリコートに別々にカップリングさせるように、バイオオリゴマーライブラリーを作製することを特徴とする請求項９に記載の方法。
14. 工程（ａ）〜（ｅ）を１回実施することを特徴とする請求項９に記載の方法。
15. 工程（ａ）〜（ｅ）を２回以上繰り返すことを特徴とする請求項９に記載の方法。
16. 受容体分子のバイオオリゴマーリガンドの配列を決定する方法であって、
    （ａ）請求項１記載のライブラリーに、該ライブラリー内の１以上の固相担体／バイオオリゴマー種を認識して、それに結合するように対象の受容体分子を導入し、
    （ｂ）該受容体分子との結合を示す固相担体／バイオオリゴマー種を単離し、
    （ｃ）工程（ｂ）で単離された固相担体／バイオオリゴマーのバイオオリゴマーの配列を決定する
    ことを含んでなる、前記方法。
17. 受容体分子が抗体、レセプター、ウイルス、細菌、タンパク質、炭水化物、核酸、脂質、薬物、金属および小分子より成る群から選ばれることを特徴とする請求項16に記載の方法。
18. 生物学的に活性なバイオオリゴマーリガンドの配列を決定する方法であって、
    （ａ）請求項１記載のバイオオリゴマーライブラリーのバイオオリゴマーの一部をその場で放出させ、
    （ｂ）放出されたバイオオリゴマー対象物の生物学的活性をその場で検出し、
    （ｃ）対象となる生物学的活性を示すバイオオリゴマー種を結合して有する固相担体／バイオオリゴマーを単離し、
    （ｄ）工程（ｃ）で単離された固相担体に残存するバイオオリゴマー種の配列を決定する
    ことを含んでなる、前記方法。
19. 固相担体が酸−感受性、塩基−感受性、求核−感受性、感光性、求電子−感受性、酸化−感受性、または還元−感受性であることを特徴とする請求項18に記載の方法。
20. 固相担体が酸−感受性、塩基−感受性、求核−感受性、求電子−感受性、感光性、酸化−感受性、または還元−感受性であるリンカーを含むことを特徴とする請求項18に記載の方法。
21. 工程（ａ）のその場での放出が酵素的切断、化学的切断または光化学的切断により行われることを特徴とする請求項18に記載の方法。
22. 工程（ｂ）で検出される生物学的活性が、細胞毒性、抗腫瘍活性、抗細菌活性、抗ウイルス活性、抗真菌活性、抗寄生虫活性、成長因子活性、成長阻止活性、ホルモン活性、神経伝達物質活性、免疫調整剤活性および調節活性より成る群から選ばれることを特徴とする請求項18に記載の方法。
23. 工程（ｂ）で検出される生物学的活性が酵素の阻害であることを特徴とする請求項16又は18に記載の方法。
24. バイオオリゴマーリガンドが治療剤または診断薬であることを特徴とする請求項16又は18に記載の方法。
25. 反応を触媒するバイオオリゴマーの配列を決定する方法であって、
    （ａ）請求項１記載のバイオオリゴマーのライブラリーに、反応生成物が検出できるように基質を添加し、
    （ｂ）対象の活性を示すバイオオリゴマー種を有する固相担体を単離し、
    （ｃ）工程（ｂ）で単離された担体に結合しているバイオオリゴマーの配列を決定する
    ことを含んでなる、前記方法。

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