JP4334480B2 - α−ヘリックス安定化剤を用いる高次構造的に制約された副甲状腺ホルモン - Google Patents
α−ヘリックス安定化剤を用いる高次構造的に制約された副甲状腺ホルモン Download PDFInfo
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Description
本発明は、高次構造的に制約された副甲状腺ホルモン(PTH)アナログ、ならびにPTHアナログの調製方法および使用方法に関する。
米国特許審査便覧310の下での言及。米国政府は、本発明における一括払いライセンス、および米国国立衛生研究所によって授与された補助金番号DK-11794の規約によって提供されるような道理にかなった規約に基づいて他者にライセンスを与えるよう特許権者に要求するために限定された状況における権利を有する。
副甲状腺ホルモン
副甲状腺ホルモン(PTH)(84アミノ酸ペプチド)は、ヒト体内のイオン化血液カルシウムの主要なレギュレーターである(Kronenberg, H.M., et al.、Handbook of Experimental Pharmacology, Mundy, G.R. and Martin, T.J. (編)、pp.185-201、Springer-Verlag, Heidelberg (1993))。カルシウム濃度の調節は、胃腸、骨格、神経、神経筋、および心臓血管の系の通常の機能のために必要である。PTHの合成および放出は主に血清カルシウムレベルによって制御され;低レベルはホルモンの合成と放出の両方を刺激し、高レベルはそれらを抑制する。PTHは、次に、カルシウム交換の3つの部位:腸、骨、および腎臓において、血液へのカルシウムの流入を直接的または間接的に促進することによって、血清カルシウムレベルを維持する。PTHは、活性型ビタミンDの腎臓合成を促進することによって、正味の胃腸のカルシウム吸収に寄与する。PTHは、骨再吸収細胞である破骨細胞の分化を刺激することによって間接的にカルシウム再吸収を促進する。これはまた、腎臓に対する少なくとも3つの主要な効果:尿細管カルシウム再吸収の刺激、リン酸クリアランスの増強、および活性型ビタミンDの合成を完成する酵素の増加の促進を媒介する。PTHは、主としてアデニル酸シクラーゼおよび/またはホスホリパーゼCのレセプター媒介活性化を通してこれらの効果を発揮すると考えられている。
骨粗鬆症は、高齢の成人集団の実質的部分、妊娠している女性、および年少者においてでさえ観察される潜在的に大きな損害を与える骨格疾患である。骨粗鬆症という用語は、異種の障害の群をいう。臨床的には、骨粗鬆症はI型およびII型に分けられる。I型骨粗鬆症は、中年女性において主に起こり、閉経期におけるエストロゲンの喪失と関連するのに対して、II型骨粗鬆症は加齢と関連する。骨粗鬆症を有する患者は、骨折修復を促進するように設計された新規の治療、またはこの疾患に関連した骨折を予防または軽減するように設計された治療からの利益を受ける。
、断続的に投与された場合、PTHまたはPTH誘導体は、骨粗鬆症のための新規かつ有効な治療の第1の候補である。
PTH誘導体は、アミノ酸置換を有するポリペプチドを含むか、または全長分子と比較して短縮される。PTHの14アミノ酸と34アミノ酸の両方のアミノ末端短縮型、ならびにC末端短縮型が研究された。さらに、短縮型ポリペプチド中のアミノ酸置換もまた研究された。
PTHおよびPTHrPの最初の34アミノ酸は、高親和性P1R結合およびP1R媒介シグナル伝達応答の強力な誘導のために必要な情報を含む(Nerr, RM, et al., N.E.J.M. 344: 1434-1441 (2001))。PTHの短いN末端フラグメント、例えば、PTH(1-14)およびPTH(1-11)は極度に弱い結合親和性を示すが(Kd>>100μM)、それにも関わらず、PTH(1-34)の効力(EC50〜2nM)よりも実質的に弱い効力(EC50s≧100μM)であるが、cAMPシグナル伝達応答を誘発することが可能である(Luck, MD et al., Molecular Endocrinology 13: 670-680 (1999))。一連の修飾されたPTH(1-14)およびPTH(1-11)アナログが、PTH(1-34)の効力に近いか、または完全に等しい程のシグナル伝達効力を示すことが報告されている(Shimizu, M. et al., Endocrinology 142: 3068-3074 (2001); Shimizu, M. et al., J. Biol. Chem. 276: 490003-49012 (2001); Shimizu, M. et al., J. Biol. Chem. 275: 21836-21843 (2000))。
本発明は、ポリペプチドにおける選択された位置にアミノ酸置換を含む新規PTHポリペプチド誘導体を提供する。この誘導体は、PTH-1レセプターの完全な、またはほぼ完全なアゴニストとして機能する。これらの独特の特性のために、これらのポリペプチドは、骨粗鬆症などのヒトの骨格の疾患を治療するための薬物としての有用性を有する。
からなる生物学的に活性なペプチドに向けられ、ここで、X01はα-ヘリックス安定化残基、Gly、Ser、またはAlaであり; X02はα-ヘリックス安定化残基、AlaまたはSerであり;X03はAla、Gln、またはAsnであり; X04はArg、Har、またはLeuであり; X05はα-ヘリックス安定化残基、AlaまたはGlyであり; X06はα-ヘリックス安定化残基またはLysであり; X07はα-ヘリックス安定化残基、TrpまたはHisであり、X01、X02、X03、X04、X05、X06、またはX07の少なくとも1つがα-ヘリックス安定化残基であり、かつα-ヘリックス安定化残基の少なくとも1つがAib(α-アミノイソ酪酸)、Ac3c(1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸)、Ac4c(1-アミノ-シクロブタン-1-カルボン酸)、Ac5c(1-アミノシクロペンタン-1-カルボン酸)、Ac6c(1-アミノ-シクロヘキサン-1-カルボン酸)またはDeg(α,α-ジエチルグリシン)である。
を有するペプチドのフラグメントに及ぶ。本発明はさらに、上記のペプチド、および上記のペプチドのN末端またはC末端誘導体の薬学的に許容される塩を含み、ここで、X01、X02、X03、X04、X05、またはX06の少なくとも1つがα-ヘリックス安定化残基である。α-ヘリックス安定化残基の少なくとも1つは、Aib、Ac3c、Ac4c、Ac5c、Ac6cまたはDegからなる群より選択され得る。
からなる生物学的に活性なポリペプチド、およびアミノ酸1〜13、1〜12、1〜11、1〜10、または1〜9を含むペプチドに及ぶ。本発明はさらに、上記のペプチド、および上記のペプチドのN末端またはC末端誘導体の薬学的に許容される塩を含み、ここで、X01はα-ヘリックス安定化残基、Gly、Ser、またはAlaであり; X02はα-ヘリックス安定化残基、AlaまたはSerである。α-ヘリックス安定化残基には、上記に定義したようなAib、Ac3c、Ac4c、Ac5c、Ac6cおよびDegからなる群が含まれるがこれらに限定されない。
が含まれる。アミノ酸1〜9、1〜10、1〜11、1〜12、または1〜13を含む上述のペプチドのフラグメントもまた、本発明の態様であることが意図される。本発明はさらに、上記のペプチドの薬学的に許容される塩、およびこのペプチドのN末端またはC末端誘導体を含む。
からなる生物学的に活性なペプチドに向けられ、ここで、X01はα-ヘリックス安定化残基、Gly、Ser、またはAlaであり; X02はα-ヘリックス安定化残基、AlaまたはSerであり;X03はAla、Gln、またはAsnであり; X04はAla、Gln、またはAsnであり; X05はα-ヘリックス安定化残基、Ala、Gly、Har、またはArgであり; X06はα-ヘリックス安定化残基またはLysであり; X07はα-ヘリックス安定化残基、TrpまたはHisであり、ここで、X01、X02、X03、X04、X05、X06、またはX07の少なくとも1つがα-ヘリックス安定化残基であり、かつここでα-ヘリックス安定化残基の少なくとも1つがAib、Ac3c、Ac4c、Ac5c、Ac6cまたはDegである。
を有するペプチドのフラグメントに及び、ここで、X01はα-ヘリックス安定化残基、Gly、Ser、またはAlaであり; X02はα-ヘリックス安定化残基、AlaまたはSerであり;X03はAla、Gln、またはAsnであり; X04はAla、Gln、またはAsnであり; X05はα-ヘリックス安定化残基、Ala、Gly、Har、またはArgであり; X06はα-ヘリックス安定化残基またはLysであり; X07はα-ヘリックス安定化残基、TrpまたはHisであり、ここで、X01、X02、X03、X04、X05、X06、またはX07の少なくとも1つがα-ヘリックス安定化残基であり、かつここでα-ヘリックス安定化残基の少なくとも1つがAib、Ac3c、Ac4c、Ac5c、Ac6cまたはDegである。本発明はさらに、上記のペプチドの薬学的に許容される塩、およびこのペプチドのN末端またはC末端誘導体を含む。
からなる生物学的に活性なポリペプチド、およびアミノ酸1〜13、1〜12、1〜11、1〜10、または1〜9を含むフラグメントに及ぶ。本発明はさらに、上記のペプチドの薬学的に許容される塩、およびこのペプチドのN末端またはC末端誘導体を含み、ここで、X01はα-ヘリックス安定化残基、Gly、Ser、またはAlaであり; X02はα-ヘリックス安定化残基、AlaまたはSerであり、ここでα-ヘリックス安定化残基の少なくとも1つは、Aib、Ac3c、Ac4c、Ac5c、Ac6cまたはDegである。
が含まれる。アミノ酸1〜9、1〜10、1〜11、1〜12、または1〜13を含む上述のペプチドのフラグメントもまた本発明の態様であることが意図される。本発明はさらに、上記のペプチドの薬学的に許容される塩、およびこのペプチドのN末端またはC末端誘導体を含む。
定義
アミノ酸配列:本願におけるアミノ酸配列は、アミノ酸についての1文字または3文字のいずれかの記号表示を使用する。これらの記号表示は当業者に周知であり、例えば、Cooper, G.M., The Cell 1997, ASM Press, Washington, D.C. またはAusubel et al., Current Protocols in Molecular Biology, 1994などの多数の容易に入手可能な参考文献において見出され得る。例えば、Ser-3-->Alaまたは[Ala3]ペプチドのように配列における置換が言及される場合、これは、ポリペプチドのN末端からの3番目のセリンが、別のアミノ酸、この例においてはアラニンで置換されていることを意味する。
であり、またはネイティブなラット(「rPTH」)PTH(1-14)は
である。分子は、両方の分子におけるアミノ酸の配列が実質的に同一である場合、および両方の分子が同様の生物学的活性を有する場合に、別の分子に対して「実質的に同様である」といわれる。従って、この用語は、1つの分子が他方において見出されないさらなるアミノ酸残基を含むか、またはアミノ酸残基の配列が同一でない場合においてでさえ、この用語は本明細書において使用されるように、同様の活性を有する2つの分子が、変異体、誘導体、またはアナログと見なされることが可能である。しかし、PTH誘導体は、ネイティブな分子と実質的に同様の生物学的活性を有する必要はない。ある場合において、PTH誘導体は、ネイティブなPTHとは実質的に異なる活性を有する。例えば、誘導体は、PTHレセプターのアンタゴニストまたはアゴニストのいずれかであり得る。
またはその誘導体などの化合物を含むタンパク質である。
α-アミノイソ酪酸(Aib)およびAibと区別できるα,α-二置換アミノ酸は、短いN末端PTHペプチドアナログに導入された。種々の極性溶媒または非極性溶媒の中で実行されたPTH(1-34)アナログの多数のNMR研究は、一般的に、2つのドメインの二次構造:ほぼSer-17からVal-31までに拡がる安定なC末端ヘリックス、およびSer-3からLys-13まで変動的に拡がるより短くかつより安定でないアミノ末端ヘリックスを示した。これらの2つのドメインはベンドまたはターン領域によって接続されている。
最近のPTH(1-34)の結晶学的研究は、Ser-3からHis-32までに拡がり、かつ中央部分にわずかな15°のベンドのみを含む連続的なα-ヘリックスを示した。しかし、NMRデータは、N末端ヘリックスが比較的弱いことを示す。ヘリックス安定化修飾(Aib残基の導入など)は、ペプチド強度に関して顕著な利点を提供し、PTH(1-34)と比較し得る活性を有する短いペプチド(≦14アミノ酸)を生じる。
本発明の化合物またはその誘導体は多数の用途を有する。これらには、とりわけ、PTHレセプターのアゴニストまたはアンタゴニスト、骨質量の損失によって明示される種々の哺乳動物の状態の予防および治療、診断用プローブ、診断用プローブおよび分子量マーカーとしてさえ使用される抗体を調製するための抗原が含まれる。PTHポリペプチドにおいて、1つまたはそれ以上のアミノ酸を特異的に置換し得ることは、特定の分子量のポリペプチドの構築を可能にする。
ホルモン作用の発現の決定的な段階は、標的細胞の原形質膜表面上のレセプターとホルモンの相互作用である。ホルモン-レセプター相互作用の形成は、種々の生物学的応答を誘発するために細胞への細胞外シグナルの伝達を可能にする。
高カルシウム血症および低カルシウム血症のある型は、PTHおよびPTHrPおよびPTH-1と、レセプターとの間の相互作用に関連する。高カルシウム血症は、血清カルシウムレベルの異常な上昇が存在する状態である;これはしばしば、他の疾患(副甲状機能亢進症、骨粗鬆症、乳房、肺、および前立腺の癌腫、頭頸部および食道の類表皮癌、多発性骨髄腫、ならびに副腎腫を含む)に伴う。血清カルシウムレベルが以上に低い状態である低カルシウム血症は、例えば、甲状腺手術後に有効なPTHの欠損から生じる可能性がある。
以下のプロトコールおよび実験の詳細は、以下に続く実施例において引用される。
材料および方法
ペプチド
本研究において使用されたペプチドのアミノ酸配列はすべてヒトまたはラットのPTH配列由来であり、遊離のアミノ末端およびアミド化されたC末端を含む。開始骨格として使用された親のペプチドは[M]PTH(1-14)であり、これは[Ala1,3,12,Gln10,Har11,Trp14]PTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.13)と定義される。ペプチドは、自動ペプチド合成装置(モデル430A PE、Applied Biosystems, Foster City, CA、またはモデル396 MBS Advanced Chem. Tect, Louisville, KY)上で、FMOC-主鎖保護基化学、カップリング反応のためのHBTU/HOBr/DIEA(1:1:2モル濃度比)、およびTFA-媒介切断/側鎖脱保護(MGH Biopolymer Synthesis Facility, Boston, MA)を使用して調製した。すべてのペプチドをC18含有カートリッジ上での吸着によって脱塩し、HPLCによってさらに精製した。乾燥ペプチド粉末を10mM酢酸中で再構築し、-80℃で保存した。各ペプチドについての純度、同一性、およびストック濃度を、分析HPLC、マトリックス支援レーザー脱離/イオン化(MALDI)質量スペクトル分析、およびアミノ酸分析によって保証した。[M]PTH(1-21)(SEQ.ID.NO.20)および[Aib1,3,M]PTH(1-21)(SEQ.ID.NO.21)の放射性標識を、125I-Na(2,200 Ci/mmol, NEN)およびクロラミン-Tを使用して実行した;得られる放射性リガンドをHPLCによって精製した。
細胞株HKRK-B28(Takasu, H., et al., J. Bone Miner. Res. 14: 11-20 (1999))は、TM3のN末端から中央領域までのオポッサムP1R、およびTM3の中央領域からC末端までのラットP1Rから構成される組換えP1RキメラをコードするプラスミドDNAを用いる安定なトランスフェクションによる、ブタ細胞株LLC-PK1由来であった。これらの細胞におけるP1Rの表面密度は細胞あたり〜280,000レセプターである。クローン性細胞株LdelNt-2は、大部分のアミノ末端細胞外ドメインが欠失している組換えヒトPTH-1レセプター構築物である、P1R-delNtをコードするプラスミドを用いる安定なトランスフェクションを介してLLC-PK1細胞に由来した。これらの細胞、ならびにCOS-7細胞およびSaOS-2-B10細胞を、胎仔ウシ血清(10%)、ペニシリンG(20単位/ml)、硫酸ストレプトマイシン(20μg/ml)およびアムホテリシンB(0.05μg/ml)を補充したダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)中で、T-75フラスコ(75mm2)中で、27℃にて、5%CO2を含む加湿大気中で培養した。EGTA/トリプシンおよび抗生物質のストック溶液はGIBCOから入手した;胎仔ウシ血清はHyclone Laboratories (Logan, UT)から入手した。24ウェルプレートにサブ培養したCOS-7細胞は、塩化セシウム/臭化エチジウム密度勾配遠心分離、およびFuGENE6トランスフェクション試薬(Roche Indianapolis IN)によって、製造業者の推奨する手順に従って精製した、野生型ヒトP1Rまたは残基(24〜181)が欠失している短縮型ヒトP1RをコードするプラスミドDNAでトランスフェクトした(ウェルあたり200ng)(Shimizu, M., et al., J. Biol. Chem. 275: 21836-21843 (2000))。24ウェルプレート中のすべての細胞を、アッセイの12〜24時間前に新鮮な培地で処理し、かつ33℃に移した。
ペプチドアナログを用いる細胞の刺激を24ウェルプレートにおいて実行した。細胞を0.5mLの結合緩衝液(50mM Tris-HCl、100mM NaCl、5mM KCl、2mM CaCl2、5%熱不活化ウシ血清、0.5%胎仔ウシ血清、HClでpH 7.5に調整)ですすぎ、200μLのcAMPアッセイ緩衝液(2mM 3-イソブチル-1-メチルキサンチン、1mg/mLウシ血清アルブミン、35mM Hepes-NaOH, pH 7.4を含むダルベッコ改変イーグル培地)および種々の量のペプチドアナログを含む100μLの結合緩衝液で処理した(最終容量=300μL)。室温での30〜60分間のインキュベーション後に培地を除去し、細胞をドライアイス上で凍結させ、0.5mLの50mM HClで溶解し、そして再凍結させた(〜80℃)。希釈した溶解物のcAMP含量をラジオイムノアッセイ法によって決定した。EC50応答値を非線形回帰を使用して計算した(以下を参照されたい)。
カラムクロマトグラフィー後に容易に検出可能である蛍光アミノ酸誘導体を形成するため、または他の官能基が反応を受けているときにアミノ酸もしくはヌクレオチドのアミノ基を保護するためのいずれかの目的のためのアミノ基への連結に使用される基。この基を導入するために有用な試薬は、9-フルオレニルメチルクロロホルメートおよび9-フルオレニル-メチルスクシニミジルカーボネートである。
結合反応を、24ウェルプレート中でHKRK-B28細胞またはCOS-7細胞を用いて実行した。細胞を0.5mLの結合緩衝液ですすぎ、次いで、100μLの結合緩衝液、種々の量の未標識競合リガンドを含む100μLの結合緩衝液、および約100,000cpmの
を含む100μLの結合緩衝液(約26fmol;最終容量=300μL)で連続的に処理した。インキュベーションは4℃にて4〜6時間であり、この時点でほぼ平衡状態に達した。次いで、細胞を氷上に配置し、結合媒体を除去し、単層を0.5mLの冷結合緩衝液で3回洗浄した。続いて、細胞を0.5mLの5N NaOHで溶解し、放射能を計数した。各トレーサーについて、および各実験において、非特異的結合を、1μMの濃度で同じ未標識ペプチドの存在下で結合した放射能として決定し、それは各トレーサーについて加えられた全体の放射能の約1%だった。最大特異的結合(B0)は、競合リガンドの非存在下で結合した全体の放射能であり、各トレーサーについて、全体の放射能の8%から20%までの範囲が加えられた。非線形回帰が使用されて、結合IC50値を計算した(以下を参照されたい)。26fmolの
を用いる研究に由来する相同競合結合データのスキャッチャード変換を、単一のクラスの結合部位およびヨード化リガンドおよび非ヨード化リガンドの等しいアフィニティーを仮定して、見かけの平衡解離定数(kDapps)およびリガンド結合部位の総数(Bmax)の見積もりのために利用した。
上記のようにP1R-WTでトランスフェクトされたCOS-7細胞を、0.1%ウシ血清アルブミンおよび[3H]ミオ-イノシトール(NEN、Boston、MA)(2μCi/mL)を含み、血清を含まない、イノシトールを含まないDMEMで、アッセイの前16時間処理した。アッセイの時点で、細胞を、LiCl(30mM)を含む結合緩衝液ですすぎ、かつPTHアナログを含むかまたは含まない同じ緩衝液で処理した。次いで、細胞を37℃で40分間インキュベートし、その後緩衝液を除去し、0.5mLの氷冷5%トリクロロ酢酸溶液によって置換した。氷上にて3時間後、溶解物を収集し、かつエチルエーテルで2回抽出した。次いで、溶解物をイオン交換カラム(0.5mL樹脂ベッド)に適用し、全体のイノシトールリン酸を、以前に記載されたように溶出させ(Berridge, M.J., et al., Biochem. J. 212: 473-482 (1983))、液体シンチレーションカクテル中で計数した。
胚性日数(E)15.5胚からの中足骨を切除し、かつ24ウェルプレート中で、無血清αMEM培地中で、37℃加湿インキュベーター(5%CO2)中で培養した。16時間後、PTHアナログまたはビヒクルを加え、試料をさらに48時間、37℃で、24時間の時点で再度加えたペプチドまたはビヒクルとともにインキュベートした。64時間のインキュベーション時間の終わりに、試料を10%ホルマリン/リン酸緩衝化生理食塩水で固定化し、次いで白色光を使用して解剖顕微鏡で直接観察した。切片を、X型コラーゲンmRNA(成長板の肥大性軟骨細胞においてのみ発現される発生マーカー遺伝子)に特異的な35S標識リボプローブを使用して、インサイチューハイブリダイゼーション分析のために処理した。
円二色性スペクトルをJascoモデル710分光偏光計で記録した;ペプチドを、50mMリン酸ナトリウム緩衝液pH 7.4、または20%(v/v)で2,2,2-トリフルオロエタノールを含む同じ緩衝液中、20μMの濃度で分析した。分光学的スキャンを、20℃で、185と255nMの間の波長で実行し、データを各1nM間隔で記録した。スペクトルのバンド幅は1.5nMであり、8回のスキャンを蓄積し、各試料毎に平均した。各波長において、平均残基楕円率[θ×100/lxCxn];ここでθは生の楕円率値であり(ミリ度の次元)、lは試料経路長であり、C=ペプチドモル濃度であり、そしてnはペプチド中の残基の数である(Bowen, W.P. and Jerman, J.C., Trends in Pharmacol. Sci. 16: 413-417 (1995))。各ペプチドのヘリックス含量は、そのペプチドについて222nMで観察された[θ]を-28,100(これは、モデルヘリックスデカペプチドについて報告された[θ]222obsである)で除算することによって見積もられた(Bowen, W.P. and Jerman, J.C., Trends in Pharmacol. Sci. 16: 413-417 (1995))。
計算はMicrosoft(登録商標)Excelを使用して実行した。結合およびcAMP用量-応答データの非線形分析を、4パラメーター方程式: yp=Min+[(Max-Min)/(1+(IC50/x)傾き)]を使用して実行した。Excel Solver関数を、以前に記載されたように(Carter, P.H., et al., Endocrinology 140: 4972-4981 (1999): Bowen, W.P. and Jerman, J.C., Trends in Pharmacol. Sci. 16: 413-417 (1995))、パラメーター最適化のために利用した。対のデータセット間の違いを、2つのセットについての不均等な分散を仮定して、1方向スチューデントt検定を使用して統計学的に評価した。
α,α-二置換アミノ酸を含むアナログのP1-R結合親和性
[M]PTH(1-14)[M=Ala1,3,12,Gln10,Har11,Trp14](SEQ.ID.NO.13)の1位および/または3位におけるAibから区別されるα,α-置換アミノ酸を導入することの効果を分析した。6種のアミノ酸を選択した:α-アミノイソブチル酪酸(Aib)、α,α-ジエチルグリシン(Deg);1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸(Ac3c);1-アミノ-シクロブタン-カルボン酸(Ac4c)、1-アミノシクロペンタン-1-カルボン酸(Ac5c)、および1-アミノ-シクロヘキサン-カルボン酸(Ac6c)(これらのいくつかは図1に示される)。
トレーサーを使用して実行される競合結合アッセイ法において、Deg3およびAc5c3含有アナログの親和性は、[M]PTH(1-14)の親和性と比較し得るものであった(IC50s〜3μM)。Ac3c3含有アナログの親和性は、[M]PTH(1-14)の親和性よりも14倍低く、Deg、Ac3c、およびAc5c置換ペプチドの親和性は、[M]PTH(1-14)の親和性よりも3〜50倍高かった(IC50〜0.6μM)。
Ac5cペプチドアゴニスト活性
ペプチド[Ac5c1,Aib3,M]PTH(1-14)(SEQ.ID.NO.15)は、B28細胞への
の結合の阻害について、およびアデニリルシクラーゼを刺激することについて、ならびにホスホリパーゼCを刺激することについて、[Aib1,3,M]PTH(1-14)(SEQ.ID.NO.3)よりも〜2倍強力であった(図2)。従って、このペプチドは、これまでに同定された、最も強力なPTH(1-14)アナログの1つである。Deg1およびDeg3と組み合わせることは、適度な親和性で結合するペプチドを生じたが(図1A)、cAMP形成については真の部分的アゴニストであった(図1B)。
Ac5cペプチドアンタゴニスト活性
アンタゴニストとして機能するリガンドは副甲状腺機能亢進症を治療するために有用であり得る。N末端修飾を含む[Ac5c1,Aib3,M]PTH(1-14)(親)(SEQ.ID.NO.15)のアナログは、シグナル伝達および結合親和性を解離させることが予測された(例えば、デスアミノ-1、Trp-1、Bpa-2、Arg-2、Deg-1,3)。置換の大部分は、P1R結合親和性を適度に減少させ、cAMP-刺激活性を強力に減少させた。
PTH(1-14)における1位および3位の単一置換
ジアルキルアミノ酸の単一置換は、親の骨格ペプチド[Ala1,3,12,Gln10,Har11,Trp14]PTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.13)の1位および3位に導入した。これらの研究における1位および3位で利用されるアミノ酸の図解的構造を図1に示し、ペプチド配列を表1に提示する。1位および3位にアラニンを含む親のペプチド[Ala1,3,12,Gln10,Har11,Trp14]PTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.13)は、220±80nMの強度(EC50)値でHKRK-B28細胞中でのcAMP蓄積を刺激し、かつ
トレーサー放射性リガンドのこれらの細胞への結合を、27±3μMの見かけの親和性(IC50)値で阻害した。親のアナログと比較して、1位で置換されたアナログは、cAMP蓄積を刺激することについて、〜2倍(Ac3c、P=0.1)、11倍(Deg、P=0.02)、または61倍(Ac5c、P=0.02)より強力であった。これらの強度の増加には、見かけの結合親和性に対するそれ相応の効果が伴った。3位においては、シクロアルカンアミノ酸、Ac3c、またはAc5cのいずれかを用いる置換は、適度にcAMP刺激強度を増加した(<2倍)のに対して、直鎖状アミノ酸、Degを用いる置換は強度をほぼ10倍減少した;Ac5c-3およびDeg-3は結合親和性にほとんど効果がないか、または全く効果がなかったのに対して、Ac3c-3は約10倍、親和性を低下させた。
PTH(1-14)アナログにおける1位および3位の組み合わせ置換
ジアルキルアミノ酸を、親の骨格ペプチド[Ala1,3,12,Gln10,Har11,Trp14]PTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.13)の1位と3位の両方に導入した。1位および3位にAc3cを導入することは、アナログ[Ac3c1,3,Gln10,Har11,Ala12,Trp14]PTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.28)を生じ、これは、結合親和性およびシグナル伝達強度によって親のペプチドと比較可能であった。これらの位置にAc5cを導入することは、アナログ[Ac5c1,3,Gln10,Har11,Ala12,Trp14]PTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.29)を生じ、これは、親のペプチドよりも20倍高い親和性でP1Rに結合し(P=0.001)、かつcAMPシグナル伝達については30倍強力であった(P=0.02;表2)。1位および3位におけるDeg置換を組み合わせることは、[Deg1,3,Gln10,Har11,Ala12,Trp14]PTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.27)を生じ、これは、親のペプチドよりも50倍高い親和性でP1Rに結合したが(P=0.001)、部分的なアゴニスト応答のみを誘発し、これは、親のペプチドによって達成されたものの45%に過ぎない最大を達成した。
PTH(1-9)アナログおよびPTH(1-10)アナログ
最短の活性アナログを、PTH・PTHレセプター相互作用メカニズムを機能的に探査するために使用されるように開発した。PTH(1-14)よりも短いネイティブN末端PTHアナログは細胞に基づくアッセイ法において不活性であり、測定可能なcAMP応答は、アナログ[Aib1,3,Gln10]PTH(1-10)NH2(SEQ.ID.NO.35)についてP1Rトランスフェクトされた細胞において検出することが可能である。[Ac3c1,Aib3,Gln10]PTH(1-10)NH2(SEQ.ID.NO.22)および[Ac5c1,Aib3]PTH(1-9)NH2(SEQ.ID.NO.31)を調製し、それらの活性をHKRK-B28細胞において評価した。1×10-4Mまでの高さの濃度で試験した場合、いずれのペプチドもP(1-21)トレーサー放射性リガンドの結合を阻害しなかった。各アナログは、これらの細胞において明確なcAMP応答を誘導した。[Ac5c1,Aib3,Gln10]PTH(1-10)NH2(SEQ.ID.NO.22)の用量-応答分析から、EC50値を約3μMと見積もった。PTH(1-9)アナログを単一の高濃度で(1×10-4M)アッセイし、基礎レベルと比較して6倍のcAMPレベルの増加を誘導することを見出した(P=0.001);同じ濃度では、[Aib1,3,Gln10]PTH(1-10)NH2(SEQ.ID.NO.35)は、cAMP蓄積の2倍の増加を誘導し(P=0.52)、ネイティブPTH(1-9)(SEQ.ID.NO.33)は不活性であった。
P1R-delNT細胞におけるアナログ活性
P1R-delNtを発現する細胞における選択されたアナログのアゴニスト活性を試験した。このPTH-1レセプター構築物はNドメインの大部分を欠くが、それにも関わらず、N末端PTHアナログに対する完全なアゴニスト応答を媒介し、従って、リガンド相互作用プロセスに対するレセプターのNドメインおよびJドメインの関連する役割が評価されることを可能にする。クローン性細胞株LdelNT-2を使用した。これは、ヒトP1R-delNt構築物をコードするプラスミドを用いる安定なトランスフェクションによって、LLC-PK1から誘導された。これらの細胞において、[Ac5c1,Aib3,Gln10,Har11,Ala12,Trp14]PTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.15)は、強い強度を伴うcAMP蓄積の70倍の増加を誘導した(EC50=6.4±2.3nM);[Ac5c1,Aib3,Gln10]PTH(1-10)NH2(SEQ.ID.NO.22)は、より弱い効力を示し(EC50〜40μM)、[Deg1,3,Gln10,Har11,Ala12,Trp14]PTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.27)は部分的なアゴニスト性挙動を示した(Emax=基礎レベルの23倍;EC50=1.4±0.5μM)。
(図2)PTH(1-14)アナログの1位または3位における単一のα,α-二置換アミノ酸置換の、HKRK-B28細胞におけるcAMP刺激強度およびP1R結合親和性に対する効果である。ペプチド[Ala1,3,12,Gln10,Har11,Trp14]PTH(1-14)NH2(親)(SEQ.ID.NO.13)およびそのアナログ(アラニン-1またはアラニン-3が1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸(Ac3c);1-アミノシクロペンタン-1-カルボン酸(Ac5c)またはα,α-ジエチルグリシン(Deg)で置換された)が、細胞内cAMP蓄積を刺激するそれらの能力について(A)、(C)、および
の結合を阻害するその能力について(B)(D)、HKRK-B28細胞において評価された。cAMP応答は親のペプチドについての各実験において観察された最大応答のパーセントとして表現され、その平均はウェルあたり225±21ピコモルのcAMPであった(n=7);対応する基礎cAMPレベルはウェルあたり3.8±0.1ピコモルであった。ペプチドおよびそれらの対応する記号は記号一覧にて同定される。
(図3)PTH(1-14)アナログの1位および3位における組み合わせたα,α-二置換アミノ酸置換の、HKRK-B28細胞におけるcAMP刺激強度および結合親和性に対する効果である。ペプチド
は細胞内cAMP蓄積を刺激する能力について(A)および
の結合を阻害する能力について(B)、HKRK-B28細胞において評価された。親のペプチド[Ala1,3,12,Gln10,Har11,Trp14]PTH(1-14)NH2 (SEQ.ID.NO.13)を用いて観察された応答もまた示される。cAMP応答は親のペプチドについての各実験において観察された最大応答のパーセントとして表現される。ペプチドおよび対応する記号は記号一覧にて同定される。
(図4)hP1Rを発現するCOS-7細胞におけるPTH(1-14)アナログのホスホリパーゼCシグナル伝達特性である。
の能力。hP1Rで一過性にトランスフェクトされたCOS-7細胞における3H-イノシトールリン酸(IP1+IP2+IP3)の形成を刺激することが評価された。ペプチドおよび対応する記号は記号一覧にて同定される。
(図5)HKRK-B28細胞におけるPTH(1-9)アナログおよびPTH(1-10)アナログによるcAMP形成の刺激である。パネルAは、HKRK-B28細胞における細胞内cAMP蓄積を様々な濃度の[Ac5c1,Aib3,Gln10]PTH(1-10)NH2(SEQ.ID.NO.22)が刺激する能力を示す。[Ala1,3,12,Gln10,Har11,Trp14]PTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.13)に対する応答は、図2Aから再び示される。パネルBは、緩衝液単独(基礎)または、ネイティブなPTH(1-9)NH2、[Aib1,3]PTH(1-9)NH2(SEQ.ID.NO.37)もしくは[Ac5c1,Aib3]PTH(1-9)NH2(SEQ.ID.NO.34)のいずれかを、各々100μMの濃度で含む緩衝液で処理された細胞におけるcAMPレベルを示す(P対基礎=0.052(*)または<0.0001(a);P対[Aib1,3]PTH(1-9)NH2=0.001(b)(SEQ.ID.NO.37)。10μMにおける[Ac5c1,Aib3,Gln10]PTH(1-10)NH2(SEQ.ID.NO.22)および10nMにおける[Ac5c1,Aib3,Gln10,Har11,Ala12,Trp14]PTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.15)(これらについて基礎と比較してcAMPレベルが33倍(P=0.0003)および38倍(P=0.006)増大する)がそれぞれ観察された。ペプチドおよび対応する記号は記号一覧にて同定される。
(図6)LdelNt-2細胞におけるPTH(1-14)アナログおよびPTH(1-10)アナログのcAMP刺激能力である。ペプチド
はLdelNt-2細胞におけるcAMP刺激強度について評価された。この細胞は、安定なトランスフェクションを介してhP1R-delNtを発現する、クローン性のLLC-PK1-由来細胞である。データは、[Ac5c1,Aib3,Gln10,Har11,Ala12,Trp14]PTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.15)についての各実験において観察された最大応答のパーセントとして表現され、これはウェルあたり125±19ピコモルのcAMPであり;基礎cAMPレベルはウェルあたり1.8±0.3ピコモルであった。対応するEC50値は6.4±1.6nMであった。
ペプチドおよび対応する記号は記号一覧にて同定される。
(図7)PLC活性の刺激である。PTH(1-14)アナログは、hP1R-WTを一過性に発現するCOS-7細胞においてPLC活性を刺激した。ペプチドおよび対応する記号は記号一覧にて同定される。
(図8)PTHアナログのインビボにおけるアゴニスト活性である。マウスに、ビヒクル、または[Nle8,21,Tyr34]ラットPTH(1-34)NH2(SEQ.ID.NO.14)、もしくは[Ac5c1,Aib3,Gln10,Har11,Ala12,Trp14]ヒトPTH(1-14)NH2(SEQ.ID.NO.15)のいずれかを含むビヒクルを腹腔内注射し、3分後に血液試料を取り出し、血漿cAMPレベルをラジオイムノアッセイ法によって決定した。有効なPTHペプチド濃度は、PTH(1-34)アナログについては体重キログラムあたり20×10-9モルであり、PTH(1-14)アナログについては体重キログラムあたり200×10-9モルであった。各バーは4匹のマウスから得られたデータの平均(±s.e.m.)cAMP値を表す。
Claims (32)
- 以下より選択される式を含む、生物学的に活性なペプチドであって、
(a)
(b)配列番号:1のアミノ酸1〜9、1〜10、1〜11、1〜12、もしくは1〜13を含むペプチド;および
(c)(a)もしくは(b)の薬学的に許容される塩;
ここで、
X01はAc 5 cであり;
X02はα-ヘリックス安定化残基、AlaまたはSerであり;
X03はAla、Gln、またはAsnであり;
X04はArg、Har、またはLeuであり;
X05はα-ヘリックス安定化残基、Ala、またはGlyであり;
X06はα-ヘリックス安定化残基またはLysであり;
X07はα-ヘリックス安定化残基、Trp、またはHisであり、
ここで該α-ヘリックス安定化残基は、Aib、Ac3c、Ac4c、Ac5c、Ac6cおよびDegからなる群から独立して選択されるものである、生物学的に活性なペプチド。 - ペプチドが、
(a)Ac 5 cValAibGluIleGlnLeuMetHisGln (SEQ. ID. NO. 22);または
(b)その薬学的に許容される塩
である、請求項6記載のペプチド。 - ペプチドが、
(a)Ac 5 cValAibGluIleGlnLeuMetHis (SEQ. ID. NO. 31);または
(b)その薬学的に許容される塩
である、請求項6記載のペプチド。 - ペプチドが、
(a)Ac 5 cValAibGluIleGlnLeuMetHisGlnArgAlaLysTrp (SEQ. ID. NO. 30);または
(b)その薬学的に許容される塩
である、請求項1記載のペプチド。 - ペプチドがC末端アミドを含む、請求項1〜14のいずれか一項記載のペプチド。
- ペプチドが、蛍光標識、化学発光標識、生物発光標識、および放射性標識からなる群より選択される標識で標識される、請求項1〜15のいずれか一項記載のペプチド。
- ペプチドが125Iで標識される、請求項16項記載のペプチド。
- ペプチドが99mTcで標識される、請求項16記載のペプチド。
- 請求項1〜15のいずれか一項記載の生物学的に活性なペプチド、および薬学的に許容されるキャリアを含む薬学的組成物。
- 骨質量の減少によって特徴付けられる哺乳動物の状態を治療するための薬学的組成物の製造における、請求項1〜15のいずれか一項記載の生物学的に活性なペプチドの骨質量増加有効量の使用。
- 薬学的組成物が薬学的に許容されるキャリアを含む、請求項20記載の使用。
- 患者において骨再編成、骨再吸収、および/または骨再構築の速度を決定するための薬学的組成物の製造における、請求項1〜15のいずれか一項に記載のペプチドの有効量の使用。
- 治療される状態が副甲状腺機能亢進症である、請求項20記載の使用。
- 治療される状態が高カルシウム血症である、請求項20記載の使用。
- 骨質量を増加させるためのペプチドの有効量が0.01μg/kg/日〜1.0μg/kg/日である、請求項20記載の使用。
- 薬学的組成物が非経口投与に適切である、請求項20記載の使用。
- 薬学的組成物が皮下投与に適切である、請求項20記載の使用。
- 薬学的組成物が経鼻吸入法に適切である、請求項20記載の使用。
- 薬学的組成物が経口投与に適切である、請求項20記載の使用。
- ペプチドが固相合成によって合成される、請求項1〜15のいずれか一項記載のペプチドを作製するための方法。
- ペプチドが液相合成によって合成される、請求項1〜15のいずれか一項記載のペプチドを作製するための方法。
- ペプチドがFMOCによって保護される、請求項30記載のペプチドを作製するための方法。
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