JP4511589B2 - 肝細胞成長因子のn末端フラグメントを精製するための方法 - Google Patents

肝細胞成長因子のn末端フラグメントを精製するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、肝細胞成長因子のN末端の4つのクリングルを含むフラグメント(NK4)を精製するための方法に関する。
肝細胞成長因子(HGF/SF)は、Nakamura,T.,他,(Biochem.Biophys.Res.Commun.22(1984)1450−1459)により同定され精製されたポリペプチドである。肝細胞成長因子は細胞分散因子(SF)と同一であることが、更に見出された(Weidner,K.M.,他,Proc.Natl.Acad.Sci.USA88(1991)7001−7005)。HGFは、多くの細胞表現型の発達、例えば増殖、有糸分裂誘発、枝管(branching tubule)の形成、そして腫瘍細胞の場合には、浸潤及び転移に関わる糖タンパク質である。このことに関しては、Stuart,K.A.,他(Int.J.Exp.Pathol.81(2000)17−30)を参照されたい。
ラットHGF及びヒトHGFの双方は、配列が決定され、クローニングされた(Miyazawa,K.他,Biochem.Biophys.Res.Comm.163(1989)967−973;Nakamura,T.,他,Nature342(1989)440−443;Seki,T.,他,Biochem.and Biophys.Res.Comm.172(1990)321−327;Tashiro,K.,他,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87(1990)3200−3204;Okajima,A.,他,Eur.J.Biochem.193(1990)375−381)。
HGF/SFのN末端ヘアピンドメイン及び4つのクリングルドメインから成る、NK4と呼ばれているHGF/SFフラグメントは、HGF/SFとは全く異なった薬理学的特性を有し、そして結腸癌細胞の運動性及び浸潤へのHGF/SFの作用に対するアンタゴニストであり、加えて腫瘍成長及び転移を抑制する血管形成阻害剤であることが、更に見出された(Parr,C,他,Int.J.Cancer 85(2000)563−570;Kuba,K.,他,Cancer Res.60(2000)6737−6743;Date,K.,他,FEBS Lett.420(1997)1−6;Date,K.,他,Oncogene 17(1989)3045−3054)。
HGFのcDNAをCHO細胞において組み換え発現し、その後膵エラスターゼで消化することにより、NK4は技術水準(Date,K.,他,FEBS Lett.420(1997)1−6)に従い調製される。N末端ドメイン及びクリングル1、並びにN末端ドメイン及びクリングル1及び2をそれぞれコードする、HGFの2つの他のアイソフォーム(NK1及びNK2)は、封入体経路でE.コリ(E.coli)において産生された(Stahl,S.J.,Biochem.J.326(1997)763−772)。Stahlによると、NK1又はNK2の再生(naturation)は、2.5Mの尿素、5mMの還元型グルタチオン(GSH)及び1mMの酸化型グルタチオン(GSSG)を含む、pH7.5の100mMTRIS/HCl中において実施された。精製は、その後Superdex(登録商標)75カラム上でTRISバッファーを用いて実施された。発明者の調査によると、可溶化及び再生における技術水準に従ったTRISバッファーの使用は、かなりの量(約50%)の副産物を生じさせる。この副産物は、主にGSHで修飾されたNK4から成るものとして発明者により同定されている。
従って、この方法は、多量で且つ十分な純度(治療上の使用に関して)のNK4の組み換え体の産生に対しては有用ではない。
発明の概要
本発明は、微生物宿主細胞におけるNK4をコードする核酸の発現、変性型のNK4を含む封入体の単離、封入体の可溶化、及びGSHとGSSGの存在下における変性したNK4の再生により、NK4を産生するための方法であって、リン酸バッファー溶液中でpH7〜9において可溶化及び再生を実施することを特徴とする方法を提供する。
驚いたことに、pHの範囲が7〜9、好ましくは8〜9のリン酸カリウムバッファーの使用により、NK4の収量及び純度がかなり向上することが見出された。
好ましくは、再生の後に、NK4をpH7〜9のリン酸バッファーを用いて少なくとも24時間透析する。好ましくは、pH7〜9のリン酸バッファーの存在下で疎水性相互作用クロマトグラフィーにより精製を実施する。ここで、クロマトグラフィーの材料としてブチルセファロース又はフェニルセファロースを使用することが特に好ましい。
発明の詳細な説明
ヒトHGFはジスルフィド結合したヘテロダイマーであり、R494とV495のアミノ酸間での切断により、463アミノ酸のα−サブユニットと234アミノ酸のβ−サブユニットに切断することができる。α鎖のN末端は、メチオニン基で始まる31アミノ酸により先行される。このセグメントは、31アミノ酸のシグナル配列を含む。α鎖はアミノ酸32で始まり、4つのクリングルドメインを含む。いわゆる「ヘアピンドメイン」は、アミノ酸70〜96から成る。クリングル1ドメインは、アミノ酸128〜206から成る。クリングル2ドメインはおおよそα鎖のアミノ酸211〜288から成り、クリングル3ドメインはおおよそα鎖のアミノ酸305〜383から成り、クリングル4ドメインはおおよそα鎖のアミノ酸391〜469から成る。
本発明のNK4は、好ましくはアミノ酸(aa)32〜494又はそれらのN末端フラグメント(常にaa32で始まる)から成る。最も小さいフラグメントは、aa32〜478である。生物学的特性に影響を及ぼさない限り、NK4の長さはこの範囲内で変わり得る。更に、これらの配列のバリエーションが存在し、本質的にNK4の生物学的特性に影響を及ぼさない(特に、HGFに対するアンタゴニスト活性及び抗血管形成活性に影響を及ぼさない)。そのバリエーションは、例えば国際公開第93/23541号に記載されている。NK4の活性は、実施例4の細胞分散試験により測定する。
NK4は、組み換えにより(下記に説明するように、組み換えヒトHGF/SFの産生及びエラスターゼによる消化(Date,K.,FEBS Lett.420(1997)1−6)、又は適切な宿主細胞におけるNK4をコードする核酸の組み換え体の発現のいずれかにより)産生することができる。NK4糖タンパク質は、約57kDa(ポリペプチド部分のみでは52kDa)の分子量を有し、且つ腫瘍成長、血管形成及び/又は転移の阻害をもたらすin vivoでの生物活性を有する。
NK4ポリペプチドは、原核生物において組み換え手段により産生することができる。原核宿主細胞における発現では、核酸は当業者に良く知られた方法により適切な発現ベクターに組み込まれる。そのような発現ベクターは、好ましくは制御/誘導プロモーターを含む。次に、発現させるために組み換えベクターを適切な宿主細胞、例えばE.コリに導入し、異種遺伝子の発現を可能にする条件下で形質転換細胞を培養する。発酵後に、変性したNK4を含む封入体を単離する。
例えば、エシェリキア属(Escherichia)、サルモネラ属(Salmonella)、ストレプトミセス属(streptomyces)又はバシラス属(Bacillus)が、原核宿主生物として適切である。NK4ポリペプチドの産生のために、通常の方法で原核生物にベクター(NK4をコードするDNAを含む)を形質転換し、その後通常の方法で発酵させる。しかし、元のNK4のDNA配列(GenBank M73239)を用いたE.コリにおける発現量は非常に低い。驚いたことに、アミノ酸位置33〜36(コドン33はアルギニンをコードし、M73239に従って番号付けをする)をコードするDNA配列の少なくとも1つのコドンの変更が、20%ポリペプチド又はそれ以上の発現量の増加をもたらすことが見出された。従って、本発明の更なる対象は、NK4をコードするDNAを含む複製可能な発現ベクターの発現により、原核生物においてNK4の組み換え体を産生するための方法である。NK4は、そのDNAにおいて、位置33、34、35及び36でのコドンから成る群から選択されるアミノ酸のコドンの少なくとも1つが、AGGからCGT(位置33)、AAAからAAA(位置34)、AGAからCGT(位置35)、そして/或いはAGAからCGT(位置36)に変更していることを特徴とする。N末端のアルギニンの開裂を向上させるために、アミノ酸32のコドンをGlnをコードするものからSerをコードするものに変更することが、更に好ましい。
発現する遺伝子がシグナル配列を含まないため、封入体は細胞質において見られる。これらの封入体は、例えば細胞溶解後の遠心分離により、他の細胞成分から分離される。
変性剤、例えば、好ましくはDDT(ジチオ−1,4−トレイトール)の存在下でのリン酸バッファー(好ましくは、0.1〜1.0M、例えば0.4Mの濃度)中のpH7〜9における6Mグアニジン塩酸塩又は8M尿素を添加することにより、封入体を溶解させた。可溶化物は、GSH/GSSG(好ましくは、2〜20mMのグルタチオン)の存在下におけるpH7〜9のリン酸バッファー、及び非変性濃度(例えば、2Mのグアニジン塩酸塩又は4Mの尿素)の変性剤又は好ましくはグアニジン塩酸塩若しくは尿素の代わりに約0.3〜1.0M、好ましくは約0.7Mの濃度のアルギニンに希釈する。再生は、好ましくは約4℃の温度で約48〜160時間実施する。
再生が終了した後、好ましくはpH7〜9のリン酸バッファー(好ましくは、0.1〜1.0M、例えば0.3Mの濃度)に対して少なくとも24時間、好ましくは24〜120時間、この溶液を透析した。
組み換え体の産生及び水不溶性変性ポリペプチド(封入体)の再生の後に、NK4ポリペプチド又はそのフラグメントは、本発明の方法に従って、好ましくはクロマトグラフィー法、例えばアフィニティークロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィー、免疫沈降、ゲル濾過、イオン交換クロマトグラフィー、クロマトフォーカシング、等電点電気泳動、選択的沈殿、電気泳動などにより精製することができる。好ましくはpH7〜9における、リン酸バッファーの存在下での疎水性相互作用クロマトグラフィーにより、そして/或いは好ましくはブチルセファロース又はフェニルセファロースを用いることにより、NK4ポリペプチドを精製することが好ましい。
本発明の方法によると、ほんの少量のNK4ポリペプチドはGSH付加化合物の形成により修飾される。NK4ポリペプチドの全量、すなわち他の細胞成分から分離した封入体の量(100%に相当する)のうち、GSHで修飾されたNK4の量は、0%〜50%、好ましくは0%〜35%、より好ましくは0%〜20%である。
下記の実施例、参考文献、配列表及び図を、本発明の理解を助けるために提供し、本発明の真の範囲は添付した特許請求の範囲において記載する。本発明の精神から逸脱することなく、記載した手順を変更できることが理解される。
配列の説明
配列番号1:NK4をコードするDNA
配列番号2:NK4のポリペプチド配列
実施例1
NK4の組み換え体の発現
HGFのアミノ酸位置32〜478のNK4ドメインを、クローニング及び大腸菌における組み換え体の発現に用いた。DNAのソースとして用いた元のDNA配列については記載した(データベース識別子「gb:M73239」)。NK4をコードするDNA(配列番号:1)を増幅し、同時に変更するために、PCRを実施した。全ての方法を標準条件下で実施した。
NK4の元のDNA配列との比較において、下記の変更を導入した:
− 真核生物のシグナルペプチド配列を除去し、NK4のアミノ酸位置32の隣にATG開始コドンを融合すること
− タンパク質産物(Metの含まれていない)の均質性を向上させるために、アミノ酸位置32をGlnからSerに置換すること
− E.コリにおける遺伝子発現を向上させるために、位置33(AGGからCGT)、35(AGAからCGT)、及び36(AGAからCGT)におけるアミノ酸のコドンのDNA配列を変更すること
− PCR産物のベクターへの挿入を容易にするために、位置477(ATAからATC)及び478(GTCからGTT)におけるコドンのDNA配列を変更すること
− NK4タンパク質ドメインの終点に対応する位置で翻訳を止めるために、位置479(TAA)及び480(TGA)に2つの翻訳終止コドンを導入すること。
PCRで増幅したDNAフラグメントを制限酵素NdeI及びBanIIで処理し、改変したpQEベクター(Qiagen)(His−tag及びDHFRコード領域を除去)に連結した。この改変したpQEベクターを、NdeI及びBanIIで適切に処理した。発現用プラスミドであるpQE−NK4−Ser(プラスミドサイズは4447bp)のエレメントは、T5プロモータ/lacオペレータエレメント、NK4をコードする領域、ラムダt.o.転写終結領域、rrnB T1転写終結領域、複製に関するColE1起点、及びβ−ラクタマーゼをコードする配列である。
E.コリのコンピテントセル、例えば発現ヘルパープラスミドpUBS520(Brinkmann,U.,他,Gene 85(1989)109−114)を有するE.コリ株C600を形質転換するために、ライゲーション反応を用いた。E.コリのコロニーを単離し、それらのプラスミドの制限酵素及び配列分析に関して特性を明らかにした。適切な抗生物質の存在するLB培地において組み換え細胞を培養した後であって、且つIPTG(1mM)の添加により遺伝子発現を誘導した後にNK4タンパク質含量を分析することにより、クローンの選択を実施した。細胞溶解物のタンパク質パターンをPAGEにより比較した。最も高い比率のNK4タンパク質を示す組み換えE.コリのクローンを、産生方法用に選択した。標準条件下で発酵を実施し、封入体を単離した。
実施例2
最適化条件を用いた可溶化及び再生
6Mのグアニジン塩酸塩、pH8.5の0.1Mリン酸カリウム(10MのKOHを用いた滴定により)、1mMのEDTA、0.01mMのDTTを含むバッファーに、封入体を一晩溶解した。溶解したタンパク質の濃度を、ビウレット試験により決定し、最終的に室温で25mg 全タンパク質/mlの濃度に調節した。
0.7Mのアルギニン、pH8.5の0.1Mリン酸カリウム(濃塩酸を用いた滴定により)、10mMのGSH、5mMのGSSG及び1mMのEDTAを含むバッファー中に、このNK4可溶化物を溶解して0.4mg/mlの濃度とした。この再生試験試料を、4℃で2〜8日間インキュベートした。1mlのヘパリンセファロースカラムを用いた分析的アフィニティークロマトグラフィーにより、再生効果を測定した(再生動態については、図1を参照)。
バッファー条件:
バッファーA:pH8.0の50mMトリス
バッファーB:pH8.0の50mMトリス、2MのNaCl
グラジエント:
5〜25% バッファーB、2カラム容積
25〜60% バッファーB、16カラム容積
60〜100% バッファーB、0.7カラム容積
100% バッファーB、2カラム容積
最大の再生効果を得た後、接線流濾過ユニット(MWカットオフ:10kDa、Sartorius)を用いて、15lの体積の再生試験試料を3lにまで濃縮した。その後、少なくとも3×24時間、最適には合計で5日間、pH8.0で0.3Mのリン酸カリウムを含む50lのバッファーに対して3回透析をした。
ヘパリンセファロースクロマトグラフィーにより、精製を実施した(条件については、上記を参照)。pH8.0の0.1Mリン酸カリウム中の1Mの硫酸アンモニウムを、その溶出した物質に添加し、4℃で一晩インキュベートした。サンプルを遠心分離し、上清をフェニルセファロースカラム(150ml)に充填した。pH8.0の50mMリン酸カリウム中の1カラム容量の1M硫酸アンモニウムで、カラムを洗った。
溶出条件:
バッファーA:1Mの硫酸アンモニウム、pH8.0の50mMリン酸カリウム
バッファーB:pH8.0の50mMリン酸カリウム、40%のエチレングリコール
0〜100%のバッファーB、20カラム容量
実施例3
リン酸カリウム及びトリスを用いた再生の比較
緩衝剤としてpH7.5及びpH8.5のリン酸カリウム又はトリス(双方とも濃塩酸を用いて滴定)を用いて、再生条件を分析した。溶解及び再生条件は実施例2に記載の通りであったが、再生バッファー中では0.1Mのトリス又は0.1Mのリン酸カリウムを用いた。透析についても実施例2に記載の通りに実施したが、0.1Mのトリス又は0.1Mのリン酸カリウム中で実施した。リン酸カリウムバッファー(K−P)は、トリスバッファーよりも顕著に高い再生収量をもたらした。再生収量は、細胞分散試験により活性NK4の量として測定した(図2を参照)。
実施例4
活性の決定
a)細胞分散試験
MDCK細胞を、組織培養プレート中でサブコンフルエントに(subconfluently)成長させた。細胞をHGF(10ng/ml)又はHGFとNK4との組み合わせにより処理した。これらの実験においては、HGF誘導細胞の分散は、10〜1000倍モルの過剰のNK4の添加により、少なくとも90%以上が阻害され、機能的活性を示した。
b)増殖試験
Nakamura,T.,他(Nature 342(1989)440−443)に記載されているように、初代培養における成体ラット肝細胞のDNA合成を測定することにより、NK4によるHGFの有糸分裂活性の阻害を決定した。これらの実験においては、HGF誘導細胞の増殖は、10〜1000倍モルの過剰のNK4の添加により、少なくとも90%以上が阻害され、機能的活性を示した。
c)浸潤試験
この試験においては、腫瘍細胞の浸潤能力を分析した。この試験は、HT115細胞を用いて、基本的にAlbini,A.,他(Cancer Res.47(1987)3239−3245)に記載の通りに行った。この場合も、HGF誘導(10ng/ml)細胞の浸潤は、10〜1000倍モルの過剰のNK4の添加により、少なくとも90%以上が阻害され、機能的活性を示した。
実施例5
in vivoでの活性
Figure 0004511589
Figure 0004511589
再生動態、ヘパリンカラム、280nmでの検出。 再生効果。

Claims (8)

  1. 肝細胞成長因子のN末端の4つのクリングルを含むフラグメント(NK4)を、微生物宿主細胞におけるNK4をコードする核酸の発現、変性型のNK4を含む封入体の単離、封入体の可溶化及び変性したNK4の再生(naturation)により産生するための方法であって、10mM還元型グルタチオン及び5mM酸化型グルタチオンの存在下、リン酸バッファー溶液中でpH7〜9において可溶化及び再生を実施するとともに、再生を4℃の温度で48〜160時間実施することを特徴とする方法。
  2. 再生後に、NK4をpH7〜9のリン酸バッファーで少なくとも24時間透析する、請求項1に記載の方法。
  3. 再生後にpH7〜9におけるリン酸バッファーの存在下での疎水性相互作用クロマトグラフィーによりNK4を精製することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の方法。
  4. クロマトグラフィーをブチルセファロース又はフェニルセファロース上で実施することを特徴とする、請求項3に記載の方法。
  5. 全NK4の0%〜50%が還元型グルタチオンで修飾されることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 全NK4の0%〜20%が還元型グルタチオンで修飾されることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
  7. リン酸バッファーの濃度が0.1〜1.0Mである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 可溶化をジチオ−1,4−トレイトールの存在下で行なう、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
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