JP3778588B2 - プロテインcの分解を阻害する方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は酵素学、具体的には活性化プロテインCの分解を阻害する方法に関する。
【0002】
プロテインCはセリンプロテアーゼであり、凝固カスケードにおいて活性化因子VaおよびVIIIaにより止血を調節する役割を果す抗凝血物質を天然に発生させる。ひとプロテインCはインビボ、主として肝臓中で461個のアミノ酸の単一のポリペプチドとして製造される。この前駆体分子は、1)42個のアミノ酸シグナル配列の開裂;2)1本鎖チモーゲンから155位でのリシン残基および156位でのアルギニン残基の蛋白分解的切除による分子の2本鎖状分子形成(すなわち、262個のアミノ酸残基のセリンプロテアーゼ含有重鎖にジスルフィド架橋を介して結合した155個のアミノ酸残基の軽鎖);3)9−ガンマ−カルボキシグルタミン酸残基を生じる、軽鎖の最初の42個のアミノ酸内で同一群をなす9個のグルタミン酸残基のビタミンK−依存性−カルボキシル置換;および4)4つの部位(軽鎖で1つおよび重鎖で3つ)での炭水化物結合を含む多部位翻訳後修正を受ける。重鎖はAsp257、His211およびSer360の十分に確立されたセリンプロテアーゼ三構造(トリアド)を含む。最終的には、循環する2本鎖チモーゲンはカルシウムイオンの存在下ホスホリピド表面のトロンビンによりインビボで活性化される。活性化は重鎖のN−末端のドデカペプチドの切除を生じさせ、酵素活性を有する活性化プロテインC(aPC)を製造する。
【0003】
aPCを大量および高濃度で作用させると、重鎖の308位でのリジン残基でタンパク分解的切除が観察された。この切除により生成した新規なN−末端配列はGlu−Ala−Lysで始まり、重鎖のC−末端から「EAKフラグメント」と称される111個のアミノ酸フラグメントを得た。EAKフラグメントは、ジスルフィド結合を通じて軽鎖または重鎖のN−末端部に共有結合的に結合しない。EAKフラグメントはまた、セリンプロテアーゼの活性部位セリンを含むが、AspまたはHis残基ではない。すなわち、EAKフラグメントを有するプロテインC製剤は抗凝血活性を変化させることが判明した。本発明は、変性剤中または極端な塩濃度において、低いpHで分子を維持することによってプロテインC分子の分解を阻害するかまたは最小にするための方法を含む。
【0004】
本発明のために、この明細書中に開示され記載される場合、下記の用語は次のように定義される。
aPC− 活性化ひとプロテインC
APTT− 活性化部分的トロンボプラスチン時間
AU− アミド分解単位
BME− β−メルカプトエタノール
CHES− 2−[N−シクロヘキシルアミノ]エタンスルホン酸
EAKフラグメント− プロテインCの重鎖の308位での切除から生じる111個のアミノ酸フラグメント
EDTA− エチレンジアミン4酢酸
HEPES− N−2−ヒドロキシエチルピペラジン−N'−2−エタンスルホン酸
HPC− ひとプロテインCチモーゲン
MEA− 2−アミノエタノール
MES− 2−(N−モルホリノ)−エタンスルホン酸
新生タンパク質− 翻訳後修正より以前に、mRNA転写の翻訳時に産生したポリペプチド。しかしながら、グルタミン酸残基のγ−カルボキシル化およびアスパラギン酸残基のヒドロキシル化のような翻訳後修正が生じ始めた後、タンパク質はmRNA転写物から十分に翻訳され得る。
プロテインC活性− タンパク分解、アミド分解、エステロール分解および生物学的(抗凝血またはプロフィブリノール分解的)活性に関与するひとプロテインCのすべての性質。プロテインC抗凝血およびアミド分解活性のための試験方法は当分野で公知である(Grinnellら、1987, Bio/Technology 5:1189-1192参照)。
rHPC− 組換え産生ひとプロテインCチモーゲン。
チモーゲン− タンパク分解酵素の酵素不活性前駆体。この明細書中で使用される場合、1本鎖であるか2本鎖であるかにかかわらず、プロテインCの分泌された不活性形態を表す。
【0005】
本記載に使用したアミノ酸の略語のすべては、37C.F.R§1.822(b)(2)(1990)に規定され、アメリカ合衆国特許庁により容認されている。
【0006】
本発明は活性化プロテインCの自己分解を阻害するか、または最小にするための方法に関する。本発明は低いpH、例えば、pH約6.3からpH約7.0での活性化プロテインCのプロセッシング、精製および/または貯蔵を行うことにより最も良く例示される。aPCの自己分解はまた、3Mウレア中、または極端な塩濃度の存在下aPCをインキュベートすることにより最小化し得る(aPC活性の完全な回収は変性剤の除去後に得られる)。ここにいう極端な塩濃度とは、約0.4モル濃度より高いかまたは約0.05モルより低い塩濃度を意味する。本発明はまた、変性剤中か、または極端な塩濃度で、低いpHにaPCを維持するaPC製剤を含む。
【0007】
止血を維持するプロテインCの役割は、広範囲にわたる種々の血管系疾患のための治療剤としてこの化合物に強い関心を引き付けるものである。工業的規模でのひとプロテインCの高含量および高濃度での製造は、分子が抗凝血活性の減少につながる自己分解を受け得るという事実を明らかにした。aPCの自己分解は重鎖のC−末端から「EAKフラグメント」と称される111個のアミノ酸フラグメントの生成をもたらす。EAKフラグメントはジスルフィド結合を介して軽鎖または重鎖のN−末端部に共有結合的に結合していない。EAKフラグメントはまた、AspまたはHis残基ではない、セリンプロテアーゼの活性部位セリン残基を含む。すなわち、EAKフラグメントを含むプロテインC製剤はタンパク分解的切除の存在によって抗凝血活性を変化させた。
【0008】
EAKフラグメントの生成を誘導する自己分解を減少または阻害するために、完全な活性化プロテインC分子は、約6.3および約7.0間のpHで維持され得る。この分子はすべての精製および活性化工程中および最後の製剤溶液中この範囲にpHを保つことができる。多種類の緩衝液系が溶液のpHを維持するために使用され得る。代表的な緩衝液系は、トリス−酢酸塩、クエン酸ナトリウム、クエン酸塩−グリシンおよびリン酸ナトリウムを含む。当業者には多くの他の緩衝液系が入手可能で、本発明の方法に用い得ることが理解するであろう。
【0009】
本発明の態様は、極端な塩濃度の溶液中に活性化プロテインC分子を維持することによりEAKフラグメントの生成の阻害または減少に関する。例えば、リン酸ナトリウム緩衝液中pH7.0で、緩衝液中に塩が存在しない時に、EAKフラグメントの生成は最小である。しかしながら、リン酸ナトリウム緩衝液中pH7.0で、緩衝液中塩化ナトリウム約0.4Mの濃度であるとき、EAKフラグメントの生成はまた最小である。これらの2つの塩濃度間で、EAKフラグメント生成が種々の割合で起こる;しかし、当業者は塩濃度を0.05Mより低いかまたは塩濃度を0.4Mより高く維持することが、最も容易にEAKフラグメントの生成を阻害または最小にすることが理解するであろう。0.05Mより低い他の塩濃度(例えば、0.01Mまたは0.005M)がより好ましいが、溶液のpHが溶液に塩を加えないでpH約7.0に維持される場合に、最良の医薬製剤が調製される。当業者は種々の塩が製薬工程および製剤化に使用し得ることが理解するであろう。本発明で使用され得る代表的な塩は、塩化カリウム、塩化カルシウムおよび、最も好ましくは塩化ナトリウムを含む。
【0010】
本発明の別の態様は、変性剤の存在下精製および/または製剤化を行うことにより活性化プロテインCの自己分解を阻害または減少させることに関する。多くの異なった変性剤が使用され得るが、最も好ましい試剤は約3Mの濃度のウレアである。
【0011】
本発明は、活性化プロテインCが製造され得る方法に限定されるものではない。組み換DNA技術を用いて活性化プロテインC分子を製造することが最も有効であるが、大規模タンパク質精製における最近の進歩は、ひと血清からかなりの活性化プロテインCを分離することを可能にした。このような大量のプロテインCを得ることは、高濃度の活性化プロテインCを一度に処理することを可能にした。上記のように、発明者は約50マイクログラム/ミリリットル濃度より高い活性化プロテインCの濃度の低下とともに、抗凝血活性における活性化プロテインC分子の自己分解を示すことを知った。最も重要なことに、活性化プロテインCの濃度が減少するにつれて溶液中で自己分解の割合が増大した。工業的レベルでは、非常に低濃度のタンパク質の大規模な精製工程を実施するのは効果的ではない。
【0012】
活性化プロテインC生産の産業上および製薬的利用において、50マイクログラムをはるかに超える濃度の分子の処理が必要であり、本発明は生成物活性における著しい減少を伴わず大量の生成物の製造を当業者に可能とする。本発明の処方化は、さらに当分野で公知のものより長期間の安定な活性化プロテインC溶液の貯蔵を可能にする。
【0013】
本発明を当業者が実施すれば、本発明の方法が自己分解による生成物損失を受ける恐れなく、かつて用いられた濃度より高濃度で大量の活性化プロテインCを製造させることが理解するであろう。さらに、本発明の安定医薬製剤は、容易にTaylor,Jr.ら、アメリカ特許第5,009,889号に記載された(その全ての記載をここに引用してこの明細書の記載とする)身体的疾患にかかっている患者を処置するために使用され得る。
【0014】
以下の実施例は本発明の方法を具体的に説明するものであるが、これらに限定されるものではない。
実施例1
ひとプロテインCの製造
組換えひとプロテインC(rHPC)を、Yan,アメリカ特許第4,981,952号に記載された(その全ての記載をここに引用してこの明細書の記載とする)当業者に公知の技術によりひと腎臓293細胞中で製造した。遺伝子をコードしたひとプロテインCは、Bangら、アメリカ特許第4,775,624号(その全ての記載をここに引用してこの明細書の記載とする)に開示され、特許されている。293細胞にひとプロテインCを発現するために用いられたプラスミドは、Bangら、アメリカ特許第4,992,373号に記載(その全ての記載をここに引用してこの明細書の記載とする)のプラスミドpLPCである。プラスミドpLPCの構築はまた、ヨーロッパ特許公開0 445 939号、およびGrinnellら、1987,Bio/Technology 5:1189-1192中に記載(それらの全ての記載をここに引用してこの明細書の記載とする)されている。要約すれば、このプラスミドは293細胞に形質転換され、ついで安定な形質転換細胞を血清−無含有培地中で同定し、継代培養および生長させた。発酵後、細胞−無含有培地を限外濾過により得た。
【0015】
ひとプロテインCをYan,アメリカ特許第4,981,952号記載(その全ての記載をここに引用してこの明細書の記載とする)の方法を適用することにより培養液から分離した。澄明な媒体をEDTA中4mM濃度で調製した後、陰イオン交換樹脂(Fast−Flow Q、Pharmacia)に吸着させた。カラムの4倍量の20mMトリス、200mMNaCl、pH7.4および20mMトリス、150mMNaCl、pH7.4のカラムの2倍量で洗浄後、結合した組み換ひとプロテインCチモーゲンを20mMトリス、150mMNaCl、10mMCaCl2、pH7.4で溶出した。溶出したタンパク質は、溶出後、SDS−ポリアクリルアミド分解ゲル電気泳動により測定すると、純度95%より大であった。
【0016】
さらにタンパク質の精製を、NaCl中にタンパク質3Mに調製、続いて20mMトリス、3MNaCl、10mMCaCl2、pH7.4中で平衡化させた疎水性相互作用樹脂(Toyopearl phenyl 650M、TosoHaas)に吸着させることにより行った。CaCl2を含まないカラムの2倍容量の平衡化緩衝液で洗浄後、組み換ひとプロテインCを、20mMトリス、pH7.4で溶出させた。溶出したタンパク質を残留カルシウムの除去による活性化のために調製した。組み換ひとプロテインCをカルシウムを除去するために金属親和性カラム(Chelex−100、Bio-Rad)を通過させ、再度陰イオン交換体(Fast Flow Q、Fharmacia)に結合させた。これらのカラムの両方を直列に配列し、20mMトリス、150mMNaCl、5mMEDTA、pH7.4中で平衡化させた。タンパク質を充填後、Chelex−100カラムを、カラムと同容量の緩衝液で洗浄した後、このカラムを直列から切り離した。陰イオン交換カラムは、カラムの3倍量の平衡化した緩衝液で洗浄した後、0.4MNaCl、20mMトリス−酢酸塩、pH6.5でタンパク質を溶出させた。組み換ひとプロテインCおよび組換え活性化プロテインC溶液のタンパク質濃度を、それぞれUV280nm吸光度を測定し、それぞれE(0.1%)=1.85または1.95であった。
【0017】
実施例2
組換えひとプロテインCの活性化
ウシのトロンビンを、50mM HEPESの存在下、pH7.5、4℃にて活性化したCH−セファロース4B(Pharmacia)に結合させた。およそ5000単位トロンビン/ml樹脂を用いてカラムに充填した樹脂上で結合反応させた。トロンビン溶液をおよそ3時間、カラムの中を循環させた後、循環溶液0.6ml/lの濃度でMEAを加えた。MEA−含有溶液はさらに10−12時間循環させ、樹脂上の未反応アミンを確実に完全に封鎖した。封鎖後、トロンビン−結合樹脂をカラムの10倍容量の1MNaCl、20mMトリス、pH6.5で洗浄し、非特異的結合タンパク質をすべて除去し、活性化緩衝液中で平衡化した後活性化反応に用いた。
【0018】
精製rHPCをEDTA(残留カルシウムをキレート化するために)中で5mMに調製し、20mMトリス、pH7.4または20mMトリス−酢酸塩、pH6.5で2mg/mlの濃度に希釈した。これを50mMNaClおよび20mMトリス、pH7.4または20mMトリス−酢酸塩、pH6.5のどちらかで37℃にて平衡化したトロンビンカラムを通過させた。流速はrHPCおよびトロンビン樹脂の間の接触時間がおよそ20分間であるように調節した。溶出物を集め、直ちにアミド分解活性を検定した。aPCの標準曲線と比較して、物質が比活性(アミド分解)を有さない場合、rHPCの活性化を完成させるためにトロンビンカラム上で再循環させた。その後、次の工程までの間、7.4または6.5のいずれかのpHで上記と同じ20mM緩衝液で物質の1:1希釈を行い、aPCを低濃度に保ち、次の処理工程に用いた。
【0019】
物質aPCから浸出したトロンビンの除去は、150mMNaClを含む活性化緩衝液(20mMトリス、pH7.4または20mMトリス−酢酸塩、pH6.5のいずれか)中で平衡化された陰イオン交換樹脂(Fast Flow Q、Pharmacia)にaPCを結合させることにより行った。トロンビンはこれらの条件下で陰イオン交換樹脂と相互作用しないが、カラムを通過させ、試料用溶出液とする。aPCをカラムに充填すると、カラムの2−6倍の容量の20mM平衡化した緩衝液で洗浄し、5mMトリス−酢酸塩、pH6.5または20mMトリス、pH7.4のいずれか中0.4MNaClを用いる工程溶出液で結合aPCを溶出させた。カラムの多量の洗浄はドデカペプチドのより完全な除去を容易にした。このカラムから溶出された物質を凍結溶液(−20℃)中または凍結乾燥した粉末としてのいずれかで貯蔵した。
【0020】
aPCのアミド分解活性(AU)を、ベックマンDU−7400ダイオード配列分光光度計を用いてカビ・ビトラム社製合成基質H−D−Phe−Pip−Arg−p−ニトロアニリド(S−2238)からのp−ニトロアニリンの遊離により測定した。活性化プロテインCの一単位を、9620M-1cm-1の405nmでのp−ニトロアニリンの吸光係数を用いて、1分間に、25℃、pH7.4にてp−ニトロアニリン1μモルを遊離させるのに必要な酵素量として定義した。
【0021】
活性化プロテインCの抗凝血活性を、活性化部分トロンボプラスティン時間(APTT)凝血検定法における凝血時間の延長を測定することにより決定した。標準曲線は、125−1000ng/mlからプロテインC濃度の範囲に及ぶ希釈緩衝液(1mg/mlラジオイムノアッセイグレイドBSA、20mMトリス、pH7.4、150mMNaCl、0.02%NaN3)にて作成し、一方、試料はこの濃度範囲のいくつかの希釈で調製した。それぞれ試料キュベットに、冷却した馬の血漿および再製活性化半トロンボプラスティン時試薬(reconstituted activated partial thromboplastin:APTT試薬、Sigma)を加え、37℃で5分間インキュベートした。インキュベート後、適当な試料または標準液50μlを各キュベットに加えた。希釈緩衝液を試料または標準液の代わりに用いて基底凝血時間を測定した。フィブロメーターのタイマー(CoAスクリーナー止血装置、American Labor)を、それぞれ試料または標準液に30mMCaCl2を50μl、37℃にて加えた後直ちに始動させた。試料中の活性化プロテインC濃度を標準曲線の線形回帰方程式から計算した。ここに記載の凝血時間は標準曲線試料を含むそれぞれ3個の最小値の平均値である。
【0022】
比較研究のための試料を調製するために、aPC(20mMトリス中7.3mg/ml、150mMNaCl)の完全な自己分解は25℃で44時間インキュベート後または陰イオン交換樹脂(FFQ、Pharmacia)上でpH7.4、4℃にて濃縮後に終了させた。アミド分解活性測定法、HPLC、N−末端配列およびSDS−PAGEを試料について行い、自己分解量およびアミノ酸配列上の開裂部位を確認および定量分析した。
【0023】
実施例3
活性化プロテインC安定化定量分析
aPCの活性上のpH効果をAUを観察することにより実験した。3つの緩衝液系を、MES(pH5.5−7)、HEPES(pH6.8−8.2)、およびCHES(pH8.6−10)を各50mM用いて、6−9.3(pH単位増加分0.3にて)の範囲でpH条件を設定して用いた。aPCを適当なpH緩衝液を用いて0.4mg/mlの最終濃度になるように希釈し、この濃度でインキュベートした後活性の測定をした。インキュベーションpHにてアミド検定法を用いて4℃にて初期時間および4℃にて30時間後の両方で試料を検定した。これらの測定はアミド分解活性のためのつりがね型のpH依存性を示した。これらの定量の結果を以下の表1に示す。
【表1】
aPCの最大活性はpH7.4であるが、両極端の6および9.3のpH値は大きく減少した活性を示す。aPCは極端なpHで何らかのアミド分解活性を保持することが明らかであり、このデータは、aPCが最大活性を有するpH条件を避けることにより自己分解が減少することを示している。
【0024】
aPCのアミド分解活性pH依存性がEAKフラグメント生成の関数であるかどうか決定するために、aPC試料をpH6.0、7.5および9.0、1.5mg/mlで、4℃にて18時間インキュベートした。生成したEAK量をEAK HPLCピーク下の面積の積算およびSDS−PAGE上のEAKバンドの定量的観察により測定した。これらのデータはpH6.0でインキュベート中のEAK生成において増加を示さなかったが、pH7.5でおよそ30%の増加およびpH9.0でおよそ50%の増加であった。pH7.5および9.0の試料中EAKフラグメントの高濃度にもかかわらず、pH7.4で測定した場合に製剤はなお高いAU活性を有した。すなわち、EAKフラグメントの発生はアミド分解活性の損失と必ずしも関係しているとは限らない。むしろ、EAKフラグメントはaPCの重鎖の残余部分と十分に関係して存在しているにちがいなく、セリンプロテアーゼ機能を維持している。どちらかと言えば、より高いEAKフラグメント含有量は、より高いアミド分解活性と関係しているといえる。
【0025】
EAKフラグメントは触媒的三構成(トリアド)(重鎖のN−末端部中に見られるHis211およびAsp257を含む)の活性部位セリン(残基360)を含む。それゆえに、もしEAKフラグメントが重鎖の残部に共有的に結合していない場合、このタンパク質切除は酵素活性の減少をもたらし得る。抗凝血活性に対するEAKの種々の量の効果をみるために、aPCのいくつかの異なったロットを、上述の実施例1および2に記載と同様にして製造した。アミド分解検定を、22−198uM #S−2238の範囲の基質濃度、1.6−3.3nM(75−150ng/ml)、20mMトリス、pH7.4、150mMNaClの範囲のaPC濃度で行った。この検定の結果を下記の表2に示す。
【表2】
【0026】
分解のpH依存性は種々の量のEAKを含むaPC試料を作成するために利用した。これらの試料は上述の実施例1および2に記載と同様にして製造した。種々の含有量のEAKフラグメントを含む試料は完全なaPC(<3%EAKフラグメント)と比較した。Km、KcatおよびVmax値を含むアミド分解速度論的パラメーターを3つの異なる酵素濃度で各3つのロットについて測定し、それを表3に要約する。
【表3】
3つのaPC試料のKm値は実験誤差の範囲で同じと思われ、基質0.16mMの平均値を示した。これは基質S−2238の親和性が分解したaPCに中断されていないことを示している。驚くべきことに、分解物質は完全なaPCのものと本質的に同様のAU活性をいまだ有していた。
【0027】
活性化プロテインCは完全なアミド分解機能を有するのに対してトリペプチド物質(#S−2238)でさえ高EAKフラグメント含量を有している。インビトロ抗凝血活性はAPTT検定法で測定され得る。意外にも高AU活性は抗凝血活性と相関関係がなかった。一方、AU活性は増加するEAK含有量の増加とともに増大し、APTT活性はEAK含有量の増加とともに減少した。
【0028】
EAKフラグメント生成および活性化プロテインC安定性に対する塩濃度の効果が、種々のpH値および塩濃度で活性化プロテインCの試料をインキュベートし、ついで、1時間当たりのEAKフラグメント生成のパーセントを測定することにより検討された。検定法におけるプロテインCの濃度はミリリットル当たり4−5ミリグラムの間であった。すべての検定はリン酸緩衝液5−20mM中で行われた。塩化ナトリウムを塩(塩が存在する場合)として使用し、すべての検定は25℃で行った。1時間当たりのEAKフラグメント生成のパーセントをHPLC積算により測定した。これらの検定の結果を下記の表4に示す。
【表4】
Claims (16)
- 活性化プロテインCの分解を最小化する方法であって、上記方法が上記活性化プロテインCをpHが約6.3および約7.0の間の溶液中に維持することを特徴とする方法。
- 上記溶液が約0.050Mより低いかまたは約0.40Mより高い塩濃度である、請求項1記載の方法。
- 上記溶液が約0.050Mより低い塩濃度である、請求項2記載の方法。
- 上記溶液が約0.010Mより低い塩濃度である、請求項2記載の方法。
- 溶液中の塩が塩化ナトリウムである、請求項2記載の方法。
- 約6.3および約7.0のpHの間の溶液中に活性化プロテインCを含む、安定化抗−血栓製剤。
- さらに約0.050Mより低いかまたは約0.4Mより高い濃度の塩を含む、請求項6記載の製剤。
- 塩濃度が約0.05Mより低い、請求項7記載の製剤。
- 緩衝液がトリス−酢酸塩、クエン酸ナトリウム、クエン酸塩−グリシンおよびリン酸ナトリウムを含む群から選ばれる、請求項6記載の製剤。
- 上記pHが、6.3および6.5の間である、請求項1記載の方法。
- 上記pHが、6.3である、請求項1記載の方法。
- 上記pHが、6.4である、請求項1記載の方法。
- 上記pHが、6.5である、請求項1記載の方法。
- 上記溶液が、0.40Mより高い塩濃度である、請求項11記載の方法。
- 6.3および6.5の間のpHで活性化プロテインCを含むことを特徴とする、活性化プロテインCの水性溶液。
- さらに、上記溶液を凍結乾燥する、請求項1記載の方法。
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