JP4384489B2 - 癌及び感染性疾患の治療に有用な熱ショックタンパク質又はα−2−マクログロブリンを含む組成物の調製方法 - Google Patents

癌及び感染性疾患の治療に有用な熱ショックタンパク質又はα−2−マクログロブリンを含む組成物の調製方法 Download PDF

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Description

本発明は、米国特許仮出願第60/313,629号(2001年8月20日出願)、第60/377,222号(2001年12月6日出願の優先権を主張するものであり、これらの全文が参照により本明細書に組み入れられる。
本発明は、米国国立衛生研究所から与えられた助成金番号CA/A184479の下での合衆国政府の支援に基づいて為された。政府は本発明において一定の権利を有する。
1.序論
本発明は、感染性疾患、並びに原発性及び転移性の腫瘍性疾患の予防及び治療のための方法及び組成物に関する。感染性疾患及び癌の予防及び治療の実施においては、抗原性細胞及び/又はその消化産物からのサイトゾル及び膜由来タンパク質を含む組成物を、熱ショックタンパク質及び/又はα−2−マクログロブリンと複合体化し、腫瘍及び感染因子に対する免疫応答を増強する。
2.本発明の背景
2.1.熱ショックタンパク質
熱ショックタンパク質(HSP)は、ストレスタンパク質とも呼ばれており、初めは、細胞が熱ショックに応答して合成するタンパク質として同定されたものである。HSPは分子量に基づいて5つのファミリーに分類されており、HSP100、HSP90、HSP70、HSP60及びsmHSPがある。その後、これらのファミリーの多くのメンバーは、他のストレス刺激、例えば、栄養欠乏、代謝破壊、酸素ラジカル、細胞内病原体による感染などに応答して誘導されることが見出された(Welch, May 1993, Scientific American 56-64; Young, 1990, Annu. Rev. Immunol. 8:401-420; Craig, 1993, Science 260:1902-1903; Gethingら, 1992, Nature 355:33-45; 及びLindquistら, 1988, Annu. Rev. Genetics 22:631-677を参照のこと)。
熱ショックや他の生理的ストレスに対する細胞性応答の研究から、HSPはこうした不利な状態から細胞を保護することに関わっているだけでなく、ストレスを受けていない細胞においても必須の生化学的及び免疫学的プロセスに関係していることが明らかにされた。例えば、HSP70ファミリーのメンバーは、細胞質、核、ミトコンドリア、又は小胞体に存在し(Lindquist ら, 1988, Annu. Rev. Genetics 22:631-677)、免疫系の細胞への抗原提示に関与しており、さらに、正常細胞においてはタンパク質の輸送、折りたたみ及び組み立てにも関係している。HSPはタンパク質又はペプチドと結合し、その結合したタンパク質又はペプチドをアデノシン三リン酸(ATP)の存在下又は酸性条件下で放出することができる(Udono及びSrivastava, 1993, J. Exp. Med. 178:1391-1396)。
Srivastavaらは、メチルコラントレンで誘発させた近交マウスの肉腫に対する免疫応答を実証した(1988, Immunol. Today 9:78-83)。これらの研究において、これらの腫瘍の個々に異なる免疫原性に応答可能な分子は96kDaの糖タンパク質(gp96)と84〜86kDaの細胞内タンパク質であることが判った(Srivastavaら, 1986, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83:3407-3411; Ullrichら, 1986, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83:3121-3125)。特定の腫瘍から単離されたgp96又はp84/86でマウスを免疫すると、マウスはその特定の腫瘍に対して免疫性となるが、抗原として区別される腫瘍に対しては免疫されない。gp96及びp84/86をコードする遺伝子を単離して特性決定を行ったところ、それらの間には有意な相同性が見られ、しかもgp96とp84/86は同一の熱ショックタンパク質のそれぞれ小胞体とサイトゾルにある同等物であることが示された(Srivastavaら, 1988, Immunogenetics 28:205-207; Srivastavaら, 1991, Curr. Top. Microbiol. Immunol. 167:109-123)。さらに、HSP70はそれが単離された腫瘍に対する免疫を誘導するが、抗原として異なった腫瘍に対しては免疫を誘導しないことが示された。しかしながら、ペプチドを枯渇させたHSP70はその免疫原活性を失うことが見出された(Udono及びSrivastava, 1993, J. Exp. Med. 178:1391-1396)。これらの観察から、熱ショックタンパク質はそれ自体に免疫原性があるのではなく、抗原ペプチドと非共有結合による複合体を形成して、その複合体が抗原ペプチドに特異的な免疫を引き出すことができることが示唆された(Srivastava, 1993, Adv. Cancer Res. 62:153-177; Udonoら, 1994, J. Immunol., 152:5398-5403; Sutoら, 1995, Science, 269:1585-1588)。
HSPとペプチドとの非共有結合による複合体(癌細胞から精製されたもの)は、癌の治療及び予防に使用することができ、1996年4月11日付けのPCT国際公開第96/10411号及び1997年3月20日付けの国際公開第97/10001号(それぞれ、1998年4月12日発行の米国特許第5,750,119号及び1998年11月17日発行の米国特許第5,837,251号;これらの各特許は参照することにより本明細書に組み入れる)に記載されている。HSP−ペプチド複合体の(例えば、病原体に感染した細胞からの)単離及び精製も記載されており、これらはウイルスのような病原体や細菌、原生動物、真菌、寄生虫などの他の細胞内病原体が引き起こす感染症の治療及び予防に使用されている(例えば、1995年9月21日付けのPCT国際公開第95/24923号を参照のこと)。また、免疫原性のあるストレスタンパク質−抗原複合体は、ストレスタンパク質と抗原ペプチドとのin vitroでの複合体化によっても調製することができ、そのような複合体を癌や感染症の治療及び予防に使用することは、1997年3月20日付けのPCT国際公開第97/10000号(2000年2月29日発行の米国特許第6,030,618号)に記載されている。養子免疫療法で使用するために抗原提示細胞をin vitroで感作するためのストレスタンパク質−抗原複合体の使用は、1997年3月20日付けのPCT国際公開第97/10002号に記載されている(1999年11月16日発行の米国特許第5,985,270号も参照のこと)。
2.2.α(2)マクログロブリン
αマクログロブリンは、補体成分であるC3、C4及びC5をも含む構造的に関連したタンパク質のタンパク質スーパーファミリーのメンバーである。ヒト血漿タンパク質α(2)マクログロブリン(α2M)は、主にプロテイナーゼインヒビター並びに血漿性及び炎症性液性プロテイナーゼスカベンジャー分子として知られている720kDaのホモ四量体タンパク質である(総説としては、Chu及びPizzo, 1994, Lab. Invest. 71: 792を参照されたい)。α2Mは1474アミノ酸残基を有する前駆体として合成される。シグナル配列として機能する最初の23個のアミノ酸が切り離されて1451アミノ酸残基の成熟タンパク質となる(Kanら, 1985, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 82: 2282-2286)。
α2Mは求核性アミノ酸側鎖を有するタンパク質及びペプチドに共有結合により無差別に結合し(Chuら, 1994, Ann. N.Y. Acad. Sci. 737: 291-307)、それらをα2M受容体(α2MR)を発現する細胞に標的化する(Chu及びPizzo, 1993, J. Immunol. 150: 48)。α2Mのα2M受容体への結合はα2Mのカルボキシ末端部分により仲介され(Holtetら, 1994, FEBS Lett. 344: 242-246)、その重要な残基が特定されている(Nielsenら, 1996, J. Biol. Chem. 271: 12909-12912)。
プロテイナーゼ活性の阻害について一般的に知られているように、α2Mは複数の結合部位で種々のプロテアーゼに結合する(例えばHallら, 1981, Biochem. Biophys. Res. Commum. 100(1): 8-16を参照されたい)。α2Mとプロテアーゼが相互作用すると、トランスフォーメーションと呼ばれる複雑な構造的再編成がおこる。これは、プロテイナーゼがチオエステルによって「トラップ」された後に、α2Mの「ベイト(bait; おとり)」領域内において開裂が起こる結果である。当該コンホメーション変化により受容体結合に必要な残基が露出し、α2Mプロテイナーゼ複合体がα2MRに結合することが可能になる。メチルアミンは、プロテイナーゼにより誘導されたのと同様のコンホメーション変化と開裂を引き起こすことができる。本受容体に認識されないα2Mの未開裂の形態のものは、しばしば「遅延型」形態(s−α2M)と称される。開裂した形態は「急速型」形態(f−α2M)と称される(Chuら, 1994, Ann. N.Y. Acad. Sci. 737: 291-307に概説されている)。最近、α2MRがHSP(例えばgp96、hsp90、hsp70及びカルレティキュリンなど)に結合しうることが示されている(Basuら、2001, Immunity 14(3):303-13)。
プロテイナーゼ阻害機能のほかに、α2Mは、抗原と複合体を形成したときに、マクロファージのような抗原提示細胞に取り込まれてT細胞ハイブリドーマに提示されるその抗原の能力をin vitroにおいて最大で2桁高め(Chu及びPizzo, 1994, Lab. Invest. 71: 792)、T細胞の増殖を誘導することができる(Osadaら, 1987, Biochem. Biophys. Res. Commun. 146: 26-31)ことが、研究により明らかになっている。更なる証拠により、α2Mと抗原との複合体形成は、in vitroにおいて粗脾臓細胞による抗体産生を高め(Osadaら, 1988, Biochem. Biophys. Res. Commun. 150: 883)、実験用ウサギ(Chuら, 1994, J. Immunol. 152: 1538-1545)及びマウス(Mitsudaら, 1993, Biochem. Biophys. Res. Commun. 101: 1326-1331)でのin vivoにおける抗体反応を誘起することが示唆されている。α2M−抗原ペプチド複合体がin vivoにおいて細胞傷害性T細胞の応答を誘導することも示されている(Binderら、2001, J.Immunol. 166:4698-49720)。
3.発明の概要
本発明は、癌及び感染性疾患の予防及び治療に有用な抗原タンパク質及びペプチドと、熱ショックタンパク質(HSP)又はα−2−マクログロブリン(α2M)との複合体の製造方法を包含する。
一実施形態において、本発明は、HSPと、抗原性細胞又はウイルス粒子の集団抗原タンパク質との複合体の製造方法を提供する。この方法は、抗原性細胞又はウイルス粒子に由来する抗原タンパク質の集団を、1つ以上の異なる熱ショックタンパク質とin vitroで複合体化することを含み、ここで該集団は、抗原性細胞若しくはウイルス粒子中に存在するか又は抗原性細胞の細胞画分に存在する少なくとも50%の異なるタンパク質又は少なくとも50種の異なるタンパク質を含む。別の実施形態において本方法は、タンパク質調製物中のタンパク質が熱ショックタンパク質と複合体化するような条件下で、タンパク質調製物をin vitroで1つ以上の異なる熱ショックタンパク質と接触させることを含む。
さらに別の実施形態において、本発明は、HSPと、抗原性細胞又はウイルス粒子の抗原ペプチドの集団とを含む複合体を提供し、ここで抗原ペプチドの集団は、抗原性細胞、その細胞画分、又はウイルス粒子のタンパク質調製物を、1つのプロテアーゼ又は複数の異なるプロテアーゼで別々に消化することを含む方法により生成されたものである。抗原ペプチドの集団はまた、抗原性細胞、その細胞画分、又はウイルス粒子のタンパク質調製物を、ATP、塩酸グアニジン、及び/又はタンパク質調製物中に存在するタンパク質複合体から抗原ペプチドを溶出するのに十分な酸性条件に暴露することにより生成されたものであってもよい。いずれか又は両方の方法により生成される抗原ペプチドは、1つ以上の異なるHSPとin vitroで複合体化される。
さらに別の実施形態において本発明は、α2Mと、抗原性細胞の抗原タンパク質の集団との複合体の製造方法を提供する。この方法は、抗原性細胞又はウイルス粒子に由来する抗原タンパク質の集団をα2Mとin vitroで複合体化することを含み、ここで該集団は、抗原性細胞若しくはウイルス粒子中に存在するか又は抗原性細胞の細胞画分に存在する少なくとも50%の異なるタンパク質又は少なくとも100種の異なるタンパク質を含む。別の実施形態において、本方法は、タンパク質調製物中のタンパク質がα2Mと複合体化するような条件下で、タンパク質調製物をin vitroでα2Mと接触させることを含む。
さらに別の実施形態において、本発明は、α2Mと、抗原性細胞又はウイルス粒子の抗原ペプチドの集団とを含む複合体を提供し、ここで抗原ペプチドの集団は、抗原性細胞、その細胞画分、又はウイルス粒子のタンパク質調製物を、1つのプロテアーゼ又は複数の異なるプロテアーゼで別々に消化することを含む方法により生成されたものである。抗原ペプチドの集団はまた、抗原性細胞、その細胞画分、又はウイルス粒子のタンパク質調製物を、ATP、塩酸グアニジン、及び/又は酸性条件に暴露することにより生成されたものである。いずれか又は両方の方法により生成される抗原ペプチドは、α2Mとin vitroで複合体化される。
種々の実施形態において、抗原性細胞は、癌細胞、又は病原体若しくは感染因子に感染した細胞とすることができ、好ましくはヒト細胞である。抗原性細胞はまた、病原体若しくは感染因子又はこれらの変異体の細胞でもよい。抗原性細胞のタンパク質調製物は、サイトゾルタンパク質のみ、膜由来タンパク質のみ、又はサイトゾルタンパク質と膜由来タンパク質の両方を含む。タンパク質調製物は、粗未分画細胞溶解物でもよい。具体的な実施形態において、タンパク質調製物は、当該分野で公知の方法により抗原性細胞を溶解し、細胞破片と非タンパク質物質を除去し、場合によりタンパク質を精製することにより生成することができる。特定の実施形態において、タンパク質調製物は、抗原性細胞中の他のタンパク質から1つ以上の特定のタンパク質を選択的に取り出す又は保持する調製方法が行なわれていないものである。
特定の実施形態において、抗原性細胞、その細胞画分又はウイルス粒子のタンパク質調製物は、特に限定されないが、トリプシン、ブドウ球菌ペプチダーゼI(プロテアーゼV8としても知られている)、キモトリプシン、ペプシン、カテプシンG、サーモリシン、エラスターゼ、及びパパインのような種々のプロテアーゼにより、酵素反応に適した条件下で消化することができる。消化の程度は、試料を取り、ペプチドの長さを測定するための公知の方法によりこれを分析することによりモニターすることができる。消化ステップは、得られる抗原ペプチドを含むペプチドの集団が、約7アミノ酸残基〜約20アミノ酸残基の平均サイズを有するような条件下で行うことが好ましい。また、タンパク質調製物から、タンパク質調製物のアリコートを異なるプロテアーゼを用いて消化することにより、異なるペプチドの集団を生成することも好ましい。異なる消化物から生じるペプチドは、HSP又はα2Mと複合体化する前に一緒にされうる。抗原ペプチドを含むペプチドの集団をHSP又はα2Mと複合体化する前に、ペプチドの集団からプロテアーゼを不活性化又は分離し、場合によりペプチドの集団を精製することが好ましいこともある。
特定の実施形態において、抗原性細胞、その細胞画分、又はウイルス粒子のタンパク質調製物は、アデノシン三リン酸(ATP)、塩酸グアニジン、及び/又は、HSP複合体を最初に単離する必要なく抗原ペプチドを溶出できるような酸性条件と接触される。この方法で溶出される抗原ペプチドは、HSP及びMHCクラスI及びII分子に内因性に結合したペプチドを含む。
本発明の種々の実施形態において、抗原ペプチドの集団とHSP又はα2Mとを複合体化するのに使用される方法に応じて、共有結合又は非共有結合によりHSP又はα2Mと複合体化した抗原ペプチドが得られる。複合体化することが意図される熱ショックタンパク質には、特に限定されないがHSP60、HSP70、HSP90、gp96、カルレティキュリン、grp78(又はBiP)、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ(PDI)、HSP110、及びgrp170がある。一般にヒトHSP及びヒトα2Mが好ましい。HSPと抗原ペプチドの複合体は、治療又は予防組成物中で又は治療又は予防組成物として使用する前に、さらに精製することができる。このような組成物はさらにアジュバントを含んでよい。また、HSP及び/若しくはα2M、抗原性細胞、タンパク質調製物、並びに/又はプロテアーゼを含むキットを提供する。
本発明の別の実施形態において、被験体において第1の抗原性細胞又はウイルス粒子に対する免疫応答を誘導する方法であって、第2の抗原性細胞又はウイルス粒子から調製された抗原タンパク質/ペプチドの集団と複合体化したHSP及び/又はα2Mの免疫原性量を含む組成物を個体に投与することを含む方法を提供する。抗原ペプチドは、抗原性細胞又はウイルス粒子のタンパク質調製物を、プロテアーゼを用いて消化するか、又はタンパク質調製物をATP、塩酸グアニジン、及び/若しくは酸性条件に暴露することにより得ることができる。第1及び第2の抗原性細胞又はウイルス粒子は、少なくとも1つの共通の抗原決定基を発現する。
さらに別の実施形態において、ある種の癌又は感染性疾患を治療又は予防する方法であって、その治療又は予防の必要な被験体に、抗原ペプチドの集団と複合体化したHSP及び/又はα2Mの治療上又は予防上有効な量を含む組成物を投与することを含む方法を提供する。抗原タンパク質/ペプチドは、癌細胞、又は癌若しくは感染性疾患と抗原が関連した病原体に感染した細胞から調製される。病原体又は感染因子(ウイルス粒子を含む)もまた、抗原ペプチドを調製するのに使用することができる。抗原ペプチドは、抗原性細胞、その細胞画分、又はウイルス粒子のタンパク質調製物をプロテアーゼで消化するか、又はタンパク質調製物をATP、塩酸グアニジン、及び/若しくは酸(例えば、トリフルオロ酢酸)に暴露することにより得ることができる。
さらに別の実施態様において、ある種の癌又は感染性疾患を治療又は予防する方法であって、その治療又は予防の必要な個体に、HSP及び/又はα2Mと抗原タンパク質/ペプチドの集団との複合体で感作した抗原提示細胞を投与することを含む方法を提供する。感作された抗原提示細胞以外に、HSP及び/又はα2Mと抗原ペプチドの集団との複合体もまた、被験体に投与することができる。
種々の実施形態において、被験体への複合体の投与は、同じ部位に、及び周期的、例えば1週間の間隔で反復して行なうことができる。組成物は、多くの経路、例えば皮内又は皮下投与により投与することができる。
4.発明の詳細な説明
本発明は、癌及び感染性疾患の予防及び治療に有用な、熱ショックタンパク質(HSP)又はα−2−マクログロブリン(α2M)を含む組成物の製造方法を提供する。本発明の方法は、HSP又はα2Mと、抗原性細胞の抗原タンパク質及びペプチドとの複合体をin vitroで調製することを含む。一実施形態において、本方法は、抗原タンパク質の集団を含む抗原性細胞のタンパク質調製物を生成し、抗原タンパク質の集団とHSP又はα2Mとをin vitroで複合体化することを含む。別の実施形態において、本方法は、抗原性細胞のタンパク質調製物を、少なくとも1つのプロテアーゼで消化して抗原ペプチドの集団を生成した後、抗原ペプチドをHSP又はα2Mとin vitroで複合体化することを含む。本発明は、抗原性細胞の完全な抗原性の可能性を利用する。
本発明の治療及び予防方法は、感染性疾患又は癌の治療又は予防が望まれる被験体で免疫応答を誘発することに基づく。免疫応答は特に、癌細胞の抗原決定基、感染性疾患を引き起こす感染因子に感染した細胞、又は感染因子の抗原決定基に対するものである。抗原性細胞のペプチドに複合体化したHSP及び/又はα2Mを含む組成物を個体に投与することにより、HSP及び/又はα2Mと抗原ペプチドとの複合体を含む組成物は、免疫応答(例えば、細胞障害性T細胞応答)を刺激しうる。抗原性細胞は、癌細胞若しくは感染細胞、又は癌細胞若しくは感染細胞と同様の抗原性と抗原性決定基を有するか、同様の抗原性を示す細胞でありうる。免疫応答の結果として、個体の種々の免疫エフェクター機構が、このような疾患の治療又は予防を導くような癌細胞又は感染細胞に作用する。
感染性疾患又は癌の治療又は予防が好ましい個体又は被験体は、動物、好ましくは哺乳動物、非ヒト霊長類であり、最も好ましくはヒトである。「動物」という用語は、特に限定されないが、農場動物又はペット動物、例えばネコ、イヌ、ウシ、ブタ、ヒツジ、ウマ、ニワトリなどを含む。
本発明の治療法及び医薬組成物は、別の免疫応答エンハンサー又は生物学的応答調節物質(特に限定されないが、サイトカインであるIFN−α、IFN−γ、IL−2、IL−4、IL−6、TNF、又は免疫細胞に影響を及ぼす他のサイトカイン)とともに使用してもよい。
本発明の組成物及び方法は、癌又は感染性疾患を治療又は予防するための、天然に存在するHSP抗原ペプチド複合体を使用する他の組成物や方法に対する改良である。そのような他の方法では、特異的HSP及びその抗原ペプチドとの複合体は、癌細胞又は感染細胞から単離され、患者に投与されて、in vivoで癌又は感染細胞に対する免疫応答を誘導する(例えば、米国特許第5,750,119号及び同5,961,979号を参照)。天然に存在する複合体は、所望の種類のHSPに関する方法により単離される。すなわちある種のHSPと抗原ペプチドの天然に存在する複合体は、その種類のHSPを有する抗原性細胞の細胞小器官において同じように局在化した抗原ペプチドのみを含む。特定の種のHSPはある細胞小器官にのみ特有に見いだされ、ある抗原ペプチドは抗原性細胞のある細胞小器官にのみ見いだされる。例えば、HSP90とHSP70は、サイトゾル中にのみ見いだされる。すなわちこれらは、サイトゾル中に存在する抗原ペプチドとのみ複合体化するが、別の場所(例えば、小胞体)に存在する抗原ペプチドとは複合体化しない。すなわち、抗原性細胞のあるサブセットの抗原ペプチドのみが、それぞれ特定のHSPに結合することができる。すなわち、癌又は感染細胞の最大数の抗原決定基に対する免疫応答を刺激するために、すべての種類のHSP及びそのペプチド複合体を、各単離法により癌又は感染細胞から単離し、患者に投与しなければならないであろう。この手法は手間がかかり、ある状況では利用できない多量の抗原性細胞を必要とするであろう。本発明の方法は、抗原性細胞の実質的にすべての抗原のペプチドプロフィールをin vitroで生成し、次にペプチドを1つ以上の異なるHSP及び/又はα2Mと複合体化し、これを次に、患者の免疫応答を刺激するのに使用することにより、この問題を解決する。本発明の方法を使用することにより、抗原性細胞の同じ細胞小器官内に同じように局在化していない抗原ペプチドとHSPさえも、複合体を形成することができる。本発明の方法は、特定の種類のHSPと抗原性細胞のほとんどの若しくはすべての抗原ペプチドとの複合体を形成する可能性を提供する。従って本発明の方法により調製される組成物により、抗原性細胞に対するより有効な免疫応答を誘導することができる。さらにこの方法は、HSP複合体及び関連ペプチドをあらかじめ単離する必要がなく、従って、しばしば供給が限定された非常に少量の開始物質の使用が可能になる。
さらに、癌細胞、感染細胞、又は病原体の抗原プロフィールは、ある期間に、例えば治療過程においても、変化することがある。多くの病原体は、突然変異により、及び免疫細胞や抗体に認識されない変異タンパク質の合成により、宿主免疫系を回避する。癌細胞は、突然変異を起こして変異タンパク質(その一部は免疫系により認識されないことがある)を合成して、いくつかの薬剤に対して耐性になることが知られている。本発明の実施形態の1つを使用する利点は、癌細胞、感染細胞又は病原体からのサイトゾル及び/又は膜由来タンパク質を消化することにより、より広範囲の抗原タンパク質、従ってより多様な抗原ペプチドがHSP及び/又はα2Mと複合体化することである。その結果、抗原性細胞上のより多くの抗原決定基に対して免疫応答が誘発され、従って抗原性細胞(例えば癌細胞又は感染細胞)が、免疫系による認識と作用から回避することが困難になる。
他の具体的な実施形態において、本発明の方法は、天然に存在しないα2M−ペプチド複合体を生成する。α2Mは細胞外タンパク質であり、種々の細胞外タンパク質、特にプロテアーゼに結合してこれらを不活性化し、次にこれらを細胞内環境に持ってくることが知られている。α2Mは一般に、抗原性細胞の全範囲の抗原ペプチドに近づくことはなく、従って複合体を形成しない。本発明の方法は、α2Mが、サイトゾル若しくは膜由来の、又は抗原性細胞のサイトゾル及び膜由来タンパク質のin vitro消化により生成する、より広範囲のペプチドと複合体化することを可能にする。
タンパク質調製物が生成される抗原性細胞の供給源は、第4.1節に記載される。第4.2節では、抗原性細胞の異なる種類のタンパク質調製物の生成方法、及びタンパク質調製物の消化方法が記載される。第4.3節と第4.4節はそれぞれ、抗原ペプチドと複合体化するのに使用されるHSP又はα2Mの単離又は生産を記載する。HSPと抗原ペプチドのin vitroの複合体化は、第4.5節に記載される。第4.6節には、癌及び感染因子の予防及び治療における複合体の使用方法、並びに治療される癌及び感染性疾患の種類が記載される。養子免疫療法における本発明の方法により調製される組成物の使用は、第4.7節に記載される。第5節は、癌細胞増殖からの動物の予防的防御における、本発明の複合体の有効性を示す実験データを提供する。
4.1.抗原性細胞の供与源
本発明の抗原性細胞は、それに対する被験体の免疫応答が望まれる抗原決定基を含む。
癌又は感染性疾患の治療又は予防のために、本発明の方法は、抗原タンパク質及びペプチドと複合体化したHSP及びα2Mの組成物を提供し、この抗原タンパク質/ペプチドは、癌細胞、好ましくはヒトの癌に由来するものであり、例えば腫瘍特異的抗原及び腫瘍関連抗原の断片である。ペプチドは、癌細胞、又は癌細胞と同じ抗原決定基を有するか若しくは同様の抗原性を示す抗原性細胞に由来する、タンパク質(例えば、サイトゾル及び/又は膜由来タンパク質)のタンパク質分解的消化により生成される。抗原ペプチドはまた、タンパク質をATP、塩酸グアニジン、及び/又は酸性条件に暴露することにより生成することができる。本明細書において「同じ種類の癌」の細胞又は組織という用語は、同じ組織型の癌、又は同じ組織型の癌から転移した癌の細胞又は組織を意味する。
感染性疾患の治療又は予防のために、本発明の方法は、感染性疾患を引き起こす病原体又は感染因子、又は特に限定されないが、ウイルス、細菌,真菌、原生動物、寄生生物などを含む病原体に感染した細胞から得られる抗原ペプチドと複合体化したHSP及びα2Mの組成物を提供する。好ましくは病原体はヒトに感染するものである。抗原ペプチドは、感染細胞、又は感染細胞と同じ抗原決定基を有するか若しくは同様の抗原性を示す抗原性細胞、あるいはウイルス粒子などの病原体に由来するタンパク質(例えば、サイトゾル及び/又は膜由来タンパク質)のタンパク質分解的消化により生成される。抗原ペプチドはまた、タンパク質をATP、塩酸グアニジン、及び/又は酸に暴露することにより生成することができる。抗原ペプチドはまた、感染性疾患を引き起こす因子(病原体)又はそのような因子の変異体の抗原性を示す抗原性細胞から生成することができる。
本発明では、癌細胞、感染細胞又は他の抗原性細胞の全体が使用されるため、本方法を使用する前に、これらの抗原ペプチドを単離若しくは特性決定するか又は同定することが必要である。抗原性細胞の供給源は、抗原が関連している疾患の性質に依存して選択される。本発明の一実施形態において、癌(複数の部位に転移した癌を含む)から単離される任意の組織又は細胞は、本方法において抗原性細胞として使用することができる。例えば、血液、リンパ又は他の体液中を循環する白血病細胞もまた使用でき、固形腫瘍組織(例えば、生検からの1次組織)を使用することができる。本明細書において癌細胞という用語は、正常型から新生物型への移行中の細胞である新生物発生前細胞も包含する。非新生物細胞増殖から新生物への移行は一般に、肥厚、化生、及び異形成からなる(このような異常増殖症状の総説については、Robbins及びAngell, 1976, Basic Pathology、第2版、W.B. Saunders Co.、フィラデルフィア、68−79頁を参照)。本発明で使用される細胞の癌は、限定するものではないが、後述の第4.5.2節に記載されている。
本発明の別の実施形態において病原体又は感染因子に感染した任意の細胞(すなわち、感染細胞)は、抗原ペプチドの調製のための抗原性細胞として使用することができる。特に、細胞内病原体(例えば、ウイルス、細菌、真菌、寄生生物、又は原生動物)に感染した細胞が好適である。本発明で使用できる細胞に感染する感染因子は、限定するものではないが、第4.5.1節に記載される。
さらに別の実施形態において、感染性疾患を引き起こし得る任意の病原体又は感染因子は、抗原ペプチドの調製のための抗原性細胞として使用することができる。病原体又は感染因子の変異体(例えば、特に限定されないが、複製欠陥変異体、非病原性若しくは弱毒化変異体、非感染性変異体)もまた、この目的の抗原性細胞として使用することができる。例えば、in vitroで培養できるか、又は感染因子から単離できる多くのウイルス、細菌、真菌、寄生生物及び原生動物が、抗原性細胞の供給源となることができる。ウイルス粒子を含むそのような病原体を増殖させるための当該分野で公知の方法を使用することができる。
癌組織、癌細胞、又は感染細胞由来の細胞株もまた、抗原性細胞として使用することができる。ヒト起源の癌又は感染組織、細胞又は細胞株が好ましい。癌細胞、感染細胞、又は抗原性細胞を同定し、当該分野で公知の方法により単離することができる。例えば、感染細胞の癌細胞は、形態、酵素アッセイ、増殖アッセイ、又は病原性若しくは発ガン性ウイルスの存在により同定することができる。目的の抗原の性状が公知であるなら、当該分野で公知の生化学的又は免疫学的方法により抗原性細胞を同定又は単離することができる。例えば、癌細胞又は感染細胞は、手術、内視鏡、他の生検法、アフィニティクロマトグラフィー、及び蛍光活性化セルソーター解析(例えば、細胞が発現する抗原に対する蛍光標識抗体を用いる)により、単離することができる。同様の抗原性を示す抗原性細胞は、(例えば、治療又は予防目的で)被験体においてそれに対する免疫応答が好ましい1つ以上の共通の抗原決定基を有する。
被験体から得られる抗原性細胞の数が不十分であるときには、in vitroで標準的方法で細胞を培養して、細胞数を増やしてから、本方法で使用してもよい。抗原性細胞のクローン性又は均一な又は精製集団を使用する必要性は無い。混合物中の実質的な数の細胞が目的の抗原を含有するなら、細胞混合物を使用することもできる。具体的な実施形態において、抗原性細胞及び/又は免疫細胞は精製される。
病原体感染細胞を調製するために、疾患を引き起こす病原体又は感染因子の感染を受けやすい細胞型の非感染細胞を、in vitroで感染させることができる。病原体又は感染因子の感染様式と生物学に依存して、標準的方法を使用して、病原体又は感染因子による感染及び感染細胞の増殖を促進することができる。例えば、インフルエンザウイルスを使用して、正常なヒト繊維芽細胞に感染させ、マイコバクテリウアを使用して正常なヒトシュワン細胞に感染させてもよい。種々の実施形態において感染因子の変異体、例えば複製欠陥ウイルス、非病原性若しくは弱毒化変異体、又は温度感受性変異体を使用して細胞に感染又は形質転換を行なって、抗原ペプチドの調製のための抗原性細胞を生成することもできる。細胞を感染させるのに多数の病原体が必要な場合、又は抗原性細胞として病原体が直接使用される場合、当該分野で公知の任意の方法を使用して、病原体を増殖及び成長させることができる。このような方法は、病原体に依存し、宿主の感染がなくてもよい。例えば、病原体細菌、真菌及び他の非ウイルス微生物を増殖させるための多くの方法(大規模発酵を含む)が当該分野で公知である。
あるいは、腫瘍抗原(例えば、腫瘍特異的抗原及び腫瘍関連抗原)又は病原体の抗原をコードする遺伝子が利用できるなら、抗原がレシピエントの細胞中で発現されるように、このような抗原をコードする核酸分子を含む発現構築体を用いて、目的のレシピエントに由来する適切な細胞型の正常細胞をin vitroで形質転換又はトランスフェクトしてもよい。一実施形態において、腫瘍関連抗原は、正常細胞と比較して腫瘍細胞中でより高レベルに発現される抗原であり、腫瘍特異的抗原は、腫瘍細胞のみで発現され、正常細胞では発現されない抗原である。場合により2つ以上のこのような抗原を、当業者により理解されるように、任意の公知の方法、例えばAusubelら、1989、Current Protocols in Molecular Biology、Wiley Interscience)に記載のような方法を使用して、形質転換又はトランスフェクションを行い、次にレシピエントの細胞中で抗原遺伝子の組換え発現を行ってもよい。
このような細胞中で発現される適当なタンパク質及びペプチドには、特に限定されないが、以下の抗原性を示すものがある:(癌の治療又は予防のための)チロシナーゼ、gp100、メラン−A、gp75、ムチンなどの腫瘍抗原;及び(感染性疾患の治療又は予防のための)免疫不全症ウイルスI型(HIV−I)、ヒト免疫不全症ウイルスII型(HIV−II)、A型肝炎、B型肝炎、C型肝炎、インフルエンザ、水痘ウイルス、アデノウイルス、単純ヘルペスウイルスI型(HSV−I)、単純ヘルペスウイルスII型(HSV−II)、牛疫ウイルス、ライノウイルス、エコーウイルス、ロタウイルス、RSウイルス、パピローマウイルス、パポバウイルス、サイトメガロウイルス、エキノウイルス、アルボウイルス、ハンタウイルス、コクサッキーウイルス、流行性耳下腺炎ウイルス、麻疹ウイルス、風疹ウイルス、及びポリオウイルスのタンパク質などのウイルスタンパク質、ならびに感染因子(特に限定されないが、マイコバクテリア、リケッチア、マイコプラズマ、ナイセリア、レギオネラ、レイシュマニア、コクジヂオア(kokzidioa)、トリパノソーマ、クラミジア及びリケッチア)のタンパク質若しくはタンパク質断片。
4.2.抗原タンパク質及びペプチドの調製
本発明において本発明の組成物は、HSPと複合体化した抗原タンパク質を含み、抗原タンパク質は目的の抗原性細胞のタンパク質の調製物に由来する。本発明の組成物はまた、α2Mと複合体化した抗原タンパク質を含み、抗原タンパク質は目的の抗原性細胞のタンパク質の調製物に由来する。本発明の組成物はまた、HSPと抗原ペプチドの複合体、又はα2Mと抗原ペプチドの複合体(まず、目的の抗原性細胞のタンパク質の調製物からペプチドの集団を生成し、次にHSP又はα2Mとペプチドとを複合体化することにより調製される)を含む。
種々の実施形態において、抗原タンパク質とペプチドの多様性を最大にしてかつ保存するために、抗原性細胞のタンパク質調製物を調製するために使用される方法は、抗原性細胞中の他のタンパク質及びペプチドから、特定のタンパク質又はペプチドを選択的に取り出す又は保持するものではない。サイトゾルタンパク質又は膜由来タンパク質が使用される特定の実施形態においても、調製物を生成するために使用される方法は、サイトゾル又は膜の特定のタンパク質を、選択的に取り出したり保持するものではない。従って、サイトゾル又は膜中に存在するほとんどのタンパク質は、抗原性細胞からの抗原タンパク質とペプチドの各調製物中に存在する。好適な実施形態において、抗原性細胞の実質的にすべての範囲の抗原タンパク質とペプチド、及びサイトゾル又は膜中の実質的にすべての抗原タンパク質とペプチドは、複合体化反応物において存在し、HSP及び/又はα2Mと複合体化する。
4.2.1.抗原性細胞のタンパク質調製物
本発明の一実施形態において、癌細胞、感染細胞、又は病原体から得られるタンパク質調製物が提供される。例えば癌の治療のために、癌患者から得られた腫瘍細胞から、術後にタンパク質調製物が調製される。本発明の別の実施形態において、抗原をコードする組換え発現系の導入により改変された細胞株中で、目的の1つ以上の抗原タンパク質を合成し、このような細胞はタンパク質を調製するために使用される。タンパク質は1つ以上の細胞画分(例えば抗原性細胞のサイトゾル)に由来するか、又は抗原性細胞の膜若しくは細胞壁から抽出若しくは可溶化される。細胞溶解、細胞内容物の分画、及びタンパク質濃縮又は単離のために当該分野で公知の任意の方法が使用できる。例えば、Current Protocols in Immunology、第2巻、第8章、Coliganら(編)、John Wiley and Sons;Pathogenic and Clinical Microbiology: A Laboratory Manual、Rowlandら、Little Brown & Co.、1996年6月を参照されたい(これらは、参照することによりその全文が本明細書に組み込まれる)。細胞内容物を分画するために使用される方法に応じて、細胞画分は、少なくとも20、50、100、500、1,000、5,000、10,000又は20,000種の異なるタンパク質を含む。
本明細書において「タンパク質調製物」という用語は、抗原性細胞、抗原性細胞の細胞画分、又はウイルス粒子に由来するタンパク質の混合物を意味する。タンパク質は、細胞画分(例えば、サイトゾル)から得ることができる。タンパク質はまた、非サイトゾルタンパク質(例えば、細胞壁、細胞膜又は細胞小器官に由来するもの)であってもよいし、又は両方でもよい。細胞画分は、特に限定されないが、サイトゾル画分、膜画分、及び細胞小器官画分(例えば、核、ミトコンドリア、リソソーム、及び小胞体由来画分)がある。タンパク質調製物は、非組換え細胞又は組換え細胞から得ることができる。本明細書において「抗原タンパク質」という用語はまた、調製物中に存在する抗原ポリペプチド及び抗原ペプチドを包含する。抗原性細胞若しくはその細胞画分又はウイルス粒子に由来するタンパク質調製物は、当該分野で公知の方法により、他の非タンパク質性物質から種々の程度まで、任意により精製することができる。タンパク質調製物は、抗原性細胞若しくはウイルス粒子、又は抗原性細胞の画分中に存在する異なるタンパク質及びタンパク質の、少なくとも50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97%、98%、99%を含有してもよい。
具体的な実施形態において、タンパク質調製物は、抗原性細胞中の他のタンパク質からの1つ以上の特定のタンパク質を選択的に取り出す又は保持する調製方法を行なうものではない。
具体的な実施形態において、タンパク質調製物は、分画及び/又は精製されていない総細胞溶解物であり、細胞の他の非タンパク質性物質を含有してもよい。別の具体的な実施形態において、タンパク質調製物は細胞画分中の総タンパク質であり、これはさらなる分画又は精製を受けておらず、細胞の他の非タンパク質性物質を含有してもよい。さらに別の実施形態において、タンパク質調製物はウイルス粒子調製物中の総タンパク質である。具体的な実施形態において、タンパク質調製物は、抗原性細胞の総細胞タンパク質、総サイトゾルタンパク質、又は総膜結合タンパク質を含む。種々の実施形態においてタンパク質調製物は、少なくとも20、50、100、500、1,000、5,000、10,000又は20,000種の異なるタンパク質を含む。抗原性細胞のタンパク質調製物中に、複数の異なる抗原タンパク質が存在する。さらにタンパク質調製物中のタンパク質は、プロテアーゼ消化のステップを行なってから、in vitroでHSP又はα2Mと複合体化される。あるいはタンパク質調製物中のタンパク質は、in vitroでHSP又はα2Mと複合体化される前に、プロテアーゼ消化のステップを行なっていない。
抗原性細胞又はウイルス粒子のタンパク質調製物を生成するために、抗原性細胞の溶解、又は細胞壁、細胞膜、若しくはウイルス粒子構造の破壊は、当該分野で公知の標準的方法を使用して行うことができる。種々の実施形態において抗原性細胞は、例えば機械的剪断、超音波処理、凍結と融解、細胞周囲の媒質の浸透圧調整、又はこれらの方法の組合せにより溶解することができる。あまり好ましくない実施形態において、抗原性細胞は、化学物質(例えば、界面活性剤)により溶解することができる。
細胞を溶解した後、非タンパク質物質、又はサイトゾルタンパク質及び/若しくは膜由来タンパク質(細胞小器官の膜中のタンパク質を含む)を含有しない物質である細胞破片を除去することが好ましい。これらの成分の除去は、低速遠心分離又はろ過のような方法により行われる。細胞破片及び無傷の細胞を除去した後、高速遠心分離ステップを使用して、上清中にあるサイトゾルタンパク質、及びペレット中に集められる膜由来タンパク質を分離することができる。当該分野で公知の標準的方法により、ペレットからの膜由来タンパク質のさらなる単離を行なうことができる。当該分野で公知の標準的方法を使用して、ウイルス粒子からウイルスタンパク質を抽出することができる。特定の実施形態において使用される方法は、抗原性細胞、サイトゾル又は膜中に存在する他のタンパク質から、1つ以上の特定のタンパク質を選択的に取り出す又は保持するように設計されていない。
場合により他の実施形態において、抗原性細胞に由来するタンパク質は、一般的な生化学的及び/又は生物物理的性質(例えば、サイズ、電荷)あるいはこれらの組合せにより分離することができる。当該分野で公知の任意の方法を使用して、分離を行うことができる。抗原性細胞若しくはその細胞画分又はウイルス粒子中に存在する、少なくとも20、50、100、500、1,000、5,000、10,000又は20,000種の異なるタンパク質を含むか、又は少なくとも50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97%、98%、99%の異なるタンパク質を含むタンパク質/ペプチドの選択された画分は、HSP又はα2Mと複合体化するために使用される。
例として、特に限定されないが、サイトゾルタンパク質を含むタンパク質調製物を生成するために使用される方法は以下の通りである:
細胞(患者の生検により得られた腫瘍細胞、又はin vitro培養した腫瘍細胞、又は病原因子に感染した細胞)を、3倍量の1×溶解バッファー(30mM重炭酸ナトリウム、pH7.5、1mM PMSFを含む)に懸濁し、氷上で20分間インキュベートし、次に低張膨潤させた細胞を、95%を超える細胞が溶解されるまでダウンスホモジナイザーでホモジナイズする。剪断の代わりに、細胞を、顕微鏡観察で測定した時99%を超える細胞が溶解するまで氷上で超音波処理してもよい。超音波処理を使用する場合には、超音波処理前に細胞を、1mM PMSFを含むリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)のようなバッファーに懸濁する。
溶解物を1,000×gで10分間遠心して、無傷の細胞、核及び他の細胞破片を除去する。得られる上清を約100,000×gで約1時間再度遠心し、上清を回収する。100,000×gの上清をPBS又は他の適当なバッファーに対して4℃で36時間透析(3回、各回に100倍容量)して、本発明の可溶性サイトゾルタンパク質を得る。必要であれば調製物中の不溶性物質を、ろ過又は低速遠心分離により除去する。
特に限定されないが、膜由来タンパク質を含むタンパク質調製物を生成するのに使用される方法の例は以下の通りである:
細胞(患者の生検により得られた腫瘍細胞、又はin vitro培養した腫瘍細胞、又は病原因子に感染した細胞)を、3倍量の1×溶解バッファー(30mM重炭酸ナトリウム、pH7.5、1mM PMSFを含む)に懸濁し、氷上で20分間インキュベートし、次に低張膨潤させた細胞を、95%を超える細胞が溶解されるまでダウンスホモジナイザーでホモジナイズする。剪断の代わりに、細胞を、顕微鏡観察で測定した時99%を超える細胞が溶解するまで氷上で超音波処理してもよい。超音波処理を使用する場合には、超音波処理前に細胞を、1mM PMSFを含むリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)のようなバッファーに懸濁する。
溶解物を100,000×gで10分間遠心して、細胞膜を回収する。膜由来タンパク質を脂質二重層から分離させ、100,000gのペレット(膜由来タンパク質が局在化している)を、1%デオキシコール酸ナトリウムを含有する5倍量のPBS(Ca2+とMg2+を含まない)に再懸濁してペレットから単離し、氷上で1時間インキュベートする。得られる懸濁液を20,000gで30分間遠心分離し、生じる上清を採取し、PBS(Ca2+とMg2+を含まない)を数回交換して透析して、界面活性剤を除去する。生じる透析物を約100,000gで90分間再度遠心し、上清をさらに精製する。次にカルシウムとマグネシウムを上清に加えて、最終濃度を2mMとする。必要であれば、調製物中の不溶性物質を、ろ過又は低速遠心分離により除去する。
具体的な実施形態において、抗原性細胞から得られるサイトゾル及び/又は膜由来タンパク質の集団は、プロテアーゼ処理を行なわず又はさらなる抽出若しくは選択プロセスを行なわないで、直接HSP又はα2Mと複合体化することができる。あるいは、タンパク質をプロテアーゼ処理に付した後、複合体化することができる。
4.2.2.抗原性細胞に由来するペプチド
本発明において、抗原性細胞に由来するサイトゾル及び膜由来タンパク質は、場合により消化して抗原ペプチドを生成することができる。一実施形態において、サイトゾル又は膜由来タンパク質は、消化して使用される。別の実施形態において、サイトゾル及び膜由来タンパク質は消化反応で組合わされて、抗原ペプチドを生成する。好適な実施形態において、プロテアーゼ消化に使用されるタンパク質調製物は、抗原性細胞、又は抗原性細胞のサイトゾル若しくは膜中の他のタンパク質から、1つ以上の特定のタンパク質を選択的に取り出したり保持する調製方法を行なっていない。
種々のプロテアーゼ又はタンパク質分解酵素を本発明で使用して、抗原性細胞のタンパク質調製物、又は抗原ペプチドを含むペプチドの集団を生成することができる。酵素的消化は、当該分野で公知の任意のタンパク質分解酵素、例えばトリプシン、ブドウ球菌ペプチダーゼI(プロテアーゼV8としても知られている)、キモトリプシン、ペプシン、カテプシンG、サーモリシン、エラスターゼ、及びパパインなどを個々に又は適当に組み合わせて行うことができる。トリプシンは、リジンとアルギニンのカルボキシル末端側を切断する特異性の高いセリンプロテイナーゼである。切断部位の数が限定されているため、多くのMHC結合エピトープが完全なまま残ると予測される。セリンプロテアーゼであるブドウ球菌ペプチダーゼIは、グルタミン酸残基とアスパラギン酸残基の後の切断に対する特異性を有する。消化は、単一のプロテアーゼ又はプロテアーゼの混合物を用いて行うことができる。使用されるプロテアーゼ又はタンパク質分解酵素は、特定の酵素に適した条件下でインキュベートされる。好ましくは酵素は精製されたものである。非酵素的方法(例えば、臭素シアン切断)もまた、ペプチドの生成に使用することができる。消化されるタンパク質調製物は、それぞれ異なる酵素を使用して複数の反応物中に分割することができ、得られるペプチドは任意により使用のためにまとめてプールされる。酵素反応ではタンパク質を完全に消化することが必要ではないこともある。これらの反応により、タンパク質調製物中に存在する各タンパク質について、多様かつ異なるセットのペプチドが生成される。異なるペプチドセットの生成により、HSP又はα2Mと複合体化した時に、タンパク質調製物中の抗原に対する免疫応答を誘導することができる抗原ペプチドを生成する可能性がより大きくなる。好適な実施形態において消化されるタンパク質調製物は、2つの別の反応物に分割され、タンパク質調製物中に存在するタンパク質の2つの異なるセットのペプチドを生成するのに、2つの異なるタンパク質分解酵素が使用される。タンパク質、酵素及び反応条件に応じて、未消化タンパク質が反応物中に残存することがある。好適な実施形態において、トリプシンとブドウ球菌ペプチダーゼIは別々に使用されて、タンパク質調製物を消化する。
別の好適な実施形態において、本発明で使用されるタンパク質分解酵素は、プロテアソーム(proteasome)中で見いだされるタンパク質分解活性と同様の活性を示す。プロテアソームは、細胞中で誤って折りたたまれているか傷害を受けているサイトゾル及び核タンパク質のリソソーム外の内部加水分解を担う。プロテアソームはタンパク質を完全に分解して単一のアミノ酸を産生し、最適な主要組織適合複合体クラスI(MHCI)結合エピトープを生成することができ、細胞中で別の場所でさらに切断されて細胞傷害性T細胞エピトープを生成する可能性のある、より長いペプチド前駆体を生成することができる。プロテアソームの切断優先性は、塩基性、酸性及び疎水性アミノ酸のカルボキシル(COOH)側である。プロテアソーム中に存在する3つの公知のタンパク質分解酵素活性は、キモトリプシン様活性、トリプシン様活性、及びペプチジルグルタミルペプチド加水分解活性である(Uebel及びTampe、1999、Curr. Opin. Immunol. 11:2 203-208)。従ってこのような活性と特異性を有する酵素は、別々に又は組み合わせて使用してタンパク質調製物を消化することができる。好適な実施形態において、キモトリプシン、トリプシン、及びペプチジルグルタミルペプチド加水分解酵素が使用される。
生じるペプチド消化物は、抗原ペプチド、非抗原ペプチド、及び単一のアミノ酸残基を含む。反応物はまた、未消化の又は不完全に消化された抗原タンパク質を含んでもよい。本発明のタンパク質分解酵素による消化は、所望の範囲の長さのペプチドを生成するためにモニターされる。好適な実施形態において、生成するペプチドは約7〜約20アミノ酸残基である。MHCクラスI及びIIによりT細胞に提示されるほとんどの抗原ペプチドは、この範囲に入る。種々の実施形態においてペプチドの集団は、サイズ範囲が6〜21、8〜19、10〜20、又は少なくとも7、8、9、10、11、12、15、20、25、30、40、45、又は50アミノ酸残基を有するペプチドを含む。好適な実施形態において抗原ペプチドは、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、又は20アミノ酸残基を有する。タンパク質消化の進行をモニターするために試験反応が行われ、ここでタンパク質消化物の小アリコートを反応物から取り出し、トリシン−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(トリシン−PAGE)、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、又は質量分析法、又はペプチドのサイズを測定するための当該分野で公知の任意の他の方法により、消化の進行をモニターする。そのような試験反応を使用して、特定のサイズ範囲のペプチド断片が特定の酵素濃度で生成する時点について決定しうる。操作される反応の他の因子には、反応物中のタンパク質の量、温度、インキュベーションの持続時間、補因子の存在などがある。
ある種の抗原性細胞から特定のサイズ範囲のペプチド断片を生成するための正しい条件がいったん確立されると、その酵素反応条件を再現して抗原ペプチドが生成され、これはプールされる。ペプチドがHSP又はα2Mと複合体化する前に、酵素的消化を停止させることが好ましい。本発明の一実施形態において、酵素消化を停止させるためにインヒビターを使用することができる。本発明で使用できる酵素インヒビターには、タンパク質消化で使用される酵素に応じて、特に限定されないが、PMSF、ベスタチン、アマスタチン、ロイペプチン、及びシスタチンがある。ほとんどのプロテアーゼについてインヒビターが当該分野で公知である。あるいは、酵素的消化を停止させる他の方法は、反応物からの酵素の物理的除去である。これは、選択された酵素を固相(例えば、樹脂や、遠心分離又はろ過のような公知の方法により反応物から容易に除去することができる物質)に結合させることにより行われる。タンパク質調製物は、ある時間固相と接触させてもよいし又は固相に沿って流される。そのような固定化酵素は市販品を購入するか、又は当該分野で公知の酵素固定化法により製造することができる。
消化反応の最後に、場合によりペプチドは調製物中の低分子量物質(例えば、ジペプチド又は単一のアミノ酸残基)から分離することができる。例えばペプチドは、膜(例えば、Centriprep−3)を通して遠心することにより分離することができる。場合によりペプチドは、生化学的及び/又は生物物理的性質(例えば、サイズ、電荷又はこれらの組合せ)により分離することができる。当該分野で公知の任意の方法を使用して、分離を行い、少なくとも50、100、500、1,000、5,000、10,000、20,000、50,000又は100,000種の異なるペプチドを含む消化タンパク質調製物を得ることができる。
本発明の別の実施形態において、抗原性細胞中に内因性に存在するペプチドを単独で、又はサイトゾル及び膜由来タンパク質のタンパク質分解消化により得られるペプチドと組み合わせて、本発明に使用することができる。抗原性細胞中に内因性に存在するペプチドには、in vivoでHSP及び/又はMHCクラスI及びII分子と複合体化されるペプチドが含まれる。本発明において、抗原性細胞のタンパク質調製物から直接単離されるそのようなペプチドは、HSP及び/又はα2Mと複合体化することができる。
具体的な実施形態において、サイトゾル又は膜由来タンパク質のいずれかを単離法で使用する。別の具体的な実施形態において、サイトゾル及び膜由来タンパク質は、単離方法において組み合わされる。好適な実施形態において、単離して使用されるタンパク質調製物は、抗原性細胞中、又は抗原性細胞のサイトゾル若しくは膜中の他のタンパク質から、1つ以上の特定のタンパク質を選択的に取り出す又は保持する調製方法を行なっていない。抗原ペプチドは、抗原ペプチドとHSP又はMHC分子との複合体を最初に単離することなく、細胞のタンパク質調製物から直接単離される。好ましくはタンパク質調製物は、抗原性細胞若しくはその細胞画分又はウイルス粒子中に存在する、少なくとも20、50、100、500、1,000、5,000、10,000又は20,000種の異なるタンパク質を含むか、又は少なくとも50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、97%、98%、99%の異なるタンパク質を含む。
種々の実施形態において、本方法は、タンパク質調製物をATP、塩酸グアニジンで処理するか、及び/又はタンパク質調製物中のHSPやMHCクラスI及びII分子のようなタンパク質に結合した抗原ペプチドが溶出できるような酸性条件下に、タンパク質調製物を暴露することを含む。多くの異なる酸を使用することができ、特に限定されないがトリフルオロ酢酸がある。HSP−ペプチド複合体からペプチドを単離するための方法が当該分野で公知であり、例えばMenoretら、1999, Biochem.Biophys.Res.Commun. 262(3):813-8(これは参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる)がある。タンパク質凝集物を解離するためのMarston及びHartley(1990、Meth.Enzymolo. 182:264-276)に記載のような方法を使用することもできる。
特に単離方法は、抗原性細胞のタンパク質調製物をATPに、例えば室温で1時間暴露するか、及び/又は、抗原性細胞のタンパク質調製物をトリフルオロ酢酸(TFA)、例えば0.1% TFAで処理することを含む。処理は好ましくは、タンパク質調製物を0.1% TFA中で超音波処理することを含む。最も好適な実施形態において、タンパク質調製物は、まずATPに暴露し、次に0.1% TFA中で超音波処理する。HSP又はα2Mに内因性に結合していないペプチドを生成する細胞タンパク質の切断を防止又は低減するために、細胞溶解及び単離方法の前に、本発明において種々のプロテアーゼインヒビターを使用することができる。例えば、14種のプロテアーゼの混合物を使用することができる。すなわち、フェニルメチルスルホニルフルオリド(PMSF)2mM、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)1mM、エチレングリコールビス(P−アミノエチルエーテル)N,N,N’,N’−四酢酸(EGTA)1mM(すべてSigma、セントルイス、ミズーリ州より入手)、及びアンチパイン20mg/ml、ベスタチン5mg/ml、ケモスタチン20ptg/nil、E64 20Jig/ml、ロイペプチン1ttg/ml、ペプスタチン1gg/ml、ペファブロック40Ag/ml、及びアポプロテイン10tkg/ml(すべてBoehringer Mannheim、インディアポリス、インディアナ州より入手)。タンパク質調製物から得られるペプチドは、7、8、9、10、11、12、15、20、25、30、40、45、又は50アミノ酸残基の範囲の種々のサイズの抗原ペプチド及び非抗原ペプチドを含む。方法の最後に、ペプチドは、好ましくは、HSP又はα2Mと複合体化する前に、調製物中のタンパク質から分離することにより回収される。例えば、ペプチドは、膜(例えば、Centriprep−3)を通す遠心、真空乾燥、又は逆相クロマトグラフィー、例えば水中0.1% TFAで平衡化させアセトニトリルで溶出するBioCad20マイクロ分析HPLC PorosRH2 カラム(Perseptive Biosystems、ケンブリッジ、マサチューセッツ州)で分画することにより、回収できる。従って、抗原性細胞中に内因的に存在し、かつタンパク質調製物から直接単離される抗原ペプチドは、HSP及び/又はα2Mと複合体化することができる。あるいは、抗原性細胞中に内因性に存在するペプチド、並びに消化したサイトゾル及び膜由来タンパク質からのペプチドを含むペプチドの混合集団を、HSP及び/又はα2Mと複合体化することができる。
4.3.HSP及びα2Mの調製
本発明においては、抗原性細胞に由来する抗原ペプチドをHSP及び/又はα2Mと複合体化させる。本明細書には、本発明において用いるためのHSP及びα2Mの単離及び調製に使用しうる方法を例示する。
本発明の実施に有用な熱ショックタンパク質は、本明細書中ではストレスタンパク質とも称し、以下の基準を満たすあらゆる細胞タンパク質の中から選択することができる。またこれは、細胞がストレス刺激に暴露された際にその細胞内濃度が増大するタンパク質であり、他のタンパク質又はペプチドと結合可能であり、アデノシン三リン酸(ATP)の存在下又は酸性条件下において結合タンパク質又はペプチドを放出することができ、さらに上記の性質のいずれかを有する任意の細胞タンパク質と少なくとも35%の相同性を示すものである。
最初のストレスタンパク質は、熱ショックタンパク質(HSP)として同定されたものである。その名が意味するように、HSPは熱ショックに応答して細胞により合成される。現在までに、HSPにはファミリーメンバーの分子量に基づいて5つの主要なクラスがある。これらのクラスは、sHSP(小さい熱ショックタンパク質)、HSP60、HSP70、HSP90、及びHSP100と呼ばれ、この数値は、そのHSPのおおよその分子量(キロダルトン)を反映している。主要なHSPファミリーの他、小胞体に内在するタンパク質であるカルレティキュリンもまた、抗原分子と複合体化させた場合に免疫応答を誘発するのに有用な別の熱ショックタンパク質として同定されている(Basu及びSrivastava, 1999, J. Exp. Med. 189:797-202)。本発明において使用しうる他のストレスタンパク質としては、限定されるものではないが、grp78(又はBiP)、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ(PDI)、HSP110、及びgrp170が挙げられる(Linら、1993, Mol.Biol.Cell, 4:1109-1119;Wangら、2001,J.Immunol., 165:490-497)。上記ファミリーの多くのメンバーは、他のストレス刺激、例えば、栄養欠乏、代謝破壊、酸素ラジカル、低酸素状態及び細胞内病原体による感染などに応答して誘導されることが見出されている(Welch, May 1993, Scientific American 56-64; Young, 1990, Annu. Rev. Immunol. 8:401-420; Craig, 1993, Science 260:1902-1903; Gethingら, 1992, Nature 355:33-45; 及びLindquistら, 1988, Annu. Rev. Genetics 22:631-677を参照のこと。この開示内容は参照により本明細書に組み入れられる)。これら3つのファミリーに属するHSP/ストレスタンパク質は、本発明の実施に用いることができると考えられる。
主要なHSPは、ストレスをうけた細胞中に非常に高レベルで蓄積するが、これらはストレスをうけていない細胞においては低〜中程度のレベルで存在する。例えば、誘導性の高い哺乳動物HSP70は、通常の温度ではほとんど検出されないが、熱ショックをうけた細胞においては最も活発に合成されるタンパク質となる(Welchら, 1985, J. Cell. Biol. 101:1198-1211)。対照的に、HSP90及びHSP60タンパク質は、通常の温度で全てではないが大部分の哺乳動物細胞中に多量に存在し、熱によりさらに誘導される(Laiら, 1984, Mol. Cell. Biol. 4:2802-10;van Bergen en Henegouwenら, 1987, Genes Dev. 1:525-31)。
熱ショックタンパク質は現存するタンパク質のうちで最も高度に保存されたタンパク質に入る。例えば、大腸菌由来のHSP70であるDnaKは、擦過傷(excoriate)からのHSP70タンパク質に対して約50%のアミノ酸配列同一性を有する(Bardwellら, 1984, Proc. Natl. Acad. Sci. 81:848-852)。HSP60及びHSP90ファミリーも同様に高いレベルのファミリー内保存性を示す(Hickeyら, 1989, Mol. Cell. Biol. 9:2615-2626; Jindal, 1989, Mol. Cell. Biol. 9:2279-2283)。さらに、HSP60、HSP70及びHSP90ファミリーは、配列の点では例えば35%を超えるアミノ酸同一性を有し、ストレスタンパク質に関係しているが、その発現レベルがストレスによって変化しないタンパク質を含むことが発見されている。従って、本明細書中で使用する熱ショックタンパク質又はストレスタンパク質の定義は、ストレス刺激に応答して細胞内での発現レベルが増大する上記3つのファミリーのメンバーと少なくとも35%〜55%、好ましくは55%〜75%、最も好ましくは75%〜85%のアミノ酸同一性を有する他のタンパク質、その変異型タンパク質、類似体及び変異体も含まれるものとする。
HSP−抗原ペプチド複合体のHSP部分を細胞から精製することが望ましい実施形態において、以下の第4.3.1節〜第4.3.3節に記載される精製手順は、HSP−ペプチド複合体を精製し、その後その内因性HSP−ペプチド複合体からATPの存在下又は酸性条件下にてHSPを分離することができ、その後、抗原ペプチド集団とのin vitro複合体形成を行うものである。Pengら、1997, J.Immunol.Methods, 204:13-21;Li及びSrivastava、1993, EMBO J. 12:3143-3151(これらは参照により本明細書に組み入れるものとする)を参照されたい。腫瘍細胞について説明するが、後述するプロトコールは、任意の感染細胞、及び細胞内病原体に感染した任意の真核細胞(例えば組織、単離細胞、又は不死化真核細胞系)、腫瘍細胞又は腫瘍細胞系からHSPを単離するために用いることができる。
4.3.1.HSP70−ペプチド複合体の調製及び精製
HSP70−ペプチド複合体の精製は、以前に記載されており、例えば、Udonoら、1993, J. Exp. Med. 178:1391-1396を参照されたい。使用できる手順を以下に記載するが、これは例として示すに過ぎず、本発明を何ら制限するものではない:
最初に、30mM炭酸水素ナトリウム(pH7.5)と1mM PMSFとからなる、3容量の1×溶解バッファーに腫瘍細胞を懸濁させる。次に、ペレットを氷上で音波処理することにより、99%以上の細胞を溶解させるが、これは顕微鏡検定により決定される。音波処理に代わり、細胞を機械的せん断により、95%以上の細胞が溶解するまで、ダウンス型(Dounce)ホモジナイザーで均質化することにより、細胞を溶解しうる。
次に、溶解物を1,000gで10分遠心することにより、破壊されていない細胞、核及びその他の細胞屑を除去する。得られた上清を100,000gで90分遠心した後、上清を回収してから、2mM Ca2+及び2mM Mg2+を含むリン酸緩衝生理食塩水(PBS)で平衡化させたConAセファロースと混合する。機械的せん断により細胞を溶解させる場合には、、上清を等量の2×溶解バッファーで希釈した後、ConAセファロースと混合する。次に、上清をConAセファロースと4℃で2〜3時間結合させる。結合しなかった物質を回収し、10mM Tris−Acetate(pH7.5)、0.1mM EDTA、10mM NaCl、1mM PMSFに対して36時間透析する(100容量ずつ3回)。次に、透析物を17,000rpm(Sorvall SS34ローター)で20分遠心する。得られた上清を回収し、20mM Tris−Acetate(pH7.5)、20mM NaCl、0.1mM EDTA及び15mM 2−メルカプトエタノール中で平衡化させたMonoQ FPLCカラムにアプライする。このカラムを20mMから500mMのNaCl勾配で展開させた後、溶離した分画をドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAGE)により分離してから、適当な抗HSP70抗体(Stressgen製のクローンN27F3−4由来のものなど)を用いたイムノブロッティングにより特性決定する。
抗HSP70抗体と強い免疫反応性を示す分画をプールし、HSP70−ペプチド複合体を硫酸アンモニウム、具体的には、50%〜70%の硫酸アンモニウムカットで沈殿させる。得られた沈殿物を17,000rpm(SS34 Sorvallローター)での遠心分離により回収した後、70%硫酸アンモニウムで洗浄する。洗浄した沈殿物を溶解させ、残留する硫酸アンモニウムをSephadex(登録商標)G25カラム(Pharmacia)上でのゲルろ過により全て除去する。必要であれば、このようにして得られたHSP70調製物を前述のように、MonoQ FPLCカラムを用いて再精製することもできる。
この方法を用いて、HSP70−ペプチド複合体を見かけ均質性まで精製することができる。典型的には、1gの細胞/組織から、1mgのHSP70−ペプチド複合体を精製することができる。
HSP70−ペプチド複合体を精製するための改良法は、細胞タンパク質を、固相基質に固定したATP又はATPの非加水分解性類似体と接触させることにより、溶解物中のHSP70を、ATP又は非加水分解性ATP類似体と結合させた後、結合HSP70を溶離することを含む。好ましい方法では、固相基質に固定したATP(例えば、ATP−アガロース)を用いたカラムクロマトグラフィーを用いる。得られたHSP70調製物は、これまでより純度が高く、混入ペプチドを全く含まない。HSP70の収率も約10倍以上有意に高まる。
これ以外に、ATPに代わり、ADPの非加水分解性類似体を用いるクロマトグラフィーを用いて、HSP70−ペプチド複合体を精製することもできる。例として、限定するものではないが、ATP−アガロースクロマトグラフィーによるHSP70−ペプチド複合体の精製は、次のように実施することができる:
MethA肉腫細胞(5億個の細胞)を低張性バッファー中で均質化させ、溶解物を4℃にて100,000gで90分遠心する。上清をATP−アガロースカラムにアプライする。カラムをバッファー中で洗浄し、5カラム容量の3mM ATPで溶離する。HSP70−ペプチド複合体は、溶離する合計15分画のうち2〜10分画に溶離する。溶離した分画をSDS−PAGEにより分析する。この手順を用いて、HSP70−ペプチド複合体を見かけ均質性まで精製することができる。
4.3.2.HSP90−ペプチド複合体の調製及び精製
用いることができる手順を以下に記載するが、これは例として示すに過ぎず、本発明を制限するものではない:
最初に、30mM炭酸水素ナトリウム(pH7.5)と1mM PMSFとからなる、3容量の1×溶解バッファーに腫瘍細胞を懸濁させる。次に、このペレットを氷上で音波処理することにより、99%以上の細胞を溶解させるが、これは顕微鏡検定により決定される。音波処理に代わり、細胞を機械的せん断により、ダウンス型(Dounce)ホモジナイザーで均質化させることにより、細胞を溶解しうる。
次に、溶解物を1,000gで10分遠心することにより、破壊されていない細胞、核及びその他の細胞屑を除去する。得られた上清を100,000gで90分再度遠心した後、上清を回収してから、2mM Ca2+及び2mM Mg2+を含むPBSで平衡化させたConAセファロースと混合する。機械的せん断により細胞を溶解させる場合には、上清を等量の2X溶解バッファーで希釈した後、ConAセファロースと混合する。次に、上清をConAセファロースと4℃で2〜3時間結合させる。結合しなかった物質を回収し、10mM Tris−Acetate(pH7.5)、0.1mM EDTA、10mM NaCl、1mM PMSFに対して36時間透析する(100容量ずつ3回)。次に、透析物を17,000rpm(Sorvall SS34ローター)で20分遠心する。得られた上清を回収し、溶解バッファーで平衡化させたMonoQ FPLCカラムにアプライする。次に、200mMから500mMのNaClの塩勾配で、タンパク質を溶離する。
溶離した分画をSDS−PAGEにより分別した後、3G3(Affinity Bioreagents)などの抗HSP90抗体を用いて、イムノブロッティングすることにより、HSP90−ペプチド複合体を含む分画を同定する。この手順を用いて、HSP90−ペプチド複合体を見かけ均質性まで精製することができる。典型的には、1gの細胞/組織から、150〜200μgのHSP90−ペプチド複合体を精製することができる。
4.3.3.gp96−ペプチド複合体の調製及び精製
用いることができる手順を以下に記載するが、これは例として示すに過ぎず、本発明を何ら制限するものではない:
30mM炭酸水素ナトリウムバッファー(pH7.5)と1mM PMSFとからなる、3容量のバッファーに腫瘍のペレットを再懸濁させ、細胞を氷上で20分膨潤させる。次に、95%以上の細胞が溶解するまで、細胞ペレットをダウンス型(Dounce)ホモジナイザー(ホモジナイザーの適切なクリアランスは、各細胞型に応じて変動する)で均質化させる。
溶解物を1,000gで10分遠心することにより、破壊されていない細胞、核及びその他の細胞屑を除去する。次に、この遠心分離ステップで得られた上清を100,000gで90分再遠心する。100,000ペレット又は上清のいずれかから、gp96−ペプチド複合体を精製することができる。
上清から精製したら、この上清を等量の2×溶解バッファーで希釈した後、2mM Ca2+及び2mM Mg2+を含むPBSで平衡化させたConAセファロースと4℃で2〜3時間混合する。次に、このスラリーをカラムにパッキングした後、OD280がベースラインに下降するまで、1×溶解バッファーで洗浄する。次に、2mM Ca2+及び2mM Mg2+を含むPBS中に溶解させた1/3カラム床容量の10%α−メチルマンノシド(α−MM)でカラムを洗浄した後、カラムをパラフィン片で密封してから、37℃で15分インキュベートする。次に、カラムを室温まで冷却し、カラム底部からパラフィンを除去する。5カラム容量のα−MMバッファーをカラムに導入し、SDS−PAGEにより溶離液を分析する。典型的には、得られる物質は約60〜95%純粋であるが、これは、用いた細胞型及び組織対溶解バッファー比によって異なる。次に、5mMリン酸ナトリウム(pH7)を含むバッファーで平衡化させたMonoQ FPLCカラム(Pharmacia)にサンプルをアプライする。0〜1MのNaCl勾配を用いてカラムからタンパク質を溶離させると、gp96分画が、400mM〜550mM NaClの間で溶離する。
しかし、この手順は、2つの別のステップ(単独又は組み合わせて用いることができる)によって改変することにより、見かけ上均質なgp96−ペプチド複合体を常に生成することも可能である。1つの任意ステップは、ConA精製ステップの前に硫酸アンモニウム沈殿を行なうものであり、もう一つの任意ステップは、ConA精製ステップ後で、しかもMonoQ FPLCステップ前にDEAE−セファロース精製を実施するものである。
第1の任意ステップを以下に例として説明するが、このステップでは、100,000g遠心ステップから得られた上清を、硫酸アンモニウムの添加により、最終濃度が50%硫酸アンモニウムとなるようにする。硫酸アンモニウムは、氷水のトレイ内に配置したビーカー中の溶液を穏やかに攪拌しながら、ゆっくりと添加する。この溶液を4℃で0.5〜12時間攪拌し、得られた溶液を6,000rpmで遠心分離する(Sorvall SS34ローター)。このステップから得られた上清を取り出し、硫酸アンモニウム溶液の添加により、70%硫酸アンモニウム飽和に到らせた後、6,000rpmで遠心する(Sorvall SS34ローター)。このステップから得られたペレットを回収し、70%硫酸アンモニウムを含むPBS中に懸濁させることにより、ペレットをすすぐ。この混合物を6,000rpmで遠心(Sorvall SS34ローター)した後、2mM Ca2+及びMg2+を含むPBS中にペレットを溶解させる。非溶解物質を15,000rpmでの短い遠心(Sorvall SS34ローター)により除去する。次に、溶液をConAセファロースと混合した後、前記と同様の手順を実施する。
第2の任意ステップを以下に例として説明するが、このステップでは、ConAカラムから溶離した分画を含むgp96をプールした後、透析により、又は好ましくはSephadex G25カラム上でのバッファー交換により、バッファーを5mMリン酸ナトリウムバッファー(pH7)、300mM NaClと交換する。バッファー交換後、予め5mMリン酸ナトリウムバッファー(pH7)、300mM NaClで平衡化させておいたDEAE−セファロースと溶液を混合する。タンパク質溶液とビーズを1時間穏やかに混合し、カラムに注ぎ込む。次に、280nmでの吸光度がベースラインに降下するまで、カラムを5mMリン酸ナトリウムバッファー(pH7)、300mM NaClで洗浄する。次に、5容量の5mMリン酸ナトリウムバッファー(pH7)、700mM NaClを含むカラムから、結合したタンパク質を溶離する。タンパク質を含む分画をプールし、5mMリン酸ナトリウムバッファー(pH7)で希釈することにより、塩濃度を175mMまで低下させる。5mMリン酸ナトリウムバッファー(pH7)で平衡化させたMonoQ FPLCカラム(Pharmacia)に、得られた物質を導入し、MonoQ FPLCカラム(Pharmacia)と結合したタンパク質を前記と同様に溶離する。
しかし、当業者であれば、通常の実験により、第2の任意ステップを精製プロトコールに組み込む利点の評価を理解できる。さらに、任意ステップの各々を加える利点が、出発材料の供与源によって異なることも理解できる。
gp96分画を100,000gペレットから単離する場合、このペレットを1%デオキシコール酸ナトリウム又は1%オクスチル(oxtyl)グルコピラノシドのいずれかを含む5容量のPBS(ただし、Mg2+及びCa2+は含まない)中に懸濁させ、氷上で1時間インキュベートする。懸濁液を20,000gで30分遠心し、得られた上清をPBSのいくつかの変種(同様に、Mg2+及びCa2+を含まない)に対して透析することにより、界面活性剤を除去する。透析物を100,000gで90分遠心し、上清を回収した後、カルシウム及びマグネシウムを上清に添加することにより、それぞれ、最終濃度を2mMとする。次に、非改変又は改変した方法のいずれかでサンプルを精製することにより、gp96−ペプチド複合体を100,000g上清から単離する(前記参照)。
以上の手順を用いて、gp96−ペプチド複合体を見かけ均質性まで精製することができる。約10〜20μgのgp96を1g細胞/組織から単離することができる。
4.3.4.α2Mの調製及び精製
α−2−マクログロブリンは、市販のものを購入してもよいし、又はヒトの血液から精製して調製してもよい。血液からα2Mを精製するために、例として以下のプロトコールを用い得るが、これに限定されるものではない。
被験者から血液を採取し、凝血させる。次に、14,000×gで30分遠心して血清を取得し、それを0.04M Trisバッファー(pH7.6)及び0.3M NaClで平衡化したゲル濾過カラム(Sephacryl S−300R)にアプライする。約10mlの血清について65mlのカラムを使用する。画分を3ml回収し、各画分を、α2M特異的抗体を用いてドットブロットによりα2Mの存在について試験する。α2M陽性画分をプールし、PD10カラムにアプライして、バッファーを、PMSF添加0.01Mリン酸ナトリウムバッファー(pH7.5)と交換する。次にプールした画分をリン酸バッファーで平衡化したConAカラム(10ml)にアプライする。カラムを洗浄し、5%メチルマンノースピラノシドを用いてタンパク質を溶出する。溶出液をPD10カラムに通過させて、バッファーを酢酸ナトリウムバッファー(0.05M;pH6.0)と交換する。続いてDEAEカラムを酢酸バッファーで平衡化し、サンプルをこのDEAEカラムにアプライする。カラムを洗浄し、0.13M酢酸ナトリウムを用いてタンパク質を溶出させる。次にα2Mを含む画分をプールする。α2Mは、ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動によりアッセイしたように、この手法を用いて見かけ均質となるよう精製しうる。
4.3.5.熱ショックタンパク質及びα2Mの組換え発現
本発明の特定の実施形態では、HSP及びα2Mは、組換え手法によりHSP及びα2Mを高レベルで発現する細胞から調製することができる。多くのHSP及びα2Mのアミノ酸配列及びヌクレオチド配列は、GenBankなどの配列データベースから一般に入手可能である。Entrezなどのコンピュータープログラムを用いて、データベースを閲覧することができ、目的とするアミノ酸配列及び遺伝子配列をアクセッション番号により検索することができる。また、これらのデータベースは、アラインメントスコアや統計によって類似の配列を分類する、FASTA及びBLASTのようなプログラムを用いて、問合せ配列に対し様々な程度の類似性を有する配列を同定するために検索することもできる。本発明の組成物、方法、並びに、HSPペプチド複合体の調製に用いることができるHSPのヌクレオチド配列としては、限定するものではないが下記のものが挙げられる:ヒトHSP70、GenBankアクセッション番号M24743(Huntら、1995, Proc. Natl. Acad, Sci. U.S.A. 82:6455-6489);ヒトHSP90、GenBankアクセッション番号X15183(Yamazakiら、Nucl. Acids Res. 17:7108);ヒトgp96、GenBankアクセッション番号X15187(Makiら、1990, Proc. Natl. Acad, Sci. U.S.A. 87:5658-5562);ヒトBiP、GenBankアクセッション番号M19645(Tingら、1988, DNA 7:275-286);ヒトHSP27、GenBankアクセッション番号M24743(Hickeyら、1986, Nucleic Acids Res. 14:4127-45);マウスHSP70、GenBankアクセッション番号M35021(Huntら、1990, Gene 87:199-204):マウスgp96、GenBankアクセッション番号M16370(Srivastavaら、1987, Proc. Natl. Acad, Sci. U.S.A. 85:3801-3811);及びマウスBiP、GenBankアクセッション番号U16277(Haasら、1988, Proc. Natl. Acad, Sci. U.S.A. 85:2250-2254)。HSPをコードする縮重配列もまた使用しうる。
本明細書において使用される用語「α2M」は、α2Mと少なくとも35%〜55%、好ましくは55%〜75%、最も好ましくは75%〜85%のアミノ酸同一性を有し、かつ抗原ペプチドと複合体を形成可能なα2Mの他のポリペプチド断片、類似体及び変異体を包含する。ここで複合体は、抗原提示細胞により取り込まれることができ、抗原分子に対する免疫応答を誘発しうるものである。本発明のα2M分子は、市販品を購入する、天然源より精製する(Kureckiら、1979, Anal.Biochem. 99:415-420)、化学合成する、又は組換えにより生成することができる。本発明のα2Mポリペプチドの調製のために使用しうるα2M配列の例としては、限定するものではないが、GenBankアクセッション番号M11313、P01023、AAA51551、Kanら、1985, Proc.Nat.Acad.Sci. 82:2282-2286が挙げられる。α2Mをコードする縮重配列もまた使用しうる。
目的とするHSP又はα2Mをコードするヌクレオチド配列を同定した後、ヌクレオチド配列、又はその断片を取得し、これを組換え発現用の発現ベクターにクローニングする。次に、上記発現ベクターを宿主細胞に導入することにより、HSP又はα2Mを複製させることができる。HSP又はα2Mの組換え生産の方法は、本明細書に詳細に記載する。
上記DNAは、標準的な分子生物学的方法を用いて、DNA増幅を行うことによって、又はある組織、細胞培養物、若しくはクローン化DNA(例えば、DNA「ライブラリー」)から直接的に分子クローニングを行うことによって得ることができる(例えば、Methods in Enzymology, 1987, volume 154, Academic Press;Sambrookら、1989, Molecular Cloning-A Laboratory Manual, 2nd Edition, Cold Spring Harbor Press, New York;Current Protocols in Molecular Biology, Ausubelら(編) Greene Publishing Associates and Wiley Interscience, New Yorkを参照されたい。なお、各文献は参照によりその全体を本明細書に組み入れる)。ゲノムDNA由来のクローンはコード領域の他に調節領域及びイントロンDNA領域を含んでいる可能性がある。cDNA由来のクローンはエキソン配列のみを含んでいることとなる。起源がどうであれ、HSP又はα2M遺伝子は、遺伝子の増殖のためには適切なベクター中にクローニングする必要がある。
好ましい実施形態では、関連する又は相同なHSP又はα2Mの既知の配列から設計したプライマーを用いて、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によりゲノムDNA又はcDNAからDNAを増幅できる。PCRを用いて、DNAクローン又はゲノムDNA若しくはcDNAライブラリーにおける所望の配列を増幅した後、選択sるう。PCRは、例えばサーマルサイクラー及びTaqポリメラーゼ(商標名GeneAmpで市販)を用いて行なうことができる。ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)は、目的の遺伝子又は遺伝子断片を得るために一般に用いられている。例えば、所望する任意の長さのHSP又はα2Mをコードするヌクレオチド配列を、オープンリーディングフレームをコードするヌクレオチド配列に隣接するPCRプライマーを用いて生成することができる。或いは、HSP又はα2M遺伝子配列を、そのような部位が利用可能である場合は制限エンドヌクレアーゼを用いて適当な部位で切断して、HSP又はα2M遺伝子をコードするDNAの断片を取り出すことができる。都合のよい制限部位が利用可能でない場合は、当該技術分野において既知の部位特異的突然変異誘発法及び/又はDNA増幅法により適当な位置にそのような部位を作製することができる(例えば、Shankarappaら, 1992, PCR Method Appl. 1:277-278を参照されたい)。次に、HSP又はα2MをコードするDNA断片を単離し、正常な翻訳リーディングフレームが維持されるように注意しながら適当な発現ベクターに連結する。
別の実施形態では、ゲノムDNAからのHSP又はα2M遺伝子の分子クローニングのために、DNA断片を生成してゲノムライブラリーを形成する。関連するHSP又はα2Mをコードする配列のうちの幾つかは入手し精製して標識化することができるので、ゲノムDNAライブラリー中のクローニングされたDNA断片を、標識化プローブに対する核酸ハイブリダイゼーションによりスクリーニングできる(Benton及びDavis, 1977, Science 196:180; Grunstein及びHogness, 1975, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 72:3961)。これにより、該プローブと実質的な相同性を有するDNA断片がハイブリダイズすることとなる。制限酵素消化、及び、既知の制限酵素地図から予想される断片サイズとの比較により、適当な断片を同定することもまた可能である。
HSP又はα2MのゲノムDNAを単離することに替わる方法としては、限定されるものではないが、既知の配列から遺伝子配列自体を化学的に合成すること、又は、HSP又はα2MをコードするmRNAに対するcDNAを合成することが挙げられる。例えば、HSP又はα2M遺伝子のcDNAクローニングのためのRNAは、HSP又はα2Mを発現する細胞から単離できる。cDNAライブラリーを当該技術分野で既知の方法により作製して、ゲノムDNAライブラリーをスクリーニングするために開示されている方法などの方法によりスクリーニングすることができる。HSP又はα2Mに対する抗体が入手できるのであれば、HSP又はα2Mは、HSP又はα2M合成クローンである可能性の有るものへの標識化抗体の結合により同定することができる。
HSP又はα2Mをコードするヌクレオチド配列のクローニングのための他の特定の実施形態を以下に示す(これは例であって限定するためのものではない):ある特定の実施形態では、あるファミリーに属するHSP又はα2Mをコードするヌクレオチド配列は、当技術分野で公知の種々のストリンジェンシー条件下(異種間ハイブリダイゼーションに用いられる条件を含む)においてHSP又はα2Mをコードするヌクレオチド配列を含むプローブとハイブリダイゼーションすることにより同定し、得ることができる。
発現されるペプチド配列にアミノ酸の置換を引き起こす目的で、又は、以後の操作が容易になるように制限部位を作製/欠失するために、当該技術分野において既知の突然変異誘発のためのあらゆる技術を用いて、DNA配列における個々のヌクレオチドを改変することができる。かかる技術には、限定するものではないが、化学的突然変異誘発、in vitro部位特異的突然変異誘発(Hutchinsonら, 1978, J. Biol. Chem 253:6551)、オリゴヌクレオチド特異的突然変異誘発(Smith, 1985, Ann. Rev. Genet. 19:423-463; Hillら, 1987, Methods Enzymol. 155:558-568)、PCRに基づく重複伸長(Hoら, 1989, Gene 77:51-59)、PCRに基づくメガプライマー突然変異誘発(Sarkarら, 1990, Biotechniques, 8:404-407)などが含まれる。改変は、二本鎖ジデオキシヌクレオチドDNA配列決定により確認することができる。
特定の実施形態において、分泌されないHSPの分泌形態をコードする核酸を用いて、本発明の方法を実施することができる。そのような核酸は、ER保持シグナルであるKDELをコードする配列を欠失させることにより構築することができる。場合により、このKDELコード配列を分子標識(例えばマウスIgG1のFc部分)と置換することにより、HSPの認識と精製を容易にすることができる。別の実施形態において、分子標識は、天然に分泌されるHSP又はα2Mに付加してもよい。PCT公開第WO99/42121号は、gp96のER保持シグナルを欠失させた結果、gp96−Igペプチド複合体がトランスフェクト癌細胞から分泌され、マウスIgG1とKDEL−欠失gp96を融合させた結果、ELISA及びFACSによる検出が容易となり、プロテインAを用いるアフィニティークロマトグラフィーにより精製することができたことを示している。
4.3.5.1.発現系
HSP又はα2M分子をコードするヌクレオチド配列は、組換え細胞において増殖及び発現するために発現ベクターに挿入することができる。発現構築物とは、本明細書中で使用する場合、適切な宿主細胞中でのHSP又はα2M分子の発現を可能にする1以上の調節領域と機能的に連結されたHSP又はα2Mをコードするヌクレオチド配列を指す。「機能的に連結された」とは、調節領域と発現しようとするHSP又はα2Mのポリペプチド配列とが、HSP又はα2Mの配列が転写及び最終的には翻訳されるように連結され、配置されている関係を指す。HSP又はα2Mの発現のために、種々の発現ベクターを用いることが可能であり、例えば限定するものではないが、プラスミド、コスミド、ファージ、ファージミド、又は改変ウイルスが挙げられる。例えば、λ誘導体などのバクテリオファージ、pBR322若しくはpUCプラスミド誘導体又はBluescriptベクター(Stratagene)などのプラスミドなどが挙げられる。典型的には、そのような発現ベクターは、適当な宿主細胞において該ベクターが増殖するための機能的な複製起点、HSP又はα2Mの遺伝子配列を挿入するための1以上の制限エンドヌクレアーゼ部位、及び1以上の選択マーカーを含む。
哺乳動物宿主細胞中でのHSP又はα2Mの発現には、種々の調節領域を用いることができ、そのようなものとしては例えば、SV40初期及び後期プロモーター、サイトメガロウイルス(CMV)前初期プロモーター、及びラウス肉腫ウイルスの長い末端反復配列(RSV−LTR)プロモーターが挙げられる。哺乳動物細胞で有用と考えられる誘導性プロモーターとしては、限定はされないが、メタロチオネインII遺伝子、マウス乳癌ウイルスグルココルチコイド応答性の長い末端反復配列(MMTV−LTR)、β−インターフェロン遺伝子、及びHSP70遺伝子と結合しているものが挙げられる(Williamsら, 1989, Cancer Res. 49:2735-42; Taylorら, 1990, Mol. Cell Biol., 10:165-75)。宿主細胞内でのHSP又はα2Mの発現効率は、SV40ウイルス、B型肝炎ウイルス、サイトメガロウイルス、免疫グロブリン遺伝子、メタロチオネイン、β−アクチン内に見出されるものなどの適切な転写エンハンサーエレメントを発現ベクター中に含ませることによって増強することができる(Bittnerら, 1987, Methods in Enzymol. 153:516-544; Gorman, 1990, Curr. Op. in Biotechnol. 1:36-47を参照されたい)。
発現ベクターはまた、2つ以上のタイプの宿主細胞でのベクターの維持と複製を可能にする、又はそのベクターを宿主の染色体中に組み入れることを可能にする配列をも含むことができる。そのような配列としては、限定はされないが、複製起点、自律複製配列(ARS)、セントロメアDNA、及びテロメアDNAが挙げられうる。また、少なくとも2つのタイプの宿主細胞中で複製し維持されうるシャトルベクターを用いることも有利でありうる。
さらに、発現ベクターは、HSP又はα2MをコードするDNAを含んでいる宿主細胞を最初に単離若しくは同定するための選択可能若しくはスクリーニング可能なマーカー遺伝子を含むことができる。HSP又はα2Mの長期にわたる高収率の産生のためには、哺乳動物細胞における安定した発現が好ましい。哺乳動物細胞では多数の選択系を用いることができ、そのようなものとしては、限定はされないが、単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ(Wiglerら, 1977, Cell 11:223)、ヒポキサンチン−グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ(Szybalski及びSzybalski, 1962, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 48:2026)、及びアデニンホスホリボシルトランスフェラーゼ(Lowyら, 1980, Cell 22:817)の遺伝子をそれぞれtk、hgprt、若しくはaprt胞中で用いることができる。また、代謝拮抗物質耐性も次のものの選択の基礎として用いることができる:ジヒドロ葉酸還元酵素(dhfr)(この酵素はメトトレキセートに対する耐性を付与する;Wiglerら, 1980, Natl. Acad. Sci. USA 77:3567;O'Hareら, 1981, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78:1527);gpt(これはミコフェノール酸への耐性を付与する;MulliganとBerg, 1981, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78:2072);ネオマイシンホスホトランスフェラーゼ(neo)(これはアミノグリコシドG−418に対する耐性を付与する;Colberre-Garapinら, 1981, J. Mol. Biol. 150:1);及びハイグロマイシンホスホトランスフェラーゼ(hyg)(これはハイグロマイシンに対する耐性を付与する;Santerreら, 1984, Gene 30:147)。他の選択マーカー、例えば、限定はされないが、ヒスチジノール及びZeocinTMも用いることができる。
調節領域と機能的に連結されたHSP又はα2Mのコード配列を含む発現構築物を、それ以上クローニングすることなく、本発明のHSP又はα2Mの複合体の発現及び産生のための適切な宿主細胞中に直接的に導入することができる(例えば、米国特許第5,580,859号を参照)。発現構築物にはまた、コード配列の宿主細胞ゲノム中への組み込み(例えば相同組換えによる)を容易にするDNA配列を含ませることができる。この場合には、宿主細胞中でのHSP又はα2M分子の増幅と発現のために、適切な宿主細胞に適した複製起点を含む発現ベクターを用いる必要がない。
クローニングされたHSP又はα2Mのコード配列を含む発現構築物を、当該技術分野で既知の種々の技術によって哺乳動物宿主細胞内に導入することができ、そのような技術としては、限定されないが、リン酸カルシウム介在トランスフェクション(Wiglerら, 1977, Cell 11:223-232)、リポソーム介在トランスフェクション(Schaefer-Ridderら, 1982, Science 215:166-168)、エレクトロポレーション(Wolffら, 1987, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84:3344)、及びマイクロインジェクション(Cappechi, 1980, Cell 22:479-488)が挙げられる。
本明細書中に記載するクローニングベクター及び発現ベクターのいずれも、当該技術分野で周知の技術により既知のDNA配列から合成し組み立てることができる。調節領域及びエンハンサーエレメントは、天然及び合成のどちらであってもよい種々の起源のものとすることができる。ベクター及び宿主細胞には市販されているものもある。有用なベクターの非限定的な例は、Current Protocols in Molecular Biology, 1988, Ausubelら編, Greene Publish. Assoc. & Wiley Interscienceの補遺5(これは参照により本明細書中に組み入れる);並びにClontech Laboratories, Stratagene Inc., 及びInVitrogen, Incのような業者のカタログに記載されている。
あるいは、いくつかのウイルスに基づく発現系もまた、HSP又はα2Mの組換え発現のために、哺乳動物細胞と共に利用できる。DNAウイルスのバックボーンを利用するベクターは、シミアンウイルス40(SV40)(Hamerら, 1979, Cell 17:725)、アデノウイルス(Van Dorenら, 1984, Mol Cell Biol 4:1653)、アデノ随伴ウイルス(McLaughlinら, 1988, J Virol 62:1963)、及びウシパピローマウイルス(Zinnら, 1982, Proc Natl Acad Sci 79:4897)に由来している。アデノウイルスが発現ベクターとして利用される場合は、供与DNA配列をアデノウイルス転写/翻訳制御領域(例えば後期プロモーター及び三部リーダー配列)に連結することができる。次にこのキメラ遺伝子をin vitro又はin vivo組換え手法によりアデノウイルスゲノム中に挿入することができる。ウイルスゲノムの非必須領域(例えば、領域E1又はE3)へ挿入すればその結果として、感染宿主内で生存することができ且つ異種産物を発現することができる組換えウイルスが得られることになる(例えばLogan及びShenk, 1984, Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 81:3655-3659を参照されたい)。
ウシパピローマウイルス(BPV)は、ヒトを含む多くの高等脊椎動物に感染することができ、そしてそのDNAはエピソームとして複製する。安定で、多コピー型の(20〜300コピー/細胞)染色体外エレメントとして哺乳動物細胞中に存在する多くのシャトルベクターが、組換え遺伝子発現のために開発されている。典型的には、これらのベクターは、BPV DNA(全ゲノム又は69%形質転換断片)のある部分断片、広範な宿主範囲を有するプロモーター、ポリアデニル化シグナル、スプライスシグナル、選択マーカー、及び該ベクターが大腸菌内で増殖することが可能となる「無毒の」プラスミド配列を含む。細菌内での構築及び増殖の後に、該発現遺伝子構築物を、例えばリン酸カルシウム共沈又はエレクトロポレーションの技術により、培養した哺乳動物細胞内へトランスフェクトする。形質転換された表現型を表さないこれらの宿主細胞については、形質転換体の選択はヒスチジノール及びG418耐性のような優性選択マーカーを用いて行われる。例えばpBCMGSNeo及びpBCMGHisのようなBPVベクターを用いて、HSP又はα2Mを発現することができる(Karasuyamaら, Eur. J. Immunol. 18:97-104; Oheら, Human Gene Therapy, 6:325-33)。該ベクターは続いてHSP又はα2Mの発現のために広範な細胞型にトランスフェクトすることができる。
あるいは、ワクシニア7.5Kプロモーターを使用することもできる(例えば、Mackettら, 1982, Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 79:7415-7419; Mackettら, 1984, J. Virol. 49:857-864; Panicaliら, 1982, Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 79:4927-4931を参照されたい)。ヒト宿主細胞を使用する場合は、エプスタイン−バーウイルス(EBV)起点(OriP)及びEBV核抗原1(EBNA−1;トランス作用複製因子)に基づくベクターを使用することができる。かかるベクターは広範なヒト宿主細胞に使用できる(例えば、EBO−pCD(Spickofskyら, 1990, DNA Prot Eng Tech 2:14-18)、pDR2及びλDR2(Clontech Laboratoriesから入手可能))。
組換えHSP又はα2Mの発現はまた、レトロウイルスに基づく発現系を用いて実施することもできる。トランスフェクションとは対照的に、レトロウイルスは、例えば主な造血細胞を含む広範な細胞型に効率的に感染して遺伝子を導入することができる。モロニーマウス白血病ウイルスのようなレトロウイルスでは、ウイルス遺伝子配列の大部分を取り除き、HSP又はα2Mのコード配列で置換することができる。この際、失われたウイルスの機能はトランス活性で供給することができる。レトロウイルスベクターで感染する宿主の範囲はまた、ベクターパッケージングに用いるエンベロープの選択により操作することができる。
例えば、あるレトロウイルスベクターは、5’長い末端反復配列(LTR)、3’LTR、パッケージングシグナル、細菌の複製起点及び選択マーカーを含むことができる。ND関連抗原ペプチドDNAは5’LTRと3’LTRとの間の位置に挿入されて、5’LTRプロモーターからの転写によりクローニングされたDNAが転写されるようになる。5’LTRは、LTRプロモーターを含むがこれには限らないプロモーター、R領域、U5領域及びプライマー結合部位をこの順で含む。これらのLTRエレメントのヌクレオチド配列は当該技術分野において周知である。また異種プロモーター並びに複数の薬剤選択マーカーを、感染細胞の選択を容易にするために発現ベクターに含めることもできる(McLauchlinら, 1990, Prog. Nucleic Acid Res. 及び Molec. Biol. 38:91-135;Morgensternら, 1990, Nucleic Acid Res. 18:3587-3596;Choulikaら, 1996, J. Virol 70:1792-1798;Boesenら, 1994, Biotherapy 6:291-302;Salmons及びGunzberg, 1993, Human Gene Therapy 4:129-141;及びGrossman及びWilson, 1993, Curr. Opin. In Genetics and Devel. 3:110-114を参照のこと)。
組換え細胞は、温度、インキュベーション時間、吸光度、及び培地組成の標準的な条件下で培養することができる。あるいはまた、細胞は、HSPが内因的に発現される細胞の栄養素要求性及び生理学的要求性に適合する条件下で培養することができる。またHSP−ペプチド複合体の産生を増強するために、改変された培養条件及び培地を用いてもよい。例えば、HSP発現の誘導を促進する条件下にて組換え細胞を増殖させることができる。
本発明のα−2−マクログロブリン及びHSPポリペプチドは、発現される細胞からの回収及び精製が容易になるように融合タンパク質として発現させることができる。例えば、HSP又はα2Mポリペプチドが、培養培地中に分泌されるように、それがER膜を横切って輸送を指令するシグナル配列リーダーペプチドを含んでいてもよい。更には、HSP又はα2Mポリペプチドは、HSP又はα2Mポリペプチドの、抗原ペプチドの結合に関与しない任意の位置(例えば、カルボキシル末端等)に融合されたアフィニティーラベルなどのアフィニティーラベルを含んでいてもよい。アフィニティーラベルを用いて、アフィニティーパートナー分子に結合することによりタンパク質の精製を容易にすることができる。
このような融合タンパク質の種々の産生方法が当該技術分野において周知である。それらの産生をもたらす操作は、遺伝子又はタンパク質のレベルで、好ましくは遺伝子のレベルで行なうことができる。例えば、HSP又はα2Mポリペプチドのクローニングされたコード領域を、当該技術分野において既知の多くの組換えDNA法のうちのいずれかにより改変することができる(Sambrookら, 1990, Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 第2版, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York; Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Associates and Wiley Interscience, New Yorkの第8章の Ausubelら)。置換、欠失、挿入又はそれらの任意の組合わせを導入するか又は結合することによってHSP又はα2Mポリペプチドをコードする最終的なヌクレオチド配列を得ることは、以後の議論から明らかであろう。
種々の実施形態では、組換えDNA技術を用いてHSP又はα2Mポリペプチドを含む融合タンパク質を作製することができる。例えば、HSP又はα2Mポリペプチドがペプチドで標識された融合タンパク質として発現されるように、アフィニティーラベルの配列を含むベクター内に適切なリーディングフレームでHSP又はα2M遺伝子断片を導入することにより、HSP又はα2Mポリペプチドをコードする組換え遺伝子を構築することができる。特定の結合パートナーに認識され得るアフィニティーラベルが、HSP又はα2Mポリペプチドのアフィニティー精製のために使用できる。
好ましい実施形態では、アフィニティーラベルはHSP又はα2Mのアミノ末端からカルボキシル末端にて融合される。カルボキシル末端において融合が起こる正確な部位は重要ではない。最適な部位は、日常的な実験により決定できる。
当該技術分野において既知の種々のアフィニティーラベルを使用することができ、例えば、限定されるものではないが、免疫ブロブリン定常領域、ポリヒスチジン配列(Current Protocols in Molecular Biology, Vol. 2, Ausubelら編, Greene Publish. Assoc. & Wiley Interscience中の、Petty, 1996, Metal-chelate affinity chromatography)、グルタチオンS−トランスフェラーゼ(GST;Smith, 1993, Methods Mol. Cell Bio. 4:220-229)、大腸菌マルトース結合タンパク質(Guanら, 1987, Gene 67:21-30)、及び種々のセルロース結合ドメイン(米国特許第5,496,934号;第5,202,247号;第5,137,819号;Tommeら, 1994, Protein Eng. 7:117-123)などが挙げられる。例えば緑色蛍光タンパク質の一部分などの他のアフィニティーラベルにより、HSP又はα2Mポリペプチドに蛍光特性を付与できる。他の可能性のあるアフィニティーラベルは、モノクローナル抗体に利用可能である短いアミノ酸配列であり、例えば限定されるものではないが、以下の周知の例、すなわちFLAGエピトープ、アミノ酸408−439でのmycエピトープ、インフルエンザウイルスヘマグルチニン(HA)エピトープなどが挙げられる。他のアフィニティーラベルは特異的な結合パートナーにより認識され、従って、固相支持体上に固定化され得る結合パートナーへのアフィニティー結合により単離が容易となる。いくつかのアフィニティーラベルは、HSP又はα2Mポリペプチドに新しい構造上の特性、例えば多量体を形成する能力をもたらすことができる。結合したペプチドによるHSP又はα2Mポリペプチドの二量体化は、抗原提示の過程でHSP又はα2Mポリペプチドとそのパートナーとの間の相互作用の結合力を上昇させることができる。これらのアフィニティーラベルは、一般的には通常はホモポリマーとして存在するタンパク質から導かれる。CD8の細胞外ドメイン(Shinueら, 1988, J. Exp. Med. 168:1993-2005)若しくはCD28(Leeら, 1990. J. Immunol. 145:344-352)、又は鎖間のジスルフィド結合のための部位を含む免疫グロブリン分子の一部分のようなアフィニティーラベルにより、多量体が形成され得る。当業者であれば理解されるように、限定されないが、DNAクローニング、DNA増幅、及び合成方法を含む多くの方法を用いて、上記アフィニティーラベルのコード領域を得ることができる。アフィニティーラベル並びにその検出及び単離のための試薬には市販されているものがある。
好ましいアフィニティーラベルは、免疫グロブリン分子の非可変部分である。典型的には、かかる部分は少なくとも、免疫グロブリン重鎖の定常領域の機能的に働くCH2及びCH3ドメインを含む。融合はまた、定常ドメインのFc部分のカルボキシル末端、又は重鎖若しくは軽鎖のC1に対してすぐ接するアミノ末端の領域を用いて行なう。好適な免疫グロブリンに基づくアフィニティーラベルは、IgG−1、−2、−3若しくは−4サブタイプ、IgA、IgE、IgD又はIgMから得ることができるが、好ましくはIgG1からである。HSP又はα2Mポリペプチドをヒトに対してin vivoで使用することを意図するのであれば、好ましくは、ヒト免疫グロブリンを使用する。免疫グロブリン軽鎖又は重鎖定常領域をコードする多くのDNAが、知られているか、又はcDNAライブラリーから容易に入手可能である。例えば、Adamsら, Biochemistry, 1980, 19:2711-2719; Goughら, 1980, Biochemistry, 19:2702-2710; Dolbyら, 1980, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 77:6027-6031; Riceら, 1982, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 79:7862-7865; Falknerら, 1982, Nature, 298:286-288; 及びMorrisonら, 1984, Ann. Rev. Immunol, 2:239-256を参照されたい。免疫グロブリンの検出に関しては、多くの免疫学的試薬及びラベル系が利用可能であるので、酵素免疫測定法(ELISA)、免疫沈降、蛍光活性化細胞選別(FACS)等を使用するなど当該技術分野において既知の種々の免疫学的技術により、HSP又はα2Mポリペプチド−Ig融合タンパク質は容易に検出及び定量することができる。同様に、アフィニティーラベルが容易に入手できる抗体に対するエピトープである場合は、かかる試薬を使用し、上記の技術を用いて、アフィニティーラベルを含むHSP又はα2Mポリペプチドを検出、定量及び単離することができる。多くの例において、HSP又はα2Mポリペプチドに特異的な抗体を作製する必要はない。
特に好ましい実施形態は、HSP又はα2Mポリペプチドの、ヒト免疫グロブリンG−1(IgG1;Bowenら, 1996, J. Immunol. 156:442-49を参照されたい)のヒンジ、CH2ドメイン及びCH3ドメインへの融合体である。このヒンジ領域は、通常はIg分子中の他のシステインとのジスルフィド結合に関与する3つのシステイン残基を含む。当該システインはいずれもペプチドが標識として機能するためには必要ではないので、これらのシステイン残基のうちの1つ以上が、例えばセリンのような他のアミノ酸残基により任意に置換されていてもよい。
当該技術分野において既知の種々のリーダー配列は、細菌細胞及び哺乳動物細胞からHSP又はα2Mポリペプチドを効率的に分泌させるために使用することができる(von Heijne, 1985, J. Mol. Biol. 184:99-105)。リーダーペプチドは、対象とする宿主細胞に基づいて選択され、細菌、酵母、ウイルス、動物及び哺乳動物の配列を含んでいてもよい。例えば、ヘルペスウイルス糖タンパクDリーダーペプチドが種々の哺乳動物細胞に使用するのに好適である。哺乳動物細胞に使用するための好ましいリーダーペプチドは、マウス免疫グロブリンκ鎖のV−J2−C領域から得ることができる(Bernardら, 1981, Proc. Natl. Acad. Sci. 78:5812-5816)。細菌細胞においてHSP又はα2Mポリペプチド発現を標的化するための好ましいリーダー配列には、大腸菌タンパク質OmpA(Hobomら, 1995, Dev. Biol. Stand. 84:255-262)、PhoA(Okaら, 1985, Proc. Natl. Acad. Sci. 82:7212-16)、OmpT(Johnsonら, 1996, Protein Expression 7:104-113)、LamB及びOmpF(Hoffman及びWright, 1985, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82:5107-5111)、β−ラクタマーゼ(Kadonagaら, 1984, J. Biol. Chem. 259:2149-54)、エンテロトキシン(Morioka-Fujimotoら, 1991, J. Biol. Chem. 266:1728-32)及びスタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)プロテインA(Abrahmsenら, 1986, Nucleic Acids Res. 14:7487-7500)及びB.ズブチリス(B. subtilis)エンドグルカナーゼ(Loら, Appl. Environ. Microbiol. 54:2287-2292)並びに人工及び合成シグナル配列(MacIntyreら, 1990, Mol. Gen. Genet. 221:466-74; Kaiserら, 1987, Science, 235:312-317)が含まれるがこれらには限らない。
ライブラリーから容易に得ることができる、合成により生産することができる、又は業者から入手することができる所望のアフィニティーラベル又はリーダーペプチドをコードするDNA配列は、本発明の実施のために好適である。かかる方法は当該技術分野において周知である。
4.4.タンパク質及びペプチドとHSP及びα2Mとの複合体化
HSP又はα2Mと、抗原性細胞、その細胞画分又はウイルス粒子から調製されたタンパク質及び/又はペプチド集団とをin vitroで複合体化するための方法の例を本明細書に記載する。タンパク質及び/又はペプチドの集団は、第4.2.1節に記載のような抗原性細胞のタンパク質調製物に由来する。特定の実施形態において、ペプチドは、抗原性細胞、その細胞画分又はウイルス粒子のタンパク質調製物の消化の結果物である。複合体化反応によって、HSPと抗原性細胞又はウイルス粒子のタンパク質又はペプチドとの共有結合の形成が生じうる。複合体化反応によって、α2Mと抗原性細胞又はウイルス粒子のタンパク質又はペプチドとの共有結合の形成が生じうる。複合体化反応によって、HSPとタンパク質及び/又はペプチドとの非共有結合、あるいはα2Mとタンパク質及び/又はペプチドとの非共有結合の形成が生じることもある。
複合体化の前に、HSPをATPで前処理又は酸性条件に暴露することにより、目的とするHSPと非共有結合している可能性のあるペプチドを全て除去する。ATP手法を用いる場合には、Levyら、1991, Cell 67:265-274により記載されているように、過剰なATPをアピラーゼ(apyranase)の添加により調製物から除去する。酸性条件を用いる場合には、pH調節試薬の添加により、バッファーのpHを中性pHとなるよう再調節する。in vitroにおいてペプチド集団(平均7〜20アミノ酸長)とHSP又はα2Mとを非共有結合で複合体化させるための好ましいプロトコールの例を以下に記載する。
ペプチド集団(1μg)と前処理したHSP(9μg)を混合して、ペプチド(又はタンパク質)約5:HSP1のモル比を達成する。次に、20mMリン酸ナトリウム(pH7.2)、350mM NaCl、3mM MgClと1mMフェニルメチルスルホニルフルオリド(PMSF)を含むバッファーなどの好適な結合バッファー中で、上記混合物を4〜45℃で、15分〜3時間インキュベートする。調製物をCentricon10アセンブリー(Milipore)により遠心分離することにより、非結合ペプチドを全て除去する。タンパク質/ペプチドとHSPとの非共有結合は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)又は質量分析法(MS)によりアッセイすることができる。
HSP70とタンパク質/ペプチドとの非共有結合複合体を生成するのに好ましい本発明の別の実施形態では、5〜10μgの精製HSP70を等モル量のタンパク質/ペプチドと一緒に、容量が100μLの20mMリン酸ナトリウムバッファー(pH7.5)、0.5M NaCl、3mM MgCl及び1mM ADPにおいて37℃で1時間インキュベートする。このインキュベーション混合物を、Centricon10アセンブリー(Millipore)により必要であれば1回以上遠心して、非結合ペプチドを除去する。
gp96又はHSP90とペプチドとの非共有結合複合体を生成するのに好ましい本発明の別の実施形態では、5〜10μgの精製gp96又はHSP90を等モル量又は過剰量のタンパク質/ペプチドと一緒に、20mMリン酸ナトリウムバッファーpH7.5、0.5M NaCl、3nM MgClを含むバッファーのような好適なバッファーにおいて60〜65℃で5〜20分インキュベートする。このインキュベーション混合物を室温まで冷却させ、必要であれば、Centricon10アセンブリー(Millipore)を用いて1回以上遠心分離することにより、非結合ペプチドを全て除去する。
抗原タンパク質及び/又は抗原ペプチドとの複合体形成の後、場合により、例えば以下に説明する混合リンパ球標的細胞アッセイ(MLTC)を用いて、免疫原HSP又はα2M複合体をアッセイしてもよい。HSP−ペプチド複合体及び/又はHSP−タンパク質複合体を単離し、希釈した後、場合により、以下に説明する好ましい投与プロトコール及び賦形剤を用いて、これら複合体をさらに動物モデルにおいて特性決定してもよい。
HSPとタンパク質/ペプチドとの非共有結合複合体を作製するための別法では、タンパク質/ペプチドの集団をHSPと共有結合により結合させてもよい。
一実施形態において、HSPは、化学的架橋によりタンパク質調製物中のタンパク質及び/又はペプチドと共有結合させる。化学的架橋方法は当該技術分野において周知である。例えば好ましい実施形態では、グルタルアルデヒド架橋を使用することができる。グルタルアルデヒド架橋はペプチドとHSPとの共有結合による複合体形成のために使用されている(Barriosら, 1992, Eur. J. Immunol. 22: 1365-1372を参照されたい)。好ましくは、1〜2mgのHSP−ペプチド複合体を0.002%のグルタルアルデヒドの存在下にて2時間かけて架橋させる。グルタルアルデヒドはリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)に対する終夜にわたる透析により除去される(Lussowら, 1991, Eur. J. Immunol. 21:2297-2302)。あるいは、当技術分野で公知の条件下にて紫外線(UV)架橋によりHSPとタンパク質/ペプチド集団とを架橋しうる。
本発明の別の実施形態においては、タンパク質調製物中のタンパク質及び/又はペプチドの集団とα2Mとを、タンパク質/ペプチドとα2Mとを50:1のモル比でインキュベートすることにより非共有結合で複合体化し、50℃にて10分インキュベートした後、25℃にて30分インキュベートしうる。遊離(複合体化していない)ペプチドは、サイズ排除フィルターにより除去しうる。複合体は、好ましくはシンチレーションカウンターにより測定し、1モル当たりを基準として、各HSP又はα2Mが等量のタンパク質/ペプチド(ペプチドの出発量の約0.1%)と結合していることを観察して確認する。詳細については、Binder, 2001, J.Immunol. 166(8):4968-72を参照されたい(参照によりその全文を本明細書に組み入れる)。これらの反応においてα2Mとタンパク質及びペプチドとの共有結合複合体が形成される傾向を低くするため、複合体化を行なう前にプロテアーゼ活性を阻害又は排除しておくことが望ましい。これは、プロテアーゼインヒビターの使用により、例えば第4.2.1節に記載されている方法により達成することができる。タンパク質調製物中に存在する、共有結合のためのα2Mを活性化する可能性のある求核化合物を中和するために、還元剤(例えば2−メルカプトエタノールなど)を反応に加えることも望ましい。
さらに別の実施形態において、タンパク質調製物中の抗原タンパク質及び/又は抗原ペプチドの集団は、PCT公開WO94/14976及びWO99/50303(参照によりその全文を本明細書に組み入れる)に記載されているペプチドとα2Mとの複合体化のための方法によりα2Mと共有結合により複合体化させることもできる。例えば、抗原タンパク質及び/又は抗原ペプチドを、熱を用いた求核活性化の逆転反応の間にアンモニア又はメチルアミン(あるいは他の小さなアミン求核試薬、例えばエチルアミン)によりα2Mに組み込んでもよい(Gron及びPizzo, 1998, Biochemistry, 37:6009-6014;参照によりその全文を本明細書に組み入れる)。α2Mによるペプチドの偶然の捕捉を可能とするような条件を用いて、本発明のα2M複合体を調製しうる。抗原タンパク質/ペプチド集団とα2Mとの共有結合はまた、二官能性架橋剤を用いて実施することもできる。そのような架橋剤及びその使用方法は当技術分野で周知である。好ましくは、架橋剤は、複合体形成の後に不活性化及び/又は除去される。
またさらに別の実施形態において、タンパク質/ペプチド集団を、上述した非共有結合又は共有結合の方法により同じ反応においてHSP及びα2Mの混合物を複合体化させてもよい。
別々の共有結合及び/又は非共有結合複合体化反応からのHSPと抗原タンパク質及び/又はペプチドの複合体は、被験者に投与する前に、場合により組み合わせて組成物を形成してもよい。また、別々の共有結合及び/又は非共有結合複合体化反応からのα2Mと抗原タンパク質及び/又はペプチドの複合体は、被験者に投与する前に、場合により組み合わせて組成物を形成してもよい。
4.5.癌及び感染性疾患の予防と治療
本発明によれば、抗原性細胞又はウイルス粒子の消化したサイトゾル及び/又は膜由来タンパク質に由来する抗原ペプチドと、HSP及び/又はα2Mとの複合体を含む本発明の組成物を、癌又は感染性疾患に罹患した被験者に投与する。一実施形態では、「治療」又は「治療すること」とは、癌若しくは感染性疾患、又は少なくとも1つの認識可能なその症状の改善を意味する。別の実施形態では、「治療」又は「治療すること」とは、必ずしも被験者により認識可能ではない、癌若しくは感染性疾患に関連する少なくとも1つの測定可能な物理的パラメーターの改善を意味する。さらに別の実施形態では、「治療」又は「治療すること」とは、物理的に(例えば、認識可能な症状の安定化)、生理的に(例えば、物理的パラメーターの安定化)、又はその両方のいずれかにより、癌又は感染性疾患の進行を阻止することを意味する。
特定の実施形態では、癌又は感染性疾患に対する予防対策として、本発明の組成物を被験者に投与する。本明細書で用いる「予防」又は「予防すること」とは、所与の癌又は感染性疾患を獲得するリスクの低減を意味する。この実施形態の一例では、癌の遺伝的素因を有する被験者に対し、予防対策として本発明の組成物を投与する。この実施形態の別の例では、限定するものではないが、化学薬品及び/又は放射線などの発癌因子への暴露を被る被験者、あるいは、感染性疾患の因子への暴露を被る被験者に、予防対策として、本発明の組成物を投与する。
本発明の治療及び予防方法においてはヒト被験者が好ましい。
本発明の方法により調製される組成物は、熱ショックタンパク質と抗原ペプチドの集団との複合体、及び/又はα−2−マクログロブリンと抗原ペプチドの集団との複合体を含む。この組成物は、腫瘍部位における炎症反応を誘導し、最終的には治療対象の癌患者における腫瘍組織量を低減させうる。本発明の方法により調製される組成物は、被験者の免疫能力を高め、病原体に対する特異的免疫又は前新生物及び新生物細胞に対する特異的免疫を誘発しうる。これらの組成物は、腫瘍細胞の発生を予防し、腫瘍細胞の増殖及び進行を阻害する能力を有する。
本発明の治療法、及びサイトゾル及び膜由来タンパク質の複合体を含む医薬組成物は、別の免疫応答増強剤又は生物応答修飾物質と一緒に用いてもよく、その例として、限定するものではないが、サイトカインIFN−α、IFN−γ、IL−2、IL−4、IL−6、TNF、又は免疫細胞に作用する他のサイトカインが挙げられる。本発明のこの態様によれば、本発明の組成物は、1以上の上記サイトカインによる治療と組み合わせて投与する。別の実施形態では、本発明の組成物は、癌治療のための放射線療法又は1以上の化学療法剤と一緒に投与する。
4.5.1.標的感染性疾患
本発明の方法により治療又は予防することができる感染性疾患は、限定するものではないが、ウイルス、細菌、真菌、原生動物及び寄生生物などの感染因子により引き起こされる。本発明は、細胞内病原体により引き起こされる感染性疾患の治療又は予防に限定されない。
本発明の方法により治療又は予防することができるウイルス性疾患として、限定するものではないが、A型肝炎、B型肝炎、C型肝炎、インフルエンザ、水痘、アデノウイルス、単純ヘルペスI型(HSV−I)、単純ヘルペスII型(HSV−II)、牛疫ウイルス、ライノウイルス、エコーウイルス、ロタウイルス、RSウイルス、パピローマウイルス、パポバウイルス、サイトメガロウイルス、エキノウイルス、アルボウイルス、ハンタウイルス、コクサッキーウイルス、流行性耳下腺ウイルス、麻疹ウイルス、風疹ウイルス、ポリオウイルス、ヒト免疫不全ウイルスI型(HIV−I)、及びヒト免疫不全ウイルスII型(HIV−II)により引き起こされる疾患が挙げられる。
本発明の方法により治療又は予防することができる細菌性疾患は、限定するものではないが、その生活環が細胞内段階である細菌、マイコバクテリア、リケッチア、マイコプラズマ、ナイセリア及びレジオネラなどの細菌により引き起こされる。
本発明の方法により治療又は予防することができる原生動物性疾患は、限定するものではないが、リーシュマニア、コクジジオア、及びトリパノソーマなどの原生動物により引き起こされる。
本発明の方法により治療又は予防することができる寄生生物性疾患は、限定するものではないが、クラジミア及びリケッチアなどの寄生生物により引き起こされる。
4.5.2.標的癌
本発明の方法により治療又は予防することができる癌の種類には、肉腫及び癌腫、例えば、線維肉腫、粘液肉腫、脂肪肉腫、軟骨肉腫、骨原性肉腫、脊索腫、血管肉腫、内皮肉腫、リンパ管肉腫、リンパ管内皮肉腫、滑膜性腫瘍、中皮腫、ユーイング腫、平滑筋肉腫、横紋筋肉腫、大腸癌、膵臓癌、乳癌、卵巣癌、前立腺癌、扁平上皮癌、基底細胞癌、腺癌、汗腺癌、皮脂腺癌、乳頭癌、乳頭腺癌、嚢胞腺癌、髄様癌、気管支癌、腎細胞癌、肝細胞癌、胆管癌、絨毛癌、精上皮癌、胎生期癌、ウィルムス腫、子宮頸癌、精巣腫瘍、肺癌、小細胞肺癌、膀胱癌、上皮癌、神経膠腫、星状細胞腫、髄芽腫、頭蓋咽頭腫、上皮細胞腫、松果体腫、血管芽細胞腫、聴音神経系腫、希突起神経膠腫、髄膜腫、黒色腫、神経芽細胞腫、網膜芽腫、白血病(例えば急性リンパ性及び急性骨髄性白血病(骨髄芽球性白血病、前骨髄球性白血病、骨髄単球性白血病、単球性白血病、及び赤白血病);慢性白血病(慢性骨髄性(顆粒球性)白血病及び慢性リンパ性白血病));及び真性赤血球増加症、リンパ腫(ホジキン病及び非ホジキン病)、多発性骨髄腫、ヴァルデンストレームマクログロブリン血症、及び、H鎖病が含まれるがこれらに限定されない。
ある特定の実施形態では癌は転移性である。他の特定の実施形態では、癌を有する患者は、HSP及び/又はα2M−ペプチド複合体又はHSP及び/又はα2M感作APCを投与する前に抗癌治療(例えば化学療法、放射線療法)を受けたために免疫抑制されている。
本発明により提供される免疫療法を癌患者において使用することが望ましいのには多くの理由がある。第一には、癌患者が免疫抑制状態である場合には麻酔を用いた手術及びその後の化学療法は免疫抑制を悪化させることがある。適切な免疫療法を手術前の期間に行えばこの免疫抑制が回避されたり回復したりする可能性がある。このことは、感染の合併症の低減及び創傷の治癒の加速につながり得る。第二には、腫瘍の大きさは手術後において最も小さく、免疫療法はこの状況で効果的である可能性が高い。第三の理由は、腫瘍細胞は手術の際に循環系に流出するので有効な免疫療法をこの時点で適用すればこれらの細胞を排除することができる可能性があることである。
本発明の予防及び治療方法は、癌患者の免疫能を手術の前、手術時、又は手術後に高めること、及び、癌細胞に対する腫瘍特異的免疫を誘導することを意図するものであり、その目的は癌の阻害であり、また、最終的な臨床上の目的は癌の完全な治癒及びその根除である。本発明の方法はまた、例えば家系又は環境危険因子によりある種の癌のリスクが高い個体において用いることもできる。
4.5.3.自己由来の実施形態
HSP及びα2Mの特異的免疫原性は、HSP又はα2M自体に由来するのではなく、それらに結合した抗原ペプチドに由来する。本発明の好ましい実施形態では、癌ワクチンとして用いる本発明の組成物における複合体は、自己由来の(autologous)複合体であるため、癌免疫療法における最も困難な問題の2つを回避することができる。1つは、実験動物の癌と同様、ヒト癌は、抗原が異なる可能性があることである。本発明の好ましい実施形態では、上記の問題を回避するため、HSP及び/又はα2Mは抗原ペプチド及びペプチドと複合体化し、該複合体をタンパク質又はペプチドが由来する同じ被験者の癌を治療するために用いることができる。2つめは、癌免疫療法の現在最も一般的な手法が、癌細胞系のCTL−認識エピトープの決定に焦点を絞っていることである。この手法では、癌に対する細胞系及びCTLが利用可能でなければならない。これらの試薬は、ヒト癌の大部分には利用不可能である。自己由来の抗原ペプチドの使用に関する本発明の実施形態では、癌免疫療法は、細胞系又はCTLの利用可能性に依存せず、また、癌細胞の抗原エピトープの決定も必要としない。これらの利点によって、自己由来の抗原ペプチドに結合したHSP及び/又はα2Mの複合体は、魅力的な対癌免疫原となる。
他の実施形態においては、治療又は予防用複合体における抗原ペプチドは、複合体を投与する被験者と同種異型の被験者に由来する同じ種類の癌の癌組織から調製してもよい。
4.6.養子免疫療法
養子免疫療法とは、癌又は感染性疾患を治療するための治療上の手法であって、免疫細胞が、腫瘍細胞及び/若しくは抗原成分に対し特異的な免疫を直接的又は間接的に媒介する、あるいは場合によっては感染性疾患を治療するか又は腫瘍を退縮させることを目的として、免疫細胞を宿主に投与するものである(1999年11月16日に登録された米国特許第5,985,270号を参照されたい;この文献はその全体を参照により本明細書に組み入れるものとする)。
一実施形態において、養子免疫療法に使用するための抗原提示細胞(APC)は、本明細書に記載する方法に従って調製した抗原タンパク質及びペプチドと複合体化したHSP及び/又はα2Mを用いて感作される。複合体は、熱ショックタンパク質又はα−2−マクログロブリンと、感染性疾患を引き起こす因子の抗原決定基を発現する抗原性細胞又はウイルス粒子に存在する少なくとも50%の異なるタンパク質又は少なくとも100種の異なるタンパク質に由来する抗原タンパク質との複合体化により生成しうる。複合体はまた、(a)上記の種の癌の細胞に由来するタンパク質調製物を、プロテアーゼによる消化、又はATP、塩酸グアニジウム及び/若しくは酸との接触を行い、抗原ペプチドの集団を生成させ、(b)抗原ペプチド集団と熱ショックタンパク質又はα−2−マクログロブリンとの複合体化により作製することもできる。
別の実施形態においては、本発明の方法により調製されたin vitroで複合体化された抗原ペプチドとHSP及び/又はα2Mの投与による治療は、当技術分野で公知の方法(例えば米国特許第5,985,270号参照)により調製されたHSP−及び/又はα2M−抗原ペプチド複合体(抗原ペプチドは、例えばある種の癌又は病原体の、所望の抗原性を示す)で感作されたAPCを用いた養子免疫療法と組み合わせてもよい。感作されたAPCは、単独で、in vitroで複合体化したタンパク質/ペプチドとHSP及び/又はα2Mと組み合わせて、あるいは、複合体化したタンパク質/ペプチドとHSP及び/又はα2Mの投与前若しくは投与後に投与しうる。特に、癌の予防及び治療のための感作APCの使用は、さらに、その治療上又は予防上有効な量の複合体(熱ショックタンパク質及び/又はα2Mを含み、抗原タンパク質/ペプチドと複合体化され、上述のように生成された複合体)を被験者に投与することを含み得る。同様に、ある種の感染性疾患の治療又は予防における感作APCの使用は、さらに、その治療上又は予防上有効な量の複合体(熱ショックタンパク質及び/又はα2Mを含み、抗原タンパク質/ペプチドと複合体化されたもの)を被験者に投与することを含み得る。
さらに、in vitroで複合体化された抗原タンパク質/ペプチドとHSP及び/又はα2Mの投与方法は多様であり、限定するものではなく、例えば経皮、静脈内又は筋肉内投与が挙げられるが、皮内投与が好ましい。別の特定の実施形態において、本発明に従って生成された複合体で感作された抗原提示細胞の投与による養子免疫療法を、当技術分野で公知の方法(例えば、米国特許第5,750,119号、同第5,837,251号、同第5,961,979号、同第5,935,576号、PCT公報WO94/14976又はWO99/50303参照)により調製されたHSP−及び/又はα2M−抗原分子(例えばペプチド)複合体の投与による療法とを組み合わせてもよい。ここで抗原分子は所望の抗原性(例えばある種の癌又は病原体の抗原性)を示すものである。
4.6.1.抗原提示細胞の取得
抗原提示細胞(マクロファージ、樹状細胞及びB細胞を含むがこれらに限定されない)は、好ましくは、Inaba, K.ら, 1992, J. Exp. Med. 176:1693-1702に記載のようにヒトの末梢血又は骨髄からの幹細胞及び前駆細胞からin vitroで調製することにより得る。樹状細胞は当該技術分野において既知の種々の任意の方法により得ることができる。例えば限定するものではないが、樹状細胞は、Sallustoら、1994, J Exp Med 179:1109-1118及びCauxら、1992, Nature 360, 258-261(参照によりその全体を本明細書に組み入れる)に記載の方法により得ることができる。このましい態様においては、ヒトの血球から得られたヒト樹状細胞を使用する。
APCは当該技術分野において既知の種々の任意の方法により得ることができる。ある好ましい態様では、用いるヒトマクロファージをヒト血球から得る。例えばマクロファージを次のように得ることができるがこれに限定されない:
単核細胞を患者(好ましくは治療対象の患者)の末梢血から、フィコール−ハイパーク勾配遠心法により単離し、患者自身の血清又は他のAB+ヒト血清によりコーティングした組織培養ディッシュ上に播種する。該細胞を37℃にて1時間インキュベートし、次いで付着しなかった細胞をピペッティングにより除く。該ディッシュに残された付着細胞に冷たい(4℃)リン酸緩衝化生理食塩水中1mMのEDTAを添加し、室温にて15分間静置する。細胞を回収し、RPMIバッファーで洗浄し、RPMIバッファー中に懸濁させた。マクロファージの数は、マクロファージ−コロニー刺激因子(M−CSF)と共に37℃にてインキュベートすることにより増加させる。
4.6.2.HSP−ペプチド複合体又はα2M−ペプチド複合体によるマクロファージ及び抗原提示細胞の感作
APCを、抗原分子と結合したHSP又はα2Mで、好ましくは該細胞をin vitroにて該複合体とインキュベートすることにより、感作させる。APCを、HSP又はα2Mと抗原分子の複合体で、in vitroにてHSP−複合体又はα2M−複合体と共に37℃にて15分間〜24時間インキュベートすることにより、感作させる。限定するものではないが、例えば、4×10個の樹状細胞を、1mlあたり10μgのgp96−ペプチド複合体と共に、又は、1mlあたり100μgのHSP90−ペプチド複合体と共に、37℃にて15分間〜24時間、1mlの無添加RPMI培地中でインキュベートすることができる。細胞を3回洗浄し、患者に注射するのに適切な濃度(例えば1×10/ml)で好ましくは無菌の生理学的培地中に再懸濁する。好ましくは、感作された樹状細胞を注入する患者は、もともと樹状細胞を単離した患者である(自己由来の実施形態)。
場合により、感作されたAPCの、例えば抗原特異的な、クラスIに限定される細胞傷害性Tリンパ球(CTL)を刺激する能力を、それがCTLを刺激して腫瘍壊死因子を放出させる能力によりモニターすることができ、また、それがかかるCTLの標的としてはたらく能力によりモニターすることができる。
4.6.3.感作APCの再注入
感作したAPCを、通常の臨床的な手順により、好ましくは皮内投与により、患者に全身的に再注入する。これらの活性化された細胞を、好ましくは、該細胞が由来する(自己由来)患者に全身投与することにより、再注入する。患者は、該患者の状態に応じて一般的に約10〜約1012個の感作樹状細胞を投与される。治療計画においては場合により、患者に対し、上記に加えて、限定するものではないが、サイトカインIFN−α、IFN−γ、IL−2、IL−4、IL−6、TNF又はその他のサイトカイン増殖因子など、適量の生物応答修飾物質を投与してもよい。
4.7.医薬組成物及び投与方法
本発明の方法により調製されたHSP及び/又はα2Mに結合した抗原ペプチドの複合体は、細胞増殖性疾患又は感染性疾患を治療又は改善するために治療上有効な量で患者に投与しうる。治療上有効な量とは、かかる疾患の症状の改善をもたらすのに十分な量の複合体を意味する。
4.7.1.有効量
本発明の組成物は、抗原ペプチド集団とHSP及び/又はα2Mとの複合体の免疫原性の有効量を含み、これを癌又は感染性疾患に対する治療が必要な被験者に投与する。ここでこの方法は、癌又は感染性疾患に対する免疫応答を誘導するものである。上記複合体の毒性及び治療効力は、例えば、LD50(集団の50%が致死する量)及びED50(集団の50%に治療上有効な量)の決定について、細胞培養物又は実験動物における標準的な薬学的手法により決定しうる。毒性と治療効果との用量比は治療インデックスであり、比LD50/ED50で表される。高い治療インデックスを示す複合体が好ましい。毒性の副作用を示す複合体も用いることができるが、非感染細胞に対する損傷の可能性を最小限に抑えるように罹患組織部位に上記複合体をターゲティングする送達系を設計し、それにより副作用を低減するように注意を払う必要がある。
一実施形態において、細胞培養アッセイ及び動物実験から得られるデータを、ヒトにおける使用のための用量範囲を決定する際に用いることができる。複合体の投与量は、好ましくは、毒性がない又はほとんどないED50を含む循環濃度の範囲内である。投与量は、この範囲内で、使用する剤形及び採用する投与経路に応じて変動しうる。本発明の方法に用いる複合体のすべてについて、治療上有効な量は、最初は細胞培養アッセイから評価することができる。細胞培養において決定されたIC50(すなわち、症状の最大値の半分の抑制を達成する試験化合物の濃度)を含む循環血漿濃度範囲を達成するために動物モデルにおいて用量を決定しうる。そのような情報を用いることにより、ヒトにおける有効量をより正確に決定することが可能となる。血漿レベルは、例えば高速液体クロマトグラフィーにより測定しうる。
別の実施形態において、hsp70−及び/又はgp96−抗原分子複合体の量は、ヒト患者に対して約10μg〜約600μgの範囲内で投与しうる。本発明により提供されるヒト患者におけるhsp90−ペプチド複合体の投与量は、約50〜5000μg、好ましくは100μgの範囲内である。上述した用量は、好ましくは約4〜6週間の期間で1週間に1回投与し、また投与方法又は部位は、好ましくは投与毎に変更する。従って、例示であって限定するものではないが、最初の注射は、左腕に、2回目は右腕に、3回目は左腹に、4回目は右腹に、5回目は左腿に、6回目は右腿に、などで経皮投与しうる。間隔をおいた後は1回以上の注射を同じ部位に反復して行なってもよい。また、分割注射も行ない得る。従って、例えば投与量の半分をある部位に投与し、同じ日にもう半分の量を別の部位に投与しうる。あるいは、投与方法を連続して変更し、例えば、皮内、筋肉内、静脈内又は腹腔内に連続して毎週の注射を行なってもよい。4〜6週間後、1ヶ月の期間にわたって2週間間隔でさらに注射を行なうことが好ましい。最後の注射の時期は、患者の臨床的進行及び免疫療法に対する応答性に応じて変更しうる。
本発明のまた別の実施形態では、hsp70−及び/又はgp96−抗原ペプチド複合体の量は、ヒト患者について、約0.1μg〜約60μgの範囲内で投与する。別の特定の実施形態では、hsp70−及び/又はgp96−抗原ペプチド分子複合体の治療上有効な量は、10μg未満、例えば0.1〜9μgの範囲内であり、好ましいヒト投与量は、マウスにおける25g、例えば0.5〜2.0μgの範囲内で使用される投与量と実質的に等価なものである。本発明により提供されるヒト患者におけるhsp90−抗原分子複合体の好ましい投与量は、約5〜500μgの範囲内である。特定の実施形態において、hsp90−抗原分子複合体の治療上有効な量は、50μg未満、例えば5〜49μgの範囲内であり、好ましい投与量は5〜40μgの範囲内である。これらの投与量は、好ましくは皮内又は経粘膜投与される。例示であるが、用量は、好ましくは皮内経路で、計5回の注射を一日おきに投与しうる。好ましい実施形態では、上述した用量は、約4〜6週間の期間にわたり週に1回投与され、投与部位については投与毎に変更することが好ましい。好ましい例において、皮内投与は、連続的に投与部位を変更してそれぞれに投与する。
従って、本発明は、宿主個体の免疫能力を刺激し、前新生物及び/若しくは新生物細胞又は感染細胞に対する特異的免疫を誘発する組成物を投与することを含む、被験者における癌又は感染性疾患の予防及び治療方法を提供する。
4.7.2.製剤及び使用
本発明に従って使用するための医薬組成物は、1以上の生理学的に許容される担体又は賦形剤を用いて通常の方法により製剤化しうる。
従って、複合体及びその生理学的に許容される塩及び溶媒和物を、吸入法若しくは気体注入法(口若しくは鼻による)による投与、又は経口投与、舌下投与、非経口投与、直腸投与のために製剤化することができる。
経口投与のためには、医薬組成物は、例えば、結合剤(例えばα化トウモロコシデンプン、ポリビニルピロリドン又はヒドロキシプロピルメチルセルロース);充填剤(例えばラクトース、微結晶セルロース又はリン酸水素カルシウム);滑沢剤(例えばステアリン酸マグネシウム、タルク又はシリカ);崩壊剤(例えばジャガイモデンプン又はデンプングリコール酸ナトリウム);又は湿潤剤(例えばラウリル硫酸ナトリウム)などの薬学的に許容される賦形剤とともに通常の方法により調製した錠剤又はカプセル剤の形態をとることができる。錠剤は当該技術分野において周知の方法によりコーティングしてもよい。経口投与のための液状調製物は、例えば溶剤、シロップ剤又は懸濁剤の形態をとることができ、あるいは使用直前に水若しくは他の好適なビヒクルにより再構成するための乾燥製品として提供してもよい。かかる液体調製物は、懸濁化剤(例えばソルビトールシロップ、セルロース誘導体又は食用硬化油脂);乳化剤(例えばレシチン又はアカシア);非水性ビヒクル(例えばアーモンド油、油性エステル又は精製植物油);保存剤(例えばメチル−若しくはプロピル−p−ヒドロキシ安息香酸エステル、又はソルビン酸)などの薬学的に許容される添加物とともに通常の方法により調製することができる。調製物はまた、適当であれば緩衝塩、香料、着色料及び甘味剤を含んでもよい。
経口投与のための調製物は、活性複合体を制御放出できるように好適に製剤化することもできる。
舌下投与のために、かかる組成物は、通常の方法で製剤化された錠剤又はロゼンジ剤の形態をとり得る。
吸入法により投与する場合、本発明に従って使用する複合体は、適切な噴射剤(例えばジクロロジフルオロメタン、トリクロロフルオロメタン、ジクロロテトラフルオロエタン、二酸化炭素又は他の好適な気体)を用いて、加圧パック又はネブライザーからエアロゾルスプレーとして都合よく送達される。加圧エアロゾルの場合、投与単位は、一定量を送達するためのバルブを備えることにより送達することができる。吸入器又は気体注入器で用いるカプセル及び薬包(例えばゼラチン製など)は、ラクトースやデンプンなどの好適な粉末基剤と複合体との混合粉末を含むように製剤化することができる。
複合体は、注射による(例えばボーラス注射又は連続注入などによる)非経口投与用に製剤化することができる。注射用製剤は、単位投与剤形として、例えばアンプル又は複数投薬容器の中に保存剤を加えた形で提供することができる。本発明の組成物は、油性若しくは水性ビヒクル中の懸濁剤、溶剤又は乳剤などの形態であってもよく、懸濁化剤、安定化剤及び/又は分散剤等の製剤化用物質を含み得る。あるいは、有効成分は、使用する前に好適なビヒクル(例えば発熱物質を含まない無菌水)で構成するための粉末状のものであってもよい。
また複合体は、例えばカカオバター又は他のグリセリド等の従来の坐剤基剤を含む坐剤又は貯留浣腸等の直腸投与用組成物として製剤化してもよい。
先に記載した製剤のほかに、複合体は、デポ製剤として製剤化されてもよい。このような長時間作用する製剤は、埋込(例えば皮下又は筋肉内)により、又は筋肉内注射により、投与することができる。したがって、例えば複合体は、好適なポリマー材料若しくは疎水性材料と一緒に(例えば許容可能な油中の乳剤として)、又はイオン交換樹脂と一緒に、あるいは例えば難溶性塩等の難溶性誘導体として、製剤化することができる。
望ましい場合、本発明の組成物は、有効成分を含む単位投与剤形を1つ以上含むパック又はディスペンサーデバイスに入れて提供してもよい。このパックは、例えば金属箔又はプラスチック箔製のもの(例えばブリスターパック等)としうる。パック又はディスペンサーデバイスに、投与に関する説明書を添付してもよい。
4.7.3.キット
本発明はまた、本発明の方法及び/又は治療方法を行うためのキットをも提供する。一実施形態において、かかるキットは、1以上の容器内に、第2の容器に収容されるHSP及び/又はα2Mと組み合わせるための抗原タンパク質及びペプチドを含むタンパク質調製物を含む。別の実施形態において、かかるキットは、1以上の容器内に、第2の容器に収容されるHSP及び/又はα2Mと組み合わせるための抗原ペプチドを含む消化ペプチドを含有する。あるいは、1以上の容器に、自己由来の投与のために特定の患者から単離されるHSP及び/又はα2Mと複合体化させるためのタンパク質及び/又はペプチドを供給しうる。場合により、さらに、タンパク質及びペプチドと複合体化させるための精製HSPを第2容器中に提供してもよい。
別の実施形態において、かかるキットは、1以上の容器内に、治療上又は予防上有効な量の、HSP及び/又はα2Mと複合体化したタンパク質/ペプチド、好ましくは精製された複合体を薬学的に許容し得る形態で含んでいる。上記キットは場合によりさらに、第2容器中に感作されたAPC(好ましくは精製されたもの)を含んでもよい。
本発明のキットの容器内のHSP又はα2M複合体は、薬学的に許容される溶液の形態としうる。例えば、無菌の生理食塩水、デキストロース溶液、若しくは緩衝化溶液、又は薬学的に許容され得る無菌の溶液と組合わせられている。あるいは、HSP又はα2M複合体は、凍結乾燥されているか又は乾燥されていてよい。この場合は、該キットは更に、場合により、注射する目的でHSP及びα2M又はα2M及びHSP含有複合体を溶液として再構成するために、容器中に、好ましくは無菌の、薬学的に許容される溶液(例えば生理食塩水、デキストロース溶液等)を含んでもよい。
他の実施形態では、本発明のキットは更に、HSP及びα2M複合体を注射するための、好ましくは無菌の形態で包装された針若しくはシリンジ、及び/又は包装されたアルコールパッドを含む。場合により、臨床医又は患者がα2M及びHSP−ペプチド複合体を投与するための説明書を含んでもよい。
4.8.HSP及びα2M複合体の免疫原性の決定
場合により、当該技術分野で公知の方法を用いて、本発明のHSP−タンパク質複合体、HSP−ペプチド複合体、α2M−タンパク質複合体及びα2M−ペプチド複合体を免疫原性についてアッセイしてもよい。例として、限定するものではないが、以下に挙げる手順の1つを用いることができる。好ましい実施形態では、ELISPOTアッセイを用いる(後掲、第4.9.4節を参照)。
4.8.1.MLTCアッセイ
簡単に説明すると、任意の好適な投与経路を用いて、マウスに所定量のHSP−及び/又はα2M複合体を注射する。陰性対照として、例えば正常組織から調製されたタンパク質及び/又はペプチドと複合体化したHSPを他のマウスに注射する。特異的抗原を含むことがわかっている細胞、例えば、腫瘍細胞又は感染性疾患の因子に感染した細胞は、このアッセイの陽性対照として用いることができると考えられる。マウスには、7〜10日あけて、2回注射する。最後の免疫感作から10日後に、脾臓を取り出して、リンパ球を放出させる。放出されたリンパ球は、後に、目的とする抗原を発現した死細胞の添加によりin vitroで刺激することができる。
例えば、8×10個の免疫脾細胞は、10%ウシ胎児血清を含む3mlのRPMI培地中で目的とする抗原を含む、4×10個のマイトマイシンC処理又はγ線照射(5〜10,000ラド)細胞(又は、場合によっては、適当な遺伝子でトランスフェクトした細胞)で刺激することができる。特定の事例では、T細胞増殖因子の供与源として、33%二次混合リンパ球培養物上清を培地に含有させる(Glasebrookら、1980, J. Exp. Med. 151:876)。免疫感作後の一次細胞傷害性T細胞応答を試験するため、脾細胞を刺激なしで培養する。いくつかの実験では、免疫感作したマウスの脾細胞を、抗原が異なる細胞で再刺激することにより、細胞傷害性T細胞応答の特異性を決定する。
6日後、4時間の51Cr−放出アッセイで細胞傷害性について培養物を試験する(Palladinoら、1987, Cancer Res. 47:5074-5079及びBlachereら、1993, J. Immunotherapy 14:352-356)。このアッセイでは、混合したリンパ球培養物を標的細胞懸濁液に添加することにより、様々なエフェクター:標的(E:T)比(通常1:1〜40:1)とする。20mCi51Cr/mlを含む培地中で1×10個の標的細胞を37℃で1時間インキュベートすることにより、標的細胞を前標識する。標識後、これらの細胞を3回洗浄する。各アッセイ点(E:T比)を三連で実施し、好適な対照を用いて、自然51Cr放出(リンパ球はアッセイに一切添加しない)及び100%放出(界面活性剤で溶解させた細胞)を測定する。細胞混合物を4時間インキュベートした後、200gで5分遠心することにより、細胞をペレット化する。上清に放出された51Crの量をガンマカウンターで測定する。細胞傷害性率(%)は、試験サンプル中のcpmから自然放出したcpmを引いた差を、界面活性剤を用いた放出cpmの合計から自然放出cpmを引いた差で割った商として評価する。
MHCクラスIカスケードを阻止するために、K−44ハイブリドーマ細胞(抗MHCクラスIハイブリドーマ)に由来する濃縮ハイブリドーマ上清を試験サンプルに添加して、最終濃度を12.5%にする。
4.8.2.CD4+T細胞増殖アッセイ
Kruse及びSebald, 1992, EMBO J. 11:3237-3244に記載されているのとほぼ同様に、一次T細胞を脾臓、新鮮な血液又はCSFから取得した後、FICOLL−PAQUE PLUS(Pharmacia、スエーデンUpsalla)を用いた遠心分離により精製する。末梢血単核細胞を、抗原分子を発現する細胞の溶解物と一緒に7〜10日インキュベートする。溶解物中の抗原を処理及び提示するために、任意によりアッセイの24〜48時間前に抗原提示細胞を培養物に添加してもよい。次に、遠心分離により細胞を回収し、RPMI 1640倍地中で洗浄する(GibcoBRL、メリーランド州Gaithersburg)。5×10個の活性化T細胞/ウェルを、96ウェルプレート上の10%ウシ胎児血清、10mM HEPES(pH7.5)、2mM L−グルタミン、100単位/mlペニシリンG、及び100μg/ml硫酸ストレプトマイシンを含むRPMI 1640倍地中で37℃で72時間培養し、次いで、1μlCiH−チミジン(Dupont NEN、マサチューセッツ州ボストン)/ウェルで6時間パルスした後、回収し、TOPCOUNTシンチレーションカウンター(Packard Instrument Co.、コネティカット州メリデン)で放射能測定した。
4.8.3.抗体応答アッセイ
本発明の特定の実施形態では、HSP−又はα2M−複合体のワクチン接種に応答して産生された抗体を測定することにより、該複合体の免疫原性を決定する。実施形態の一例では、PBS中のワクチンに用いたタンパク質/ペプチドの精製された非HSP−又はα2M−複合体化形態の0.75μg/ml溶液を50μl/ウェルで、マイクロプレート(96ウェルイムノプレートII、Nunc)を4℃で16時間、20℃で1時間かけてコーティングする。ウェルを空にし、1ウェルにつき、200μlのPBS−T−BSA(0.5%(v/v)TWEEN20及び1%(w/v)ウシ血清アルブミンを含むPBS)で20℃で1時間かけてブロッキングした後、PBS−Tで3回洗浄する。ワクチン接種した動物(モデルマウス又はヒト患者など)から得た50μl/ウェルの血漿又はCSFを20℃で1時間かけて添加・放置した後、プレートをPBS−Tで3回洗浄する。次に、必要に応じて、PBS−T−BSA中で1:1,500に希釈したセイヨウワサビペルオキシダーゼ(Amersham)とコンジュゲートさせた50μl/ウェルのヒツジ抗マウス又は抗ヒト免疫グロブリンと一緒に、次いで(前記と同様PBS−Tでさらに3回洗浄後)、50μlのo−フェニレンジアミン(OPD)−H基質溶液と一緒に、20℃で1時間インキュベートした後、抗ペプチド抗体活性を熱量計により測定する。5分後150μlの2M HSOで反応を停止し、Kontron SLT−20光度計(SLT Lab-instr., スイスチューリッヒ)により492nm(基準620nm)で吸光度を測定する。
4.8.4.サイトカイン検出アッセイ
本発明のHSP−又はα2M−複合体に対するCD4+T細胞増殖応答は、特定のサイトカインのレベルの検出及び定量により測定することができる。一実施形態では、例えば、本発明の複合体の免疫原性を調べるIFN−γ検出アッセイを用いて、細胞内サイトカインを測定することができる。この方法の一例では、HSP−ペプチド複合体又はα2M−ペプチド複合体で治療する被験者からの末梢血単核細胞を、所与の腫瘍のペプチド抗原又は感染性疾患の因子のペプチド抗原で刺激する。次に、フローサイトメトリーにより検出可能なT細胞特異的標識抗体、例えば、FITC−コンジュゲート抗CD8やPerCP標識抗CD4抗体で、細胞を染色する。洗浄後、細胞を固定し、透過性にし、ヒトIFN−γと反応性の色素標識抗体(PE−抗IFN−γ)と反応させる。標準的方法を用いて、サンプルをフローサイトメトリーにより分析する。
これ以外にも、フィルター免疫アッセイ、酵素結合イムノスポット(ELISPOT)アッセイを用いて、T細胞に存在する特定のサイトカインを検出することもできる。一実施形態では、例えば、ニトロセルロースを裏打ちした(backed)マイクロプレートを、精製したサイトカイン特異的一次抗体、例えば、抗IFN−γでコーティングした後、プレートをブロッキングし、他のタンパク質の非特異的結合によるバックグラウンドを回避する。HSP−ペプチド複合体及び/又はα2Mペプチド複合体で治療した被験者から得た、サイトカイン分泌細胞を含む単核血液細胞のサンプルをマイクロプレートのウェル上に希釈する。標識した、例えばビオチン標識した二次抗サイトカイン抗体を添加する。次に、抗体サイトカイン複合体を検出することができる。すなわち、酵素コンジュゲートストレプトアビジンにより、サイトカイン分泌細胞は、視覚、顕微鏡、又は電子検出方法により「スポット」として出現する。
4.8.5.四量体アッセイ
別の実施形態では、「四量体染色」アッセイ(Altmanら、1996, Science 274:94-96)を用いて、抗原特異的T細胞を同定することができる。例えば、一実施形態では、腫瘍特異的抗原のような特異的ペプチド抗原を含むMHC分子を多量体化することにより、可溶性ペプチド四量体を作製してから、例えば、ストレプトアビジンと複合体化させることにより、標識する。次に、MHC−ペプチド抗原複合体を、HSP−又はα2M−複合体で治療する被験者から取得したT細胞集団と混合する。次に、ビオチンを用いて、目的とする抗原、すなわち、腫瘍特異的抗原を発現するT細胞を染色する。
4.9.癌の予防及び免疫療法における効果のモニタリング
HSP−又はα2M−複合体による免疫療法の、新生物疾患の発症及び進行に対する効果は、当業者にとって既知の任意の方法によりモニターすることができる。その方法には、限定するものではないが、a)細胞性免疫の評価としての遅延型過敏性の測定;b)細胞傷害性Tリンパ球のin vitroでの活性の測定;c)腫瘍特異的抗原、例えば胎児性癌抗原(CEA)のレベルの測定;d)コンピューター断層撮影(CT)スキャン等の技法を用いた腫瘍の形態の変化の測定;及び、e)リスクの高い個体における、特定の癌のリスクに関する推定バイオマーカーのレベルの変化の測定;並びに、f)ソノグラムを用いた腫瘍の形態の変化の測定が挙げられる。
以下の小節において、最適な例示的手法を説明する。
4.9.1.遅延型皮膚過敏症試験
遅延型過敏性に関する皮膚試験は、ある抗原に対する全般的な免疫能及び細胞性免疫において非常に有用である。一群の共通皮膚抗原に対して反応できなくなることはアネルギーと称される(Sato, T.ら, 1995, Clin. Immunol. Pathol. 74:35-43)。
皮膚試験の正しい技法では、抗原を4℃にて無菌状態で保存し、光から保護し、そして使用直前に再構成することが必要である。A25−又は27−ゲージ針により、皮下投与ではなく皮内投与により抗原を確実に投与する。抗原の皮内投与の24時間後及び48時間後に、紅斑及び硬化(しこり)の両者の最大寸法を物差しで測定する。所定の抗原又は抗原群に対する活性低下を、より高い濃度の抗原を用いた試験、又は、あいまいな状況での中間的な試験を用いる反復的な試験によって確認する。
4.9.2.in vitroにおける細胞傷害性Tリンパ球の活性
フィコール−ハイパーク勾配遠心法により単離した8×10個の末梢血由来Tリンパ球を、10%ウシ胎仔血清を含む3mlのRPMI培地中にて、4×10個のマイトマイシンC処理腫瘍細胞により再刺激する。場合により、33%の二次混合リンパ球培養物の上清又はIL−2を、T細胞増殖因子の供与源として培地中に含ませる。
免疫後の細胞傷害性Tリンパ球の一次応答を測定するために、刺激用の腫瘍細胞を用いずにT細胞を培養する。他の実験では、T細胞を抗原性の異なる細胞により再刺激する。6日後に、4時間51Cr放出アッセイにより培養物の細胞傷害性について試験する。標的物の自然な51Crの放出は20%未満のレベルとなるはずである。抗MHCクラスIブロッキング活性のため、W6/32ハイブリドーマの10倍濃縮上清を最終濃度が12.5%になるまで試験系に添加する(Heike M.ら, J. Immunotherapy 15:165-174)。
4.9.3.腫瘍特異的抗原のレベル
全ての腫瘍上に特有の腫瘍抗原を検出するのは不可能かもしれないが、多くの腫瘍が正常細胞とは異なる抗原を提示する。モノクローナル抗体試薬は、抗原の単離や生化学的分析を可能にするとともに、形質転換細胞と形質転換されていない細胞との区別のため、及び形質転換細胞の細胞系統を確定するために、診断上非常に有益である。最も解明が進んでいるヒト腫瘍関連抗原は腫瘍胎児性抗原である。かかる抗原は胚形成の際に発現されるが、正常な成人の組織には存在しないか又は検出することが非常に難しい。この標準的な抗原が胎児性癌抗原(CEA)である。この抗原は、胎児の腸及びヒトの大腸癌細胞に見られる糖タンパク質であるが正常な成人の大腸細胞には見られない。CEAは大腸癌細胞から流出して血清中に見られるので、元々は、血清中のこの抗原の存在は大腸癌の患者をスクリーニングするために用いることができると考えられていた。しかしながら、他の腫瘍(脾臓癌及び乳癌など)を有する患者も血清CEAレベルの上昇を示す。従って、治療を受ける癌患者においてCEAレベルの下降及び上昇をモニターすることは腫瘍の進行及び治療への応答を予測するのに有用であることが分かっている。
幾つかの他の腫瘍胎児性抗原がヒトの腫瘍を診断したりモニターするために有用である。例えば、通常は胎児の肝臓及び卵黄嚢細胞により分泌されるα−グロブリンであるα−フェトプロテインは、肝臓腫瘍及び生殖細胞腫瘍を有する患者の血清中に見いだされ、疾患状態のマーカーとして用いることができる。
4.9.4.コンピューター断層撮影(CT)スキャン
癌の正確なステージ分類のための技術の選択肢としてCTがある。CTは転移を検出するための他のいかなるイメージング技法よりも高感度かつ特異的であることが判っている。
4.9.5.推定バイオマーカーの測定
特定の癌のリスクに対する推定バイオマーカーのレベルを、サイトゾル及び膜由来タンパク質を含む組成物の効果をモニターするために測定する。例えば、前立腺癌のリスクが高い個体において、血清前立腺特異的抗原(PSA)をBrawer, M.K.ら, 1992, J. Urol. 147:841-845及びCatalonaら, 1993, JAMA 270:948-958に記載の手順により測定する。あるいは、大腸癌のリスクがある個体において、第4.5.3節に記載したように、CEAを測定する。さらに、乳癌のリスクが高い個体において、エストラジオールの16−α−ヒドロキシル化を、Schneider, J.ら, 1982, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79:3047-3051に記載の手順により測定する。上記引用した参照文献は、参照によりその全文を本明細書に組み入れる。
4.9.6.音波検査
癌の正確なステージ分類のための技術の他に採り得る選択肢としてソノグラムがある。
5.実施例
以下の実験では、(a)細胞画分に由来する抗原ペプチドと、(b)HSP又はα−2−マクログロブリン(α2M)のいずれかとの複合体が、癌細胞増殖から動物を予防的に防御する上で有効であることを実証する。
5.1.材料と方法
5.1.1.タンパク質精製
α2Mの精製のために、マウスの血清を0.04M Tris(pH7.6)、0.15M NaClで1:1希釈し、同じバッファーで平衡化した65mlのSephacrylS300R(Sigma)カラムにアプライし溶出を行なった。α2M陽性画分をドットブロットにより測定し、その画分のバッファーをPD−10カラムを使用して0.01Mリン酸ナトリウムバッファー(pH7.5)に交換した。タンパク質含有画分をコンカナバリンAセファロースカラムにアプライした。結合したタンパク質を0.2Mメチルマンノースピラノシドで溶出し、0.05M酢酸ナトリウムバッファーで平衡化したDEAEカラムにアプライした。SDS−PAGEと0.13M酢酸ナトリウムを用いる免疫ブロッティングで分析すると、α2Mは純粋な形で溶出された。
いくつかの実験では、α2MはSigmaから購入した。
gp96は、第4.3.3節に記載の方法により得た。
5.1.2.腫瘍拒絶アッセイ
すべての免疫は、100μl容量のPBSで皮内投与により行った。1週間置いて2回の免疫を行った。1回の注射で複合体として又は単独で、7μgのα2M又は1μgのgp96を使用した。肝腫瘍細胞(100,000)から培地を洗い流し、PBSに再懸濁し、最後の免疫の1週間後に皮内注射した。2次元で腫瘍を測定した。平均の半分を腫瘍の半径として、腫瘍容量を計算した。一元分散分析(ANOVA)を使用してP値を決定した。
5.1.3.複合体の生成
MethA生細胞からダウンスを用いたホモジナイズと次に超遠心分離により、細胞溶解物を得た。100,000gの上清を0.1%トリフルオロ酢酸(TFA)と3mM ATPで10時間処理し、次にカットオフ限界値10kDaのCENTRICON膜フィルター(Millipore)で遠心分離した。10kDaより小さいペプチド(「MethA10」と呼ぶ)を、C18逆相カラムに結合させ、ペプチドをメタノールで溶出し、ペプチドを真空下で乾燥し、複合体化に適したバッファー中でペプチドを再生することにより、さらに単離した。gp96、α2M、又はアルブミン(これは対照として使用した)を、50モル過剰のMethA10の存在下で、50℃に加熱した。得られる複合体を含有する反応物を室温に30分置き、次に氷上に置いた。遊離の複合体化していないペプチドを、CENTRICON50(Millipore)を使用して除去した。こうして作製した複合体を免疫に使用した。
5.2.結果
この実験では、MethA腫瘍モデルを使用して、gp96−ペプチド複合体及びα2M−ペプチド複合体により誘発される抗腫瘍免疫を証明した。この腫瘍の抗原性MHCIエピトープは不明である。MethA細胞溶解物をATPとトリフルオロ酢酸(TFA)で処理し、10kDaより小さいペプチドの画分(MethA10)を採取し、上記したようにα2M又はgp96と複合体化させた。複合体化していないか又はMethA10と複合体化したα2M又はgp96で、BALB/cマウスを免疫した。BALB/cマウスはまた、アルブミン−MethA10又は陰性対照としてPBSで免疫した。免疫は1週間置いて2回行った。最後の免疫の1週間後にすべてのマウスに、100,000個のMethA生細胞を皮内投与することによりチャレンジした。腫瘍増殖を5日ごとにチャレンジの20日後までモニターした。
Figure 0004384489
表1のデータは、α2M−MethA10(p<0.05)又はgp96−MethA10(p<0.05)複合体で免疫したマウスで有意な腫瘍防御を示すが、α2M単独、gp96単独、アルブミン−MethA10又はPBSで免疫したマウスでは腫瘍防御を示さなかった。
5.3.考察
本明細書に記載の腫瘍に対する免疫についての実験は、腫瘍からの総細胞ペプチドのアレイ(自己及び抗原ペプチドを含む)をHSP又はα2Mと複合体化するという癌の免疫療法に対する新規手法を実証する。そのような複合体は、宿主の免疫系を有効に刺激して、本明細書に記載のように特異的に応答させた。データは、予防におけるこの手法の有用性が、既存の疾患の治療、ならびに病原性感染症の治療及び予防にも拡張できることを示す。
本明細書に引用されたすべて文献は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれるものとし、各個別の刊行物又は特許若しくは特許出願が、そのすべての目的のために参照することによりその全体が本明細書に組み込まれて具体的かつ個別に記載するのと同じ程度であることを意図する。
当業者には明らかなように、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、その修飾と変更が可能である。本明細書に記載の具体的な実施形態は例示目的であり、本発明は、添付の請求の範囲、及びそのような請求の範囲と同等の全範囲によってのみ限定されるべきである。

Claims (30)

  1. 抗原ペプチドと複合体化された1つ以上の熱ショックタンパク質を含む複合体を製造する方法であって、抗原ペプチドの集団を1つ以上の異なる熱ショックタンパク質と、該ペプチドが該熱ショックタンパク質と複合体化する条件下においてin vitroで接触させるステップを含み、ここで、該抗原ペプチドの集団は、少なくとも50種の異なるペプチドを含み、かつタンパク質調製物を複数の反応混合物に分割することによって2以上のプロテアーゼによる消化に供すること、および消化反応混合物をプールすることを含む方法により作製され、その際、各反応混合液は異なるプロテーゼによる消化に供されるものであり、該タンパク質調製物は、(a)抗原性細胞またはその細胞画分に由来し、かつ(b)該抗原性細胞または該細胞画分それぞれの、少なくとも50%の異なるタンパク質または少なくとも50種の異なるタンパク質を含む、上記方法。
  2. 2以上のプロテアーゼはトリプシン、ブドウ球菌ペプチダーゼI、キモトリプシン、ペプシン、カテプシンG、サーモリシン、エラスターゼおよびパパインよりなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記集団を作製する方法が、前記消化に供するステップ後、前記接触ステップ前に、プロテアーゼを不活性化するステップ、または抗原ペプチドの集団からプロテアーゼを分離するステップをさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
  4. タンパク質調製物は総サイトゾルタンパク質である請求項1〜のいずれか1項記載の方法。
  5. タンパク質調製物は総膜結合タンパク質である請求項1〜のいずれか1項記載の方法。
  6. 前記抗原性細胞は癌細胞である請求項1〜のいずれか1項記載の方法。
  7. 前記抗原性細胞は感染性疾患を引き起こす因子の抗原性を示す細胞である請求項1〜のいずれか1項記載の方法。
  8. 前記抗原性細胞は、抗原を発現する感染因子の抗原をコードする核酸分子で形質転換された細胞である、請求項1〜のいずれか1項記載の方法。
  9. 前記抗原性細胞は、腫瘍特異的抗原又は腫瘍関連抗原で形質転換され、かつ腫瘍特異的抗原又は腫瘍関連抗原を発現する細胞である、請求項1〜のいずれか1項記載の方法。
  10. 前記抗原性細胞はヒト細胞である請求項1〜のいずれか1項記載の方法。
  11. 前記熱ショックタンパク質は精製されている請求項1〜10のいずれか1項記載の方法。
  12. 前記熱ショックタンパク質は、HSP60、HSP70、HSP90、gp96、カルレティキュリン、grp78、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ(PDI)、HSP110、およびgrp170よりなる群から選択される、請求項1〜11のいずれか1項記載の方法。
  13. 前記熱ショックタンパク質は、HSP60、HSP70、HSP90、gp96、カルレティキュリン、grp78、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ(PDI)、HSP110、およびgrp170よりなる群から選択される異なる熱ショックタンパク質の組合せである、請求項1〜11のいずれか1項記載の方法。
  14. 前記接触は、抗原ペプチドの集団及び熱ショックタンパク質を架橋剤で処理することを含む請求項1〜13のいずれか1項記載の方法。
  15. 前記接触は、抗原ペプチドの集団及び熱ショックタンパク質の非共有結合を介した複合体化を含む請求項1〜13のいずれか1項記載の方法。
  16. 複合体化のステップの前に抗原ペプチドの集団を回収することをさらに含む請求項1〜15のいずれか1項記載の方法。
  17. 熱ショックタンパク質はヒト熱ショックタンパク質である請求項1〜16のいずれか1項記載の方法。
  18. 熱ショックタンパク質は組換え熱ショックタンパク質である請求項1〜17のいずれか1項記載の方法。
  19. 熱ショックタンパク質はHSP60、HSP70、およびHSP90ファミリーよりなる群から選択される熱ショックタンパク質のファミリーのメンバーである、請求項1〜11および1418のいずれか1項記載の方法。
  20. 抗原ペプチドの集団は少なくとも100種、500種、1000種、5000種又は10,000種の異なるペプチドを含む、請求項1〜19のいずれか1項記載の方法。
  21. 前記タンパク質調製物は、前記抗原性細胞の、総細胞タンパク質、総サイトゾルタンパク質又は総膜結合タンパク質である請求項1〜及び20のいずれか1項記載の方法。
  22. 前記タンパク質調製物は細胞小器官画分中の総タンパク質であり、該細胞小器官画分は、核画分、ミトコンドリア画分、リソソーム画分又は小胞体由来画分である、請求項1〜および20のいずれか1項記載の方法。
  23. ペプチドの集団は少なくとも20アミノ酸残基のサイズ範囲であるペプチドを含む、請求項1〜22のいずれか1項記載の方法。
  24. ペプチドの集団は7〜20アミノ酸残基のサイズ範囲であるペプチドを含む、請求項1〜22のいずれか1項記載の方法。
  25. 抗原ペプチドと複合体化された1つ以上の熱ショックタンパク質を含む複合体の免疫原性量を含む組成物であって、該複合体は請求項1〜24のいずれか1項記載の方法によって作製されたものである、前記組成物。
  26. 医薬として使用するための請求項25記載の組成物。
  27. アジュバントをさらに含む請求項25または26記載の組成物。
  28. 請求項1〜および24のいずれか1項記載の方法によって作製された、抗原ペプチドと複合体化された1つ以上の熱ショックタンパク質を含む複合体の免疫原性量の、あるタイプの癌を治療または予防するための医薬の製造のための使用。
  29. 請求項1〜および1024のいずれか1項記載の方法によって作製された、抗原ペプチドと複合体化された1つ以上の熱ショックタンパク質を含む複合体の免疫原性量の、あるタイプの感染性疾患を治療または予防するための医薬の製造のための使用。
  30. 請求項1〜24のいずれか1項記載の方法によって作製された、抗原ペプチドと複合体化された1つ以上の熱ショックタンパク質を含む複合体の免疫原性量の、第2の抗原性細胞に対する免疫応答を被験体において誘導するための医薬の製造のための使用であって、該第2の抗原性細胞は、抗原ペプチドの集団の由来となる抗原性細胞に共通する少なくとも1つの抗原決定基を発現する、前記使用。
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